Estudio Hidraulico Enero 08

Inscrita en el Registro de Cooperativas de Euskadi, folio 534, asiento 1, número 96.0.011 y C.I.F.: F-20545018

LKS INGENIERÍA, S.COOP.

anejo 4- Estudio Hidráulico Proyecto

PROYECTO COMPLEMENTARIO PARA LA REPARACIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE LA REGATA ARTIXOKO EN ARRAIOZ Promotor

AYUNTAMIENTO DEL VALLE DE BAZTÁN Fecha

enero de 2008 Autor

Juan Carlos Ovalle Cortissoz Ingeniero de Caminos, C y P

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

Responsable Proyecto: JCO Redactor: JCO

Índice 1.

INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 2

1.1. 1.2. 1.3.

ANÁLISIS HIDRÁULICO DE LA REGATA......................................................................... 2 ANÁLISIS HIDRÁULICO ESTRUCTURA DE REPARTO DE CAUDAL....................................... 3 ANÁLISIS HIDRÁULICO NUEVA CONDUCCIÓN DESVÍO DE REGATA .................................. 3

2.

SIMULACIÓN HEC-RAS................................................................................ 3

2.1.

RESULTADOS NUMÉRICOS ......................................................................................... 3

2.2.

RESULTADOS GRÁFICOS............................................................................................ 7

2.3.

ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................................................................... 23

3.

SIMULACIÓN EN MIKE21 .......................................................................... 23

3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

FORMULACIÓN NUMÉRICA ....................................................................................... DATOS DE ENTRADA ............................................................................................... RESULTADOS NUMÉRICOS ....................................................................................... RESULTADOS GRÁFICOS..........................................................................................

3.4.1. 3.4.2. 3.4.3. 3.4.4.

Período de retorno de 10 años .....................................................................................................26 Período de retorno de 100 años ...................................................................................................28 Período de retorno de 500 años ...................................................................................................30 ANÁLISIS DE RESULTADOS .........................................................................................................32

4.

CÁLCULO HIDRÁULICO NUEVA CONDUCCIÓN ........................................... 32

4.1. 4.2.

ECUACIONES.......................................................................................................... 32 CONDUCCIONES PROYECTADAS................................................................................ 33

2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.4.

Período de retorno de 10 años .......................................................................................................4 Período de retorno de 100 años .....................................................................................................5 Período de retorno de 500 años .....................................................................................................6

Planta.........................................................................................................................................7 Vista 3D .....................................................................................................................................8 Perfil Longitudinal ........................................................................................................................9 Secciones Transversales .............................................................................................................10

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

23 25 26 26

1

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

1.

INTRODUCCIÓN

Con respecto a las obras definidas en el proyecto de “Reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz” de septiembre de 2007, se añade un nuevo elemento en la solución hidráulica. Justo aguas abajo del puente de arco donde comienza el encauzamiento de la regata mediante unatubería de diámetro 1500 mm, se implanta una estructura repartidora de caudal. Esta estructura tiene como función limitar el caudal máximo en la regata Artixoko a su paso por el núcleo urbano de Arraioz y desviar el resto hacia una conducción de nueva ejecución con desagüe en el río Baztán. La nueva sección tipo del canal de mampostería a su paso por Arraioz tiene un ancho de 1,6 m, y paredes verticales de 1,4 m de altura máxima. Bajo esta premisa, y manteniendo el perfil de fondo, se determina el caudal máximo que puede transportar el canal.

1.1.

ANÁLISIS HIDRÁULICO DE LA REGATA

El análisis hidráulico de la regata se ha realizado con la aplicación HEC-RAS, basado en la resolución de las ecuaciones de flujo gradualmente variado en régimen estacionario. El modelo es de tipo unidimensional de agua clara, y el análisis hidráulico se apoya en la resolución de dichas ecuaciones de flujo. Los caudales circulantes corresponden, para cada periodo de retorno considerado, a los calculados según la norma Norma 2.1.5.1.4 – Caudal Máximo de Avenida del “Plan Hidrológico Norte III” (1998).”, cuya metodología se expone en el anejo3 del presente proyecto. El continuo geométrico se discretiza mediante perfiles transversales, distanciados entre sí en función de la homogeneidad del tramo. Se incluyen los obstáculos existentes al paso del agua (estructuras de retención de sólidos, obra de drenaje bajo la variante de Arraioz, obra de paso en el núcleo de Arraioz y paso bajo travesía y vivienda existentes). A efectos de modelización se define un eje teórico como eje del modelo, al cual se le asignan los valores correspondientes a cada punto nodal. El eje se identifica por las distancias al punto que se toma como origen. Las distancias se miden desde aguas arriba, siguiendo los ejes teóricos de los cauces. Las secciones han sido obtenidas mediante el uso del programa Hec-GeoRas (aplicación para Arc-GIS) que triangula la topografía en 3D con precisión 1/500 realizada para este estudio. Las plantas de inundación se obtienen mediante la interpolación de los niveles de cálculo y la triangulación del terreno (este post proceso se realiza igualmente en Hec-GeoRAS). Se han considerado los siguientes coeficientes de rugosidad según la formulación de Manning: 0,04 para el lecho de natural aguas arriba de la variante de Arraioz. 0,08 para los taludes del cauce principal aguas arriba de la variante de Arraioz. 0,025 para el encauzamiento mediante canal de mampostería de piedra en el tramo urbano. Por otro lado se ha considerado un coeficiente de contracción de 0,1 y un coeficiente de expansión de 0,3 entre secciones abiertas, así como coeficiente de contracción de 0,3 y coeficiente de expansión de 0,5 entre secciones que definen las estructuras tenidas en cuenta en el modelo. Se adjuntan los resultados más representativos del modelo en formato papel, así como en modelo digital para disponer de toda la información. La denominación utilizada es la siguiente: Comp_Regata_Artixoko.prj = archivo de proyecto, Comp_Regata_Artixoko.p05 = modelación de proyecto.

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

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Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

La nomenclatura empleada en los planos tiene su relación directa con la nomenclatura empleada en el programa HEC-RAS, identificada como el punto kilométrico de la sección, iniciando el PK0+000 en el punto situado en el extremo aguas abajo del tramo modelizado.

1.2.

ANÁLISIS HIDRÁULICO ESTRUCTURA DE REPARTO DE CAUDAL

A partir de los resultados arrojados por el modelo HEC-RAS determinaremos el caudal máximo a desviar por la estructura de reparto. Siguiendo los requerimientos de la CHN, esta estructura se diseña para que en todo momento circule agua en las dos conducciones. El análisis hidrodinámico de la estructura se ha realizado mediante la aplicación MIKE-21 desarrollada por el Danish Hydraulic Institute (DHI). El modelo hidrodinámico incluido en el programa MIKE21 es un sistema numérico general para la simulación de niveles y velocidades de flujos en ríos, estuarios, y áreas costeras. Simula flujos bidimensionales no permanentes en una capa (verticalmente homogéneos). La malla de cálculo utilizada es de 0,1 m x 0,1 m, el intervalo de tiempo 0,01 s y un coeficiente de rugosidad de Manning de 0,02.

1.3.

ANÁLISIS HIDRÁULICO NUEVA CONDUCCIÓN DESVÍO DE REGATA

Tomando como partida el dato de caudal de desvío de la Regata Artixoko, para un período de retorno de 500 años, se procede al cálculo hidráulico de la nueva conducción que transportará este caudal desde la estructura de reparto hasta su desagüe en el río Baztán. Se utiliza la formaulción de Manning en régimen uniforme para la comprobación de sección de las tuberías proyectadas.

2.

SIMULACIÓN HEC-RAS

2.1.

RESULTADOS NUMÉRICOS

En los siguientes listados se incluyen para cada sección de cálculo los datos de: •

Caudal

•

Cota lámina de agua

•

Cota de energía

•

Velocidad

•

Área, ancho superficial

En todas las tablas siguientes se refleja una disminución en el caudal a partir del PK 219 realizado en la estructura de reparto cuya justificación hidrodinámica se encuentra en el apartado 3.

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

3

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

2.1.1.

Período de retorno de 10 años

HEC-RAS Plan: P_Proy_Def River: Artixoko Reach: Arraioz Tramo

PK

Q Total Rasante

Profile: Q10

Cota Agua

Cota calado

Energía

Pend energia

Vel

Area 2

Ancho Sup

Calado

(m /s)

3

(m)

(m)

(m)

(m)

(m/m)

(m/s)

(m )

(m)

(m)

Arraioz

480.45

3.92

196.68

197.79

197.79

198.11

0.074272

2.49

1.57

2.47

1.11

Arraioz

471.67

3.92

196.37

196.96

197.08

197.38

0.091297

2.87

1.37

4.02

0.59

Arraioz

462.35

3.92

195.38

195.75

195.92

196.29

0.150415

3.23

1.21

5.42

0.37

Arraioz

454.53

3.92

194.42

194.89

194.99

195.25

0.107626

2.65

1.48

4.99

0.47

Arraioz

446.92

3.92

193.2

193.77

193.88

194.14

0.204995

2.69

1.46

3.62

0.57

Arraioz

439.83

3.92

192.46

193.1

193.13

193.38

0.062986

2.33

1.68

3.63

0.64

Arraioz

428.57

3.92

191.12

191.54

191.76

192.24

0.169027

3.71

1.06

3.3

0.42

Arraioz

417.17

3.92

190.66

191.14

191.14

191.34

0.040861

1.96

2

5.18

0.48

Arraioz

403.16

3.92

188.39

188.97

189.3

190.11

0.230198

4.74

0.83

3.04

0.58

Arraioz

391.16

3.92

186.9

187.36

187.53

187.92

0.128124

3.31

1.18

3.38

0.46

Arraioz

378.85

3.92

185.29

185.71

185.88

186.26

0.140488

3.31

1.18

4

0.42

Arraioz

365.55

3.92

183.85

184.33

184.45

184.75

0.089342

2.86

1.37

3.69

0.48

Arraioz

347.69

3.92

182.29

182.7

182.83

183.14

0.090473

2.95

1.33

3.96

0.41

Arraioz

334.29

3.92

181.03

181.85

181.85

182.17

0.405443

2.52

1.56

2.4

0.82

Arraioz

320.68

3.92

179.8

180.23

180.29

180.49

0.057958

2.27

1.73

5.21

0.43

Arraioz

305.1

3.92

177.99

178.26

178.43

178.88

0.217809

3.49

1.12

5.64

0.27

Arraioz

292.94

3.92

176.83

177.21

177.29

177.5

0.06169

2.39

1.64

5.37

0.38

Arraioz

275.76

3.92

175.11

175.94

175.86

176.24

0.014719

2.42

1.62

4.13

0.83

Arraioz 230 CULV

Bridge

Arraioz

218.77

3.92

172.2

172.88

172.88

173.22

0.015896

2.58

1.08

1.6

0.68

Arraioz

209.07

2.8

171.71

172.17

172.39

172.93

0.048422

3.85

0.73

1.6

0.46

Arraioz

197.95

2.8

171.16

171.61

171.84

172.38

0.049642

3.89

0.72

1.6

0.45

Arraioz

186.35

2.8

170.58

171.03

171.26

171.8

0.049906

3.89

0.72

1.6

0.45

Arraioz

175.89

2.8

170.06

170.51

170.73

171.28

0.05

3.9

0.72

1.6

0.45

Arraioz

160.5

2.8

169.25

169.69

169.93

170.49

0.052187

3.96

0.71

1.6

0.44

Arraioz

150.88

2.8

169

169.57

169.68

170.05

0.026159

3.1

0.9

1.6

0.57

Arraioz

142.29

2.8

168.78

169.34

169.46

169.83

0.026147

3.1

0.9

1.6

0.56

Arraioz

131.3

2.8

168.49

169.06

169.17

169.54

0.026159

3.1

0.9

1.6

0.57

Arraioz

120.4

2.8

168.21

168.77

168.89

169.26

0.026147

3.1

0.9

1.6

0.56

Arraioz

111.22

2.8

167.97

168.53

168.65

169.02

0.026147

3.1

0.9

1.6

0.56

Arraioz

99.32

2.8

167.66

168.22

168.33

168.71

0.026147

3.1

0.9

1.6

0.56

Arraioz

86.92

2.8

167.34

167.9

168.01

168.39

0.026159

3.1

0.9

1.6

0.56

Arraioz

77

2.8

166.85

167.32

167.53

168.03

0.044897

3.75

0.75

1.6

0.47

Arraioz 62 BR

Bridge

Arraioz

47

2.8

166.27

166.95

166.95

167.29

0.01604

2.59

1.08

1.6

0.68

Arraioz

37.6

2.8

166.06

166.64

166.73

167.09

0.023464

2.98

0.94

1.6

0.58

Arraioz

28.2

2.8

165.81

166.38

166.49

166.86

0.025388

3.06

0.91

1.6

0.57

Arraioz

18.8

2.8

165.57

166.14

166.25

166.62

0.025775

3.08

0.91

1.6

0.57

Arraioz

9.4

2.8

165.32

165.89

166

166.38

0.026169

3.1

0.9

1.6

0.57

Arraioz

0

2.8

165.08

165.64

165.76

166.13

0.026169

3.1

0.9

1.6

0.56

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

4

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

2.1.2.

Período de retorno de 100 años

HEC-RAS Plan: P_Proy_Def River: Artixoko Reach: Arraioz Tramo

PK

Q Total Rasante

Profile: Q100

Cota Agua

Cota calado

Energía

Pend energia

(m3/s)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m/m)

Ancho Sup

Calado

(m/s) (m2)

(m)

(m)

Vel

Area

Arraioz

480.45

8.33

196.68

198.25

198.25

198.62

0.076553

2.71

3.07

4.09

1.57

Arraioz

471.67

8.33

196.37

197.19

197.39

197.82

0.10237

3.53

2.36

4.63

0.82

Arraioz

462.35

8.33

195.38

195.91

196.12

196.68

0.14459

3.91

2.13

6.57

0.53

Arraioz

454.53

8.33

194.42

195.09

195.25

195.62

0.111819

3.23

2.58

5.83

0.67

Arraioz

446.92

8.33

193.2

194.19

194.19

194.52

0.173046

2.58

3.34

5.10

0.99

Arraioz

439.83

8.33

192.46

193.43

193.46

193.83

0.061739

2.78

3

4.34

0.97

Arraioz

428.57

8.33

191.12

191.79

192.08

192.72

0.155713

4.27

1.95

3.77

0.67

Arraioz

417.17

8.33

190.66

191.39

191.41

191.69

0.04771

2.46

3.39

6.10

0.73

Arraioz

403.16

8.33

188.39

189.2

189.5

190.44

0.178709

4.93

1.69

4.29

0.81

Arraioz

391.16

8.33

186.9

187.6

187.87

188.44

0.138576

4.05

2.06

3.83

0.7

Arraioz

378.85

8.33

185.29

185.92

186.17

186.74

0.136792

4

2.08

4.40

0.63

Arraioz

365.55

8.33

183.85

184.6

184.77

185.22

0.089407

3.49

2.38

3.93

0.75

Arraioz

347.69

8.33

182.29

182.94

183.13

183.57

0.095293

3.53

2.36

4.59

0.65

Arraioz

334.29

8.33

181.03

182.29

182.29

182.77

0.650867

3.07

2.71

2.84

1.26

Arraioz

320.68

8.33

179.8

180.46

180.54

180.86

0.058875

2.8

2.97

5.76

0.66

Arraioz

305.1

8.33

177.99

178.41

178.67

179.31

0.183185

4.21

1.98

5.92

0.42

Arraioz

292.94

8.33

176.83

177.4

177.54

177.89

0.069643

3.1

2.69

5.74

0.57

Arraioz

275.76

8.33

175.11

176.7

176.34

177.06

0.007192

2.64

3.16

5.00

1.59

Arraioz 230 CULV

Bridge

Arraioz

218.77

5.9

172.2

173.31

173.31

173.87

0.019025

3.31

1.78

1.60

1.11

Arraioz

209.07

5.9

171.71

172.54

172.83

173.56

0.041907

4.49

1.32

1.60

0.83

Arraioz

197.95

5.9

171.16

171.95

172.28

173.06

0.046782

4.67

1.26

1.60

0.79

Arraioz

186.35

5.9

170.58

171.36

171.69

172.5

0.048746

4.75

1.24

1.60

0.78

Arraioz

175.89

5.9

170.06

170.83

171.17

171.99

0.049351

4.77

1.24

1.60

0.77

Arraioz

160.5

5.9

169.25

170.01

170.36

171.21

0.051551

4.85

1.22

1.60

0.76

Arraioz

150.88

5.9

169

169.95

170.12

170.72

0.028545

3.88

1.52

1.60

0.95

Arraioz

142.29

5.9

168.78

169.79

169.89

170.47

0.024453

3.65

1.62

1.60

1.01

Arraioz

131.3

5.9

168.49

169.48

169.61

170.19

0.025653

3.72

1.59

1.60

0.99

Arraioz

120.4

5.9

168.21

169.19

169.32

169.9

0.025855

3.73

1.58

1.60

0.98

Arraioz

111.22

5.9

167.97

168.96

169.08

169.67

0.025745

3.73

1.58

1.60

0.99

Arraioz

99.32

5.9

167.66

169.01

168.77

169.39

0.011576

2.72

2.17

1.60

1.35

Arraioz

86.92

5.9

167.34

168.99

168.45

169.24

0.0071

2.23

2.64

1.60

1.65

Arraioz

77

5.9

166.85

169.01

167.96

169.16

0.00372

1.7

3.46

1.60

2.16

Arraioz 62 BR

Bridge

Arraioz

47

5.9

166.27

167.39

167.39

167.94

0.018899

3.3

1.79

1.60

1.12

Arraioz

37.6

5.9

166.06

167.08

167.17

167.74

0.023289

3.58

1.65

1.60

1.02

Arraioz

28.2

5.9

165.81

166.81

166.93

167.51

0.025266

3.7

1.59

1.60

1

Arraioz

18.8

5.9

165.57

166.56

166.68

167.26

0.025742

3.73

1.58

1.60

0.99

Arraioz

9.4

5.9

165.32

166.31

166.44

167.02

0.025805

3.73

1.58

1.60

0.99

Arraioz

0

5.9

165.08

166.07

166.19

166.78

0.025699

3.72

1.58

1.60

0.99

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

5

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

2.1.3.

Período de retorno de 500 años

HEC-RAS Plan: P_Proy_Def River: Artixoko Reach: Arraioz Tramo

PK

Q Total Rasante

Profile: Q500

Cota Agua

Cota calado

Energía

Pend energia

Vel

Area

Ancho Sup

Calado

(m)

(m/m)

(m/s)

(m2)

(m)

(m) 1.81

(m3/s)

(m)

(m)

(m)

Arraioz

480.45

11.8

196.68

198.49

198.49

198.9

0.075925

2.82

4.19

5.18

Arraioz

471.67

11.8

196.37

197.34

197.59

198.08

0.105908

3.81

3.1

5.12

0.97

Arraioz

462.35

11.8

195.38

196

196.26

196.91

0.146071

4.24

2.79

7.42

0.62 0.80

Arraioz

454.53

11.8

194.42

195.22

195.42

195.85

0.108726

3.51

3.37

6.32

Arraioz

446.92

11.8

193.2

194.36

194.36

194.77

0.209444

2.91

4.22

5.10

1.16

Arraioz

439.83

11.8

192.46

193.65

193.66

194.1

0.053515

2.97

4.01

4.81

1.19

Arraioz

428.57

11.8

191.12

191.94

192.29

193.06

0.163249

4.69

2.52

4.03

0.82

Arraioz

417.17

11.8

190.66

191.55

191.57

191.91

0.048107

2.65

4.46

6.74

0.89

Arraioz

403.16

11.8

188.39

189.35

189.61

190.34

0.414927

4.41

2.67

8.93

0.96

Arraioz

391.16

11.8

186.9

187.94

188.06

188.52

0.070633

3.38

3.5

4.66

1.04

Arraioz

378.85

11.8

185.29

186.01

186.36

187.17

0.173708

4.77

2.47

4.56

0.72

Arraioz

365.55

11.8

183.85

184.81

184.98

185.49

0.081884

3.67

3.22

4.13

0.96

Arraioz

347.69

11.8

182.29

183.6

183.31

183.81

0.01504

2.02

5.94

6.22

1.31

Arraioz

334.29

11.8

181.03

182.55

182.55

183.14

0.807816

3.41

3.48

3.00

1.52

Arraioz

320.68

11.8

179.8

180.59

180.7

181.09

0.060394

3.13

3.77

6.16

0.79

Arraioz

305.1

11.8

177.99

178.51

178.82

179.56

0.168302

4.54

2.6

6.10

0.52

Arraioz

292.94

11.8

176.83

178.07

177.7

178.22

0.011332

1.7

6.94

7.02

1.24

Arraioz

275.76

11.8

175.11

177.87

176.66

178.1

0.002275

2.15

5.49

13.50

2.76 1.30

Arraioz 230 CULV

Bridge

Arraioz

218.77

11.8

172.2

173.5

173.97

175.13

0.050888

5.65

2.09

1.60

Arraioz

209.07

8.2

171.71

172.79

173.1

173.95

0.040452

4.78

1.72

1.60

1.08

Arraioz

197.95

8.2

171.16

172.18

172.55

173.46

0.045765

5.02

1.63

1.60

1.02

Arraioz

186.35

8.2

170.58

171.58

171.97

172.91

0.0481

5.11

1.6

1.60

1.00

Arraioz

175.89

8.2

170.06

171.05

171.44

172.4

0.049075

5.15

1.59

1.60

0.99

Arraioz

160.5

8.2

169.25

170.23

170.64

171.63

0.051253

5.24

1.57

1.60

0.98

Arraioz

150.88

8.2

169

170.23

170.39

171.11

0.028444

4.16

1.97

1.60

1.23

Arraioz

142.29

8.2

168.78

170.11

170.17

170.86

0.023244

3.84

2.13

1.60

1.33

Arraioz

131.3

8.2

168.49

169.77

169.88

170.59

0.025824

4.01

2.05

1.60

1.28

Arraioz

120.4

8.2

168.21

169.48

169.6

170.3

0.025982

4.02

2.04

1.60

1.27

Arraioz

111.22

8.2

167.97

169.24

169.35

170.07

0.025969

4.02

2.04

1.60

1.27

Arraioz

99.32

8.2

167.66

169.18

169.05

169.76

0.016861

3.38

2.43

1.60

1.52

Arraioz

86.92

8.2

167.34

169.12

168.73

169.54

0.011458

2.88

2.85

1.60

1.78

Arraioz

77

8.2

166.85

169.15

168.24

169.41

0.006198

2.22

3.69

1.60

2.30

8.2

166.27

167.66

167.66

168.35

0.021017

3.69

2.22

1.60

1.39 1.33

Arraioz 62 BR Arraioz

47

Bridge

Arraioz

37.6

8.2

166.06

167.39

167.44

168.14

0.023077

3.83

2.14

1.60

Arraioz

28.2

8.2

165.81

167.1

167.2

167.91

0.025542

3.99

2.06

1.60

1.29

Arraioz

18.8

8.2

165.57

166.85

166.96

167.66

0.025827

4.01

2.05

1.60

1.28

Arraioz

9.4

8.2

165.32

166.6

166.71

167.42

0.025691

4

2.05

1.60

1.28

Arraioz

0

8.2

165.08

166.36

166.47

167.18

0.025605

3.99

2.05

1.60

1.28

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

6

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

2.2.

RESULTADOS GRÁFICOS

2.2.1.

Planta

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

7

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

2.2.2.

Vista 3D Proyecto complementario regata Artixoko

Plan: Plan Proyecto Largo VDef Legend

471.67 WS Q10

462.35

WS Q100 454.53

WS Q500

446.92

Ground

428.57

Bank Sta Ineff Ground

403.16

Levee

391.16 378.85 365.55 347.69 334.29 320.68 305.1 292.94 285.304* 277.668*

218.77 197.95 186.35 175.89 160.5 150.88 142.29 131.3 120.4 111.22 99.32 86.92

47 37.6 28.2 18.8 9.40 0

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

8

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

2.2.3.

Perfil Longitudinal Proyecto complementario regata Artixoko

200

Plan: Plan Proyecto Largo VDef Legend WS Q500 WS Q100 WS Q10 Ground

195

190

Elevation (m)

185

180

175

170

165

0

100

200

300

400

500

Main Channel Dis tance (m)

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

9

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

2.2.4.

Secciones Transversales

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

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10

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

11

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

12

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

13

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

14

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

15

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

16

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

17

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

18

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

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19

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

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20

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

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enero/2008

22

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

2.3.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

De los resultados anteriores se puede concluir: •

El resguardo mínimo en la zona de encauzamiento para un caudal con un período de retorno de 500 años es de 10 cm, excepto justo aguas arriba del paso bajo la travesía donde será necesario realizar un cierre con un muro de hormigón armado de mínimo 1,5 m de altura sobre la rasante de la calle.

•

El paso bajo la edificación existente en la travesía de Arraoiz es insuficiente para caudales con períodos de retorno superiores a 10 años. En esta zona la canalización entrará en carga.

•

El nuevo paso de peatones sobre la regata tiene una altura libre de 1,40 m, por lo tanto el resguardo será de 0,1 m para un caudal con período de retorno de 500 años.

3.

SIMULACIÓN EN MIKE21

3.1.

FORMULACIÓN NUMÉRICA

Las siguientes ecuaciones de conservación de masa y momentum integrado en la vertical, describen el flujo y las variaciones de nivel de agua.

∂ζ ∂p ∂q ∂d + + = ∂t ∂x ∂y ∂t

Ec. 3-1

2 2 ⎤ ∂p ∂ ⎛ p 2 ⎞ ∂ ⎛ pq ⎞ 1 ⎡∂ ∂ζ gp p + q ∂ h ∂Pa ⎟⎟ + ⎜ =0 + − + ⎜⎜ ⎟ + gh ⎢ (h·τ xx ) + (h·τ xy )⎥ − Ω q − fVV x + 2 2 ρ w ⎣ ∂x ρ w ∂x ∂x ∂y ∂t ∂x ⎝ h ⎠ ∂y ⎝ h ⎠ C ⋅h ⎦

∂q ∂ ⎛ q 2 + ⎜ ∂t ∂x ⎜⎝ h

2 2 ⎞ ∂ ⎛ pq ⎞ ⎤ ∂ζ gq p + q 1 ⎡∂ ∂ h ∂Pa ⎟⎟ + ⎜ =0 + − ⎟ + gh ⎢ (h·τ yy ) + (h·τ xy )⎥ − Ω p − fVV y + 2 2 ρ w ⎣ ∂x ρ w ∂y ∂y ∂y C ⋅h ⎦ ⎠ ∂y ⎝ h ⎠

Ec. 3-2

Ec. 3-3

Donde:

h ( x, y , t ) :

calado (m)

d ( x, y , t ) :

variación del calado con el tiempo (m)

ξ ( x, y , t ) :

nivel de la superficie (m)

p , q ( x, y , t ) :

densidades de flujo en les direcciones x e y (m3/s/m) = (u·h, v·h); (u,v) = velocidades en las direcciones x e y.

g:

aceleración de la gravedad (m/s2)

f (V ) :

factor de fricción del viento

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

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23

Código: 4564015.3 Promotor: Ayuntamiento del Valle de Baztán

V ,Vx ,Vy ( x, y, t ) :

velocidad del viento y componentes en las direcciones x e y (m/s)

Ω ( x, y ) :

parámetro de Coriolis (s-1)

pa ( x, y, t ) :

presión atmosférica (kg/m/s2)

ρw :

densidad del agua (m3/s)

x, y :

coordenadas espaciales (m)

t:

tiempo (s)

τ xx ,τ yy ,τ xy :

componentes del esfuerzo cortante efectivo

MIKE21 utiliza una metodología de cálculo denominada técnica de alternancia de dirección implícita que integra las ecuaciones de conservación de la masa y de momentum en el dominio espacio-tiempo. Les ecuaciones matriciales resultantes para cada dirección y cada punto individual de la red se resuelven con un algoritmo “Double Sweep, (DS)” (doble barrido). En la figura siguiente se presenta un esquema de la red de diferencias para cada paso de tiempo.

Fig. 3-1. Red de diferencias en el espacio x,y

El tiempo de centrado de les ecuaciones 2.1, 2.2 i 2.3 se obtiene de acuerdo al esquema siguiente

Anejo 4 Proyecto complementario para la reparación y acondicionamiento de la regata Artixoko en Arraioz

enero/2008

24

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Fig. 3-2. Tiempo de centrado

Las ecuaciones se resuelven en barridos unidimensionales, alternando las direcciones x e y. En el barrido en dirección x las ecuaciones de continuidad y momentum-x se resuelven tomando ζ des de n hasta n+1/2 y p desde n hasta n+1. Para los términos que incluyen q, se utilizan los valores de nivel conocidos, n-1/2 y n+1/2. En el barrido en dirección y las ecuaciones de continuidad y momentum-y se resuelven tomando ζ desde n+1/2 hasta n+1 y q desde n+1/2 hasta n+3/2. Para los términos que incluyen p, se utilizan los valores calculados en el barrido en x a n y n+1. Adicionando los dos barridos se obtiene el tiempo de centrado a n+1/2, es decir, el tiempo de centrado se obtiene mediante una secuencia de operaciones balanceadas.

3.2.

DATOS DE ENTRADA

El diseño del repartidor de caudal se realizó para que en un evento con período de retorno de 500 años, Q500=11,8 m3/s, se desvíen a la nueva conducción 3,6 m3/s. Mediante la simulación de diversas geometrías, variando pendientes y ángulos de desvío, se obtuvo un diseño óptimo caracterizado por un canal principal de 1,6 m de ancho y pendiente uniforme de 3%, el desvío se realiza con un ángulo de 20º con respecto al canal principal y tiene una anchura de 1,0 m y una pendiente uniforme del 3%. En la figura se presente la pantalla de entrada de datos de geometría del programa MIKE21.

Fig. 3-3. Entrada geometría Mike21.

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3.3.

RESULTADOS NUMÉRICOS

Período de retorno (años)

Caudal Entrada Regata (m3/s)

Caudal Desvío (m3/s)

Caudal Salida Regata (m3/s)

10

3,9

1,1

2,8

100

8,3

2,4

5,9

500

11,8

3,6

8,2

3.4.

RESULTADOS GRÁFICOS

3.4.1.

Período de retorno de 10 años

Vista 3D. Calados y vectores de velocidad

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Planta de calados

Planta de velocidad absoluta y vectores de velocidad

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3.4.2.

Período de retorno de 100 años

Vista 3D. Calados y vectores de velocidad

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28

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Planta de calados

Planta de velocidad absoluta y vectores de velocidad

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3.4.3.

Período de retorno de 500 años

Vista 3D. Calados y vectores de velocidad

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Planta de calados

Planta de velocidad absoluta y vectores de velocidad

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3.4.4.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

De los resultados anteriores se puede concluir: •

El repartidor de caudal diseñado permite el desvío de un 30% del caudal transportado por la regata Artixoko aguas arriba de este para todos los periodos de retorno analizados.

•

El modelo constata la creación de ondas cruzadas en la regata de Artixoko aguas abajo del desvío, tal y como se describe en numerosas publicaciones relacionadas con flujos supercríticos.

•

Dentro de la estructura de reparto, para un caudal con período de retorno 500 años, se comprueba que puntualmente la profundidad máxima de la lámina de agua es del orden de 1,85 m. Se proyecta esta estructura con un gálibo libre de 2 m.

4.

CÁLCULO HIDRÁULICO NUEVA CONDUCCIÓN

4.1.

ECUACIONES

Para el cálculo de la circulación hidráulica de las conducciones utilizamos la fórmula de Manning:

v=

Donde:

2 1 1 ⋅ Rh 3 ⋅ j 2 n

Ec. 4-1

v = velocidad del flujo (m/s) n = coeficiente de rugosidad de Manning Rh = radio hidráulico (m) j = pendiente motriz (m/m)

Cuando se establece un régimen uniforme en los diferentes tramos, le pendiente motriz es igual a la pendiente geométrica (j = i). Sabiendo que:

v=

Q A

Ec. 4-2

Obtenemos:

Q=

Donde:

2 1 1 ⋅ A ⋅ Rh 3 ⋅ j 2 n

Ec. 4-3

Q = caudal circulante (m3/s) A = superficie mojada (m2)

La superficie mojada, el radio hidráulico y el calado son respecto al ángulo del sector de la circunferencia mojada:

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A=

1 (θ − sin θ ) ⋅ D 2 8

Rh =

1 ⎛ sin θ ⎞ ⎜1 − ⎟⋅D 4⎝ θ ⎠

⎛θ − π ⎞ D D Y = sin ⎜ ⎟⋅ + ⎝ 2 ⎠ 2 2 Donde:

4.2.

Ec. 4-4

Ec. 4-5

Ec. 4-6

θ = ángulo del sector mojado (radianes) D = diámetro del colector (m) Rh = radio hidráulico (m) Y = calado (m)

CONDUCCIONES PROYECTADAS

Los tramos de la nueva conducción con pendiente superior al 2,4% se proyectan mediante tuberías de hormigón armado ASTM Clase III DN 1000, para tramos con pendiente inferior al 2,4% los tramos se proyectan con tuberías ASTM Clase III DN 1200. Seguidamente se presentan las curvas de Caudal vs Calado para los dos tipos de tubería con pendientes mínimas de 3% para DN 1000 y 0,89% para DN 1200.

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Tubo circular capacidad según la fórmula de Manning 1000 mm DN= Codigo 1 Material: Hormigón n= 0.014

i=

v max =

6.33

m/s

q max =

4.69

m3 / s=

% de DN 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 91% 92% 93% 94% 95% 96% 97% 98% 99% 100%

16,898

(m/m) 0.0400

4,694

m3 / h=

% 4.00

‰ 40.0

l/s

área

r hidr

v

Q

Q

m

°

m2

m

m/s

l/s

m3 / s

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500 0.550 0.600 0.650 0.700 0.750 0.800 0.850 0.900 0.910 0.920 0.930 0.940 0.950 0.960 0.970 0.980 0.990 1.000

0 52 74 91 106 120 133 145 157 169 180 191 203 215 227 240 254 269 286 290 294 299 303 308 314 320 327 337 360

0.000 0.015 0.041 0.074 0.112 0.154 0.198 0.245 0.293 0.343 0.393 0.443 0.492 0.540 0.587 0.632 0.674 0.712 0.745 0.750 0.756 0.761 0.766 0.771 0.775 0.779 0.782 0.784 0.785

0.000 0.033 0.064 0.093 0.121 0.147 0.171 0.193 0.214 0.233 0.250 0.265 0.278 0.288 0.296 0.302 0.304 0.303 0.298 0.296 0.294 0.292 0.289 0.286 0.283 0.279 0.274 0.267 0.250

0.00 1.43 2.23 2.87 3.42 3.89 4.31 4.68 5.01 5.30 5.56 5.77 5.96 6.11 6.22 6.30 6.33 6.32 6.25 6.22 6.20 6.16 6.13 6.08 6.03 5.97 5.90 5.80 5.56

0 21 91 212 382 598 855 1147 1470 1818 2182 2556 2932 3301 3653 3979 4265 4496 4651 4669 4683 4692 4694 4689 4675 4650 4611 4547 4364

0.00 0.02 0.09 0.21 0.38 0.60 0.85 1.15 1.47 1.82 2.18 2.56 2.93 3.30 3.65 3.98 4.27 4.50 4.65 4.67 4.68 4.69 4.69 4.69 4.68 4.65 4.61 4.55 4.36

t

calado t [m]

capacidad Q en función del calado t 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0.00

DN= 1000 mm

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

capacidad Q [m 3 /s]

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Tubo circular capacidad según la fórmula de Manning 1200 mm DN= Codigo 1 Material: Hormigón n= 0.014

i=

v max =

3.37

m/s

q max =

3.60

m3 / s=

% de DN

12,961

3,600

% 0.89

‰ 8.9

l/s

área

r hidr

v

Q

Q

m

°

m2

m

m/s

l/s

m3 / s

0.000 0.060 0.120 0.180 0.240 0.300 0.360 0.420 0.480 0.540 0.600 0.660 0.720 0.780 0.840 0.900 0.960 1.020 1.080 1.092 1.104 1.116 1.128 1.140 1.152 1.164 1.176 1.188 1.200

0 52 74 91 106 120 133 145 157 169 180 191 203 215 227 240 254 269 286 290 294 299 303 308 314 320 327 337 360

0.000 0.021 0.059 0.106 0.161 0.221 0.285 0.353 0.422 0.494 0.565 0.637 0.709 0.778 0.846 0.910 0.970 1.025 1.072 1.081 1.089 1.096 1.103 1.110 1.116 1.121 1.126 1.129 1.131

0.000 0.039 0.076 0.111 0.145 0.176 0.205 0.232 0.257 0.280 0.300 0.318 0.333 0.346 0.355 0.362 0.365 0.364 0.358 0.356 0.353 0.351 0.347 0.344 0.339 0.334 0.328 0.320 0.300

0.00 0.76 1.19 1.53 1.82 2.07 2.30 2.49 2.67 2.82 2.96 3.08 3.17 3.25 3.31 3.35 3.37 3.37 3.33 3.31 3.30 3.28 3.26 3.24 3.21 3.18 3.14 3.09 2.96

0 16 70 163 293 458 655 880 1128 1394 1674 1960 2249 2532 2802 3052 3272 3449 3567 3582 3592 3599 3600 3596 3586 3567 3537 3487 3347

0.00 0.02 0.07 0.16 0.29 0.46 0.66 0.88 1.13 1.39 1.67 1.96 2.25 2.53 2.80 3.05 3.27 3.45 3.57 3.58 3.59 3.60 3.60 3.60 3.59 3.57 3.54 3.49 3.35

t

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 91% 92% 93% 94% 95% 96% 97% 98% 99% 100%

m3 / h=

(m/m) 0.0089

capacidad Q en función del calado t calado t [m]

1.500 DN= 1200 mm 1.000 0.500 0.000 0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

capacidad Q [m 3 /s]

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