—Qué trabajo tan asqueroso…
—Podría ser peor.
—¿Cómo?
—Podría llover.
(El jovencito Frankenstein, de Mel Brooks)
Las verdes praderas características de la isla esmeralda existen porque llueve bastante. Las precipitaciones son indispensables para que crezcan esos vistosos pastos, para la vida en general, y también para que se produzcan inundaciones. Ahí es donde el ser humano ha encontrado uno de los campos para desarrollar su ingenio, desafiar a las fuerzas de la naturaleza y dominar el medio que le rodea, y este no es otro que intentar conducir las aguas con cunetas. Por supuesto, hay otros ejemplos bastante más espectaculares, como los grandes canales navegables, los acueductos sostenidos por majestuosas arcadas o las canalizaciones subterráneas gigantescas del tamaño de los túneles del metro, pero, al fin y al cabo, todo comienza con el prosaico diseño de una cuneta en el borde de un camino.
La ingeniería hidráulica ha sido una constante a lo largo de la historia de la humanidad desde que como especie decidimos asentarnos en un lugar y dejar de ir de un lado para otro buscando comida, un clima amable y pocos enemigos. Nos asombran los relatos de los guías turísticos y de los documentales temáticos dando cuenta de la precisión de los incas, de los romanos o de los nazaríes en la ejecución de pendientes y secciones para conducir las aguas, aunque también es verdad que poco más hay que saber. También debemos recordar que lo que ha llegado hasta nuestros días era lo que funcionaba (y se ha mantenido), porque, de lo contrario, o se demolía porque estaba mal diseñado, o se caía solo porque, en efecto, estaba mal diseñado. En muchas ocasiones, las grandes obras eran fruto de ensayo y error.
Por el contrario, hoy en día se proyectan con notable exactitud las dimensiones necesarias para transportar una cantidad de agua determinada en lámina libre. De cara a su cálculo, no importa a qué tipo nos estemos refiriendo (para beber o de lluvia) y solo depende de unos pocos factores: el caudal, la pendiente y la rugosidad del medio por donde queremos que circule. La fórmula que relaciona todos esos conceptos y que más se utiliza en la actualidad, así como el coeficiente que caracteriza la rugosidad, llevan el nombre de un ingeniero irlandés.
Me llamo Manning, Robert Manning
En ocasiones, pasar a la posteridad es una cuestión de suerte. Las circunstancias de la vida de Robert Manning, tanto a nivel personal como profesional, son un claro ejemplo. Nació en 1816 en el seno de una familia irlandesa que se encontraba en Normandía por circunstancias digamos laborales (su padre, William, formaba parte del cuerpo expedicionario inglés que luchaba contra Napoleón). Robert perdió a su padre solo diez años más tarde, por lo que su madre se vio obligada a volver a su país de origen, en concreto a Waterford, donde residía su abuela materna. En esa misma casa vivía su tío John Stephens, hermano de su madre, que pronto estableció una estrecha relación paternofilial con Robert.
Demostrando desenvoltura e intuición, Manning estuvo varios años al servicio de su tío John como ayudante hasta que, en la primavera de 1846, entró a trabajar de auxiliar de Samuel Roberts, también de Waterford y amigo de los Stephens. Roberts era el ingeniero competente de las cuencas de los ríos Glyde y Dee. Las labores del aprendiz Manning abarcaban desde realizar diversos cálculos a trazar planos y croquis para Roberts. A finales de año, a la vista de sus aptitudes, fue ascendido a ingeniero ayudante. Entró por enchufe, sí, pero promocionó por méritos propios, así que empate.
La orografía de Irlanda, con cadenas montañosas de escasa entidad (el punto más alto de la isla apenas supera los mil metros de altura) en las cercanías de la costa, es similar a un cenicero, lo que es muy problemático para desaguar las lluvias. Desde principios del siglo XIX se intentó mejorar las condiciones hidráulicas para transformar grandes zonas pantanosas en tierras cultivables. Dentro de estas iniciativas, en 1842, se publicó el Decreto de Drenaje Arterial, con el fin de impulsar, mediante diferentes subvenciones, la ejecución de proyectos y obras para conducir las aguas pluviales. En ello estaban en la oficina de Roberts y Manning cuando, en 1847, se vive el peor momento de una atroz plaga en los cultivos de patata, un período denominado con el muy elocuente nombre de la Gran Hambruna, que diezmaría una cuarta parte de la población de Irlanda (por fallecimiento o emigración) en apenas un lustro. La patata era un cultivo muy extendido en el país, en parte por motivos sociales o legales, pero también prácticos: era posible obtener varias cosechas anuales a pesar de las tierras poco favorables y mal drenadas que hemos comentado anteriormente. Manning fue enviado a la zona oeste de Irlanda, la más afectada por la plaga, para ayudar con sus conocimientos y allí es plenamente consciente de la importancia que tiene su trabajo para toda la población.
Con esta experiencia, en 1851 redacta un estudio en el que plantea un problema que ha apreciado en el desarrollo del Decreto de Drenaje Arterial y que es muy conocido por todo aquel que se dedica a diseñar apoyándose en estimaciones estadísticas: el caudal máximo que se utilizaba para calcular las canalizaciones se basaba en un registro histórico corto y muy poco fiable. Profético, en los años posteriores a su publicación, las precipitaciones y, por tanto, las avenidas de los ríos, baten todas las marcas registradas, en ocasiones incluso duplicándose. Y es que los modelos son solo modelos y, aunque puedan estar respaldados por más o menos registros históricos, tan solo estiman probabilidades basadas en lo que ya ha pasado, y, por tanto, siempre puede haber sorpresas desagradables1.
En los siguientes años, Manning profundizó cada vez más en la hidrología, que se convirtió en su campo profesional preferido, aunque durante un tiempo también se dedicó a otros asuntos (puertos y abastecimientos), ya que, con la crisis posterior a la plaga de la patata, se invertía poco dinero en estudios y obras hidráulicas. A los cincuenta y siete años llegó a ser ingeniero jefe de su demarcación. En cuanto a la fórmula que le ha hecho famoso, la presentó a los setenta y tres años, dos antes de jubilarse. Se podrán decir muchas cosas de Manning, como que no es un ejemplo de precocidad, pero cuidado con su constancia y tenacidad.
El descubrimiento de la fórmula de Manning tiene poca ciencia teórica. Basándose en su experiencia y en series de resultados de otros ensayos realizados por diferentes autores, promedió siete fórmulas que se utilizaban por entonces y buscó la simplicidad. Es decir, propuso una fórmula más sencilla que las habituales en aquel tiempo y que se ajustaba mejor a las mediciones reales. A decir verdad, Manning no pensaba que hacía nada destacable ni novedoso, solo estaba siendo práctico, ya que adolecía de formación técnica previa a su desempeño profesional.
Sea como sea, su fórmula2 se difundió pronto porque fue citada en tratados técnicos muy populares en aquella época, pero, sobre todo, por su sencillez y exactitud, así como por estar apoyada en unas tablas muy descriptivas de su coeficiente de rugosidad (asignaba un valor a una fotografía con cada tipo de acabado). Fiel al espíritu de su autor, lento pero seguro, en 1961, más del 70 % de las grandes empresas especialistas en proyectos hidráulicos utilizaban la fórmula de Manning. Hoy en día, en la instrucción técnica española 5.2-IC Drenaje Superficial se indica que esa es la fórmula que debe aplicarse para dimensionar la evacuación de las aguas pluviales. Además, el programa HEC-RAS3, un estándar mundial que realiza modelizaciones hidráulicas más complejas y que suele ser el requerido por las confederaciones hidrográficas para calcular la inundabilidad de los ríos, también utiliza tanto la fórmula como el coeficiente de rugosidad de Manning en sus cálculos.
Por poner un pero se podría tachar de cierta inexactitud a la fórmula. En la norma de Drenaje Superficial citada anteriormente se indica que el coeficiente de rugosidad para una cuneta de hormigón revestida in situ tiene un valor comprendido en una horquilla entre 0,013-0,017. Esto significa que hay un porcentaje bastante alto de incertidumbre. Por suerte, la regla de buena práctica, en este caso y en cualquier dimensionamiento en general, es suponer la situación más desfavorable. Es decir, sentido común y practicidad, la filosofía de vida de Robert Manning.
Notas
(1) Un ejemplo muy gráfico: en los treinta años anteriores, la precipitación máxima diaria en agosto en Bilbao (que tiene un clima muy similar al medio irlandés) había sido de unos 63 mm, hasta que en 1983 fue de más de 250 mm, cuatro veces más que el máximo registrado. Desde entonces, la lluvia máxima diaria no ha vuelto a superar los 70 mm.
(2) La fórmula de marras: V = 1/n × R2/3 × J1/2, donde V es la velocidad del agua; n, el coeficiente de rugosidad de Manning; R, el radio hidráulico (relación entre el área mojada A y el perímetro mojado), y J, la pendiente en tanto por uno. A partir de la relación entre velocidad y caudal (Q = V × A) y aplicando un poco de geometría, con la fórmula de Manning se puede obtener la altura de la lámina de agua en un cauce, una cuneta o una canalización en función del caudal.
(3) HEC-RAS son las siglas de Hydrologic Engineering Center’s/River Analysis System que, como sospecharán, en castellano significa Centro de Ingeniería Hidrológica/Sistema de análisis de ríos. La peculiaridad de este programa es que es de uso público desde que fue liberado a finales de los años noventa por el Ejército de Estados Unidos, su creador.
Señor Domosti,
Una vez más, un artículo suyo me ha informado, me ha enseñado y me ha entretenido. Tres veces gracias