Manual técnico

Tormentas de diseño

Fundamento, procedencia y alcance de las distribuciones temporales disponibles para convertir una precipitación de diseño en un hietograma.

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01

Qué representa una tormenta de diseño

Es una construcción temporal compatible con una profundidad o curva IDF de proyecto; no pretende reproducir un evento histórico particular.

Marco teórico

Profundidad y distribución temporal

La curva IDF determina máximos de precipitación para duraciones y frecuencias seleccionadas. El hietograma reparte esa profundidad en intervalos. Dos tormentas con igual volumen, duración y período de retorno pueden producir hidrogramas diferentes si cambia la posición del pico o el orden de los incrementos.

Eventos sintéticos anidados

Los patrones sintéticos suelen anidar intensidades máximas de corta duración dentro de máximos de mayor duración. HEC-22 y NRCS advierten que estas distribuciones no son tormentas reales: son representaciones temporales para análisis y diseño.

Duración crítica

DINASA indica que la duración es un dato de proyecto y menciona como práctica frecuente adoptar dos veces el tiempo de concentración o más. En sistemas con almacenamiento o redes complejas debe comprobarse la duración que maximiza el caudal, el nivel o el volumen relevante.

Cómo se construye una tormenta de diseño

La profundidad de proyecto y su distribución temporal son decisiones diferentes. El esquema resume la construcción habitual; el gráfico permite comparar cómo cada patrón concentra una misma fracción de lluvia en el tiempo.

  1. 01

    Magnitud de proyecto

    La IDF o el estudio de frecuencia define la profundidad para una duración y un período de retorno.

  2. 02

    Incrementos temporales

    Se calculan diferencias entre profundidades anidadas o se adopta una distribución adimensional publicada.

  3. 03

    Orden y posición del pico

    Los incrementos se ordenan o interpolan y forman el hietograma que alimentará el modelo lluvia–escorrentía.

El tiempo y la lluvia se expresan como porcentajes para comparar perfiles con duraciones y discretizaciones diferentes.

Lluvia incremental

Porcentaje del volumen total que cae en cada intervalo.

Lluvia acumulada

Permite leer qué fracción del volumen ya ocurrió en cada momento.

Los gráficos son comparaciones didácticas normalizadas. No sustituyen la duración crítica, el intervalo temporal ni la justificación regional del patrón. Los perfiles calculados reutilizan las funciones de Hidro; PDSDUM 2019 reproduce la tabla porcentual citada en este capítulo.

Límites y cautelas

La frecuencia de la profundidad total no implica que cada ordenamiento temporal tenga la misma probabilidad de ocurrencia.

La distribución, duración, intervalo y posición del pico forman parte del criterio de diseño y deben quedar informados.

Fuentes

  1. [1] Manual DINASA, página PDF 53.
  2. [2] Manual DINASA, página PDF 54.
  3. [3] Curso HHA, capítulo 3.1b, Análisis y diseño hidrológico - segunda parte, Cap3.1bHHA2019.pdf, página PDF 11, página interna 10.
  4. [4] FHWA HEC-22, 4th ed., capítulo 4, hif24006.pdf, página PDF 55, página impresa 23.

02

Curvas IDF de Uruguay

Las relaciones nacionales expresan la precipitación extrema a partir de una lluvia de referencia y tres correcciones independientes: frecuencia, duración y extensión espacial de la cuenca.

Marco teórico

Una lluvia de referencia para cada lugar

El punto de partida es P_{3,10}: la precipitación máxima de tres horas asociada a un período de retorno de diez años en el lugar de interés. Su valor no se deduce del departamento como una constante administrativa, sino que se lee o interpola en el mapa de isoyetas de lluvias extremas. La formulación transforma esa referencia para representar otra duración, otra frecuencia y, cuando corresponde, el promedio espacial sobre una cuenca.

Corrección por período de retorno

El factor C_T aumenta al considerar eventos menos frecuentes. Está normalizado alrededor de C_T=1 para diez años; por eso un período menor reduce la lluvia respecto de P_{3,10} y uno mayor la incrementa. El eje de período de retorno se representa en escala logarítmica para que puedan leerse en un mismo gráfico desde eventos frecuentes hasta eventos poco frecuentes.

C_T(T_r)=0.5786-0.4312\log_{10}\left[\ln\left(\frac{T_r}{T_r-1}\right)\right]

T_r se expresa en años. La expresión requiere T_r>1; la plataforma adopta T_r\geq2 años.

Corrección por duración

El factor C_D convierte la precipitación de tres horas a la profundidad acumulada correspondiente a una duración d. La relación es creciente y utiliza dos ajustes, uno para duraciones menores de tres horas y otro para duraciones mayores. Ambos tramos se encuentran aproximadamente en C_D=1 alrededor de las tres horas.

C_D(d)=\begin{cases}\dfrac{0.6208\,d}{(d+0.0137)^{0.5639}},&d<3\ {\rm h}\\[4pt]\dfrac{1.0287\,d}{(d+1.0293)^{0.8083}},&d\geq3\ {\rm h}\end{cases}

La duración d se expresa en horas.

Corrección por área

Una medición puntual no equivale al promedio de lluvia sobre una cuenca extensa. C_A reduce la precipitación puntual a medida que aumenta el área; la reducción es más marcada para duraciones cortas. Por eso no existe una única curva C_A(A): debe leerse junto con la duración, como una familia de curvas o ábaco.

C_A(A,d)=1-\left(0.3549\,d^{-0.4272}\right)\left(1-e^{-0.005792A}\right)

A se expresa en km² y d en horas. Esta corrección espacial no fue calibrada con registros uruguayos; el curso la atribuye a Chow (1994).

Cómo leer las representaciones

Los gráficos de C_T y C_D aíslan el efecto de una sola variable. El ábaco de C_A muestra, para cada duración rotulada, cómo cambia el factor con el área. Los tres coeficientes son adimensionales y se multiplican: ninguno representa por sí solo una intensidad ni una profundidad de lluvia.

Formulación

P(d,T_r,A)=P_{3,10}\,C_T(T_r)\,C_D(d)\,C_A(A,d),\qquad i=\frac{P}{d}

P se obtiene en milímetros cuando P_{3,10} se ingresa en milímetros y d en horas; la intensidad media resultante i queda en mm/h.

Variables y unidades

P_{3,10}
Precipitación máxima de 3 h y 10 años en el punto de Uruguay
mm
T_r
Período medio de retorno
años
d
Duración de la precipitación acumulada
h
A
Área sobre la que se promedia la precipitación
km²
C_T
Factor de corrección por período de retorno
—
C_D
Factor de corrección por duración
—
C_A
Factor de reducción espacial por área y duración
—
P
Profundidad máxima de precipitación
mm
i
Intensidad media durante la duración d
mm/h

Representación gráfica de los coeficientes

Las curvas se calculan con las mismas funciones que utiliza la plataforma. Pase el cursor —o toque en una pantalla táctil— para consultar un valor. Las escalas y el intervalo visible siguen las representaciones del curso HHA.

Corrección por período de retorno, CT

El eje horizontal es logarítmico y el factor vale aproximadamente uno para Tr = 10 años.

Corrección por duración, CD

La profundidad acumulada aumenta con la duración y se normaliza alrededor de tres horas.

Ábaco de reducción espacial, CA(A,d)

Cada curva corresponde a una duración en horas. Para una misma área, los eventos breves reciben una reducción espacial mayor que los eventos prolongados.

Fuente de las ecuaciones y de la representación: Curso HHA, capítulo 3.1a, Análisis y diseño hidrológico — primera parte, Cap3.1aHHA2019.pdf, páginas PDF 18–22, páginas internas 17–21. La corrección por área fue tomada de Chow (1994) y no fue calibrada con información uruguaya.

Aplicabilidad

Las relaciones C_T y C_D fueron ajustadas para Uruguay a partir de información histórica de precipitación del período 1906–1980. Para aplicarlas, P_{3,10} debe obtenerse de la isoyeta correspondiente al lugar del proyecto.

La representación de C_A se muestra entre 0 y 300 km² y para duraciones de 0,5 a 24 horas, siguiendo la figura académica utilizada como fuente. Ese intervalo gráfico facilita la lectura, pero no constituye por sí solo una validación regional de la corrección espacial.

Límites y cautelas

El mapa de isoyetas y las correcciones por duración y período de retorno proceden de información uruguaya; la corrección por área no. Su uso requiere reconocer esa diferencia de origen y justificar el criterio espacial cuando tenga incidencia en el diseño.

Una curva IDF asocia una magnitud extrema con una duración y una frecuencia. No describe por sí sola la distribución temporal interna de una tormenta ni sustituye el análisis de frecuencia de una serie observada cuando se dispone de datos locales suficientes.

Los valores de P_{3,10} resumidos por departamento son únicamente orientativos. El valor de proyecto debe obtenerse para la ubicación concreta y quedar documentado.

Uso en la plataforma

Los cálculos usan d en horas, A en km², P en milímetros e intensidad en mm/h. Para áreas de hasta 1 km² se adopta C_A=1 y, por encima de 300 km², se presenta una advertencia para promover una revisión regional específica.

Las tormentas sintéticas se escalan con la profundidad resultante, salvo que el análisis utilice una serie de precipitación aportada por el usuario.

Fuentes

  1. [1] Curso HHA, capítulo 3.1a, Análisis y diseño hidrológico - primera parte, Cap3.1aHHA2019.pdf, páginas PDF 17–23, páginas internas 16–22; ecuaciones en las páginas PDF 18–19, páginas internas 17–18, y representaciones gráficas en las páginas PDF 21–22, páginas internas 20–21.

03

Montevideo 6 h

Patrón municipal de seis horas, con paso de cinco minutos y máximo alrededor de la primera hora, desarrollado para el drenaje de Montevideo.

Marco teórico

Origen del patrón

El Plan Director de 1994 definió empíricamente una tormenta característica de 6 h, con máxima intensidad en la primera hora y bloques anidados de 5 min. La Guía MCE 2017 la construye por bloque alterno a partir de la ley de Montana de Montevideo y la simetriza respecto de la hora de máxima intensidad.

Revisión con registros del Prado

El estudio IMFIA 2013 revisó 170 tormentas de 1968–2005 y el Plan Director 2019 analizó además 110 eventos mayores que 20 mm. Los registros muestran un patrón adelantado: en general más de 60 % de la lluvia ocurre en la primera mitad. Se mantuvo el patrón anidado del PDSM para modelación, aunque se reconoce que no representa una tormenta observada típica.

Perfil PDSDUM 2019

La revisión de 2019 propuso un perfil porcentual específico para el Plan Director. Ese perfil es una alternativa posterior y no es idéntico al bloque alterno de seis horas utilizado actualmente por Hidro.

Perfil temporal recomendado por PDSDUM 2019

Duración acumulada (%) Incremento de lluvia (%)
8 11
17 11
25 25
33 9
42 8
50 7
58 6
67 6
75 6
83 4
92 4
100 3

Tabla reproducida del Tomo XII, página PDF 75, página impresa 47. Se documenta para trazabilidad; todavía no es una opción separada en Hidro.

Procedimiento

  1. 01 Calcula profundidades acumuladas para duraciones sucesivas a partir de la IDF.
  2. 02 Obtiene los incrementos por diferencias y los ordena como bloques alternantes.
  3. 03 Ubica el máximo en el primer sexto de las 6 h, es decir, alrededor de la hora 1.

Aplicabilidad

Estudios urbanos de Montevideo cuando el organismo competente o el criterio del proyecto adopten el patrón municipal de seis horas.

Límites y cautelas

El Plan Director 2019 califica al patrón histórico como práctico y anidado, pero altamente irreal; puede sobreestimar respuestas y recomienda comprobar la duración crítica.

No debe trasladarse como distribución observada universal a otras localidades de Uruguay.

El perfil PDSDUM 2019 de la tabla y el bloque alterno municipal histórico son distribuciones diferentes.

Uso en la plataforma

Hidro fija 6 h, pico en 1/6 y \Delta t predeterminado de 5 min, pero obtiene la profundidad mediante la formulación IDF nacional basada en P_{3,10}; no reproduce literalmente la tabla de Montana de la Guía MCE.

El perfil porcentual PDSDUM 2019 se documenta, pero aún no está implementado como tormenta seleccionable independiente.

Fuentes

  1. [1] Intendencia de Montevideo (2017). Guía para la presentación de Medidas de Control de Escurrimiento, imm-guia-medidas-control-escurrimiento-2017.pdf, páginas PDF 15–16, páginas impresas 13–14.
  2. [2] Intendencia de Montevideo (2019). Plan Director de Saneamiento y Drenaje Urbano, Tomo XII: Estudios hidrometeorológicos y caracterización de recursos hídricos, imm-plan-director-tomo-xii-estudios-hidrometeorologicos-2019.pdf, páginas PDF 67–69 y 75–76, páginas impresas 39–41 y 47–48.
  3. [3] Intendencia de Montevideo (2019). Plan Director de Saneamiento y Drenaje Urbano, Tomo X: Implementación del SIG y del modelo matemático, imm-plan-director-tomo-x-modelo-matematico-2019.pdf, página PDF 75, página impresa 53.

04

IMFIA–DINAGUA

Distribución por bloques cuya duración unitaria se relaciona con Tc.

Marco teórico

Construcción local por bloques

El Curso HHA presenta doce intervalos de ancho Tc/7, aproximadamente dos veces Tc. Las precipitaciones acumuladas se consultan en la IDF, sus diferencias forman los bloques y el mayor incremento se ubica en el séptimo intervalo; los restantes se alternan a ambos lados.

Formulación

\Delta t=\frac{T_c}{7},\qquad D=12\Delta t

Procedimiento

  1. 01 Calcula Δt = Tc/7 y doce duraciones acumuladas.
  2. 02 Obtiene los incrementos de lluvia desde la metodología IDF de DINAGUA.
  3. 03 Fija el mayor bloque en el séptimo intervalo y alterna los restantes.

Límites y cautelas

La discretización resulta del Tc calculado y puede diferir del dt elegido inicialmente por el usuario.

La posición del pico es una hipótesis de diseño; HHA señala que las tormentas más probables observadas en Prado tendieron a presentar el máximo en el primer cuarto.

Uso en la plataforma

Hidro redondea dt a minutos enteros, con mínimo de 1 min.

Fuentes

  1. [1] Curso HHA, capítulo 3.1b, Análisis y diseño hidrológico - segunda parte, Cap3.1bHHA2019.pdf, página PDF 11, página interna 10.
  2. [2] Curso HHA, capítulo 3.1b, Análisis y diseño hidrológico - segunda parte, Cap3.1bHHA2019.pdf, páginas PDF 12–13, páginas internas 11–12.
  3. [3] Manual DINASA, página PDF 54.

05

Racional: intensidad constante

Tormenta rectangular con intensidad IDF correspondiente a una duración igual a Tc.

Marco teórico

Hipótesis temporal del método racional

La intensidad se mantiene constante durante Tc para que toda la cuenca pueda contribuir simultáneamente al caudal pico. DINASA señala que, en cuencas pequeñas, la variación interna de la intensidad puede ser poco relevante porque el tiempo de formación del pico es corto.

Formulación

D=T_c,\qquad i=i(T_c,T_r)

Aplicabilidad

Estimación de caudal pico bajo los supuestos y límites del método racional.

Límites y cautelas

No representa la variación temporal interna de una tormenta real ni es adecuada por sí sola para evaluar volúmenes o almacenamiento.

Uso en la plataforma

Hidro usa una duración mínima igual a un intervalo temporal.

Fuentes

  1. [1] Curso HHA, capítulo 3.1b, Análisis y diseño hidrológico - segunda parte, Cap3.1bHHA2019.pdf, página PDF 11, página interna 10.
  2. [2] Manual DINASA, página PDF 53.
  3. [3] FHWA HEC-22, 4th ed., capítulo 4, hif24006.pdf, página PDF 56, página impresa 24.

06

Bloques alternantes

Ordena los incrementos derivados de la curva IDF alrededor de una posición de pico.

Marco teórico

Derivación desde la IDF

Para duraciones Δt, 2Δt, ..., D se calculan profundidades acumuladas. Las diferencias sucesivas son los bloques incrementales. El mayor se ubica en la posición de pico y los siguientes se colocan alternadamente antes y después en orden decreciente.

Procedimiento

  1. 01 Calcula lluvia acumulada para duraciones crecientes.
  2. 02 Obtiene incrementos por diferencias y los ordena de mayor a menor.
  3. 03 Alterna los bloques a izquierda y derecha de la posición de pico.

Límites y cautelas

La forma depende de dt y de la posición elegida para el pico; ambos deben informarse.

Al anidar máximos de varias duraciones puede producir un patrón más severo que una tormenta observada típica.

Uso en la plataforma

Hidro usa D = max(2Tc, 1 h), pico central y dt seleccionado.

Fuentes

  1. [1] Manual DINASA, página PDF 53.
  2. [2] Manual DINASA, página PDF 54.
  3. [3] Curso HHA, capítulo 3.1b, Análisis y diseño hidrológico - segunda parte, Cap3.1bHHA2019.pdf, páginas PDF 12–13, páginas internas 11–12.

07

Chicago

Tormenta sintética que conserva intensidades de la curva IDF para duraciones anidadas.

Marco teórico

Forma y coeficiente de avance

Keifer y Chu construyeron un hietograma continuo desde una ecuación IDF. El cociente r ubica el máximo como fracción de la duración total. El valor r = 3/8 surgió del estudio de aproximadamente cien tormentas de Chicago entre 1933 y 1958, donde predominaban picos adelantados.

Formulación

i(t)=\frac{a\left[(1-c)t+b\right]}{(t+b)^{c+1}}

Aplicabilidad

Diseño de drenaje urbano cuando una tormenta sintética derivada de IDF es apropiada.

Límites y cautelas

El coeficiente de avance controla la ubicación del pico y debe justificarse con información local o un análisis de sensibilidad.

La calibración original proviene de Chicago; el informe FHWA muestra variación regional de r y advierte que una forma de pico único no representa tormentas con múltiples picos.

Uso en la plataforma

Hidro ajusta Sherman a DINAGUA, usa r = 0.375 y D = max(2Tc, 1 h).

Fuentes

  1. [1] Keifer, C. J. y Chu, H. H. (1957). Synthetic Storm Pattern for Drainage Design.
  2. [2] Yen, B. C. y Chow, V. T. (1977). Feasibility Study on Research on Local Design Storms, FHWA-RD-78-65, fhwa-rd-78-65-design-storm-feasibility.pdf, páginas PDF 22–23, páginas impresas 6–7.
  3. [3] Curso HHA, capítulo 3.1a, Análisis y diseño hidrológico - primera parte, Cap3.1aHHA2019.pdf, páginas PDF 17–23, páginas internas 16–22; ecuaciones en las páginas PDF 18–19, páginas internas 17–18, y representaciones gráficas en las páginas PDF 21–22, páginas internas 20–21.

08

SCS Tipo II (24 h)

Distribución adimensional NRCS de 24 horas con alta concentración de lluvia cerca del centro.

Marco teórico

Distribución estándar estadounidense

NRCS desarrolló cuatro distribuciones sintéticas de 24 h para grandes regiones climáticas de Estados Unidos. El Tipo II representa las tormentas más intensas en la mayor parte de ese país y anida máximos de corta duración dentro de la tormenta de 24 h.

Aplicabilidad

Regiones de Estados Unidos asignadas al Tipo II o estudios comparativos que lo requieran explícitamente.

Límites y cautelas

Es un patrón regional histórico de Estados Unidos y no constituye una calibración para Uruguay.

NRCS adoptó 24 h principalmente para representar volúmenes en el rango de cuencas que atiende; la duración puede exceder la necesaria para estimar sólo el pico.

Uso en la plataforma

Hidro fija D = 24 h, escala la profundidad con DINAGUA y usa dt predeterminado de 60 min.

Fuentes

  1. [1] USDA NRCS (2021). National Engineering Handbook, Part 650, Chapter 2: Estimating Runoff Volume and Peak Discharge, nrcs-neh-650-chapter-2-estimating-runoff-2021.pdf, páginas PDF 8–9, páginas internas 650-2.3–650-2.4.
  2. [2] FHWA HEC-22, 4th ed., capítulo 4, hif24006.pdf, página PDF 55, página impresa 23.

09

SCS Tipo I (24 h)

Distribución adimensional NRCS de 24 horas para regiones específicas del oeste de Estados Unidos.

Marco teórico

Procedencia climática

NRCS asocia el Tipo I con sectores marítimos del oeste de Estados Unidos, Hawái y Alaska, caracterizados por inviernos húmedos y veranos secos. Es menos intenso que los patrones Tipo III y Tipo II.

Aplicabilidad

Regiones estadounidenses asignadas al Tipo I o comparaciones metodológicas deliberadas.

Límites y cautelas

Su selección en Uruguay requiere una justificación explícita; no existe calibración local que permita adoptarlo por semejanza nominal de clima.

Uso en la plataforma

Hidro fija D = 24 h, escala la profundidad con DINAGUA y usa dt predeterminado de 60 min.

Fuentes

  1. [1] USDA NRCS (2021). National Engineering Handbook, Part 650, Chapter 2: Estimating Runoff Volume and Peak Discharge, nrcs-neh-650-chapter-2-estimating-runoff-2021.pdf, páginas PDF 8–9, páginas internas 650-2.3–650-2.4.

10

Huff, segundo cuartil

Distribución probabilística donde la mayor intensidad ocurre en el segundo cuarto de la tormenta.

Marco teórico

Curvas adimensionales por cuartil

Huff agrupa las tormentas según el cuarto de su duración en el que ocurre la mayor intensidad y expresa la lluvia acumulada como porcentaje de la duración y del volumen total. La opción Q2 al 50 % representa la mediana de las tormentas clasificadas en el segundo cuartil.

Evaluación para Montevideo

El Plan Director 2019 comparó curvas de Huff con registros del Prado. No adoptó una curva Huff como tormenta municipal porque sus máximos de distintas duraciones no quedan necesariamente anidados, condición útil para modelar una red con muchas cuencas de tiempos de respuesta distintos.

Aplicabilidad

Análisis probabilístico o comparativo cuando el segundo cuartil represente la población de tormentas estudiada.

Límites y cautelas

El estudio original corresponde al medio oeste estadounidense; usar Q2 en Uruguay es una transferencia regional salvo calibración con registros locales.

La curva probabilística no asegura simultáneamente máximos IDF anidados para todas las duraciones.

Uso en la plataforma

Hidro utiliza Q2, probabilidad 50 %, D = max(2Tc, 1 h) y profundidad total DINAGUA.

Fuentes

  1. [1] Huff, F. A. (1967). Time Distribution of Rainfall in Heavy Storms.
  2. [2] Intendencia de Montevideo (2019). Plan Director de Saneamiento y Drenaje Urbano, Tomo XII: Estudios hidrometeorológicos y caracterización de recursos hídricos, imm-plan-director-tomo-xii-estudios-hidrometeorologicos-2019.pdf, páginas PDF 67–69 y 75–76, páginas impresas 39–41 y 47–48.

11

Bimodal (doble pico)

Hietograma paramétrico con dos picos para explorar eventos con dos pulsos de precipitación.

Marco teórico

Escenario de sensibilidad

Las tormentas naturales pueden presentar varios pulsos y una forma de pico único no los representa. La opción bimodal de Hidro es un generador de escenarios: combina dos pulsos paramétricos y conserva el volumen total; no reproduce una distribución normativa publicada.

Procedimiento

  1. 01 Define posición y ancho de cada pico.
  2. 02 Distribuye el volumen entre ambos pulsos.
  3. 03 Normaliza la suma a la profundidad DINAGUA.

Aplicabilidad

Análisis de sensibilidad o eventos con evidencia de dos pulsos de lluvia.

Límites y cautelas

No es una tormenta normativa ni una calibración regional por sí misma; los parámetros deben justificarse con datos o escenarios.

Uso en la plataforma

Hidro impone D ≥ 6 h; valores iniciales: picos 0.25/0.75 y reparto 50/50.

Fuentes

  1. [1] Yen, B. C. y Chow, V. T. (1977). Feasibility Study on Research on Local Design Storms, FHWA-RD-78-65, fhwa-rd-78-65-design-storm-feasibility.pdf, páginas PDF 22–23, páginas impresas 6–7.
  2. [2] Curso HHA, capítulo 3.1a, Análisis y diseño hidrológico - primera parte, Cap3.1aHHA2019.pdf, páginas PDF 17–23, páginas internas 16–22; ecuaciones en las páginas PDF 18–19, páginas internas 17–18, y representaciones gráficas en las páginas PDF 21–22, páginas internas 20–21.
Criterio profesional. Los rangos y advertencias orientan la selección de métodos, pero no sustituyen la normativa aplicable, la calibración local ni la revisión de ingeniería.