HIDRAULICA HEC RAS

1. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)

2. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
• Canales, caudales, presión y energía
• Concepto de altura de carga o de energía
• Formula de manig para canales
• Régimen de flujo permanente y uniforme variado
• Régimen de flujo subcritico, critico y supercrítico
• Software de actualidad para uso conjunto con HEC-RAS y
cálculos hidráulicos convencionales

3. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
Caudal:
Q =  V/  t; Q = [L3 / T]
Ecuación de continuidad:
Q = A 1v1 =A 2v2 = .....=A nvn

4. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DE LA SECCIÓN
TRANSVERSAL DE UN FLUJO CON SUPERFICIE LIBRE
• -Área de la sección de flujo o “área
mojada”, A.
• -Perímetro “mojado”, P.
• -Radio hidráulico, R;
• R = A / P.
• -Ancho superficial, T.
• -Profundidad “hidráulica”, D; D = A/ T.
A
P
T

5. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
FACTORES DE SECCIÓN
• -Factor de sección “crítico” (Zc): Zc = (A3 / T) 0.5.
• -Factor de sección “normal” (Zn): Zn = A R 2/3.

6. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
Tipo de
sección
Area,
A
Perímetro
mojado,
P
Radio hidráulico,
R
Ancho superficial,
T
Rectan-
gular
b y b + 2 y b y/ (b+2y) b
Trape-
cial
(b+zy)y b+
2y(1+z2) 0.5
(b+zy)y/
[b+2y(1+z2) 0.5]
b + 2zy
Trian-
gular
Z y2 2y(1+z2) 0.5 zy/
2(1+z2) 0.5
2 z y
Circular
Parcialmente
llena
(1/8)( -
sen)D 2
o
 D 2
o
¼(1 – sen / )Do 2(y(Do -y) 0.5

7. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
Tipo de sección Profundidad
Hidráulica
D
Factor de sección crítico
Zc=A1.5/ T0.5
Factor de sección normal
Zn=AR2/3
Rectangular y b y 1.5
(by)5/3 [1/(b+2y)]2/3
Trapecial (b+zy)y/
(b+2zy)
[(b+zy)y] 1.5/
(b+2zy)0.5
[(b+zy)y]5/3/
[b+2y(1+z2) 0.5]2/3
Triangular 1/2 y 0.7071 z y1.5 Z5/3 y8/3/
[2(1+z2) 0.5]2/3 )
Circular
(Parcialmente
llena)
(1/8)[( - sen)/
sen(1/2)] Do
0.0442[( – sen )1.5/
(sen(1/2))0.5] D 2.5
o
(1/2)13/3(-sen )(1–
(sen/)2/3D 8/3
o

8. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
VARIACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DE SECCIONES
CIRCULARES PARCIALMENTE LLENAS EN FUNCIÓN DE “y”.

9. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
V1
2/ 2g
y1
z1
Ecuación de Bernoulli en conducciones abiertas. Representación gráfica.
1 2 3
V2
2/ 2g
y
V3
2/ 2g
y3
z2
z3
H1 = V1 / 2g + y1 + z1 = V2 / 2g + y2 + z2 + hf 1-2 = V3 / 2g + y3 + z3 + hf 1-3
2 2 2
hf 1-3

10. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
Uniforme (I)
(calado y velocidad constantes)
Clasificación
del flujo
Gradualmente variado (II)
Rápidamente variado (III)
Variado
(calado y
velocidad
variables)
CLASIFICACIÓN DEL FLUJO LIBRE
(II)
(III)
(I)

11. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
Número de Froude
F = v/ (g*y) 0,5
Subcrítico o tranquilo
(F < 1)
Clasificación
del
flujo Supercrítico o rápido
(F > 1)
Crítico
(F = 1)

12. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
SECCIÓN DE CONTROL DEL FLUJO
Es aquella sección en la que se conoce la relación entre el calado
del flujo, o de alguna variable que permite obtenerlo, y el caudal.
3
q  g.yc
Sección de control en caída
yc
c
q  g.y 3
3
q  m. 2gHe 2
Sección de control en vertedor
He
P

13. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
Línea de calado crítico
CARACTERÍSTICAS DE LASECCIÓN DE CALADO CRÍTICO:
0
- dy / dx =
0
- F = 1
- El valor del calado crítico (yc) es independiente de la pendiente de fondo del canal. Es
decir, es una propiedad de la sección transversal, del caudal y de g.
CAUDAL CRÍTICO

14. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
• Siendo:
 1
Régimen
turbulento
El cálculo de yc se puede realizar resolviendo el sistema de ecuaciones 1 y 2
anteriores o, hallando la raíz “yc”de la ecuación 3:
g
c
Z 
Q
1
Tc
De la definición geométrica de Zc:
A 3
Zc  c
 f (yc )
2
Q
g
c

Tc
A 3
f (yc ) 
3
El cálculo del calado crítico para una sección
rectangular simple se reduce a:
q2
g
Q2
g *b2
 3
yc  3

15. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
EJEMPLO PRÁCTICO
• Determinar el calado “crítico” de un canal rectangular revestido con cemento
(“n” = 0.013), pendiente de fondo del 2% y 80 cm de ancho, para un caudal de
200 l/ s.
Considere  =1.
• Solución:
• Zc = by 3/2 = 0.8*y 3/2 ...................................(1)
• Zc = Q/ g 1/2 = 0.2/ (9.8) 1/2 = 0.064..........(2)
• El valor del calado que satisface que (1) = (2) es:
yc = 18,5 cm

16. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
• Pendiente de la rasante de pérdidas de carga según Manning-Strickler:
n2
Q2
A2
R4 / 3
=
N
Z
n2
Q 2
2
J1
J3
J2
J1  J2  J3  0
Línea de calado normal
J f 

17. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
VALORES DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD “n”
Ejemplo:
Tipo de superficie Valores de “n”
Madera cepillada 0.012
Madera sin cepillar 0.013
Mortero de cemento 0.012 a 0.013
n
Hormigón 0.014 a 0.016
Piedra labrada 0.014 a 0.015
Ladrillo con mortero de cemento 0.013 a 0.016
Grava 0.029
Superficie de cascote 0.030 a 0.033
Superficie de cascote con cemento 0.020 a 0.025
Canalón semicircular metálico y liso 0.012 a 0.013
Canal excavado en roca, liso y uniforme 0.030 a 0.033
Idem, rugoso e irregular 0.040 a 0.045
Tubo de hierro fundido sin recubrir 0.013 a 0.015
Tubo de hierro fundido recubierto 0.012 a 0.013
Tubo de hierro negro, forjado 0.013 a 0.015
Tubo de hierro forjado, galvanizado 0.014 a 0.017
Tubo de acero en espiral 0.015 a 0.017
Tubo vitrificado para alcantarillas 0.013 a 0.017
Tierra 0.020 a 0.025
Tierra con piedras o hierbas 0.033 a 0.040
= 0.014 a 0.016

18. CURSO DE MODELIZACION HIDRAULICA CON HECRAS
Y ARCGIS (GEORAS)
Cálculo del caudal
“normal”:
1
2
1
* A*R3 * J0 2
n
Q 
El cálculo de yn se puede realizar resolviendo el sistema de ecuaciones 1 y 2
anteriores o, hallando la raíz “yn”de la ecuación 3:
3
2
Zn  A*R3  f (yn )
1
0
J
Zn

Q*n
2
  0.5
0
3
2
J
AR
1
n h
n
f (y )  Q 