Modelado de puentes en Hec-ras

HEC RAS es capaz de modelar puentes en su editor de geometría. Para ello debemos señalar la pestaña “Bridge/Culvert” en el editor de Geometría.

Aparece a continuación una ventana que corresponde al editor de Puentes y alcantarillas. Para crear un Puente seleccionamos la herramienta “Add Bridge and/or Culvert” en el menú de “Options”. Apenas seleccionemos esta opción el programa nos pedirá un nombre para el Puente que queramos crear.

Crear un nuevo Puente u Obra de Drenaje Transversal

A la hora de nombrar cualquier obra hidráulica, debemos saber que todas las obras hidráulicas modeladas en HEC RAS se encuentran siempre entre dos secciones, no pudiendo estar atravesadas por ninguna sección del modelo en ningún momento.

La colocación de nuestra obra hidráulica dependerá del nombre, colocándose en el mismo orden que las secciones transversales. Por tanto, debemos asignar un nombre a la obra hidráulica que lo coloque entre las dos secciones entre las que se encontraría en la realidad, no importando después si el nombre corresponde al punto exacto donde se encuentra el puente, sino solamente entre qué secciones está.

Como ejemplo aclaratorio, si nosotros tenemos un tramo con las secciones 100, 85, 70, 65, 50, 40 , 25, 10 y 0, y existe un puente a una distancia de 38 m del final y con una anchura de 4 metros, podemos nombrar al puente con un nombre entre 39,9 y 25,1 para situarlo entre las secciones 40 y 25, que es donde debería estar, pero no haría falta situarlo en el punto 38 exactamente, ya que la distancia del frente del puente a la sección inmediatamente anterior (la 40) la definiremos más tarde.

Una vez escogido el nombre aparece inmediatamente en el editor de puentes y alcantarillas una sección equivalente a la sección de aguas arriba del puente (Upstream) y otra equivalente a la de aguas abajo (Downstream). Estas secciones representan el terreno en el frente aguas arriba y aguas abajo del obstáculo y en ellos definiremos las características de nuestra obra tanto aguas arriba como aguas abajo.

Definición del tablero, obstáculo o terraplén

La definición del tablero del puente así como el terraplén u obstáculo donde se sitúa nuestra alcantarilla se realiza en el editor que aparece en la pestaña Deck/Roadway del editor.

El editor del tablero/terraplén permite la definición tanto aguas arriba como aguas abajo de las secciones primera y última de la estructura, suponiendo siempre que estas siempre son planos verticales contenidos en el plano de las secciones mostradas en el editor principal de puentes y alcantarillas.

Para definir un puente debemos dar los puntos que definan la cota superior (High chord) y la cota inferior (low chord) para cada coordenada horizontal (Station), tanto para la sección aguas arriba (Upstream) como aguas abajo (Downstream).

Cabe destacar que en el momento en que el tablero definido choca con el terreno, directamente se considera la intersección de terreno con tablero como si fuera terreno (lo que es lógico ya que ambos son impasables para el agua), por lo que para definir un terraplén o un obstáculo, sólo hace falta poner la cota inferior (low chord) a la cota del punto más bajo de la sección.

Tened en cuenta, que si un puente tiene pilares, estos se deben definir en el editor de pilares, y no en el editor actual de la geometría del tablero.

A continuación, en la casilla “Distance” se define la distancia entre la sección del puente aguas arriba y la sección del cauce inmediatamente aguas arriba del puente, es decir, lo separado que está el puente de la última sección del cauce definida antes de empezar el puente.

En la casilla “Width” definimos el ancho de coronación del puente u obstáculo que estamos creando.

En la casilla “ Weir Coef” debemos definir el coeficiente de vertido en caso que el nivel del agua superase la coronación del terraplén. Debido a que por lo general se trata de estructuras con esquinas y con más de un metro de ancho, el coeficiente de vertido de 1,4 que aparece por defecto suele ser una buena opción, pero podéis modificarlo según vuestro criterio

A continuación aparecen dos casillas llamadas “U.S. Embankment” (Upstream Embankment) y “D.S. Embankment” (Downstream Embankment) que corresponden a los taludes del terraplén aguas arriba y aguas debajo de la obra respectivamente, tal y como aparece en la figura. Si se trata de paredes verticales, los dos valores serán lógicamente 0.

Como hemos mencionado antes, en el caso que el nivel del agua supere la coronación de la estructura ésta actuaría como un vertedero, pero si el nivel aguas abajo también es superior a la coronación, ese vertedero se anegará y actuará como un simple obstáculo. La casilla “Max. Submergence” fija el ratio a partir del cual el vertedero se considera anegado y por tanto deja de calcular la cota del agua a partir de la ecuación del vertedero y prosigue utilizando las ecuaciones de la energía. El valor normalmente varía entre 0,67 y 1,00, aunque el valor por defecto de 0,98 es una buena aproximación.

La casilla “Min Weir Flow Elevation” fija la cota mínima a la que el flujo de la sección comienza a actuar como un vertido por aliviadero. Realmente esta casilla no tiene porque rellenarse porque si se deja en blanco el programa considera que esta altura comienza con la altura más baja a la que se sitúa la coronación en la sección de aguas arriba (lo que es lógico). Aunque si vuestro terraplén o puente está muy inclinado, podéis poner una cota media entre el punto más bajo y el más alto.

Por último, al final de la ventana de editor de puentes y terraplenes aparece la opción de considerar la coronación como una superficie plana con aristas (Broad Crested), por lo que utilizaría el coeficiente de vertido señalado anteriormente, o considerar que la coronación se curva formando un perfil Creager típico de los vertederos (Ogee).

Si elegimos la opción “Ogee”, podemos, si es necesario, calcular el coeficiente de vertido necesario para ese perfil aportando la altura del vertedero sobre el suelo en la opción “Spillway Aproach Height” y la altura de energía aproximada sobre la cota de agua que queremos sobre el mismo (de forma aproximada y como una forma de regular la velocidad sobre el vertedero) en la pestaña “Design Energy Head”. Una vez rellenos estos dos campos, debemos apretar el botón de “Cd” para que nos calcule el nuevo coeficiente de vertido. Al apretar el botón “Cd”, nos aparece un aviso preguntándonos si queremos cambiar el coeficiente de vertido que teníamos antes al calculado. Al aceptar, vemos como el coeficiente de vertido de la parte superior cambia y se convierte en el número calculado.

Cerrando el editor, ya podemos ver como el tablero del puente o el terraplén queda definido en las dos secciones transversales.

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