7/18/2019 Hidro

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Introducción

El programa HEC-RAS diseñado por el HydrologicEngineering Center del U.S. Army Corps of Engineers, de losEstados Unidos; (Sánce! y otros; "##$% es &n soft'are &e

 permite crear modelos de )aria*les idrá&licas e idrol+gicas&e p&eden afectar el fl&o del ag&a en &n tramo de rio. Coneste programa se pretende anali!ar tres eercicios de aplicaci+nen &n ca&ce nat&ral; en el primer eercicio se *&sca e)al&ar lageometra de &na secci+n del ca&ce, teniendo en c&enta lassecciones trans)ersales del tramo de rio, el rgimen de fl&o yel ca&dal para diferentes periodos de retorno.

En el seg&ndo eercicio de aplicaci+n se pretende e)al&ar las!onas de in&ndaci+n, en /# secciones trans)ersales &ecomponen el tramo del rio; dentro de este análisis se

emplearán conceptos *ásicos de idrá&lica &e sonimportantes a la ora de reali!ar la modelaci+n de los datos.0inalmente el tercer eercicio propone sim&lar &n p&ente entredos secciones de &n ro para posteriormente o*ser)ar c+mo laestr&ct&ra afecta el fl&o de ag&a.

Objetivos 

E)al&ar gráficamente mediante el soft'are de modelaci+nidrá&lica HEC-RAS el comportamiento del ag&a *aocondiciones conocidas, en donde se aplican diferentes )aloresde ca&dal, geometra del canal, pendiente y r&gosidad, *ao&n estado de fl&o s&*crtico y mi1to seg2n corresponda.

Materiales y Métodos

Como instr&mento principal para la eec&ci+n de los treseercicios de aplicaci+n de Hidrá&lica se tiene al programaHEC-RAS diseñado por el Hydrologic Engineering Center delU.S. Army Corps of Engineers, de los Estados Unidos. Eleercicio se reali!+ con los datos y la g&a en el a&la )irt&al(3nr&*ia, "##4%. 5os datos del tra*ao f&eron a&stados deac&erdo a n2mero de gr&po (/% de la sig&iente manera6distancias6 7 8 (/9/#% y cotas6 : 8 (/<%.

Ejercicio 1: aplicación de un canal en HEC- RAS

En el eercicio se pide el cálc&lo de la alt&ra de la lámina deag&a para tres periodos de retorno en &n canal, para lo c&al se

 proporcionan datos de los ca&dales de cada periodo, elcoeficiente de =anning, la geometra de la secci+n ag&asarri*a y la secci+n ag&as a*ao, la distancia entre secciones yla pendiente.5a g&a proporciona &na serie de pasos para el desarrollo deleercicio, los c&ales p&eden ser res&midos en los sig&ientes

 procesos6 crear &n n&e)o proyecto (0ile >e' ?royect%,introd&cir datos geomtricos del ca&ce (Edit @eometric ata%,elegir mtodo de sim&laci+n e introd&cir datos de fl&o (EditSteady 0lo' ata%, generar &n plan y eec&tar la aplicaci+n(R&n Steady 0lo' Analysis%, al finali!ar indica como)is&ali!ar los datos en forma gráfica o n&mrica (Bie'%.

Ejercicio 2: introducción a HEC- RAS

El eercicio pretende familiari!ar al est&diante con alg&nas delas aplicaciones más &s&ales del programa, mediante lasim&laci+n en rgimen lento y fl&o permanente de losca&dales de seis periodos de retorno (<, /#, /<, "<, <#, /##% en&n rio con /# secciones de control. 5os datos proporcionadosson6 la geometra de las /# secciones del canal, el coeficientede =anning, la pendiente del ca&ce, y los ca&dales para cada

 periodo de retorno.5a g&a proporciona &na serie de pasos para el desarrollo deleercicio, los c&ales p&eden ser res&midos en los sig&ientes

 procesos6• Crear &n n&e)o proyecto (0ile >e' ?royect%,• ntrod&cir datos geomtricos del ca&ce (Edit

@eometric ata%, para este eercicio se introd&eron/# secciones de canal (3ptions Add a >e' CrossSection% y en esta )entana el programa solicita losdatos geomtricos (Cross Section 7-: coordinates,o'nstream reac lengt, =anningDs Bal&es, =aincannel *an stations y Contraction F E1pansi+ncoefficients%

• Elegir mtodo de sim&laci+n e introd&cir datos defl&o (Edit Steady 0lo' ata%, se intod&cen losdaros de ca&dal para cada periodo de retorno o perfilmediante los pasos descritos en la g&a (Enter Edit

 >&m*er of ?rofiles, introd&cir datos de ca&dal, Edit?rofile >ames, Reac *o&ndary Conditions,o'nstream- >ormal ept, Apply data y 0ile

Sa)e 0lo' ata%• @enerar &n plan y eec&tar la aplicaci+n (R&n

Steady 0lo' Analysis% , en el c&al se seleccionan lageometra y los datos de fl&o g&ardadosanteriormente y &n rgimen de fl&o s&*crtico.

• Al finali!ar indica como )is&ali!ar los datos enforma gráfica (Cross Sections, ?rofiles, @eneral?rofile ?lot, Rating C&r)e y 7-:-G ?erspecti)e ?lot%o n&mrica (etailed 3&tp&t a*les y ?rofileS&mmary a*le%.

Ejercicio 3: incluir un puente en HEC- RAS

?ara calc&lar las láminas de ag&a para los ca&dales I y < añosde periodo de retorno en rgimen mi1to se &tili!an los datos proporcionados (3nr&*ia, "##4% como lo son6 datos acerca decada Secci+n (/, ", <, 4 y /#%, )alores de =anning para elleco y de la lnea de energa.

?ara el p&ente se proporcionan datos so*re6istancia desde la secci+n <, Anc&ra del p&ente, Cotaa*sol&ta de la parte s&perior del ta*lero, Cota de la parteinferior del ta*lero, 5&! entre laterales, Coordenada 7 del

 primer pilar (tanto para ag&as arri*a como ag&as a*ao%,Espacio entre los pilares y Anc&ra del pilar.

MODELACIÓN DE EJERCICIO DE A!LICACIÓN "ANDO EL !RO#RAMA

$EC%RA

CAS553 @on!ále! =an&el Alfonso; =AR> A*ada J&liana Camila; ?>GK> HassanAngie aniela; LUE 3rti! Ber+nica; BAR@AS =ora atiana Andrea y BE@A =ontenegro

@eraldine.

Uni)ersidad istrital 0rancisco Jos de Caldas, Colom*iamcastillo/I#/M$Ngmail.com;  &lianamarinI4Ngmail.com ; angie.d.p.assanNgmail.com ;)eritoti&eNgmail.com ;

einopsio#ONotmail.com ; g)egamontenegroNgmail.comGrupo de trabajo Nº 1

 

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2! Ejercicio de introducción a HEC-RAS

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punto2 Plan: practica2 09/10/2015

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Fiura 2!- 5áminas de ag&a para /# secciones trans)ersales de &ntramo de rio con diferentes periodos de retorno. (Hec-Ras O.#/;"#/<%

En el eercicio de introd&cci+n a HEC-RAS, se anali!aron seis periodos de retorno para &n tramo de &n ro con die! seccionestrans)ersales, con &n fl&o permanente y rgimen s&*crtico.5a sim&laci+n mostr+ &e entre las secciones I# y la /# deltramo del ro, en el periodo de retorno de /## años, el ni)el dela s&perficie del ag&a s&pera la cota mayor y por lo tanto sedes*orda. En la secci+n "#, se o*ser)a &e en &no de s&scostados, a partir del periodo de retorno de /< años, el ni)el de

la s&perficie de ag&a s&pera a la alt&ra de las cotas del entorno.En c&anto a la secci+n /# la s&perficie del ag&a del ro s&perala topografa de la !ona tanto en el periodo de retorno de <#años, como en el periodo de retorno de /## años.

En la 0ig&ra I se o*ser)an las secciones I#, "# y /# del tramodel ro en est&dio. En ellas se p&ede o*ser)ar las seis láminasde ag&a correspondientes a los seis periodos de retorno. 5alnea amarilla representa las cotas del ca&ce del ro, )aria*leimportante a la ora de modelar posi*les in&ndaciones. Comose p&ede o*ser)ar, en la secci+n I# el periodo de retorno de/## años so*repasa la cota má1ima del ro y por ende sedes*orda. ?ara la secci+n "#, oc&rren des*ordamientos en &node s&s costados partir del periodo de retorno de /< años, y

am*os costados, para el periodo de retorno de /## años. Enc&anto a la secci+n /# se p&ede e)idenciar &e lasin&ndaciones tienen l&gar en los periodos de retorno de <# y/## años.

eniendo en c&enta lo anterior se recomienda crear &na rondaidrá&lica lo s&ficientemente grande para e)itar pro*lemas dein&ndaciones y afectaci+n a o*ras ci)iles, as como pro*lemassocio-econ+micos, especialmente a partir de la secci+n I#asta la secci+n /#. e ig&al manera se recomienda noconstr&ir cerca del ro, o en la ronda idrá&lica, p&esto &ee1istirán grandes riesgos de*ido al a&mento de los ca&dales yni)eles de la s&perficie del ag&a en &n f&t&ro.

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punto2 Plan: practica2 09/10/2015Le'end

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Fiura 3!- Secciones de in&ndaci+n para el eercicio dos con seis periodos de retorno. (Hec-Ras O.#/; "#/<%

3! Ejercicio de aplicación del "uente

?ara el eercicio de aplicaci+n del p&ente se est&di+ &n tramodeterminado de &n ro con O secciones trans)ersales en dondese pretende conocer el ni)el del ag&a c&ando el ca&dalalcan!a &n determinado )alor, considerando &n rgimen defl&o mi1to. e*ido a &e el ca&dal está en f&nci+n de laforma del ca&ce, la pendiente y de la e1istencia de estr&ct&ras

como &n p&ente, es necesario e)al&ar el efecto prod&cidoso*re la lámina de ag&a por &n ca&dal má1imo, es decir e)al&ar a partir de la f+rm&la de =anning si ay o nosecciones in&ndadas.

Sánce! et al. ("##$% afirman &e para modelar &n p&ente enHEC-RAS se necesitan al menos c&atro secciones; la primerasecci+n se de*e encontrarse lo s&ficientemente ag&as arri*a

 para &e el fl&o no se )ea afectado por el p&ente; la seg&ndasecci+n se de*e encontrar inmediatamente ag&as a*ao del

 p&ente, y representa el área efecti)a del ca&ce a la salida del p&ente; la tercera secci+n esta ag&as arri*a del p&ente, yrepresenta el área efecti)a a la entrada del p&ente; por 2ltimo,la c&arta secci+n de*e encontrarse lo s&ficientemente ag&asarri*a para &e no se )ea afectada por la contracci+n de lalámina de ag&a. Estas secciones se t&)ieron en c&enta para lasim&laci+n del p&ente.

5a literat&ra ace referencia a &e la e1istencia del p&entegenera &e el ag&a se retenga ag&a arri*a del p&ente, lo c&al seace e)idente en la fig&ra O en donde se o*ser)a &e el rios&fre &na o*str&cci+n con efectos similares a los de &nacontracci+n en la secci+n O, secci+n en donde se locali!a el

 p&ente, al e1istir &na o*str&cci+n se está generando &na&mento en la )elocidad, &e podra a&mentar la erosi+n en elleco del rio y por ende soca)aci+n en los pilares del ro. Conrespecto al ni)el del ag&a para el ca&dal " (/4,/ m Is% seo*ser)a &e ag&as arri*a ay &n represamiento del ag&a y &na&mento en el ni)el del ag&a, de*ido a &e el p&entedismin&ye el anco del canal. El ni)el del ag&a dismin&yedesp&s de pasar por el p&ente y transporta el ag&a con &na)elocidad mayor para trasportar el mismo ca&dal &e ayag&as arri*a, tam*in se genera &na presi+n so*re laestr&ct&ra. ?or el contrario para el ca&dal < &e corresponde aO/,M mIs, se o*ser)a &e la lámina de ag&a so*repasa la cotadel p&ente por lo &e ay &na in&ndaci+n ag&as arri*a &ec&*re el p&ente en s& totalidad, es decir el ca&dal es los&ficientemente grande para rec&*rir el p&ente desde lasecci+n ag&as arri*a del ro asta la secci+n ag&as a*ao delrio.

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practica4 Plan: practica4 10/9/2015 4:30:24 PG!o":practica4 #lo$:%lo$04

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'n!%% 

Fiura #!- 5áminas de ag&a con la presencia de &n p&ente para elca&dal " representado por &n color )erde osc&ro y ca&dal <representado por el color a!&l claro. (Hec-Ras O.#/; "#/<%

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En la fig&ra < se o*ser)a el perfil longit&dinal del rio con el p&ente y los res&ltados para los ca&dales " y <. Con losca&dales sim&lados se o*ser)a &e el ca&dal <, representadocon &na lnea amarilla, so*repasa la cota s&perior del p&ente.

El ca&dal " representado por la lnea gr&esa a!&l no es los&ficientemente grande para in&ndar el p&ente, se p&edeo*ser)ar meor como ag&as arri*a en las secciones /#, 4 y <e1iste &n represamiento de ag&a con &na ele)aci+n en el ni)eldel ag&a. En la secci+n O a la " el ag&a trasc&rre por el p&entey finalmente la secci+n / es la más afectada por la contracci+nya &e el ni)el del ag&a dismin&ye a mayor )elocidad.

Comparando los dos ca&dales se considera &e el p&ente estásometido a menor carga para &n ca&dal circ&lante de /4./m3/s  seg2n las condiciones geomtricas dadas, de*ido a &e

 *ao este ca&dal no ay in&ndaciones en ning&na de lassecciones e)al&adas, contrario al ca&dal < &e e1istere*osamiento del ag&a so*re la estr&ct&ra.

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practica4 Plan: practica4 10/9/2015 4:30:24 PG!o": practic a4 #lo$: %lo$04

ain )*ann!l +i,tanc! -".

   /   l  !    a   t   i  o  n   -  "   .

Le'end

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practica41

Fiura $!-5ámina de ag&a para el ca&dal " y < Antes del p&ente. (Hec-Ras O.#/; "#/<%

Conclu%ione% & reco'endacione%

Se recomienda tanto para los eercicios > / y "esta*lecer &na ronda drica &e pre)engaconsec&encias negati)as &e p&edan prod&cirse por a&mentos en el ca&dal y la )elocidad del ag&a,teniendo en c&enta principalmente los periodos deretorno, considerando tanto los e)entos &e s&cedenfrec&entemente, como los &e oc&rren cada grandesinter)alos de tiempo, ya &e estos 2ltimoscorresponden a fen+menos e1tremos.

e ac&erdo con las sim&laciones del soft'are HEC-RAS el re*osamiento del ag&a so*re la estr&ct&raoc&rre para ca&dales mayores a /4,/ m Is, aciendom&y e)idente la in&ndaci+n del p&ente con &nca&dal de O/,M mIs en el eercicio > I.

El a&mento en los )alores del ca&dal de*e ser tenidoen c&enta para la planificaci+n y el diseño deidroelctricas, p&esto &e estas se podran )er 

 *eneficiadas para la prod&cci+n de energa elctrica,además ay&daran a retener el ag&a y a e)itar emergencias de tipo socio-am*iental.

El a&mento en el )alor del ca&dal y la )elocidad delag&a son factores &e de*en ser tenidos en c&enta

 para el diseño y la constr&cci+n de o*ras ci)ilescomo los p&entes, de*ido a &e estos se enc&entrane1p&estos a gra)es efectos de soca)aci+n

 principalmente en pilas y pilares (Ben eCo',/MMO%, por lo &e se de*erán &tili!ar materiales de constr&cci+n &e resistan a largo pla!olos efectos de la erosi+n drica, además de e)al&ar la &*icaci+n de estri*os y cimientos del p&entemediante programas de diseño. Adicionalmente se

 podran &tili!ar estrategias de protecci+n del p&ente

como la constr&cci+n de di&es de enca&!amiento,enrocado o acora!amiento a lo anco de la secci+ntrans)ersal del ro, esto con el fin de minimi!ar losefectos erosi)os del ag&a y prolongar la )ida 2til dela estr&ct&ra.

5os efectos de la erosi+n drica tam*in de*erántenerse en c&enta en el comportamiento de las

 paredes del canal ya sea nat&ral o artificial, ya &e lali*eraci+n de partc&las p&ede generar sedimentaci+n en el fondo del canal &e afecta la

 prof&ndidad del rio y por lo tanto las demás)aria*les idrá&licas.

Re(erencia% )iblior*(ica% 

S*nc+e, et al! ("##$%. Aplicaci+n práctica del programa HEC-

RAS. Esc&ela de negocios.nrubia. Enri/ue ("##4%. Eercicios HEC-RAS, @esti+n ytcnicas para el maneo de sistemas fl&)iales.0en e C+o  (/MMO%. Hidrá&lica de canales a*iertos, =c@ra' Hill.