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• Elvis David Olivera Merlo

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CURSO DE HEC-RAS. NIVEL MEDIO U1 - Interpolación de secciones

UNIDAD 1. INTERPOLACIÓN DE SECCIONES La interpolación de secciones es una buena práctica a realizar en una simulación HEC-Ras, con objeto de depurar los resultados… No en vano, el mismo programa sugiere muchas veces realizar la interpolación en el informe de avisos y notas en el proceso de cálculo de la simulación. La interpolación puede realizarse en todo el tramo a modelar o sólo entre algunas secciones en concreto… Para aprender el funcionamiento de esta imprescindible función, nos basaremos en la simulación de un ejemplo de canal trapezoidal sencillo con dos cambios de pendiente, de manera que el flujo sea mixto.

ABRIR EL PROYECTO En los archivos descargados, en la carpeta HEC-RAS y dentro de la Unidad 1, tiene los archivos que componen el proyecto, denominado “Interpolación”. Lo abrimos desde el programa. -

File_____Open Project

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Icono Open an exisiting project

Recuerda que para poder abrir el programa debes configurar tu equipo de manera que el signo decimal sea el punto, o configuración regional anglosajona. Si todo ha ido bien deberás tener cargados en el programa los siguientes elementos:

Como se trata de un modelo ya simulado, no es necesario efectuar la simulación para poder visualizar los resultados de la misma.

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DESCRIPCIÓN DEL MODELO Este modelo se compone de 4 secciones transversales trapezoidales ubicadas en los extremos aguas arriba y aguas abajo del tramo y en los cambios de pendiente del perfil. La distancia entre secciones es grande: 1000m. Hay tres tramos de pendientes: empezando desde aguas arriba un primer tramo del 0’1%, seguido de un tramo del 2’4% para terminar con un tercer tramo al 0’1%... por lo tanto el flujo es mixto con dos cambios de régimen: de subcrítico a supercrítico (que debe efectuarse con curva de remanso) y de supercrítico a subcrítico (que debe efectuarse con resalto hidráulico).

. El caudal definido es de 50m3/s y las condiciones de contorno aguas arriba y aguas abajo como Normal Depth. En el proceso de cálculo del modelo, el programa ha detectado una serie de indefiniciones que recoge en el listado de avisos o warnings. Como se puede observar la mayoría de ellos sugieren la necesidad de un mayor número de secciones transversales.

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Esta acción puede realizarse mediante la interpolación de secciones, de manera que en principio, una vez actualizada la geometría con secciones interpoladas y calculado el modelo, estos avisos deberían desaparecer. El objetivo de esta unidad será no sólo la de aprender a usar la herramienta de interpolación de secciones, si no analizar cómo funciona.

INTERPOLACIÓN DE SECCIONES HEC-Ras permite realizar interpolaciones de secciones de dos maneras: o bien entre dos secciones determinadas o bien de todo el tramo modelizado. A la herramienta de interpolación se accede desde la ventana de edición de geometrías: -

Tools _____ XS Interpolation

Las dos opciones son: -

Within a Reach: interpolación de un tramo del cauce (todo o una parte)

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Between 2 XS’s: entre dos secciones determinadas.

Empezaremos por esta segunda opción…

Interpolación entre dos secciones Según el listado de avisos, ya entre las dos primeras secciones extremas aguas arriba es necesario añadir secciones transversales, ya que se producen unas variaciones de niveles y velocidades superiores a unos límites establecidos por el programa, con lo que éste detecta una indefinición que sugiere resolver mediante secciones adicionales.

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Las secciones del modelo se encuentran separadas entre sí 1000m, con lo que para empezar estableceremos una interpolación cada 100m. Seleccionamos la herramienta Between 2 XS’s del menú Tools de la venta de edición de geometría… y se nos abre la ventana de XS Interpolation - Geometría

El programa define 9 secciones intermedias separadas 100m cada una. En la geometría en planta aparecen las nueve secciones, identificadas con un color distinto y numeradas con un * para identificarlas de las secciones “reales”. Guardamos esta geometría como “Interpolación parcial”. Como los datos hidráulicos de caudales y condiciones de contorno no los modificaremos, pasamos a realizar directamente la simulación. Al tener una geometría nueva hay que crear una simulación (Plan) nuevo.

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CURSO DE HEC-RAS. NIVEL MEDIO U1 - Interpolación de secciones Comprobemos los resultados (perfil y listado de avisos)

Vemos como la lámina de agua se mantiene paralela a la rasante del canal hasta que empieza la transición de la curva de remanso para poder efectuar el cambio de régimen… En el listado, comprobamos que con la interpolación de 100m, en la mayor parte del tramo de canal han desaparecido los avisos, y sólo indica la necesidad de más secciones en una longitud de 100m, entre la sección extrema de interpolación aguas abajo (3.1*) y la sección 3, que es la zona donde debe producirse el cambio de régimen Vamos a ver que ocurre si la misma interpolación de 100m la realizamos en el tramo de más pendiente.

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CURSO DE HEC-RAS. NIVEL MEDIO U1 - Interpolación de secciones De nuevo tenemos 9 nuevas secciones cada 100m. Si observamos los resultados de perfil y listado de avisos, obtenemos lo siguiente:

En este tramo de canal, el flujo es supercrítico… aguas arriba se produce un cambio de régimen por curva de remanso… mientras que aguas abajo se realiza mediante resalto hidráulico. Lo que ocurre que los avisos de necesidad de más secciones se mantienen en todo el tramo ya que aún con haber añadido más secciones, el programa detecta una indefinición (variación de parámetros hidráulicos superiores a unos límites) incluso entre las secciones interpoladas… Con lo que tenemos que aumentar el número de seccione, o lo que es lo mismo disminuir la distancia entre secciones interpoladas… Interpolemos cada 25m…

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Resultan 39 secciones nuevas… Que según el listado de avisos vuelven a ser insuficientes para solventar la indefinición… con lo que debemos añadir más secciones… Interpolemos a 10m, con lo que tendremos 99 secciones interpoladas!!!

A efectos de lámina de agua en el perfil, la única diferencia significativa entre la primera interpolación (a 100m) y esta tercera (a 10m) se centra en el extremo aguas arriba del tramo… En cambio, en lo referente al listado de resultados, sólo aparecen avisos de necesidad de más secciones transversales justamente en los primeros 60m extremos aguas arriba, es decir, cerca del cambio de régimen…

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Análisis de la metodología Así pues, en el primer tramo de canal (y en consecuencia también en el tercero) con interpolar 9 secciones cada 100m hemos tenido suficiente para eliminar prácticamente todos los warnings del mismo a excepción del extremo aguas abajo, donde se produce el cambio de régimen. En cambio para conseguir lo mismo entre las secciones 3 y 2 del canal, hemos tenido que recurrir a 99 secciones cada 10m para acotar la indefinición en su extremo aguas arriba (justo en el cambio de régimen) Teniendo en cuenta que la necesidad de secciones adicionales las define el programa al producirse en los cálculos sección a sección variaciones de velocidades, de pérdidas de energías y de convergencias de resultados, se deduce que cuánto más elevadas sean esas variaciones más secciones serán necesarias… Con lo que tenemos una primera conclusión:

“A más pendiente del tramo, más secciones interpoladas serán necesarias” Ahora bien, necesarias ¿para qué? Ya que el resultado de la cota de lámina de agua en la mayor parte del tramo, según se observa en el perfil, es la misma para 9 secciones que para 99… La única diferencia es que a más secciones, más arriba se produce la curva de remanso… Por otro lado, aunque el programa nos muestre el warning de necesidad de secciones adicionales, ¿su adición ha supuesto algún cambio en los resultados de la mayor parte del tramo? La respuesta es no… Así, no siempre que el programa nos sugiera la adición de más secciones, eso va a tener incidencia en el resultado… es aquí donde el criterio del técnico entra en juego…

“Añadir más secciones a veces no tiene incidencia en el resultado hidráulico” En este caso, se podría definir un intervalo intermedio de interpolación de unos 50m, ya que tenemos acotadas las zonas donde realmente hay que ajustar los cálculos: los ámbitos cercanos a los cambios de régimen. Pero para poder demostrarlo veamos qué ocurre en el segundo cambio de régimen, en el que pasamos de supercrítico a subcrítico con un resalto hidráulico. Para ello introduciremos la herramienta de interpolaciones en un tramo del cauce.

Interpolación en un tramo Realizaremos una interpolación de 50m entre las secciones 3 y 1. Para ello seleccionamos en la ventana del editor de geometría: -

Tools _____ XS Interpolation _____ Within a Reach…

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Al realizar la simulación se obtienen los siguientes resultados:

Como era de esperar, en el perfil se comprueba que el resalto hidráulico se produce cerca del cambio de pendiente… y en el listado de warnings, aparece de nuevo avisos en todo el tramo central del canal, mientras que en el tercer tramo sólo demanda más secciones para los primeros 100m aguas arriba (entre las secciones 2 y 1.9*). De este modo, toda esta secuencia de interpolaciones ha servido para que, a partir de los resultados de la simulación con la geometría original: -

Se pueda comprobar el comportamiento del flujo por el canal y los cambios de régimen.

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discernir qué avisos o necesidades de adición de secciones representan o influyen en los resultados de la simulación

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y con la combinación de los dos anteriores: poder decidir qué intervalos definir en la interpolación total de todo el canal. 9

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Recapitulando, en este canal el régimen de flujo es mixto, con un cambio de régimen de subcrítico a supercrítico mediante curva de remanso, y un cambio de régimen supercrítico a subcrítico mediante resalto hidráulico… estos cambios se producen en un ámbito muy cercano a los puntos de cambio de pendiente. En consecuencia, y para terminar la unidad, vamos a efectuar una interpolación total de todo el canal, pero dividiéndola en dos partes: un intervalo de 50m para obtener los resultados generales de todo el cauce y otro a 5m para observar en detalle los cambios de régimen.

Interpolación total Salvar el proyecto tal y como se encuentra en estos momentos… Seguidamente abrimos el Plan original “Simulación canal original” ya que la interpolación total la realizaremos en base a éste… Desde la ventana de edición de geometría, seleccionamos: -

Tools _____ XS Interpolation _____ Within a Reach

Una vez activados el River y el Reach, definimos la distancia máxima entre secciones, que será de 50m.

Guardamos esta geometróa como “Interpolacion total general”

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Y guardamos el nuevo Plan, al que llamamos “Simulacion interpolación total general”.

Una vez computados los cálculos tenemos los siguientes resultados:

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Este perfil se ajusta mucho más a la realidad que el que teníamos en el archivo de origen ya que se distinguen claramente los dos tramos subcríticos y el tramo central supercrítico, con su curva de remanso y su resalto hidráulico. En lo referente a los warnings, y como era de esperar, el programa sugiere la necesidad de más secciones desde la penúltima sección del primer tramo (RS3.05*) hasta la segunda del tercer tramo (RS1.9*)

Como hemos comentado anteriormente, y aplicando los criterios técnicos, se entiende que el comportamiento general del flujo es correcto con lo que no son necesarias más secciones adicionales. Ahora bien, como técnicos nos puede interesar estudiar más detalladamente los cambios de régimen… en ese caso vamos a realizar una nueva interpolación con secciones cada 5m.

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Accedemos a la ventana de XS Interpolation by Reach, primero borramos la interpolación existente y después le indicamos la distancia máxima entre secciones de 5m.

La densidad de secciones ahora es enorme ya que la geometría se compone de casi 600 secciones… Salvamos esta geometría como “Interpolacion total local”

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Si analizamos los resultados, vemos que en el perfil, respecto de la interpolación a 50, la única diferencia es que se acentúan tanto la curva de remanso como el resalto hidráulico en los cambios de régimen, acotándose su longitud de desarrollo…

Mientras que en el listado de avisos, la necesidad de más secciones adicionales que sugiere el programa se centra únicamente en las 3 primeras secciones de segundo tramos (de RS3 a RS2.985*) y en las 5 primeras secciones del tercer tramo (RS1.995* a RS1.975*)… Es decir, una longitud de 15m en el primer caso y de 20m en el segundo

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Se ha acotado mucho más las indefiniciones… pero que vienen generadas por el propio cambio de régimen porque: -

Es evidente que en el paso de subcrítico al crítico las variaciones del término cinético son muy grandes… y más cuando el cambio de pendiente es tan brusco…

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E igualmente en el resalto hidráulico donde previo al mismo hay un aumento progresivo de calado y una disminución del término cinético…

Así pues, con las interpolaciones realizadas se pude dar por concluída la caracterización hidráulica del canal del ejemplo.

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ANOTACIONES Y APUNTES

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ANOTACIONES Y APUNTES

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