Nueva Norma 5.2-IC de Drenaje Superficial de la Instrucción de Carreteras

Norma 5.2-IC_metodo racional_Mapa_I1Id

¿Sabes que desde hace justamente un mes está en vigencia la nueva Norma 5.2-IC de Drenaje Superficial? Pues si te dedicas a calcular y diseñar redes de drenajes de carreteras, deberías saberlo!!!

La verdad es que a mi me ha llegado porque un par de contactos en LinkedIn han compartido la noticia, que si no tampoco me entero… y la verdad, que la última versión contiene suficientes actualizaciones y cambios de entidad como para que se le dé un poco de más de bombo y platillo… En este post te avanzo y anuncio algunas de ellas.

Una Norma 5.2-IC adaptada a los nuevos tiempos

La Norma 5.2-IC que estaba vigente hasta hace poco era de 1990… mucho ha llovido desde entonces!!! Gracias principalmente a las nuevas tecnologías los avances en hidrología y cálculos hidráulicos desde entonces han sido evidentes, así como a la aparición de normativas actualizadas en materia de aguas, la sensibilización de la población, y la experiencia acumulada, junto con otros factores, han hecho que haya sido imperioso efectuar una actualización de la norma que rige el diseño de los sistemas de drenaje superficial en carreteras.

La actualización ha sido severa, afectando a todos los capítulos de la antigua norma… desde las definiciones básicas, pasando por la metodología del cálculo de caudales, por el detalle del drenaje de plataformas y márgenes, por la adición de elementos de control de vertidos, por la actualización de criterios de drenaje transversal, por cuestiones particulares de drenaje de tipos específicos de obras, y terminando por aspectos de construcción y conservación.

Como ves, la reforma ha sido profunda… y en lo que concierne a la hidrología e hidráulica los cambios son substanciales, razón por la cual he pensado que este post era necesario.

Nuevos criterios en el cálculo de caudales

La anterior instrucción basaba la obtención de los caudales puntas mediante el método hidrometeorológico, álias Método Racional, aplicado básicamente en cuencas pequeñas cuyos tiempos de concentración fueran menores a 6h. A partir de aquí, la obtención de los parámetros de escorrentía e intensidad de precipitación se fundamentaba en el desarrollo clásico de la metodología… pero los tiempos han cambiado, y esto a supuesto que la nueva Norma 5.2-IC presente un replanteo completo del cálculo de caudales y que se basa en el siguiente esquema:

Norma 5.2-IC_metodo calculo caudales

Como ves, en primer lugar se da preferencia a los datos de caudales que las propias Administraciones competentes puedan disponer. Si no se dispone de ellos, entonces ya se entra en el desarrollo de métodos de obtención que variarán en función de un tamaño de cuenca y de la existencia o no de datos de aforos significativos.

Y otro detalle muy interesante… se distingue una metodología específica en la aplicación del Método Racional, en el caso de cuencas menores de 50km2, para aquellas que se emplazan en el Levante y el Sureste peninsular.

De este modo, en la nueva Norma 5.2-IC queda muy bien concretado qué metodología de obtención de caudales se debe emplear en cada caso concreto.

Un Método Racional adaptado a los nuevos tiempos

En la nueva Norma 5.2-IC que está en vigor desde el pasado mes de febrero, el Método Racional se ha modernizado:

Norma 5.2-IC_metodo racional

Formalmente es la misma que ya conocíamos, pero entraña una serie de importantes novedades que iré desglosando a continuación.

Intensidad de Precipitación

La expresión de la Intensidad de Precipitación ha sido objeto de una renovación formal, y ahora es la siguiente:

Norma 5.2-IC_metodo racional_intensidad

La intensidad a considerar es la Intensidad Media Diaria multiplicada por un factor de intensidad adimensional Fint Por un lado la valoración de la Intensidad Media Diaria es la que se obtiene relacionando Precipitación Máxima Diaria con una duración de 24h a través del factor reductor de precipitación, nada nuevo que no sepamos:

Norma 5.2-IC_metodo racional_intensidad diaria Norma 5.2-IC_metodo racional_Ka_llarg

La novedad está en ese Factor de Intensidad Fint, el cual debe tomarse como el máximo de dos factores:

Norma 5.2-IC_metodo racional_Fint

El primer factor Fa es equivalente al índice de torrencialidad de las precipitaciones, que es el que ya conocíamos pero que también presenta un aspecto renovado:

Norma 5.2-IC_metodo racional_Fa

Pero aquí hay una importante actualización… la relación de intensidades (I1/Id) se determina con una nueva versión de mapa de distribución territorial:

Norma 5.2-IC_metodo racional_Mapa_I1Id

El segundo factor Fb es otra de las novedades. Este nuevo factor se obtiene a partir de la información de las curvas IDF de los pluviógrafos que se tomen en cuenta para la cuenca de estudio, relacionando la intensidad para un periodo de retorno T y tiempo de concentración tc determinados con la intensidad para ese mismo T pero con duración de aguacero de 24 horas a través de un kb que toma como valor 1’13.

Norma 5.2-IC_metodo racional_Fb

Tiempo de concentración

En lo referente a aspecto formal, la expresión del tiempo de concentración de una cuenca también se ha renovado, y se muestra tal que así:

Norma 5.2-IC_metodo racional_tc

Pero en el fondo del concepto, la nueva Norma 5.2-IC indica que hay que tantear distintas combinaciones de longitud máxima de recorrido y pendiente hasta obtener el máximo tiempo de concentración de la cuenca. Pero ¿qué sucede en cuencas pequeñas? Pues que los tiempos de concentración son muy bajos, con lo cual aplicar la anterior expresión no es apropiado.

Por ello, en la norma se indica que para cuencas con tc ≤ 0’25h se obtenga el tiempo de concentración dividiendo el recorrido de escorrentía en tramos homogéneos de 300m de longitud como máximo y obtener el tiempo de concentración de las mismas sumando los tiempos parciales obtenidos, según el concepto de flujo difuso sobre el terreno:

Norma 5.2-IC_metodo racional_tdif

En esta expresión el tiempo tdif de recorrido de flujo difuso en minutos relaciona la longitud Ldif de recorrido de flujo difuso en metros con la pendiente media adimensional Jdif y el coeficiente ndif adimensional de flujo difuso, el cual toma los siguientes valores:

Norma 5.2-IC_metodo racional_ndif

Una vez calculado el tdif, el valor que adoptará el tiempo de concentración corresponde a lo indicado en la siguiente tabla:

Norma 5.2-IC_metodo racional_tdif_tabla

Coeficiente de escorrentía

En el caso del coeficiente de escorrentía, en la nueva Norma 5.2-IC no se modifica y presenta la siguiente expresión matemática y gráfica:

Norma 5.2-IC_metodo racional_C_expresion
Norma 5.2-IC_metodo racional_C_grafico

Lo que sí sufre una actualización muy importante es cómo se obtiene el valor del umbral de escorrentía P0, no tanto formalmente, que sigue haciéndose a través de la expresión:

Norma 5.2-IC_metodo racional_C_Po

Si no que la modificación es más profunda, ya que afecta a la valoración del umbral inicial y del coeficiente de umbral β.

Umbral inicial de escorrentía Pi0

Para determinar el valor inicial de umbral, en primer lugar prevalece la información de datos o mapas publicados por la Dirección General de Carreteras. Pero si no se dispone de esa información o se trata de alguno de los casos que indica el texto de la Norma, se obtendrá el valor inicial de una cuenca a partir de su relación entre uso o aprovechamiento del suelo y del grupo hidrológico de suelo… pero esta vez con las siguientes novedades:

  • A no ser que se disponga de información más detallada, la designación de grupo hidrológico del suelo se efectúa a partir del siguiente mapa:

Norma 5.2-IC_metodo racional_C_grupos suelo

  • Identificado el grupo hidrológico, ya se puede acceder a la tabla de usos o aprovechamiento del suelo para obtener el valor inicial de umbral… pero esta vez la tabla también se ha actualizado a las nuevas fuentes de información, de manera que las tipologías de usos de suelo son las establecidas según el Corine Land Cover 2000. 

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Coeficiente de umbral de escorrentía

Lo expuesto anteriormente requiere de una calibración con datos reales de cuenca la cual se introduce mediante el coeficiente de umbral de escorrentía β, ya sea porque se dispone de una calibración específica para una cuenca o bien de datos de caudales representativos que permitan contrastar valores de datos y resultados de cálculo. Pero si no se dispone de esa información previa, se procederá de la siguiente manera:

  • En el caso de drenajes transversales de plataforma, márgenes y elementos que no compongan afecten a la carretera principal, se usa la expresión:

Norma 5.2-IC_metodo racional_C_BetaPM

  • En el caso de puentes y obras de drenaje transversal a carretera principal, la expresión queda como:

Norma 5.2-IC_metodo racional_C_BetaDT

Tanto para un caso como para el otro, se ha regionalizado el territorio peninsular en 34 zonas según la siguiente distribución (por cierto, desconozco la razón por la cual no se incluye en este mapa de la Norma 5.2-IC los territorios insulares… y no será porque allá no llueva o no haya que calcular drenajes, digo yo…)

Norma 5.2-IC_metodo racional_Mapa_Beta

Para cada una de esas regiones, en una tabla se recogen los valores correspondientes a los coeficientes de valor medio del coeficiente corrector βm, factor de periodo de retorno Ft y Desviación respecto al valor medio Δ50.

Norma 5.2-IC_metodo racional_Tabla_BetaÁreas y Uniformidad de Distribución Temporal

Se trata de las dos únicas variables que no han sido objeto de modificación… lo de las áreas es evidente, la superficie de una cuenca es la superficie de una cuenca, pero sí que esta nueva Norma apunta a la distribución espacial de la superficie total de una cuenca heterogénea en zonas homogéneas en intensidades y/o coeficientes de escorrentía.

Norma 5.2-IC_metodo racional_Area1
Norma 5.2-IC_metodo racional_Area2

Y lo que no sufre modificación alguna es la expresión de obtención del Coeficiente de Distribución Temporal Kt

Norma 5.2-IC_metodo racional_Kt

¿Y qué ocurre en el Levante y Sureste Peninsular?

Una de las grandes novedades que incluye la nueva Norma 5.2-IC es la de plantear una metodología específica para el cálculo de caudales en las cuencas del Levante y Sureste peninsular en el caso de que su superficie sea menor de 50km2, a no ser que la Administración Hidráulica competente disponga de datos de caudales. En este sentido:

  • Cuando el caudal de proyecto sea menor o igual a 25 años de periodo de retorno, se aplica el procedimiento expuesto anteriormente.
  • Cuando el caudal de proyecto sea superior a 25 años de periodo de retorno, el caudal máximo anual se debe obtener mediante métodos estadísticos o modelos hidrológicos a partir de información de eventos de avenidas históricas o de registros de precipitación respectivamente. Si no se dispusiera se aplicará el siguiente modelo regional que ofrece valores conservadores:

Norma 5.2-IC_metodo racional_Levante

Con este modelo regional, el caudal a considerar será función del caudal para un periodo de retorno de 10 años obtenido según los procesos y metodología expuesto en los apartados anteriores, pero aplicándole un coeficiente φ y un exponente λ propio de la región y el periodo de retorno considerado según las siguientes tablas:

Norma 5.2-IC_metodo racional_Levante_tablas

¡¡¡Pues sí que ha cambiado la Norma 5.2-IC!!!

Ciertamente, y esto ¡sólo en lo relativo a la obtención de caudales! Si me centrara en el resto de Capítulos la revisión es mucho más extensa… De hecho, próximamente haré un post sobre los condicionantes en el diseño de elementos de drenaje…

Pero de momento, aquí lo dejo, que el post ha salido completito… por cierto, que si quieres la nueva versión de la Norma 5.2-IC, la tienes disponible para descargar haciendo clic aquí.