CURSO: OBRAS HIDRÁULICAS Docente: Msc. Ing. José Arbulú Ramos
UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO”
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, DE SISTEMAS Y DE ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
SOWFARE: HEC-RAS
PRESENTADO POR:
GRANDES YSLA ,HELDER LINO
INTRODUCCION
• La complejidad que presenta el cálculo y análisis del
régimen hidráulico en los cauces naturales y artificial es
hace necesario recurrir al uso de modelos numéricos
que faciliten esta tarea. La utilización de los modelos se
remonta varias décadas, pero ha sido recientemente
cuando los avances informáticos han propiciado la
generalización de su uso, hasta convertirse en una
herramienta habitual dentro de las consultoras de
ingeniería y las administraciones.
DESCRIPCIÓN GENERAL
Es un software creado por el Centro de
Ingeniería Hidrológica (Hidrológica Engineering
Center) del Cuerpo de Ingenieros de la armada
de los EE.UU. (USArmy Corps of Engineering).
El modelo numérico incluido en este programa
permite realizar análisis de flujo permanente
unidimensional gradualmente variado en lámina
libre de agua para distintos gastos circulantes.
EJEMPLO APLICATIVO Nº 07:
ZONAS DE FLUJO INEFECTIVO,
COLOCAR DIQUES EN UN CAUCE
NATURAL PARA EL MANEJO DE
INUNDACIONES CON UN PERFIL
DE FLUJO.
“En el cauce de un río, se ha realizado el levantamiento de las secciones
transversales cada 50 m, desde la estación 9.0 el cual corresponde al Km. 9+000, a
la estación 10.15, que corresponde al Km 10+150, los mismos que se muestran en el
cuadro A.01 del anexo.
De acuerdo a la cobertura vegetal, se ha determinado que el cauce del río tiene un
coeficiente de rugosidad de 0.030, mientras que la planicie de inundación tiene un
coeficiente de rugosidad de 0.045. (Nota: estos son los mismos datos que la del
ejemplo 05). Se desea analizar el comportamiento del cauce del río para un flujo
permanente que transporta un caudal de 35
𝑚3𝑠
“.
Utilizando HEC-RAS, indicar:
a) En que En que secciones se presentan zonas con flujo inefectivo y corregirlas.
b) En que secciones el cauce no soporta el caudal de 35
𝑚3.
𝑠Indicar la solución colocando diques, a fin de evitar que las áreas adyacentes se
inunden.
Previo al desarrollo en sí del ejemplo, debemos de asegurarnos ciertos datos importantes, como el tener en cuenta en que unidades vamos a ingresar nuestros datos, así como la ubicación que nosotros creamos por conveniente para poder localizar con más facilidad nuestro proyecto. Tal cual lo podemos apreciar en las siguientes imágenes.
Para empezar a desarrollar una aplicación con el
HEC-RAS, es recomendable generar un “nuevo
proyecto “, para lo cual seguimos la siguiente
ruta:Activamos la opción File > New Project
Luego seleccionamos la carpeta la cual contendrá nuestro proyecto (select folder), indicando además el título del proyecto.
2. INGRESAR LOS DATOS GEOMÉTRICOS
Para ello
debemos dar clic en el ícono
“GEOMÉTRIC DATA”,
En la nueva ventana que se nos habilita, debemos de dibujar el tramo del canal, para lo cual tenemos que activar el icono RIVER REACH con esto se nos activa en la ventana, una especie de lápiz en la cual tenemos que definir el curso del agua.
Luego aceptamos, dando clic en OK, y se nos muestra la siguiente gráfica:
3. AHORA CREAMOS UN ARCHIVO QUE VA A CONTENER LA INFORMACIÓN DE LAS SECCIONES.
Como es una gran cantidad de datos, lo más recomendable y práctico es crear primero el archivo donde se guardarán los datos, y conforme se van ingresando los datos posteriores ir guardando y actualizando nuestra información. Para esto seguimos la siguiente ruta: File > Save Geometry Data.
Ahora luego de aceptar, ya tenemos disponible la lista para introducir los datos se la sección transversal, como se muestra a continuación.
Si se diera el caso, de que estos datos los tuviésemos archivados en una hoja de Excel (como es nuestro caso) estos los podemos copiar y pegar de manera automática, sin necesidad de ingresar los datos uno a uno. Para ello seguir el siguiente procedimiento:
Para nuestro ejemplo, la sección próxima aguas abajo se encuentra a 50 m de ésta sección, por lo que las distancias LOB (distancia entre los márgenes izquierdos), Chanel (distancia a lo largo del centro del cauce) y ROB (distancia entre los márgenes derechos), son iguales a 50. Por lo que estos deben aparecer como se muestra en la imagen.
6. INGRESAR DATOS DE LA DISTANCIA DE LA SECCIÓN AGUAS ABAJO
7. INGRESAR DATOS DE LOS COEFICIENTES DE RUGOSIDAD.
Según los datos iniciales del ejemplo, los valores de rugosidad para el cauce
(channel) son de 0.030, mientras que para
los márgenes izquierdos (LOB) y derecho
(ROB) son de 0.045, por lo que luego de
ingresar estos datos, deben de aparecer como se muestran en la imagen.
8. INGRESAR DATOS DE LOS BANCOS.
El programa utiliza coeficientes de contracción/expansión para
determinar las pérdidas de energía entre dos secciones contiguas. Por defecto el HEC-RAS pone 0.1 y 0.3 para el coeficiente de
contracción y expansión respectivamente. Para nuestro ejemplo aceptaremos estos valores.
9. INGRESAR DATOS DE COEFICIENTES DE CONTRACCIÓN Y EXPANSIÓN.
En el campo Description, escribimos para el ejemplo: Sección inicial 10.15.
Luego de todos los datos que hemos ingresado, la ventana de
CROSS SECTION DATA se
mostrara como en la siguiente imagen:
11. APLICAR DATOS
Para aplicar los datos introducidos, debemos hacer clic en el botón Con lo cual lograremos que los datos sean presentados en forma gráfica en la ventana
derecha.
Nota: El aplicar los datos, no significa que
éstos se guarden automáticamente, este
proceso se hará cuando se guarden los
datos de la geometría de la sección
12. INGRESAMOS LOS DATOS DE LAS SECCIONES RESTANTES, DE LA MISMA FORMA ANTES INDICADA.
14. Luego de haber ingresado todas las secciones, tenemos que guardar en
nuestro proyecto estos datos antes de cerrar la venta de Cross Section Data., para lo cual regresamos a la ventana del Geometric Data y ejecutamos el
comando: File > save Geometry Data, como se muestra en la siguiente imagen.
16. Como se puede apreciar en la imagen anterior, el número de perfiles que por defecto se nos muestra es de 1, que es nuestro caso, ya que tiene un caudal de 35m3/s. por lo que hacemos click en el campo debajo de PF1 e ingresamos 35, como se muestra a continuación.
17. INTRODUCIR LAS CONDICIONES DE CONTORNO
Para ingresar a la ventana donde se introducen las condiciones de contorno, hacer clic en el botón con lo cual se nos aparece una nueva venta, igual a la que se muestra en la siguiente pantalla.
Para nuestro ejemplo, solo se Ha introducido un archivo para cada uno de estos casos, por lo que Hec-Ras lo
muestra por defecto, como se muestra a continuación:
De acuerdo con las condiciones de contorno especificadas, se está trabajando con un régimen mixto, por lo que se seleccionan este tipo de régimen, tal cual lo indicamos en la imagen:
En esta ventana seguimos y
ejecutamos la siguiente ruta:
Una vez que se define la zona de flujo inefectivo, luego hacer clic en el botón «Apply Data»
25. COLOCACIÓN DE DIQUES (LEVEES) PARA EL MANEJO DE INUNDACIONES
El programa cuenta con la opción de colocar diques en uno o ambos márgenes del cauce a fin de prevenir
inundación.
En ocasiones, las secciones transversales tienen varias zonas con cotas bajas. Los diques longitudinales
artificiales, se colocan para indicarle a Hec-Ras que existe una vía preferente de desagüe.
De ésta manera comenzara a llenar primero el cauce principal, hasta que se
llegue a la cota superior del dique, a partir de la cual, recién comenzará a llenar la parte situada al lado del
En esta ventana ejecutamos la siguiente ruta: options/levees..
En esta nueva ventana XS Levee Data,
escribimos para el margen derecho (en el cual se produce el desbordamiento), para la estación
(Station) Del puto: 7.64 y para la elevación (elevation) de la parte superior del dique:
1458.34, como se muestra en la siguiente imagen. Luego cerramos dando OK y aplicamos con el botón APPLY DATA.
:
EJEMPLO 08
EJEMPLO 08: CONFLUENCIA
DE UN CAUCE NATURAL Y
UN TRIBUTARIO, CON TRES
PERFILES DE FLUJO.
A un cauce de un rio, se le une un tributario como se muestra en la figura adjunta.
Se ha realizado el levantamiento de las secciones transversales, en el cauce natural obteniendo las secciones desde la estación 20, a la estación 14, y en el tributario desde la estación 4, a la estación 2, las distancias entre las
secciones son variadas, los mismos que se muestran en el cuadro A.03 del anexo. De acuerdo a la cobertura vegetal, se ha determinado que tanto en el cauce natural como en el tributario hay variación de los coeficientes de
rugosidad, sus valores también se muestran en el cuadro A.03 del anexo. Se desea realizar el comportamiento del cauce del río y su tributario, para un flujo permanente para 3 perfiles de flujo, los mismos que se muestran en el cuadro adjunto para períodos de retorno de 10, 50 y 10 años, en donde los caudales están en m3/s
T=10 años T = 50 años T = 100 años Tributario 3 14 43
Cruce natural superior
14 57 142 Cruce natural inferior 17 71 185
SOLUCION
Para el desarrollo del ejemplo, se seguirán las mismas fases
de trabajo con Hec-Ras utilizadas en los ejemplos anteriores,
las cuales son:
Crear un nuevo proyecto.
Ingresar datos geométricos.
Ingresar datos de caudales y condiciones de contorno.
Crear plan y realizar los cálculos.
2. INGRESAR DATOS GEOMÉTRICOS.
Hacer clic en el icono con lo
cual se nos muestra una nueva
ventana, en la cual debemos
seleccionar el icono el cual
nos permite agregar o editar
dibujos que se colocan de fondo
en la ventana Geometric Data.
Con esto, se muestra una nueva
ventana Background Picture
son Schematic.
En esta ventana, hacemos clic en el botón , en la ventana abrir que se muestra, buscamos y seleccionamos el dibujo de nombre ejemplo08, luego hacemos clic en el botón Abrir, en la cual nos saldrá un mensaje, el cual tenemos que aceptar dando clic en Si.
Clic al icono River Reach, con lo cual lograremos que el puntero del ratón se convierta en un lápiz.
Dibujar el Cauce Natural en la ventana Geometric Data, hacer clic en el punto del extremo de aguas arriba, seguir haciendo clic en forma sucesiva, para obtener la figura del cauce natural. Cuando se llegue al extremo de aguas abajo del tramo, hacer doble clic a fin de definir el punto final.
Cuando se define el extremo de aguas abajo (haciendo doble clic), aparece una ventana, en ella, en River colocamos Cauce Natural y en Reach colocar Dos tramos, para que se vea como se muestra en la figura a continuación.
Luego de esto aceptamos dando ok y en la ventana Geometric Data, se observa tal como se muestra en la imagen de arriba.
Hacer clic nuevamente en el icono ,para dibujar el Tributario, hacer el mismo procedimiento hecho anteriormente.
Cuando se define el extremo de aguas abajo (haciendo doble clic), aparece una nueva ventana, en River colocar
Tributario y en Reach colocar tramo
único.
Aceptar dando clic en ok, se nos muestra un mensaje el cual tenemos que aceptar dando clic ha si.
Se nos abre una nueva ventana
pidiéndonos ingresar un nuevo nombre para el tramo (Reach) debajo de la división, escribir tramo inferior, de la siguiente forma:
Aceptamos dando clic ha sí, se nos pide ingresar el nombre de la unión, que conecta el tramo superior del cauce natural con el tributario, escribir Unión, y aceptamos dando clic en ok, como se muestra en la imagen:
Luego de todo lo anterior, se nos muestra en nuestra pantalla todo el recorrido del rio, tal cual se muestra en la imagen:
3. MODIFICAR NOMBRE DEL TRAMO.
Como en el cauce natural, el tramo superior tiene como nombre Dos tramos, para modificarlo como
tramo superior, hacer clic en un punto del tramo
superior, en la ventana que se muestra, en Reach,
escribir Tramo superior y aceptamos.
4. ELIMINAR EL DIBUJO QUE ESTÁ DE FONDO
El proceso a seguir es similar al que se hizo al momento de agregarlo, con lo cual ahora
nuestro grafico nos
quedará de la siguiente manera.
5. CREAR ARCHIVO CON LA
INFORMACION DE LAS SECCIONES
Para el ejemplo que estamos
desarrollando, la información de las secciones transversales es bastante numerosa, por lo cual resulta práctico crear primero el archivo donde se guardaran los datos, y conforme los
ingresamos, ir guardando y actualizando.
Para esto, en la ventana de Geometric
Data, ejecutar la ruta: file > Save Geometric Data.
Ahora ya tenemos creado el archivo Secciones para almacenar la
información de las secciones transversales.
6. INGRESO DE DATOS GEOMETRICOS
6.1 INGRESAR LOS DATOS DEL CAUCE NATURAL TRAMO
SUPERIOR.
En la nueva ventana que nos abre definimos: River: Cauce natural y en Reach: tramo superior.
Ingresamos los datos de la primera sección transversal, para ello seguimos la siguiente ruta: Options/ Add a new
Cross Section.
Nos pide un identificador de ésta
sección, para nuestro caso será 20, el cual representa a la primera sección desde aguas arriba, para que se vea como se muestra en la siguiente
imagen:
En la ventana de Geometric Data, activar la opción Cross Section y se nos aparecerá la ventana Cross Section Data.
Con lo anterior ya tenemos disponible la sección lita para introducir los datos de la
sección transversal, como se muestra a continuación.
7. INTRODUCIR DATOS DE LAS SECCIONES
TRANSVERSALES
Ingresamos los datos de las
secciones de la misma forma en que se hicieron para el ejemplo N’07:, por lo que luego de haber ingresado todo los datos la
8.PLOTEAMOS LA SECCION Para lo cual seguimos la
siguiente ruta:
Donde veremos la sección en toda su magnitud
9. INGRESAR DATOS CAUCE NATURAL TRAMO INFERIOR
En la ventana Cross Section Data, en
River, seleccionar cauce natural y en
Reach: Tramo inferior, como se muestra.
Ya definido esto, ingresamos los datos de las secciones
17,16,15 y 14. Definiendo para la sección 17: Sección 17 inicial del Tramo inferior y para la
sección 14, la definimos como: Sección 14 final del tramo
inferior. Tal cual se muestra en ambas imágenes siguientes.
10. INGRESAR DATOS DEL TRIBUTARIO.
En la ventana: Cross Section Data, en
River, seleccionar Tributario y en Reach: Tramo único, como se muestra.
Ingresamos los datos para las secciones 4, sección 3 y sección 2 del tributario, de la
misma forma en que se había realizado las
secciones anteriores. Y luego debe de quedar los datos como se
muestran a continuación:
Luego de ingresar las secciones anteriores, la ventana de Geometric Data se
observan los puntos de las secciones ingresadas, y quedará como se nos muestra en la figura:
11. CORREGIR DISTANCIAS A LA CONFLUENCIA (UNIÓN).
Resulta difícil exactamente en la unión, medir las secciones transversales tanto para el tramo superior (sección 18), inferior
(sección 17) y tributario (sección 2), por lo que se hace unos metros antes o después de este punto de unión. Hec-Ras permite ingresar la distancia que existe entre la sección 17 del tramo inferior, con
respecto a la sección 18 del tramo superior y a la de la sección 2 del tributario. Para nuestro ejemplo, las secciones 17 y 18 se midieron con una separación entre ellas de 18m., mientras la sección 2 del tributario, se midió a una distancia de 15m con respecto a la unión. Cuando se crea la unión, se hace de tal forma que la separación entre estas tres secciones 18, 17 y 2 tenga una distancia de 0 m, por lo cual resulta necesario realizar la corrección, para ello hacemos lo siguiente:
En la ventana Geometric Data, hacer clic en el icono, con lo cual nos aparece una nueva ventana. Junction Data, que se muestra a continuación
Como se observa en la parte superior derecha de la figura, Hec-Ras presenta dos formas para el cálculo del perfil de la superficie del agua a través de la confluencia: energía y cantidad de movimiento (Momentum).
Para nuestro ejemplo,
ingresamos los datos de la misma forma en que se nos muestra en la imagen
siguiente:
Aplicamos los datos y luego aceptamos con el botón ok, con lo cual se muestran reubicados las secciones 18, 17 y 2, tal cual se muestra en la figura.
12. GUARDAR LOS CAMBIOS:
Para guardar la información antes introducida y los
cambios efectuados,
13. INTRODUCIS LOS DATOS HIDRÁULICOS (PARA FLUJO PERMANENTE)
Activar el siguiente icono luego tenemos que ingresar los datos en esta ventana, los datos son los siguiente:
14. Para ingresar los datos del periodo de retorno, ejecutamos la siguiente ruta, para lo cual teneos que hacer una rectificación en el nombre del titular, por la siguiente ruta:
En esta nueva ventana hacer los cambio de los nombres de los perfiles correspondientes, para que se vea como se muestra:
Los datos de los caudales son ingresados para cada tramo, desde aguas arriba, hacia aguas abajo, es decir desde la sección 20 para el tramo superior, desde la sección 17 para el tramo inferior y desde la sección 4 para el tributario, sus valores de acuerdo al cuadro que se muestra en la imagen:
T=10 años T = 50 años T = 100 años
Tributario 3 14 43
Cruce natural superior 14 57 142
Cruce natural inferior 17 71 185
Para lo cual debemos ingresar los caudales para cada período, luego hacer clic en el botón Apply Data, con lo cual nos debe de quedar la siguiente imagen:
15. INTRODUCION CONDICIONES DE CONTORNO
Para ingresar a esta ventana, hacer clic en el botón con lo cual nos muestra la siguiente ventana.
Aplicamos Normal Depth donde nos pide ingresar el valor de la pendiente. Luego de ingresar valor de la pendiente, aceptamos dando ok.
Luego de ingresar correctamente los datos, se nos muestra la ventana siguiente
16. GUARDAR LOS DATOS HIDRAULICOS (PARA FLUJO PERMANENTE)
17. CREAR UN PLAN Y EJECUTAR EL MODELO (PARA FLUJO PERMANENTE)
Hacemos clic en el icono para que se nos habilite una nueva ventana, en la cual tenemos que realizar el procedimiento que indicaremos y luego de cada uno de ellos, finalmente efectuaremos COMPUTER.
Luego creamos un plan;
Aplicamos computer, y se nos confirma que nuestros datos han sido
18. OBSERVAR LOS RESULTADOS
A. SECCIONES TRANSVERSALES : Seleccionamos el primer icono del
siguiente menú mostrado
Con lo cual se nos muestra todas las secciones, para poder ir viendo una a una, por ejemplo ésta imagen muestra la sección 4 del tributario para el perfil con un T = 10 años
Si es que se desea ver los perfiles tanto para T = 50 y T = 100 años a la vez, seguimos la siguiente ruta.
Hacemos coincidir nuestro programa con la imagen
mostrada y luego aceptamos dando clic en OK.1
Luego de lo hecho anteriormente la pantalla nos quedará de la siguiente manera:
19. OBSERVAR PERFIL LONGITUDINAL:
Para lo cual activamos la opción de view profile desde el icono , con lo cual se nos muestra todas las secciones, las cuales para verlas una a una hay que desplegarlas con el deslizador de barra.
20. OBSERVAR EL DIBUJO EN PERSPECTIVA 3D
Ésta opción se activa luego de dar clic en el icono , con lo cual se nos mostrara la siguiente imagen:
Para ver el resto de perfiles hacemos la siguiente ruta. En la pestaña de
full list. Seleccionamos los 3 tramos, damos clic en la flecha, y pasamos
todos a la derecha, aceptamos dando ok.
Para ver un solo perfil, ejecutamos la orden Options/ Profiles, y luego
seleccionamos el perfil deseado, por ejemplo para T = 100 años tenemos la siguiente imagen:
