Calculadora de llenado de canaleta: % ocupación gratis

Calculadora de llenado de canaleta optimiza diseño hidráulico para seguridad y eficiencia operativa normativa constructiva.

Herramienta gratuita con precisión técnica facilita cálculo, verificación y dimensionamiento según estándares internacionales vigentes reconocidos.

Objetivo y alcance técnico de la calculadora de llenado de canaleta

La calculadora de llenado de canaleta (ocupación) permite estimar la fracción ocupada del perfil hidráulico frente a caudales de diseño, condiciones de lluvia y geometría constructiva. Su alcance incluye canales rectangulares, trapezoidales, semicirculares y prefabricados según normas UNE/EN, y evalúa seguridad frente a rebosamiento, velocidad límite y auto-limpieza.

Fundamentos hidráulicos aplicados

Ecuación de continuidad

La base de cualquier cálculo de ocupación es la ecuación de continuidad:

Donde:

• Q = caudal (m³/s)
• A = área de la sección transversal en carga (m²)
• v = velocidad media (m/s)

En muchos diseños se prefiere la formulación de Manning para canales abiertos:

Fórmula de Manning (forma utilizada en la calculadora)

Q = (1 / n) × A × R^2/3 × S^1/2

Variables explicadas:

• Q = caudal (m³/s)
• n = coeficiente de rugosidad de Manning (s/m^1/3) — valores típicos listados en tabla
• A = área de la sección transversal en carga (m²)
• R = radio hidráulico = A / P (m), P = perímetro mojado (m)
• S = pendiente longitudinal del cauce (adimensional, m/m)

Geometrías soportadas y fórmulas específicas

Sección rectangular

Para una canaleta rectangular con ancho b y altura de agua y:

Sección trapezoidal simétrica

Para una canaleta trapezoidal con fondo b, profundidad y y taludes laterales z (horizontal por vertical):

A = (b + z × y + z × y) × y / 2 = (b + 2 × z × y) × y / 2

P = b + 2 × y × sqrt(1 + z²)

Sección semicircular

Área y perímetro varían con el ángulo de llenado θ. En plena carga (0 ≤ θ ≤ 2π):

A = (R²/2) × (θ − sin θ)

Donde R es el radio de la semicircunferencia y θ el ángulo subtendido por el agua.

Coeficientes de rugosidad (n) comunes

Parámetros pluviométricos y caudal de diseño

El cálculo del caudal de proyecto Q suele partir de la precipitación de diseño (i) y de la superficie drenada (A_c), aplicando un coeficiente de escorrentía (C) o fórmulas hidrológicas.

Fórmula simplificada del método racional

Q = C × i × A_c

Donde:

• Q = caudal de diseño (m³/s)
• C = coeficiente de escorrentía (adimensional)
• i = intensidad de lluvia (m/s) — normalmente en mm/h convertida a m/s
• A_c = área de captación (m²)

Conversión práctica: i (mm/h) × A (ha) × C / 3.6 = Q (m³/s).

Definición de llenado u ocupación

La ocupación se define como el porcentaje del área útil de la sección transversal ocupado por el agua en relación con el área en carga total de la canaleta (o profundidad de llenado respecto a altura constructiva). Se puede expresar como:

Ocupación (%) = (A_agua / A_total) × 100

Alternativamente, con base en altura:

Donde Y es la altura total interna de la canaleta y y la altura del agua.

Validaciones técnicas y criterios de diseño

• Verificar que la velocidad v esté dentro de límites: >= 0.6 m/s para auto-limpieza y <= 3.0 m/s para evitar erosión o ruido, según material.
• Comprobar que la ocupación en caudal de diseño no supere el 90% para seguridad anti-rebosamiento en zonas accesibles.
• Considerar factor de seguridad para sedimentación: canales con pendientes muy bajas requieren mantenimiento mayor.
• Ajustar coeficiente de escorrentía C según pavimento: asfalto 0.85-0.95, césped 0.05-0.3, tejados 0.9.

Tablas de dimensiones comunes y correspondencia con caudales

Método operativo de la calculadora paso a paso

1. Definir geometría de la canaleta: tipo, b, H, taludes z si aplican.
2. Introducir pendiente S y rugosidad n (seleccionar de lista recomendada).
3. Indicar caudal de proyecto Q (obtenido por método racional o hidrológico detallado).
4. La calculadora resuelve Manning por iteración para hallar profundidad y área que satisfacen Q o calcula Q para profundidad dada.
5. Devuelve ocupación (%) basada en área o altura, velocidad media, radio hidráulico y verificación normativa.
6. Emite recomendaciones: aumentar sección, incrementar pendiente, instalar sumideros o prever mantenimiento.

Ejemplo práctico 1: Canaleta rectangular, cálculo de ocupación para caudal de diseño

Datos del problema:

• Ancho interior b = 300 mm = 0.30 m
• Altura interna H = 150 mm = 0.15 m
• Pendiente S = 0.01 (1%)
• Rugosidad n = 0.013 (hormigón alisado)
• Caudal de diseño Q = 0.020 m³/s (obtenido por método hidrológico)
• Criterio: calcular profundidad de flujo y ocupación (%)

Desarrollo paso a paso:

1. Expresamos área A y perímetro P en función de y (profundidad de flujo): A(y) = b × y = 0.30 × y
2. P(y) = b + 2y = 0.30 + 2y
3. R(y) = A / P = (0.30 × y) / (0.30 + 2y)
4. Usamos Manning: Q = (1/n) × A × R^2/3 × S^1/2
5. Reemplazamos numéricamente y buscamos y que satisface Q = 0.020 m³/s

Iteración manual o calculadora (resumen de iteraciones):

• Probar y = 0.05 m: A = 0.015 m²; P = 0.40 m; R = 0.0375 m; R^2/3 ≈ 0.110; S^1/2 = 0.1; Q ≈ (1/0.013) × 0.015 × 0.110 × 0.1 ≈ 0.0127 m³/s (demasiado bajo)
• Probar y = 0.10 m: A = 0.03 m²; P = 0.50 m; R = 0.06 m; R^2/3 ≈ 0.152; Q ≈ (76.923) × 0.03 × 0.152 × 0.1 ≈ 0.0351 m³/s (demasiado alto)
• Interpolando, probar y ≈ 0.073 m: A = 0.0219; P = 0.446; R = 0.0491; R^2/3 ≈ 0.131; Q ≈ 0.0202 m³/s

Resultado:

• Profundidad de flujo y ≈ 0.073 m (73 mm)
• Ocupación por altura = y / H = 0.073 / 0.15 = 0.486 → 48.6%
• Ocupación por área = A(y) / A_total = (0.30 × 0.073) / (0.30 × 0.15) = 0.486 (coincide por proporcionalidad en rectangular)
• Velocidad media v = Q / A = 0.020 / 0.0219 ≈ 0.91 m/s (aceptable para auto-limpieza)

Interpretación:

• La canaleta trabaja al 48.6% de su altura total con la tormenta de diseño, aceptable respecto a seguridad anti-rebosamiento.
• Se recomienda vigilar sedimentación y garantizar mantenimiento periódico.

Ejemplo práctico 2: Canaleta trapezoidal para aparcamiento, verificación de capacidad y ocupación

Datos del problema:

• Sección trapezoidal simétrica: fondo b = 300 mm = 0.30 m
• Altura H = 200 mm = 0.20 m
• Talud lateral z = 1 (1:1 horizontal:vertical)
• Pendiente S = 0.005 (0.5%)
• Rugosidad n = 0.013 (hormigón)
• Área a drenar A_c = 0.5 ha = 5,000 m²
• Intensidad de diseño i = 60 mm/h (para periodo de retorno seleccionado)
• Coeficiente C = 0.85 (superficie impermeable de aparcamiento)

Cálculo del caudal por método racional:

Q = C × i × A_c = 0.85 × 0.0000166667 × 5000 ≈ 0.7083 m³/s

A(y) = (b + 2 × z × y) × y / 2 = (0.30 + 2 × 1 × y) × y / 2

P(y) = b + 2 × y × sqrt(1 + z²) = 0.30 + 2 × y × sqrt(2) ≈ 0.30 + 2.8284 × y

Iteración (resumen):

• Probar y = 0.05 m: A ≈ (0.30 + 0.10) × 0.05 / 2 = 0.010 m²; P ≈ 0.30 + 0.1414 = 0.4414; R ≈ 0.0227; R^2/3 ≈ 0.077; Q ≈ (1/0.013)×0.010×0.077×sqrt(0.005) ≈ 0.0017 m³/s (muy bajo)
• Probar y = 0.10 m: A ≈ (0.30 + 0.20) × 0.10 / 2 = 0.025 m²; P ≈ 0.30 + 0.2828 = 0.5828; R ≈ 0.0429; R^2/3 ≈ 0.111; Q ≈ 0.0077 m³/s (muy bajo)
• Probar y = 0.30 m (excede H=0.20; sin embargo muestra capacidad mayor): A ≈ (0.30+0.60)×0.30/2 = 0.135 m²; P ≈ 0.30 + 0.8485 = 1.1485; R ≈ 0.1175; R^2/3 ≈ 0.245; Q ≈ 0.0615 m³/s (aún insuficiente)

Interpretación inicial: para Q ≈ 0.708 m³/s la sección propuesta es insuficiente incluso al máximo H. Esto indica que la solución pasa por:

• Aumentar la sección (mayor b y/o H).
• Incrementar la pendiente S (si es posible) para aumentar capacidad.
• Instalar sumideros intermedios y colector mayor.

Diseño alternativo: seleccionar canaleta prefabricada clase mayor, por ejemplo b = 500 mm, H = 300 mm y repetir cálculo:

• Probar y = 0.30 m (llena): A = (0.50 + 2 × 1 × 0.30) × 0.30 / 2 = (0.50 + 0.60) × 0.30 / 2 = 1.10 × 0.30 / 2 = 0.165 m²
• P = 0.50 + 2 × 0.30 × sqrt(2) = 0.50 + 0.8485 = 1.3485 m
• R = 0.165 / 1.3485 ≈ 0.1223 m; R^2/3 ≈ 0.251; S^1/2 = sqrt(0.005) = 0.07071
• Q ≈ (1/0.013) × 0.165 × 0.251 × 0.07071 ≈ 0.225 m³/s (aún inferior a 0.708 m³/s)

Conclusión del ejemplo:

• Para drenar 0.708 m³/s se necesita un colector primario mucho mayor que una canaleta simple; se debe combinar con colectores enterrados o varios canales en paralelo.
• La calculadora muestra rápidamente la insuficiencia y permite evaluar alternativas.

Consideraciones normativas y referencias técnicas

Los diseños deben atenerse a normativas nacionales e internacionales. Referencias recomendadas:

• Código Técnico de la Edificación (CTE) — Documento Básico HS (salubridad) y DB-HE en España: https://www.boe.es y https://www.codigotecnico.org
• UNE-EN 1433:2002 — Drenaje superficial con canales de obras de fábrica y prefabricados: https://www.une.org
• UNE-EN 752 — Sistemas de alcantarillado fuera de edificios: diseño, instalación y mantenimiento: https://www.une.org
• AASHTO Drainage Manual — prácticas de drenaje en carreteras (EE. UU.): https://highways.dot.gov/public-roads
• US EPA — Stormwater program and design references: https://www.epa.gov/npdes/stormwater-discharges-construction-activities
• BS EN y publicaciones técnicas del CEN y BSI sobre clasificación de canales y cargas (por ejemplo, EN 1433): https://www.bsigroup.com

Recomendaciones de uso y criterios de seguridad

1. Siempre verificar caudales con datos pluviométricos locales y estudios de cuenca cuando la superficie drenada sea extensa.
2. Adoptar periodo de retorno adecuado según riesgo y normativa local (por ejemplo, 10-50 años en áreas urbanas; 100 años para infraestructuras críticas).
3. Considerar almacenamiento temporal o medidas de drenaje sostenibles (SUDS) si la capacidad de canaletas es limitada.
4. Implementar programas de inspección y limpieza para evitar reducción de sección útil por sedimentos.
5. Documentar todos los supuestos de diseño (n, S, C, i) en proyectos y fichas técnicas.

Limitaciones de la calculadora y notas sobre incertidumbre

Las simplificaciones incluyen uso de Manning (régimen uniforme), no considera flotabilidad de sólidos, efectos transitorios, pérdidas por bocas y sumideros ni presiones de oleadas en situaciones dinámicas. Para estudios detallados en redes grandes o eventos extremos, conviene modelización hidrodinámica 1D/2D (HEC-RAS, SWMM, MIKE) y calibración con datos reales.

Integración con flujo de trabajo BIM y especificaciones técnicas

Se recomienda exportar resultados de ocupación y parámetros hidráulicos a fichas IFC/BIM para coordinar con arquitectos e ingenieros civiles. Las especificaciones técnicas deben incluir:

• Material y clase de carga (EN 1433), resistencia, dimensiones y acabados.
• Tolerancias geométricas y tratamiento de junta.
• Mantenimiento previsto y acceso a sumideros.

Plantillas y datos de entrada sugeridos para la calculadora

Checklist técnico para verificación de resultados

• Confirmar unidades homogéneas en todas las entradas.
• Verificar que la profundidad calculada no excede H (si ocurre, redimensionar).
• Comprobar velocidad media entre límites para evitar sedimento o erosión.
• Comparar ocupación contra criterios locales (ej. límite 80–90%).
• Registrar escenario de diseño (periodo de retorno, eventuales combinaciones pluviométricas).

Enlaces útiles y lecturas recomendadas

• Manual AASHTO Drainage — principios y prácticas de drenaje en carreteras: https://highways.dot.gov/public-roads
• UNE-EN 1433 (norma para rejillas y canales de drenaje): https://www.une.org
• US EPA Stormwater Program — orientación en diseño y gestión: https://www.epa.gov/npdes/stormwater-discharges-construction-activities
• Código Técnico de la Edificación — documentación oficial España: https://www.boe.es y https://www.codigotecnico.org
• Manual SWMM (EPA) para modelización de redes de drenaje: https://www.epa.gov/water-research/storm-water-management-model-swmm

Resumen de criterios para selección rápida (guía práctica)

1. Canaletas peatonales y aceras: b = 0.20–0.30 m, H = 0.10–0.15 m, n = 0.011–0.015.
2. Aparcamientos y calzadas: b = 0.30–0.50 m, H = 0.15–0.30 m, n = 0.013.
3. Zonas industriales o de alta carga: usar clase EN 1433 adecuada y prefabricados de mayor sección.
4. Superficies extensas: prever colector primario o almacenamiento si Q supera la capacidad razonable de canaletas.

La calculadora de llenado de canaleta, correctamente parametrizada y apoyada en las normas citadas, es una herramienta eficaz para optimizar diseño, reducir riesgos de rebosamiento y facilitar mantenimiento. Siempre documente supuestos y realice validación con datos locales cuando sea posible.