Diseño e implementación de software de acople a Hec-Ras: cálculo de ejes hidráulicos en lechos macro rugosos

Abstract

En la presente memoria se brinda una herramienta computacional de acople a HEC-RAS, denominada MR-HR, la cual es capaz de resolver escurrimientos sobre lechos tanto rugosos como macro rugosos en cauces naturales, mediante la implementación de diferentes expresiones no lineales que dan cuenta del efecto de la macro rugosidad. La primera etapa del estudio, consistió en la recopilación de antecedentes generalizados de pérdida de carga en cauces naturales. Posteriormente se recopilaron los antecedentes de pérdida de carga asociados con lechos macro rugosos, particularmente, las parametrizaciones del número de Strickler de Keulgean (1938), Limerinos (1970), Parker y Peterson (1980) y Ayala y Oyarce (1993). Estas expresiones fueron ajustadas para lograr una transición suave entre lechos macro rugosos y rugosos, forzando a que el número de Strickler en lechos rugosos fuera igual a 0.12. Luego se desarrolló una aplicación en un caso real en un tramo particular del río Baker, de 148 km de extensión, comprendidos entre Baker 1 y la desembocadura en caleta Tortel. Esta aplicación se dividió en dos partes. En la primera, se simplificó el lecho del cauce asumiendo un sólo diámetro característico para todo éste, lo que implicó que la macro rugosidad varió únicamente por el desarrollo del eje hidráulico. En la segunda, se abordó el problema lo más general posible, admitiendo que la macro rugosidad variará tanto en función del desarrollo del eje hidráulico como en función de la variación longitudinal del tamaño de los sedimentos del lecho. El sentido de dividir la aplicación en dos partes fue que en la primera etapa, simplificada, se buscó analizar los factores de los que dependían los ejes hidráulicos proporcionados por las distintas parametrizaciones, y en la segunda etapa, se buscó corroborar lo anterior y comparar los resultados con el eje hidráulico proporcionado por un coeficiente de Manning uniforme para todo el cauce que obvió los efectos de la macro rugosidad. Los resultados de la primera etapa sugirieron que el desarrollo de ejes hidráulicos considerando las parametrizaciones aquí revisadas, es un problema que carece de generalidad en términos de que no siempre es posible esperar que una parametrización brinde alturas de escurrimiento mayores que las demás. Esto se debe a que aparte de la parametrización seleccionada, el desarrollo del eje hidráulico está influenciado por la distribución espacial de los números de Strickler que a su vez dependen de otros factores como el caudal, la geometría particular del cauce y las condiciones de borde del problema. En la segunda etapa, se corroboraron las hipótesis anteriores para un caudal en particular, y con respecto a la comparación entre considerar un lecho como macro rugoso y no considerarlo, se obtuvieron diferencias significativas dada la comparación desigual realizada. Finalmente se menciona que los resultados obtenidos son particulares y que por ningún motivo deben extrapolarse a otros problemas sometidos a distintas condiciones, y se proporcionan consideraciones que se deberían tener en cuenta al momento de evaluar los resultados brindados por MR-HR.