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ANÁLISIS HIDRÁULICO DE UN PUENTE

SOBRE UN RÍO EN HEC RAS

EJEMPLO APLICATIVO

ÍNDICE GENERAL 1. GENERALIDADES ........................................................................................................ 3

2. DATA GRANULOMETRÍA DEL RÍO .............................................................................. 3

3. DATA TOPOGRÁFICA ................................................................................................. 3

4. CAUDAL Y PERIODO DE RETORNO ............................................................................ 3

5. ANÁLISIS HIDRÁULICO ............................................................................................... 4

5.1 Exportación del Río del CIVIL 3D al HEC RAS .......................................................... 7

5.2 Importación del Río de CIVIL 3D desde HEC RAS.................................................... 8

5.3 Cálculo del Coeficiente de Manning del Río (n) ................................................... 15

5.4 Cálculo de la Pendiente del Río ............................................................................ 18

5.5 Ingreso de Caudales al HEC RAS ........................................................................... 19

5.6 Cálculos Hidráulicos sin Puente en HEC RAS ........................................................ 24

5.7 Ingreso de un Puente al HEC RAS ......................................................................... 24

5.8 Cálculos Hidráulicos con Puente en HEC RAS ....................................................... 24

5.9 Cálculo de la Socavación en HEC RAS ................................................................... 24

ÍNDICE DE CUADROS Cuadro N°2.1: Diámetros Representativos del Cauce ..................................................... 3

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura N°5.1: Vista en Planta del Plano Topográfico en AUTOCAD ................................. 4 Figura N°5.2: Cauce Principal y Márgenes Laterales del Río en CIVIL 3D ........................ 5 Figura N°5.3: Secciones Transversales del Río en CIVIL 3D .............................................. 5 Figura N°5.4: Perfil Longitudinal del Río en CIVIL 3D ....................................................... 6 Figura N°5.5: Secciones Transversales del Río en CIVIL 3D (Vista Frontal) ...................... 6 Figura N°5.6: Botón de Exportación de CIVIL 3D al HEC RAS ........................................... 7 Figura N°5.7: Elementos para Exportación de CIVIL 3D al HEC RAS ................................ 7 Figura N°5.8: Ícono del HEC RAS ...................................................................................... 8 Figura N°5.9: Ventana de Entorno del HEC RAS ............................................................... 8 Figura N°5.10: Elección del Sistema de Unidades en HEC RAS ........................................ 8 Figura N°5.11: Creación de un Proyecto en HEC RAS ...................................................... 9 Figura N°5.12: Definición de un Proyecto en HEC RAS .................................................... 9 Figura N°5.13: Definición de Geometrías en HEC RAS ................................................... 10 Figura N°5.14: Editor de Geometría del HEC RAS .......................................................... 10

Figura N°5.15: Importador de Data Topográfica en HEC RAS ........................................ 11 Figura N°5.16: Importador Topográfico en HEC RAS (Unidades) ................................... 11 Figura N°5.17: Importador Topográfico en HEC RAS (Cauce Principal) ......................... 12 Figura N°5.18: Importador Topográfico en HEC RAS (Secciones Transversales) ........... 12 Figura N°5.19: Data Importada del CIVIL 3D en HEC RAS .............................................. 13 Figura N°5.20: Editor de Secciones Transversales en HEC RAS ...................................... 13 Figura N°5.21: Sección Transversal N°80 en HEC RAS ................................................... 14 Figura N°5.22: Sección Transversal N°80 en CIVIL 3D .................................................... 14 Figura N°5.23: Ingreso del Coeficiente de Manning al HEC RAS .................................... 15 Figura N°5.24: Tabla de Coeficientes de Manning en HEC RAS ..................................... 16 Figura N°5.25: Coeficientes de Manning ingresados en HEC RAS ................................. 17 Figura N°5.26: Progresiva de la Cota Inferior del Río ..................................................... 18 Figura N°5.27: Progresiva de la Cota Superior del Río ................................................... 18 Figura N°5.28: Ingreso de un Flujo Permanente en HEC RAS ........................................ 19 Figura N°5.29: Ventana para Flujo Permanente en HEC RAS ........................................ 19 Figura N°5.30: Caudales Ingresados en HEC RAS (Sin Editar) ........................................ 20 Figura N°5.31: Editor de Nombre de Perfiles de Flujo en HEC RAS ............................... 20 Figura N°5.32: Ventana del Editor de Nombre de Perfiles de Flujo en HEC RAS ........... 21 Figura N°5.33: Caudales Ingresados en HEC RAS (Nombres Editados) .......................... 21 Figura N°5.34: Ventana para Condiciones de Borde en HEC RAS .................................. 22 Figura N°5.35: Ingreso de la Pendiente Aguas Arriba en HEC RAS ................................ 22 Figura N°5.36: Ingreso de la Pendiente Aguas Abajo en HEC RAS ................................. 23

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Análisis Hidráulico de un Puente sobre un Río en HEC RAS

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Dpto. Académico de Hidráulica e Hidrología Drenaje

1. GENERALIDADES

Se proyecta un puente sobre el río Cachi, en el Departamento de Huancavelica,

Provincia de Angaraes, Distrito de Chincho, la zona se encuentra a una altitud de 2579

msnm, el Puente conectará el C.C. Huanchuy con el Distrito de Chincho y el resto de la

Provincia de Angaraes.

2. DATA GRANULOMETRÍA DEL RÍO

El río Cachi es un afluente de la cuenca hidrográfica del río Mantaro, río torrencial, con

gran transporte de sedimentos, razón por la cual aguas arriba del proyecto del puente

se encuentras varias canteras de agregados y rocas.

Es un rio trenzado con dos brazos en la zona de estudio, al estudiar la granulometría

del material del cauce se encontró lo siguiente:

Cuadro N°2.1: Diámetros Representativos del Cauce

% Retenido Diámetro (mm)

D35 3

D50 6

D75 16

El estudio de mecánica de suelos menciona que la gravedad específica del material es

2.55 T/m3.

3. DATA TOPOGRÁFICA

El levantamiento topográfico y batimétrico del río se analizó 600 metros a aguas arriba

hasta 240 metros aguas abajo.

4. CAUDAL Y PERIODO DE RETORNO

El estudio hidrológico efectuado determinó los caudales de diseño para la

superestructura y la subestructura del puente. Para definir la altura y longitud de la

superestructura (tablero del puente), el diseño contemplará una avenida de 850 m3/s

con periodo de retorno de 100 años, mientras que para los cálculos de socavación, el

diseño contemplará una avenida de 1050 m3/s con un periodo de retorno de 500

años.

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Cuadro N°2.2: Caudales y Periodos de Retorno

Q (m3/s) T (años) Para utilizarlo en :

850 100 Luz del Puente y Cálculo del NAME

1050 500 Cálculos de Socavación

5. ANÁLISIS HIDRÁULICO

Se contaba con un plano topográfico en formato CAD, con las características

mostradas en la Figura N°5.1.

Figura N°5.1: Vista en Planta del Plano Topográfico en AUTOCAD

El plano topográfico en CAD fue convertido a superficie (modelo digital de terreno)

haciendo uso del AUTOCAD CIVIL 3D. Una vez convertido a superficie creamos un

alineamiento que representaba el alineamiento del río, y otros dos alineamientos

paralelos a la izquierda y derecha del cauce principal que representaban las llanuras de

inundación, quedando lo mostrado en la Figura N°5.2. Analizando la topografía del río,

se puedo observar que los dos alineamientos paralelos creados no eran la mejor

representación de dichas llanuras de inundación, apoyándonos en un análisis visual y

en las líneas de crecientes que están dibujadas en el plano topográfico brindado.

Posteriormente se cambió el trazo de los alineamientos creados inicialmente paralelos

al cauce principal.

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Figura N°5.2: Cauce Principal y Márgenes Laterales del Río en CIVIL 3D

Luego se creó secciones transversales del río (representado como alineamiento en el

CIVIL 3D), cada 40 m sobre el eje del mismo. Las secciones transversales fueron de

anchos variables según la zona donde se encontraban, pues no todas se podían hacer

tan anchas como se hubiese querido, debido a escasez de data topográfica, pero cabe

mencionar que al parecer esa zona no pudo ser levantada topográficamente debido a

una pendiente muy pronunciada casi vertical, de un tramo de cerro que encajonaba al

río. En la Figura N°5.3 se muestra una vista en planta de las secciones transversales del

río en CIVIL 3D.

Figura N°5.3: Secciones Transversales del Río en CIVIL 3D (Vista en Planta)

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El siguiente paso fue crear sobre el alineamiento del río el perfil longitudinal del

mismo. En la Figura N°5.4 se muestra el perfil longitudinal obtenido.

Figura N°5.4: Perfil Longitudinal del Río en CIVIL 3D

En la Figura N°5.5 se muestra algunas de las secciones transversales creadas en CIVIL

3D, en vistas frontales.

Figura N°5.5: Secciones Transversales del Río en CIVIL 3D (Vista Frontal)

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5.1 Exportación del Río del CIVIL 3D al HEC RAS

Una vez realizados todos los pasos anteriores en CIVIL 3D, lo siguiente que fue llevar

las secciones del CIVIL 3D al HEC RAS para hacer los cálculos hidráulicos necesarios.

Figura N°5.6: Botón de Exportación de CIVIL 3D al HEC RAS

Figura N°5.7: Elementos para Exportación de CIVIL 3D al HEC RAS

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5.2 Importación del Río de CIVIL 3D desde HEC RAS

Una vez realizada la exportación del río desde CIVIL 3D de manera correcta, lo

siguiente es abrir el HEC RAS e importar la data exportada desde CIVIL 3D. En la Figura

N°5.8 se muestra el ícono del HEC RAS, el cual aparece por defecto en el escritorio de

una PC, luego de instalar el programa.

Figura N°5.8: Ícono del HEC RAS

Al abrir el programa sale la ventana mostrada en la Figura N°5.9.

Figura N°5.9: Ventana de Entorno del HEC RAS

Es importante revisar antes de iniciar un proyecto en HEC RAS, las unidades que

reconocerá el programa, para la imagen de la Figura N°5.9, las unidades están en el

Sistema Internacional de Unidades (S.I.), no obstante el HEC RAS también puede trabar

con el sistema inglés. En la Figura N°5.10 se muestra como el usuario puede elegir con

que unidades trabajará en HEC RAS.

Figura N°5.10: Elección del Sistema de Unidades en HEC RAS

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Definidas las unidades con que se trabajará en HEC RAS, se deberá crear un nuevo

proyecto en el programa. En la Figura N°5.11 se muestra como el usuario podrá crear

un nuevo proyecto, y también se muestran otras diversas opciones que ofrece la

pestaña File del HEC RAS.

Figura N°5.11: Creación de un Proyecto en HEC RAS

Para definir un proyecto en HEC RAS, hay que introducir el nombre y ubicación del

mismo, tal como lo ilustrado en la Figura N°5.12.

Figura N°5.12: Definición de un Proyecto en HEC RAS

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