Manuel G´omez Valent´ın Grup de Recerca FLUMEN
Dep. de Ingenier´ıa Hidr´aulica, Mar´ıtima y Ambiental. UPC. E.T.S. Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
Jordi Girona 1-3. D-1. 08034 BARCELONA
1.
Introducci´on
Estudiar una red de alcantarillado es uno de los ejercicios que desde el punto de vista hidr´aulico puede presentar una mayor variedad de situaciones de flujo, no encontradas en ning´un otro ejemplo similar. De partida nos enfrentamos con un concepto importante: tenemos una red, es decir, no con un conducto aislado o un eje principal como ser´ıa el caso de un cauce natural. Y esta red puede ser a veces compleja, con circuitos cerrados internos (redes malladas) aparte de que en general tenga forma arborescente. Este hecho tiene una serie de implicaciones muy importantes derivadas adem´as de los numerosos cambios de pendiente, secci´on o rugosidad entre
conductos de la red, la peque˜na longitud de los mismos (del orden de decenas o como mucho
cientos de metros) y adem´as el considerar las mutuas interacciones entre todos estos elementos. Tambi´en en una red de drenaje podemos encontrar flujo en l´amina libre, condici´on de dise˜no habitual para el nivel de seguridad exigido y que se produce cuando circulan peque˜nos caudales,
pero tambi´en podemos encontrar flujo en presi´on, en toda o en parte de la red, cuando los
caudales de paso superan aquellos utilizados en el dise˜no de la red.
Tambi´en pueden coexistir flujos r´apidos o supercr´ıticos, aquellos con n´umero de Froude mayor que 1, y flujos lentos o subcr´ıticos con n´umero de Froude menor que 1, seg´un sean las pendientes de los colectores existentes. Y asociados a estos flujos aparecen los resaltos, m´oviles en principio, desplaz´andose aguas arriba o aguas abajo de la red seg´un los reg´ımenes de caudales. Tambi´en puede generarse frentes de onda, cuando los incrementos de caudal sean muy fuertes, o tambi´en en el caso del proceso de entrada en carga. Como resumen, podemos indicar que una red de alcantarillado es como un peque˜no laboratorio de fen´omenos hidr´aulicos, a peque˜na escala eso s´ı, pero donde esa multiplicidad de procesos hidr´aulicos puede suponer en ocasiones dificultades adicionales a su soluci´on.
Vistas as´ı las cosas, podemos imaginar que un modelo hidr´aulico de c´alculo de redes debe enfrentarse a una gran variedad de situaciones de c´alculo, m´as que otros modelos similares.
Por ejemplo, surge la comparaci´on con otros modelos como HEC-RAS, pero dicho modelo no
tendr´a que resolver situaciones de flujo en presi´on, ni tiene que enfrentarse a redes de cauces que 119
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formen por ejemplo mallas cerradas, o que incluso tengan que realizar procesos de propagaci´on en r´egimen r´apido que pueden generar inestabilidad en ocasiones en el mismo modelo. Adem´as tenemos que a˜nadir otro efecto importante: los fen´omenos que debemos estudiar se producen en muy poco tiempo, a veces del orden de pocos segundos, obligando a un c´alculo mucho m´as fino que en el caso de la propagaci´on de avenidas en un cauce natural. Y no olvidemos que los datos
que manejamos a la hora de realizar el c´alculo presentan una serie de incertidumbres que no
hemos de olvidar, incertidumbres referidas a los caudales calculados, a la exactitud de los datos geom´etricos de la red y la asociada a algunos par´ametros hidr´aulicos (coeficientes de rugosidad, de p´erdidas localizadas, etc) dentro de la red.
2.
C´alculo de redes de alcantarillado: dificultades de modelaci´on
Las dificultades que podemos encontrar las solemos clasificar en dos tipos:
Problem´atica estructural, derivada de las dificultades asociadas a representar fielmente la geometr´ıa y el estado de conservaci´on de la red
Problem´atica fenomenol´ogica, derivada como se comentaba en la introducci´on, de las caracter´ısticas de los fen´omenos hidrol´ogicos e hidr´aulicos involucrados.
2.1. Problem´atica estructural
La realidad f´ısica y geom´etrica de la red no siempre es conocida con el nivel de precisi´on deseable. Unas veces la falta de informaci´on y otras la existencia de datos err´oneos en las bases de datos municipales, suponen un escenario en ocasiones incierto o poco conocido. Podemos aventurar una serie de puntos de incertidumbre: pendientes, saltos de cota de fondo (r´apidas o estructuras de ca´ıda), secciones complejas, presencia de dep´ositos de material s´olido, etc. Ello supone que antes de todo c´alculo hidr´aulico con intenciones de alta precisi´on, debe acometerse una campa˜na de verificaci´on de la geometr´ıa real y del estado de conservaci´on de la red a analizar. Este es el primer punto irrenunciable de todo c´alculo en r´egimen no permanente. Mucho m´as importante que la selecci´on del modelo de c´alculo a utilizar o de la compatibilidad o no con sistemas de informaci´on geogr´afica de dichos modelos.
2.2. Problem´atica fenomenol´ogica
Hemos hablado antes de la gran variabilidad de situaciones hidr´aulicas que se pueden dar en una red. Incidiremos en el tema de los nudos de uni´on, donde el n´umero de conductos, los reg´ımenes de flujo que se pueden dar en ellos, las combinaciones correspondientes de flujo entre
los mismos, etc. son un gran problema. Adicionalmente, en los casos de entrada en presi´on,
tenemos una posible presencia de aire atrapado, que pueden moverse de manera err´atica a lo
largo de la red, generar puntas de presi´on elevadas e incluso levantar tapas a pesar del notable peso de las mismas.
C´alculo hidr´aulico de la red de drenaje usando SWMM 5.0 121
Tenemos a veces ondulaciones de tipo secundario (ondas rodantes, ondas de Favre situadas detr´as de los resaltos, etc.) que pueden provocar localmente entradas en carga que son dif´ıciles
o imposibles de modelar. Este hecho puede ser causado tambi´en por la presencia de elementos
flotantes circulando por la red que no podemos tener en cuenta. Por estas y otras razones, tenemos una serie de posibles diferencias entre lo calculado y la realidad, sin que podamos en ocasiones estar seguros de cu´al es la causa que lo provoca.