manual river

8/7/2019 manual river

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PER Ministeriode Agricultura

Autoridad Nacionaldel Agua

Direccin de Estudiosde Proyectos HidrulicosMultisectoriales


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INDICE

I INSTALACION

1.1 Archivos/carpetas del programa1.2 Pasos

II MANEJO DEL SOFTWARERIVER

2.1 Clculo del caudal de diseo

2.1.1 Mtodo Estadstico2.1.2 Mtodo Emprico2.1.3 Caudal Instantneo

2.2 Clculo de Defensas Enrocadas2.2.1 Laterales

2.2.2 Espigones


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INTRODUCCION

El presente manual fue desarrollado para el uso del programa RIVER y est dirigidoa los profesionales e instituciones que estn involucrados en obras de proteccin decauces o defensas ribereas.

Este manual fue elaborado por el Programa de Encauzamiento de Ros y Proteccinde Estructuras de Captacin - PERPEC de la Direccin de Estudios de ProyectosHidrulicos Multisectoriales - ANA y debe ser tomado como una referencia para elbuen diseo de estructuras laterales y espigones.

El PERPEC, cuenta con experiencia en la direccin tcnica y supervisin de proyectosde defensa riberea, motivo por el cual ha validado el programa RIVER y recomiendaa los profesionales a su buen uso.

El programa RIVER, fue elaborado por el ingeniero Emilse Benavides C., profesionalespecialista de la Autoridad Nacional del Agua (ANA) del Ministerio de Agricultura.


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I INSTALACION

Para la instalacin del programa, es necesario contar con los siguientes archivos:

1.1 Archivos/carpetas del programa

Dotnetfx WindowsInstaller-KB893803-v River River_Data (carpeta)

1.2 Pasos

Instalar el archivo WindowsInstaller-KB893803-v, haciendo doble clic; es posible quealgunas mquinas tengan todos los service pack(programa para actualizar el sistemaoperativo); en este caso no ser necesario la instalacin de este archivo.

Instalar el archivo dotnetfx, haciendo doble clic en el archivo; dependiendo de lacapacidad de la mquina, tomar algunos minutos.

Copiar el archivo River en el disco C; en esta misma unidad crear la carpetaRIVER_DATA, donde se guardarn los archivos de trabajo.

Para acceder al programa es necesario dar un doble clic al cono River yaparecer la siguiente pantalla.


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II MANEJO DEL SOFTWARERIVER

2.1 Clculo del caudal de diseo

Acceder al men principal y optar por el tema caudal de diseo. El programaconsidera tres mtodos para calcular el caudal de diseo: Estadstico, Emprico yCaudal Instantneo.

2.1.1Mtodo Estadstico

(1) El programa solicita ingresar la informacin bsica:

Nombre del Proyecto, despus de ingresar este dato; dar un enter para acceder

al siguiente dato de entrada.

Estacin, se refiere a la estacin de generacin de los datos hidrometeorolgicos;dar enter para pasar al siguiente dato de entrada.

Tiempo de Retorno, dependiendo del tipo de proyecto se puede optar 2, 5, 10, 25,50, 100, 500, 1000, aos.

Registro Ao Inicio, es el dato hidrometeorolgico del primer ao, tomado delregistro de datos histricos.

Registro Aos Final, es el dato hidrometeorolgico del ltimo ao, tomado delregistro de datos histricos.

(2) En la segunda parte, el programa pide ingresar los datos de caudales en m3/s, aopor ao.


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(3) Antes de continuar con el clculo del caudal de diseo, es necesario guardar lainformacin ingresada hasta este momento. Para ello ir al men principal y optar por

el tema Archivos.

Luego acceder a la opcin Crear- Archivo; se crear un archivo de nombre RIVER-001 (sucesivamente se ir creando los nombres de los archivos), en el directorio queanteriormente fue creado en el disco C:\ RIVER_DATA

La opcin Guardar-Data se activar para poder guardar la informacin. Lainformacin se puede apreciar en la parte inferior derecho de la pantalla.

Con la opcin Leer-Data, se puede recuperar a la informacin guardada.


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(4) Para continuar con el clculo del caudal de diseo, se debe ordenar la informacin

para calcular los parmetros estadsticos.

Considerando la opcin Ordenar Datos de la barra del men principal Procesos, seordenar los datos para luego optar por la opcin Parmetros Estadsticos.

Los parmetros estadsticos considerados en el programa son:

Suma de registros, Media, Desviacin Estndar, Coeficiente de Asimetra, Coeficientede Variacin, Nmero de Registros, Media-Log, Log-Desviacin Estndar, LogCoeficiente de Asimetra y Log-Coeficiente de Variacin.


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(5) Clculos estadsticos, el programa incluye tres modelos probabilsticos: LogNormal, Gumbel y Pearson III, para ello acceder al men principal, considerando laopcin Mtodos.

La primera opcin es la funcin Log Normal, dar un clic en el tema Calculardentro delmen Procesar. El programa calcular los caudales para 10 aos de periodo deretorno.

Para calcular el caudal mediante las otras dos funciones, es necesario dar un clic enla opcin Regresar. Luego ir al men Procesary Regresar


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(6) Definicin del caudal de diseo, finalmente se tendr el clculo del caudal(es)mediante los tres modelos probabilsticos.

El programa elegir aquel caudal que tenga el mayor coeficiente de correlacin, comocaudal de diseo, picando el siguiente cono.

Para acceder al clculo del caudal por los otros mtodos ir a la barra del men y picar

el tema Regresar


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2.1.2Mtodo Emprico

(1) Ingresar al men Caudal de Diseo y optar por la opcin Mtodo Emprico

(2) El programa solicita ingresar la siguiente informacin de la cuenca:

Nombre del Proyecto, luego de ingresar el nombre del proyecto, dar un enterparapasar al siguiente dato de entrada.

Longitud de Cauce Principal (Km), se refiere a la longitud del tramo enconsideracin

Pendiente del Cauce del Ro (Manning), el dato de entrada es m/m, considera lapendiente desde la parte ms alta hasta la zona ms baja donde la precipitacingenera escorrenta, en todo caso hasta el punto de inters.

Diferencia de Cotas (m), este dato est relacionado con las altitudes mxima ymnima considerando el rea hmeda de la cuenca.

rea de la Cuenca Hmeda (Km2), se refiere al porcentaje de la cuenca donde laprecipitacin genera caudal.

Periodo de Retorno (aos), dependiendo del tipo de estructuras a proyectarse sedefine el nmero de aos.

Coeficiente de Escorrenta (C), se trata de la proporcin de lluvia real que produceescorrenta superficial. Valores se presenta en el cuadro N 1.


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Cuadro N1. Coeficientes de escorrenta (C)

Fuente: Chow et al (1988)

(3) Clculo del tiempo de concentracin, el programa considera tres mtodos:

Soil Conservation Service of California R. Temez Kirpich.

Con la informacin ingresada en el paso (2), se calcular el tiempo de concentracin(Tc), dando un clic en las frmulas para cada uno de los 3 mtodos.

Puede considerarse un tiempo de concentracin promedio (Tc) u optar cualquiera delos valores estimados, de acuerdo a criterio del proyectista. Sin embargo el programa

da la opcin de ingresar manualmente un valor diferente del Tc.

4) El programa considera el mtodo de Mac Math para el clculo del caudal mximoemprico. Pero antes se debe calcular la intensidad (I) de precipitacin en (mm/h),usando del mismo modo la frmula de Mac Math. Para obtener el valor de I bastacon hacer un clic en la frmula, previa verificacin de los datos de ingreso que solicitala ecuacin. De igual forma dar un clic en la frmula del caudal Q.


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Para pasar al siguiente mtodo de clculo de caudal, ir a la barra del men y optar porProcesarluego la opcin Salir.

2.1.3 Caudal Instantneo

(1) Ingresar a la barra del men principal, e ir al tema Caudal de Diseo, luego a laopcin Caudal Instantneo.

El programa pide ingresar la informacin:

Caudal Medio (m3/s), rea Hmeda de la Cuenca (Km2) Periodo de Retorno (aos), dar un entercada vez que se quiera pasar al siguiente

dato de entrada

(2) Caudal instantneo, una vez ingresado los datos solicitados en el paso anterior,

dar un clic en la opcin Calcular.


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Finalmente se tendr caudales instantneos para diferentes periodos de retorno.

El mtodo que considera el programa River es el mtodo de Fuller.


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2.2 Clculo de Defensas Enrocadas

El Programa River, ha incluido dos tipos de obras: Laterales y Espigones. Para

ingresar al clculo del primer tipo de obra, ir al men principal optando por el temaDefensas Enrocadas.

2.2.1Laterales

A) Dimensionamiento del dique lateral

(1) Primero se debe ingresar la siguiente informacin inicial:

Caudal, por defecto incluye el caudal del ltimo mtodo trabajado.

Periodo de retorno, considera al dato ingresado anteriormente, sin embargo estosdos primeros datos pueden ser cambiados.

Pendiente, se refiere a la pendiente en m/m del tramo en estudio

(2) Clculo del ancho estable del cauce (B), el programa considera cinco opciones

1.- Recomendacin prctica, esta opcin est en funcin del caudal. Para acceder ala tabla da valores, picar en la opcin Recomendacin Prctica.


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2.- Mtodo de Petits, est frmula est en funcin del caudal de diseo. Para obtenerel valor hacer clic en la caja de nombre Mtodo de Petits

3.- Mtodo de Simons y Henderson, est basado en la teora de rgimen estable y

est en funcin del caudal de diseo y de las condiciones de fondo del ro.Antes de proceder al clculo, se debe acceder a la tabla de valores, picando en laopcin Mtodo de Simons y Henderson. Este mtodo incluye 5 condiciones del tipode fondo y orilla del ro. Seguidamente para el clculo final del ancho B, dar un clicen la caja de la frmula correspondiente.

4.- Mtodo de Blench y Altunin, est basado en la teora de rgimen estable y enfuncin del caudal de diseo, factor de fondo (Fb) y en el factor de orilla (Fs).

Fb y Fs, tienen en cuenta la concentracin del material transportado en suspensin, eldimetro de las partculas de fondo y la resistencia de las orillas a ser erosionada.

Un factor de orilla (Fs) puede tomar los siguientes valores:


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Orilla de barro y arena toma el valor de Fs: 0.1. Orilla de barro, arcilla, fangosa toma un valor de Fs: 0.2. Orilla de material muy cohesivo, toma un valor de fs: 0.3.

El factor de fondo Fb, puede ser valuado mediante las expresiones siguientes:

S el canal arrastra poco sedimento y el fondo es arenoso, emplear la siguiente

expresin: DFb 9.1 , donde D es el dimetro medio de las partculas, enmm.

S existe arrastre de sedimentos y el fondo es arenoso, emplear la siguienteexpresin:

CsDFb 012.019.1 o

Para acceder a los valores recomendables de Fb y Fs, picar en el cajetn Mtodo

Blench y Altunin y marcar los valores apropiados, finalmente para el clculo de B,dar un clic en la frmula.

5.- Mtodo de Manning y Strickler, este mtodo pide seleccionar el coeficiente derugosidad n, el coeficiente del tipo material (K) y el coeficiente del cauce (m).

El programa incluye tablas de valores recomendados, para los 3 coeficientes.

Para el caso del coeficiente de rugosidad (n) los valores recomendados varan de

0.025 a 0.045, segn el tipo de material presente.

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50dFb


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La variacin de los valores para K, va a depender del tipo de material, si es aluvial,erosionable o muy resistente; sin embargo el programa incluye un valor prctico.

En el caso del coeficiente m, los valores varan de 0.5 a 1, segn el tipo de cauce:aluvial, arenoso o de montaa.

Seleccionado los valores apropiados de los coeficientes, dar un clic en la frmula paraobtener el valor de B.

Finalmente se podr apreciar los valores del ancho estable del rio B, mediante los 5mtodos.

(3) Seccin terica del cauce, comprende calcular el tirante (Y), ancho (T), rea (A),permetro, velocidad y N Fraude; mediante el mtodo de Manning y Strickler.

2/13/2 SKsRV 5/35.0 ))**/(( SbKsQY = t

2/1

)/*/( TAgVF


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Donde:

Ks, inversa del coeficiente de rugosidad,V, velocidad en m/s,R, radio hidrulico,S, pendienteY, tirante hidrulico,Q, caudal en m3/s,b, ancho medio de la seccin estableA, rea mojada (m2)

Valores para Ks

Cuadro N2. Valores del coeficientes de Ks

Fuente: ACI-UNI, Diseo de obras hidrulicas, 1994

Antes del procesamiento, el programa pide ingresar los siguientes datos:

Ancho del Cauce B, por defecto se tiene el promedio de los mtodos anterioresTalud (Z)

Borde libre (Bl),g

VBl

2

2

Rugosidad

Cuadro N3. Valores del coeficientes

Caudal mximo m3/s

3000.00 4000.00 2

2000.00 3000.00 1.7

1000.00 2000.00 1.4

500.00 1000.00 1.2

100.00 500.00 1.1

Mediante el mtodo de Manning, el programa calcular los elementos hidrulicos de laseccin del cauce, picando en el cajetn del Mtodo de Manning.

Descripcin Ks

Lechos naturales de ro con fondo slido sin irregularidades 40

Lechos naturales de ro con acarreo regular 33 - 35Lechos naturales de ro con vegetacin 30 - 35

Lechos naturales de ro con derrubio e irregularidades 30

Lechos naturales de ro con fuerte transporte de acarreo 28

Torrentes con derrubios gruesos (piedras 0.20 m) con acarreoinmvil

25 - 28

Torrentes con derrubio grueso con acarreo mvil 19 - 22


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(4) Clculo de las dimensiones del dique

El programa requiere definir el tipo del dique y el tipo de suelo. El programa incluyedique recto y dique curvo, con respecto al tipo de suelo, ste considera dos tipos:

suelo cohesivo y no cohesivo.Tanto para el tipo de dique recto y curvo se debe ingresar el dimetro de la partculaen milmetros, para el caso de dique curvo, adicionalmente ingresar el radio de curva.

Clculo de la profundidad de socavacin

El programa incluye al mtodo de LL. List Van Levediev para el clculo de lasocavacin. Este mtodo est basado para cauces naturales definidos, donde laerosin de fondo se detendr cuando se llegue a un equilibrio entre la velocidadmedia y la velocidad erosiva.

Para suelos no cohesivos la expresin considerada es:

1

1

18.1

3/5

**60.0

*

x

w

tts

Para suelos cohesivos la expresin la expresin considerada es:

1

1

28.0

3/5

**68.0

*

x

w

tts


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**3/5 Bt

Q

B

V387.01

Donde:

Q = caudal (m3/s)t = tirante hidrulico (m)w = peso especfico del suelo (Tn/m3)

coeficiente por tiempo de retorno, ver tabla para determinar los valorests = tirante de socavacinB = Ancho del cauce (m) = coeficiente de contraccinx = valor de tabla

1/(x + 1) = valor de tabla

Cuadro 4. SELECCIN DE x EN SUELOS COHESIVOS (Tn/m3) o SUELOS NO COHESIVOS (mm)

Suelos Cohesivos (1) Suelos No Cohesivos (2)

Peso especificoTn/m3

x 1/(x +1) D (mm) x 1/(x +1)

0.80 0.52 0.66 0.05 0.43 0.700.83 0.51 0.66 0.15 0.42 0.700.86 0.50 0.67 0.50 0.41 0.710.88 0.49 0.67 1.00 0.40 0.71

0.90 0.48 0.68 1.50 0.39 0.720.93 0.47 0.68 2.50 0.38 0.720.96 0.46 0.68 4.00 0.37 0.730.98 0.45 0.69 6.00 0.36 0.741.00 0.44 0.69 8.00 0.35 0.741.04 0.43 0.70 10.00 0.34 0.751.08 0.42 0.70 15.00 0.33 0.751.12 0.41 0.71 20.00 0.32 0.761.16 0.40 0.71 25.00 0.31 0.761.20 0.39 0.72 40.00 0.30 0.771.24 0.38 0.72 60.00 0.29 0.781.28 0.37 0.73 90.00 0.28 0.781.34 0.36 0.74 140.00 0.27 0.791.40 0.35 0.74 190.00 0.26 0.791.46 0.34 0.75 250.00 0.25 0.801.52 0.33 0.75 310.00 0.24 0.811.58 0.32 0.76 370.00 0.23 0.811.64 0.31 0.76 450.00 0.22 0.821.71 0.30 0.77 570.00 0.21 0.831.80 0.29 0.78 750.00 0.20 0.83

1.89 0.28 0.78 1,000.00 0.19 0.842.00 0.27 0.79


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Cuadro 5. Valores del Coeficiente

= 0.6416+0.03342 Ln (T)

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Para continuar con el diseo de la estructura de proteccin, ir al men Procesar, yseguido porContinuar.

B) Dimensionamiento del enrocado

El dimetro de la roca es dimensionado a travs de las frmulas de Maynard e Isbash.

El mtodo de Maynard emplea las siguientes expresiones:

3

150 ** FCtD

5.02 )(gy

VCF

C1 = Valor seleccionar de tabla

Fondo Plano 0.25

Talud 1V: 3H 0.28Talud 1V: 2H 0.32

C2 = Coeficiente por ubicacin de Roca

Tramos en curva 1.50

Tramos rectos 1.25En extremo deespigon 2.00

El mtodo de Isbahs emplea las siguientes expresiones:

wg

VD

2

50 58823.0 , w: peso especfico de la roca

Basta con hacer un clic en cada frmula para el obtener los valores del dimetro de laroca, tanto para diques rectos como curvos.


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El programa considera el dimetro como el promedio de estos mtodos.

Adicionalmente se puede visualizar grficamente la estructura con sus dimensiones,tanto para el dique de forma recta como curva. Adems, nos permite verificar laestabilidad de la estructura al deslizamiento y volteo


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2.2.2 Espigones

(1) El programa solicita Informacin inicial como: caudal en m3/s, periodo de retorno ypendiente en m/m.

(2) Clculo del ancho estable del cauce (B), el programa considera cinco opciones,ver punto (2) del acpite 2.2.1

(3) La seccin terica del cauce, ver el punto (3), del acpite 2.2.1

(4) Clculo de la socavacin y distanciamiento, el programa ha considerado el mtodode Artomonov, para ello definir los siguientes coeficientes: ngulo, longitud de trabajoy el talud.

(5) Condicin del espign, se tiene 3 opciones: No sumergido, Parcialmente

Sumergido y Totalmente Sumergido. Los resultados de socavacin en los extremosdel espign se obtienen dando un clic en el cajetn Mtodo Artomonov

(6) Distancia en cauce recto, al dar un clic en el cajetn Distancia en Cauce Recto, setendr la separacin mxima y mnima, y una separacin recomendada en base alpromedio.

(7) Dimensiones preliminares, las dimensiones preliminares pueden obtenerseaccediendo al tema Diseo Preliminarde la barra del men Procesar

(8) Diseo de espigones enrocados, dentro del men Procesar, se tiene la opcin


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Continuarpara el diseo de espigones enrocados.

(9) Tamao de la Roca, en este caso se tiene los mtodos de Maynard e Isbash parael dimensionamiento de las rocas. Por lo tanto al dar un clic en cada mtodo seobtendrn los dimetros para cada caso.

(10) Al picar en el cajetn INICIAR, se tendr todos los elementos del espign.

Asimismo, podemos visualizar grficamente la estructura, accediendo al menProcesar, luego Grfico del Espign, en este caso puede ser de planta o perfil.


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2.3 Diseo de canales

El programa incluye una seccin para el diseo de canales, ubicado en la ltima

opcin del men principal.

Se puede acceder a travs de la opcin Hidrulica, y dando un clic en el temaDiseo de Canales.

El diseo de la seccin de canales incluye 6 criterios:

a) Tirante (Y), al dar un clic en esta opcin, el programa solicitar 5 datos de entrada:caudal en m3/s (Q), pendiente en m/m (S), coeficiente de rugosidad (n), talud del canal(Z) y el ancho de fondo en m (b).

Los resultados se obtendrn cuando se de un clic en el cajetn Calcular.

Los resultados considerados son: rea en m2 (A), espejo de agua en m (T), alturatotal en m (H), base en m (b), el permetro mojado en m (P), la velocidad en m/s (V),borde libre en m (Bl), tirante en m (y), radio hidrulico en m (R), nmero de Fraude,rgimen de flujo, rea de excavacin en m2 y el permetro de revestimiento en m.


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b) Caudal (Q), al hacer clic en esta opcin, el programa solicitar 5 datos de entrada:pendiente en m/m (S), coeficiente de rugosidad (n), talud del canal (Z), ancho defondo en m (b) y tirante en m (y). Igual que el caso anterior los resultados sern paralos mismos parmetros.

c) Plantilla (B), al dar un clic en esta opcin, el programa solicitar 5 datos de

entrada: caudal en m3

/s (Q), pendiente en m/m (S), coeficiente de rugosidad (n), taluddel canal (Z) y tirante en m (y).


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d) Mxima eficiencia, el programa solicitar 4 datos de entrada: caudal en m3/s (Q),pendiente en m/m (S), el coeficiente de rugosidad (n) y talud del canal (Z).

e) Mnima infiltracin, como en el criterio anterior, el programa solicitar 4 datos deentrada: caudal en m3/s (Q), pendiente en m/m (S), coeficiente de rugosidad (n) ytalud del canal (Z).


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f) Caudal (Q), como en el criterio anterior, el programa solicitar 4 datos de entrada:el caudal en m3/s (Q), pendiente en m/m (S), el coeficiente de rugosidad (n) y talud delcanal (Z).

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