Metodología para el diseño de canales escalonados, disipadores de energía, empleados en drenaje urbano, basada en modelación física. (2018)
Actualmente en Colombia, se ha presentado un incremento en la construcción de los canales escalonados (disipadores de energía), especialmente, por la construcción de vías y canalización de los drenajes naturales; sin embargo, no se cuenta con un análisis detallado del comportamiento del flujo, bajo este tipo de condiciones. La mayoría de investigaciones especializadas en el tema se han enfocado en determinar el comportamiento del flujo en canales escalonados, orientados en optimizar la disipación de la energía en presas de concreto compactadas con rodillos (CCR). Por lo anterior, existe la necesidad de validar las teorías reportadas en las literaturas especializadas, sobre diseño de canales escalonados disipadores de energía, aplicables al drenaje urbano. El principal objetivo de la presente tesis es elaborar una metodología unificada de diseño de canales escalonados, aplicable al drenaje urbano. Para lograr el objetivo, se realizó una búsqueda extensa de material bibliográfico y se validaron las diferentes hipótesis de diseño, mediante modelación física a escala reducida. A lo largo del proyecto de investigación, se desarrollaron dos montajes experimentales en el Laboratorio de Hidráulica de la Universidad Nacional de Colombia (sede Medellín), con un canal de 6.0 m de largo y 0.394 m de ancho. Para cado uno de los montajes experimentales, se variaron, además de la pendiente longitudinal del canal, la longitud (l) de la huella y la altura (h) de la contrahuella, pasando, en el primer montaje, de 12º (h = 0.08 m, l = 0.367 m) a 8º (h = 0.08 m, l = 0.569 m); y en el segundo montaje, de 8º (h = 0.08 m, l = 0.569 m) a 17º (h = 0.08 m, l = 0.257 m). Para cada escenario de trabajo (o montaje), se simularon diferentes caudales, desde 0.010 m3/s hasta 0.845 m3/s. El caudal fue medido mediante un sensor magnético “SPARLING - GM657” y la profundidad del flujo, por medio de un sensor ultrasónico WL 705 - 12. Los valores medidos en el canal escalonado fueron comparados con los correspondientes a un canal de fondo plano, con una pendiente de 12º. En relación con los resultados, se pudo concluir que, con régimen de flujo rasante, se puede alcanzar una disipación de la energía específica de un 50%, y para el régimen de flujo saltante se logra una disipación del 94%. Para establecer una metodología unificada, se compararon los datos medidos en el laboratorio, con las propuestas de Llano (2003), González and Chanson (2007), Ohtsu et al. (2004), resultando un error de 15%, con respecto a la metodología de González and Chanson, y del 9%, con la de Ohtsu et al. Se descartó la metodología de Llano, debido a que solo era aplicable para canales escalonados, con una pendiente entre 30° θ 55°. Basado en los resultados obtenidos, se plantea una propuesta metodológica que incluye el diseño de canales escalonados, bajo el régimen de flujo rasante y saltante.