APLICACIÓN PRÁCTICA HEC-RAS

7/30/2019 APLICACIN PRCTICA HEC-RAS

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MASTER EN INGENIERA MEDIOAMBIENTAL Y GESTIN DEL AGUAEscuela de Negocios

Mdulo: Recursos hdricos

APLICACINPRCTICADEL

PROGRAMAHEC-RASAUTORES:MJOSMATEODELHORNO

FCO.JAVIERSNCHEZMARTNEZ

:Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos).Documentacin elaborada por el autor/a para EOI.Prohibida la reproduccin total o parcial sin autorizacin escrita de EOI.


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Master en Ingeniera Medioambiental y Gestin del AguaMdulo: Recursos Hdricos

Materia: Aplicacin prctica del programa de HEC-RAS

M JOS MATEO DEL HORNO

FCO JAVIER SNCHEZ MARTINEZ Pgina 2

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Sumario

1 Introduccin a HEC RAS.............................................................................. 32 Instalacin del programa. ............................................................................. 33 Operaciones previas. ................................................................................... 3

3.1 Smbolo decimal. ..................................................................................... 33.2 Inicio del programa HEC-RAS. ................................................................ 43.3 Sistema de unidades. .............................................................................. 43.4 Creacin del proyecto.............................................................................. 4

4 Introduccin de los datos geomtricos. ........................................................ 6

5 Datos de flujo en rgimen variado o estacionario......................................... 96 Simulacin.................................................................................................. 117 Resultados. ................................................................................................ 12

7.1 Introduccin. .......................................................................................... 127.2 Datos en forma grfica: ......................................................................... 127.3 Datos en forma de tablas:...................................................................... 14

7.3.1 Tablas de las secciones transversales: .......................................... 147.3.2 Tablas simplificadas para perfiles................................................... 157.3.3 Tablas personalizadas.................................................................... 157.3.4 Errores, advertencias y notas (Errors, warnings and notes)........... 16

8 Interpolacin de secciones transversales................................................... 18

9 Cambio de rgimen lento a mixto............................................................... 2010 Ejecucin del modelo con nueva geometra y rgimen de flujo............. 2011 Anlisis de resultados............................................................................ 2112 Modelizacin de un puente en HEC-RAS.............................................. 21

12.1 Situacin de las secciones transversales........................................... 2112.2 Caracterizacin del puente. ............................................................... 2312.3 Eleccin del mtodo de clculo.......................................................... 26

12.3.1 Caudales bajos............................................................................... 2612.3.2 Caudales altos................................................................................ 27

12.4 Resultados de la simulacin en el puente.......................................... 29


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1 Introduccin a HEC RAS.

El programa HEC RAS (River Analysis System) ha sido desarrollado por el HydrologicEngineering Center del U.S. Army Corps of Engineers, de los Estados Unidos, siendo uno delos modelos hidrulicos ms utilizados en la modelizacin hidrulica de cauces.

El programa se descarga gratuitamente en la pgina web www.hec.usace.army.mil, dondeadems se puede descargarse el manual de usuario, el manual de referencia tcnica yejemplos de aplicacin.

A continuacin se desarrollarn los conceptos bsicos que se ilustra con un ejemplo demodelacin. Sin embargo se considera necesario consultar los manuales antes citados paracompletar los contenidos expuestos a continuacin.

El objetivo del presente ejemplo es realizar un anlisis bsico del flujo en un tramo de ro,

concretamente el ro Arlanza a su paso por Salas de los Infantes (Burgos). Dentro de esteanlisis, se vern las distintas advertencias de clculo proporcionadas por HEC RAS definirndistintas actuaciones que pueden realizarse para intentar resolver los problemas deconvergencia del modelo. Las principales actuaciones que se presentarn en este ejemplo sontanto la de interpolar secciones transversales como la de realizar el anlisis en distintosregmenes de flujo y simular un puente.

2 Instalacin del programa.

La instalacin del programa HEC-RAS no consiste simplemente en copiar los ficheros en eldisco duro y ejecutar el programa. La instalacin del programa comienza ejecutando el

programa SETUP.EXE, el cual descomprime e instala todos los ficheros en los directoriosadecuados para su correcto funcionamiento.

3 Operaciones previas.

3.1 Smbolo decimal.

HEC-RAS necesita que el separador de nmeros decimales sea un punto, en lugar de la coma,por lo que ser lo primero que comprobaremos.

En WINDOWS, pinchamos en el icono MI PC, PANEL DE CONTROL, CONFIGURACIONREGIONAL.

Pestaa NUMERO: Poner PUNTO como separador decimal. Pestaa MONEDA: Poner PUNTO como separador decimal.


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3.2 Inicio del programa HEC-RAS.

Cuando se instala el programa HEC-RAS automticamente se crea un grupo de programasdenominado HEC y un icono llamado HEC-RAS. Suele aparecer en el men de inicio bajo laseccin Programas. El usuario tambin tiene la opcin de crear un icono en el escritorio quetiene la siguiente apariencia.

HEC-RAS 3.1.3.lnk

3.3 Sistema de unidades.

El programa trabaja por defecto con el sistema ingls, por lo que hay que cambiarlo. Estaoperacin se puede realizar para un trabajo, o predefinirlo para todos los trabajos.Una vez abierto HEC-RAS, seleccionando el men OPTIONS:

3.4 Creacin del proyecto.

Una vez definido las unidades adecuadas, procedemos a crear nuestro proyecto. Esteprograma, a diferencia del HEC-HMS, no crea un directorio por cada proyecto, por lo que paratrabajar de una forma ordenada, es conveniente (no necesario) crear un directorio con elnombre de nuestro proyecto, y en l, guardar todos los archivos que vayamos generando.

En este ejemplo, se propone la creacin del directorio ARLANZA en el directorio HEC-RAS.El modo para realizarlo ser el siguiente:

Units System

Indica el sistema de unidades en el quenos encontramos


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Desde el men File, seleccionamos New Project, y en la esquina inferior derecha aparece elBotn Create Folder. Pulsamos en l y creamos el directorio ARLANZA especificadoanteriormente.

Posteriormente, damos a nuestro proyecto un titulo, (Por ejemplo: "Ro Arlanza en Salas de losInfantes") y damos un nombre a nuestro archivo de proyecto (Por ejemplo: arlanza.prj).

Despus el programa nos informa de que va a crear este proyecto en el directorio sealado yen unidades internacionales.

Una vez creado el proyecto, en la pantalla principal aparece en el item PROJECT, el ttulo delproyecto y la ubicacin del archivo.


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4 Introduccin de los datos geomtricos.

El siguiente paso para desarrollar el modelo de flujo estacionario (Steady flow) en el programaHEC-RAS es introducir los datos geomtricos.

En el men EDIT, seleccionamos GEOMETRIC DATA.

Aparece entones el editor de datos geomtricos:

Una vez creado nuestro croquis del tramo de estudio, pasaremos a definirlo geomtricamentemediante las secciones transversales seleccionadas y las distancias entre ellas.

Para ello, presionamos el Botn CROSS SECTION, nos aparecer el siguiente Editor:

A continuacin, vamos a dibujar un esquema del ro en lazona de estudio, pinchando aqu, nos aparece un lpiz conel que dibujamos de forma aproximada un croquis del ro.

El sentido del dibujo debe ser de AGUAS ARRIBA haciaAGUAS ABAJO, y al final del dibujo, nos pide el nombre delro y el nombre del tramo de estudio, por ejemplo "RoArlanza" y el tramo "Salas".

Si lo hemos realizado bien, aparecer una flecha que nosindica el sentido del flujo. Comprobaremos que ese es elsentido deseado, y si no lo es lo borramos y comenzamos

de nuevo.

Distancias entre esta seccin y lasiguiente AGUAS ABAJO, delcauce margen derecha e izquierda

STATION = Distancia al origen XELEVATION = Cota del terreno Y

Valores de Manning del cauce ymrgenes derecha e izquierda

Coordenadas X a la que seencuentran en borde izquierdo yderecho del cauce.

Coeficentes de contraccin, normalmente 0.1y de expansin, que suele tomar el valor de 0.3


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Una vez conocido el editor de secciones transversales, procedemos a introducir los datos denuestro ejemplo.

Para introducir una nueva seccin, seleccionamos el Item OPTIONS, y dentro de l, ADD ANEW CROSS SECTION.

El orden de introduccin de las secciones debe ser de AGUAS ARRIBA hacia AGUAS ABAJO.

Lo primero que nos pide es el nombre que vamos a dar a nuestra seccin transversal. Estenombre puede ser cualquier nmero, siempre de MAYOR A MENOR (aguas arriba n mayorque la siguiente seccin aguas abajo). En este ejemplo el criterio de numeracin de lassecciones se corresponde con el dado a las mismas en los trabajos topogrficos. De estemodo, los nombres de las secciones transversales sern: 55100, 54900, 54800, ..

Una vez introducidos los datos correspondientes a una seccin, esta se puede visualizar atravs del Men PLOT, y desde ese men, se puede imprimir, copiar a portapapeles, ynumerosas otras opciones.


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Una vez introducidos todos los datos, deberemos tener un esquema como el siguiente:

El tramo del ro Arlanza en estudio tiene una longitud de 1.329 metros, estando definido por 9secciones transversales. La siguiente figura muestra el esquema del tramo objeto de estudio,en el que se aprecian como se han denominado las secciones transversales, de mayor amenor.


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5 Datos de flujo en rgimen variado o estacionario.

Una vez descrito fsicamente en el apartado anterior, el tramo de estudio, vamos a continuacina describir los datos del flujo que necesita HEC-RAS.

El objetivo de este estudio, es calcular los niveles alcanzados en el tramo del ro Arlanza a supaso por la localidad de Salas de los Infantes. Los caudales de clculo correspondientes a losperiodos de retorno de 50, 100 y 500 aos, calculados previamente mediante un modelohidrometeorolgico, corresponden respectivamente a 319, 364 y 467 m3/s.

En el men EDIT seleccionamos STEADY FLOW DATA. Se nos abrir una pantalla como laque se presenta a continuacin:

Los nombres de los perfiles (PF1, PF2, PF3, PF4 y PF5) pueden ser cambiados por otros mssignificativos, por ejemplo T= 50 aos, T=100 aos, y T=500 aos en el men OPTIONS : EDITPROFILE NAMES.

Una vez seleccionados los caudales, debemos introducir las condiciones de contorno, pulsandoel botn: REACH BOUNDARY CONDITIONS.

Nmero de caudales diferentes que se simularn en este ejemplo 3:319-364- y 467 m3/s

Introduccin de las condiciones de contorno

Caudal de clculo para cada perfil,es este caso 319, 364 y 467 m3/s

Seccin en la que se presenta el caudal aestudiar (normalmente la situada ms aguasarriba


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Aparece la siguiente pantalla:

Posteriormente guardamos estos datos en FILE: SAVE FLOW DATA debiendo dar unadescripcin de los datos de flujo, por ejemplo "Rgimen natural".

Si hemos realizado bien todas las operaciones, nos aparecer en la pantalla inicial, en el item

correspondiente, la descripcin de los datos de flujo y la ruta y nombre del archivocorrespondiente.

Aqu se elige si la condicin de contorno es vlida para todos los perfiles o

ara uno solo. En este caso es ara todos los erfiles

Cota de agua conocida

Calado critico

Calado normal = introducir pendiente lnea de energa = 0.00806

Puesto que hemos supuesto rgimen lento, este valor habr queintroducirlo en la casilla DOWNSTREAM, para que empiece a calcularde aguas abajo hacia aguas arriba. Para ello situaremos el cursor enDownstream y posteriormente pincharemos en Normal depth.


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6 Simulacin.

Desde el men principal, seleccionando RUN : STEADY FLOW ANALYSIS, entramos en elmen de simulacin:

En FILE, seleccionamos NEW PLAN, nos pide una descripcin, por ejemplo " Rgimen natural"y un Short ID, que no es ms que un nombre de identificacin del plan, por ejemplo "Regnatural".

A continuacin, seleccionamos el tipo de rgimen, SUBCRITICAL, y presionamos el botn deCOMPUTE.

Se abrir una ventana de MS-DOS, que al final nos indicar que el programa ha acabadocorrectamente.

Salvamos el plan y cerramos el editor.

Ya estamos en condiciones de ver los resultados.


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7 Resultados.

7.1 Introduccin.

El programa ya ha calculado los niveles de la lmina de agua en nuestro tramo de estudio paracada uno de los caudales de clculo.

No obstante, estos resultados deben ser revisados, puesto que puede ser que aparezcanregmenes distintos al supuesto o que el programa necesite ms secciones transversales paraasegurar un clculo ms preciso.

Estas observaciones las podemos encontrar en :

VIEW SUMMARY ERR, WARN ,NOTES...

O en el siguiente icono:

No obstante, antes de ver este archivo, vamos a proceder a ver los resultados obtenidos.HEC-RAS proporciona los datos de dos modos:

Forma grfica:

Secciones transversales. Perfiles longitudinales. Perspectivas 3D. Curvas X-Y.

Forma de tabla:

Tablas detalladas en secciones transversales

Tablas simplificadas para perfiles. Tablas personalizadas.

A todas estas salidas, se accede desde el men VIEW o los iconos del men principal.

7.2 Datos en forma grfica:

A continuacin, se presentan los ejemplos de salidas de las formas grficas. Cabe destacar,que dentro de cada salida, en el men OPTIONS, es donde se eligen que resultados se desean

ver, as como los colores y estilo de las lneas, texto que aparece en los ejes, etc..


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Ejemplo de salida de unaseccin transversal.

Ejemplo de salida del perfillongitudinal

Ejemplo de vista 3D


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7.3 Datos en forma de tablas:

7.3.1 Tablas de las secciones transversales:

Presentan informacin muy detallada para cada una de las secciones y para cada caudal declculo.A continuacin, se presenta la tabla de la seccin 54540 para el caudal correspondiente alperiodo de retorno de 50 aos (319 m3/s):

Ejemplo de curva X-Y :

Esta podra ser la curva de gasto en elcaso de que en esta seccin existierauna estacin de aforos.


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Los resultados ms importantes, pueden ser:

E.G.Elev (m): Altura de energa.W.S.Elev (m): Altura de la lmina de agua.

E.G.Slope : Pendiente de la lnea de energa.Q Total (m3/s): Caudal total en la seccin.Top Width(m): Ancho de la superficie libre del flujo en la seccin.

7.3.2 Tablas simplificadas para perfiles.

Existen numerosas tablas predeterminadas, a continuacin se muestra una de ellas. Esta seobtiene seleccionando en el men VIEW la opcin PROFILE SUMMARY TABLE.

Donde:

Q Total (m3/s): Caudal total en la seccin.Min Ch El (m): Cota inferior del cauce en la seccin.W.S.Elev (m): Altura de la lmina de agua.Crit W.S. (m): Cota del calado crtico.E.G.Elev (m): Altura de energa.E.G.Slope : Pendiente de la lnea de energa.

Vel Chnl (m/s): Velocidad del agua en el cauce.Flow Area (m2): Superficie mojada en la seccin.Top Width(m): Ancho de la superficie libre del flujo en la seccin.Froude # Chl: Nmero de Froude.

7.3.3 Tablas personalizadas.

En HEC-RAS, podemos crearnos nuestra propia tabla. Esta funcin se realiza desde:

VIEW-------------PROFILE SUMMARY TABLE---------------OPTIONS-----------DEFINE TABLE

En donde nos aparecer la siguiente pantalla:


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7.3.4 Errores, advertencias y notas (Errors, warnings and notes).

Por ltimo, vamos a ver algunos de los mensajes que nos da HEC-RAS acerca de losresultados de nuestros anlisis. Estos mensajes pueden ser de tres tipos:

ERRORES: Hay problemas que han impedido realizar los clculos.

ADVERTENCIAS (WARNINGS): Es una llamada de atencin, no indica quelos resultados estn mal, pero se aconseja una revisin de los mismos.Las soluciones a estos warnings pueden ser, incrementar el n de perfiles,revisar los datos geomtricos, o tambin comprobar las condiciones decontorno o el rgimen de clculo.

NOTAS: Nos indica informacin de como se han realizado los clculos, porejemplo, puede indicar que entre esas secciones se ha producido el resaltohidrulico.

Para tomar ms informacin debe visualizarse el fichero de Errores, Advertencias y Notas, biendesde su propio men o bien desde la vista de las tablas de datos de las seccionestransversales. Este fichero puede ser impreso, guardado en un fichero o exportado alportapapeles.

Utilizando cualquiera de los dos modos anteriormente descritos se comprueba que el programapresenta las siguientes advertencias:

a.- The velocity head has changed by more than 0.5 ft (0.15 m). This may indicate theneed for additional cross sections.

Esta advertencia significa que existe una importante diferencia de velocidad entre 2 secciones

transversales consecutivas, debido fundamentalmente a una diferencia importante de la formao de la pendiente entre estas secciones transversales. Esta alta diferencia influye en la

Lista de las variables disponibles

Descripcin de cada variable

Columnas seleccionadas


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precisin de clculo de las prdidas de energa del flujo, siendo conveniente introducir nuevassecciones transversales, bien tomadas en el campo o interpoladas por el programa.

b.- The energy loss was greater than 1.0 ft (0.3 m). between the current and previous cross

section. This may indicate the need for additional cross sections.

Esta advertencia significa que existe una importante diferencia entre las prdidas de carga delas 2 secciones consecutivas, lo que puede afectar a la precisin de los clculos y por lo tanto,al igual que en la advertencia anterior, en lo posible se deber aumentar el nmero desecciones transversales en el tramo indicado.

c.- Divided flow computed for this cross-section.

La lmina de agua en la seccin transversal se encuentra dividida. La siguiente figura muestrala divisin del flujo debido a la topografa del cauce en ese tramo. Es importante chequear si eso no posible esa divisin a partir de la topografa en planta del cauce. Si lo es, esta advertencia,una vez comprobada, no deber tenerse en cuenta.

d.- The energy equation could not be balanced within the specified number of iterations.The program used critical depth for the water surface and continued on with the calculations.

La ecuacin de conservacin de la energa, para el nmero de iteraciones y toleranciasespecificadas, no converge, dando como resultado el valor del calado crtico, tomando esevalor para el clculo de las siguientes secciones transversales. El programa como se observa,

proporciona soluciones que deben analizarse identificando las posibles causas que impiden laconvergencia de la ecuacin. Estas causas suelen ser un nmero inadecuado de seccionestransversales (demasiado distantes), secciones con datos inadecuados o cambios de rgimen.

e. The energy equation could not be balanced within the specified number of iterations.The program selected the water surface that had the least amount of error between computedand assumed values.

Al igual que en la advertencia anterior, la ecuacin de conservacin de la energa, para elnmero de iteraciones y tolerancias especificadas, no converge. Ahora bien, el programa envez de tomar como resultado el valor del calado crtico como en el caso anterior, asume el valordel calado que hace mnima la diferencia en el algoritmo de clculo, debido a que la diferenciaentre el valor calculado y estimado es menor de 0,1 m (tolerancia establecida por defecto).


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f.- During the standard step iterations, when the assumed water surface was set equal tocritical depth, the calculated water surface came back below critical depth. This indicates thatthere is not a valid subcritical answer. The program defaulted to critical depth.

Esta advertencia indica que no se cumple la suposicin de rgimen lento, el programa detectaque en esta seccin transversal el rgimen es rpido, tomando por defecto el calado crtico. Laaparicin de esta advertencia hace que sea necesario cambiar la hiptesis de flujo inicial.

Como resumen general a las advertencias del programa, se llega pues a la conclusin de quedebemos aumentar el nmero de secciones transversales y suponer otro rgimen de flujo.

8 Interpolacin de secciones transversales.

Como se ha visto con anterioridad, en este ejemplo el programa indica la necesidad de

aumentar el nmero de secciones transversales. Este aumento de secciones puede realizarsede dos modos distintos, el primero es tomar nuevas secciones transversales en campo o apartir de planos topogrficos y el segundo es la interpolacin automtica de seccionestransversales por el programa. Esta ltima se realiza desde el Editor de GEOMETRIC DATA,tal y como se muestra en la siguiente figura.

Esta interpolacin de secciones se puede realizar a partir de 2 metodologas distintas:

Within a Reach: La interpolacin se realiza para una longitud especificada deltramo de ro.


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Between 2 XSs: La interpolacin se realiza entre 2 secciones transversales.

Para este ejemplo, se van a utilizar el primer mtodo interpolando secciones transversales

cada 45 metros a lo largo de todo el tramo de estudio seleccionado.A continuacin se muestra la ventana a partir de la cual se realiza la interpolacin automticade las secciones transversales en todo el tramo de ro.

Mientras que la interpolacin de secciones entre 2 secciones transversales se realiza a partirde la ventana presentada en la siguiente figura. El inters de esta interpolacin estriba en laposibilidad de dibujar lneas maestras que definan adecuadamente la interpolacin de las

secciones. En nuestro ejemplo aplicaremos el primer mtodo.


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11 Anlisis de resultados.

En la siguiente figura se muestra el perfil de la lmina de agua calculado, correspondiente a la

avenida de 100 aos de periodo de retorno, con estas modificaciones. En l se observa comola lmina de agua discurre tanto en rgimen rpido como en rgimen lento, si bien endeterminadas secciones transversales interpoladas an el programa sigue tomando el valor delcalado crtico.

12 Modelizacin de un puente en HEC-RAS.

Dentro de las modelizaciones hidrulicas de tramos de ro, habitualmente es necesario modelarlos puentes existentes en el cauce puesto que en determinados casos su influencia sobre elperfil de la lmina de agua es notable. En otras ocasiones, el objeto del estudio puede serdeterminar su comportamiento hidrulico.

Para introducir y modelar un puente en un cauce dentro del programa HEC RAS es necesarioseguir los siguientes pasos:

12.1 Situacin de las secciones transversales.

Para modelizar un puente, HEC-RAS necesita al menos 4 secciones transversales, cuya

representacin se presenta en la pgina siguiente:


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La primera seccin debe encontrarse suficientemente aguas abajo para que el flujo nose vea afectado por el puente.

La segunda seccin debe encontrarse inmediatamente aguas abajo del puente,

representa el rea efectiva del cauce a la salida del puente.

La tercera seccin debe encontrarse inmediatamente aguas arriba del puente.Representa el rea efectiva del cauce a la entrada del puente. En la mayora de loscasos estas secciones son idnticas o varan ligeramente.

La cuarta seccin debe encontrarse suficientemente aguas arriba para que no se veaafectada por la contraccin de la lmina de agua.

En nuestro ejemplo el puente se situar entre las secciones 54530 y 54520 que distan entre s10 metros.


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12.2 Caracterizacin del puente.

Los datos necesarios para modelizar el puente son:

a. Ubicacin en el ro: River Station.

b. Distancia a la seccin aguas arriba, seccin 3 del esquema anterior.

c. Ancho del puente en la direccin del flujo.

d. Coeficientes de descargas del puente en funcin del tipo del flujo que circule por l.

e. Descripcin geomtrica del puente. La cual se basa en dar para cada coordenada xde la seccin transversal la cota inferior y superior del puente en ese punto.

f. Descripcin geomtrica de las pilas del puente, se realiza a partir de la coordenadaX de su eje, y el ancho que va teniendo en funcin de su altura.

En nuestro ejemplo el puente se situar entre las secciones 54530 y 54520 que distan entre s10 metros.

En el men GEOMETRIC DATA se pulsa el botn situado en el lado izquierdo y seactivar el men BRIDGE CULVERT DATA.


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Se deber introducir el nmero de la seccin transversal que almacenar toda la informacindel puente y no debe coincidir con la numeracin de ningn perfil transversal y estarcomprendido entre 54530 y 54520, en este ejemplo adoptaremos 54525.

Se trata de un puente de 6 metros de ancho cuyo tablero tiene un metro de canto y la solera seencuentra a la cota 950.25. Y est situado a 1.5 metros de perfil 54530.


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12.3 Eleccin del mtodo de clculo.

El programa HEC RAS permite modelar tanto caudales bajos (aquellos en que la cota del aguaesta por debajo del tablero del puente) y caudales altos, que son aquellos que ponen en cargael puente, funcionando ste en parte como flujo por un orificio.

12.3.1 Caudales bajos.

Para caudales bajos, el programa permite utilizar los siguientes mtodos:

a) Ecuacin de Conservacin de la Energa (ECE).b) Ecuacin de Variacin de la Cantidad de Movimiento (EVCM).c) Ecuacin de Yarnell.d) Mtodo del FHWA WSPRO.

Los dos primeros mtodos son los que el programa utiliza habitualmente en el clculo de lalmina de agua en un ro, siendo necesario en el segundo caso introducir el coeficiente dearrastre del flujo del agua alrededor de las pilas (drag coefficient) cuyo valor para pilascirculares es de 1.20.

La ecuacin de Yarnell se obtuvo de manera emprica basada en aproximadamente 2.600experimentos de laboratorio. Para utilizar esta ecuacin, cuya expresin puede consultarse enel manual de referencia hidrulica de HEC RAS, se necesita el coeficiente Yarnell de forma delas pilas, que puede suponerse 0.9 para pilas circulares.


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Por ltimo, el mtodo del FHWA WSPRO es el mtodo de la Agencia Americana de Carreteras(FHWA), el cual resuelve la ecuacin de conservacin de la energa mediante un mtododistinto al estndar por etapas caracterstico de HEC RAS.

El mtodo a utilizar depende de las caractersticas concretas del cauce y del puente, noobstante en los casos en que las pilas producen pequeas obstrucciones los resultadosobtenidos en la aplicacin de las distintas metodologas son similares. Cuando elestrechamiento es fuerte deber utilizarse la EVCM, si bien el resto de mtodos pueden seguirutilizndose sin que las diferencias sean notables.

Cuando el flujo pase por el calado crtico dentro del puente no debern utilizarse las frmulasde Yarnell y WSPRO puesto que son solo para rgimen lento.

12.3.2 Caudales altos.

El programa tiene la capacidad de modelar el flujo a travs del puente cuando los caudales sontan elevados que la cota de la lmina de agua alcanza la cota del tablero. Existen dosmetodologas distintas para realizar la modelizacin:

a) Ecuacin de Conservacin de la Energa (ECE).b) Flujo en presin y vertido en lmina libre.

Aplicando la ECE, el programa utiliza la misma metodologa que para caudales bajos, mientrasque la metodologa b) separa el flujo que circula en presin por los vanos del puente del flujoque circula por encima de l.

Dentro de este caso existen varias posibilidades de circulacin del flujo:

El primer caso, que se muestra en la figura siguiente, se da cuando el puente entra en carga enla parte de aguas arriba y no en la de aguas abajo:

Para calcular la cota de la lmina de agua es necesario conocer el coeficiente de descarga delpuente para caudales en presin, usndose normalmente el valor de 0.5.

El segundo caso se da cuando los dos mrgenes del puente se encuentran en carga, es decirse encuentra sumergido:


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En este caso, el programa utiliza la misma formulacin que para un orificio, por ejemplo undesage de fondo de una presa, debiendo especificarse el coeficiente de descarga para flujosumergido, el cual vale normalmente 0,8.

En el tercer caso puede suceder que el agua circule por encima del puente tal y como semuestra en la figura siguiente, por lo que se calcula mediante la ecuacin de vertido libre (comosi se tratase de un aliviadero de una presa), debindose especificar el coeficiente de descargadel vertido que para puentes vara normalmente entre 1,4 1,7.

Para la eleccin del mtodo a usar, ECE o Flujo en presin y vertido en lmina libre, debentenerse en cuenta los siguientes condicionantes:

Cuando el puente genera pequeas obstrucciones y no esta en presin puedeutilizarse la ECE, mientras que si la obstruccin generada por el puente es elevada,

debe utilizarse en mtodo de flujo en presin y vertido en lmina libre.


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Cuando existe vertido por el tablero del puente debe utilizarse el mtodo del flujo enpresin y vertido en lmina libre, siempre que no exista la condicin de sumergenciapuesto que en ese caso no se puede considerar que hay vertido por vertedero enlmina libre, ya que el agua en este caso circula en rgimen libre. El programa aplica

automticamente la ECE cuando el porcentaje de sumergencia es mayor del 95%.

12.4 Resultados de la simulacin en el puente.

Una vez introducidas las caractersticas geomtricas del puente y seleccionado el mtodo declculo del mismo procedemos a ejecutar STEADY FLOW ANALYSIS.

Los resultados pueden verse grficamente o tubularmente, tal y como se ha descritos enapartados anteriores.

En la siguiente figura se ha representado el perfil longitudinal del ro con el puente y los

resultados para los caudales de clculo.

Con los caudales simulados en el ro Arlanza los niveles de agua sobrepasan la cota superiordel puente, tal y como se aprecia en la figura anterior.

Veamos qu ocurre si procedemos a simular caudales ms bajos, para ello aadiremos en elSTEADY FLOW DATA otros dos caudales de 100 m3/s y 200 m3/s y ello nos permitirobservar los distintos comportamientos del flujo a su paso por el puente.


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En este caso para un caudal circulante de 200 m3/s el puente funciona en presin mientras quepara un caudal de 100 m3/s es vlida la ecuacin de la energa y el agua circula bajo el tablerosin entrar el puente en carga.

En las tablas particulares para el propio puente se observan los resultados para estos nuevoscaudales simulados.


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