El tiempo de concentración de una cuenca se puede definir como el tiempo de viaje de una gota de lluvia que escurre superficialmente desde el lugar más lejano de la cuenca hasta el punto de salida. (Ven Te Chow, 1994). Es el tiempo mínimo en el que la totalidad de la superficie de una cuenca aporta caudal al punto de desagüe o cierre de la misma.

En otras palabras, es el tiempo que tarda en llegar al punto de cierre de la cuenca, el agua de lluvia aportada en el punto hidrológicamente mas alejado del mismo, y representa el momento a partir del cual el caudal de escorrentía es máximo, dado que recibe el escurrimiento de toda la superficie de aporte.

Existen diversas expresiones empíricas y teóricas propuestas por distintos autores para calcular el tiempo de concentración, que son de aplicación según las características morfológicas de las cuencas en estudio. A continuación, se presentan algunas de las expresiones más utilizadas en la práctica para el cálculo del tiempo de concentración.

Pueden utilizar nuestra Planilla de cálculo de de tiempos de concentración, una calculadora online de valores de Tc por las distintas expresiones presentadas.

Fórmula de Kirpich

La fórmula de Kirpich es una de las más conocidas y utilizadas, especialmente en cuencas pequeñas con pendientes pronunciadas. Fue desarrollada a partir de la información del SCS en siete cuencas rurales en Tennessee con canales bien definidos y pendientes empinadas (3 a 10%).

Donde:

• t_c= tiempo de concentración, en minutos.
• L= longitud correspondiente a la distancia total que recorre el agua desde el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de salida o cierre, en metros.
• S= pendiente promedio de la cuenca, en m/m. Corresponde al cociente entre la diferencia de elevación entre el punto inicial y final, y la longitud L.

Esta fórmula se recomienda para el cálculo del tiempo de concentración en cuencas de hasta 45ha de superficie, y pendiente promedio del terreno de 3 a 10%.

Fórmula del SCS (Soil Conservation Service)

Esta expresión empírica fue desarrollada por el SCS a partir de información de cuencas de uso agrícola. Ha sido adaptada a pequeñas cuencas urbanas con áreas inferiores a 2000 acres (8.09km2) y generalmente es atinada su aplicación cuando la superficie se encuentra completamente pavimentada. Para áreas mixtas tiene tendencia a la sobreestimación.

Donde:

• t_c= tiempo de concentración, en minutos.
• L= longitud correspondiente a la distancia total que recorre el agua desde el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de salida o cierre, en metros.
• S= pendiente promedio de la cuenca, en %. Corresponde al cociente entre la diferencia de elevación entre el punto inicial y final, y la longitud L.
• CN= número de curva del SCS, en función al uso y morfología del suelo.

Fórmula de Temez

La fórmula de Temez es una expresión española ampliamente utilizada en la práctica ingenieril para cuencas con diversas características topográficas y morfológicas.

Donde:

• t_c= tiempo de concentración, en minutos.
• L= longitud correspondiente a la distancia total que recorre el agua desde el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de salida o cierre, en kilómetros.
• S= pendiente promedio de la cuenca, en m/m. Corresponde al cociente entre la diferencia de elevación entre el punto inicial y final, y la longitud L.

Fórmula de California Culvert Practice

La expresión propuesta por California Culvert Practice es la ecuación de Kirpich adaptada para pequeñas cuencas montañosas en California (US Bureau of Reclamation, 1973, pp. 67-71). Puede ser una buena aproximación para el cálculo del tiempo de concentración en cuencas con pendiente promedio del terreno relativamente elevada.

Donde:

• t_c= tiempo de concentración, en minutos.
• L= longitud correspondiente a la distancia total que recorre el agua desde el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de salida o cierre, en metros.
• H= desnivel entre el punto mas alto del escurrimiento y el punto de descarga, en m.

Fórmula de Federal Aviation Administration

Esta expresión fue desarrollada a partir de información recopilada por el Corps of Engineers sobre el drenaje de aeropuertos. Si bien el método tiene como finalidad ser usado en problemas de drenaje de aeropuertos, ha sido frecuentemente usado para flujo superficial en cuencas urbanas con buenos resultados.

Donde:

• t_c= tiempo de concentración, en minutos.
• L= longitud correspondiente a la distancia total que recorre el agua desde el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de salida o cierre, en metros.
• S= pendiente promedio de la cuenca, en %.
• C= coeficiente de escorrentía de la cuenca. Se puede obtener mediante diferentes métodos, ver Métodos de selección del Coeficiente de Escorrentía.

Planilla de cálculo de tiempos de concentración

En la calculadora Planilla de cálculo de de tiempos de concentración pueden obtener rápidamente el tiempo de concentración de una cuenca mediante todas las fórmulas presentadas, a partir del ingreso de los datos necesarios.

Existen muchas mas expresiones para el cálculo del tiempo de concentración de una cuenca, en esta ocasión elegimos acercarles las de mayor uso en la práctica. La elección de la fórmula adecuada para cada caso depende de las características específicas de la cuenca, como su tamaño, pendiente, uso del suelo y condiciones climáticas.

Referencias

1. Kirpich, Z. P. (1940). Time of concentration of small agricultural watersheds. Civil Engineering, 10(6), 362.
2. USDA Soil Conservation Service (SCS). (1972). National Engineering Handbook, Section 4, Hydrology. Washington, D.C.
3. Temez, J. R. (1978). Curso de hidrología general. Instituto de Meteorología, España.
4. Chow, V. T., Maidment, D. R., & Mays, L. W. (1988). Applied Hydrology. McGraw-Hill..
5. Henderson, F. M., & Wooding, R. A. (1964). Overland flow and groundwater flow from a steady rainfall of finite duration. Journal of Geophysical Research, 69(8), 1531-1540.
6. Federal Aviation Administration (FAA). (1970). Airport Drainage. Advisory Circular AC 150/5320-5C, Washington, D.C.