La rugosidad «n» de Manning es un parámetro fundamental en la hidráulica de canales abiertos, ya que es parte de las expresiones para el cálculo de la velocidad del flujo o caudal a través de los mismos. Este parámetro es adoptado por el proyectista en función al material que compone la sección del canal y no existe un método exacto para su determinación, sin embargo hay distintos métodos de amplia aplicación para su aproximación.

El coeficiente de rugosidad se utiliza en la fórmula de Manning para calcular la velocidad del flujo de agua a través de un canal abierto. La fórmula de Manning es la expresión mas comúnmente utilizada en el diseño de canales abiertos en flujo uniforme y se basa en tres factores: el ancho del canal, la profundidad del canal y el coeficiente de rugosidad.

Conceptualmente la rugosidad de Manning representa un coeficiente de resistencia dinámica que tiene el escurrimiento a partir de la fricción que se produce en la superficie del fondo del canal, las paredes laterales y obstáculos en la sección. Estos obstáculos causan fricción entre el agua y la superficie del canal, lo que disminuye la velocidad del flujo de agua. Cuanto mayor es el coeficiente de rugosidad, mayor es la fricción y, por lo tanto, menor es la velocidad del flujo de agua. Por otro lado, cuanto menor es el coeficiente de rugosidad, menor es la fricción y mayor es la velocidad del flujo de agua.

Los materiales comerciales que se aplican en sistemas de escurrimiento a superficie libre, en general indican el coeficiente n de Manning dentro de sus especificaciones técnicas.

Se debe tener en cuenta que la rugosidad de Manning es un parámetro dinámico que varía en función a distintas condiciones de borde como pueden ser los cambios estacionales que marcan la vegetación presente, o el caudal de escurrimiento, sección mojada, nivel, entre otros.

A continuación se describen distintos métodos de uso extendido para la adopción del valor del coeficiente de rugosidad «n» de Manning.

Método de Cowan

A partir de la consideración de distintos factores, Cowan estableció la siguiente expresión con la cual estimar el valor de n de Manning:

n = (n₀ + n₁ + n₂ + n₃ + n₄) m₅

Donde:

• n₀: Valor de n en función al material natural involucrado, para un canal recto, uniforme y liso.
• n₁: Valor de corrección en función a las rugosidades superficiales.
• n₂: Valor de corrección en función a las variaciones en forma y tamaño de la sección transversal del canal.
• n₃: Valor que considera el nivel de obstrucción del cauce.
• n₄: Valor que considera la vegetación y condiciones de flujo.
• m₅: Factor de corrección que considera los efectos de los meandros.

Estos valores se obtienen de la siguiente tabla

Valores para el cálculo de «n» por método de Cowan
(Fuente: «Hidráulica de los canales abiertos» – V.T.Chow)

Valores recomendados en la bibliografía

En el libro «Hidráulica de los canales abiertos» – Ven Te Chow de amplio uso y difusión en el estudio de escurrimientos superficiales, se presentan las siguientes tablas con valores de «n» de Manning recomendados según el tipo de canal y su descripción.

Valores de «n» recomendados
(Fuente: «Hidráulica de los canales abiertos» – V.T.Chow)

Adopción a partir de fotografías de cauces y canales con diferentes rugosidades

Existen numerosas fuentes de información que recopilan fotografías de distintos cauces y su valor de rugosidad de Manning asociado. A partir de la comparación de las características del cauce o canal que se este estudiando con los presentados en estas fotografías se puede establecer por analogía el valor de rugosidad, en función a la similitud entre ambos.

Una gran compilación de fotografías fue generada por al U.S. Geological Survey Water Suply, se puede acceder al paper en el siguiente enlace: USGS Rugosidad de canales naturales

Consideraciones finales

Aunque no exista un método exacto para la definición de la rugosidad «n» de Manning en canales abiertos, los métodos presentados son una buena aproximación a los valores a emplear en el cálculo.

Es importante tener en cuenta que si bien todos los métodos mencionados son de amplia aplicación y dan buenos resultados, no debe perderse de vista que los mismos son aproximaciones al valor de la rugosidad de Manning. En caso de contar con datos de campo de caudales y tirantes, conviene realizar una calibración de este parámetro para estar seguros de hacer una adopción correcta.