Como seleccionar el coeficiente de rugosidad de Manning en cauces naturales

22 de febrero de 2016

¿Te las ves y deseas cada vez que tienes que seleccionar el coeficiente de rugosidad de Manning en cauces naturales? Pues en este post te cuento un método sencillo y práctico que puede servirte de ayuda en esos momentos angustiosos.

La n de Manning, una simple letra que puede influir en el resultado de un modelo

Cuando nos enfrentamos a la definición de los condicionantes hidráulicos de un modelo hidráulico, ya sea uni o bidimensional, una de las variables que más influyen en el comportamiento del modelo es precisamente el coeficiente de rugosidad.

Ya sabes, ese parámetro que que Sr. Manning (y algunos otros, pero él es el que ha tenido más repercusión) consiguió definir e implementar en la hidráulica de canales para poder determinar la capacidad de transporte de una sección, y al que le puso como distintivo e identificativo la letra n.

No sé si por aquel entonces el Sr. Manning era consciente de la relevancia que esa simple letra del abecedario tomaría en los posteriores modelos computacionales hidráulicos que aparecieron unos setenta años más tarde de que nos dejara.

Y es que efectivamente, los que nos dedicamos a esto de la modelización hidráulica sabemos que una ligera variación en el valor de ese parámetro puede tener consecuencias inadvertidas en nuestros modelos.

No en vano, cuando nos ponemos a calibrar un modelo hidráulico para contrastar la bondad de su comportamiento comparándolo con datos de avenidas reales, el parámetro que modificamos hasta conseguirlo es precisamente el coeficiente de rugosidad de Manning.

És más, recuerdo que en las Jornadas de Ingeniería del Agua celebradas en Barcelona en 2011 una de las exposiciones versaba sobre una propuesta de método simplificado para el análisis de puentes en estudios de inundación bidimensionales y ¿a qué no sabes en qué se basaba el método?... Efectivamente, en emplear variaciones locales en el valor del coeficiente de rugosidad.

Tablas para seleccionar el coeficiente de rugosidad

Afortunadamente, desde hace muchos años, mucha gente ha estado estudiando y analizando diferentes situaciones de flujo obteniendo de este modo una cierta relación entre unas caracterísiticas físicas de cuaces y márgenes y unos valores de coeficiente de Manning representativos.

Estas relaciones se suelen encontrar fácilmente en Internet en forma de tablas... quizá una de la más reconocidas es la que integra el conocido libro de "Hidráulica de Canales Abiertos" de Ven Te Chow. En esa tabla se recogen valores recomendados de coeficiente de rugosidad de Manning para diferentes casos como conductos cerrados y canales revestidos o dragados.

Pero tal y cómo apunta el título de este post, y de cara también a la modelización, me voy a centrar en los valores recomendados para cauces naturales, que además son los que el propio HEC-RAS recomienda también en sus tablas de ayuda, y cuyos valores se recogen en la siguiente tabla:

seleccionar el coeficiente de rugosidad de Manning en cauces naturales_tabla

Y ya que hablo de HEC-RAS, permíteme abrir un pequeño paréntesis para recomendarte mis cursos de HEC-RAS descargables, con los que podrás aprender a distintos niveles el funcionamiento este prestigioso software de modelización hidráulica del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados Unidos.

Ese software se empezó a desarrollar para estudiar el comportamiento hidráulico de los cauces de Estados Unidos, y precisamente en ese país existe un organismo, la U.S. Geological Survey, dedicado a recopilar información medioambiental del mismo.

En toda esta información hay un apartado específico sobre el agua, y en él se puede encontrar documentos e informes relacionados con la selección del coeficiente de rugosidad de Manning en los que se recogen valores de n de Manning verificados y comprobados para diferentes características de cauces. De todos estos te recomiendo los siguientes:

  • Una relación de 23 características verificadas de rugosidad de cauces naturales estudiados en tramos de cauces reales. En cada propuesta de valor, un enlace lleva a una página con información de detalle (descricpión, esquemas, propiedades e imagenes) de es tramo. Haz clic en la siguiente imagen para acceder:

seleccionar el coeficiente de rugosidad de Manning en cauces naturales_USGS

  • Un libro en pdf (editado en 1967) que vendría a ser el origen del anterior enlace, ya que en él se recoge la misma información técnica y gráfica, pero esta vez de hasta un total de 50 cauces del territorio norteamericano. Haz clic aquí para acceder a él.

Pero... ¿cómo seleccionar el coeficiente de rugosidad de Manning en cauces naturales... si tu cauce no está en las tablas?

Disponer de toda esta información previa de valores ya establecidos, verificados, contrastados y tabulados es realmente de mucha ayuda... pero claro, esos valores responden a unas características muy concretas que seguramente presentará similitudes con las que tiene el cauce que debes modelizar... pero al final cada caso es único. Por ello es importante entender los factores que afectan el valor n para adquirir un conocimiento básico del problema y disminuir la incertidumbre...

Y si nos centramos en los cauces naturales los factores que más influencia tienen en la determinación del valor de la n de Manning son: el tipo y tamaño de los materiales que lo componen y las características morfológicas del mismo. Teniendo en cuenta estos condicionantes, disponemos de un método de obtención del valor del coeficiente de rugosidad de Manning. El método de Cowan o multiparamétrico.

Cowan, en 1956, desarrolló una expresión que permite determinar el valor del coeficiente de Manning a través de la interacción de diferentes parámetros que permiten describir o valorar características concretas de un cauce. La expresión es la siguiente:Cowan_

En esta expresión, el valor del coeficiente de rugosidad de Manning n depende de:

nb = un valor base de n para un cauce recto, uniforme y liso en función del material del fondo

n1 = factor de corrección para implementar el efecto de las irregularidades superficiales

n2 = un valor que añade las variaciones de forma y tamaño de la sección del cauce

n3 = un valor que implementa el efecto de obstrucciones

n4 = un valor que incorpora el efecto de presencia de vegetación

m = un factor corrector que implementa la sinuosidad del cauce

Así, con este método, partiendo de un canal teórico recto, uniforme y liso de un material dado al cual le corresponde un valor de coeficiente de rugosidad de Manning determinado, a éste se le van añadiendo valores que representan la presencia de elementos y características que condicionan el paso del flujo.

Evidentemente, existen unas tablas orientativas de rangos de valores de cada uno de esos factores de n que he enumerado anteriormente, y que nos ayudan a poder determinar el valor de coeficiente de rugosidad que tendrá nuestro cauce particular.

Al igual que en el apartado anterior, la USGS dispone de documentación al respecto. En concreto existe la "Guide for Selecting Manning's Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains" en pdf, y en el que se recoge el método de Cowan que te he comentado además de otro método para seleccionar el coeficiente de rugosidad de Manning también para los máergenes de inundación (con imágenes de ejemplos de densidades de vegetación en ellas y los valores de n adoptados en esos casos).

Pero... he encontrado en Internet una página que tiene ese mismo documento, en un formato pdf electrónico, editado para una mejor visualización y con enlaces internos para una navegación y consulta más ágil, además de ser una versión adaptada totalmente a las unidades del Sistema Internacional. Puedes acceder a esta Guía del Federal Highway Administration haciendo clic en la siguiente imagen: (actualización: desde hace unas semanas que el enlace ha sido modificado por la FHA, y lleva a un pdf con el documento original del año 1984)

seleccionar el coeficiente de rugosidad de Manning en cauces naturales_fhwa

Espero que con toda esta información, la próxima vez que tengas que seleccionar el coeficiente de rugosidad de Manning en un cauce natural, esboces una sonrisa y te pongas manos a la obra sin ningún temor!

¿Te ha gustado el artículo? Coméntalo, compártelo… ¡Participa del blog! ¿Cómo?

  1. ¿Quieres estar al día y no perderte ningún artículo? Es muy sencillo… suscríbete a la newsletter del blog en el formulario que verás justo al final del post… verás que todo son ventajas!!!
  2. Ayúdame a difundir los contenidos!!! Comparte los artículos mediante los enlaces sociales que tienes en la barra de tu izquierda…
  3. Tus comentarios y opiniones son bienvenidos… Aprovecha el campo que encontrarás después de mi propuesta de artículos que también te pueden interesar y deja tu aportación.
Elijas la que elijas (incluso si no eliges ninguna)… ¡¡¡Muchas gracias!!!

Últimas entradas

¿Nos vemos en el LADHI 2016 de Lima?

La última semana de septiembre, del 26 al 30, se celebra en Swissôtel Lima (Perú) el XXVII Congreso Latinoamericano de Hidráulica LADHI 2016. Una cita en la que estarán presentes importantes organismos y empresas, entidades y profesionales del sector de la hidráulica, y cubrirá una amplia variedad de campos de interés relacionados con las ciencias […]

Leer más

Canal Parshall, casi cien años midiendo caudales

En este post quiero presentarte el conocido como Canal Parshall, uno de los métodos más efectivos para la medición de caudales en canales que transitan en lámina libre... un sistema de aforo que pronto cumplirá 100 años y que sigue implementándose en una gran variedad de infraestructuras hidráulicas... De hecho, el que puedes ver en […]

Leer más

El Curso HEC-RAS 2D presencial que estabas esperando

La versión de HEC-RAS que permite efectuar modelizaciones bidimensionales está oficialmente disponible desde hace casi dos meses... pero su manejo no es simple... por esa razón te presento el Curso HEC-RAS 2D que estabas esperando... eso sí, en modo presencial... atento a lo que te cuento a continuación. HEC-RAS 5.0, un versión con muchas posibilidades La […]

Leer más

¿Tienes dudas? Contacta con nosotros

Contactar
crossmenu