3 Comments
IV.- Materiales y métodos
4.1 Reconocimiento de campo
Se realizó un reconocimiento de campo con el objetivo de conocer la cantidad total de rejillas así como algunos servicios existentes, donde se hicieron mediciones de velocidades, tirantes y alturas de ampliaciones que se construyeron para las rejillas, también se anotaron otras observaciones
Antes de empezar los trabajos de campo se tenía la seguridad de realizar una sola campaña de medición, la cual resultaría muy útil para lograr una correcta calibración. Debido a la incertidumbre de los resultados en la primera campaña, se fueron planeando otras campañas siguiendo una mayor exactitud en las mediciones.
Además se requierieron de varias campañas, cada una con diferentes propósitos, una de ellas es conocer el comportamiento general del nivel del agua así como la condición del flujo.
4.1.1 Campaña de medición.
Para llevar a cabo la simulación de un modelo, es necesario contar con información confiable puede ser de origen de campo o de algún trabajo relacionado. Por tal razón se realizaron campañas de medición las cuales fueron las siguientes; medición de velocidades, tirantes, elevación de la ficha localizada a un costado de la rejilla.
La primera campaña de medición
consistió en medir las 71 rejillas que se encuentran en el tramo, para conocer las variaciones de velocidades que puede alcanzar el flujo dentro de la bóveda, así como también medir la profundidad de los tirantes, lo que permite tener una visión general de la superficie del agua.
La segunda campaña de medición
consiste en calcular la velocidad promedio. Se utilizó la Ecs. 10 el procedimiento se llama "Medición de velocidades", donde las velocidades se tomaron con un aparato marca: Marsh-McBirney Inc. a tres diferentes profundidades; la primera a una profundidad de 20%, la segunda a 40% y finalmente la tercera de 80% con respecto al tirante. Para cada una de las profundidades se tomaron varias mediciones dependiendo del resultado, es decir, de la similitud del dato por la ecuación 10.
.... 10
Velocidad media
Velocidad a una profundidad de 20% el tirante
Velocidad a una profundidad de 80% el tirante
Velocidad a una profundidad de 40% el tirante
Para poder calcular el tirante del nivel del agua de acuerdo a la Ecs. 11 se necesita tomar dos profundidades; la primera es apartir de la rasante hasta la rejilla, la segunda es del espejo de agua a la rejilla y por diferencia tenemos el tirante de agua, para esto tuvimos mucho cuidado de mantener siempre perpendicular el "estadal diseñado". No obstante en algunas ocasiones la fuerza del flujo inclinaba el estadal, sobreestimando la profundidad del tirante de agua.
... 11
Tirante del nivel de agua
Profundidad medida a partir de la rasante hasta la rejilla
Profundidad medida a partir del espejo de agua hasta la rejilla
Los errores que se consideran al momento de medir:
Equipo:
Estadal diseñado
Pintura
Cinta de medir
Medidor de Flujo (Marsh-McBirney Inc)
Calculadora, cuaderno y lápiz
4.1.2 Procedimiento de la simulación (Variables de entrada)
La información necesaria para la elaboración del modelo numérico en el tramo encauzado, se realiza en tres pasos: datos geométricos, datos del tipo de flujo y análisis de flujo. A continuación se hace una descripción de cada una de ellas.
Primer paso:
Los datos geométricos son:
- Eje del cauce.
- Sección transversal de la bóveda.
- Distancia de separación entre secciones
- Puntos de control del encauzamiento.
- Coeficiente de manning.
- Coeficientes de contracción/expansión
Eje del cauce.
Las coordenadas del eje del RN se tomaron de los planos de obra terminada del encauzamiento, (ver APÉNDICE A. Además se hizo un levantamiento de las fichas de las rejillas con estación GPS (Sistema de Posicionamiento Global), con un error de lectura de +/- 2 cm en vertical y +/- 1 cm en horizontal (ver APÉNDICE F)
Sección transversal de la bóveda
. A partir de la información recopilada en las campañas de medición, se completó la base de datos. En esta primera base de datos geométricos las secciones van estar localizadas en cada una de las rejillas. Para generar las secciones se utilizó información de SIDUE, (ver APENDICE B) esta información permitió conocer la rasante hidráulica de la bóveda en obra terminada y considerando la base constante de 3.95 m, se logró repruducir la sección tipo del proyecto hidráulico partiendo de la ecuación 12 y 13. A continuación se describe como se calcularon las elevaciones de la sección, ver figura 13.
Figura 13. Coordenadas de una sección tipo del modelo hidráulico.
... 12
.... 13
Los resultados de la elevación de cada una de las secciones aparecen en el APENDICE C.
Para generar las elevaciones de la cúpula (figura 14); se cuenta con la elevación de una ficha situada en la parte superior de la rejilla, la altura de la cúpula de proyecto es de 83.5 cm. para indicar donde empieza la cúpula se midieron todas las ampliaciones con cinta métrica que fueron construidas, ver APENDICE D.
Figura 14. Fotografía tomada dentro de la bóveda. Se puede observar la forma de la cúpula
.
Distancia entre secciones transversales
. Es necesario introducir tres distancias entre dos secciones sucesivas: distancia al margen izquierdo, al centro y al margen derecho; con la distancia central se ubica la sección en la planta y con las otras dos distancias se refleja la ondulación del cauce. Las distancias entre secciones consecutivas fue la diferencia en los kilometrajes de cada rejilla según información de SIDUE.
Coeficiente de contracción y expansión
. La sección de la bóveda es constante, los coeficientes que se eligieron fueron de 0.1 en contracción y 0.3 en expansión. Cabe señalar que en los cruces con vialidades la sección de la bóveda tubo modificaciones al momento de ser construida, pero para el modelo no se consideraron estas variaciones.
Coeficiente de rugosidad
. Con base al capítulo "Características hidráulicas" se obtuvo el rango del valor del coeficiente de escurrimiento siendo este entre 0.011 y 0.023. Además se considera una rugosidad constante a lo ancho de la sección de la bóveda.Segundo paso
:
Los datos del flujo. Para nuestro modelo utilizaremos la modalidad de flujo permanente donde es necesario contar con la siguiente información:
- Caudales.
- Condición de frontera
La información necesaria de caudales, consiste en determinarlos en varios lugares del tramo encauzado, a partir de la medición de velocidades del flujo y tirantes en dichos puntos, se identifican aportaciones al RN de origen clandestino o de construcciones temporales.
Es necesario establecer la condición de frontera aguas arriba y aguas abajo, en la canalización, para esto el Hec-Ras permite utilizar cuatro posibles tipos de condiciones de frontera que son: elevación del agua conocida, tirante crítico, pendiente promedio de la superficie del agua y "rating Curve".
Tercer paso
:
Régimen del flujo. En el RN el régimen del flujo, según análisis del número de Froude realizado, es subcrítico, pero puede ocurrir cambio de régimen en algún punto. Razón para la cual se realizó la simulación como una mezcla de regímenes que son subcrítico, supercrítico y mixto, es una opción que ofrece el Hec-Ras, para tomar esta opción el programa requiere ciertas condiciones de contorno mencionadas anteriormente.
