MODELACION NUMERICA
INDICE
Introduccin...2I. Modelacin numrica3II. Aplicacin de los modelos
numricos..4III. Tipos de modelos numricos ...51. Modelos
Unidimensional....52. Modelo Bidimensional....63. Modelo
Tridimensional...7IV. Clases de modelos numricos..7V. Modelo
numrico vs modelo fsico..8VI. Algunos modelos numricos...10VII.
HEC-RAS...22Conclusiones...46Recomendaciones...46Bibliografa.......47
.
INTRODUCCION
Los clculos a mano y a papel ha sido un gran desafo para los
ingenieros ancestrales, pues esto ha permitido que ellos utilicen
sus conocimientos intuitivos, experimentales, adems medios
naturales y todo lo que ha tenido en disposicin; y esto no solo en
los ingenieros sino que as ha ido evolucionando el conocimiento del
ser humado y creemos que la experiencia ha ayudado a que este se
perfeccione an ms encontrando nuevos conocimientos cientficos.
Debido a que la computadora ha ido evolucionando cada vez ms y por
el gran poder del cmputo actualmente disponemos de grandes ventajas
para poder llevar a cabo muchos proyectos y aborda cada da grandes
desafos ms ambiciosos en la solucin de nuevos problemas, donde los
aspectos polticos, econmicos, cientficos o tecnolgicos tienen un
mayor impacto en la mejora de la calidad de vida del hombre.
Encontramos as aplicaciones de los mtodos numricos en los mbitos ms
diversos desde sectores tecnolgicos tan clsicos como la ingeniera
estructural o la aerodinmica de aviones, hasta aplicaciones ms
sofisticadas.
En la actualidad, gracias a la gran evolucin que han tenido los
mtodos numricos y su implementacin 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 incgnitas.
Es por ello que en este trabajo trataremos de implementar
nuestros conocimientos para ayudar a nuestra rama de la ingeniera
civil en la evolucin de nuestros conocimientos, dando ms ahnco en
la modelacin numrica debido a que la modelacin fsica nos saldra
mucho ms costoso; adems tenemos que recalcar que la finalidad es
ayudar en la solucin de los problemas y mejorar nuestros
conocimientos y no sistematizarnos, dejando de lado los clculos
manuales pues estos son la base de que la sistematizacin
evolucione, esto es un gran problema de muchos pues dejan de lado
sus conocimientos y solo se apoyan en los software.
I. MODELACIN NUMRICAElmodelado numricoo modelacin numrica es una
tcnica basada en elclculo numrico, utilizada en muchos campos de
estudio como en ingeniera o ciencia para poder evaluar y entender
la dinmica de un medio natural, simulndose computacionalmente las
condiciones fsicas del mismo, permitiendo evaluar alternativas
preventivas y correctivas para estudios tcnicos, cientficos y
ambientales.
Si el clculo 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 tambin que el
modelo numrico que confirma las hiptesis; si el clculo no permite
en ningn caso reproducir las observaciones, se habla de un modelo
inconsistente con los datos y que refuta el modelo conceptual.
MODELAMIENTO NUMRICO DE LA EROSIN LOCAL DE UN PILAR
II. APLICACIONES de los modelos numricosDebido al rpido
desarrollo de las ciencias informticas, la aplicacin de los modelos
numricos se ha extendido en casi todas las reas de la ciencia,
convirtindose en una herramienta importante de anlisis de los
procesos y fenmenos a estudiar. De esta manera en la actualidad la
mayor parte de los pases complementan los estudios tradicionales
con la aplicacin de la modelacin numrica.Los primeros modelos
numricos se desarrollaron exclusivamente para resolver un problema
particular, generalmente de flujo agua. Actualmente los modelos son
genricos con capacidad para resolver una gama de condiciones de
flujo similares, con mdulos adicionales para resolver otros
fenmenos como transporte de sedimentos, dispersin de contaminantes,
calidad de agua e inclusive modelacin de hbitat de peces u otras
criaturas acuticas. Entre sus principales caractersticas tenemos
las siguientes: Permite hacer un diagnstico y pronstico de los
procesos que se van a estudiar a un costo mucho menor que otras
tcnicas de estudio, como por ejemplo el empleo de modelos fsicos
reducidos. Permite el estudio de un determinado proceso o fenmeno
aislando cada uno de los factores que intervienen en l. Permite la
definicin de escenarios tanto reales como hipotticos para su
anlisis y toma de decisiones.
MODELAMIENTO NUMRICO DEL RO TUMBES
III. TIPOS DE MODELOS NUMRICOS
1. MODELOS UNIDIMENSIONALESEn los modelos unidimensionales se
asume que una de las dimensiones prevalece sobre las otras dos.
Esta dimensin es la longitudinal a lo largo del eje del ro o canal.
La informacin topogrfica e hidrulica se introduce mediante
secciones transversales, en las cuales se calculan el tirante y
velocidad promedios en toda la seccin transversal. Caractersticas:
Solo consideran el eje longitudinal del canal o flujo de agua como
dimensin principal Dicho eje es caracterizado por secciones
transversales espaciales razonablemente El resultado de velocidad
es el promedio para toda la seccin transversal Los niveles de agua
son nicos para toda la seccin Cada seccin transversal est
caracterizada por su geometra y rugosidad El flujo es perpendicular
a la seccinAplicaciones: Calculo del nivel de agua en tramos
largos(L>20B) de ros y canales Modelacin de puentes, clculo de
erosin local en puentes Modelacin de diques, alcantarillas y
compuertas
MODELAMIENTO NUMRICO DE UN RIO: PERFIL LONGITUDINAL CON
SECCIONES TRANSVERSALES
2. MODELOS BIDIMENSIONALESLos modelos bidimensionales consideran
las variaciones en las dos dimensiones del plano horizontal. Estos
modelos son especialmente tiles en flujos muy extendidos (como
estuarios, lagos, etc.) donde la variacin vertical de velocidad es
pequea, por eso suelen llamarse modelos de aguas someras o poco
profundas. Estrictamente no son aplicables a casos en que la
variacin vertical de la velocidad es apreciable, como por ejemplo
el flujo sobre un vertedero.Caractersticas: Representan una buena
aproximacin si el flujo es verticalmente homogneo Las velocidades
del flujo modelado son los promedios de las velocidades en la
vertical Vx Vy; y la componente Vz es nula En una seccin pueden
haber flujos en diferentes direcciones, por lo tanto son capaces de
generar vrtices En cada nodo se determinan: el nivel del agua, las
componentes Vx y Vy de la velocidad. Cantidad de datos: topogrfico
(nivel del terreno), rugosidad, etc. Algunos modelos son capaces de
generar lneas de corriente del flujo modelado
MODELACIN NUMRICA BIDIMENSIONAL: VRTICES
3. MODELOS TRIDIMENSIONALESLos modelos tridimensionales
representan el estado ms avanzado de la modelacin. Estos modelos
son capaces de calcular las tres componentes espaciales de la
velocidad, y por tanto aplicables a cualquier caso
prctico.Caractersticas: Son de particular inters cuando el campo de
flujo horizontal muestra una variacin significante en la direccin
vertical. Y no es vlido suponer que Vz es nula. Puede llevar a cabo
simulaciones de flujo, transporte de sedimentos, olas, calidad de
agua, morfolgicos 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 analtica y
grfica. Esta ltima opcin te da una idea ms completa del fenmeno en
estudio.
MODELACIN NUMRICA TRIDIMENSIONAL: VERTEDERO
IV. CLASES DE MODELOS NUMERICOSExisten mltiples tipos de modelos
para representar la realidad. Algunos de ellos son: Dinmicos:
Utilizados para representar sistemas cuyo estado vara con el
tiempo. Estticos: Utilizados para representar sistemas cuyo estado
es invariable a travs del tiempo. Matemticos: Representan la
realidad en forma abstracta de muy diversas maneras. Fsicos: Son
aquellos en que la realidad es representada por algo tangible,
construido en escala o que por lo menos se comporta en forma anloga
a esa realidad (maquetas, prototipos, modelos analgicos, etc.).
Analticos: La realidad se representa por frmulas matemticas.
Estudiar el sistema consiste en operar con esas frmulas matemticas
(resolucin de ecuaciones). Numricos: Se tiene el comportamiento
numrico de las variables intervinientes. No se obtiene ninguna
solucin analtica. 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 varan en forma discontinua. Determinsticos:
Son modelos cuya solucin para determinadas condiciones es nica y
siempre la misma. Estocsticos: Representan sistemas donde los
hechos suceden al azar, lo cual no es repetitivo. No se puede
asegurar cules acciones ocurren en un determinado instante. Se
conoce la probabilidad de ocurrencia y su distribucin
probabilstica. (Por ejemplo, llega una persona cada 20 10 segundos,
con una distribucin equiprobable dentro del intervalo).
V. MODELO NUMERICO VS MODELO FISICOLos modelos se clasifican en
fsicos, analgicos, numricos e hbridos; pero solo estudiaremos los
modelos fsicos y numricos1. MODELOS FSICOS:Los modelos fsicos
representan el sistema fsicamente a escala o bajo circunstancias
especficas. Los modelos fsicos son muy buenos para estudiar erosin
local; pero no erosin general pues esta demanda modelar grandes
extensiones. Los modelos fsicos 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 suspensin de la fraccin ms fina del sedimento, para lo cual ya
hay modelos numricos bastante desarrollados. Los modelos fsicos an
seguirn prestando servicio durante varios aos, pero cada vez en
forma ms restringida, segn los modelos numricos se vayan
desarrollando.
1. MODELOS NUMRICOS:Los modelos numricos consisten en la
recreacin de un proceso natural en intervalos discretos de tiempo,
mediante la utilizacin de modelos matemticos que reejan propiedades
relevantes del fenmeno en cuestin. Los modelos numricos resuelven
ecuaciones matemticas que describen el fenmeno en estudio; sin
embargo, en muchos problemas tales ecuaciones no estn disponibles o
no hay consenso general sobre su uso. El transporte de sedimento es
un ejemplo, distintas ecuaciones proporcionan resultados muy
diferentes, un modelo numrico dar tambin resultados dismiles segn
la frmula que emplee, dejando a la decisin subjetiva del usuario la
eleccin de cual adoptar.En el siguiente cuadro se resume el proceso
de desarrollo en la solucin de un problema, con la ayuda de la
modelacin hidrulica, sea esta fsica o numrica, lo que permite
resaltar las diferencias fundamentales entre los dos tipos.MODELO
FSICOMODELO NUMRICO
1Definicin del problema. Identificacin de las fuerzas actuantes
esenciales.Definicin de los objetivos del tratamiento
experimental
2Definicin de los criterios de similitud dinmica total y
restringidaDefinicin del sistema de ecuaciones
3Formulacin de las condiciones de borde o de contorno
4Construccin del modeloDesarrollo del esquema para la solucin
numrica
5Calibracin del modelo utilizadoVariacin de la rugosidad
Variacin de los coeficientes
6Mediciones SolucinClculos Solucin
7Optimizacin de la solucin conforme a los objetivos del
modelo
Variantes constructivas en el modeloVariantes en los datos de
entrada / iniciales
8Clculo para las condiciones reales del prototipo y comprobacin
de los resultados
El siguiente cuadro muestra los factores limitantes ms
relevantes en el proceso de seleccin del tipo de modelo:MODELO
FSICOMODELO NUMERICO
RESTRICCIONES PRINCIPALES
Tamao del modelo (laboratorio). Caudal (estacin de bombeo). Lnea
de energa (niveles de tanques elevados). Leyes de similitud dinmica
Capacidad de almacenamiento de datos. Velocidad de procesamiento.
Disponibilidad de esquema de solucin numrica. Hiptesis o modelo de
turbulencia.
RESTRICCIONES PRACTICAS
Escala mnima del modelo (tensin superficial, viscosidad,
rugosidad del contorno). Expansin del modelo (limitacin superior).
Mtodos de medicin y de adquisicin de datos. Disponibilidad de
condiciones de contorno y/o iniciales En el caso de ecuaciones
simplificadas: precisin de la aproximacin y disponibilidad de
coeficientes o factores. Posibilidad de solucin en las variaciones
de tiempo y de espacio (limitacin inferior). Estabilidad numrica y
convergencia del esquema de solucin. Disponibilidad condiciones de
contorno y /o iniciales.
VI. ALGUNOS MODELOS NUMERICOSHEC-RAS (Hydrologic Engineering
Center-River Analysis System) Este Sistema de Anlisis de Ros es un
modelo numrico para flujo unidimensional impermanente, sin
transporte de sedimentos y con capacidad para trabajar con flujos
mixtos subcrtico y supercrtico. Mediante el nmero de Froude se
clasifica si el flujo es subcrtico (F1) o crtico (F=1).Estos estn
gobernados por los efectos de la viscosidad y gravedad relativa a
las fuerzas de inercia del flujo.
Puede modelar estructuras fluviales como diques, puentes,
alcantarillas y barajes. La erosin local en pilares de puentes
puede ser calculado mediante los procedimientos recomendados por la
Administracin Federal de Carreteras (Federal HighWay
Administration: FHWA) de Estados Unidos. Este modelo es muy simple
de aprender. Fue aplicado en 1998 despus del Fenmeno de El Nio de
ese ao, para los clculos hidrulicos necesarios para la
reconstruccin de los puentes colapsados en la ciudad de Piura. Se
ha empleado para clculos de largos tramos encauzados del ro Piura
debido a su gran rapidez y es de uso corriente en diseos de
estructuras menores como alcantarillas. Sin embargo, sus
principales limitaciones son asumir lecho rgido y flujo
unidireccional, por lo que debe ser aplicado con cautela en ros
aluviales muy erosionables; en estos casos puede ser recomendable
recurrir a otro tipo de modelo ms sofisticado. Este programa est
disponible en forma gratuita en la pgina web del USACE.
BRI-STARS, (BRIdge-Stream Tube Aluvial River System) El Sistema
de Ros Aluviales Mediante Tubos de Corrientes para Puentes es un
modelo de tubos de corriente con capacidad para simular las
variaciones del lecho en los ros para los cuales el sedimento y los
datos hidrulicos son limitados. Usar los tubos de corriente permite
calcular la variacin lateral y longitudinal de condiciones
hidrulicas, as 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 interaccin entre la mezcla del
agua-sedimento que fluye y los lmites aluviales del cauce del ro.
Para lograr este propsito, los clculos del perfil de la superficie
del agua y otras variables hidrulicas en rgimen supercrtico,
subcrtico y combinaciones de ambas condiciones, se debe realizar en
forma continua (Molinas 2000). El acorazamiento del lecho y su
ruptura est tambin incorporado. El programa es semi-bidimensional
con la tercera dimensin, la profundidad, incorporado en forma
intrnseca en los clculos. Como tal, tiene las limitaciones bsicas
de todo programa de dos dimensiones: los flujos secundarios no
pueden ser simulados. El cauce se divide en un nmero
preseleccionado de tubos. La elevacin del lecho en cada tubo de
corriente puede variar verticalmente, hacia arriba (sedimentacin) o
hacia abajo (erosin), dependiendo de las condiciones del
flujo.Consecuentemente, mientras que una seccin de canal puede
estar erosionndose, otra seccin puede estar sedimentando. Como
modelo de lecho mvil, el programa se puede aplicar al transporte de
agua sedimento a travs de los cauces naturales del ro. El uso de
los tubos de corriente permite la variacin de la condiciones y de
la actividad hidrulicas del sedimento no solamente en la direccin
longitudinal, sino tambin en la direccin lateral. Debido a que los
cambios de la elevacin del lecho no se promedian en toda la seccin
como en modelos unidimensionales, se logra simular una erosin o
sedimentacin ms realista del cauce. BRI-STARS es un programa
sorprendentemente potente, hay sido el nico capaz de reproducir con
razonable precisin la erosin medida en el ro Piura durante el paso
de las avenidas de 1983 y 1998. Sin embargo, el clculo en lecho
mvil exige que el usuario ingrese ciertos valores (frmula a
emplear, espesor de capa activa) que slo pueden determinarse con
precisin mediante calibracin del modelo contra datos observados, lo
cual no siempre est disponible. Este programa est disponible en
forma gratuita en la pgina web del FHWA.RMA-2.Es un modelo
hidrodinmico 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
subcrticos 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 modelacin de
condiciones hidrulicas complejas en estructuras hidrulicas de cruce
de carreteras, como puentes y alcantarillas, donde el anlisis
convencional basado en clculos 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 tambin por encima del terrapln de la carretera
en caso de avenidas extraordinarias. Este modelo fue especialmente
til para modelar el ro Tumbes en su cruce con la carretera
Panamericana, pues en esta zona el ancho de inundacin bordea los 4
km dando lugar a un patrn bidimensional de aguas someras, con flujo
a travs de 4 puentes y varias alcantarillas, el cual fue imposible
de modelar con HEC-RAS. Este programa est disponible en forma
gratuita en la pgina web del FHWA.
AQUADYNAquaDyn es un modelo hidrodinmico de gran alcance y de
fcil uso para la simulacin de los recursos de agua, factor de
riesgo, y estudios de impacto. AquaDyn permite la descripcin y el
anlisis completo de condiciones hidrodinmicas (caudales y niveles
de agua) de canales abiertos tales como ros, lagos, o estuarios.
Los ingenieros especialistas y los responsables pueden utilizar los
mdulos especializados de la simulacin 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 construccin de
diques, embarcaderos de los puentes, y terraplenes. AquaDyn puede
modelar flujo permanente e impermanente, tanto para rgimen crtico o
supercrtico 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 AQUASEAEste software
corre en entorno de Windows y es de gran alcance y fcil uso.
Utiliza el mtodo de elementos finitos como mtodo de solucin para
simular problemas de marea en flujos de ros, estuarios y en reas
costeras. Adems puede simular problemas en la circulacin de agua en
lagos y problemas que implican transporte de sedimentos
suspendidos. AQUASEA contiene un modelo hidrodinmico de flujo y un
modelo de transporte-dispersin. El programa puede simular
variaciones de flujos y de nivel de agua en respuesta a varias
funciones que gobiernan en los ros, lagos, estuarios, bahas y reas
costeras. El modelo de transporte-dispersin simula la separacin de
una sustancia en el ambiente bajo influencia del flujo fluido y de
los procesos existentes de la dispersin. La sustancia puede ser un
agente contaminador de cualquier sal buena, conservadora o no
conservadora, inorgnica u orgnica, sedimento suspendido, oxgeno
disuelto, fsforo inorgnico, nitrgeno y de otros. Su costo es de US$
1800.
HEC-2 El Mdulo de Interfaz de HEC-2 proporciona una interfaz a
modo de AutoCAD para uso del motor de clculo de perfiles de la
superficie del agua. El Mdulo de Interfaz de HEC-2 incluye un motor
de clculo 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, rpidamente. El
motor de clculo de HEC-2 es un modelo bidimensional, para estado de
flujo gradualmente variado y constante. Pueden calcularse por
separado los perfiles subcrticos y supercrticos. El modelo puede
tener en cuenta el remanso creado por puentes, obras de fbrica,
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 inundacin,
valoracin de las mejoras del cauce, y determinar los flujos
divididos.
HSCTM2DModela el flujo hidrodinmico, 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 mdulos, uno para modelar
hidrodinmico (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
ao) y a largo plazo el problema de la sedimentacin 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 pblico en general
de manera gratuita.River2DEs un modelo hidrodinmico hecho para una
profundidad promedio de dos dimensiones del elemento finito. Ofrece
parmetros hidrodinmicos confiables (velocidades, niveles de agua,
nmero de fraude, etc) y adicionalmente ofrece una evaluacin del
habitat de peces.La habitacin modelo de River2D consiste en
realmente cuatro programas: R2D_Bed, R2D_Ice, R2D_Mesh y River2D.
Estos corren en entorno windows. R2D_Bed fue diseado para corregir
datos de la topografa del terreno. El programa de R2D_Mesh se
utiliza para el desarrollo de los acoplamientos de cmputo que sern
entrados en ltima instancia para River2D.
Estos programas se utilizan tpicamente en sucesin. El proceso de
modelacin normal implica crear un archivo preliminar de la
topografa del terreno (texto) de los datos crudos del campo, en
R2D_Bed. Despus 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 topografa. Tambin se utiliza para solucionar
para las profundidades y las velocidades del agua a travs de la
discretizacin. Finalmente, River2D se utiliza para visualizar y
para interpretar los resultados y para realizar anlisis del flujo y
el habitat de los pescados del tipo de PHABSIM. Este programa se
obtiene en forma gratuita.
SSIMM (Sediment Simulation In Intakes with Multiblock
option).Programa desarrollado por la Universidad de Trondheim en
Noruega para usarse en Ingeniera Hidrulica, de Ros, de Sedimentacin
y Ambiental. Este software calcula el flujo de sedimentos y la
calidad de agua en tres dimensiones, resolviendo la ecuacin de
Navier-Stokes junto con el modelo de turbulencia k-epsilon. Las
ecuaciones de conveccin-difusin se resuelven para calcular el
transporte de sedimentos as como el transporte de constituyentes en
estudios de calidad de agua. Los clculos son dependientes del
tiempo y una mallada vertical mvil toma en cuenta los cambios en el
nivel del agua y del lecho. El programa se basa en el mtodo de
volmenes finitos por lo que se debe generar un mallado
tridimensional. Mediante el nmero de Reynolds se clasifica si el
flujo es laminar, intermedio o turbulento. Valores pequeos de es un
flujo laminar, valores mayores es turbulento, el rango intermedio a
un flujo en transicin.
Esto representa la viscosidad relativo al de inercia
RIVER MorphEste programa fue diseado para proveer de
profesionales de la restauracin de la corriente, uso que analiza
datos geomorfolgicos y facilita el gravamen, supervisando y
diseando con un interfaz fcil de utilizar. La restauracin de la
corriente y el diseo de canal natural tienen problemas hidrulicos y
geomorfolgicos complejos. RIVERMorph se puede utilizar para
realizarse los clculos necesarios para analizar diseo de
corrientes. El software funciona en Windows y se puede obtener en
forma gratuita SED 3DEl coeficiente de Coriolis que aparece en la
expresin de la energa cintica, representa la relacin que existe,
para una seccin dada, entre la energa real y la que se obtendra
considerando una distribucin uniforme de velocidades.
Es un modelo numrico de tres dimensiones que simula la
hidrodinmica de los flujos de agua y el transporte del sedimento en
ros y especialmente en lagos y los estuarios. SED3D simula el flujo
y el transporte del sedimento en los lagos, los estuarios, los
puertos, y las aguas costeras. Este programa tiene un sistema que
se puede utilizar para simular el flujo y el transporte del
sedimento en varios cuerpos del agua bajo fuerzas de vientos,
mareas, afluencias de agua dulce, y de gradientes de densidad con
la influencia de la aceleracin de Coriolis y de la geometra
batimtrica. Este modelo generalmente es tridimensional pero puede
funcionar bidimensionalmente tanto en la direccin x-y o en la
direccin x-z. El lmite apropiado y las condiciones iniciales
correctas permiten que el modelo pueda computar los componentes de
velocidad, temperatura, salinidad, y concentracin suspendida del
sedimento. Este software corre en el sistema operativo VAX VMS con
el lenguaje de desarrollos FORTRAN y su distribucin es libre y
gratuita.
SMS 9 Este programa modela el agua superficial y tiene un
ambiente comprensivo para la hidrodinmica, transporte del agente
contaminador y del sedimento. SMS 9 incluye herramientas que
modelan en dos dimensiones (2D) con mtodo de elementos finitos, en
dos dimensiones(2D) con mtodo de diferencias finitas, en tres
dimensiones con mtodo de elementos finitos y en una dimensin (1D)
para modelar el remanso. SMS tambin incluye un interfaz modelo
genrico e incluye una variedad de informacin 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 intrusin de la salinidad,
la dispersin de la energa de la onda, caractersticas de la onda
(direcciones, magnitudes y amplitudes) y de otras. Su precio es de
US$ 9950.
TUFLOW Es un software de 1D y 2D de diferencias finitas que
simulan inundaciones y mareas. Simula la hidrodinmica de los
cuerpos del agua usando ecuaciones de conservacin de masa y de la
superficie libre. TUFLOW se desarrolla para determinar patrones del
flujo en aguas costeras, estuarios y ros. Sus fuerzas incluyen una
excelente estabilidad y convergencia. Representan en 1D y 2D
estructuras hidrulicas como diques y terraplenes. Simula en flujo
en rgimen crtico y supercrtico. Buena modelacin en inundaciones
importantes en crecidas de y en hidrulica de estuario y reas
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 grficamente todas las fases de la hidrologa y de la
hidrulica de la vertiente de aguas. WMS incluye las herramientas de
gran alcance para automatizar modelar procesos tales como
delineacin automatizada del lavabo, clculos geomtricos del
parmetro, cmputos de recubrimiento de GIS (profundidad de la
precipitacin, coeficientes de la aspereza, etc.), extraccin
seccionada transversalmente de datos del terreno, etc.
El diseo modular del programa permite al usuario seleccionar los
mdulos en combinaciones de encargo, permitiendo que el usuario
elija solamente las capacidades de modelacin hidrolgicas que se
requieran. Los mdulos adicionales de WMS se pueden comprar y
agregar en cualquier momento. El software se ligar dinmicamente a
estos mdulos subsecuentes en el tiempo de pasada que agrega
automticamente capacidad que modela adicional al software. Este
software cuesta US$ 3700 con todos los mdulos completos.[Escriba
texto]
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL11
En la tabla siguiente se presenta un resumen de las
caractersticas principales de algunos modelos explicados
anteriormente. CRITERIOSDIM.FENMENO QUE MODELATIPO DE RGIMEN DE
FLUJOMTODOS DE SOLUCINENTORNO EN QUE TRABAJANCOSTO
softwares
HECRAS1DFlujo HidrodinmicoPermanente e
impermanente.SubcrticoMEFWindowsGratuito
BRISTARS2DFlujo HidrodinmicoTransp. De sedimentosPermanente e
impermanenteWindowsGratuito
RMA-22DFlujo HidrodinmicoPermanente e impermanenteMEFWindows
FESWMS-2DH2DFlujo HidrodinmicoPermanente e
impermanenteWindowsGratuito
AquaDyn2DFlujo Hidrodinmico Factor de Riesgo Estudios de
ImpactoPermanente e impermanente.Subcrtico y crticoMEFWindowsUS$
1975
AQUASES2DFlujo Hidrodinmico Transp..de sedimentos Transporte -
dispersinPermanente e impermanent.Subcrtico y crticoMEFWindowsUS$
1800
HEC-22DFlujo Hidrodinmico Perfil de sup. del aguaPermanente e
impermanente Subcrtico y crticoMEFMS - DOS EspolnGratuito
HSCTM2D2DFlujo Hidrodinmico Transp. de sedimentos Transp.
contaminantesPermanente e impermanente Subcrtico y crticoMEFDOS
16Gratuito
River 2D2DFlujo Hidrodinmico Habitat de peces Evaluacin del
hieloPermanente e impermanente SubcrticoMEFWindowsGratuito
SSIMM3DTrasp. De sedimentacinPermanente e impermanente.MVFX
RIVERMorph2DFlujo Hidrodinmico Perfil de sup. del agua Parmetros
geomorf.Permanente SubcrticoWindowsUS$ 1000
SED3DFlujo Hidrodinmico Transp. de sedimentosPermanente e
impermanenteSubcrtico y crticoVAX VMS
SMS 93D, 2D, 1DFlujo Hidrodinmico Transp. de sedimentos Transp.
contaminantesPermanente e impermanenteSubcrtico y
crticoMDFWindowsUS$ 9950
TUFLOW2D, 1DFlujo Hidrodinmico Inundaciones costeras
MareasPermanente e impermanente Subcrtico y crticoMDFWindowsUS$
5995
WMS2D, 1DFlujo Hidrodinmico Anlisis de cuencasPermanente e
impermanente Subcrtico y crticoMDFWindowsUS$ 3700
VII. HEC - RASQU ES EL HEC-RAS?Es un paquete integrado de
programas de anlisis hidrulico, en los cuales el usuario interacta
con el sistema a travs del uso del Interfaz de Uso Grfico (IUG). El
modelo numrico incluido en este programa permite de realizar los
clculos del perfil de la superficie de flujo de agua constante e
inconstante, unidimensional, e incluir Transporte de Sedimentos y
muchos diseos hidrulicos computarizados en el futuro.El programa
fue desarrollado por el Departamento de Defensa de EE.UU., el
Ejrcitodel Cuerpo de Ingenierospara la gestin de los ros, puertos y
otras obras pblicas bajo su jurisdiccin, se ha encontrado una
amplia aceptacin por muchos otros desde su lanzamiento pblico en
1995.CMO FUNCIONA?El procedimiento bsico computacional de HEC-RAS
para flujo constante se basa en la solucin de la ecuacin de energa
unidimensional.Las prdidas de energa son evaluados por la friccin y
la contraccin / expansin. La ecuacin de momento se puede utilizar
en situaciones en las que el perfil de la superficie del agua es
rpidamente variado.Estas situaciones incluyen saltos hidrulicos,
hidrulica de los puentes y los perfiles de evaluacin en las
confluencias del ro.Para el flujo inestable, HEC-RAS resuelve el
pleno, dinmico, Saint-Venant ecuacin utilizando un mtodo implcito
de diferencias finitas.El solucionador de ecuacin de flujo
inestable es una adaptacin del paquete UNET Dr. Robert L.
Barka.APLICACINModelacin hidrulica en rgimen permanente de cauces
abiertos, ros y canales artificiales.VENTAJASEs una aplicacin
gratuita con una gran potencia de los clculos de anlisis de
estructuras hidrulicas como puentes, alcantarillas, diques,
canales, etc;pero en particular sobre losflujos de agua en canales
abiertos, tambin permite generar perfiles o secciones de
superficies de aguacon sus respectivos datos reas, niveles, etc.Sin
embargo, la descarga directa de HEC incluye una extensa
documentacin, y los cientficos e ingenieros versados en el anlisis
hidrulico deben tener poca dificultad para utilizar el
software.DESVENTAJASLos usuarios pueden encontrar problemas
numricos inestables durante los anlisis, especialmente en los ros
empinados y / o altamente dinmicos y arroyos.A menudo es posible el
uso de HEC-RAS para superar los problemas de inestabilidad en los
problemas del ro.HEC-RAS es un modelo hidrodinmico 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 multi-dimensionales.DATOS DE
ENTRADAPara un realizar un proyecto el HEC RAS debemos ingresar los
siguientes datos: Datos geomtricos. Datos de caudal. Datos de
contorno (condiciones de contorno). Datos plan.
Datos Geomtricos: 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 quedefinen el
comportamiento de un modelo en sus lmites.
Teniendo en cuenta que estamos hablando siempre de
modelizaciones en rgimen permanente, se pueden llegar a
definirhasta cuatro tipos distintos de condicin de contorno:
1. Nivel de agua: si tenemos algn dato del calado de la seccin,
normalmente dado por un limnmetro. El dato a introducir es el
nivel, es decir, una cota sobre el nivel del mar.2. Calado crtico:
se define cuando en la seccin existe un elemento de control de
calado/caudal basado en el calado crtico (vertedero, aforador,
presa, azud). La caracterstica de esta opcin es que no hay que
entrar datos, ya que el programa toma como dato el clculo del
calado crtico en la seccin.3. Curva de caudal: a usar cuando se
posea la curva de caudal de la seccin, es decir los datos que
relacionan calado con caudal. Si poseemos datos de aforador, es la
condicin de contorno a definir.4. Para todo el resto de casos,
definir como condicin de contorno elcalado normal. Es el ms
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 especfico sistema de datos
geomtricos y de flujo. Una vez que los datos bsicos son ingresados
en el HEC-RAS, el modelador puede formular fcilmente los
planes.PARTES DEL PROGRAMAMEN PRINCIPAL DE HEC-RAS
FILE (Archivo): Esta opcin se utiliza para la gerencia de
archivo. Las opciones disponibles bajo men de archivo incluyen:
resumen del proyecto. adems, los proyectos lo ms recientemente
posible abiertos sern enumerados en el fondo del men de archivo,
que permite que el usuario abra rpidamente un proyecto que fue
trabajado recientemente encendido.
EDIT (Edicin): Esta opcin es usada para insertar o editar datos,
estos datos se clasifican en 5 tipos: Datos Geomtricos, Datos de
Flujo Constante, Datos de Flujo Inestable, Datos de Sedimentos y
Datos de Sedimentos.
RUN (correr): Esta opcin es usada para realizar los clculos
hidrulicos como: Anlisis de Flujo Constante, Anlisis de Flujo
Inestable y Funciones Hidrulicas de Diseo.
VIEW (Vistas): Esta opcin contiene un sistema de las
herramientas que proporcionan las exhibiciones grficas y tabulares
de la salida modelo. El artculo de men de la visin incluye
actualmente: Las secciones representativas, perfiles superficiales
del agua, diagrama general del perfil, etc.
OPTION (Opciones): este artculo de men permite que el usuario
cambie opciones de la disposicin del programa; parmetros de defecto
determinados; establecer el sistema de las unidades del defecto
(los E.E.U.U. acostumbrados o los metros).
GIS TOOLS (Herramientas): esta opcin permite realizar la
interpolacin entre diferentes secciones transversales.
HELP (Ayuda): esta opcin permite que el usuario consiga ayuda en
lnea, as como la exhibicin la informacin de la versin 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 geomtricos.
STEADY FLOW DATA: realizar una simulacin de flujo constante.
UNSTEADY FLOW DATA: realizar una simulacin 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 simulacin de flujo
constante.
UNSTEADY FLOW SIMULATION: realizar una simulacin de flujo
inconstante.
SEDIMENT TRAMSPORT SIMULATION: realizar simulacin de
sedimentos.
WATER QUALITY SIMULATION: realizar una simulacin de temperatura
del agua.
HYDRAULI DESIGN: realizar cmputos hidrulicos del diseo.
VIEW CROSS SECTIONS: ver diagramas de la seccin 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 clasificacin computadas.
VIEW 3D MULTIPLE CROSS SECTIONS: ver diagrama de la seccin
transversal mltiple 3D.
HYDRAULIC PROPERTY TABLE PLOTS: diagrama y tablas de las
propiedades hidrulicas.
DEATALIED OUTPUT: ver salida detallada de las secciones
transversales, puentes, alcantarillas, etc.
VIEW SUMMARY OUTPUT TABLES: ver resumen de salida de las
mltiples localizaciones por perfil.
SUMMAY OF ERRORS: resumen de errores advertencias y notas.
VIEW DSS DATA: datos almacenados en DSS.
PASOS PARA REALIZAR UN MODELO HIDRULICO CON HEC-RAS / EJEMPLO
APLICATIVO.Hay seis pasos principales para crear un modelo
hidrulico con el HEC-RAS:1) Ejecutar HEC-RAS / ajustes iniciales.2)
Comenzar un nuevo proyecto.3) Ingresar datos geomtricos.4) Ingresar
datos de flujo y condiciones lmite.5) Crear Plan y ejecutar clculos
hidrulicos.6) Ver e imprimir resultados.
1) EJECUTAR HEC-RAS / AJUSTES INICIALES.
1.1. EJECUTAR HEC-RAS
Doble clic al cono del HEC-RAS. Si no se tiene acceso directo al
HEC-RAS en el escritorio, ir al Men Inicio y seleccionar Programas,
luego seleccionar HEC, y luego HEC-RAS.
Cuando se inicia por primera vez el HEC-RAS, se ver una ventana
como la mostrada en la figura:
1.2. CONFIGURACIN DE SISTEMA DE UNIDADESEl programa trabaja por
defecto con el sistema ingls, por lo que hay que cambiarlo. Esta
operacin se puede realizar para un trabajo, o predefinirlo para
todos los trabajos.Pasos: Men options, opcin Unit system (US
Customary/SI).La opcin Set as defacult, la marcamos para que todos
los proyectos que iniciemos en el futuro ya comiencen con el
Sistema Mtrico (SI).
2) COMENZAR UN NUEVO PROYECTO
Para iniciar un nuevo proyecto, ir al men File en la ventana
principal del HEC-RAS y seleccionar New Project. Se abrir entonces
una ventana del nuevo proyecto
Posteriormente, damos a nuestro proyecto un ttulo, (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 ttulo: "EJEMPLO
01").
Despus de que el botn OK es presionado una ventana de mensaje
aparecer con el ttulo del proyecto y el directorio donde se ubicar
el proyecto. SI la informacin es correcta, presione el botn
Aceptar. Si la informacin no es correcta, presione el botn Cancelar
y regresar otra vez a la ventana New Project.
Una vez creado el proyecto, en la pantalla principal aparece en
el item PROJECT, el ttulo del proyecto y la ubicacin del
archivo.
3) INGRESAR DATOS GEOMTRICOS
3.1 CREAR TRAMO Seleccionar Edit/Geometric Data o bien en el
icono
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 ratn se convertir en un lpiz. 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.
Tambin podemos hacer quiebres en el esquema, definiendo puntos
intermedios con un solo clic del ratn. 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.
3.2 INTRODUCIR DATOS DE SECCIONES TRANSVERSALES En la ventada
Goemetric Data seleccionamos el icono Cross Secction . Aparecer una
ventana con un espacio en blanco.
Para introducir la primera seccin transversal seleccionar
Options/Add a new Cross Section.
Aparecer una ventana pidiendo un identificador para la seccin
transversal.
Introducimos un nmero que representara su posicin relativa con
respecto a las dems secciones. Construir la seccin transversal
introduciendo la abscisa en Station y la cota en Elevation. Si se
trata de una seccin simtrica, es conveniente considerar el 0 de las
abscisas coincidente con el eje del caudal.
Cada vez que cliquemos sobre Apply Data los datos sern
introducidos y representados en el espacio de la derecha.
Distancia hasta la seccin siguiente, en la misma ventana de
Cross Section Data, en cuadro siguiente:
Indicamos las distancias desde esta seccin ala inmediata
siguiente aguas abajo, que en este casi es 0, ya que esta seccin 1
va ser la primera (es decir, no tiene ninguna aguas debajo de
ella). LOD: distancia entre las mrgenes izquierdas. ROB: distancia
entre las mrgenes derechas. Channel: distancia a lo largo del
centro del canal.
Acotacin del canal principal, estos puntos definen la parte de
la seccin que puede considerarse como canal principal. El resto de
la seccin se considerara como llanura de inundacin.
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 habamos 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 lnea de datos
en la tabla de la izquierda.Picamos el botn Apply Data y los dos
puntos que acotan el canal principal aparecen en rojo () en el
dibujo.
Coeficientes de contraccin/Expansin; el programa utiliza estos
coeficientes para determinar las prdidas de energa entre dos
secciones contiguas. Los autores para una transicin gradual
aconsejan 0.1 (contraccin) y 03 (expansin), mientras que en las
proximidades de un puente pueden ser, respectivamente de 0.3 y 0.5
o mayores, por la mayor prdida de energa.
El programa para realizar los clculos necesita como mnimo 2
secciones transversales.Siguiendo los pasos anteriores crearemos
una segunda seccin transversal a una distancia de 70m de la primera
seccin y con una cota ms 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
Cada seccin interpolada aparece con un asterico (*) luego del
nmero de identificacin. Todas las caractersticas de las secciones
se interpolan, incluyendo los coeficientes d Manning.
Una vez que los datos de la seccin transversal son ingresados,
los datos deben ser guardados en un archivo de disco duro. Esto se
logra seleccionando Save Geometric Data As del men File del editor
de datos geomtricos. En este caso le pondremos el nombre GEOMETRIA
01.
4) INGRESAR DATOS DE FLUJO Y CONDICIONES LMITE.
4.1 INGRESAR DATOS DE FLUJO Seleccionar Edit/Steady Flow Data o
el icono . Aparecer la siguiente ventana:
En primer lugar hay que indicar el nmero de perfiles (Profiles)
que hay que calcular. Con perfiles se refiere a diversas hiptesis
de clculo que deseamos plantear simultneamente, 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 aos y 50 aos. El cambio de estos nombres se hace en el men
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 seccin 2,
que es la seccin que est situada aguas arriba, as que el programa
supondr que por la seccin 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 botn: Reach Boundary
Conditions, aparecer la siguiente pantalla:
HEC-RAS necesita esta informacin 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 rgimen subcrtico solo necesita
en el extremos de aguas abajo (downstream); en un rgimen
supercrtico solo necesita aguas arriba (uptream), y si se va a
calcular un rgimen 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 crtica (Critical
Depth): Con esta opcin; el usuario no tiene que introducir nada. El
programa calcula la profundidad crtica para cada uno de los
perfiles y la utiliza como condicin de contorno. Profundidad Normal
(Normal Depth): En este caso, el usuario debe introducir el
pendiente de la lnea de energa 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 opcin debemos
introducir una serie de parejas de valores nivel-cudal.
Posteriormente guardamos estos datos en FILE/ Save Flow Data
debiendo dar una descripcin de los datos de flujo, en nuestro
ejemplo le pondremos: CONTORNO 01
5) CREAR PLAN Y EJECUTAR CLCULOS
Para realizar una simulacin hidrulica del cauce es necesario
crear un plan que incorpore un fichero de datos geomtricos y otro
de datos de contorno o datos hidrulicos. Para ellos seguimos los
siguientes pasos:
Seleccionamos Run/Steady Flow Analysis o bien el icono. Aparecer
una ventana donde podemos introducir un identificador.
Seleccionamos un fichero de Datos Geomtricos y uno de Datos
Hidrulicos de entre los existentes. Seleccionamos el rgimen del
flujo que se esperar encontrar (Subcritico, Supercritico o Mixto).
File/Save Plan.
Ejecutamos el modelado seleccionando Compute.
6) VER E IMPRIMIR RESULTADOSUna vez ejecutada la simulacin
correctamente, se pueden ver los resultados de varias maneras
dentro del men View de la ventana principal de HEC-RAS, se tiene
las siguientes opciones que son accesibles tambin atraves de sus
iconos:
Ver las secciones transversales (Cross-Sections)
E.G: altura de energaW.S: altura de lmina de agua Ver los
perfiles de las lminas de agua (Water Surface Profiles)
E.G: altura de energaW.S: altura de lmina de agua
Ver graficas de varios parmetros a lo largo de todo el perfil
(General Profile Plot)
Ver curvas caudal-calado de cada perfil (Reating Curves)
E.G: altura de energa Ver dibujos en perspectivas (X-Y-Z
Perspective Plots)
Ver hidrogramas de caudal y calado (solo cuando se ejecutan
simulaciones con flujo permanente) (Stage and Flow Hydrographs) Ver
graficas de propiedades hidrulicas (Hydraulic Property Plots) Ver
tablas de detalle (Detailed Outpout Table)
Aqu se ve un resumen de los parmetros hidrulicos 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 seccin. Min Ch
El (m): Cota inferior del cauce en la seccin. W.S.Elev (m): Altura
de la lmina de agua. Crit W.S. (m): Cota del calado crtico.
E.G.Elev (m): Altura de energa. E.G.Slope : Pendiente de la lnea de
energa. Vel Chnl (m/s): Velocidad del agua en el cauce. Flow Area
(m2): Superficie mojada en la seccin. Top Width(m): Ancho de la
superficie libre del flujo en la seccin. Froude # Chl: Nmero de
Froude. Ver tabla de resumen (Profile Summary Table)
Aqu, en este principio aparece una tabla estndar, pero pueden
elegirse entre 8 de ellas o configurar nuestra propia tabla. Tambin
permite elegir ver las secciones interpoladas o no. Ver resumen de
errores, avisos y notas (Summary Err, Wam, Notes)
Una vez ejecutada la simulacin, el programa genera un registro
de incidencias que se clasifican en: Errores: los mensajes de error
son enviados nicamente cuando han surgido problemas que han
impedido que una simulacin se complete.
Avisos: los avisos dan informacin al usuario sobre incidencias
que pueden exigir o no acciones de correccin. Cuando aparecen estos
mensajes, el usuario debe revisar los resultados hidrulicos de la
seccin afectada para asegurarse de que sean razonables. A veces
pueden ir acompaados de alguna sugerencia que puede hacer
desaparecer este mensaje en futuras simulaciones. Los problemas ms
comunes que suelen hacer aparecer mensajes son: Secciones demasiado
espaciadas. Secciones que comienzan o terminan a una cota demasiada
baja. Cota inicial de la lmina de agua incorrecta para el rgimen
especificado. Datos de la seccin transversal incorrectos. Notas:
dan informacin al usuario de cmo se estn realizando los clculos.
Ver datos en formato DSS (DSS Data)
CONCLUSIONES Podemos adoptar los modelos numricos para el
desarrollo de un proyecto debido a que estos nos proporcionan un
menor costo, a diferencia de los modelos fsicos que salen siendo
mucho ms caros. Si bien los modelos numricos tienen sus
limitaciones, pero esto cada ves de est desarrollndose ms y ms
conforme avanza la evolucin de cmputo, si volvemos atrs este modelo
ha tenido muchas complicaciones pero hasta ahora dichas
complicaciones se han perfeccionado, pues actualmente los desafos
mayores tarde o temprano terminarn dndose soluciones. El HEC-RAS no
es mejor que otros programas pero si es un programa muy importante
y lo podemos utilizar especficamente para modelar estructuras
hidrulicas tales como puentes, alcantarillas, diques, canales,
etc., y podemos ver su comportamiento, tal como el caudal A
comparacin de los modelos fsicos que estos no pueden construir
grandes estructuras con el los modelos numricos podemos hacerlo,
pues en este caso el HEC-RAS nos brinda soluciones de problemas
clsicos en las estructuras hidrulicas, adems de que su uso no est
limitado pues lo tenemos en forma gratuita y su manejo no es
difcil, lo podemos aprender tan rpido, eso s, tenemos que conocer
lo que hacemos y lo que necesitamos hacer.
RECOMENDACIONES El uso de modelos fsicos no deben sustituirse
por los numricos sino que estos justos tienen que resolver
problemas no previstos, as pues los modelos fsicos pueden hacer ver
lo que los modelos numricos 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 as como para observar los caudales. Medir
las secciones transversales del ro de una superficie topogrfica
Recomendamos que para una modelacin con HEC-RAS usar equipos
topogrficos con alta resolucin que dar mayor precisin a los
resultados as como modelos de elevacin digital de alta
resolucin
BIBLIOGRAFIA Modelacin numrica en rios en rgimen permanente y
variable. Edicions UPC Marti Snchez Juny