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TEMA 1: CLIMATOLOGÍA E HIDROLOGÍA

Climatología e hidrología

INDICE

INDICE .......................................................................................................................................................... 2

1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................... 3

2. OBJETIVOS DEL ANEJO ........................................................................................................................ 4

3. CLIMATOLOGÍA ...................................................................................................................................... 5

3.1 DATOS CLIMÁTICOS UTILIZADOS .................................................................................................... 7 3.2 SELECCIÓN DE ESTACIONES METEOROLÓGICAS ........................................................................ 9 3.3 ÍNDICES Y CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA ......................................................................................... 13 3.4 DIAS TRABAJABLES MENSUALMENTE POR TIPO DE OBRA ....................................................... 16 3.5 ESTUDIO PLUVIOMÉTRICO ............................................................................................................. 22

Drenaje superficial, longitudinal y transversal en obras lineales

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1. INTRODUCCIÓN

El anejo de Climatología e Hidrología es uno de los documentos que forman parte de

proyectos de ingeniería civil de muchos tipos, siendo fundamental en el caso de obras

lineales.

Se divide en dos partes:

Estudio Climatológico.

Estudio Hidrológico.

Aunque ambos estudios se presentan en un solo anejo, debido a su extensión, el

contenido se dividirá en 2 temas (Tema 1 y 2 del presente curso).

El presente curso no solo está enfocado al diseño y dimensionamiento hidráulico de

las obras de paso que forman parte de proyectos de obras lineales de nueva

ejecución, si no que por el contrario, va dirigido también al tratamiento de una

problemática muy actual que es la incorporación de las nuevas exigencias de las

Administraciones hidráulicas en lo que a obras de drenaje y estructuras que cruzan

caucen públicos se refiere.

Además, se ha producido un incremento de la demanda social debido a las afecciones

que algunas obras de paso existentes producen a zonas urbanas,….


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2. OBJETIVOS DEL ANEJO

Son objetivos del anejo:

a) Caracterizar climatológicamente la zona, de cara a tener en cuenta la

climatología (presencia de hielo, precipitaciones, vientos, etc.) en el diseño

de los elementos que componen la infraestructura.

b) Determinar la incidencia de la climatología en la ejecución de las obras,

estimando para ello el número de días laborables de las diferentes unidades

de obra.

c) Determinar la ubicación de los elementos de drenaje y estimar los caudales

de cálculo necesarios para el correcto dimensionamiento de los mismos.


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3. CLIMATOLOGÍA

El estudio climatológico de la zona objeto del proyecto tiene por finalidad el

conocimiento de las condiciones climáticas del entorno afectado por las obras y de

establecer, en base a los rasgos climáticos, la influencia que éstos tendrán en las

mismas.

Se determinarán los días aprovechables para la realización de las principales unidades

de obra, se definirán de los índices agroclimáticos que servirán de partida para el

diseño de plantaciones a realizar y se obtendrán los datos necesarios para la posterior

realización del estudio hidrológico.

La fuente primaria de información para la ejecución del estudio climatológico la

constituye la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET). No obstante, en algunos tipos

de proyectos en los que no sea necesario más que un conocimiento general de las

magnitudes climáticas, puede bastar con la utilización de los datos que aparezcan en

estudios y recopilaciones.

Los datos de la AEMET se pueden consultar directamente en sus fuentes

bibliográficas o solicitar que sean remitidos, previo pago de las tasas

correspondientes.

La Normativa aplicable y otras publicaciones que se utilizan para el desarrollo de este

apartado son, entre otras:

“Guía Resumida del Clima en España (1971-2000)”. Dirección General del

Instituto Nacional de Meteorología. Ministerio de Medio Ambiente y Medio

Rural y Marino.

“Sistema de Información Geográfico Agrario (SIGA)”. Ministerio de Medio

Ambiente y Medio Rural y Marino. Gobierno de España.

“Datos Climáticos para Carreteras”, 1964. MOP.

“Isolíneas de coeficientes de reducción de los días de trabajo”, editada por la

División de Construcción de la Dirección General de Carreteras del

M.O.P.T., actual Ministerio de Fomento.

“Máximas lluvias diarias de la España Peninsular” del año 1.999. Dirección

General de Carreteras del Ministerio de Fomento.

Las variables analizadas para la caracterización climatológica son, entre otras, las

siguientes:


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Precipitaciones medias mensuales.

Precipitaciones máximas mensuales.

Temperaturas medias mensuales, máximas y mínimas.

Otras variables: número medio de días de lluvia, días de helada, días de nieve, días de

granizo, días de tormenta, días de precipitación apreciable, número de horas de sol

(mensuales, medias diarias o porcentaje de insolación), humedad relativa y datos de

vientos (direcciones dominantes mensuales, recorrido mensual o medio diario).

A continuación, se establece el contenido mínimo del apartado de Climatología y la

metodología empleada en su desarrollo.


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3.1 DATOS CLIMÁTICOS UTILIZADOS

A partir de los datos mencionados en el apartado anterior, se determinan una serie de

clasificaciones e índices climáticos, que hacen referencia a la influencia del clima

sobre la vegetación y los cultivos. También, es de gran utilidad la determinación de los

días aprovechables en la ejecución de las obras en cuanto a clima se refiere, lo que

dependerá de que la precipitación y la temperatura ambiental sea inferior y superior,

respectivamente, a unos valores límite.

Un estudio climatológico completo suele incluir los siguientes datos, recogidos en

tablas detalladas por meses, resumen anual y valores medios:

Precipitación: media mensual, estacional y anual.

Temperaturas: máximas, mínimas, media, media de máximas y media de

mínimas.

Vientos: rosa de los vientos, velocidad y vientos dominantes.

Evapotranspiración potencial: media mensual, estacional y anual.

Ficha hídrica y diagrama de balance hídrico.

Con independencia de los datos pluviométricos que se utilizan para la caracterización

climática y determinación de días laborables, deben obtenerse las precipitaciones

máximas anuales producidas en 24 horas, con indicación del mes en que se han

producido. Con estos datos se puede obtener el número de veces que en un

determinado mes se ha producido la precipitación máxima anual en 24 horas.

Tomando como abscisas los meses del año (enero a diciembre), y en ordenadas el

número de veces que ha ocurrido el suceso (frecuencias), se pueden determinar las

puntas más acusadas (estaciones seca y húmeda, etc.).

Los datos de las precipitaciones máximas anuales producidas en 24 horas se utilizan,

fundamentalmente, en los estudios hidrológicos necesarios para la determinación de

los caudales de las obras de drenaje. Por ello, se le dará un tratamiento aparte en el

apartado 3.5.

Es fundamental el proceso de selección de los datos de partida y el establecimiento de

la calidad de los mismos, pues de ello depende la fiabilidad y aplicabilidad de los

resultados en la determinación de los índices climáticos.


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Se trabaja con datos representativos que se suelen obtener a través de las Redes de

Estaciones Meteorológicas establecidas por la AEMET (Agencia Estatal de

Meteorología).

Los datos deberán estar comprendidos dentro del área de influencia de la zona de

proyecto, y deberán cumplir el doble requisito de presentar un reparto espacial

uniforme y lo más completo posible dentro del área de estudio, y con series de datos lo

suficientemente largas y consistentes como para obtener un correcto comportamiento

estadístico de las variables utilizadas.

En primer lugar, es necesario localizar las estaciones meteorológicas para luego

estudiar el tipo de estación (pluviométrica, termopluviométrica o completa), su

situación (coordenadas) y los datos de los que dispone.

Las estaciones completas efectúan toda clase de observaciones climatológicas

ordinarias y suelen estar situadas en capitales de provincia y en aeropuertos. Son las

más fiables, pero también las más escasas. Las termopluviométricas, realizan medidas

de temperaturas y de precipitaciones (constan de termómetro de máxima y mínima, y

pluviómetro), mientras que los observatorios pluviométricos únicamente miden la

precipitación cada 24 horas, aunque algunos también registran los meteoros (niebla,

tormentas, etc.).

En la mayoría de los casos, el verdadero factor limitante para la selección de un

observatorio es la existencia de datos, viéndonos en muchas ocasiones obligados a

desechar una estación climatológicamente representativa, muy próxima a nuestra

zona; pero que sin embargo únicamente contiene registros de las variables climáticas

de pocos años o presenta lagunas importantes. En la práctica, se aconseja tomar al

menos 30 años para precipitaciones, 15 años para temperaturas y 10 años para el

resto de elementos (vientos, número de horas de sol, etc.).

Como criterio general, se utilizan aquellas series en las que faltan pocos datos no

consecutivos, siempre y cuando las completemos bien por aplicación de un

tratamiento estadístico.

Según la precisión necesaria para el estudio o la extensión de la zona, puede ser

necesario el uso de varios observatorios para definir un mismo elemento climático.

Se elaborará una relación de estaciones meteorológicas de la zona y una selección de

estaciones meteorológicas válidas.

Todas las estaciones meteorológicas consultadas se relacionarán en tablas que

contienen, al menos, los aspectos siguientes:


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Código AEMET de la estación.

Denominación.

Situación geográfica.

Tipo.

Coordenadas geográficas.

Altitud (cota).

Período de registro de datos.

Además, las estaciones se presentarán en un plano.

La información de las estaciones meteorológicas consideradas se completa con datos

como:

Número de años de la serie.

Número de años completos/incompletos.

Serie de datos seguida.

Indicar si la estación se utiliza a efectos pluviométricos, termométricos o

ambos.

3.2 SELECCIÓN DE ESTACIONES METEOROLÓGICAS

A continuación, se justificará la selección de las estaciones que se utilizarán para la

caracterización climatológica y para los cálculos hidrológicos.

Para facilitar el estudio de la proximidad de las estaciones meteorológicas y la

formación de los grupos de estaciones homogéneas, se reflejará sobre un plano a

escala adecuada la ubicación de las citadas estaciones sobre la zona de estudio. En el

caso concreto de las estaciones pluviométricas para la determinación de las lluvias

máximas en 24 horas, se analizan pluviómetros que estén localizados tanto dentro

como fuera de la cuenca en estudio. En la actualidad, este proceso se puede agilizar

mediante el tratamiento de la información con Sistemas de Información Geográfica

(SIG). Además, se calcularán, en formato tabular, los estadísticos de las estaciones.

Se prescindirá justificadamente de aquellas estaciones que por su menor serie de

registros o por estar más alejadas de la zona de estudio sean menos representativas.


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Analizando las series de datos de las estaciones de la zona, así como su localización

con respecto a la traza, tanto por su situación como por las diferencias de altitud

respecto a la altura media de la traza, se seleccionan las estaciones meteorológicas

para la elaboración del anejo. En este punto, resulta de gran utilidad el resumen de

estadísticos de las estaciones.

En el proceso de selección se suelen utilizar las estaciones más cercanas a la zona

del proyecto y que contienen series de datos lo suficientemente largas y consistentes.

De manera general, se eliminarán aquellas estaciones que presenten un número de

años hidrológicos completos inferior a 20. Se suelen seleccionar como representativas

aquellas estaciones con series de más de 25 años de datos. No obstante, en zonas

con poca información se pueden seleccionar estaciones con menos de 25 años de

datos.

Para el tratamiento estadístico de las series, un criterio ampliamente utilizado es

contabilizar el año como completo si éste dispone de registros en los 12 meses. No

obstante, también se contabilizará como completo aquel año en cuyos registros solo

falten datos correspondientes a los meses de estiaje (julio y agosto).

Cuando los datos faltantes son escasos, se puede optar por dejar las series

incompletas.

Para el análisis de la consistencia de las series temporales se estudiará la posible

existencia de errores en las series de datos de cada estación seleccionada. Para ello,

se deberá proponer un método válido, como por ejemplo, el método de las dobles

acumulaciones. A este efecto, se tomará como serie de referencia en la aplicación del

método la serie promedio de todas las estaciones seleccionadas.

Así, por ejemplo, si se dispone de las series de precipitación mensual total, la calidad

de la serie de datos pluviométricos se puede contrastar mediante el método de las

dobles acumulaciones, a través del cual se pueden detectar errores de lectura de las

estaciones. Por esta razón, las series de datos pluviométricos pueden presentar

problemas o inconsistencias.

El método de las dobles acumulaciones es una técnica que tiene por objeto valorar la

consistencia de una serie temporal en función de otra serie de referencia. Para ello,

será necesario definir una serie de referencia.

Para su aplicación, se toman las dos series de datos durante el periodo común de

registro, comparándose sus series acumuladas en un diagrama (x,y). Si la relación

entre las dos series se ha mantenido estable, es decir, a los incrementos de una


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corresponden los proporcionales en la de referencia, la representación mostrará una

tendencia lineal. En caso contrario, la presencia de quiebros y saltos indica cambios

en la relación entre la serie de datos y, por tanto, posibles errores.

A continuación, se describe la aplicación del método para la determinación de

inconsistencias y completado de las series.

3.2.1. ESTABLECIMIENTO DE GRUPOS HOMOGÉNEOS

Para determinar la serie de referencia, es necesario, en primer lugar, el

establecimiento de grupos homogéneos de estaciones según posición, proximidad y

similitud de parámetros estadísticos como media y desviación típica, recomendándose

que entre las estaciones del grupo no se superen diferencias en media entre 10 y

15%.

El grupo debe estar constituido por un número suficiente de estaciones con series de

de registros de comportamiento en media similar y cierta continuidad temporal. Es

importante que la serie de referencia se forme a partir de un grupo lo más numeroso

posible de estaciones con características climáticas uniformes y tomando en cuenta

factores como la distancia y diferencia de altitud entre estaciones, exposición a los

frentes, etc. La serie media queda desvirtuada si alguna de las series tuviera un peso

pronunciado sobre las demás o si se dispusiera de un número reducido de estaciones,

pues surgirían dudas en cuanto a su consistencia.

Normalmente, la serie de referencia para este análisis será la formada por la media del

grupo representativo del periodo, admitiendo la hipótesis de que la serie de las medias

de un grupo de registros es poco sensible a los cambios en los registros individuales

debido a la compensación de errores entre estos. Por lo tanto, para analizar la

heterogeneidad de los registros de un pluviómetro, se tomarían otros de la misma

región climática y se obtendría una serie de referencia media.

3.2.2. DETERMINACIÓN DE INCONSISTENCIAS DE LAS SERIES TEMPORALES

A partir de la representación en abscisas y ordenadas de las series de datos totales

anuales (acumulados) de cada estación frente a la media de su grupo homogéneo, se

comprueba la tendencia lineal, pudiendo darse diversas posibilidades que aportan

información sobre la calidad y consistencia de los datos.


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a) Tendencia lineal: significa que la relación entre las dos series se ha

mantenido estable.

b) Quiebros en la pendiente: reflejan inconsistencias sistemáticas y cambios en

las condiciones de medición, instrumentación, etc.

c) Saltos y escalones en rectas de igual pendiente: indican errores accidentales

como los debidos a lecturas erróneas, fallos en los medidores, etc.

Un caso que suele aparecer con frecuencia es la presencia de quiebros, entre

pendientes inicial y final paralelas que puede corresponder a cambios temporales en la

localización del medidor, que registra durante el periodo intermedio un fenómeno

proporcionalmente diferente respecto a la estación de referencia.

Para evitar falsas interpretaciones respecto a los cambios de pendiente y la

aleatoriedad propia de los datos, se deben considerar cambios que afecten a un grupo

significativo de puntos (al menos 5) y se debe trabajar con una escala temporal

adecuada. Además, en series temporales de datos que presentan cambios

estacionales muy pronunciados, es conveniente desglosar la aplicación del método a

las series obtenidas en cada estación climática.

Una vez que se identifica la fuente de error, se procede a homogenizar la serie

estudiada respecto a la de referencia. Para ello, se corrigen los periodos

inconsistentes mediante transposición de pendientes. En caso de duda del periodo a

modificar, consideraremos erróneos los más antiguos.

3.2.3. COMPLETADO DE LAS SERIES TEMPORALES

Tras el análisis de la consistencia de datos mediante el método expuesto (dobles

acumulaciones), se presenta el problema de “lagunas” en las series registradas.

Para completar los datos de la manera más veraz posible, la manera más práctica y

simple es rellenar los datos faltantes de la serie empleando datos de la propia

estación, así como de estaciones de la misma región de condiciones semejantes.

Se pueden emplear diferentes métodos como: completado con la media aritmética,

inverso de la distancia al cuadrado, métodos de regresión simple y múltiple,

isoyetas….


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3.3 ÍNDICES Y CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA

Una gran mayoría de los índices, diagramas y clasificaciones climáticas usuales,

hacen referencia a la influencia del clima sobre comunidades vegetales.

Teniendo en cuenta el conjunto de datos disponibles se elaboran los siguientes

índices, clasificaciones y climodiagramas. Sin pretender ser exhaustivos, a

continuación se relacionan algunos de los parámetros más habituales:

Índices:

o Índices termométricos.

Índice de temperatura media.

Índice de continentalidad.

o Índices bioclimáticos:

Índice de aridez de De Martonne.

Índice termopluviométrico de Cereceda y Carbonell.

Índice de Lang.

Clasificación climática:

o Clasificación climática de Köppen.

o Clasificación fitoclimática de Allué.

o Clasificación climática de Rivas-Martínez.

o Clasificación climática de Papadakis.

Climodiagramas:

o Climodiagramas de Walter-Gaussen (diagramas ombrotérmicos).

o Diagrama de Termohietas.

3.3.1. ÍNDICES OMBROTÉRMICOS

Son índices bioclimáticos que permiten establecer unas primeras aproximaciones

sobre los efectos que el clima tiene en los diferentes seres vivos, estableciendo una

serie de relaciones entre ambos (climas y seres vivos) que van desde una situación

óptima (biocenosis estable, en equilibrio con el medio), hasta unas situaciones que en

determinados casos imposibilitan la presencia de ciertos seres (vegetales o animales),

o incluso, su total ausencia, constituyendo el clima una auténtica barrera


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biogeográfica.

Existe una variedad de autores que han estudiado y desarrollado este tema con el fin

de establecer una serie de índices, entre ellos, podemos citar a Martonne, que

relacionando temperaturas y precipitaciones introduce el concepto de índice de aridez

que lleva su nombre. Emberger que relaciona las temperaturas medias máximas de

los meses cálidos y de los meses fríos y las precipitaciones anuales desarrolla su

coeficiente pluviométrico. Thortwaite que apoyándose en sus fórmulas más o menos

empíricas deduce su índice pluviométrico, índice de humedad e índice de aridez.

Bagnouls y Gausses que con las temperaturas y las precipitaciones medias

mensuales, elaboran su diagrama ombrotérmico. Por no hacer la lista interminable,

citemos a: Datin-Revenga, González Vázquez, Pita Carpenter, etc., habiendo

elaborado estos autores y otros una serie variadísima de índices con más o menos

fundamento teórico y, a veces, arbitrario.

3.3.2. CLIMODIAGRAMA DE WALTER-GAUSSEN

La experiencia ha demostrado que es especialmente útil la aplicación de los

diagramas ombrotérmicos de Gaussen, cuya máxima expresión es el Atlas Mundial de

Climodiagramas de Walter y Lieth.

Estos diagramas representan en una gráfica cartesiana los valores correspondientes a

las temperaturas y a las precipitaciones medias mensuales, ajustándose dichos

valores de modo que la escala asociada a las precipitaciones (P) tenga el doble valor

que la de temperaturas (T) en ordenadas. De este modo, cuando un mes resulta tener

aridez, P< 2T, la curva de la precipitación se situará por debajo de la correspondiente

a la temperatura y aparecerá un área tanto más extensa cuanto mayor sea la aridez

del clima representado.

Los climodiagramas constituyen una forma habitual de representar el clima de una

región, para contrastar y establecer similitudes climáticas entre localidades y zonas.

Son gráficos de doble entrada en el que se presentan resumidos los valores de

precipitación, temperatura y clima recogidos en una estación meteorológica. Se

presentan los datos medios de cada mes del año, teniendo en cuenta la precipitación y

la temperatura media a lo largo de todos los años observados. En otros casos, se

presentan en cada mes del año la precipitación total caída durante el mes y la

temperatura media mensual (media de la temperatura media diaria de cada día del


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mes, y esta a su vez media de la máxima y la mínima en 24 horas), ambas variables

en forma de datos medios sobre un número amplio de años observados.

Los climogramas tienen un eje de abscisas donde se encuentran los meses del año,

un eje de ordenadas a la izquierda (normalmente) donde se encuentra la escala de las

precipitaciones y un eje de ordenadas a la derecha donde se encuentra la escala de

las temperaturas. Para sacar conclusiones de un climodiagrama es necesario tener en

cuenta los siguientes factores:

Con respecto a las precipitaciones: precipitaciones totales, distribución de

las precipitaciones a lo largo del año, indicando el mes de máximas y el de

mínimas precipitaciones, y si hay o no máximos o mínimos secundarios y

cuándo se dan.

Con respecto a las temperaturas: temperatura media, oscilación térmica

anual (diferencia en ºC entre la temperatura media del mes más cálido y la

temperatura media del mes más frío), distribución de las temperaturas a lo

largo del año, indicando el mes más cálido y el más frío, y si hay máximos y

mínimos secundarios.

También es necesario indicar si hay períodos de aridez, que se reconocen

porque la curva de las precipitaciones están por debajo de la curva de las

temperaturas, y cuándo se dan esos períodos de aridez, si en verano o en

invierno.

Teniendo en cuenta todos estos aspectos se puede reconocer el clima al que

pertenece el climograma, ya que cada clima tiene unas características típicas. En

general, las temperaturas adoptan un aspecto de campana en el hemisferio norte y de

campana invertida en el hemisferio sur, ya que las temperaturas medias son más altas

en verano que en invierno, de perfil más acusado cuanta mayor es la latitud. En

cambio, cuanto más cercana es la localidad a las latitudes ecuatoriales, la línea de

temperaturas se va haciendo notablemente más plana.

La amplitud térmica anual indica, cuanto más alta, una mayor distancia al ecuador o a

la influencia marítima (tanto en horizontal: kilómetros de distancia a la costa, como en

vertical: altitud sobre el nivel del mar), y cuanto más baja, una menor distancia a esos

factores.

La evidencia que da el climodiagrama de la existencia de estación seca es aún más

significativa: si se da en verano, es propia del clima mediterráneo; si se da en invierno,


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del clima tropical de sabana; si se da todo el año, del clima árido. Los demás climas no

tienen estación seca (clima oceánico, clima continental, clima ecuatorial, o incluso el

clima polar, puesto que en éste, aunque las precipitaciones sean mínimas, la línea de

las temperaturas no supera el cero o lo hace muy poco).

3.3.3. DIAGRAMA DE TERMOHIETAS

Este diagrama consiste en un sistema de coordenadas cartesianas en el que se sitúan

los doce meses tomando la precipitación media mensual en abscisas y la temperatura

media mensual en ordenadas.

Este tipo de gráfico permite reconocer la marcha anual de los elementos

climatológicos considerados y establecer las relaciones mutuas entre dos elementos

climatológicos fundamentales: temperatura media mensual y precipitación media

mensual.

Mediante este diagrama se puede observar con claridad el clima que caracteriza la

zona según la forma de los polígonos obtenidos. Por ejemplo, una marcada influencia

del clima mediterráneo se caracterizada por la coincidencia entre temperaturas

máximas y precipitaciones mínimas en verano y lo contrario en invierno. La primavera

y el otoño constituyen estaciones de transición, con máximos pluviométricos relativos

en mayo y octubre (lluvias equinocciales). La oscilación termométrica es moderada si

no se presenta un claro alargamiento del polígono en el sentido de las ordenadas. Si

toda la curva no se encuentra muy desplazada hacia los extremos térmicos, lo que

indica es que es un clima templado.

3.4 DIAS TRABAJABLES MENSUALMENTE POR TIPO DE OBRA

3.4.1. COEFICIENTES MENSUALES REDUCTORES DE LOS DÍAS DE TRABAJO

El presente apartado tiene por objeto determinar los coeficientes de reducción a

aplicar al número de días laborables de cada mes, para obtener los días de

condiciones climáticas más favorables que las indicadas como mínimas para la

ejecución de las distintas unidades de obra.

A partir de toda la información climatológica disponible se procede a la estimación del

número de días trabajables para las diferentes unidades de obra. Estas previsiones se

hacen de acuerdo con el método utilizado en la publicación "Datos Climáticos para

Carreteras", editada por la Dirección General de Carreteras. Se siguen, además, las


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recomendaciones de la publicación “Isolíneas de coeficientes de reducción de los días

de trabajo”, editada por la División de Construcción de la Dirección General de

Carreteras del M.O.P.T., actual Ministerio de Fomento.

El procedimiento está basado en la aplicación de unos coeficientes de reducción por

las condiciones climáticas que afectan a cada unidad de obra.

Los datos climáticos necesarios para su determinación han sido obtenidos de las

series de las estaciones meteorológicas más cercanas que se han estudiado con

anterioridad.

Las limitaciones están debidamente marcadas en el “Pliego de Prescripciones

Técnicas Generales para obras de carreteras y puentes” PG-3 (incluye todos los

artículos actualizados desde la OM 27/12/99 hasta la OC 21bis/2009), que se resumen

a continuación:

Terraplenes: el art. 330.7 establece que los terraplenes se ejecutarán

cuando la temperatura ambiente, a la sombra, sea superior a dos grados

Celsius (2 ºC), debiendo suspenderse los trabajos cuando la temperatura

descienda por debajo de dicho límite.

Los rellenos localizados (art. 332.6) han de cumplir las mismas

restricciones que los terraplenes, aunque si se realizan con material filtrante

(art. 421.4) la temperatura ambiente puede descender hasta 0 ºC.

Riegos y tratamientos superficiales: los arts. 530.6, 531.6, 532.6 y 533.6

establecen limitaciones más estrictas para la puesta en obra de los riegos de

imprimación, adherencia y curado, así como para los tratamientos

superficiales. En estos casos, la temperatura ambiente, a la sombra, y la de

la superficie de aplicación han de ser superiores a los diez grados Celsius

(10 ºC). También se exige que no exista fundado temor de precipitaciones

atmosféricas. Si la temperatura ambiente tiene tendencia a aumentar, se

podrá fijar en 5 ºC el límite inferior admisible.

Mezclas bituminosas: el art. 542.8 establece que no se permitirá la puesta

en obra de mezclas bituminosas cuando la temperatura ambiente, a la

sombra, sea inferior a 5 ºC (8 ºC si el espesor de la capa es inferior a 5 cm)

con tendencia a disminuir, o se produzcan precipitaciones atmosféricas.

Hormigones: La puesta en obra del hormigón en condiciones especiales

tiene más restricciones de tipo climatológico que cumplir:


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o En tiempo frío (art. 610.6.5.1): el hormigonado se suspenderá, como

norma general, siempre que se prevea que, dentro de las cuarenta y

ocho horas siguientes, la temperatura ambiente pueda descender por

debajo de los 0 ºC. Una orientación para ver si se cumple la condición

anterior viene especificada por la circunstancia de que, si a las 9 horas

de la mañana, hora solar, la temperatura ambiente es inferior a 4 ºC,

entonces puede interpretarse que hay motivo suficiente para que se

alcance ese límite en el plazo citado.

o Las temperaturas establecidas podrán rebajarse en 3 ºC cuando se

trate de elementos de gran masa o cuando se proteja eficazmente la

superficie del hormigón; y de forma que la temperatura de su superficie

no baje de un grado bajo cero (-1 ºC).

o Si se emplean cementos puzolánicos o siderúrgicos, las temperaturas

mencionadas deberán aumentarse en 5 ºC y además la temperatura de

la superficie del hormigón no deberá bajar de 5 ºC.

o En tiempo caluroso, el art. 610.6.5.2 y el art. 73 de la Instrucción de

Hormigón Estructural (EHE) establecen que, aparte de las medidas

oportunas para evitar una evaporación sensible del agua de amasado,

tanto durante el transporte como en la colocación del hormigón, se

suspenderá el hormigonado si la temperatura ambiente supera los 40

ºC, salvo que se adopten las medidas necesarias y lo autorice

expresamente la Dirección.

o En tiempo lluvioso: Si no se adoptan medidas de protección para

impedir la entrada del agua a las masas de hormigón fresco, el

hormigonado se suspenderá en caso de lluvia.

Sobre la base de los datos plasmados en los apartados anteriores, se estiman los

coeficientes mensuales de días hábiles de trabajo, teniendo en cuenta el número de

días en los que no se puede trabajar en los tajos de hormigonado, aglomerado

asfáltico, movimiento de tierras, etc. por incidencias meteorológicas. De los

coeficientes mensuales se obtendrá un coeficiente anual ponderado. De esta manera,

se determina el número de días aprovechables en la ejecución de las obras.

Se entiende por día trabajable, relativo a una actividad y en cuanto a clima se refiere,

al día en que la precipitación y la temperatura del ambiente sean inferiores y

superiores, respectivamente, a los límites que se resumen a continuación:


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No se tienen en cuenta las altas temperaturas del ambiente que impidan la

puesta en obra del hormigón, tanto por el número inapreciable de días en

que se dan, como por pertenecer a un microclima de una zona reducida.

Temperatura límite para la ejecución de unidades bituminosas: se define

como temperatura límite del ambiente para la ejecución de riegos,

tratamientos superficiales o por penetración y mezclas bituminosas, aquella

que se acepta normalmente como límite por debajo del cual no pueden

ponerse en obra dichas unidades. Se toma como temperatura límite de

puesta en obra de riegos, tratamientos superficiales o por penetración, la de

10 ºC; y para mezclas bituminosas la de 5 ºC.

Temperatura límite para la manipulación de materiales naturales húmedos:

se establece como temperatura límite del ambiente para la manipulación de

materiales naturales húmedos 0 ºC.

Precipitación límite: se establecen dos valores de la precipitación límite

diaria: 1 mm por día y 10 mm por día. El primer valor limita el trabajo en

ciertas unidades sensibles a una pequeña lluvia y el segundo de los valores

limita el resto de los trabajos. Se entiende que, en general, con

precipitaciones diarias superiores a 10 mm, no puede realizarse ningún

trabajo sin protecciones especiales.

Para calcular el número de días trabajados útiles en las distintas actividades de obra

se establecen unos coeficientes de reducción, a aplicar al número de días laborables

de cada mes. A continuación, se presenta el cálculo de los coeficientes de reducción

por condiciones climáticas durante los trabajos.

Los coeficientes de reducción vienen definidos por los siguientes datos climáticos:

Porcentaje en tanto por uno de días hábiles del mes con temperatura mínima

> 0 º C.

Porcentaje en tanto por uno de días del mes con temperatura mayor de 5 º C

a las 9:00 horas.

Porcentaje en tanto por uno de días del mes con temperatura mayor de 10 º

C a las 9:00 horas.

Porcentaje en tanto por uno de días del mes con precipitación < 1 mm.

Porcentaje en tanto por uno de días del mes con precipitación < 10 mm.


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Coeficiente reductor de días de trabajo por helada (T < 0 º C)

Cuando no se puede hormigonar ni realizar tareas de explanación.

Se define como coeficiente de reducción por helada “m” al cociente entre el número

de días del mes “m” en que la temperatura mínima es superior a 0 ºC y el número de

días del mes:

m mes del días de número

C0 de > mínima temp. de m mes del días de N=m

º

Coeficiente reductor de días de trabajo por temperatura inferior a 5 º C

Cuando no se pueden extender mezclas bituminosas.

Se define el coeficiente de reducción por temperatura límite en la ejecución de

mezclas bituminosas “’m” como el cociente entre el número de días en que la

temperatura a las 9 de la mañana es igual o superior a 5 ºC y el número de días del

mes:

mmesdeldíasdenúmero

CesmalasatemplaqueenmmesdeldíasdeN

m

5..9.º

Coeficiente reductor de días de trabajo por temperatura inferior a 10 º C

Cuando no se puede colocar riegos o tratamientos superficiales.

Se define el coeficiente de reducción por temperatura límite en la ejecución de riegos,

tratamientos superficiales o por penetración, “m” como el cociente entre el número de

días en que la temperatura a las 9 de la mañana es igual o superior a 10 ºC y el

número de días del mes:


CesmalasatemplaqueenmmesdeldíasdeNm

10..9.º


21

Coeficiente reductor de días de trabajo por precipitación superior a 1 mm

Cuando no se puede realizar tareas de explanación, riegos o tratamientos

superficiales, ni extender mezclas bituminosas.

Se define el coeficiente de reducción por lluvia límite de trabajo de precipitación

pequeña “’m” como el cociente entre el número de días del mes en que la

precipitación es inferior a 1 mm y el número de días del mes:


mmiónprecipitacconmmesdeldíasdeN

m

1º

Coeficiente reductor de días de trabajo por precipitación superior a 10 mm

Cuando no se puede realizar ningún trabajo sin la debida protección.

Se define el coeficiente de reducción por lluvia límite de trabajo “m” como el cociente

entre el número de días del mes en que la precipitación es inferior a 10 mm y el

número de días del mes.


mmiónprecipitacconmmesdeldíasdeN

m

10º

3.4.2. CÁLCULO DE LOS DÍAS APROVECHABLES PARA CADA ACTIVIDAD

Como el trabajo ha de suspenderse cuando concurra una o más condiciones adversas

y puesto que son fenómenos de probabilidad independientes, se combinan

reiteradamente los coeficientes de reducción correspondientes.

El coeficiente de reducción de los días laborables del equipo, correspondiente a cada

actividad es (Cm):

Hormigones hidráulicos:

Cm = m x m

Explanaciones:


22

m2

m + m=Cm

Riegos y tratamientos superficiales o por penetración:

Cm = m x ’m

Mezclas bituminosas:

Cm = ’m x ’m

3.4.3. CÁLCULO DE LOS DÍAS LABORABLES

Como base para el cálculo de los días trabajables se toma el calendario laboral para el

año correspondiente.

El coeficiente se los días laborables es (CI).

3.4.4. CÁLCULO DE LOS DÍAS TRABAJABLES NETOS

Para este cálculo intervienen los dos factores de reducción considerados

anteriormente: los de climatología favorable (Cm, distinguiendo por tipo de actividad) y

los de días laborables (Cl).

Así, el coeficiente de reducción total, será:

C = 1 - (1-Cm) x Cl

Finalmente, se obtienen los días trabajables mensualmente por tipo de obra.

3.5 ESTUDIO PLUVIOMÉTRICO

La precipitación, en los estudios hidrológicos, es una variable de principal importancia

puesto que, en cierto sentido, desencadena el resto de los procesos del ciclo

hidrológico.

Por lo tanto, el objeto del estudio pluviométrico es proporcionar un valor de las

máximas lluvias diarias que sirva de partida para calcular los caudales a desaguar,

bien mediante la aplicación de modelos hidrometeorológicos; o en cuencas en las que

no se dispone de registros foronómicos.


23

Con independencia de los datos pluviométricos que se utilizan para la caracterización

climática y determinación de días laborables, deben obtenerse las precipitaciones

máximas anuales producidas en 24 horas, con indicación del mes en que se han

producido. Por ello, es posible que se utilicen estaciones meteorológicas distintas a las

empleadas en el estudio climatológico pero que cumplen el requisito de encontrarse

dentro o en las proximidades de la cuenca en estudio.

Las series de precipitaciones máximas en 24 horas las facilita la AEMET. En estas

series figuran la precipitación total y la precipitación máxima diaria de cada mes en el

periodo de años disponible.

En el anejo se deberá incluir una lista, para cada estación meteorológica aceptada, de

los valores de precipitación máxima de 24 horas en cada año completo.

La variable de precipitación se registra en una diversidad de pluviómetros o

pluviógrafos diseminados por toda la cuenca en estudio. A partir de esta información

puntual, es necesario estimar cómo se ha producido la lluvia a lo largo y ancho de la

cuenca, en posición y magnitud. Es decir, se ha de estimar la distribución espacial o

superficie representativa de lluvia caída sobre la cuenca en cada intervalo de tiempo.

La metodología a seguir consta de tres grandes pasos que se exponen a continuación:

1. Cálculo de la lluvia en un punto.

2. Distribución espacial de la precipitación.

3. Distribución temporal de la precipitación.

3.5.1. CÁLCULO DE LA LLUVIA EN UN PUNTO

Consiste en determinar la ley de frecuencia de las precipitaciones en cada uno de los

pluviómetros de los que se dispone de datos.

Una vez analizadas las series de precipitaciones máximas anuales en 24 horas y, en

su caso, realizado el completado de datos, se realiza un ajuste de la serie de máximas

precipitaciones diarias de cada una de las estaciones a una distribución estadística.

El cálculo se realiza por análisis estadístico de los datos registrados en las estaciones

pluviométricas, empleándose modelos de series anuales de máximos, con lo que sólo

se considera el mayor valor de cada uno de los años.

Las funciones de distribución utilizadas habitualmente son: Gumbel, Log Pearson III Y

SQRT-Etmax.


24

Recientemente se emplean: GUMBEL y SQRT–ET max, puesto que son leyes de dos

parámetros, quedando mitigada la necesidad de regionalizar que exigen los modelos

TCEV y Log pearson III (LP3), aunque a costa de perder flexibilidad en la reproducción

de las características estadísticas observadas en los datos.

Un análisis de los cuantiles estimados, con los dos modelos de ley anteriormente

citados, suele mostrar diferencias prácticamente inexistentes para bajos y medios

periodos de retorno (2, 5, 10 y 25 años) y, sólo cuando los períodos de retorno son

mayores, existen ligeras diferencias, alcanzando los cuantiles estimados por la ley

SQRT-ETmax valores superiores para altos períodos de retorno (TR = 500 años). Esto

conduce, por tanto, a resultados más realistas y siempre más conservadores que los

obtenidos por la tradicional ley GUMBEL. Por ello, en los últimos años, el Centro de

Estudios Hidrográficos del CEDEX ha recomendado la utilización de la ley SQRT-

ETmax, al considerar que muestra un mayor ajuste para períodos de retorno elevados,

quedando desaconsejado el uso de la función GUMBEL dada su tendencia a la

infravaloración en climas mediterráneos.

A continuación, se presentan las expresiones de las leyes de frecuencia a utilizar:

Ley GUMBEL:

)(

)(Pr)(

oxxe

exXobxF

En las que sus parámetros “x” y “α” son ajustados por el método de máxima

verosimilitud.

SQRT-ETmax:

)bx)exp(bxa(1ex)Prob(XF(x)

Donde “a” y “b” son obtenidos por el método de la máxima verosimilitud.

Se representará de forma gráfica el ajuste en comparación con la serie de datos y se

comprobará la calidad del ajuste de las distribuciones de probabilidad a los datos.

Los periodos de retorno considerados en los estudios hidrológicos de obras lineales

suelen ser: 2, 5, 10, 25, 50, 100, 250 y 500 años.

El análisis estadístico anterior puede llevarse a cabo para duraciones distintas de la

diaria en el caso de disponer de registros pluviográficos que permitan obtener las

correspondientes series de máximos anuales. No obstante, la escasez de estos datos


25

suele conducir al empleo de valores diarios junto con curvas intensidad - duración –

frecuencia regional que permitan su transformación para distintas duraciones.

Método del Ministerio de Fomento

También, se puede calcular la precipitación máxima de 24 horas según la publicación

del Ministerio de Fomento “Máximas lluvias diarias en la España peninsular”,

realizando el cálculo con las coordenadas de las estaciones pluviométricas estudiadas.

El proceso operativo de obtención de los cuantiles para distintos periodos de retorno a

partir de la mencionada publicación es el siguiente:

1. Localización en los planos del punto geográfico deseado.

2. Estimación mediante las Isolíneas representadas del coeficiente de variación

Cv y del valor medio de la máxima precipitación diaria anual.

3. Para el periodo de retorno deseado T y el valor de Cv, obtención del cuantil

regional Yt (también denominado “Factor de Amplificación KT” en el “Mapa

para el Cálculo de Máximas Precipitaciones Diarias en la España Peninsular”

de 1997).

4. Realizar el producto del cuantil regional Yt por el valor medio obteniéndose

Xt, es decir, el cuantil local buscado (también denominado PT en el “Mapa

para el Cálculo de Máximas Precipitaciones Diarias en la España Peninsular”

de 1997).

PYX tt *


26

Figura 1: Coeficiente de variación Cv.

Para agilizar los cálculos, se puede utilizar la aplicación informática MAXPLUWIN, es

decir, máxima precipitación en 24 horas para un determinado periodo de retorno según

la función SQRT-Etmáx, para un punto de coordenadas conocidas (software

desarrollado por el CEDEX para la Dirección General de Carreteras del Ministerio de

Fomento, conforme a la metodología expuesta en la publicación “Máximas lluvias

diarias de la España Peninsular” del año 1.999).

La aplicación permite, para los periodos de retorno dados, la consulta de los cuantiles

de máximas lluvias diarias en cualquier punto de la geografía peninsular española.

La entrada del programa está constituida por las coordenadas (geográficas o UTM) de

los puntos para los que se quiere calcular el valor de la precipitación diaria máxima y el

período de retorno; la salida está formada por la precipitación máxima diaria media

para el período de retorno requerido.


27

Figura 2: Ventana del programa MAXPLUWIN.

Se recomienda la elaboración de una tabla resumen para cada estación

meteorológica, con los resultados obtenidos mediante las leyes de distribución y la

publicación ya citada. Se optará por la que brinde valores más realistas y/o

conservadores para el territorio español.

3.5.2. REPARTO ESPACIAL DE LA PRECIPITACIÓN

A partir de los valores de precipitación obtenidos para cada una de las estaciones

pluviométricas seleccionadas, se establecerá la forma en que se distribuye la

precipitación de cálculo de cada estación pluviométrica sobre el territorio.

A este respecto, insistir que los datos que se obtienen en el apartado anterior son

puntuales y deberán ser distribuidos espacialmente.

Este reparto se efectuará mediante un método de interpolación como: media aritmética

y medias móviles, media aritmética en función de la altitud y orientación del terreno,

polígonos de Thiessen, esquemas de interpolación en función de la distancia, isoyetas,

Thiessen modificado, etc.

De estos métodos, son ampliamente conocidos y de fácil aplicación el de los polígonos

de Thiessen y las isoyetas.

El Método de los polígonos de Thiessen:


28

No tiene en cuenta otros tipos de influencias, pues es un criterio de

distancias equivalente a realizar una poligonación mediante mediatrices.

Pondera adecuadamente las aglomeraciones de pluviómetros.

No hay continuidad entre zonas.

Utiliza información de pluviómetros exteriores a la cuenca.

El Método de las isoyetas:

Permite introducir patrones de precipitación conocidos o reflejar la influencia

de factores locales como la orografía, las direcciones de entrada de los

frentes húmedos, etc., de forma cualitativa.

Se corre el peligro de no estar apoyado sobre una red de pluviómetros

suficiente.

No es automatizable.

Por ello, se suele recomendar la aplicación del método de las isoyetas, adjuntando el

plano correspondiente.

No obstante, en el caso de pequeñas cuencas puede aplicarse el método de los

polígonos de Thiessen, adjuntando el plano en que se exprese el porcentaje de cada

cuenca afectado por cada estación pluviométrica.

En el caso de que se haya seleccionado la precipitación proporcionada por la

publicación “Máximas lluvias diarias en la España Peninsular” y que la cuenca sea

muy pequeña, puede optarse por calcular la precipitación en la situación del baricentro

de dicha cuenca, generalizando el dato obtenido a toda la cuenca. También, para

cuencas de pequeño tamaño puede resultar válido tomar como precipitación máxima

diaria de la cuenca para un periodo de retorno dado la correspondiente a la estación

más próxima.


29

Figura 3: Determinación de los Polígonos de Thiessen mediante SIG.

3.5.3. DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE LA PRECIPITACIÓN

La tormenta de diseño ó lluvia de proyecto es un patrón de precipitación definido para

utilizarse en el diseño de un sistema hidrológico.

Para la definición de la tormenta de diseño que permita simular la correspondiente

avenida en la cuenca vertiente, es necesario, en primer lugar, establecer la duración

de la misma y, posteriormente, la distribución temporal de la cantidad total de lluvia

definida para esa duración.

Existen dos enfoques habituales para la obtención de la distribución temporal: el

análisis estadístico de diversos hietogramas o el uso directo de las curvas intensidad -

duración – frecuencia (IDF).

Se determinará la forma del hietograma areal de las lluvias.


30

Estudio de tormentas de la zona

Para obtener la tormenta de diseño, se deben estudiar datos pormenorizados

(diezminutales a ser posible, o al menos horarios) de las mayores tormentas

acontecidas en la zona de estudio. De este estudio, se intentará deducir un patrón de

comportamiento que permita generar un hietograma sintético de diseño.

Del estudio de las tormentas se intentará determinar la forma típica de las tormentas

en la zona: intensidad constante, triangular simétrica, triangular asimétrica, etc.

Hietograma de diseño de 24 horas según curvas IDF

El método anterior es adecuado si el análisis se utiliza con tormentas acaecidas en un

área cercana a la zona de estudio, pero resulta difícil extrapolar a otras regiones y

requiere un trabajo adicional.

En caso de no poder obtener un patrón de comportamiento de las tormentas de la

zona, se usará las curvas intensidad - duración – frecuencia (IDF) propuesta en la

norma 5.2 IC, que proporcionan la distribución de la tormenta en 24 horas, por lo que

no ha lugar a tantear duraciones de tormenta. La lluvia se obtiene directamente de las

mencionadas curvas.

Se denominan curvas IDF a aquellas que resultan de unir los puntos representativos

de la intensidad media en intervalos de diferente duración, para un mismo período de

retorno.

Las curvas IDF decrecen, evidentemente, con la longitud del intervalo de tiempo

considerado. En la normativa vigente (Instrucción 5.2-IC de Drenaje Superficial de

carreteras), se propone una familia de curvas IDF basadas en un trabajo de Témez

(1987), que permite considerar explícitamente la situación geográfica de la cuenca

objeto de estudio.


31

Figura 4: Curva IDF para TR = 500 años y un coeficiente de torrencialidad de 9.5.

En la figura anterior:

It: intensidad media de la precipitación en (mm/h) correspondiente al intervalo de

duración t deseado (en horas).

Id: es la intensidad media diaria de precipitación en (mm/h), correspondiente al

periodo de retorno considerado, calculada como:

24

d

d

PI (mm/h)

Pd: es el cuantil de precipitación total diaria en la cuenca correspondiente al

período de retorno considerado, en (mm/día).

I1/Id: relación entre la intensidad horaria y la diaria (denominada factor de

torrencialidad), se obtiene consultando el mapa de isolíneas para España que figura

en la Norma 5.2-I.C. “Drenaje Superficial”.

La limitación que se impone de TC no superiores a 24 horas hace que la consideración

de una lluvia efectiva de 24 horas sea bastante conservadora.

Respecto a la forma del hietograma, es usual la disposición simétrica, pero también es

frecuente el empleo de disposiciones más conservadoras en las que el intervalo de

mayor intensidad es precedido por el segundo de mayor lluvia y seguido por el tercero

de mayor intensidad, y así sucesivamente (bloques alternos). Estas disposiciones

retrasan en el tiempo la punta del hietograma, por lo que los caudales calculados por


32

simulación hidrológica serán mayores al ser mayor la humedad del complejo suelo-

vegetación y mayor, por tanto, la escorrentía.

Se discretizará la tormenta con la forma del hietograma que sea habitual en la zona.

En caso de falta de datos se recomienda utilizar el método de bloques alternos.

Discretización de la tormenta de diseño

En todos los casos, deberá elegirse un intervalo de discretización adecuado al tiempo

de concentración (TC) de las cuencas en estudio; en general se recomienda que el

intervalo de discretización cumpla la doble condición de no ser inferior a 10 minutos, y

que sea del orden de entre 0.1 y 0.2 *TC.

Se adjunta de forma gráfica y numérica las discretizaciones de la tormenta elegida,

adaptadas al tiempo de concetración de cada cuenca.

Los intervalos están en función del tiempo de concentración de la cuenca porque en

cuencas de respuesta rápida la cuenca tarda poco en drenar, en cambio, en una

cuenca grande, las intensidades se compensan porque el caudal que drena es la

superposición de diferentes lluvias caídas en dicha cuenca.

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