Aunque en España existen servicios meteorológicos propios en algunas Comunidades Autónomas, con el objeto de armonizar el trabajo, y por el hecho de que las series autonómicas son más limitadas en el tiempo, se ha optado por obtener los datos principales de AEMET.

La recopilación de los datos abiertos existentes en AEMET, para todas las estaciones meteorológicas activas hoy en día se realiza mediante el acceso a OPENDATA y la obtención de una API Key, que permite descargar los datos para una estación meteorológica en formato vertical (JSON) para un periodo máximo de 4 años. Es necesario repetir esta operación para abarcar todo el periodo de tiempo considerado, en este caso los años transcurridos desde la creación del observatorio hasta hoy. Se ha considerado el 31 de diciembre de 2023 como fecha final de obtención de los datos, al estar aún incompletos los de 2024.

Para el propósito de este trabajo se han filtrado exclusivamente los datos de precipitación máxima en un día (mm/día) y se han ordenado en periodos de retorno de 20, 40, 60 y 80 años. La consideración de los periodos de retorno es importante por dos razones. La primera es porque del análisis comparativo de los datos para diferentes periodos se pueden extraer conclusiones sobre una posible evolución en el tiempo de la intensidad de las precipitaciones. La segunda es que la posibilidad de una cuantificación diferente en función del periodo de retorno considerado es coherente con el espíritu prestacional del CTE, facilitando que un periodo de retorno más amplio asegure un nivel de prestaciones más alto. Este podría ser el caso de un museo con un gran valor patrimonial.

Es importante señalar que, a partir de la máxima precipitación en un día, único dato del que se dispone en abierto en AEMET, los valores para otros periodos de tiempo se obtienen por métodos estadísticos. Este dato se considera suficientemente robusto para el propósito de este trabajo. Como se verá más adelante, los valores estadísticos obtenidos para periodos más cortos son coherentes con las proporciones entre los datos para 1 hora y para el periodo corto consideradas en el CTE.

Como forma de validación se han utilizado también datos de la Agencia Vasca de Meteteorología (en adelante EUSKALMET) (10), ya que esta ofrece valores de precipitación de intervalos más cortos (1 hora y 10 minutos).

Obtenidos los datos máximos de precipitación en un día para las diferentes estaciones meteorológicas, es posible calcular las intensidades para diferentes intervalos de tiempo. Se utiliza para ello el Método Racional descrito en la Norma 5.2-IC de la Instrucción de carreteras (Drenaje Superficial) del Ministerio de Fomento de España, de 2019 (11, 12). Este método permite calcular los valores de precipitación para diferentes intervalos de tiempo en función del dato de precipitación media diaria. En la Norma se define la Intensidad de precipitación para un periodo de retorno T, y una duración del aguacero t mediante la expresión [1].

I_(T,t) = Intensidad de precipitación correspondiente a un periodo de retorno T y una duración del aguacero t

I_d = Intensidad media diaria (mm/h)

F_a = Factor de intensidad (adimensional)

Se define la Intensidad media diaria como la media horaria de la precipitación diaria [2]. Por las características de las edificaciones, de pequeña superficie, no se ha utilizado el factor reductor de la precipitación por área de cuenca KA (igual a 1 para < 1km²).

I_d = Intensidad media diaria de precipitación (mm/h) correspondiente a un periodo de retorno T

P_d = Precipitación diaria (mm)

El Factor de intensidad, adimensional, se obtiene de la expresión [3] a partir del índice de torrencialidad.

Fa = Factor de intensidad (adimensional)

I₁/I_d = Índice de torrencialidad que expresa la relación entre la intensidad de precipitación horaria y la media diaria

t = duración del aguacero (horas)

No es necesario conocer el valor de I1, ya que en la fórmula se introduce el valor del índice de torrencialidad (I1/Id) leído directamente del mapa que figura como adjunto a la citada Norma (Figura 1).

Los valores del índice de torrencialidad que aparecen en las 5 zonas geográficas en las que se divide el mapa, representan el número de veces que es mayor la intensidad en la hora más lluviosa respecto a la intensidad media diaria. Así, un valor 8 indica que la intensidad máxima en una hora es 8 veces la intensidad media diaria. Un análisis inicial del mapa instruye sobre la realidad pluviométrica de la geografía española. Aunque la Cornisa Cantábrica recoge la mayor precipitación anual, tiene índices de torrencialidad más bajos que Levante y Baleares, regiones en las que los aguaceros son más intensos en intervalos cortos.

La Tabla 1 presenta los valores del Factor de Intensidad (Fa), obtenidos mediante la fórmula [3] para algunos intervalos de tiempo pertinentes en el estudio del saneamiento de edificios, en las diferentes zonas geográficas consideradas. Como puede observarse, el valor de Fa aumenta cuando se consideran intervalos de aguacero más cortos, coincidiendo con el valor del índice de torrencialidad correspondiente al área geográfica delimitada en la Figura 1 para 1 hora (60 minutos).

Todos los valores de Intensidad Pluviométrica se expresan en mm/h, independientemente del intervalo considerado. Esto nos permite construir gráficas de Intensidad-Duración, que representan la máxima intensidad de precipitación en diversos intervalos de tiempo y sirven para calcular los caudales generados, fundamentalmente en periodos cortos. A modo de ejemplo, la Figura 2 representa la gráfica de Intensidad-Duración a partir del dato de Intensidad máxima recogido en el observatorio de A Coruña, en la zona 8, para un periodo de retorno de 40 años. Con un dato de precipitación máxima diaria (Pd) de 132,70 mm en 1999, y una Intensidad media diaria de 5,53 mm/h, se representan valores para 5, 10, 30 y 60 minutos.

Una vez obtenidos los datos de precipitación máxima diaria para periodos de retorno de 20, 40, 60 y 80 años, se ordenan en tablas (5, 6, 7 y 8) para las 5 zonas. A partir del dato de intensidad máxima histórico, mediante la expresión [1], se calculan las intensidades para 1 hora y 5 minutos. En la última columna de las tablas se compara, en porcentaje, la diferencia entre el valor de intensidad pluviométrica correspondiente al aguacero de 5 minutos y el valor de intensidad pluviométrica que corresponde a ese lugar en aplicación del Apéndice B del vigente documento DB HS-5 del CTE. Las tablas utilizan un código de colores en función de los valores obtenidos, variando del verde al rojo, también en intensidad, cuando el exceso va aumentando. El verde más claro representa los valores negativos.

Para este estudio se ha decidido tomar el valor del tiempo de intensidad corta de 5 minutos por dos razones. En primer lugar, se considera acorde con la realidad de los edificios, ya que un colapso de la red es perfectamente posible en ese tiempo. Para acercarnos a ella, podemos utilizar la fórmula de tiempo de concentración que, para cuencas secundarias, se describe en la Norma 5.2-IC [4]:

t_dif = Tiempo de recorrido en flujo difuso sobre el terreno (minutos)

n_dif = Coeficiente de flujo difuso (adimensional) = 0,015 para terreno pavimentado

L_dif = Longitud de recorrido en flujo difuso (m)

J_dif = Pendiente media (adimensional)

Con un valor de 15 m de longitud desde cualquier punto de una cubierta hasta un sumidero, coherente con el tamaño máximo de los paños de recogida de agua en cubiertas, y una pendiente media del 1%, mínima permitida en el DB HS-1, obtendríamos un valor de 4,26 minutos. De cara a este estudio no parece, por tanto, descabellada la consideración de 5 minutos como tiempo en el que determinados puntos de la red pueden verse afectados por la afluencia máxima.

En segundo lugar, porque, aunque el CTE no establece ese periodo, del propio documento se podría deducir la intención del legislador. La Tabla 2 establece las proporciones entre los valores que dan nombre a las Isoyetas en las Zonas A y B del CTE, y que coinciden con la intensidad en 1 hora, I (60), y las intensidades que se debe considerar para el cálculo en cada una de ellas. Como puede observarse, en el caso de la Zona A, los valores oscilan entre un mínimo (en verde) de 3,00 y un máximo (en rojo) de 3,25 y en el de la Zona B entre un mínimo de 2,13 y un máximo de 3,00. Los valores de Proporción reflejan el resultado de dividir los segundos entre los primeros, indicando, en cada caso, cuánto mayor es la intensidad en el intervalo corto respecto a la de 1 hora.

La Tabla 3 presenta una Proporción análoga a la de la Tabla 2, pero esta vez entre valores obtenidos mediante el método racional. El valor numérico que da nombre a cada una de las 5 Zonas de la Figura 1 se corresponde con el número de veces que la precipitación horaria supera la media diaria y, como ya se ha recalcado, con el índice de torrencialidad. Utilizando la expresión [3] podemos calcular los valores del Factor de Intensidad para intervalos cortos de 5 y 10 minutos, que siempre son iguales para cada una de las 5 zonas. Para calcular los valores de Proporción entre las intensidades de los intervalos cortos y las intensidades de los intervalos horarios solamente tenemos que dividir las primeras entre las segundas.

De la comparación entre las Tablas 2 y 3, se puede deducir que la consideración de un intervalo corto de 5 minutos, aparte de más segura, parece más acorde con la intención del legislador. Todos los valores de Proporción en la Zona A del CTE, y algunos en la Zona B, superan los valores de I(10)/I(60) obtenidos mediante el Método Racional acercándose más a los de I(5)/I(60).

Obtenidos los valores de precipitación para el intervalo corto del aguacero, en nuestro caso 5 minutos, que podría ser el máximo o el correspondiente, en su caso, al periodo de retorno considerado, es posible utilizarlos directamente para el cálculo de redes y equipos de bombeo de aguas pluviales siguiendo la metodología propuesta en el CTE.

Un aspecto importante es la relación entre el conjunto de datos obtenidos y la elección de los valores que se deben tener en cuenta para el dimensionado. La Tabla 4 refleja los datos obtenidos en el Observatorio de AEMET en Madrid (Aeropuerto) para un periodo de retorno de 20 años. Se puede observar, por ejemplo, que la media más alta de los 20 días más lluviosos de un año es un 21% (15,52/73,8) del día más lluvioso de todo el periodo. Sin embargo, si tomamos la media de los 3 días más lluviosos del mismo tenemos un valor del 88,5% (65,32/73,8) del valor pésimo.

La metodología aquí propuesta trata de acercar el problema de la intensidad pluviométrica en los edificios y su posible evolución en el tiempo, no pretendiendo ofrecer una solución canónica para el cálculo de redes y equipos. Deberá ser el diseñador, en cada caso, el que decida los datos meteorológicos disponibles a utilizar, el tiempo de concentración, el periodo de retorno, la utilización de valores pésimos o no, etc.

Las tablas 5, 6, 7 y 8 reflejan los valores de intensidades pluviométricas obtenidos, utilizando el Método Racional, a partir de los datos de AEMET para períodos de retorno de 20, 40, 60 y 80 años. Se han realizado para las diferentes Zonas, agrupándose en la Tabla 8 las Zonas 11 y 12 por su proximidad geográfica.

La última columna de las Tablas refleja la comparativa, en porcentaje, entre el valor de intensidad pluviométrica obtenido en las diferentes estaciones para 5 minutos con la exigible para el periodo corto el en el CTE, que es función de la Zona y de la Isoyeta del lugar considerado. Como ya se ha comentado, se utiliza una gradación de color. Por ejemplo, en el caso de A Coruña (Tabla 5), el dato de precipitación obtenido es un 56% mayor que el exigido en el CTE.

La Figura 3 representa el Incremento de precipitación para un intervalo de 5 minutos respecto de los valores establecidos en el CTE. Incluye una gráfica general para todas las Zonas y gráficas para cada una de ellas (al igual que las Tablas, las Zonas 11 y 12 se han unido en una sola).

El análisis comparativo refleja que la media de los valores obtenidos para el conjunto de las zonas se sitúa aproximadamente un 50% por encima de los valores del CTE, pero hay un número considerable de valores, fundamentalmente en las Zonas 11 y 12 que los superan ampliamente.

El análisis de las Tablas también refleja que un porcentaje significativo de los máximos históricos se ha producido en años recientes. Así, en la Zona 8, 8 de los 18 Observatorios han recogido el dato pésimo desde el año 2000, 3 de 24 en la Zona 9, 10 de 30 en la Zona 10 y 8 de 18 en las Zonas 11 y 12. Nuevamente, son estas últimas zonas de la Costa Mediterránea y las Islas Baleares las que muestran un porcentaje más alto de valores extremos recientes.

Como ya se ha comentado, el dimensionado de las redes de aguas pluviales se debe realizar considerando la Intensidad Pluviométrica en un periodo corto de tiempo (5-10 minutos). Ese tiempo podría variar en función de las características del edificio (número de sumideros, pendiente y material de las cubiertas, recorrido hasta los puntos de recogida, etc.).

En la práctica se utilizan tablas que determinan los diámetros de los elementos en función de la superficie de cubierta servida por ellos (13-15). Como 1 mm de columna de agua equivale a 1 l/m², es muy fácil visualizar la relación entre la intensidad pluviométrica en mm/h y los litros por hora por metro cuadrado sobre la cubierta de un edificio.

En el caso del CTE, como la intensidad pluviométrica de la geografía española es muy variable, se presenta una sola serie de tablas para una intensidad pluviométrica de 100 mm/h. Dividiendo la Intensidad Pluviométrica real del lugar considerado entre 100 se obtiene el valor de transformación (f = i/100) para entrar directamente en las tablas.

Para la utilización de los valores obtenidos en las Tablas 5, 6, 7 y 8 se pueden tomar los valores de intensidad pluviométrica para 5 minutos (en mm/h) y dividirlos entre 100 para obtener f. Por ejemplo, en Ibiza (Aeropuerto) tenemos un valor de 272 mm/h, con lo que el valor de corrección de la superficie real de la cubierta para la utilización de las tablas sería 2,72 (adimensional).

De forma previa, se debe considerar que los equipos de bombeo, tanto de aguas pluviales como residuales, deben ser evitados en la medida de lo posible, ya que las redes se deben desaguar preferentemente por gravedad.

El dimensionado de los equipos de bombeo de aguas pluviales incluye la caracterización de dos elementos. El primero es la determinación de las características de la bomba: caudal y altura manométrica. El segundo es el cálculo del volumen útil de recepción. El cálculo de la altura manométrica queda fuera del alcance de este trabajo.