que es el hec - ras

2. ¿QUÉ ES HEC – 2 / HEC - RAS?
Permite el cálculo de los perfiles de las superficies de
agua para flujo gradualmente variado tanto para canales
naturales como para artificiales.
Además analiza secciones compuestas y por lo tanto
considera diferentes rugosidades para cada porción de
la sección transversal
Permite el cálculo tanto en flujos subcríticos y
supercríticos.
HEC 2 / RAS TRAZADO PELO LIBRE DEL AGUA

3. HEC - 2 / HEC - RAS
Considera los efectos producidos por obstrucciones
como puentes, alcantarillas, vertederos y otras
estructuras.
Permite el manejo de crecidas, determinación de
líneas de ribera y estudios de seguridad contra
inundaciones.

4. CAPACIDADES DE HEC - RAS
Análisis de Perfiles Múltiples .
Determinación de la profundidad crítica para cada
sección.
Determinación de los parámetros hidráulicos en cada
sección.
Opción de Flujo Efectivo: restringe el área de flujo.
Pérdidas en Puentes:
1) pérdidas por expansión y por contracción aguas arribas y abajo
de la sección del puente
2) pérdidas debido a la propia estructura: opción normal, especial
y alcantarilla.
Opciones de Protección Márgenes.

5. CAPACIDADES DE HEC RAS
Opción de ecuaciones de pérdidas friccionales (pérdidas
entre secciones).
1) Pendiente friccional promedio.
2) Pendiente friccional media geométrica.
Mejoras en el canal.
Interpolación de secciones.
Perfiles de corrientes tributarias.
Resolver para “n” de Manning.
Generar datos almacenamiento - descarga para HEC-1.
Opción partición del flujo (existe pérdida del caudal).
Perfiles de Flujos bajo congelamiento.

6. HEC - RAS
Escrito en FORTRAN.
El cálculo se basa en la solución de la ecuación de
energía unidimensional con pérdidas de energía debidas
a la fricción evaluadas con la ecuación de Manning, con
el método conocido como el Método Standard de Pasos.
e
2
1
1
1
2
2
2
2 h
g
2
V
WS
g
2
V
WS 





g
2
V
g
2
V
C
S
L
h
2
1
1
2
2
2
f
e






7. HEC-RAS
HEC-RAS (River Analysis System) es un sistema
integrado de software que permite una aplicación
interactiva.
Fue desarrollado por el Hydrologic Engineering Center
(HEC) del US Army Corps of Engineers.
El software fue diseñado por Gary W. Brunner.
La interfase gráfica fue programada por Mark Steven S.
Piper y las rutinas que importan los datos de HEC-2
fueron desarrolladas por Joan Klipsch.

8. HEC-RAS
HEC-RAS contiene tres tipos de análisis unidimensional:
- Análisis permanente para el cálculo de perfiles de
agua en régimen uniforme y gradualmente
variado.
- Simulación para régimen no permanente.
- Cálculo de transporte de sedimento para lechos
móviles.
- Cálculo de contaminantes

9. Flujo permanente, trazado de pelo libre
Utiliza la ecuación de la energía.
Permite analizar redes de canales, sistemas dendríticos
y algunas estructuras especiales como puentes,
alcantarillas y vertederos donde se utiliza la ecuación de
cantidad de movimiento, el flujo es unidimensional.
Permite analizar pendientes pequeñas (menores que
1:10).

10. Flujo permanente, trazado de pelo libre
ecuación de la energía
e
2
1
1
1
1
2
2
2
2
2 h
g
2
v
z
y
g
2
v
z
y 







Método estándar de pasos

11. g
2
v
g
2
v
C
S
L
h
2
1
1
2
2
2
f
e





L= longitud entre tramos ponderada
Sf = pendiente de fricción entre dos secciones
C = coeficiente de pérdida por expansión o contracción
Donde:
rob
ch
lob
rob
rob
ch
ch
lob
lob
Q
Q
Q
Q
L
Q
L
Q
L
L





lob = left overbank
ch= main chanel
rob = right overbank

12. Subdivisión de la sección transversal
Manning
inglesas
unidades
R
A
n
486
.
1
K
S
K
Q
3
/
2
2
/
1
f


Método 1

13. Método 2
El método 1, es el método por defecto del programa y parece
el más consistente con la ecuación de Manning

14. Evaluación de la altura de velocidad
Ejemplo para canal principal y planicie derecha
V1= velocidad media para la subárea 1
V2= velocidad media para la subárea 2

15. En general
2
2
1
2
2
2
2
1
1
2
1
2
2
2
2
1
1
2
V
)
Q
Q
(
)
V
Q
V
Q
(
Q
Q
g
2
V
Q
g
2
V
Q
g
2
V






 

Determinación de α
2
2
n
n
2
2
2
2
1
1
V
Q
)
V
Q
...
V
Q
V
Q
( 





16. En términos de K y de áreas
3
t
2
rob
3
rob
2
ch
3
ch
2
lob
3
lob
t
K
A
K
A
K
A
K
)
A
( 









Evaluación de las pérdidas por fricción
f
e S
L
h 
La pendiente de fricción Sf es calculada de la ecuación
de Manning, según las ecuaciones:

17. 2
f
K
Q
S 






En HEC-RAS algunas expresiones para Sf son:
2
f
1
f
2
f
1
f
f
2
f
1
f
f
2
f
1
f
f
2
2
1
2
1
f
S
S
)
S
S
(
2
S
S
S
S
2
S
S
S
K
K
Q
Q
S










 












x
x
Ecuación usada por defecto
en el programa

18. Evaluación de las pérdidas por contracción y
expansión
g
2
v
g
2
v
C
h
2
1
1
2
2
2
ce




Donde C es el coefieciente de contracción o expansión
El programa supone contracción si la altura de velocidad
aguas abajo es mayor que la altura de velocidad aguas
arriba y en forma inversa la expansión.

19. Determinación de la profundidad crítica
Método de la energía específica mínima
HEC-RAS calcula la profundidad crítica en los
siguientes casos:
•Se ha especificado el régimen supercritico.
•El usuario lo ha requerido
•El programa no puede balancear la ecuación de
energía dentro de una tolerancia especificada antes
de alcanzar el número de iteraciones máximas

20. Altura total de energía
g
2
v
WS
H
2



Donde:H= altura total de energía
WS= elevación del pelo de
agua
α v2/2g= altura de velocidad

21. Flujo no permanente
Desarrolladas originalmente para flujo subcrítico.
Adaptadas de las ecuaciones del modelo UNET (Barkau,
1992 y HEC, 1997).
En esta opción se incluyen las mismas estructuras
hidráulicas que para el caso de flujo permanente.

22. Transporte de sedimentos
Cálculo de transporte de sedimentos con fondo móvil en
forma unidimensional para períodos moderados de
tiempo (algunos años, o eventos típicos de tormentas
intensas).
Este sistema de cálculo puede ser utilizado para evaluar
contracciones que pueden generarse en canales
navegables y que podrían obstruir la vía
Evaluación de la sedimentación en canales fijos,
predicción del drenado en canales con deposición.
Evaluación de los depósitos de sedimentos en
reservorios.

23. Visualización Gráfica
tridimensional
RIO GRANDE DEFENSAS Q=619

24. Salidas por tablas
de HEC –RAS
Tabla con parámetros hidráulicos de cada sección
transversal.
Tabla de cada elemento especial (alcantarilla, puente)
con sus características hidráulicas.
Tabla de errores y advertencias (errors and warnings) y
notas que ocurrieron durante la corrida.
 Existen al igual que en HEC-2 la posibilidad de obtener
salidas estandard u obtener algún parámetro en
especial.

26. DESAGÜES PLUVIALES DEL ARCO NORESTE
AV. DE CIRCUNVALACIÓN DE LA
CIUDAD DE CÓRDOBA
Objetivos del trabajo:
 Estudio del funcionamiento hidráulico del proyecto de
desagües pluviales formado por
 Canal interno (recoge los excedentes hídricos
producidos por la ciudad)
 Canal externo (excedentes hídricos de cuencas
exteriores a la ciudad).
 Readecuación de estructuras existentes

27. DESAGÜES PLUVIALES DEL ARCO NORESTE
AV. DE CIRCUNVALACIÓN DE LA
CIUDAD DE CÓRDOBA
Proyecto:
 Readecuación de canales y alcantarillas existentes en el
Arco Noreste de la Avenida de Circunvalación.
 Proyecto de nuevas obras
 Proyecto de Laguna de Detención.

28. Relevamiento de todas las alcantarillas y pequeñas obras
existentes en la zona de estudio.
Relevamiento de los canales existentes.
Obras ejecutadas que modificaban el funcionamiento del
canal existente.
Estudios Hidrológicos de los caudales de aporte a los
canales.
Recopilación de la información existente

29. Perfiles en función de los datos de campaña;
considerando las modificaciones propuestas por el
nuevo proyecto.
En total se introdujeron
Para canal externo:
62 secciones
11 alcantarillas existentes
Para canal interno
72 secciones
12 alcantarillas existentes
Preparación del Input del Modelo

30. Canal Externo (Cuneta izquierda)
 Capacidad de evacuación desde prog 500 a Camino
Santa Rosa: 5,5 m3/seg
Capacidad de evacuación desde Camino Santa Rosa:
aumenta su capacidad hasta 35 m3/s del canal
Canal Interno (Cuneta derecha)
Capacidad de evacuación desde prog. 500 hasta Camino
a Chachapoyas: 8 m3/s
 Desde Chachapoyas hasta el Río el canal aumenta su
capacidad
Canales Existentes (antes de la obra)

31. Para el Canal Externo (Cuneta izquierda)
Entre prog. 500 a 1088: 12 m3/seg
Entre prog. 1088 a 2951: 17 m3/seg
Entre prog. 2951 a 4000: 52 m3/seg
Para el Canal Interno (Cuneta derecha)
Entre prog. 500 a 1088: 15 m3/s
Entre prog. 1088 a 2951: 20 m3/s
Entre prog. 2951 a 4000: 26 m3/s
Caudales para recurrencia 25 años (sin laguna)

32.  De acuerdo a lo expresado
OFERTA HIDRÁULICA < DEMANDA HIDROLÓGICA
La capacidad de los canales externo e interno es MENOR a
la necesidad de conducción de excedentes para una
recurrencia de 25 años
 Se derivan los caudales a una laguna de Detención (Laguna
de Chachapoyas) que descarga a través de:
 dos conductos de diámetro 2,2 m (descargador de fondo)
tres vertederos a diferente cota (dos de 10 m y un vertedero fusible
de 15 m)
Laguna de Chachapoyas

33. Se ejecutó considerando:
 Secciones canal
 Alcantarillas existentes
Análisis de Resultados
Se determinaron zonas de desborde
Solución propuesta:
 Recrecimientos de muros laterales (aumento sección
de canales)
Redimensionamiento de las alcantarillas existentes
Primera Corrida Realizada

34. Se ejecutaron considerando:
 Recrecimientos de muros laterales propuestos
Variando las dimensiones para las alcantarillas con
problemas
Análisis de los resultados
Se estudiaban las nuevas situaciones y sus zonas con
desbordes
Otras Corridas Realizadas

35. Se adoptaron los valores que aseguraron el correcto
funcionamiento de la estructura hidráulica como un todo en su
extensión
Se definieron nuevas bocas para las alcantarillas existentes;
en algunos casos nuevas secciones y ensanchamiento del
canal en su ingreso o egreso junto con el recrecimiento de los
muros.
Corrida Final - Resultados

36. Canal Interno:
Visualización por Tablas
(sólo alcantarillas)

37. Visualización Gráfica
0 1000 2000 3000 4000
360
370
380
390
400
410
Perfil Canal Interno Arco Noreste RAC
Main Channel Distance (m)
Elevation
(m)
Legend
EG PF#1
Crit PF#1
WS PF#1
Ground
Reach-1

38. Visualización Gráfica
Tridimensional
Perfil Canal Interno Arco Noreste RAC
Legend
WS PF#1
Ground
Bank Sta

40. ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO
HIDRÁULICO DEL RÍO SUQUÍA
El modelo HEC - RAS se ha empleado para:
 Determinar la posibilidad de inundación de la Av.
Costanera
 Estudiar efectos sobre las márgenes
 Estudiar cómo se pueden mitigar los daños de las
inundaciones con diversas mejoras en el canal

41. Perfiles transversales y planimetría del río (DPH, 1950)
Plano de la Ciudad de Córdoba escala 1:5.000
(Municipalidad de Córdoba)
Secciones del proyecto de la Costanera (Municipalidad de
Córdoba)
Relevamientos topográficos: perfiles del río y estructuras
de los puentes
Recopilación de la información existente

42. Método especial de puentes (flujo a presión y en vertedero)
32 secciones del proyecto de la costanera con una
separación media de 50 m cada una
Edificaciones: altura media de 4 metros
Ancho de calle perpendicular a la dirección del escurrimiento
Régimen subcrítico
Inicio aguas abajo: puente Antártida.
No se analiza la confluencia entre el Suquía y el Aº La
Cañada
Preparación del input del Modelo - Calibración:

43. Puentes Considerados
SECCIONES DISTANCIA
(m)
P. TURÍN
1629,1
P. SAGRADA FAMILIA
227
P. TABLADA
795
P. DEL TRABAJO
437
P. CANTÓN
460
1º ISLA DE LOS PATOS
486
2º ISLA DE LOS PATOS
405
P. SANTA FE
526
P. AVELLANEDA
553
P. ANTÁRTIDA

44. Secciones de los Puentes
SECCIÓN DE
PASO
(m2)
P. TURÍN 1003,61
P. SAGRADA FAMILIA 378,07
P. TABLADA 317,24
P. DEL TRABAJO 302,93
P. CANTÓN 321,33
P. SANTA FE 327,58
P. AVELLANEDA 296,19
P. ANTÁRTIDA 274,54

45. Visualización por Tablas
(sólo los puentes)

46. Visualización Gráfica
30000 35000 40000 45000
380
390
400
410
Perfil desde Pte. Turin hasta Pte. Antártida
Main Channel Distance (m)
Elevation
(m)
Legend
EG PF#1
WS PF#1
Crit PF#1
Ground
Reach-1

47. Visualización Gráfica
tridimensional
Perfil desde Pte. Turin hasta Pte. Antártida
Legend
WS PF#1
Ground
Bank Sta

48. Primera corrida :
Q para 25 años de recurrencia: 1100 m3/s
La costanera resultó inundable en una longitud de 1000 m
Segunda corrida:
Se buscó: caudal máximo sin inundaciones en la zona de estudio
Resultado: Q = 600 m3/seg (recurrencia: 3 años)
Tercera corrida:
Q intermedio: 850 m3/s
La costanera resultó inundable en una longitud de 650 m.
Corrida del Modelo - Resultados