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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

DOCENTE: Mg. Ingº Cáceres Santín, Enrique Daniel RESPONSABLES: Baldera Velásquez, Ricardo (105513-I) Llatas Cancino, Dahlberg (101950-E) Torres García, Darwin (102323-D) Vásquez Ordoñez, Ana Rosa (102360-G) GRUPO HORARIO: 16 A FECHA DE ENTREGA: 23 / 04 / 2013

GRUPO N° 05

MODELACION NUMERICA

MECANICA DE FLUIDOS II

INDICE

Introducción…………………………………………………………………..….2 I.

Modelación numérica……………………………………………………3

II.

Aplicación de los modelos numéricos………………………………..…4

III.

Tipos de modelos numéricos …………………………………………...5 1. Modelos Unidimensional………………………………………..…..5 2. Modelo Bidimensional…………………………………………...….6 3. Modelo Tridimensional……………………………………………...7

IV.

Clases de modelos numéricos………………………………………..…7

V.

Modelo numérico vs modelo físico……………………………………..8

VI.

Algunos modelos numéricos………………………………………..….10

VII.

HEC-RAS………………………………………………………………...22

Conclusiones………………………………………………………………..….46 Recomendaciones…………………………………………………………...…46 Bibliografía………………………………………………………………….......47

.

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MODELACION NUMERICA

MECANICA DE FLUIDOS II

INTRODUCCION

Los cálculos a mano y a papel ha sido un gran desafío para los ingenieros ancestrales, pues esto ha permitido que ellos utilicen sus conocimientos intuitivos, experimentales, además medios naturales y todo lo que ha tenido en disposición; y esto no solo en los ingenieros sino que así ha ido evolucionando el conocimiento del ser humado y creemos que la experiencia ha ayudado a que este se perfeccione aún más encontrando nuevos conocimientos científicos. Debido a que la computadora ha ido evolucionando cada vez más y por el gran poder del cómputo actualmente disponemos de grandes ventajas para poder llevar a cabo muchos proyectos y aborda cada día grandes desafíos más ambiciosos en la solución de nuevos problemas, donde los aspectos políticos, económicos, científicos o tecnológicos tienen un mayor impacto en la mejora de la calidad de vida del hombre. Encontramos así aplicaciones de los métodos numéricos en los ámbitos más diversos desde sectores tecnológicos tan clásicos como la ingeniería estructural o la aerodinámica de aviones, hasta aplicaciones más sofisticadas.

En la actualidad, gracias a la gran evolución que han tenido los métodos numéricos y su implementación en potentes computadoras, es posible, por ejemplo, modelar una presa, resolviendo en cada caso sistemas algebraicos de ecuaciones con varios cientos de miles (a veces de millones) de incógnitas.

Es por ello que en este trabajo trataremos de implementar nuestros conocimientos para ayudar a nuestra rama de la ingeniería civil en la evolución de nuestros conocimientos, dando más ahínco en la modelación numérica debido a que la modelación física nos saldría mucho más costoso; además tenemos que recalcar que la finalidad es ayudar en la solución de los problemas y mejorar nuestros conocimientos y no sistematizarnos, dejando de lado los cálculos manuales pues estos son la base de que la sistematización evolucione, esto es un gran problema de muchos pues dejan de lado sus conocimientos y solo se apoyan en los software.

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I.

MECANICA DE FLUIDOS II

MODELACIÓN NUMÉRICA

El modelado numérico o modelación numérica es una técnica basada en el cálculo numérico, utilizada en muchos campos de estudio como en ingeniería o ciencia para poder evaluar y entender la dinámica de un medio natural, simulándose computacionalmente las condiciones físicas del mismo, permitiendo evaluar alternativas preventivas y correctivas para estudios técnicos, científicos y ambientales.

Si el cálculo de las ecuaciones que representan el modelo propuesto es capaz de ajustar las observaciones, entonces se habla de un modelo consistente con las mismas, y se dice también que el modelo numérico que confirma las hipótesis; si el cálculo no permite en ningún caso reproducir las observaciones, se habla de un modelo inconsistente con los datos y que refuta el modelo conceptual.

MODELAMIENTO NUMÉRICO DE LA EROSIÓN LOCAL DE UN PILAR

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II.

MECANICA DE FLUIDOS II

APLICACIONES de los modelos numéricos

Debido al rápido desarrollo de las ciencias informáticas, la aplicación de los modelos numéricos se ha extendido en casi todas las áreas de la ciencia, convirtiéndose en una herramienta importante de análisis de los procesos y fenómenos a estudiar. De esta manera en la actualidad la mayor parte de los países complementan los estudios tradicionales con la aplicación de la modelación numérica. Los primeros modelos numéricos se desarrollaron exclusivamente para resolver un problema particular, generalmente de flujo agua. Actualmente los modelos son genéricos con capacidad para resolver una gama de condiciones de flujo similares, con módulos adicionales para resolver otros fenómenos como transporte de sedimentos, dispersión de contaminantes, calidad de agua e inclusive modelación de hábitat de peces u otras criaturas acuáticas. Entre sus principales características tenemos las siguientes: • Permite hacer un diagnóstico y pronóstico de los procesos que se van a estudiar a un costo mucho menor que otras técnicas de estudio, como por ejemplo el empleo de modelos físicos reducidos. • Permite el estudio de un determinado proceso o fenómeno aislando cada uno de los factores que intervienen en él. • Permite la definición de escenarios tanto reales como hipotéticos para su análisis y toma de decisiones.

MODELAMIENTO NUMÉRICO DEL RÍO TUMBES

III.

TIPOS DE MODELOS NUMÉRICOS

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1. MODELOS UNIDIMENSIONALES En los modelos unidimensionales se asume que una de las dimensiones prevalece sobre las otras dos. Esta dimensión es la longitudinal a lo largo del eje del río o canal. La información topográfica e hidráulica se introduce mediante secciones transversales, en las cuales se calculan el tirante y velocidad promedios en toda la sección transversal. Características:  Solo consideran el eje longitudinal del canal o flujo de agua como dimensión principal  Dicho eje es caracterizado por secciones transversales espaciales razonablemente  El resultado de velocidad es el promedio para toda la sección transversal  Los niveles de agua son únicos para toda la sección  Cada sección transversal está caracterizada por su geometría y rugosidad  El flujo es perpendicular a la sección Aplicaciones:  Calculo del nivel de agua en tramos largos(L>20B) de ríos y canales  Modelación de puentes, cálculo de erosión local en puentes  Modelación de diques, alcantarillas y compuertas

MODELAMIENTO NUMÉRICO DE UN RIO: PERFIL LONGITUDINAL CON SECCIONES TRANSVERSALES 2. MODELOS BIDIMENSIONALES Los modelos bidimensionales consideran las variaciones en las dos dimensiones del ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

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plano horizontal. Estos modelos son especialmente útiles en flujos muy extendidos (como estuarios, lagos, etc.) donde la variación vertical de velocidad es pequeña, por eso suelen llamarse modelos de aguas someras o poco profundas. Estrictamente no son aplicables a casos en que la variación vertical de la velocidad es apreciable, como por ejemplo el flujo sobre un vertedero. Características:  Representan una buena aproximación si el flujo es verticalmente homogéneo  Las velocidades del flujo modelado son los promedios de las velocidades en la vertical Vx Vy; y la componente Vz es nula  En una sección pueden haber flujos en diferentes direcciones, por lo tanto son capaces de generar vórtices  En cada nodo se determinan: el nivel del agua, las componentes Vx y Vy de la velocidad.  Cantidad de datos: topográfico (nivel del terreno), rugosidad, etc.  Algunos modelos son capaces de generar líneas de corriente del flujo modelado

MODELACIÓN NUMÉRICA BIDIMENSIONAL: VÓRTICES

3. MODELOS TRIDIMENSIONALES Los modelos tridimensionales representan el estado más avanzado de la modelación. Estos modelos son capaces de calcular las tres componentes espaciales ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

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de la velocidad, y por tanto aplicables a cualquier caso práctico. Características:  Son de particular interés cuando el campo de flujo horizontal muestra una variación significante en la dirección vertical. Y no es válido suponer que Vz es nula.  Puede llevar a cabo simulaciones de flujo, transporte de sedimentos, olas, calidad de agua, morfológicos de lecho y estudios de impacto ambiental.  La cantidad de datos aumenta puesto que la malla se genera en el espacio.  Los resultados pueden estudiarse de manera analítica y gráfica. Esta última opción te da una idea más completa del fenómeno en estudio.

MODELACIÓN NUMÉRICA TRIDIMENSIONAL: VERTEDERO

IV.

CLASES DE MODELOS NUMERICOS

Existen múltiples tipos de modelos para representar la realidad. Algunos de ellos son: • Dinámicos: Utilizados para representar sistemas cuyo estado varía con el tiempo. • Estáticos: Utilizados para representar sistemas cuyo estado es invariable a través del tiempo. • Matemáticos: Representan la realidad en forma abstracta de muy diversas maneras. • Físicos: Son aquellos en que la realidad es representada por algo tangible, construido en escala o que por lo menos se comporta en forma análoga a esa

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realidad (maquetas, prototipos, modelos analógicos, etc.). • Analíticos: La realidad se representa por fórmulas matemáticas. Estudiar el sistema consiste en operar con esas fórmulas matemáticas (resolución de ecuaciones). • Numéricos: Se tiene el comportamiento numérico de las variables intervinientes. No se obtiene ninguna solución analítica. • Continuos: Representan sistemas cuyos cambios de estado son graduales. Las variables intervinientes son continuas. • Discretos: Representan sistemas cuyos cambios de estado son de a saltos. Las variables varían en forma discontinua. • Determinísticos: Son modelos cuya solución para determinadas condiciones es única y siempre la misma. • Estocásticos: Representan sistemas donde los hechos suceden al azar, lo cual no es repetitivo. No se puede asegurar cuáles acciones ocurren en un determinado instante. Se conoce la probabilidad de ocurrencia y su distribución probabilística. (Por ejemplo, llega una persona cada 20 ± 10 segundos, con una distribución equiprobable dentro del intervalo).

V.

MODELO NUMERICO VS MODELO FISICO

Los modelos se clasifican en físicos, analógicos, numéricos e híbridos; pero solo estudiaremos los modelos físicos y numéricos a) MODELOS FÍSICOS: Los modelos físicos representan el sistema físicamente a escala o bajo circunstancias específicas.  Los modelos físicos son muy buenos para estudiar erosión local; pero no erosión general pues esta demanda modelar grandes extensiones. Los modelos físicos suelen modelar bien el transporte de fondo, pues se trata de material grueso; pero por razones de escala tienen limitaciones para modelar correctamente el transporte en suspensión de la fracción más fina del sedimento, para lo cual ya hay modelos numéricos bastante desarrollados.  Los modelos físicos aún seguirán prestando servicio durante varios años, pero cada vez en forma más restringida, según los modelos numéricos se vayan desarrollando.

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b) MODELOS NUMÉRICOS: Los modelos numéricos consisten en la recreación de un proceso natural en intervalos discretos de tiempo, mediante la utilización de modelos matemáticos que reflejan propiedades relevantes del fenómeno en cuestión.  Los modelos numéricos resuelven ecuaciones matemáticas que describen el fenómeno en estudio; sin embargo, en muchos problemas tales ecuaciones no están disponibles o no hay consenso general sobre su uso. El transporte de sedimento es un ejemplo, distintas ecuaciones proporcionan resultados muy diferentes, un modelo numérico dará también resultados disímiles según la fórmula que emplee, dejando a la decisión subjetiva del usuario la elección de cual adoptar. En el siguiente cuadro se resume el proceso de desarrollo en la solución de un problema, con la ayuda de la modelación hidráulica, sea esta física o numérica, lo que permite resaltar las diferencias fundamentales entre los dos tipos. MODELO FÍSICO 1 2 3 4 5 6 7

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MODELO NUMÉRICO

Definición del problema. Identificación de las fuerzas actuantes esenciales. Definición de los objetivos del tratamiento experimental Definición de los criterios de Definición del sistema de ecuaciones similitud dinámica total y restringida Formulación de las condiciones de borde o de contorno Desarrollo del esquema para la solución numérica Calibración del modelo utilizado Variación de la rugosidad Variación de los coeficientes

Construcción del modelo

Mediciones → Solución

Cálculos → Solución

Optimización de la solución conforme a los objetivos del modelo Variantes en los datos de entrada / Variantes constructivas en el modelo iniciales Cálculo para las condiciones reales del prototipo y comprobación de los resultados

El siguiente cuadro muestra los factores limitantes más relevantes en el proceso de selección del tipo de modelo:

MODELO FÍSICO

MODELO NUMERICO

RESTRICCIONES PRINCIPALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

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Tamaño del modelo (laboratorio). Capacidad de almacenamiento de datos. Caudal (estación de bombeo). Velocidad de procesamiento. Línea de energía (niveles de tanques Disponibilidad de esquema de solución elevados). numérica. Leyes de similitud dinámica Hipótesis o modelo de turbulencia. RESTRICCIONES PRACTICAS Escala mínima del modelo (tensión En el caso de ecuaciones simplificadas: superficial, viscosidad, rugosidad del precisión de la aproximación y contorno). disponibilidad de coeficientes o factores. Expansión del modelo (limitación Posibilidad de solución en las variaciones superior). de tiempo y de espacio (limitación Métodos de medición y de inferior). adquisición de datos. Estabilidad numérica y convergencia del Disponibilidad de condiciones de esquema de solución. contorno y/o iniciales Disponibilidad condiciones de contorno y /o iniciales.

VI.

ALGUNOS MODELOS NUMERICOS

HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center-River Analysis System) Este “Sistema de Análisis de Ríos” es un modelo numérico para flujo unidimensional impermanente, sin transporte de sedimentos y con capacidad para trabajar con flujos mixtos subcrítico y supercrítico.

Mediante el número de Froude se clasifica si el flujo es subcrítico (F1) o crítico (F=1).

Puede modelar estructuras fluviales como diques, Estos están gobernados por puentes, alcantarillas y barajes. La erosión local en pilares los efectos de la viscosidad de puentes puede ser calculado mediante los y gravedad relativa a las procedimientos recomendados por la Administración fuerzas de inercia del flujo. Federal de Carreteras (Federal HighWay Administration: 𝑢 𝑢 𝐹= = FHWA) de Estados Unidos. Este modelo es muy simple de 𝑐𝑟𝑑 𝑔. 𝑑 aprender. Fue aplicado en 1998 después del Fenómeno de El Niño de ese año, para los cálculos hidráulicos necesarios para la reconstrucción de los puentes colapsados en la ciudad de Piura. Se ha empleado para cálculos de largos tramos encauzados del río Piura debido a su gran rapidez y es de uso corriente en diseños de estructuras menores como alcantarillas. Sin embargo, sus principales limitaciones son asumir lecho rígido y flujo unidireccional, por lo que debe ser aplicado con cautela en ríos aluviales muy erosionables; en estos casos puede ser recomendable recurrir a otro tipo de modelo más sofisticado. Este programa está disponible en forma gratuita en la página web del USACE.

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BRI-STARS, (BRIdge-Stream Tube Aluvial River System) El “Sistema de Ríos Aluviales Mediante Tubos de Corrientes para Puentes” es un modelo de tubos de corriente con capacidad para simular las variaciones del lecho en los ríos para los cuales el sedimento y los datos hidráulicos son limitados. Usar los tubos de corriente permite calcular la variación lateral y longitudinal de condiciones hidráulicas, así como la actividad del sedimento en las varias secciones transversales a lo largo del alcance del estudio. El objetivo del modelo es simular problemas complicados del transporte de sedimento, para los cuales hay interacción entre la mezcla del agua-sedimento que fluye y los límites aluviales del cauce del río. Para lograr este propósito, los cálculos del perfil de la superficie del agua y otras variables hidráulicas en régimen supercrítico, subcrítico y combinaciones de ambas condiciones, se debe realizar en forma continua (Molinas 2000). El acorazamiento del lecho y su ruptura está también incorporado. El programa es semibidimensional con la tercera dimensión, la profundidad, incorporado en forma intrínseca en los cálculos. Como tal, tiene las limitaciones básicas de todo programa de dos dimensiones: los flujos secundarios no pueden ser simulados. El cauce se divide en un número preseleccionado de tubos. La elevación del lecho en cada tubo de corriente puede variar verticalmente, hacia arriba (sedimentación) o hacia abajo (erosión), dependiendo de las condiciones del flujo. Consecuentemente, mientras que una sección de canal puede estar erosionándose, otra sección puede estar sedimentando. Como modelo de lecho móvil, el programa se puede aplicar al transporte de agua sedimento a través de los cauces naturales del río. El uso de los tubos de corriente permite la variación de la condiciones y de la actividad hidráulicas del sedimento no solamente en la dirección longitudinal, sino también en la dirección lateral. Debido a que los cambios de la elevación del lecho no se promedian en toda la sección como en modelos unidimensionales, se logra simular una erosión o sedimentación más realista del cauce. BRI-STARS es un ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

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programa sorprendentemente potente, hay sido el único capaz de reproducir con razonable precisión la erosión medida en el río Piura durante el paso de las avenidas de 1983 y 1998. Sin embargo, el cálculo en lecho móvil exige que el usuario ingrese ciertos valores (fórmula a emplear, espesor de capa activa) que sólo pueden determinarse con precisión mediante calibración del modelo contra datos observados, lo cual no siempre está disponible. Este programa está disponible en forma gratuita en la página web del FHWA. RMA-2. Es un modelo hidrodinámico bidimensional promediado en profundidad mediante elementos finitos (King 1996). Calcula los niveles de agua y las componentes de la velocidad en el plano horizontal, para flujo subcríticos con superficie libre.

FESWMS-2DH (Finite Element Surface-Water Modeling System). Es un modelo en elementos finitos de flujo bidimensional en el plano horizontal desarrollado por el FHWA, para la modelación de condiciones hidráulicas complejas en estructuras hidráulicas de cruce de carreteras, como puentes y alcantarillas, donde el análisis convencional basado en cálculos unidimensionales no proporciona suficiente nivel de detalle para los objetivos del estudio (Froelich 1998). El modelo puede simular el flujo bajo puentes y alcantarillas, pero también por encima del terraplén de la carretera en caso de avenidas extraordinarias. Este modelo fue especialmente útil para modelar el río Tumbes en su cruce con la carretera Panamericana, pues en esta zona el ancho de inundación bordea los 4 km dando lugar a un patrón bidimensional de aguas someras, con flujo a través de 4 puentes y varias alcantarillas, el cual fue imposible de modelar con HEC-RAS. Este programa está disponible en forma gratuita en la página web del FHWA.

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AQUADYN AquaDyn es un modelo hidrodinámico de gran alcance y de fácil uso para la simulación de los recursos de agua, factor de riesgo, y estudios de impacto. AquaDyn permite la descripción y el análisis completo de condiciones hidrodinámicas (caudales y niveles de agua) de canales abiertos tales como ríos, lagos, o estuarios. Los ingenieros especialistas y los responsables pueden utilizar los módulos especializados de la simulación de AquaDyn para predecir impactos en condiciones particulares del flujo del agua. Por ejemplo, AquaDyn proporciona una manera confiable de pronosticar las consecuencias de diversas actividades tales como construcción de diques, embarcaderos de los puentes, y terraplenes. AquaDyn puede modelar flujo permanente e impermanente, tanto para régimen crítico o supercrítico y por lo tanto permiten que el usuario considere y estudie los efectos de vertederos, de contracciones, y de ondas de marea. La licencia de uso cuesta US$ 1975 AQUASEA Este software corre en entorno de Windows y es de gran alcance y fácil uso. Utiliza el método de elementos finitos como método de solución para simular problemas de marea en flujos de ríos, estuarios y en áreas costeras. Además puede simular problemas en la circulación de agua en lagos y problemas que implican transporte de sedimentos suspendidos. AQUASEA contiene un modelo hidrodinámico de flujo y un modelo de transporte-dispersión. El programa puede simular variaciones de flujos y de nivel de agua en respuesta a varias funciones que gobiernan en los ríos, lagos, estuarios, bahías y áreas costeras. El modelo de transporte-dispersión simula la separación de una sustancia en el ambiente bajo influencia del flujo fluido y de los procesos existentes de la dispersión. La sustancia puede ser un agente contaminador de cualquier sal buena, conservadora o no conservadora, inorgánica u orgánica, sedimento suspendido, oxígeno disuelto, fósforo inorgánico, nitrógeno y de otros. Su costo es de US$ 1800.

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HEC-2 El Módulo de Interfaz de HEC-2 proporciona una interfaz a modo de AutoCAD para uso del motor de cálculo de perfiles de la superficie del agua. El Módulo de Interfaz de HEC-2 incluye un motor de cálculo de HEC-2 y suministra todas las herramientas para crear el modelo del perfil de la superficie del agua. BOSS CAD permite al usuario cambiar entre HEC-2 y HEC-RAS, o viceversa, rápidamente. El motor de cálculo de HEC-2 es un modelo bidimensional, para estado de flujo gradualmente variado y constante. Pueden calcularse por separado los perfiles subcríticos y supercríticos. El modelo puede tener en cuenta el remanso creado por puentes, obras de fábrica, azudes y otras estructuras. El modelo puede usarse para valorar las limitaciones de los cauces de avenida, identificar las zonas de riesgo en avenidas, el tratamiento de planas de inundación, valoración de las mejoras del cauce, y determinar los flujos divididos.

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HSCTM2D Modela el flujo hidrodinámico, transporte de sedimento y del transporte de contaminantes. HSCTM2D trabaja con elemento finito que modela el sistema para el flujo del agua de dos dimensiones. El sistema que modela consiste en dos módulos, uno para modelar hidrodinámico (HYDRO2D) y el otro para modelar del transporte del sedimento y del contaminante (CS2D). El HSCTM2D, que modela el sistema, se puede utilizar para simular a corto plazo (menos de 1 año) y a largo plazo el problema de la sedimentación y transporte de sedimentos y el problema de transporte de contaminantes en aguas de superficie bien mezcladas verticalmente. Este programa se desarrolla en entorno DOS 16 – bit con un lenguaje de desarrollo FORTRAN. Este software es de alcance para todo el público en general de manera gratuita. River2D Es un modelo hidrodinámico hecho para una profundidad promedio de dos dimensiones del elemento finito. Ofrece parámetros hidrodinámicos confiables (velocidades, niveles de agua, número de fraude, etc) y adicionalmente ofrece una evaluación del habitat de peces. La habitación modelo de River2D consiste en realmente cuatro programas: R2D_Bed, R2D_Ice, R2D_Mesh y River2D. Estos corren en entorno windows. R2D_Bed fue diseñado para corregir datos de la topografía del terreno. El programa de R2D_Mesh se utiliza para el desarrollo de los acoplamientos de cómputo que serán entrados en última instancia para River2D.

Estos programas se utilizan típicamente en sucesión. El proceso de modelación normal implica crear un archivo preliminar de la topografía del terreno (texto) de los datos crudos del campo, en R2D_Bed. Después en el archivo R2D_Mesh se crea una malla la cual puede ser refinada las veces que se desee e incluso se pueden corregir datos de la topografía. También se utiliza para solucionar para las profundidades y las velocidades del agua a través de la discretización. Finalmente, River2D se utiliza para visualizar y para interpretar los resultados y para realizar análisis del flujo y el habitat de los pescados del tipo de PHABSIM. Este programa se obtiene en forma gratuita.

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SSIMM (Sediment Simulation In Intakes with Multiblock option). Programa desarrollado por la Universidad de Trondheim en Noruega para usarse en Ingeniería Hidráulica, de Ríos, de Sedimentación y Ambiental. Este software calcula el flujo de sedimentos y la calidad de agua en tres dimensiones, resolviendo la ecuación de Navier-Stokes junto con el modelo de turbulencia k-epsilon. Las ecuaciones de convección-difusión se resuelven para calcular el transporte de sedimentos así como el transporte de constituyentes en estudios de calidad de agua. Los cálculos son dependientes del tiempo y una mallada vertical móvil toma en cuenta los cambios en el nivel del agua y del lecho. El programa se basa en el método de volúmenes finitos por lo que se debe generar un mallado tridimensional. Mediante el número de Reynolds se clasifica si el flujo es laminar, intermedio o turbulento. Valores pequeños de 𝑅𝑒 es un flujo laminar, valores mayores es turbulento, el rango intermedio a un flujo en transición. 1000 < 𝑅𝑒 < 3000 𝑅𝑒 =

𝑢. 𝑑 𝑣

Esto representa la viscosidad relativo al de inercia

RIVER Morph Este programa fue diseñado para proveer de profesionales de la restauración de la corriente, uso que analiza datos geomorfológicos y facilita el gravamen, supervisando y diseñando con un interfaz fácil de utilizar. La restauración de la corriente y el diseño de canal natural tienen problemas hidráulicos y geomorfológicos complejos. RIVERMorph se puede utilizar para realizarse los cálculos necesarios para analizar diseño de corrientes. El software funciona en Windows y se puede obtener en forma gratuita

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SED 3D Es un modelo numérico de tres dimensiones que El coeficiente de Coriolis α simula la hidrodinámica de los flujos de agua y el que aparece en la transporte del sedimento en ríos y especialmente en expresión de la energía cinética, representa la lagos y los estuarios. SED3D simula el flujo y el relación que existe, para transporte del sedimento en los lagos, los estuarios, una sección dada, entre la los puertos, y las aguas costeras. Este programa energía real y la que se considerando una tiene un sistema que se puede utilizar para simular el obtendría distribución uniforme de flujo y el transporte del sedimento en varios cuerpos velocidades. del agua bajo fuerzas de vientos, mareas, afluencias 𝑉ℎ 3 . 𝑑𝐴 𝛼= de agua dulce, y de gradientes de densidad con la 𝑉 3. 𝐴 influencia de la aceleración de Coriolis y de la geometría batimétrica. Este modelo generalmente es tridimensional pero puede funcionar bidimensionalmente tanto en la dirección x-y o en la dirección x-z. El límite apropiado y las condiciones iniciales correctas permiten que el modelo pueda computar los componentes de velocidad, temperatura, salinidad, y concentración suspendida del sedimento. Este software corre en el sistema operativo VAX VMS con el lenguaje de desarrollos FORTRAN y su distribución es libre y gratuita.

SMS 9 Este programa modela el agua superficial y tiene un ambiente comprensivo para la hidrodinámica, transporte del agente contaminador y del sedimento. SMS 9 incluye herramientas que modelan en dos dimensiones (2D) con método de elementos finitos, en dos dimensiones(2D) con método de diferencias finitas, en tres dimensiones con método de elementos finitos y en una dimensión (1D) para modelar el remanso. SMS también incluye un interfaz modelo genérico e incluye una variedad de información aplicable para modelar el agua superficial, elevaciones de la superficie del agua y velocidades del flujo. Simula para flujo permanente e impermanente. Los usos adicionales incluyen modelar la intrusión de la salinidad, la dispersión de la energía de la onda, características de la onda (direcciones, magnitudes y amplitudes) y de otras. Su precio es de US$ 9950.

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TUFLOW Es un software de 1D y 2D de diferencias finitas que simulan inundaciones y mareas. Simula la hidrodinámica de los cuerpos del agua usando ecuaciones de conservación de masa y de la superficie libre. TUFLOW se desarrolla para determinar patrones del flujo en aguas costeras, estuarios y ríos. Sus fuerzas incluyen una excelente estabilidad y convergencia. Representan en 1D y 2D estructuras hidráulicas como diques y terraplenes. Simula en flujo en régimen crítico y supercrítico. Buena modelación en inundaciones importantes en crecidas de y en hidráulica de estuario y áreas costeras. TUFLOW utiliza GIS para manejar, para manipular y para presentar datos. La licencia cuesta US$ 5995

WMS (Watershed Modeling System) Este software tiene un ambiente que modela gráficamente todas las fases de la hidrología y de la hidráulica de la vertiente de aguas. WMS incluye las herramientas de gran alcance para automatizar modelar procesos tales como delineación automatizada del lavabo, cálculos geométricos del parámetro, cómputos de recubrimiento de GIS (profundidad de la precipitación, coeficientes de la aspereza, etc.), extracción seccionada transversalmente de datos del terreno, etc.

El diseño modular del programa permite al usuario seleccionar los módulos en combinaciones de encargo, permitiendo que el usuario elija solamente las capacidades de modelación hidrológicas que se requieran. Los módulos adicionales de WMS se pueden comprar y agregar en cualquier momento. El software se ligará dinámicamente a estos módulos subsecuentes en el tiempo de pasada que agrega automáticamente capacidad que modela adicional al software. Este software cuesta US$ 3700 con todos los módulos completos.

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En la tabla siguiente se presenta un resumen de las características principales de algunos modelos explicados anteriormente. CRITERIOS softwares

DIM.

FENÓMENO QUE MODELA

TIPO DE RÉGIMEN DE FLUJO

MÉTODOS DE SOLUCIÓN

ENTORNO EN QUE TRABAJAN

COSTO

MEF

Windows

Gratuito

Windows

Gratuito

Permanente e HEC–RAS

1D

Flujo Hidrodinámico

impermanente. Subcrítico

Flujo Hidrodinámico

Permanente e

Transp. De sedimentos

impermanente

BRISTARS

2D

RMA-2

2D

Flujo Hidrodinámico

2D

Flujo Hidrodinámico

FESWMS2DH

AquaDyn

AQUASES

2D

2D

Permanente e impermanente

MEF

Permanente e

Windows

Gratuito

MEF

Windows

US$ 1975

MEF

Windows

US$ 1800

impermanente

Flujo Hidrodinámico Factor

Permanente e

de Riesgo Estudios de

impermanente.

Impacto

Subcrítico y crítico

Flujo Hidrodinámico

Permanente e

Transp..de sedimentos

impermanent.

Transporte - dispersión

Subcrítico y crítico

Windows

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MODELACION NUMERICA

HEC-2

HSCTM2D

2D

2D

Flujo Hidrodinámico Perfil de sup. del agua

2D

Permanente e impermanente Subcrítico y

Permanente e

Transp. de sedimentos

impermanente Subcrítico y

Transp. contaminantes

crítico

Habitat de peces Evaluación del hielo

MEF

MS - DOS Espolón

Gratuito

MEF

DOS 16

Gratuito

MEF

Windows

Gratuito

crítico

Flujo Hidrodinámico

Flujo Hidrodinámico River 2D

MECANICA DE FLUIDOS II

Permanente e impermanente Subcrítico Permanente e

SSIMM RIVERMor ph

SED3D

3D

Trasp. De sedimentación

impermanente.

MVF

X

Flujo Hidrodinámico Perfil 2D

de sup. del agua

Permanente Subcrítico

Windows

US$ 1000

Parámetros geomorf. Flujo Hidrodinámico Transp. de sedimentos

Permanente e impermanente

VAX VMS

Subcrítico y crítico

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SMS 9

TUFLOW

WMS

3D, 2D, 1D

2D, 1D

2D, 1D

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Flujo Hidrodinámico

Permanente e

Transp. de sedimentos

impermanente

Transp. contaminantes

Subcrítico y crítico

Flujo Hidrodinámico

Permanente e

Inundaciones costeras

impermanente Subcrítico y

Mareas

crítico

Flujo Hidrodinámico Análisis de cuencas

MDF

Windows

US$ 9950

MDF

Windows

US$ 5995

MDF

Windows

US$ 3700

Permanente e impermanente Subcrítico y crítico

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VII.

HEC - RAS

¿QUÉ ES EL HEC-RAS? Es un paquete integrado de programas de análisis hidráulico, en los cuales el usuario interactúa con el sistema a través del uso del Interfaz de Uso Gráfico (IUG). El modelo numérico incluido en este programa permite de realizar los cálculos del perfil de la superficie de flujo de agua constante e inconstante, unidimensional, e incluirá Transporte de Sedimentos y muchos diseños hidráulicos computarizados en el futuro. El programa fue desarrollado por el Departamento de Defensa de EE.UU., el Ejército del Cuerpo de Ingenieros para la gestión de los ríos, puertos y otras obras públicas bajo su jurisdicción, se ha encontrado una amplia aceptación por muchos otros desde su lanzamiento público en 1995. ¿CÓMO FUNCIONA? El procedimiento básico computacional de HEC-RAS para flujo constante se basa en la solución de la ecuación de energía unidimensional. Las pérdidas de energía son evaluados por la fricción y la contracción / expansión. La ecuación de momento se puede utilizar en situaciones en las que el perfil de la superficie del agua es rápidamente variado. Estas situaciones incluyen saltos hidráulicos, hidráulica de los puentes y los perfiles de evaluación en las confluencias del río. Para el flujo inestable, HEC-RAS resuelve el pleno, dinámico, Saint-Venant ecuación utilizando un método implícito de diferencias finitas. El solucionador de ecuación de flujo inestable es una adaptación del paquete UNET Dr. Robert L. Barka. APLICACIÓN Modelación hidráulica en régimen permanente de cauces abiertos, ríos y canales artificiales. VENTAJAS Es una aplicación gratuita con una gran potencia de los cálculos de análisis de estructuras hidráulicas como puentes, alcantarillas, diques, canales, etc; pero en particular sobre los flujos de agua en canales abiertos, también permite generar perfiles o secciones de superficies de agua con sus respectivos datos áreas, niveles, etc.

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Sin embargo, la descarga directa de HEC incluye una extensa documentación, y los científicos e ingenieros versados en el análisis hidráulico deben tener poca dificultad para utilizar el software. DESVENTAJAS Los usuarios pueden encontrar problemas numéricos inestables durante los análisis, especialmente en los ríos empinados y / o altamente dinámicos y arroyos. A menudo es posible el uso de HEC-RAS para superar los problemas de inestabilidad en los problemas del río. HEC-RAS es un modelo hidrodinámico 1-dimensional y por lo tanto no funcionan bien en entornos que requieren modelado multidimensional. Sin embargo, hay funciones incorporadas que se pueden utilizar para aproximar multidimensionales. DATOS DE ENTRADA Para un realizar un proyecto el HEC RAS debemos ingresar los siguientes datos:    

Datos geométricos. Datos de caudal. Datos de contorno (condiciones de contorno). Datos plan.

 Datos Geométricos: Son diversas secciones transversales a lo largo del cauce o cauces considerados. Dichas secciones se introducen mediante la cota de varios puntos; de este modo, mediante la cota de dos secciones contiguas, separadas por una distancia conocida, el modelo calcula la pendiente de este tramo.  DATOS DE CAUDAL: Puede ser un solo valor constante o bien un caudal variable en el tiempo  DATOS DE CONTORNO: Son aquellos datos que definen el comportamiento de un modelo en sus límites. Teniendo en cuenta que estamos hablando siempre de modelizaciones en régimen permanente, se pueden llegar a definir hasta cuatro tipos distintos de condición de contorno: 1. Nivel de agua: si tenemos algún dato del calado de la sección, normalmente dado por un limnímetro. El dato a introducir es el nivel, es decir, una cota sobre el nivel del mar. 2. Calado crítico: se define cuando en la sección existe un elemento de control de calado/caudal basado en el calado crítico (vertedero, aforador, presa, ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

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azud). La característica de esta opción es que no hay que entrar datos, ya que el programa toma como dato el cálculo del calado crítico en la sección. 3. Curva de caudal: a usar cuando se posea la curva de caudal de la sección, es decir los datos que relacionan calado con caudal. Si poseemos datos de aforador, es la condición de contorno a definir. 4. Para todo el resto de casos, definir como condición de contorno el calado normal. Es el más habitual, ya que es el caso en el que el flujo se aproxima al uniforme. El dato a entrar es la pendiente del tramo de influencia, en tanto por uno.  DATOS DE PLAN: representa un específico sistema de datos geométricos y de flujo. Una vez que los datos básicos son ingresados en el HEC-RAS, el modelador puede formular fácilmente los planes. PARTES DEL PROGRAMA MENÚ PRINCIPAL DE HEC-RAS

 FILE (Archivo): Esta opción se utiliza para la gerencia de archivo. Las opciones disponibles bajo menú de archivo incluyen: resumen del proyecto. además, los proyectos lo más recientemente posible abiertos serán enumerados en el fondo del menú de archivo, que permite que el usuario abra rápidamente un proyecto que fue trabajado recientemente encendido.  EDIT (Edición): Esta opción es usada para insertar o editar datos, estos datos se clasifican en 5 tipos: Datos Geométricos, Datos de Flujo Constante, Datos de Flujo Inestable, Datos de Sedimentos y Datos de Sedimentos.  RUN (correr): Esta opción es usada para realizar los cálculos hidráulicos como: Análisis de Flujo Constante, Análisis de Flujo Inestable y Funciones Hidráulicas de Diseño.

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 VIEW (Vistas): Esta opción contiene un sistema de las herramientas que proporcionan las exhibiciones gráficas y tabulares de la salida modelo. El artículo de menú de la visión incluye actualmente: Las secciones representativas, perfiles superficiales del agua, diagrama general del perfil, etc.  OPTION (Opciones): este artículo de menú permite que el usuario cambie opciones de la disposición del programa; parámetros de defecto determinados; establecer el sistema de las unidades del defecto (los E.E.U.U. acostumbrados o los metros).  GIS TOOLS (Herramientas): esta opción permite realizar la interpolación entre diferentes secciones transversales.  HELP (Ayuda): esta opción permite que el usuario consiga ayuda en línea, así como la exhibición la información de la versión actual sobre HEC-RAS.

BOTONES PRINCIPALES DE HEC-RAS

 OPEN PROJECT: Abrir un proyecto ya existente.  SAVE PROJECT: guardar el proyecto existente.  GEOMETRIC DATA: editar / ingresar datos geométricos.

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 STEADY FLOW DATA: realizar una simulación de flujo constante.  UNSTEADY FLOW DATA: realizar una simulación de flujo inconstante.  FLOW DATA: ingresar datos de flujo.  SEDIMENT CONDITIONS: ingresar condiciones de sedimentos.  TEMPERATURE CONDITION: ingresar condiciones de temperatura.  STEADY FLOW SIMULATION: realizar una simulación de flujo constante.  UNSTEADY FLOW SIMULATION: realizar una simulación de flujo inconstante.  SEDIMENT TRAMSPORT SIMULATION: realizar simulación de sedimentos.  WATER QUALITY SIMULATION: realizar una simulación de temperatura del agua.  HYDRAULI DESIGN: realizar cómputos hidráulicos del diseño.  VIEW CROSS SECTIONS: ver diagramas de la sección transversal.  VIEW PROFILES: ver diagrama del perfil de la superficie del agua.  VIEW PROFILES PLOT: ver variables computadas a lo largo del canal.  VIEW RATING CURVES: ver curvas de clasificación computadas.  VIEW 3D MULTIPLE CROSS SECTIONS: ver diagrama de la sección transversal múltiple 3D.  HYDRAULIC PROPERTY TABLE PLOTS: diagrama y tablas de las propiedades hidráulicas.  DEATALIED OUTPUT: ver salida detallada de las secciones transversales, puentes, alcantarillas, etc.  VIEW SUMMARY OUTPUT TABLES: ver resumen de salida de las múltiples localizaciones por perfil. ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

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 SUMMAY OF ERRORS: resumen de errores advertencias y notas.  VIEW DSS DATA: datos almacenados en DSS.

PASOS PARA REALIZAR UN MODELO HIDRÁULICO CON HEC-RAS / EJEMPLO APLICATIVO. Hay seis pasos principales para crear un modelo hidráulico con el HEC-RAS: 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Ejecutar HEC-RAS / ajustes iniciales. Comenzar un nuevo proyecto. Ingresar datos geométricos. Ingresar datos de flujo y condiciones límite. Crear Plan y ejecutar cálculos hidráulicos. Ver e imprimir resultados.

1) EJECUTAR HEC-RAS / AJUSTES INICIALES. 1.1. EJECUTAR HEC-RAS Doble clic al ícono del HEC-RAS. Si no se tiene acceso directo al HEC-RAS en el escritorio, ir al Menú Inicio y seleccionar Programas, luego seleccionar HEC, y luego HEC-RAS.

Cuando se inicia por primera vez el HEC-RAS, se verá una ventana como la mostrada en la figura:

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1.2. CONFIGURACIÓN DE SISTEMA DE UNIDADES El programa trabaja por defecto con el sistema inglés, por lo que hay que cambiarlo. Esta operación se puede realizar para un trabajo, o predefinirlo para todos los trabajos. Pasos: Menú options, opción Unit system (US Customary/SI). La opción Set as defacult, la marcamos para que todos los proyectos que iniciemos en el futuro ya comiencen con el Sistema Métrico 2) COMENZAR UN NUEVO PROYECTO Para iniciar un nuevo proyecto, ir al menú File en la ventana principal del HECRAS y seleccionar New Project. Se abrirá entonces una ventana del nuevo proyecto

Posteriormente, damos a nuestro proyecto un título, (Para desarrollo del ejemplo aplicativo que consiste en un tramo de un rio y dos secciones transversales para calcular la altura alcanzada por el agua para un caudal dado; le pondremos de título: "EJEMPLO 01"). Después de que el botón “OK” es presionado una ventana de mensaje aparecerá con el título del proyecto y el directorio donde se ubicará el proyecto. SI la información es correcta, presione el botón “Aceptar”. Si la información no es correcta, presione el botón “Cancelar” y regresará otra vez a la ventana New ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

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Project.

Una vez creado el proyecto, en la pantalla principal aparece en el item PROJECT, el título del proyecto y la ubicación del archivo.

3) INGRESAR DATOS GEOMÉTRICOS 3.1 CREAR TRAMO  Seleccionar Edit/Geometric Data o bien en el icono

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 Para comenzar a trabajar, es necesario crear en esta ventana el esquema del rio o cause de tramo a tramo.  Para ello activar el icono River Reach dentro de la ventana Geometric Data.  El puntero del ratón se convertirá en un lápiz. Dibujar un tramo de cauce, haciendo clic en un punto para definir el extremo de aguas arriba y dos clics en otro punto para definir el extremo de aguas abajo del tramo.  También podemos hacer quiebres en el esquema, definiendo puntos intermedios con un solo clic del ratón. Recordar que aunque dibujemos una curva en nuestro esquema, el programa calcula siempre flujo unidimensional.  Cuando definamos el extremo de aguas abajo aparece una ventana aparece una ventana donde debemos introducir el nombre del rio y el nombre del tramo.

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3.2 INTRODUCIR DATOS DE SECCIONES TRANSVERSALES  En la ventada Goemetric Data seleccionamos el icono Cross Secction  Aparecerá una ventana con un espacio en blanco.

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 Para introducir la primera sección transversal seleccionar Options/Add a new Cross Section.  Aparecerá una ventana pidiendo un identificador para la sección transversal.

 Introducimos un número que representara su posición relativa con respecto a las demás secciones.  Construir la sección transversal introduciendo la abscisa en “Station” y la cota en “Elevation”. Si se trata de una sección simétrica, es conveniente considerar el 0 de las abscisas coincidente con el eje del caudal.  Cada vez que cliquemos sobre “Apply Data” los datos serán introducidos y representados en el espacio de la derecha.

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 Distancia hasta la sección siguiente, en la misma ventana de “Cross Section Data”, en cuadro siguiente:

Indicamos las distancias desde esta sección ala inmediata siguiente aguas abajo, que en este casi es 0, ya que esta sección “1” va ser la primera (es decir, no tiene ninguna aguas debajo de ella).  LOD: distancia entre las márgenes izquierdas.  ROB: distancia entre las márgenes derechas.  Channel: distancia a lo largo del centro del canal.  Acotación del canal principal, estos puntos definen la parte de la sección que puede considerarse como canal principal. El resto de la sección se considerara como llanura de inundación.

Se introducen dos valores de distancia horizontal, en este ejemplo hemos escrito 4.2 y 12.8. La distancia 4.2 coincide con unos d elos puntos que habíamos introducido previamente, pero la 12.8 no; por eso tras introducir ese valor, el programa pregunta si queremos crear ese punto, decimos que si, y le adjudicara una cota interpolada al punto 12.8, Que aparece como una nueva línea de datos en la tabla de la izquierda. Picamos el botón Apply Data y los dos puntos que acotan el canal principal aparecen en rojo (

) en el dibujo.

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 Coeficientes de contracción/Expansión; el programa utiliza estos coeficientes para determinar las pérdidas de energía entre dos secciones contiguas. Los autores para una transición gradual aconsejan 0.1 (contracción) y 03 (expansión), mientras que en las proximidades de un puente pueden ser, respectivamente de 0.3 y 0.5 o mayores, por la mayor pérdida de energía.

 El programa para realizar los cálculos necesita como mínimo 2 secciones transversales. Siguiendo los pasos anteriores crearemos una segunda sección transversal a una distancia de 70m de la primera sección y con una cota más elevada de 0.40m.

3.3 INTERPOLAR SECCIONES TRANSVERSALES.  En la ventana Geometric Data, seleccionamos Tools/XS interpolation, aparecen 2 opciones: “Within a Reah” (dentro de un tramo) y “Between 2 XS” (Entre 2 secciones transversales). En este caso vamos a seleccionar “Between 2 XS” colocamos una distancia de

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 Cada sección interpolada aparece con un asterico (*) luego del número de identificación. Todas las características de las secciones se interpolan, incluyendo los coeficientes d Manning.

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 Una vez que los datos de la sección transversal son ingresados, los datos deben ser guardados en un archivo de disco duro. Esto se logra seleccionando Save Geometric Data As del menú File del editor de datos geométricos. En este caso le pondremos el nombre GEOMETRIA 01.

4) INGRESAR DATOS DE FLUJO Y CONDICIONES LÍMITE. 4.1 INGRESAR DATOS DE FLUJO  Seleccionar Edit/Steady Flow Data o el icono  Aparecerá la siguiente ventana:

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 En primer lugar hay que indicar el número de perfiles (Profiles) que hay que calcular. Con perfiles se refiere a diversas hipótesis de cálculo que deseamos plantear simultáneamente, para varios caudales, es necesario al menos un dato de caudal para cada tramo y cada perfil.  En nuestro ejemplo, hemos indicado e perfiles, que aparecen inicialmente PF1 Y PF2. Posterior mente los hemos renombrado como 20 años y 50 años. El cambio de estos nombres se hace en el menú Options/Edit Profiles Names. Para cada uno de los dos perfiles introduciremos datos de caudal (m3/s).  En nuestro ejemplo, hemos indicado el caudal para la sección 2, que es la sección que está situada aguas arriba, así que el programa supondrá que por la sección 1 (aguas abajo) pasa el mismo caudal . 4.2 INGRESAR CONDICIONES DE CONTORNO  Una vez seleccionados los caudales, debemos introducir las condiciones de contorno, pulsando en el botón: Reach Boundary Conditions, aparecerá la siguiente pantalla:

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 HEC-RAS necesita esta información en cada tramo para establecer el nivel del agua inicial en ambos extremos del tramo del rio: aguas arriba y/o aguas abajo. En un régimen subcrítico solo necesita en el extremos de aguas abajo (downstream); en un régimen supercrítico solo necesita aguas arriba (uptream), y si se va a calcular un régimen mixto (por variaciones de caudal), se necesita en ambos extremos del tramo. Existen cuatro posibilidades:  Alturas de la superficie del agua conocidas (Known W.S.): El usuario debe introducir la altura del agua para cada uno de los perfiles que se van a calcular.  Profundidad crítica (Critical Depth): Con esta opción; el usuario no tiene que introducir nada. El programa calcula la profundidad crítica para cada uno de los perfiles y la utiliza como condición de contorno.  Profundidad Normal (Normal Depth): En este caso, el usuario debe introducir el pendiente de la línea de energía que se utilizara para calcular la profundidad normal en ese punto. Si no se conoce ese dato, se puede sustituir por la pendiente del agua o la pendiente del fondo del cauce.  Curva de gastos (Rating Curve): En este opción debemos introducir una serie de parejas de valores nivel-cudal.  Posteriormente guardamos estos datos en FILE/ Save Flow Data debiendo

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dar una descripción de los datos de flujo, en nuestro ejemplo le pondremos: “CONTORNO 01”

5) CREAR PLAN Y EJECUTAR CÁLCULOS Para realizar una simulación hidráulica del cauce es necesario crear un plan que incorpore un fichero de datos geométricos y otro de datos de contorno o datos hidráulicos. Para ellos seguimos los siguientes pasos:  Seleccionamos Run/Steady Flow Analysis o bien el icono .  Aparecerá una ventana donde podemos introducir un identificador.  Seleccionamos un fichero de Datos Geométricos y uno de Datos Hidráulicos de entre los existentes.  Seleccionamos el régimen del flujo que se esperar encontrar (Subcritico, Supercritico o Mixto).  File/Save Plan.

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 Ejecutamos el modelado seleccionando Compute.

6) VER E IMPRIMIR RESULTADOS Una vez ejecutada la simulación correctamente, se pueden ver los resultados de varias maneras dentro del menú View de la ventana principal de HEC-RAS, se

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tiene las siguientes opciones que son accesibles también atravesó de sus iconos:

 Ver las secciones transversales (Cross-Sections)

E.G: altura de energía W.S: altura de lámina de agua  Ver los perfiles de las láminas de agua (Water Surface Profiles)

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E.G: altura de energía W.S: altura de lámina de agua  Ver graficas de varios parámetros a lo largo de todo el perfil (General Profile Plot)

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 Ver curvas caudal-calado de cada perfil (Reating Curves)

E.G: altura de energía  Ver dibujos en perspectivas (X-Y-Z Perspective Plots)

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 Ver hidrogramas de caudal y calado (solo cuando se ejecutan simulaciones con flujo permanente) (Stage and Flow Hydrographs)  Ver graficas de propiedades hidráulicas (Hydraulic Property Plots)  Ver tablas de detalle (Detailed Outpout Table)

Aquí se ve un resumen de los parámetros hidráulicos de cada una de las secciones, con las opciones de incluir los mensajes de error, avisos y notas en la misma ventana y cambiar el sistema de unidades para visualizar.  Q Total (m3/s): Caudal total en la sección.  Min Ch El (m): Cota inferior del cauce en la sección.  W.S.Elev (m): Altura de la lámina de agua.  Crit W.S. (m): Cota del calado crítico.  E.G.Elev (m): Altura de energía.  E.G.Slope : Pendiente de la línea de energía.  Vel Chnl (m/s): Velocidad del agua en el cauce.  Flow Area (m2): Superficie mojada en la sección.  Top Width(m): Ancho de la superficie libre del flujo en la sección.  Froude # Chl: Número de Froude.  Ver tabla de resumen (Profile Summary Table)

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Aquí, en este principio aparece una tabla estándar, pero pueden elegirse entre 8 de ellas o configurar nuestra propia tabla. También permite elegir ver las secciones interpoladas o no.  Ver resumen de errores, avisos y notas (Summary Err, Wam, Notes) Una vez ejecutada la simulación, el programa genera un registro de incidencias que se clasifican en:  Errores: los mensajes de error son enviados únicamente cuando han surgido problemas que han impedido que una simulación se complete.  Avisos: los avisos dan información al usuario sobre incidencias que pueden exigir o no acciones de corrección. Cuando aparecen estos mensajes, el usuario debe revisar los resultados hidráulicos de la sección afectada para asegurarse de que sean razonables. A veces pueden ir acompañados de alguna sugerencia que puede hacer desaparecer este mensaje en futuras simulaciones. Los problemas más comunes que suelen hacer aparecer mensajes son:  Secciones demasiado espaciadas.  Secciones que comienzan o terminan a una cota demasiada baja.  Cota inicial de la lámina de agua incorrecta para el régimen especificado.  Datos de la sección transversal incorrectos. Notas: dan información al usuario de cómo se están realizando los cálculos.

 Ver datos en formato DSS (DSS Data)

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CONCLUSIONES  Podemos adoptar los modelos numéricos para el desarrollo de un proyecto debido a que estos nos proporcionan un menor costo, a diferencia de los modelos físicos que salen siendo mucho más caros.  Si bien los modelos numéricos tienen sus limitaciones, pero esto cada ves de está desarrollándose más y más conforme avanza la evolución de cómputo, si volvemos atrás este modelo ha tenido muchas complicaciones pero hasta ahora dichas complicaciones se han perfeccionado, pues actualmente los desafíos mayores tarde o temprano terminarán dándose soluciones.  El HEC-RAS no es mejor que otros programas pero si es un programa muy importante y lo podemos utilizar específicamente para modelar estructuras hidráulicas tales como puentes, alcantarillas, diques, canales, etc., y podemos ver su comportamiento, tal como el caudal  A comparación de los modelos físicos que estos no pueden construir grandes estructuras con el los modelos numéricos podemos hacerlo, pues en este caso el HEC-RAS nos brinda soluciones de problemas clásicos en las estructuras hidráulicas, además de que su uso no está limitado pues lo tenemos en forma gratuita y su manejo no es difícil, lo podemos aprender tan rápido, eso sí, tenemos que conocer lo que hacemos y lo que necesitamos hacer.

RECOMENDACIONES  El uso de modelos físicos no deben sustituirse por los numéricos sino que estos justos tienen que resolver problemas no previstos, así pues los modelos físicos pueden hacer ver lo que los modelos numéricos no pueden demostrar, teniendo estos dos una importancia.  Recomendamos el uso de HEC-RAS no para todo tipo de proyectos sino solo para aquellos donde demande de variaciones de flujo unidimensionales así como para observar los caudales.  Medir las secciones transversales del río de una superficie topográfica ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

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 Recomendamos que para una modelación con HEC-RAS usar equipos topográficos con alta resolución que dará mayor precisión a los resultados así como modelos de elevación digital de alta resolución

BIBLIOGRAFIA  Modelación numérica en rios en régimen permanente y variable. Edicions UPC Marti Sánchez Juny

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