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Fig. 1 Puente peatonal sobre el arroyo Kumiai, Tecate,
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PREGUNTAS Y RESPUESTAS
SOBRE EL PERÍODO DE RETORNO A SER USADO PARA DISEÑO
En hidrología, los períodos de retorno varían típicamente de 10 a 100 años, y en lugares donde la Precipitación Máxima Probable no ha sido definida, hasta 10,000 años. La selección de período de retorno depende de varios factores, entre los cuales se incluyen el tamaño de la cuenca, la importancia de la estructura, y el grado de seguridad deseado.
2. ¿CUÁL ES EL PERÍODO DE RETORNO MÁS CORTO?
El período de retorno más corto (bajo) en drenaje urbano es de 5 a 10 años. Estos valores están usualmente asociados con áreas de drenaje menores a 100 ha. Para estas áreas, se puede utilizar el método racional para obtener la descarga pico. En ciertos casos, particularmente para áreas que exceden las 100 ha, se pueden usar períodos de retorno más largos.
3. ¿POR QUÉ SE USAN PERÍODOS DE RETORNO CORTOS EN DRENAJE URBANO?
En la hidrología de cuencas pequeñas, la descarga pico está relacionada con la intensidad de lluvia. A su vez, ésta está relacionada con el tiempo de concentración. Las áreas pequeñas tienen un tiempo de concentración corto, y esto produce una intensidad alta y una descarga pico alta [por unidad de área]. Sin embargo, como el área es pequeña, la descarga pico es también pequeña. Por lo tanto, para áreas pequeñas, con tiempo de concentración medido en minutos, no es usualmente económico el diseñar para períodos de retorno largos.
4. ¿CUÁL ES EL PERÍODO DE RETORNO PARA OBRAS REGIONALES DE CONTROL DE INUNDACIONES?
Las obras regionales de control de inundaciones tales como los diques laterales cubren grandes áreas de drenaje. En este caso, los períodos de retorno pueden variar entre los 50 y 100 años. El tiempo de concentración es más largo, por ejemplo, unas horas, y la intensidad de lluvia es correspondientemente menor; esto resulta en una descarga pico pequeña [por unidad de área]. Sin embargo, la descarga pico total puede ser grande, reflejando en este caso más el tamaño del área de drenaje que la intensidad de lluvia.
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| Fig. 2 Diques longitudinales en el arroyo Tecate, Baja California, México. |
5. ¿CUÁL ES EL PERÍODO DE RETORNO PARA EL DISEÑO DE OBRAS VIALES?
Para el diseño de obras viales, la selección de período de retorno depende de la importancia de la estructura. Los períodos de retorno en obras viales y otras obras regionales, incluyendo alcantarillas, varían típicamente entre los 25 y 100 años. Es inusual usar períodos de retorno mayores a 100 años en el diseño hidráulico de obras viales.
6. ¿CUÁL ES EL PERÍODO DE RETORNO PARA EL DISEÑO DE PUENTES?
En el caso de puentes sobre ríos, el énfasis se pone en la importancia de la estructura y el riesgo de falla. Para el diseño de pilares de puentes, se pueden justificar períodos de retorno de hasta 500 años, dependiendo del caso.
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| Fig. 3 Avenida en el río Cuiabá Mato Grosso, Brasil, el 10 de enero de 1995. |
7. ¿QUÉ ES EL PERÍODO DE RETORNO DE 100 AÑOS?
El período de retorno de 100 años significa cuatro generaciones. Es un número no muy alto y no muy bajo. El valor de 100 años no implica que la estructura estará en riesgo de falla cada 100 años. En vez, significa que la estructura estará en riesgo de falla, por ejemplo, 10 veces a lo largo de 1000 años. El criterio de la avenida de 100 años se aplica al desarrollo de llanuras aluviales, obras de protección de mediana envergadura, y obras regionales de drenaje urbano.
Como regla general, cuanto mayor es el área de drenaje, más largo es el período de retorno. Usualmente, áreas menores de 250 ha no justifican períodos de retorno mayores a los 25 años. Sin embargo, para áreas mayores, hasta las 10,000 ha o más, se pueden justificar períodos de retorno hasta de 100 años o más.
8. ¿CÓMO SE ORIGINÓ EL CONCEPTO DEL PERÍODO DE RETORNO DE 100 AÑOS?
La idea de establecer un período de retorno de 100 años como norma para los cálculos de inundaciones en los Estados Unidos se atribuye ampliamente, pero presumiblemente no del todo con precisión, al profesor Gilbert F. White. Aquí lo citamos de un documento titulado "Entrevista con Gilbert F. White" por Martin Reuss (c. 2005).
"Hubo un desarrollo muy interesante de la noción de que podría haber una avenida de frecuencia lo suficientemente baja como para no hacer ningún esfuerzo para enfrentarla. La Administración Federal de Seguros eligió un intervalo de recurrencia de cien años. Y algunos de nosotros estábamos involucrados en eso porque reconocimos que inicialmente había que tener alguna cifra para usar. Se eligió la inundación del uno por ciento. Creo que Jim Goddard y sus colegas de TVA serían considerados accesorios del crimen. A falta de cualquier otra cifra, el concepto tomado de la inundación regional intermedia de TVA parecía una cifra moderadamente razonable. Generalmente usamos el término inundación catastrófica para eventos de mucha menor frecuencia".
9. ¿QUÉ ES LA PRECIPITACIÓN MÁXIMA PROBABLE?
PMP quiere decir "Precipitación Máxima Probable." Aun cuando su nombre implica una probabilidad, en efecto la primera P de PMP debe interpretarse como "posible." El PMP es una maximización razonable de la precipitación [de evento] que puede esperarse en una localización geográfica, para una duración determinada. Los estimados de PMP, que incluyen estimados generalizados (con mapas), y otros basados en métodos estadísticos, han sido hechos en los Estados Unidos desde principios de la década de 1960.
10. ¿QUÉ SIGNIFICA EL PERÍODO DE RETORNO DE 10,000 AÑOS?
En países donde no existe una PMP generalizada, es práctica común usar la avenida de los 10,000 años como substituto de la PMP. El valor de 10,000 años se ha usado por muchas décadas para designar el valor máximo de período de retorno a ser usado en el diseño hidrológico. Este valor es aproximadamente equivalente a la PMP.
11. ¿PUEDE LA PMP SER DIFERENTE QUE AQUÉLLA CON PERÍODO DE RETORNO DE 10,000 AÑOS?
El valor de PMP basado en métodos estadísticos se usa comúnmente en lugares donde el PMP generalizado no está disponible (Ponce, 1989, p. 454). No es raro que el valor de PMP basado en estadística sea diferente que la avenida de P10,000 obtenida usando métodos estadísticos.
12. ¿CUÁNDO SE UTILIZAN PERÍODOS DE RETORNO HASTA 10,000 AÑOS?
Para lugares en los cuales no se han determinado valores de PMP generalizado, y donde el riesgo de falla pone en peligro la vida humana, se usan períodos de retorno mayores a 100 años, incluyendo 200, 500, 1000, 2000, 5000, y 10,000 años. Los valores hasta de 10,000 años se usan para aliviaderos de emergencia e hidrogramas de borde libre, en el diseño de presas.
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| Fig. 4 Aliviadero de demasías de la presa Turner, condado de San Diego, California, USA. |
13. ¿QUÉ PERÍODOS DE RETORNO [MÁS ALLÁ DE LOS 100 AÑOS] SE USAN EN LOS ESTADOS UNIDOS?
En los Estados Unidos se utilizan períodos de retorno hasta 100 años. Más allá de este límite, las precipitaciones de diseño se toman como la suma de la P100 más una fracción de la diferencia entre el P100 y la PMP. Por ejemplo, para una presa de clase (c), el Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) especifica una precipitación para un aliviadero de emergencia igual al 100% de la P100 más el 26% de la diferencia entre el PMP y el P100 (NRCS TR-60: Earth dams and reservoirs).
En efecto, esto significa que la precipitación de diseño es un promedio ponderado de la P100 y la PMP. Estas precipitaciones se usan, junto con un modelo de precipitación-escorrentía, para calcular el hidrograma de diseño. Para una presa de clase (c), la PMP se usa para calcular la Avenida Maxima Probable (AMP), vale decir, la avenida que tomaría todo el borde libre.
14. ¿CUÁL ES EL PERÍODO DE RETORNO DE UNA AVENIDA PRODUCIDA POR LA ROTURA DE UNA PRESA?
El período de retorno de una avenida producida por la rotura de una presa depende del volumen almacenado detrás de la presa en el momento de la rotura, y del tiempo de desarrollo de la rotura misma. Si este tiempo es corto, por decir menos de una hora, la avenida resultante puede tener un período de retorno mayor a los 10,000 años. Por lo tanto, es importante diseñar la presa de manera que el aliviadero sea capaz de pasar una avenida extrema.
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Fig. 5 Falla de la presa Teton, en el río Snake, Idaho, USA, el 5 de junio de 1976. |
15. ¿PUEDEN LOS PERÍODOS DE RETORNO VARIAR EN EL MISMO PROYECTO?
Sí. Cuando los otros factores son los mismos, el período de retorno a usar depende del tamaño del área de drenaje. Cuando menor es el área de drenaje, más corto podrá ser el período de retorno. De otra manera, cuando más grande es el área de drenaje, más largo podrá ser el período de retorno. Por lo tanto, las áreas menores dentro de una cuenca tendrán períodos cortos, por ejemplo, 5 a 10 años, mientras que áreas mayores tendrán períodos más largos, por ejemplo, 25, 50, o 100 años. La razón para variar los períodos de retorno dentro de un mismo proyecto es que la probabilidad de ocurrencia de una cierta intensidad de lluvia aumenta con una disminución del área de drenaje. Por lo tanto, es más probable que un área más pequeña sea sometida a una intensidad de lluvia más alta.
El diseño de un proyecto de drenaje urbano (con áreas que varían desde una cuantas hectáreas hasta cientos de hectáreas) con el mismo valor de período de retorno puede llevar al diseño insuficiente de las áreas grandes (si se usa un período de retorno corto) o al sobrediseño de las áreas pequeñas (si se utiliza un período de retorno largo).
16. ¿CÓMO AFECTARÁ EL CALENTAMIENTO GLOBAL AL DISEÑO?
Bajo condiciones de calentamiento global,
se espera que los climas cambien local y regionalmente.
Algunas regiones se secarán y otras se volverán mas húmedas.
Todo el registro de precipitaciones podría estar en riesgo de obsolescencia.
Un diseño existente o planeado, basado en el registro disponible, se convertirá en menos conservador bajo un cambio
de condiciones húmedas a secas (desertificación), y en más conservador bajo un cambio de condiciones secas a húmedas
(humidificación).
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| Fig. 6 Anomalías globales de temperatura de la superficie en el año 2005 (Fuente: NASA). |
17. ¿QUIÉN ESCOGE EL PERÍODO DE RETORNO?
El diseñador escoge el período de retorno, en consulta con el dueño, siguiendo la práctica establecida. Es importante que la seleccion considere una estimación adecuada del riesgo. El Cuadro 1 puede usarse como guía, en conjunción con las reglamentos y experiencia locales.
Cuadro 1. Guía para la selección de períodos de retorno.
| No.
| Tipo de proyecto o obra
| Período de retorno | (años) 1
| Drenaje urbano y rural [bajo riesgo] (hasta 100 ha)
| 5 a 10
| 2
| Drenaje rural [mediano riesgo] (más de 100 ha)
| 10 a 25
| 3
| Drenaje urbano [mediano riesgo] (más de 100 ha)
| 25 a 50
| 4
| Drenaje vial (mediano riesgo)
| 25 a 50
| 5
| Aliviadero principal (presas)
| 25 a 100
| 6
| Drenaje vial (alto riesgo)
| 50 a 100
| 7
| Diques longitudinales [mediano riesgo]
| 50 a 100
| 8
| Drenaje urbano [alto riesgo] (más de 1,000 ha)
| 50 a 100
| 9
| Desarrollo de zona de inundación
| 100
| 10
| Diseño de puentes (pilares)
| 100 a 500
| 11
| Diques longitudinales [alto riesgo]
| 200 a 1000
| 12
| Aliviadero de emergencia (presas)
| 100 a 10,000 (PMP)
| 13
| Hidrograma de borde libre [para una presa de clase (c)]
| 10,000 (PMP)
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