proyecto de aula 2 hidraulica

HIDRÁULICA

PROYECTO DE AULA UNIVERSIDAD DE MEDELLÍN | FACULTAD INGENIERÍA

Eliana Restrepo [Fecha]

Contenido

INTRODUCCION ............................................................................................... 2

METODOLOGÍA ................................................................................................. 3

RESULTADOS ................................................................................................... 5

Caudal de 430 m3/s ........................................................................................ 5

Caudal 1800 m3/s ........................................................................................... 9

PROPUESTA ................................................................................................... 21

INTRODUCCION

En este trabajo se presenta el modelamiento de un canal con sección

natural en el programa HEC-RAS versión 4.1.

En este se presentan variables que determinan las condiciones naturales

del terreno, como es la pendiente que define la topografía del lugar y su

afección en las condiciones del flujo. Además las problemáticas que

puede generar la intervención de un flujo con estructuras civiles

Se presentan soluciones alternas para poder cumplir con el transporte

seguro del caudal demandado.

Para este trabajo se presenta el modelo con dos tipos de caudales

430m3/s y 1800 m3/s.

METODOLOGÍA

El modelo se realizó en la versión 4.1 del software HEC-RAS.

Al inicio del programa se requiere se guarde el proyecto y se asigne la

carpeta en la que se van a ir guardando las diferentes etapas del modelo.

Luego se definió el sistema de unidades métrico desde, options unit

system.

Para definir las secciones del canal se ingresa al icono, edit/enter

geometric data, primero se define la trayectoria del canal desde river

reach, se traza una línea y se da doble clic al final. Luego se da clic en el

panel izquierdo en cross section.

Desde option, pestaña barra superior se da clic en add new section, se

agrega un número en el orden que se tenga de aguas arriba y aguas

abajo. Los números más grandes se deben definir para las secciones de

aguas arriba. En el caso del proyecto la sección 1 es la más cercana a la

presa. El canal de estudio se encuentra después de la presa, por lo tanto

la sección 1 debe llevar el número más grande, para este caso se le

asignó 9, y en la descripción se especificó sección 1.

En la tabla que se presenta, en la columna de station se digitaron las

abscisas y en elevation la cota.

En las tablas laterales a la principal en el ítem downstream reach lenghts,

se asignó la distancia entre esa estación y la que le sigue aguas abajo,

tanto para la distancia del canal como para el flujo sobre el canal izquierdo

y derecho.

El valor del coeficiente de manning para todas las secciones fue de 0.025.

En el ítem main channel bank stations, se asignó la distancia del margen

izquierdo y derecho, especificados por el docente.

Finalmente se daba clic en apply data.

Para ingresar los caudales y las condiciones de frontera, se ingresó desde

la ventana principal a edit/enter steady data. Desde add multiple se

agregaron todas las secciones.

En la tabla que aparece en la columna PF1 se asignó el caudal. Para

definir las condiciones de frontera se hizo desde el ícono reach boundary

conditions. Como se va a correr el programa con régimen de flujo mixto,

se definieron condiciones aguas arriba y aguas abajo, en este caso en la

columna de upstream y downstrean, se dio clic en normal depth, y se

digito pendiente 0.001. Finalmente desde file, se guardo el archivo, se

requirió hacerlo para ambos caudales.

Para correrlo se hizo desde perform a steady flow simulation y se escogió

régimen de flujo mixto.

Para extraer las secciones se hizo desde view cross sections, el perfil

desde view profile, la tabla del perfil desde view summary output tables by

profile, y el de cada sección desde view detailed output at XS, culverts,

bridges, …

En la leyenda de las secciones la línea azul corresponde a la superficie

de agua, la roja a la superficie crítica, la negra a la del fondo del canal,

además dos puntos rojos que indican el margen derecho e izquierdo, es

importante destacar estos dos últimos, ya que su cota corresponde a la

cota de inundación máxima, es decir cualquier superficie con cota inferior

a esta se inunda si el flujo que transita se desborda en la sección.

RESULTADOS

CAUDAL DE 430 M3/S

05

10

15

20

25

30

35

170

180

190

200

210

220

230

pro

yecto

de a

ula

v2

P

lan:

Pla

n 0

1 17/1

1/1

5

Main

Channel D

ista

nce (m

)

Elevation (m)

Le

gen

d

EG

P

F 1

WS

P

F 1

Crit

PF 1

Gro

und

Rio

Tra

mo

0 5 10 15 20 25 30 35222

223

224

225

226

227

228

229

proyecto de aula v2 Plan: Plan 03 19/11/15 Seccion 1

Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

0 10 20 30 40 50205

210

215

220

225

230


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

Crit PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

0 5 10 15 20 25 30190

195

200

205

210

215

220

225


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

Crit PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

0 10 20 30 40 50 60 70190

195

200

205

210

215

220

225


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

Crit PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

0 20 40 60 80 100 120184

185

186

187

188

189


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

0 10 20 30 40 50 60 70174

176

178

180

182

184

186

188

190


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025

.025 .025

0 20 40 60 80 100 120 140170

172

174

176

178

180

182

184

186

188

190


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

0 20 40 60 80 100 120 140 160174

176

178

180

182

184

186

188

190


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

0 20 40 60 80 100 120184

185

186

187

188

189


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

CAUDAL 1800 M3/S

05

10

15

20

25

30

35

170

180

190

200

210

220

230

240

pro

yecto

de a

ula

v2

P

lan:

Pla

n 0

2 17/1

1/1

5

Main

Channel D

ista

nce (m

)

Elevation (m)

Le

gen

d

EG

P

F 1

WS

P

F 1

Crit

PF 1

Gro

und

Rio

Tra

mo

Sección 1

Plan: Plan 02 Rio Tramo RS: 9 Profile: PF 1

Elevación línea de energía (m) 234.94 Elemento

Iz. sobre la banca Canal

Der. sobre la banca

Cabeza de velocidad (m) 3.68

Coeficiente de manning 0.025 0.025 0.025

Elevación de la superficie de agua (m) 231.26

Longitud (m) 1.28 1.28 1.28

Elevación crítica de la superficie (m) 231.26

Área de flujo (m2) 43.53 171.82 8.31

Pendiente de la línea de energía (m/m) 0.003644 Área (m2) 43.53 171.82 8.31

Q Total (m3/s) 1800 Caudal (m3/s) 242.39 1534.51 23.1

Ancho en superficie (m) 31.34

Ancho superficie (m) 8.3 21.49 1.55

Vel Total (m/s) 8.05

Velocidad promedio. (m/s) 5.57 8.93 2.78

Max profundidad del canal (m) 8.87

Profundidad hidráulica (m) 5.24 8 5.36

Transporte Total (m3/s) 29818.5

Transporte (m3/s) 4015.4 25420.3 382.7

Longitud sección ponderada (m) 1.28

Perímetro mojado (m) 12.43 24.15 6.73

Elevación mínima en el canal (m) 222.39

Cortante (N/m2) 125.13 254.2 44.14

Alpha 1.12

Potencia de la corriente (N/m s) 1500.5 0 0

Pérdida por fricción (m) 0

Volumen acumulado (1000 m3) 2.37 25.89 1.51

Contracción & Expansión Pérdidas (m) 0.2

Área superficial acumulada (1000 m2) 0.24 2.2 0.25

Sección 2




Der. sobre la banca

Cabeza de velocidad (m) 22.4 Coeficiente de manning 0.025 0.025

Elevación de la superficie de agua (m) 210.66 Longitud (m) 3.3 3.3 3.3

Elevación crítica de la superficie (m) 215.46 Área de flujo (m2) 1.49 85.28

Pendiente de la línea de energía (m/m) 0.057574 Área (m2) 1.49 85.28

Q Total (m3/s) 1800 Caudal (m3/s) 8.21 1791.79

Ancho en superficie (m) 26.26 Ancho superficie (m) 2.3 23.96

Vel Total (m/s) 20.75 Velocidad promedio. (m/s) 5.52 21.01


Profundidad hidráulica (m) 0.64 3.56

Transporte Total (m3/s) 7501.7 Transporte (m3/s) 34.2 7467.5

Longitud sección ponderada (m) 3.3 Perímetro mojado (m) 3.41 26.33

0 5 10 15 20 25 30 35222

224

226

228

230

232

234

236


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

Elevación mínima en el canal (m) 206.13 Cortante (N/m2) 246.46 1828.78

Alpha 1.02 Potencia de la corriente (N/m s) 2049.66 0 0

Pérdida por fricción (m) 0.01 Volumen acumulado (1000 m3) 2.34 25.72 1.5



Sección 3




Der. sobre la banca

Cabeza de velocidad (m) 33.46 Coeficiente de manning 0.025 0.025 0.025


Elevación crítica de la superficie (m) 204.01 Área de flujo (m2) 0.63 69.84 0.39



Ancho en superficie (m) 25.46 Ancho superficie (m) 0.93 23.62 0.91

0 10 20 30 40 50205

210

215

220

225

230

235


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

Crit PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

Vel Total (m/s) 25.4 Velocidad promedio. (m/s) 7.58 25.67 5.45


Profundidad hidráulica (m) 0.68 2.96 0.42

Transporte Total (m3/s) 5400.4 Transporte (m3/s) 14.3 5379.7 6.3

Longitud sección ponderada (m) 4.4 Perímetro mojado (m) 1.47 26.13 1.47

Elevación mínima en el canal (m) 194.36 Cortante (N/m2) 467.12 2911.38 285.12





Sección 4




Der. sobre la banca

Cabeza de velocidad (m) 37.17 Coeficiente de manning 0 0.025


0 5 10 15 20 25 30190

200

210

220

230

240


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

Crit PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025

.025 .025

Elevación crítica de la superficie (m) 198.3 Área de flujo (m2) 0 66.64

Pendiente de la línea de energía (m/m) 0.190906 Área (m2) 0 66.64

Q Total (m3/s) 1800 Caudal (m3/s) 0 1800

Ancho en superficie (m) 33.03 Ancho superficie (m) 0.01 33.02

Vel Total (m/s) 27.01 Velocidad promedio. (m/s) 0.3 27.01


Profundidad hidráulica (m) 0 2.02

Transporte Total (m3/s) 4119.7 Transporte (m3/s) 0 4119.7

Longitud sección ponderada (m) 3.4 Perímetro mojado (m) 0.01 34.68

Elevación mínima en el canal (m) 191.09 Cortante (N/m2) 3597.13

Alpha 1 Potencia de la corriente (N/m s) 3183.4 0 0




0 10 20 30 40 50 60 70190

200

210

220

230

240


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

Crit PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

Sección 5




Der. sobre la banca

Cabeza de velocidad (m) 43.59 Coeficiente de manning 0.025


Elevación crítica de la superficie (m) 188.9 Área de flujo (m2) 61.53

Pendiente de la línea de energía (m/m) 0.652981 Área (m2) 61.53

Q Total (m3/s) 1800 Caudal (m3/s) 1800

Ancho en superficie (m) 71.29 Ancho superficie (m) 71.29

Vel Total (m/s) 29.25 Velocidad promedio. (m/s) 29.25


Profundidad hidráulica (m) 0.86

Transporte Total (m3/s) 2227.5 Transporte (m3/s) 2227.5

Longitud sección ponderada (m) 0.7 Perímetro mojado (m) 71.47

Elevación mínima en el canal (m) 184.14 Cortante (N/m2) 5512.94

Alpha 1 Potencia de la corriente (N/m s) 5229.22 0 0




0 20 40 60 80 100 120180

190

200

210

220

230


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

Crit PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

Sección 6



Izquierda sobre la banca Canal

Derecha sobre la banca






Ancho en superficie (m) 62.25 Ancho superficie (m) 1 50.22 11.03





Longitud sección ponderada (m) 3.7

Perímetro mojado (m) 15.46 51.51 19.24

Elevación mínima en el canal (m) 175.31 Cortante (N/m2) 1 15.52 5.27


Pérdida por fricción (m) 0

Volumen acumulado (1000 m3) 2.33 24.69 1.47



Sección 7




Der. sobre la banca



Elevación crítica de la superficie (m) Área de flujo (m2) 265.69 1689.29 36.89



Ancho en superficie (m) 150.85 Ancho superficie (m) 24 123.2 3.65




Transporte Total (m3/s) 429475.5 Transporte (m3/s) 41512 385109.8 2853.8




0 10 20 30 40 50 60 70174

176

178

180

182

184

186

188

190

192


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.025

.025 .025

Pérdida por fricción (m) 0 Volumen acumulado (1000 m3) 1.81 20.29 1.24

Contracción & Expansión Pérdidas (m) 0


Sección 8




Der. sobre la banca



Elevación crítica de la superficie (m) Área de flujo (m2) 157.94 2098.06 81.24







Transporte Total (m3/s) 617187 Transporte (m3/s) 21574.4 586923.2 8689.3


0 20 40 60 80 100 120 140 160174

176

178

180

182

184

186

188

190

192


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025



Pérdida por fricción (m) 0 Volumen acumulado (1000 m3) 0.9 12.14 0.99



Sección 9




Der. sobre la banca


Elevación de la superficie de agua (m) 190.41 Longitud (m)



Q Total (m3/s) 1800 Caudal (m3/s) 51 1413.7 335.3


0 20 40 60 80 100 120 140170

175

180

185

190

195


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025





Longitud sección ponderada (m) Perímetro mojado (m) 13.42 75.41 36.71

Elevación mínima en el canal (m) 184.42 Cortante (N/m2) 19 49.49 32.14


Pérdida por fricción (m) Volumen acumulado (1000 m3)

Contracción & Expansión Pérdidas (m)

Área superficial acumulada (1000 m2)

0 20 40 60 80 100 120184

185

186

187

188

189

190

191

192


Station (m)

Ele

vation (

m)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.025 .025 .025

PROPUESTA

Como fue definido anteriormente cualquier superficie con cota inferior a las de

los márgenes derecho e izquierdo corresponden a las superficies de inundación.

Para mitigar esta problemática se van a realizar diques. A partir de los resultados

obtenidos, las únicas secciones que no requieren diques son las secciones 4 y

5. El programa presenta una herramienta para definir la altura del dique.

Se ingresó a cross section, options, levees. A cada sección se le asignará la

altura del dique, en station se define la abscisa del margen sea izquierdo o

derecho y en elevation la cota del dique.

En los requerimientos no se especificó si el caudal de 1800 m3/s es el caudal de

retorno de diseño del canal, al que le correspondería un factor de seguridad de

1. Por lo tanto como no se especificó se define un FS arbitrario de 1.05 para la

estación 9, de modo que la altura del dique corresponde a 1.05 veces la altura

máxima de superficie que alcanzo la superficie de agua.

Para definir la altura en las demás secciones se extrajo la pendiente entre la

superficie máxima de agua alcanzada en la sección 1 y en la 9, se obtuvo una

pendiente de 52. 91 °. Se definió así por facilidades constructivas.

Y se definió esta como la pendiente que se va a usar en el trazado del dique. No

se escogió por tramos ya que se consideró para las dos secciones que no fueron

excedidas, igualmente requieren un FS que garantice la seguridad frente a

caudal que excedan el máximo de estudio. Finalmente a partir de estas

consideraciones se extrajo la altura del dique para cada sección

Secciones

Distancia entre

secciones

m

1-2 1.28

2-3 3.3

3-4 4.4

4-5 3.4

5-6 0.7

6-7 3.7

7-8 4.3

8-9 9.8

Q Total

(m3/s)

1800

Sección W.S. Elev

Altura margen

izquierda

Altura margen derecha Requiere

Altura min

Pendiente entre la

Altura sobre FS

sección 1 y 9

cada sección

(m) (m) (m) (m)

1 231.26 224.90 225.27 si 231.76

52.91

240.781 1.041

2 210.66 208.65 210.66 si 211.16 239.612 1.137

3 198.74 197.80 197.64 si 199.24 235.247 1.184

4 194.03 194.03 198.00 no 194.03 229.426 1.182

5 185.88 185.93 185.88 no 185.88 224.928 1.210

6 190.89 175.55 182.20 si 191.39 224.002 1.173

7 191.06 179.08 180.91 si 191.56 219.108 1.147

8 191.07 175.40 176.68 si 191.57 213.420 1.117

9 190.41 186.14 186.14 si 190.91 200.456 1.053

El perfil obtenido se presenta a continuación, siendo la línea violeta, la que

corresponde al dique propuesto

Este cambio de régimen se debió presentar por la presa colocada aguas arriba,

que hace que el actual régimen genera un socavación aguas abajo del flujo, una

forma de evitar esto es generando el resalto de forma controlada al verter, con

estructuras hidráulicas que al generar un aumento de la pendiente genere el

cambio de régimen en la estructura como un vertedero o generando una mayor

profundidad del cauce. El obstáculo me va permitir controlar la generación del

resalto, ya que disipa la energía del flujo al salir de la presa.

0 5 10 15 20 25 30 35170

180

190

200

210

220

230

240

250

proyecto de aula v2 Plan: Plan 04 19/11/15

Main Channel Distance (m)

Ele

vation (

m)

Legend

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

LOB

ROB

Left Levee

Right Levee

Rio Tramo

proyecto de aula 2 hidraulica

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