En una entrada anterior se hablaba sobre cómo diseñar una obra de drenaje transversal en pequeñas obras de drenaje, en este caso, nos vamos a centrar en las medianas y grandes obras de drenaje.

Para el cálculo de grandes obras de drenaje, el caudal y las dimensiones de la sección transversal son lo suficientemente grandes como para que con la longitud de la Obra de Drenaje Transversal (ODT) podamos asumir un régimen uniforme, por lo que primero debemos calcular primero unos parámetros que nos permitan averiguar cómo va a funcionar la conducción. Estos parámetros son:

  • Yu1: Calado uniforme en el cauce aguas arriba de la obra de drenaje transversal.

  • H1: Cota de energía aguas arriba de la conducción.

                 Fórmula conducción

  • Yu2: Calado uniforme dentro de la conducción de la ODT.

  • Yc2: Calado crítico dentro de la conducción de la ODT.

El calado uniforme se puede calcular mediante la fórmula de Manning: Fórmula de Manning

Siendo:

  • i: pendiente de energía igual a la pendiente del terreno.

  • V: Velocidad media del agua en la sección, hay que tener en cuenta que: V = Caudal/Área sección

  • Rh: Radio hidráulico de la sección, igual al área mojada entre el perímetro de contacto entre el agua y el suelo.

    Rh = Área majada/Perímetro mojado

  • n: coeficiente de rugosidad de Manning o “N de Manning”.

Mientras que el calado crítico se puede calcular mediante la siguiente ecuación: calado crítico

Siendo:

  • V: Velocidad media de la sección.

  • G: gravedad.

  • Y: Calado medio de la sección, igual al área mojada entre el ancho de la superficie del agua.

  • Ac: área mojada de la sección para el calado crítico.

  • T: ancho de la superficie del agua.

Para el cálculo de la capacidad de la obra de drenaje, se utilizará la ecuación de Bernoulli: ecuación Bernoulli

 

Dado que las longitudes son muy pequeñas, se considera que z1-z2=i0·L, siendo i0 la pendiente real de la obra de drenaje; por lo que la ecuación queda: ecuación Bernoulli_

El término de pérdidas de carga dependerá de las siguientes pérdidas de energía:

  • Pérdidas de carga a la entrada, las cuales se expresan de la siguiente forma: pérdidas de carga

        Siendo Ke un coeficiente que depende de la forma de la entrada de la obra de drenaje.

  • Pérdidas de carga a la salida, las cuales se expresan de la siguiente forma: pérdidas de carga_salida

    Siendo Ks un coeficiente que representa la pérdida de energía por la expansión a la salida, el cual puede variar entre 0,5 y 1.

  • Pérdidas de carga por fricción orozamiento de la conducción, la cual tiene la siguiente expresión: pérdidas de carga_fricción

        Siendo: L: la longitud de la obra de drenaje; if: la pendiente de pérdida de energía continua, se calcula mediante la fórmula de Manning.

Teniendo calculado los valores de Yu1, Yu2, H1 e Yc2 y sabiendo la altura de la ODT,  podemos averiguar cómo funcionará la obra de drenaje, pudiendo darse los siguientes casos:

Caso 1: Si H1< 1,2 D, la obra de drenaje funcionará en lámina libre entrando el agua en lámina libre, existiendo dos posibles formas de funcionamiento.

  • Caso 1.1: Si , Yu2< Yc2 la conducción funcionará en régimen rápido, la condición de contorno se sitúa aguas arriba de la obra de drenaje y por tanto la ecuación que rige el funcionamiento de la ODT es: Caso 1.1

  • Caso 1.2: Si , Yu2> Yc2 la conducción funcionará en régimen lento, la condición de contorno se sitúa aguas abajo de la obra de drenaje, pudiendo afectar a la capacidad las pérdidas de energía debido al rozamiento , estrechamiento, etc. Por tanto la ecuación que rige el funcionamiento de la ODT es:Caso 1.2

Caso 2: Si H1 >1,2 D, se llegará a taponar la entrada de la obra de drenaje,  existiendo dos posibles formas de funcionamiento.

  • Caso 2.1: Si Yu2< Yc2 y además Yu2< D, entonces la obra de drenaje pasará a funcionar como un desagüe bajo compuerta, siendo la ecuación que rige el flujo la siguiente:Caso 2.1

  • Caso 2.2: En el caso que Yu2> Yc2 o Yu2> D, se podrá considerar que la conducción funciona a presión, por lo que se deberá usar la siguiente fórmula:

Caso 2.2

Ejemplo casos

 

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