Trabajo Hidraulica.docx

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

VÍCTOR HUGO OSSA OSSA COD D7302194

MARGARITA HERNANDEZ

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE ESTUDIOS A DISTANCIA INGENIERIA CIVIL

HIDRAÚLICA II

TALLER3

BOGOTÁ Septiembre 19

DE 2018

INTRODUCCIÓN

El agua corre por aguas superficiales de tipo lóticas o corrientes que se mueven siempre en una misma dirección y el hombre aprovecha esta característica para suministrar este recurso natural a la población humana que habitan en las ciudades, municipios o veredas circundantes. Este tipo de agua aprovecha la gravedad para proveer el agua. La hidráulica debe estudiar, analizar el comportamiento del agua del rio o ríos así como con la ayuda de la ingeniería civil prever las obras y actividades de construcción que se deban realizar para poder hacer uso de sus aguas. El presente informe detalla el análisis del comportamiento del rio San Francisco en su recorrido y para su análisis se divide su cauce en 4 perfiles donde se analiza el flujo de agua de acuerdo a su geometría de la sección transversal trapezoidal y al caudal característico de cada perfil. Con esta modelación se analiza el problema de conocer el comportamiento del flujo del rio San Francisco en cada uno de los perfiles de acuerdo a unas condiciones de caudal y de características del tipo de flujo que circula por el canal natural del rio. Para poder simular la modelación digital se requiere el ingreso de unos datos de entrada que se importaron al software Hec Ras y con el uso de los diferentes módulos como geometría, datos hidráulicos, planos, computar, vista de datos etc. se puede ver el comportamiento de las aguas del rio San Francisco en todo su recorrido de manera gráfica o en forma de tablas que se presenta al usuario hidráulico para que los evalué y analice con el fin de poder tomar las decisiones más apropiadas en beneficio de la comunidad y los ecosistemas de su entorno.

El conocimiento de los parámetros como la sección y con ellos su caudal, velocidad, profundidad de la lámina de agua, profundidad crítica, longitudes, elevaciones se ingresan al programa Hec Ras y se establecen las condiciones para cada tramo. Este programa permite simular todo lo que ocurrirá en el comportamiento de las aguas del rio en un lapso de tiempo. Para el caso de este informe se trabajó con tiempos de 2.33, 5.0, 50.0 y 100 años Para la solución al problema planteado se hizo uso del programa HEC RAS. Este software gratuito es realizado por el Cuerpo de ingenieros de la Armada de los Estados Unidos y permite simular flujos en cauces naturales o canales artificiales permitiendo conocer el nivel del agua y por ende detectar zonas inundables. Con este programa (software) es posible modelar flujo en régimen permanente y no permanente, transporte de sedimentos y análisis de calidad de aguas. .

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OBJETIVOS Simular con el uso del programa HEC RAS el comportamiento del rio San Francisco para un periodo de hasta cien años con el fin de conocer todos los parámetros y características de su cauce en este tiempo así como niveles límites para zonas de inundación. Comprender la filosofía que enmarca el uso del programa HEC RAS para poder ingresar los datos de entrada y realizar los procedimientos necesarios para una correcta modulación del flujo del rio San Francisco.

PROCEDIMIENTO Para el uso de Hec Ras se puede subdividir el proceso de simulación hidráulica en el rio en cuatro fases o módulos principales. Primero: Crear proyecto del canal natural o artificial a analizar. Esto se hace de la siguiente manera: Por el módulo principal con la opción de file-new Project.

Se le da un nombre al proyecto y la ubicación en el dispositivo. Para el trabajo se colocó al nombre del proyecto Actividad3. Nota: Es importante escoger el tipo de unidad de medida con el que se va a trabajar el proyecto. El software viene determinado para trabajar con el sistema US pero para el proyecto se trabajó con el sistema métrico internacional, por tanto se debe seleccionar esta opción por Options-Unit System

Segundo: Crear la geometría. el canal con sus tramos y características geométricas de la sección transversal. Por el módulo de geometría Se ingresa por Edit- Geometric Data

Se despliega otra ventana y lo primero es crear el tramo

Se escoge la opción River Reach y se dibuja un tramo, se le da nombre

Se da clic y para terminar la línea se le da doble clic. Para nuestro caso se le dio el nombre de San Francisco y Tramo 1 Nota: Podemos ingresar los datos de los tramos o importarlo, para nuestro caso se importó los datos de un archivo en Excel. Para importarlos se debe haber configurado el sistema operativo, en este caso Windows con la opción de separador de miles con . y separador de listas con , y después se procede a importar el archivo. Para importar los datos del archivo donde está la batimetría le damos la siguiente opción estando en geometría de datos: File-Import Geometric Data-CSV(separación de decimales por puntos y separador de listas por comas)

El programa solicita la información de ubicación del archivo a importar

Una vez seleccionado el programa nos permite escoger el tipo de formato campos de cada columna el rio, el tramo, la sección, la estación y elevación:

y los

Y el programa nos pregunta con que sistema de medidas deseamos importar los datos y escogemos el sistema métrico internacional

y el programa nos da la información de lo importado y verificamos que sea lo solicitado y le damos terminar importación:

Después vamos a Cross Sectión y el sistema muestra en forma gráfica y texto la información

Con la flecha señalada en la gráfica podemos seleccionar la sección de observación y procedemos a ingresar la información para el número de manning, la distancia de las bancas, la elevación para cada sección. Iniciamos con la sección 2 y para número de manning le colocamos 0.07 al considerarse que el cauce principal es bastante turbulento y tiene muchas curvas de perfil y en la planicie alguna que otra vegetación y por tanto le colocamos 0.04

y se del da Apply Data para que tome los datos ingresados

Realizamos el mismo procedimiento para la sección 3:

Realizamos el mismo procedimiento para la sección 1:

Y procedemos a guardar los datos geométricos: Por File-Save-Geometric Data:

Colocamos el nombre al archivo con los datos geométricos: Para nuestro caso se le colocó GeometríaActividad

Tercero: Ingresar los datos hidráulicos donde le vamos a dar el valor del caudal y las condiciones para cada empezar a simular el modelo. Ingresamos por edit flujo uniforme

Ingresamos 4 caudales distintos para el tramo del rio San Francisco y que corresponden a un periodo de retorno de 2,33 años, 5 años, 50 años y 100 años. tendríamos 4 perfiles.

Y para cada perfil le damos un caudal diferente para poder realizar la simulación: Cambiamos el nombre de los perfiles para tener una mejor compresión. Por Opcion- Editar – Nombre perfiles

Se coloca un nombre representativo para cada perfil y colocamos los caudales en m/s para cada perfil. Nota: no olvidar colocar Apply Data para que tome los datos ingresados.

Después se ingresan unas condiciones por Reach Boundary Conditions.

Se establecen las condiciones con las que se quiere trabajar aguas arriba y aguas abajo. Estas condiciones implican la lámina de agua, la pendiente. Para nuestro caso de estudio para el tramo aguas abajo se toma como si hubiera una caída libre al final del tramo y por tanto se obligaría a que la lámina de agua pase por la profundidad crítica. Para aguas arriba se tiene en cuenta una pendiente fuerte de 0.01 ya que se toma como un flujo supercrítico.

No olvidar dar Apply Data para que tome los datos ingresados. Después guardamos estas condiciones por File Save Flow Data

Cuarto: Realizar el plan de simulación. Para ello ingresamos por el icono de Simulación flujo uniforme

Y Seleccionamos flujo Supercrítico

Y guardamos el plan y computamos

Al computar el sistema me muestra la siguiente pantalla:

Donde observamos que todo esté bien y no genere errores 5 Analizamos Datos entregados por el sistema: El programa HEC RAS muestra el resultado de la simulación en forma de tablas o en forma gráfica e inclusive en vista en 3d. Por Tabla: Escogemos la opción de tabla:

Por Ver icono de secciones transversales:

Por ver Perfiles:

Nota: Si queremos hacer una mejor observación de la simulación del flujo en el canal natural como en este caso el rio San Francisco o en un canal superficial podemos Interpolar: Interpolamos entre las secciones trabajadas. Primero realizamos interpolación entre las secciones 3 y 2 y después entre 2 Y 1 con separación de 2m. Para interpolar lo hacemos por la opción de Geometría de Datos y por la opción de interpolar entre secciones:

Repetimos para sección 2 y 1

Guardamos esta geometría con la interpolación y la podemos guardar con otro nombre o en la que ya existe.

Y Volemos al análisis para flujo uniforme y computamos

Observamos que todo esté bien y miramos perfiles

Se observa de manera más detallada la variación de la profundidad

Por observación tridimensional a 2,3 años

A 5 años

A 100 años

Por DATOS

ANALISIS DE LOS DATOS - RESULTADOS Vamos a responder los siguientes interrogantes:

PARA SECCION CON RETORNO DE 2,33 años

PARA SECCION 2 CON RETORNO A 2,33 AÑOS

PARA SECCIÓN 3 CON RETORNO A 2,33 AÑOS

PARA SECCION 1 CON TASA DE RETORNO DE 5 AÑOS

PARA SECCION 2 CON TASA DE RETORNO DE 5 AÑOS

PARA SECCION 3 CON TASA DE RETORNO DE 5 AÑOS

PARA SECCION 1 CON RETORNO DE 50 AÑOS

PARA SECCION 2 CON RETORNO DE 50 AÑOS

PARA SECCION 3 CON RETORNO DE 50 AÑOS

PARA SECCION 1 CON RETORNO DE 100 AÑOS

PARA SECCION 2 CON RETORNO DE 100 AÑOS

PARA SECCION 3 CON RETORNO DE 100 AÑOS

CONCLUSIONES

En el recorrido por el rio y en el análisis de sus secciones visualmente se observa que para una tasa de retorno de 2,33 años el rio de acuerdo a su caudal de 4,5 m 3/s la lámina de agua alcanza una profundidad critica de 2691,45 m en la sección 1 a 2691,64 en la sección 3 pero se mantiene baja en comparación al límite de la banca. La velocidad total pasa de 1,93m/s a 1,97 m/s. Para el tiempo de retorno de 5 años con caudal de 11,5 m3/s la lámina de agua aumenta en su altura alcanzando en la sección 3 una altura de 2691,4 y una velocidad de 2,45 m/s. A los 100 años ya con un caudal de 75m3/s ya la lámina de agua sobrepasa la profundidad crítica y sobrepasa la altura de la banca presentándose zonas de inundación. El comportamiento del flujo en el rio San Francisco se corresponde con las condiciones de los tramos aguas arriba con un flujo supercrítico de acuerdo al valor de la pendiente fuerte ingresada al sistema y la caída libre que se presenta al final del recorrido. El modelamiento permite prever la variación de la lámina de agua en el tiempo de retorno de hasta cien años y permite realizar los ajustes necesarios para cualquier tipo de obras que se pretendan implementar en la zona de influencia del canal natural del rio.

AGRADECIMIENTOS: Agradezco a nuestra docente la ingeniera Margarita Hernández por su entrega, dedicación y esmero con que transmite el conocimiento y por el profesionalismo que nos deparó en este tiempo. Sé que siembra e mí el ansía de aprender más todo lo relacionado con la hidrología y para el buen desempeño como futuro ingeniero civil.

BIBLIOGRAFÍA

 Ingeniería Civil, Hidráulica II , Material de Estudio.