Cómo Definir Correctamente Un Viaducto en HEC Ras

8/19/2019 Cómo Definir Correctamente Un Viaducto en HEC Ras

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Definir correctamente un viaducto en HEC-RasBy Jordi Oliveras Ferret 25 febrero, 2013 Aplicaciones 8 Comments

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Efectuar una simulación hidráulica de un viaducto o puente no consiste sólo en introducir la

geometría del elemento en cuestión en el modelo. Para definir correctamente un viaducto en HEC-

Ras es necesario, además, concretar cómo se acerca, cruza y se aleja el flujo. A continuación se

presentan los pasos a seguir para definir correctamente un viaducto.

Cómo definir corr ectamente un viaducto en HEC-Ras

Par a definir correctamente un viaducto en HEC-Ras se deben seguir las siguientes etapas:

1. Definir las secciones transversales en el ámbito cercano al viaducto

2. Definir los coeficientes de contracciones y expansiones del flujo

3. Introducir los datos geométricos del viaducto

4. Establecer las áreas inef ectivas de flujo debidas a la geometría del viaducto

5. Definir el modelo de aproximación del flujo al viaducto

Secciones transversales cerca del viaducto

Par a introducir un viaducto en el modelo HEC-Ras no basta con definir sólo las secciones

transversales inmediatamente anterior y posterior del viaducto (normalmente se ubican 1m

aguas arriba y aguas abajo).

Es necesario definir dos secciones más para poder determinar la contracción y expansión

del flujo que implica la existencia del puente, tal y como se muestra en la siguiente imagendel User Manual del programa:

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Así pues, la definición de un viaducto requiere de 4 secciones transversales, dos aguas

arriba (numeradas como 4 y 3) para considerar la contracción del flujo y dos aguas abajo

(numeradas como 2 y 1) para considerar la expansión…

La sección 4 estará una distancia Lc aguas arriba de la 3, y la sección 1 una distancia Le

aguas abajo de la 2… Estas dos distancias son función de:

1. la relación entre las rugosidades de Manning de las llanuras de inundación y cauce

principal

2. la relación entre ancho de la abertura del puente y la zona de la sección3. pendiente del cauce

4. longitud promedio de obstrucción lateral (la media de los anchos de los estribos)

5. los coeficientes de razón de expansión (RE) y de contracción (RC), obtenidos por

tablas a partir de los cuatro parámetros anteriores… las tablas se pueden en el

Apendice B del Hydraulic Reference Manual.

Multiplicando estos dos últimos coeficientes con la longitud promedio de obstrucción seobtienen las longitudes de expansión y contracción que definen la distancia entre las

secciones 1-2 y 3-4 respectivamente.

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Coeficientes de contracción y expansión del flujo

Los coeficientes de contracción y expansión del flujo son los que utiliza el modelo para

determinar las pérdidas de energía de transición de dos secciones adyacentes. Los

coeficientes son valores tabulados en el Hydraulic Reference Manual.

Normalmente, para los puentes se usan como coeficientes 0’3 para la contracción y 0’5

para la expansión-

Estos coeficientes deben aplicarse a las secciones 4, 3 y 2 que definen el ámbito del

puente.

Introducir los datos geométricos del viaducto

Esta etapa no tiene el más mínimo secreto para los usuarios de HEC-Ras, que

seguramente ya habrán introducido un gran número de viaductos en sus distintas

modelizaciones.

Se determina la geometría del viaducto introduciendo los elementos que lo componen:

tablero (deck), pilas (piers) y estribos (sloping abutment) mediante los datos de ancho de

tablero y distancia hasta la sección 3, posición y elevación de los vértices (o en el caso de

las pilas, su ancho, posición y elevación).

El resto de parámetros hidráulicos a definir juntamente con el tablero se suelen dejar con

los valores por defecto o en blanco… Y evidentemente, un viaducto funcionará como un

vertedero de cresta ancha (broad crested).

Áreas inefectivas de flujo

En un puente aparecen áreas inefectivas de flujo, es decir, no computables en los cálculos

ya que el flujo no está siendo efectivamente transportado. Esto sucede en la superficie de

sección transversal ocupada por los estribos, por lo que las áreas inefectivas se definen en

las secciones 2 y 3 del viaducto, indicando una posición en la sección y una elevación.

Para la posición, como regla general se considera que las áreas inefectivas de flujomantienen una relación 1:1, con lo que si la secciones 2 y 3 se encuentran a 2m del puente,

las áreas inefectivas de flujo se colocaran a 2m a la izquierda y a la derecha de la apertura

del puente.

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Respecto a las elevaciones, en la sección aguas arriba (sección 3) se definirán un poco por

debajo de la cota superior del tablero (unos 5cm) y en la sección aguas abajo (sección 2)

un poco por debajo de la cota inferior del tablero.

Modelo de aproximación del flujo

Es aquí (Bridge Modeling Approach) donde se le indica al programa como debe considerar

la aproximación del flujo y el paso de éste por el viaducto cuando el flujo es bajo (low flow

methods), cuando el flujo es alto (high flow methods), o cuando se producen los dos (el

caso típico cuando se estudian periodos de retorno de 10 años hasta 500 años).

Para estudiar los casos de flujo bajo, normalmente se seleccionan los métodos de energía,

momento y Yarnell, introduciendo para estos últimos los coeficientes correspondientes en

función de la forma de las pilas. Indicar al programa que se quede con el resultado con

valor más elevado.

Para los casos de flujo alto, se debe escoger entre el balance de energía o flujo a

presión/vertedero. Se escogerá el primer caso cuando el viaducto sea sólo una obstrucción

al flujo (es decir, un simple estrechamiento de sección). Si el flujo va a llegar al tablero y/o

sobrepasarlo, escoger la opción de presión/vertedero, y dejar los valores de parámetroshidráulicos por defecto (en blanco y 0’8 según la casilla)

… y el sentido común

Siguiendo todas estas etapas, habréis conseguido definir correctamente un viaducto en

vuestro modelo. Sólo os quedará introducir los datos del flujo, correr el programa y observar

los resultados. Es en este punto donde el trabajo del ingeniero hidráulico realmenteempieza, observando los resultados obtenidos y analizándolos…

Normalmente, con los datos en la mano, el ingeniero ya tiene más o menos una idea en la

cabeza de cuál es el resultado esperable (el régimen rápido, lento o mixto; los cambios de

régimen, etc…)

Sólo queda comprobar que los resultados que ofrece el modelo se ajustan a lo que el

sentido común del ingeniero le dicta… De esta manera puede encontrar incongruencias e

incertidumbres en el resultado del modelo y poder actuar sobre él, corrigiendo los

parámetros que no se han establecido correctamente durante la creación del modelo.

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Documentación

A lo largo del artículo he ido haciendo referencia al User Manual y al Hydraulic Reference

Manual. HEC-Ras es un software desarrollado por el US Army Corps of Engineers,

totalmente gratuito y del que existen un buen número de manuales, apéndices, estudios,

etc… a los que podéis acceder clicando aquí.

Y si quieres aprender más HEC-Ras… permíteme presentarte los

cursos que tienes disponibles en HidrojING.

¿No has usado nunca HEC-Ras y te gustaría iniciarte en su manejo? ¿Lo has tocado sólo una par

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8 Comments

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Jordi Oliveras Ferret

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pamenifor dice:

6 julio, 2013 a las 9:09

Muy bien explicado.

Me ha gustado sobre todo el apartado del sentido común, algunas veces crea

HEC-RAS un modelo “bonito” pero que no se ajusta a la realidad.

Responder

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Jordi Oliveras dice:

6 julio, 2013 a las 21:25

Gracias por tu visita, lectura y participación, pamenifor!!!

Me alegra que te haya gustado el artículo… y en especial lo del sentido

común!!!

Un saludo,

Responder

Juan dice:

13 octubre, 2013 a las 16:21

Excelente post, acorde con la calidad del blog. Muchos llevábamos mucho

tiempo echando de menos una plataforma en castellano como esta.

Aprovecho para lanzar una cuestión…

Soy un iccp que llevaba tiempo in usar Hec-RAS y actualmente estoy

modelizando un encauzamiento (=cajón constante de 10m de ancho x 7m de

alto, pendiente de 1’5%, longitud de unos 800 metros). En un par de puntos

del encauzamiento, hay dos puentes romanos de arco de unos 4 metros de

anchura en planta. Sólo he colocado secciones “2″ y “3″ puesto que la invasión

de los estribos en el cauce es despreciable (


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14 octubre, 2013 a las 10:05

Juan, muchísimas gracias por tu aportación… Me alegra que el blog te

parezca interesante…

En cuánto a tu consulta, y a falta de más datos, pueden darse estascircunstancias:

– Por la pendiente que indicas, el flujo parece que debería ser

supercrítico, con lo que ante un estrechamiento de sección de paso el

calado debería aumentar y no disminuir…. puede darse el caso que si

las secciones previas a los puentes están muy alejadas se pierda

información por el camino… Aunque la invasión es pequeña has

definido unas áreas inefectivas y unos coeficientes de contracciónelevados… Entonces sugiero que crees las secciones 1 y 4 del puente, y

desde éstas interpoles secciones bastante próximas entre sí hasta llegar

al puente para ver el comportamiento de la contracción… A lo mejor si

el flujo es “poco” supercrítico te llevas la sorpresa que antes del puente

hay un resalto a subcrítico con lo que entonces el estrechamiento

produce descenso brusco de la lámina de agua y el escalón tendría

sentido.

– Por otro lado, está el Bridge Modelling Approach, que si el puente no

tiene pilas en principio con calcular por Energy debería ser suficiente…

De todas formas no está de más elegir la opción Momentum y activar la

opción que el programa escoja el resultado de más energía y contrastar

los resultados…

Así a bote pronto no se me ocurre nada más… si te interesa contactar

conmigo más directamente puedes hacerlo mediante correo electrónicoa [email protected]

Un saludo.

Responder

Oscar dice:

25 septiembre, 2014 a las 16:35

Buenas tardes Jordi,

Leyendo tu artículo me surge una duda sobre cómo modelizar la

geometría del cauce después de construido el puente. Hay que

Responder

http://www.hidrojing.com/definir-correctamente-un-viaducto/?replytocom=228#respondhttp://www.hidrojing.com/definir-correctamente-un-viaducto/?replytocom=1143#respondmailto:[email protected]


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dejar la geometría actual (anterior a la construcción del puente)?

en este caso, podríamos tener un puente de 20 metros de luz

pero cuyo ancho efectivo para la circulación del agua sea muy

inferior. Por el contrario, si modificamos el lecho original,

asemejaríamos el cauce a un rectángulo (mucha mayor capacidad

hidráulica) pero estaríamos alterando el lecho. Qué opinas?


26 septiembre, 2014 a las 6:07

Hola Oscar. Gracias por la visita y por compartir tus

inquietudes.

Una vez construido el puente, para comprobar sus efectos

sobre el flujo sólo hay que incorporarlo en el modelo

hidráulico. Es la mejor manera de modelizar la geometría

una vez construido el puente.

Además, cuando se plantea la ejecución de un puente, hay

que comprobar sus efectos con lo que se suele modelizar

la situación actual sin puente, la solución futura con puente

y se comparan los resultados, ya que la presencia del

nuevo viaducto no debe representar perturbaciones para

el paso de flujo.

Un saludo.

Responder

Diques y áreas inefectivas, control secciones de agua para el cálculo dice:

14 octubre, 2013 a las 8:19

[...] Es el caso típico de los Bridges y los Culverts, donde la sección de paso

respecto a la sección disponible es mucho más pequeña y se produce un

efecto de contracción y expansión (como bien recordarás de una publicación

anterior). [...]

Responder

Cuántas secciones hay que definir en HEC-Ras? dice: Responder
http://www.hidrojing.com/cuantas-secciones-hay-que-definir-en-hec-ras/http://www.hidrojing.com/definir-correctamente-un-viaducto/?replytocom=423#respondhttp://www.hidrojing.com/definir-correctamente-un-viaducto/?replytocom=1147#respondhttp://www.hidrojing.com/definir-correctamente-un-viaducto/?replytocom=227#respondhttp://www.hidrojing.com/diques-y-areas-inefectivas-control-de-secciones-de-agua-para-el-calculo/

Cómo Definir Correctamente Un Viaducto en HEC Ras

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