UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CV - 1003 TALLER DE
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UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
CV - 1003 TALLER DE OBRAS HIDRAULICAS INFORME DEL LABORATORIO N°1 MACRO - RUGOSIDADES INTEGRANTES ALVA GALVEZ, DIEGO RENATO CAMACHO GARAY, CARLOS ALEXANDER CORDOVA LLANOS, MAURO AMANCIO GALINDO DE LA CRUZ, JOSE ANDRE OCHOA RABANAL, ALEXANDER
CICLO ACADEMICO 2015 – 01
PROFESOR ING. RUBEN MOGROVEJO GUTIÉRREZ
Lima – Perú 2015
LABORATORIO MACRORUGOSIDA – CALIBRACION MODELO FISICO Y MATEMATICO HEC-RAS– URP.2015.01 ING. RUBEN MOGROVEJO GUTIÉRREZ 1
LABORATORIO MACRORUGOSIDA – CALIBRACION MODELO FISICO Y MATEMATICO HEC-RAS– URP.2015.01 ING. RUBEN MOGROVEJO GUTIÉRREZ 2
ABSTRACT In this paper experimental data physical model (Artificial Canal) and the data obtained with the mathematical model Hec-Ras v4.1.0, to draw calibration curve correlating it is concluded that the slopes of the lines trend obtained are on the order of 10-20% regardless error for subcritical flow to a mixed flow. A report on the buildings that resemble the phenomenon studied was also developed.
RESUMEN En el presente trabajo se correlaciono los datos del modelo físico experimental (Canal Artificial) y los datos obtenidos con el modelo matemático Hec-Ras v4.1.0, al elaborar la curva de Calibración se llegó a la conclusión de que las pendientes de las líneas de tendencia obtenidas están en el orden de 10-20% de error independientemente para un flujo Sub-critico como para un flujo Mixto. También se elaboró un informe sobre las construcciones que se asemejan al fenómeno estudiado.
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Lista de Símbolos.
F, Número de Froude. R, Número de Reynolds. Rh, Radio Hidráulico. ds, Diámetro Característico del Sedimento. S, Pendiente. n, Coeficiente de Manning. ν, Viscosidad Cinemática del agua. Y, Tirante del canal. B, Ancho del Canal. V, Velocidad Media. Vs, Velocidad Superficial. g, Aceleración dela gravedad.
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Vocabulario.
Flujo; Movimiento de un fluido Canal; Construcción Destinada al transporte de fluidos ROB; Distancia del margen derecho entre secciones LOB; Distancia del margen izquierdo entre secciones Lecho; o cauce fluvial es la parte por donde discurren las aguas de un rio. Vórtices;
Flujo
turbulento
en
rotación
espiral
en
espiral,
concentración de esfuerzos Cauda;, Cantidad de agua que pasa por un rio es un tiempo determinado Estribo; o Contrafuerte parte del puente destinada a soportar las cargas y trasmitirlas al terreno Terramesh; Muro de suelo reforzado con geomallas, patente de Maccaferri.
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Lista de Figuras Figura. 1 Tipos de Flujo en Canales Abiertos (Richard H. 1988)............................10 Figura. 2 Elementos Geométricos de un canal abierto (Ven Te Chow 1984)........13 Figura. 3 Balance de Energía, (Hec-Ras V4.1.0)...................................................14 Figura. 4 Canal de pendiente Variable1................................................................17 Figura. 5 Canal de Pendiente Variable 2...............................................................17 Figura. 6 Laptop Toshiba Satellite........................................................................18 Figura. 7 Cronometro............................................................................................ 18 Figura. 8 Regla de Metal de 30 cm.......................................................................19 Figura. 9 Ladrillo usado para simular la macro rugosidad del lecho.....................19 Figura. 10 vista en planta del canal con los ladrillos colocados............................20 Figura. 11 Medición de tirantes...........................................................................21 Figura. 12 Formación de Vórtices en la zona de perturbación del flujo.................21 Figura. 13 Formación de Vórtices al final de la perturbación................................22 Figura. 14 Sección Típica I.................................................................................... 23 Figura. 15 Sección Típica II................................................................................... 23 Figura. 16 Calculo de cotas y distancias en Planta y perfil...................................24 Figura. 17 Calculo de Caudal................................................................................26 Figura. 18 Velocidad Media, NR, NF.......................................................................27 Figura. 19 Sección 1. Aguas abajo Flujo Sub- Critico Hec-Ras..............................28 Figura. 20 Sección intermedia 2.2 durante la perturbación. Flujo Sub-critico HecRas....................................................................................................................... 28 Figura. 21 Sección 3.2 Aguas arriba. Flujo Sub-critico Hec-Ras............................29 Figura. 22 Perfil de tirantes y línea de energía. Para flujo Sub-Critico..................29 Figura. 23 Perfil de Velocidades Flujo Sub- Crítico................................................30 Figura. 24 Tirantes en Flujo Subcritico..................................................................30 Figura. 25 Sección 1. Aguas abajo Flujo Mixto Hec-Ras........................................31 Figura. 26 Sección intermedia 2.2 durante la perturbación. Flujo Mixto Hec-Ras. 31 Figura. 27 Sección 3.2 Aguas arriba. Flujo Mixto Hec-Ras....................................32 Figura. 28 Perfil de tirantes y línea de energía. Para flujo Mixto...........................32 Figura. 29 Perfil de Velocidades Flujo Mixto..........................................................33 Figura. 30 Tirantes en Flujo Mixto.........................................................................33 Figura. 31 Tirantes -Primera Corrida-Sub-Critico..................................................34 Figura. 32 Curva de Calibracion1- Flujo-Sub-critico..............................................34 Figura. 33 Tirantes -Segunda Corrida-Sub-Critico.................................................35 Figura. 34 Curva de Calibracion2- Flujo-Sub-critico..............................................35 Figura. 35 Tirantes - Primera Corrida - F. Mixto.....................................................36 Figura. 36 Curva de Calibracion1 - Flujo Mixto.....................................................36 Figura. 37 Tirantes- Segunda Corrida - Flujo Mixto...............................................37
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Figura. 38 Curva de Calibracion2 - Flujo Mixto.....................................................37
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INDICE
I. INTRODUCCION:
8
II. OBJETIVOS
9
2.1 9
OBJETIVO PRINCIPAL
2.2 9
OBJETIVOS SECUNDARIOS
III.
MARCO TEORICO. 10
3.1 10
TIPOS DE FLUJO
3.2 12
ESTADO DEL FLUJO.
3.3 15
ECUACION DE ENERGIA
3.4 16
PERDIDAS DE ENERGIA.
3.5 17
LECHOS MACRO-RUGOSOS.
IV. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS.
18
V. PROCEDIMIENTO.
21
VI. 24
CALCULOS Y RESULTADOS.
5.1 24
CALCULOS CON LOS DATOS DEL MODELO FISICO (CANAL ARTIFICIAL).
5.2 PROCESAMIENTO DE LOS DATOS CON EL MODELO MATEMATICO HEC-RAS 29 5.3 CURVA DE CALIBRACION ENTRE EL MODELO FISICO Y EL MODELO MATEMATICO. 35
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VII. 39 VIII.
CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA
IX. 44
43 ANEXOS.
9.1CASO TERAMESH SYSTEM CENTRO POBLADO PAJONAL – AYACUCHO. EROSIÓN DEL AFLUENTE DEL RIO PAMPAS. 45 9.2 51
CASO DE PUENTES EN EL RIO RIMAC
EN LA CIUDAD DE LIMA
I. INTRODUCCION:
El presente laboratorio trata acerca de comparar los resultados del modelo físico (Canal Artificial) y el modelo matemático (HECRAS V4.1.0) y conocer el efecto que causan las obras hidráulicas al alterar el curso de un rio simulando un lecho macro rugoso. El Perú se ve afectado de manera periódica por un sistema de lluvias que de propiciarse de manera intensiva, generan las inundaciones del tipo fluvial, que es una amenaza para los taludes y con ello también para las carreteras, puentes, alcantarillas, gaviones y entre otras construcciones civiles afines a la ingeniería Civil - Hidráulica. Por ello es muy importante comprender la naturaleza de estos fenómenos, las teorías e hipótesis que fundamentan los cálculos que el ingeniero tendrá que hacer ante situaciones similares a la de la prueba realizada en el laboratorio, a su vez poder utilizar estas herramientas que hoy en la actualidad abundan como son los modelos matemáticos. Primero
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recordaremos algunos conceptos básicos e hipótesis abordados en los cursos anteriores, los cuales utilizaremos para desarrollar e interpretar este laboratorio. Luego hablaremos sobre la estructura y funcionamiento del modelo matemático Hec-Ras, comentaremos sobre los datos de entrada con los que alimentaremos este modelo.
Finalmente construiremos una curva en la cual
relacionaremos los resultados de los tirantes obtenidos en el modelo Físico y el modelo Matemático Hec-Ras para los dos tipos de caudales estudiados.
II. OBJETIVOS
2.1
OBJETIVO PRINCIPAL El presente Laboratorio Titulado Macro-Rugosidad tiene como objetivo establecer la relación que existe entre los resultados de los tirantes del modelo físico (Canal Artificial) y del Modelo matemático (Hec-Ras V4.1.0) representados en una curva de calibración.
2.2
OBJETIVOS SECUNDARIOS
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-
Comprobar el caudal medido por el Canal Artificial con el caudal hallado atravez de la ecuación de continuidad con el dato de velocidad superficial dado por el método del flotador.
-
Determinar los elementos geométricos, el régimen, el tipo de flujo que se presenta en el Canal.
-
Ingresar las geometrías, condiciones de contorno correctas para la simulación en el modelo Matemático Hec-Ras
-
Encontrar Situaciones en la vida real que se asemejen al modelo realizado en el laboratorio.
III. MARCO TEORICO.
3.1
En
TIPOS DE FLUJO
hidráulica
de
canales,
existen
dos
tipos
de
flujos
principalmente de acuerdo al cambio en la profundidad del flujo con respecto al tiempo y al espacio1 -
Flujo permanente o Flujo uniforme o Flujo variado
Flujo gradualmente variado
Flujo rápidamente variado
1 Ven T. (1984). Hidráulica de canales abiertos. Colombia. Numos.
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-
Flujo no permanente o Flujo uniforme no permanente o Flujo no permanente (es decir, flujo variado no permanente).
Flujo gradualmente variado no permanente
Flujo rápidamente variado no permanente
En el presente laboratorio tomaremos como hipótesis en primera instancia
para
el
modelamiento
en
Hec-Ras
que
el
comportamiento del flujo es permanente y uniforme, luego de esto se hará una segunda corrida con un flujo mixto, como el que se muestra en la figura N°1. Se puede apreciar en el grafico n°1 los diferentes tipos de flujo en canales abiertos2
2 Richard H. (1988). Hidráulica de canales abiertos. México D.F. Mc Graw-Hill
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Figura. 1 Tipos de Flujo en Canales Abiertos (Richard H. 1988)
3.2
ESTADO DEL FLUJO.
Recordamos
de
la
mecánica
de
fluidos
elemental
que
dependiendo de la magnitud de la proporción de las fuerzas de
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inercias
sobre
las
fuerzas
de
viscosidad
y
gravedad
respectivamente, el flujo puede ser clasificado de la siguiente forma. Número de Reynolds, el concepto fue introducido por George G. Stokes en 1851 pero fue difundido en (1883) por Osborne Reynolds y por ello lleva su nombre 3. Es un numero adimensional que relaciona las fuerzas de inercia sobre la viscosidad. R=
V∗L ν El valor de esta ecuación, estará caracterizada se acurdo a los siguientes rangos propuestos4 R ≤500 ; FLUJO LAMINAR
500 ≤ R ≤ 12500; FLUJO TRANSICIONAL 12500 ≤ R ; FLUJOTURBULENTO
Recordar que L, viene a ser la longitud característica, en nuestro caso por ser un canal abierto lo tomaremos como el radio hidráulico. La elección de la longitud característica es esencial pues de ello depende el valor que obtengamos, cuando se menciona el número de Reynolds debe señalarse la forma en la que queda definida la longitud característica 5 3 Wikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/Osborne_Reynolds. Consulta 4 de abril del 2015 4 Richard, H. (1988). Hidráulica de canales abiertos. México D.F. Mc Graw-Hill 5 Rocha, A. (2000). Hidráulica de tubería y Canales. Lima.
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Número de Froude. William Froude (1860), relaciona las fuerzas de gravedad y de inercia, este es un número adimensional y es muy importante entenderlo y determinar su valor, en este laboratorio se utilizara cuando definamos las condiciones de contorno en el modelo Hec-Ras. Dependiendo de la magnitud de la proporción, el flujo será clasificado como.
F=
V √ g∗L
F1 ; FLUJO SUPERCRITICO .
Nuevamente nos encontramos con el valor de la longitud característica “L”, en este caso será igual a la profundidad hidráulica determinada a partir del cuadro de elementos geométricos de un canal6 en la figura N°2. El número de froude nos dirá donde tenemos que ingresar las ecuaciones de contorno aguas arriba o aguas abajo dependiendo de la velocidad del flujo y la velocidad o celeridad que tendrá una onda cuando exista una perturbación en la superficie del canal.
6 Richard, H. (1988). Hidráulica de canales abiertos. México D.F. Mc Graw-Hill
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Figura. 2 Elementos Geométricos de un canal abierto (Ven Te Chow 1984)
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3.3
ECUACION DE ENERGIA
La ecuacion basica para la estimacion de energia de la posicion libre
del agua, en regimen permanente, es la del balance de
energia, esto es el trinomio de Bernoulli 7. El modelo Hec-Ras considera que la pendiente longitudinal del canal o rio es muy pequeña como para considerar que la componente vertical y la componente horizontal coincidan en un punto. Al considerar el regmen permanente y uniforme como se recordo lineas arriba, se acepta, que tanto la linea de energia como la pendiente de la superficie del agua y el fondo del canal o rio son paralelas, bajo dicha hipotesis,
en las condiciones de borde definidas en el
modelo Hec-Ras, la pendiente que se ingresa es la del fondo del canal.
7 Blade E. – Sánchez M. – Sánchez H. P. – Niñerola D. – Gómez M. (2009). Figura. 3 Balance de Energía, (Hec-Ras V4.1.0) Modelación numérica en ríos en régimen permanente y variable a partir del modelo Hec-Ras. Barcelona. UPC
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3.4
PERDIDAS DE ENERGIA.
Ecuación de Manning; Robert Manning (1889). El Modelo HecRas Calcula las pérdidas de carga a partir de la formula de Manning, para distintos tipos de materiales, en el laboratorio el canal está compuesto básicamente de Vidrio templado y de una plancha de acero en el fondo del canal, además de los ladrillos que se usaran para el modelo físico. En el capítulo de materiales se describirá las características de los materiales empleados 8. 2
1
1 V = R h3 S2 n
Coeficiente de contracción y expansión; Las pérdidas por contracción y expansión son calculadas por el Modelo Hec-Ras como muestra la siguiente ecuación9: α 2 V 22 α 1 V 12 hce =C [ − ] 2g 2g
El Modelo Hec-Ras asume que una contracción o expansión está ocurriendo cuando la altura aguas abajo es diferente que aguas 8 Richard, H. (1988). Hidráulica de canales abiertos. México D.F. Mc Graw-Hill 9 Rodríguez A. (2009). Determinación de la Capacidad Hidráulica del Canal Los Molinos Córdoba. Tesis Doctoral. Córdoba
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arriba y viceversa. Los coeficientes de contracción utilizados en el presente laboratorio, son 0.1 y 0.3 para expansión pues la contracción que ocurre es solo el 20 % del ancho del canal. 3.5
LECHOS MACRO-RUGOSOS.
Se denomina así, para lechosos gravosos con rugosidades relativas extremadamente altas. Este tipo de lechos se presenta, principalmente, en zonas montañosas de gran pendiente, donde la rugosidad relativa toma una valoración especial dado que se hace comparable el radió hidráulico con algún diámetro característico de sedimentos gruesos. El diámetro característico del sedimento grueso que genera la macro rugosidad es el de la coraza, sin embargo también es posible relacionarlo con algún diámetro característico de la granulometría integral del lecho 10. El límite que define un lecho macro-rugoso, depende de la rugosidad relativa, la cual se define como: Rugosidad Relativa=
ds Rh
Cuando la rugosidad Relativa es mayor o igual a 0.1, se define un lecho
macro-rugoso,
se
pueden
diferenciar
dos
efectos
dominantes que afectan a la resistencia hidráulica en este tipo de lechos: la resistencia friccional clásica que se refiere a la resistencia hidráulica producida por el sedimento del lecho propiamente tal, y una resistencia de forma que está asociada a distintos patrones de formas del lecho 10 Pastenes P. (2012). Diseño e implementación de software de acople a HecRas: Calculo de ejes hidráulicos en lechos macro rugosos. Chile.
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IV. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS.
Canal de pendiente Variable.
11
Figura. 4 Canal de pendiente Variable1
11 Galindo A. (2013). Informe de Laboratorio del Curso de Mecánica de Fluidos. Recopilación de Imágenes. Lima
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Figura. 5 Canal de Pendiente Variable 2
Laptop Toshiba Satellite.
Figura. 6 Laptop Toshiba Satellite
Cronometro
Figura. 7 Cronometro
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Regla de metal de 30 cm
Figura. 8 Regla de Metal de 30 cm
Wincha de 3 m Flotadores Pizarra acrílica Plumón Ladrillos de 6x10 cm2 de sección
Figura. 9 Ladrillo usado para simular la macro rugosidad del lecho.
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V. PROCEDIMIENTO. En
este
capítulo,
se
detallara
de
manera
resumida
el
procedimiento seguido para la realización del laboratorio. 1. Recolección y habilitación de los equipos a utilizar. 2. Establecer un Caudal para la primera corrida del canal y anotar el valor en los cuadros hechos previamente en la pizarra 3. Colocar
los
ladrillos
dentro
del
canal.
Figura. 10 vista en planta del canal con los ladrillos colocados.
4. Esperar
que
el
flujo
transversales a tomar.
se
estabilice,
colocar
las
secciones
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5. Para asegurar que el caudal es el medido, verificamos por el método del flotador visto en los cursos anteriores. 6. Una vez estabilizado el flujo medir los tirantes en las secciones puestas para el estudio.
Figura. 11 Medición de tirantes
7. Anotar los valores observados. 8. Observar el efecto que se en el canal debido a la interrupción del flujo por los ladrillos, comentar lo que sucede con el profesor.
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Figura. 12 Formación de Vórtices en la zona de perturbación del flujo
Figura. 13 Formación de Vórtices al final de la perturbación.
9. Hacer preguntas al respecto. 10. Una vez anotado los valores, repetir desde el punto 2 con un caudal diferente al anterior. 11. Preguntas al profesor.
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VI. CALCULOS Y RESULTADOS.
5.1
CALCULOS CON LOS DATOS DEL MODELO FISICO (CANAL ARTIFICIAL).
Con ayuda del Excel determinamos las características, geométricas del canal y de sus correspondientes secciones típicas, así como el número de froude el número de Reynolds, comprobamos el valor de caudal con el método del flotador.
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Secciones típicas y dimensiones.
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Figura. 15 Sección Típica I
Figura. 14 Sección Típica II
Nota: la dirección del flujo es entrando en la figura perpendicular a la sección. Calculo de distancias y cotas.
Figura. 16 Calculo de cotas y distancias en Planta y perfil
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Secciones
PERFIL LONGITUDINAL DEL CANAL SECCIO NES FONDO DEL CANAL Y Z
TRAMOS
Y parc
Y acum
Z ground
Z top
1
2
3
4
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0 15
0 0.0319
TOP CANAL Y Z 0 0.45 15 0.482
1 1.1 1.2 2 2.1 2.2 2.3 2.4 3 3.1 3.2
0.0000 3.1950 1.5000 1.5000 0.6500 0.6500 0.6500 0.6500 1.5000 1.5000 3.1950
0.0000 3.1950 4.6950 6.1950 6.8450 7.4950 8.1450 8.7950 10.2950 11.7950 14.9900
0.0000 0.0068 0.0100 0.0132 0.0146 0.0160 0.0173 0.0187 0.0219 0.0251 0.0319
0.4500 0.4568 0.4600 0.4632 0.4646 0.4660 0.4673 0.4687 0.4719 0.4751 0.4819
ROB -0.05 -0.0500 -0.0500 -0.0500 -0.0500 -0.0500 -0.0500 -0.0500 -0.0500 -0.0500 -0.0500
LOB
PLANT A RO B Y 0 15 0
SECCIO NES X 0.00 0.00 -0.03
TRAMOS 1 1.1 1.2
15
-0.03
LOB Y 0 15 0 15
X 0.30 0.30 0.33 0.33
2 2.1 2.2 2.3 2.4 3 3.1 3.2
Y parc 0 3.195 1.5 1.5 0.65 0.65 0.65 0.65 1.5 1.5 3.195
Y acum 0 3.195 4.695 6.195 6.845 7.495 8.145 8.795 10.295 11.795 14.99
0.35 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350
0.4500 0.4568 0.4600 0.4632 0.4646 0.4660 0.4673 0.4687 0.4719 0.4751 0.4819
0.4500 0.4568 0.4600 0.4632 0.4646 0.4660 0.4673 0.4687 0.4719 0.4751 0.4819
0.0000 0.0068 0.0100 0.0132 0.0146 0.0160 0.0173 0.0187 0.0219 0.0251 0.0319
0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03
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SECCION 1.2
SECCION 1.1
SECCION 1
SECCION 2
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SECCION 2.3
SECCION 2.4
SECCION 2.1
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SECCION 3.2
SECCION 3.1
Calculo del caudal
SECCION 3
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Figura. 17 Calculo de Caudal
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Velocidad, elementos geométricos, numero de Reynolds y numero fe froude
Figura. 18 Velocidad Media, NR, NF.
Nota: una vez conocido los tipos de flujo que se presentan, podemos entrar con un buen juicio al modelo HEC RAS.
5.2
PROCESAMIENTO DE LOS DATOS CON EL MODELO MATEMATICO HEC-RAS
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Para flujo Sub-critico. Secciones:
Figura. 19 Sección 1. Aguas abajo Flujo Sub- Critico Hec-Ras
Figura. 20 Sección intermedia 2.2 durante la perturbación. Flujo Sub-critico Hec-Ras
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Figura. 21 Sección 3.2 Aguas arriba. Flujo Sub-critico Hec-Ras
Perfil de tirante y línea de energía:
Figura. 22 Perfil de tirantes y línea de energía. Para flujo Sub-Critico
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Perfil de Velocidades:
Figura. 23 Perfil de Velocidades Flujo Sub- Crítico
Figura. 24 Tirantes en Flujo Subcritico
Para flujo Mixto.
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Secciones:
Figura. 25 Sección 1. Aguas abajo Flujo Mixto Hec-Ras
Figura. 26 Sección intermedia 2.2 durante la perturbación. Flujo Mixto Hec-Ras
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Figura. 27 Sección 3.2 Aguas arriba. Flujo Mixto Hec-Ras
Perfil de tirante y línea de energía:
Figura. 28 Perfil de tirantes y línea de energía. Para flujo Mixto
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Perfil de Velocidades:
Figura. 29 Perfil de Velocidades Flujo Mixto
Figura. 30 Tirantes en Flujo Mixto
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5.3
CURVA DE CALIBRACION ENTRE EL MODELO FISICO Y EL MODELO MATEMATICO.
Tirantes Considerados para un flujo Sub-Critico.
Figura. 31 Tirantes -Primera Corrida-Sub-Critico
PRIMERA CORRIDA - Flujo Sub-critico f(x) = 1.12x - 0.01 R² = 0.21
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Figura. 32 Curva de Calibracion1- Flujo-Sub-critico
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Figura. 33 Tirantes -Segunda Corrida-Sub-Critico
SEGUNDA CORRIDA - Flujo Sub-critico
f(x) = 0.82x + 0.01 R² = 0.54
Tirantes considerados para un flujo mixto
Figura. 34 Curva de Calibracion2- Flujo-Sub-critico
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Figura. 35 Tirantes - Primera Corrida - F. Mixto
PRIMERA CORRIDA - flujo Mixto f(x) = 1.12x - 0.01 R² = 0.21
Figura. 36 Curva de Calibracion1 - Flujo Mixto
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Figura. 37 Tirantes- Segunda Corrida - Flujo Mixto
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Figura. 38 Curva de Calibracion2 - Flujo Mixto
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SEGUNDA CORRIDA - Flujo Mixto
f(x) = 0.84x + 0.01 R² = 0.51
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VII.
CONCLUSIONES
o Se puede apreciar de los perfiles del Modelo de Hec-Ras que las líneas de Energía, son casi paralelas. o Al analizar las formulas por cada sección para el numero de Froude, en la mayoría del tramo se produce un flujo sub-crítico y
las condiciones de borde se establecen
aguas abajo, o Sin embargo al correr el programa cómo si se presentara un flujo mixto las similitud de los resultados están muy cerca en el orden de 1 x 10^-3 mm de diferencia. o El modelo Hec ras nos da resultados son 2 decimales, ahí hay un problema puesto que está redondeando las cantidades y esto hace que la comparación de las curvas de calibración salgan erradas, puesto que el las dimensiones tomadas están en el orden de 0.001cm o Sobre el Coeficiente de Rugosidad de Manning, el laboratorio de Hidráulica no tiene un mantenimiento constante por ello puede que el dato de este altere un poco los resultados. Sobre todo el del fondo del canal y los metales que hay en las uniones de cada tramo.
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o Se aprecia además que el caudal leído en el canal varía entre 2- 3 litros/seg de error. En comparación al que calculamos con el método del flotador. El canal esta des calibrado. o
Al considerar un flujo Sub-critico la pendiente de la línea de tendencia generada para el primer caudal de 0.0079 m3/seg fue de 1.1. y para el otro caudal de 0.0099 m3/seg fue de 0.82.
o Al considerar un flujo Mixto las pendientes salieron similares a las del caso Sub-critico. Para el caudal de 0.0079 m3/seg fue de 1.1 y para 0.0099 m3/seg fue de 0.824. o En el modelo físico los ladrillos, se podría decir que estaban separados a 1mm del canal con lo que el agua penetraba y se podía ver que circulaba detrás de los ladrillos. A pesar de no tener algún efecto notorio en los resultados, en un modelo a gran escala podría ser un problema. o Si se hubiese aumentado más el caudal posiblemente las concentración de esfuerzos que se generaba al inicio de la perturbación podría haber levantado el ladrillo y sacarlo de su lugar. o Los vórtices que se generaban en el canal es un claro efecto de lo que puede suceder si se estrangula el cauce de un rio si este rio llevara sedimentos como en la mayoría de casos, esa parte se sedimentaria generando
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así mayor desviación del curso del rio. Y dañando la parte opuesta, posiblemente erosionándola. o En todas la secciones calculadas el cálculo de la Rugosidad Relativa, supera el 0.1 se considera un lecho macro rugoso por la presencia de los ladrillo. o Al ingresar la pendiente del terreno en las condiciones de contorno parecería ilógico sin embargo tiene sentido pues, estamos asumiendo la hipótesis de que tanto la línea de energía como la superficie de agua y el fondo del canal son paralelos por ende tendrán la misma pendiente. Que no sería el caso en un flujo no uniforme o En la figura 10 Podemos observar el transporte de fluido que tiene una dirección hacia las paredes del canal, el cual ocasionara erosiones y fisuras a la pared, en este caso en nuestro experimento el canal es muy estrecho, en la realidad para que no ocurra este comportamiento se deberá de optimizar en el diseño el ancho del canal para un mejor comportamiento del fluido, además se observa que en las uniones de los adoquines hay vacíos que con el rebote del fluido de la pared del canal se forma un flujo en forma de (V), esto se debe a que las uniones no están selladas, ocasionando turbulencia y más erosión en las paredes
o En la figuraN°12 utilizamos la mano como pilote y observamos cómo se comporta el fluido, vemos que el
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flujo tiene una dirección hacia las paredes, el cual forma campanas en las paredes ocasionando erosiones
VIII.
BIBLIOGRAFIA
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o Ven T. (1984). Hidráulica de canales abiertos. Colombia. Numos. o Richard H. (1988). Hidráulica de canales abiertos. México D.F. Mc Graw-Hill o Rocha, A. (2000). Hidráulica de tubería y Canales. Lima. o Wikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/Osborne_Reynolds. Consulta 4 de abril del 2015 o Blade E. – Sánchez M. – Sánchez H. P. – Niñerola D. – Gómez M. (2009). Modelación numérica en ríos en régimen permanente y variable a partir del modelo HecRas. Barcelona. UPC o Rodríguez A. (2009). Determinación de la Capacidad Hidráulica del Canal Los Molinos Córdoba. Tesis Doctoral. Córdoba o Pastenes P. (2012). Diseño e implementación de software de acople a Hec-Ras: Calculo de ejes hidráulicos en lechos macro rugosos. Chile. o Galindo A. (2013). Informe de Laboratorio del Curso de Mecánica de Fluidos. Recopilación de Imágenes. Lima
IX.Anexos. En este capítulo Presentaremos obras realizadas donde se ve la aplicación de este laboratorio, por ejemplo, Puentes, Gaviones, Terramesh System. Que al ser colocadas en el curso de un rio
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alteran el flujo y por ello se debe estudiar y comprender los efectos que se producirán con dichas estructuras.
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9.1
CASO TERAMESH SYSTEM Centro Poblado Pajonal – Ayacucho. Erosión del Afluente del Rio Pampas.
Antecedentes: La carretera Ayacucho - Abancay tramo III presentaba un problema de erosión de talud de una calzada en el km. 120+920.Centro poblado de Pajonal. Y la solución A este Problema Fue construir un Muro de Suelo reforzado Que estaría poyado en el lecho del Afluente del rio Pampas.
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Figura. 39 Plano vista en planta del terramesh Ayacucho km 120+090
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9.2
CASO DE PUENTES EN EL RIO RIMAC LA CIUDAD DE LIMA
EN
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Antecedentes. Se mostrara la vista del Puente Trujillo y su estado Actual, la erosión del enrocado que protege los estribos de Puente Nuevo, Así como nuevos puentes que se están construyendo ahora en el Rio Rímac El puente Trujillo, Fue construido en 1610 por el arquitecto peruano Juan del Corral. El estado del puente se ha visto afectado por na nueva construcción del proyecto Rio verde. A Continuación se muestra las fotografías.
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Erosión del enrocado en Puente nuevo debido a la fuerte corriente desviada por los sedimentos del rio ubicada el centro del puente.
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Puente Santa Rosa. Lima El puente tiene los pilares enterrados en el Rio Rímac, se presentó problemas al plantear el proyecto rio verde pues los pilares del puente estaban pilotados y al construir el túnel habría que mover y re cimentar los pilares. Este es el estado Actual del puente Santa Rosa.
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Al colocar los pilares de un puente dentro del Rio se debe calcular bien la socavación que se producirá, este elemento altera el cauce del rio por ello se colocan enrocados en las riveras para soportar los esfuerzos desviados por el pilar
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Observamos que el pilote tiene un diseño ovalado que corta el flujo, ocasionando que cambie su dirección esto hace que forme campanas en las laderas y se produzca una erosión como se ve en la fotografía.
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9.3
IMÁGENES Y VISTAS ADICIONALES.
Modelo BIM del Canal.
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