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Tools for hydrological and hydraulics computational analysis by r.cfdtools@gmail.com
R.HydroTools, es un proyecto de desarrollo colaborativo para crear y compartir herramientas computacionales relacionadas con modelación hidrológica, modelación hidráulica, análisis estadístico y analítica de datos espaciales.
| Herramienta | Descripción |
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| Fa - Factor de atenuación de la precipitación por área simultánea en una cuenca | Este libro de cálculo permite estimar el factor de atenuación de precipitación máxima por área simultánea, que es un valor numérico adimensional (entre 0 y 1) que multiplica la lluvia total máxima en 24 horas, estimada para cada subcuenca o sus pulsos equivalentes (del hietograma) en función del área de aportación y solo es válido en un punto de estudio determinado. Sirve para ajustar o atenuar el valor total de lluvia (mm) máxima, suponiendo que a mayor área acumulada existe menor probabilidad de que simultáneamente llueva sobre toda la cuenca. El factor de atenuación es inversamente proporcional al área acumulada de la cuenca hasta un determinado punto de estudio. A mayor área acumulada, menor factor y por ende menor precipitación máxima simultánea. Luego de la modelación o tránsito hidrológico, los valores de caudal pico e hietogramas, solo serán válidos para el punto en estudio. Para subcuencas pequeñas en cauces laterales al río artificial a diseñar, puede suponerse que el centro de tormenta cubre toda esta área y por consiguiente el factor multiplicador será de 1. |
| Registro y validación de hidrogramas obtenidos a partir de modelación hidrológica en HEC-HMS | Este libro de cálculo es utilizado para registrar y validar los pulsos obtenidos en modelos hidrológicos de eventos discretos o de valores máximos. La hoja Hidrograma4a presenta un ejemplo para la estimación de pulsos de hidrogramas para periodos de retorno superiores a partir de los valores pico obtenidos en los periodos de retorno registrados. |
| Curva de duración de caudal - FDC | Las curvas de duración de caudal son una de las herramientas utilizadas en hidrología, proveen información sobre el porcentaje del tiempo que el caudal o flujo excede un valor específico. |
| Catálogo nacional de estaciones de Colombia - CNE, análisis de longitud hipotética de series y selección de estaciones para estudios hidrológicos🆕 | El desarrollo de proyectos hidrológicos requiere del estudio de la red de estaciones terrestres para determinar su localización y selección a partir de la evaluación de la longitud hipotética de las series disponibles, en las que se considera que las estaciones deben disponer de registros continuos para los parámetros asociados a su categoría desde su fecha de instalación o puesta en funcionamiento y hasta su fecha de suspensión o hasta la fecha actual para estaciones que continúan en operación. |
| Herramienta | Descripción |
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| Parámetros generales para el diseño y modelación de cauces | Este libro de cálculo contiene lineamientos generales para diseño de canales y permite registrar: Parámetros técnicos requeridos, Parámetros técnicos estimados, Parámetros geotécnicos, ambientales y sociales, Parámetros territoriales. |
| Estimación del radio de curvatura para el suavizado del valle en canales, Rc | Existen diversas metodologías para estimar la curvatura de suavizado del eje recto del valle. El suavizado tiene como propósito garantizar un adecuado cambio de dirección en el río que permita el flujo o tránsito de las crecientes de forma segura y evitando en lo posible turbulencias, oleaje y zonas susceptibles a procesos erosivos y/o de depositación de sedimentos, buscando de mantener velocidad constante en el flujo. |
| Secciones transversales de referencia inicio y entrega para diseño hidráulico | Secciones topográficas sobre el cauce actual donde inicia y entrega el canal de realineamiento a diseñar. Los datos de estación y elevación son extraídos del modelo de muestreo HEC-RAS, construido a partir del modelo de terreno de puntos topográficos y líneas de secciones transversales de la topografía. Las cotas de inicio y entrega para el diseño y modelación pueden ser más altas o bajas dependiendo si se considera rellenar, dragar o rectificar el cauce natural antes de su intervención. |
| Análisis de la pendiente de diseño en cauce y valle | Utilizando el modelo de muestreo en HEC-RAS y a partir de la longitud del tramo natural a reemplazar y de las secciones existentes, determinar la pendiente de referencia para el diseño geométrico e hidráulico. Dentro de las consideraciones para el diseño de la sección del canal artificial, es importante evaluar la condición de equilibrio del cauce natural existente, expresada por la pendiente del cauce dominante y el equilibrio entre la erosión y agradación del lecho determinado por la edad del cauce. En caso de que existan restricciones de trazado y sea necesario utilizar una pendiente mayor a la pendiente del cauce natural existente a reemplazar, sera necesario considerar el diseño del fondo del canal de realineamiento en la sección dominante utilizando estructuras de caída con o sin contra escalón, permitiendo así replicar la pendiente natural. |
| Perfil de terreno del valle, evaluación de estructuras de caída y análisis de corte vs. relleno | A partir de la información topográfica disponible bajo la zona del eje del valle suavizado trazado y utilizando las secciones transversales del modelo de muestreo HEC-RAS, establecer si el canal artificial a diseñar estará en corte y/o relleno. El procedimiento presentado analiza solo el corte del valle y el posible uso de estructuras de caída para ajuste de pendiente. Para obtener el perfil por los puntos más bajos de cada sección, crear un modelo HEC-GeoRAS con ejes de río, bancas, líneas de flujo y secciones transversales. Las secciones transversales deberán conectar los diferentes puntos de la topobatimetría de cada sección. Luego de importar la geometría creada en HEC-GeoRAS al HEC-RAS, seleccionar el tramo de río y dibujar el perfil. El perfil mostrado en HEC-RAS corresponde a los puntos más bajos de cada sección de muestreo entre bancas. |
| Evaluación de taludes de referencia para diseño de sección a partir de secciones transversales de cauces naturales | A partir de la información topográfica disponible y de las secciones transversales trazadas en el modelo de muestreo HEC-GeoRAS arriba del punto de inicio y abajo del punto de entrega sobre cauces naturales existentes y en cauces laterales, estudiar la inclinación actual de los taludes que será utilizada como referencia para el diseño del canal artificial compuesto, correspondiente al talud estable del cauce natural luego de todos los procesos erosivos y de sedimentación. Para el diseño geométrico del canal de realineamiento, se consideran válidos, taludes de diseño con relación H:V mayor a la encontrada en la secciones naturales, obteniendo taludes mas tendidos en los que existirá menor riesgo de arrastre de material, erosión, socavación o volcamiento. Para el estudio de los taludes de referencia, en el libro de análisis se pueden utilizar las columnas del talud izquierdo para el análisis de las secciones del cauce dominante y las columnas derechas para el talud del valle o de creciente. |
| Evaluación y análisis de sinuosidad en cauces naturales | A partir de las líneas de drenaje restituidas y las líneas esquemáticas que representan tránsito hidrológico en el modelo geográfico de HEC-GeoHMS, determinar el factor de sinuosidad por los siguientes métodos geográficos: Método 1: Estimación del factor de sinuosidad a partir de la longitud euclidiana del valle, Metodo 2: Estimación del factor de sinuosidad a partir de la longitud suavizada del valle (PAEK, 2 km), Método 3: Factor de sinuosidad a partir de la longitud euclidiana del tramo a reemplazar. |
| Estimación de borde libre en canales - Freeboard | Sobreelevación requerida o borde libre en la sección de un canal, capaz de contener el flujo sin desbordamiento, producto del oleaje o de la sobreelevación de la lámina de agua en tramos curvos y transiciones. Métodos incluídos: Cnal erosionable, Canal revestido, Canal flujo subcritico, Canal flujo supercritico, Canal flujo supercritico sobreelevación en curvatura y transición, Bolinaga, Tierra conformada, Boligana, Concreto o roca, Criterios en función del ancho superficial T en canales revestidos. |
| Gradación y rugosidad de diseño en canales | Tamaño característico del material que compone el lecho o la zona de corte en canales realineados y valores de rugosidad a utilizar en el diseño hidráulico de la sección compuesta para la aplicación de diferentes métodos de diseño (Shields, Lane) usando HEC-RAS o el libro de diseño r.cfdtools. El análisis de gradación para determinar los valores d16, d50, d65, d75, d84 y d90, utiliza como referencia la metodología Norma INV-E213-13 - Colombia - Suramérica. Métodos incluídos para estimar el valor característico de la rugosidad de Manning: basados en d50, d65, d75 y d90. |
| Herramienta | Descripción |
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| Diseño geométrico e hidráulico vertical de canales a superficie libre | Dimensionar la sección hidráulica dominante y de creciente del cauce principal y de los cauces laterales menores, verificando a flujo uniforme la capacidad hidráulica de la sección compuesta y el borde libre requerido. Funcionalidades: Registro y graficación de valores obtenidos en el módulo de diseño hidráulico de HEC-RAS, Secuenciamiento para construcción de regiones y polilíneas de sección en Autodesk Autocad y/o Autodek Civil 3D, Diseño y verificación de secciones transversales para diferentes tipos de geometría (rectangular, triangular, trapezoidal, circular) con cálculo y graficación de profundidades normal y crítica, parámetros y propiedades hidráulicas. Módulo desarrollado por r.cfdtools, Diseño de sección estable por el método de fuerza tractiva. Formulación r.cfdtools. |
| Diseño geométrico de pasos de vía en canales usando alcantarillas por área equivalente a descarga libre para modelos hidráulicos en HEC-RAS | Dimensionar la geometría de sección requerida para transpotar el caudal de diseño de creciente bajo pasos de vía usando área equivalente. Es recomendable ubicar los pasos de vía en zonas de corte, en la que se disponga de una profundidad a la base del canal dominante mayor a la profundidad hidráulica de diseño; de este modo se podrán utilizar tuberías de diámetros superiores garantizando el tránsito hidráulico a descarga libre. |
| Diseño geométrico horizontal sinuoso de canales | A partir de la estimación de los radios de curvatura característicos de los meandros existentes en cauces naturales, el índice de sinuosidad y los anchos de sección diseñados hidráulicamente para el transporte del caudal dominante y creciente; determinar los siguientes atributos geométricos requeridos para el trazado del corredor del cauce sinuoso en Autodesk Civil 3D: Angulo de deflexión de la onda, α. Longitud sinuosa del río, Lr. Número de ondas sinuosas, n. Longitud hidráulica de cada onda, Lb. Longitud de aproximación entre ondas, La. Número de subdivisiones en el eje del valle suavizado, Lc * (Lm/4). |
| Herramienta | Descripción |
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| Diseño de estructura de caída con contraescalón en sección rectangular | El diseño y construcción de canales hidráulicos requiere frecuentemente del diseño de estructuras de caída, especialmente cuando se busca ajustar o mantener la pendiente de diseño, cuando no se realiza el diseño de cauce sinuoso confinado en valle o cuando debido a procesos erosivos el fondo del canal se degrada y es necesario que este se agrade para recuperar su condición inicial. El contra escalón permite controlar la posición del resalto dentro de la estructura y crea un tanque que funciona como discipador de energía en la caída previniendo así la erosión del lecho. |
| Diseño de estructura de caída sin contraescalón en sección rectangular | El diseño y construcción de canales hidráulicos requiere frecuentemente del diseño de estructuras de caída, especialmente cuando se busca ajustar o mantener la pendiente de diseño, cuando no se realiza el diseño de cauce sinuoso confinado en valle o cuando debido a procesos erosivos el fondo del canal se degrada y es necesario que este se agrade para recuperar su condición inicial. |
| Diseño de estructura hidráulica de contracción y expansión a flujo subcrítico | El diseño y construcción de canales hidráulicos requiere frecuentemente del diseño de estructuras de transición por contracción y expansión con diferentes geometrías. A través de esta herramienta podrá diseñar transiciones combinando geometrías trapezoidales, triangulares y rectangulares. |
| Estructura escalonada en sección rectangular a flujo rasante, método Iwao Ohtsu | El diseño y construcción de canales hidráulicos requiere frecuentemente del diseño de estructuras escalonadas, cuando existen diferencias importantes de nivel entre el fondo del cauce intervenido y el cauce o canal receptor. |
| Diseño hidráulico y geométrico de rápidas | Una rápida es un canal de gran pendiente que conecta dos tramos de un canal con pendiente suave entre los que existe un desnivel considerable en una longitud corta. Obliga a conducir el agua en ese tramo sobre pendientes pronunciadas y con altas velocidades. Cuando la longitud de la rápida es corta, se la denomina caída inclinada y su diseño hidráulico es el mismo que el de la rápida. Las rápidas pueden ser utilizadas para realizar conexión de cauces laterales a canales principales de desviación, ya que es posible ajustar la pendiente natural del terreno y por tal razón, el movimiento de tierras es menor al de una entrega usando estructuras escalonadas a flujo rasante. Una desventaja en su implementación es la erosión generada por las altas velocidades del canal de la rápida. |
| Herramienta | Descripción |
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| Diques de protección o encausamiento usando RAS Mapper | El diseño hidráulico de canales requiere de la verificación de zonas suceptibles a inundación, bien sea por que la creciente de diseño no puede ser encausada sin desbordarse previamente al pasar al canal diseñado en su zona de inicio, o por que en su punto de descarga no existen cotas de confinamiento hidráulico que garanticen que el flujo no desborde o inunde zonas próximas, razón por la cual es necesario realizar el diseño y localización de diques complementarios. |