Hidraulica experimental

SOBRE LA M ODELACI ÓN HI DRÁULI CA EN OBRAS DE SANEAMI ENTO BÁSI CO
Marco Castro D., Prof. Dr.-Ing. Civil
Ximena Hidalgo B., M. Sc., Ing. Civil
Rafael Poveda F., Ing. Civil
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DEL AGUA
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
Quito - Ecuador
1.

ANTECEDENTES

El aprovechamiento del agua por parte del hombre marcó la diferencia fundamental
para cambiar su forma de vidaoriginalmente nómada transformándola en el inicio de
las civilizaciones. Sin embargo, hace apenas dos siglos el hombre ha sido capaz de
fundamentar la Hidráulica en el conocimiento científico inter- y multidisciplinario.
En la actualidad existe un buen conocimiento teórico y experimental de los
fenómenos hidráulicos más frecuentes. Sin embargo el permanente desarrollo de la
humanidad, tanto en elámbito urbano como rural, impone cada vez nuevos retos y
nuevas restricciones en la implementación de novedosas obras hidráulicas
requeridas para la solución de los problemas en el sector de saneamiento básico.
El ejercicio de la ingeniería civil requiere, por lo tanto, una permanente y sistemática
observación de los fenómenos hidráulicos, sea en la naturaleza como lo hicieron
nuestrosancestros o en el laboratorio aplicando técnicas de modelación.
Leonardo da Vinci (1452-1519) mencionó hace seis siglos, en forma categórica,
gracias a su excelente capacidad de observación, análisis y síntesis:
“Acuérdate, cuando trates del agua, de alegar primero una experiencia antes
que una razón”. Este admirable principio mantiene total vigencia; especialmente
cuando se requiere garantizareficiencia en las obras de saneamiento básico.
Este artículo insiste en la necesidad del uso de la modelación hidráulica, como
herramienta indispensable para lograr un diseño exitoso de estructuras
frecuentemente utilizadas en sistemas de agua potable y alcantarillado.
2.

OBJETIVOS DE LA MODELACIÓN HIDRÁULICA

La modelación hidráulica es la reproducción, a escala reducida, de fenómenos,estados o procesos relevantes del flujo del agua. Las magnitudes físicas o
hidrodinámicas en el “modelo hidráulico” deben corresponder a las magnitudes en la
naturaleza, bajo determinadas leyes, que reciben el nombre de “escalas”. La
acertada la selección de las magnitudes más relevantes en la representación del
fenómeno hidráulico analizado, permitirá una aplicación inmediata de los resultados
enla solución de los problemas de saneamiento básico.

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Un modelo hidráulico satisface los requerimientos de la similitud geométrica, de la
similitud cinemática y, en último termino, de la similitud dinámica. En la mayoría de
los casos de la ingeniería hidráulica, no es factible económica ni técnicamente la
similitud dinámica completa; sin embargo, es posible y científicamentejustificable el
utilizar los criterios de la similitud dinámica restringida. Esto significa, que el ingeniero
debe seleccionar las fuerzas predominantes en determinado fenómeno hidráulico y
garantizar, con el diseño y la operación en el modelo, que exclusivamente dichas
fuerzas se encuentran simuladas en la escala correspondiente y en forma apropiada.
La técnica que estudia el proceso de selección sedenomina Análisis Dimensional y
Teoría de la Similitud Dinámica, y forma parte no sólo de la ingeniería hidráulica sino
de todas las ramas de la ingeniería civil.
Es inevitable, sin embargo, la existencia de fenómenos de importancia secundaria
que en el modelo no pueden ser simulados en forma exacta. Esta aparente limitación
en la técnica de la modelación hidráulica se conoce como “efectos deescala”, y
marca diferencias entre los resultados del modelo con el comportamiento real en el
prototipo. El análisis de los efectos de escala son de igual manera parte relevante de
la preparación y de la operación de los ensayos experimentales en laboratorio.
Los problemas para la modelación hidráulica se relacionan con la garantía de la
similitud geométrica, cinemática y dinámica. Estos...