ING CIP MANUEL CASAS UNFV 2013 MODELAMIENTO HIDRÁULICO MODELAMIENTO HIDRAÚLICO HEC RAS

1 ING CIP MANUEL CASAS UNFV 2013 MODELAMIENTO HIDRÁULICO

MODELAMIENTO HIDRAÚLICO

HEC RAS

HIDRÁULICA DE CANALES ABIERTOS

CANAL PRISMATICO CON FLUJO SUBCRÍTICO

TUTORIAL 01

SEMANA 01 / SEMANA 02

ING CIP MANUEL CASAS VILLALOBOS

[email protected]

[email protected]

[email protected]

ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL 2013

mailto:[email protected]




US Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center

HEC-RAS River Analysis System Hydraulic Reference Manual Version 4.0 March 2008 Approved for Public Release. Distribution Unlimited

ABSTRACT

The U.S. Army Corps of Engineers’ River Analysis System (HEC-RAS) is

software that allows you to perform one dimensional steady and unsteady flow

river hydraulics calculations.

HEC-RAS is an integrated system of software, designed for interactive use in a

multi-tasking, multi-user network environment. The system is comprised of a

graphical user interface (GUI), separate hydraulic analysis components, data

storage and management capabilities, graphics and reporting facilities.

The HEC-RAS system will ultimately contain three one-dimensional hydraulic

analysis components for:

(1) steady flow water surface profile computations;

(2) unsteady flow simulation; and

(3) movable boundary sediment transport computations.

A key element is that all three components will use a common geometric data

representation and common geometric and hydraulic computation routines.

In addition to the three hydraulic analysis components, the system contains

several hydraulic design features that can be invoked once the basic water

surface profiles are computed.

The current version of HEC-RAS supports Steady and Unsteady flow water

surface profile calculations.

New features and additional capabilities will be added in future releases.

REFERENCIA US Army Corps of Engineers

Hydrologic Engineering Center


MODELAMIENTO EN UN CANAL PRISMÁTICO CON FLUJO SUB CRÍTICO

INTRODUCCIÓN AL HEC-RAS

OBJETIVO: Realizar el análisis hidráulico para un canal prismático de sección trapezoidal con la

información siguiente: Dos estaciones de medición equidistantes entre sí, 1000 m.

Datos Topográficos de las Secciones de control:

Ubicación: Aguas Abajo Ubicación: Aguas Arriba

Estación Sección 2500m


Elevación

Elevación

m msnm

m msnm

0.00 106.00

0.00 106.40

0.50 106.00

0.50 106.40

9.50 100.00

9.50 100.40

13.50 100.00

13.50 100.40

22.50 106.00

22.50 106.40

23.00 106.00

23.00 106.40

FLUJO SUBCRITICO

PANTALLA INICIAL

Ventana Principal: HEC-RAS 4.0

Sistema de Unidades: Sistema Métrico ;

Descarga del canal Principal : Q = 40 m3/s considerar un de Periodo de Retorno

de 20 años (Tr = 20 años);

Coeficientes de Rugosidad de Manning : en el canal principal (concreto) “ n = 0.014 ”

y en las planicies de inundación y/o llanuras de inundación “ n = 0.014 ” ;

Pendiente del terreno: So = 0.4 o/oo (m/km) ;

Presentar gráficos e interpretar.

Datos Topográficos de las Estaciones: Sección del Canal Trapezoidal

Q 40 m3/seg

Tr 20 años

So 0.4 o/oo

z 1.5




Elevación

Elevación

m msnm

m msnm

0 106

0 106.4

0.5 106

0.5 106.4

9.5 100

9.5 100.4

13.5 100

13.5 100.4

22.5 106

22.5 106.4

23 106

23 106.4

Downstream Reach Lengths

Downstream Reach Lengths

LOB Channel ROB

LOB Channel ROB

m m m

m m m

0 0 0

1000 1000 1000

Manning`s n Values

Manning`s n Values

LOB Channel ROB

LOB Channel ROB

0.014 0.014 0.014

0.014 0.014 0.014

Main Channel Bank Stations

Main Channel Bank Stations

Left Bank Right Bank

Left Bank Right Bank

m m

m m

0.50 22.50

0.50 22.50

Cont/Exp Coefficient(Steady Flow)

Cont/Exp Coefficient(Steady Flow)

Contraction Expansion

Contraction Expansion

0.10 0.30

0.10 0.30

DEFINIR EL SISTEMA DE UNIDADES DEL PROYECTO

Antes de realizar un proyecto hidráulico empleando el Software HEC RAS para un

modelamiento hidráulico debemos indicar al Software HEC RAS el sistema de unidades

con el que deseamos trabajar. Nuestro proyecto utilizará SI (Sistema internacional)

Sistema Métrico.

En Ventana Principal HEC-RAS 4.0,

Seleccionar : Menu Options

Seleccionar : ►Unit System (US Customary (SI)… (sistema de unidades)


Se presenta la Ventana HEC RAS

Seleccionar : System International (Metric System)

(Sistema Internacional) Sistema Métrico

Seleccionar : Set as default for new proiects

(Selecionar por defecto para los nuevos proyectos

Seleccionar : OK

Se presenta la Ventana RAS:

Pregunta: ¿Desea usted seleccionar en el proyecto el sistema

unidades SI (Sistema Internacional Sistema Métrico)?

Seleccionar: Si

Nota: Si desea cambiar de sistema de Unidades, en la Barra de

Menú HEC-RAS,

Seleccionar : Menu Options:

Seleccionar : Convert Project Units …


CONFIGURAR DIRECTORIO DE PROYECTOS

La terminología hidráulica e hidrológica aplicada en el Software HEC RAS, considera

un Proyecto Hidráulico (Project) a un grupo de archivos asociados con un particular

sistema de ríos o canales.

Consideramos por ello muy importante que el usuario antes de iniciar un

nuevo proyecto debe crear en el Directorio de su trabajo HEC RAS una

Carpeta donde almacenará y se deberá guardar sus archivos de un proyecto

hidráulico específico.

DEFAULT PROJECT FOLDER

Cuando se desea que por defecto los proyectos hidráulicos que se generen se guarden

en una carpeta específica debemos de elegir en la Barra de Menú HEC-RAS 4.0:

Seleccionar: Menu Options: ►

Seleccionar: Program Setup ►

Seleccionar: Default Project Folder…

En la ventana Select Folder usted debe Elegir el Directorio de su trabajo donde desea

que se almacenen y/o guarden los proyectos; en el campo Drive (disco) ubicar su disco

y el correspondiente directorio,

Ventana Select Folder

Seleccionar: OK


De esta manera, todos los proyectos que se desean abrir o guardar se podrán

enviar a la dirección especificada, cuando en las respectivas ventanas de abrir

o guardar se hace CLICK en el botón DEFAULT PROJECT FOLDER.

I. CASO CREAR O INICIAR UN NUEVO PROYECTO HIDRÁULICO

Seleccionar FILE ►

Seleccionar NEW PROJECT…

II. CASO GUARDAR PROYECTO HIDRÁULICO

Seleccionar FILE ►

Seleccionar SAVE PROJECT…


MODELACIÓN HIDRÁULICA CON HEC RAS

Para desarrollar un MODÉLO HIDRÁULICO de un canal artificial, cauce natural o río, empleando

el Software HEC RAS se recomienda procedimiento.

METODOLOGÍA

Crear o iniciar un nuevo proyecto hidráulico.

Ingresar la información de datos geométricos de las secciones transversales.

Ingresar la información de datos de flujo y plantear las condiciones de frontera o

condiciones de contorno o condiciones de borde de las secciones transversales,

correspondientes al régimen de flujo en hidráulica de canales abiertos.

Crear un plan y realizar los cálculos hidráulicos.

Analizar, visualizar, observar, interpretar, imprimir los resultados.

I. CREAR O INICIAR UN NUEVO PROYECTO HIDRÁULICO

MENU FILE ► NEW PROJECT… Siempre Verificar Sistema de Unidades.

Definir previamente el sistema de Unidades del proyecto.

1. Para crear un Nuevo Proyecto : En Menú HEC-RAS 4.0 :

Es muy importante que el usuario antes de iniciar un nuevo proyecto deba

crear en el Directorio de su trabajo una carpeta donde se deberá guardar

sus archivos de un proyecto hidráulico específico.

Cada Proyecto Hidráulico (Project) en el HEC RAS, debería ser un grupo de

archivos asociados con un particular sistema de ríos o canales.

Seleccionar: Menu File: ► Seleccionar New Project…


Se presenta la Ventana New Project (Nuevo Proyecto)

En la Ventana New Project (Nuevo Proyecto): Seleccionar: Carpeta

Seleccionar : Select Folder: Indicar la carpeta donde se va a guardar

New Project (Nuevo Proyecto):

Ejemplo : C/HEC RAS/CASAS UNFV

E/HEC RAS 2011/HEC RAS CASAS

Seleccionar Title: Colocar Título: Ejemplo01

Seleccionar File Name: Asignar Nombre del archivo: Ejemplo01

Ventana New Project (Nuevo Proyecto) que hemos creado.

Seleccionar botón: OK

Se presenta la Ventana RAS

Pregunta: ¿Desea usted comenzar un nuevo proyecto en el archivo

denominado…. y con el título…… en sistema unidades que usted ha elegido SI

(sistema internacional métrico)?


Nota: Si desea cambiar de sistema de Unidades, en la Barra de

Menú HEC-RAS,

Seleccionar ; MENU Options: ►Convert Project Units …

Seleccionar botón: Aceptar

Se presenta la Ventana HEC RAS 4.0

2. Caso de tener un proyecto anterior, trabajado anteriormente.

Para crear un Nuevo Proyecto (Modo alternativo):

En Ventana HEC-RAS 4.0


Seleccionar: MENU File

Seleccionar: ► Open Project…

Se presenta la ventana : Open Project , Seleccionar su

Directorio y archivo para elegir su Project



II. INGRESAR LA INFORMACIÓN DE DATOS GEOMÉTRICOS DE LAS

SECCIONES TRANSVERSALES.

MENU EDIT ► GEOMETRIC DATA

Para ingresar la información de datos geométricos en Menú HEC-RAS 4.0

Seleccionar: Menu Edit:

Seleccionar: Geometric Data…

Se presenta: Ventana Geometric Data… (Datos geométricos)

Ventana Geometric Data… (Datos geométricos)


Para Introducir y procesar los datos geométricos de las secciones medidas,

debemos crear un tramo del canal, para lo cual en la ventana Geometric Data

(Datos Geométricos) ,se visualiza una vista de Planta de nuestro sistema a crear.

Seleccionar Icono River Reach.

Al realizar esta operación el puntero del mouse se convierte en un lápiz, luego

hacer CLICK en un punto, para definir el extremo aguas arriba, seguir haciendo

CLICK para definir la forma en la vista de planta del cauce o canal; para definir el

extremo de aguas abajo del tramo debemos hacer doble CLICK .

Cuando se define el extremo aguas abajo aparece una ventana en la

que debemos dar detalles y describir el tramo, considerando 16

caracteres como máximo.

En River : Colocar nombre del río

En Reach: Colocar nombre del tramo



Seleccionar el nombre del rio existente o de un nuevo rio, e ingresar el nombre del

tramo.

Luego de completar y realizar la información la Ventana Geometric Data (Datos

geométricos) presenta la información previamente introducida.

Ventana de Datos Geométricos Geometric Data

Para Introducir y Procesar los datos geométricos de las secciones; se puede

seleccionar Icono Cross Section en la Ventana Geometric Data… (Datos

geométricos) (Editar y/o crear secciones transversales), (Datos de la sección

transversal)( Edit and/or create cross ssections) colocado al lado izquierdo.


Se presenta la Ventana Cross Section Data (Datos de la Sección Transversal)

con la finalidad de introducir información hidráulica.


Ventana Cross Section Data (Datos de la sección transversal)

i. Para Introducir datos de la primera sección transversal en Cross Section Data

(Datos de la Sección Transversal)

Seleccionar : Menu Options:

Seleccionar : Add a new Cross Section…

Ingresar la ubicación de la sección transversal



En la Ventana Cross Section Data (Datos de la Sección Transversal) completar la

información:

Longitudes del tramo aguas abajo

Valores de los coeficientes de Manning

Condiciones de las márgenes y/o orillas y/o bancos del canal

Coeficientes del Régimen de flujo

Actualizar datos de la sección transversal.

Seleccionar botón Apply Data (Actualizar datos)


Para observar la ventana con la información de la sección de manera

independiente.

En Cross Section Data (Datos de la sección transversal)

Seleccionar: Menu Plot:

Seleccionar: Plot Cross Section (in separate window)…


Ventana Grafico de la sección transversal Ejemplo01

ii. Para Introducir los datos de la segunda sección transversal (o cualquiera otra

adicional) puede proceder como caso i.

Seleccionar: Menu Options:

Seleccionar: Add a new Cross Section…

Ingresar la ubicación de la sección transversal

Seleccionar : OK


En la Ventana Cross Section Data (Datos de la Sección Transversal) completar la

información:



Condiciones de las márgenes y/o orillas y/o bancos del canal


Actualizar datos de la sección transversal.



Ventana con la información de datos geométricos de la sección transversal


independiente.





Para Guardar la Información en Geometric Data (Datos geométricos)

Seleccionar : Menu File:

Seleccionar : Save Geometry Data As …

Se presenta la Ventana Save Geometry Data As …

Seleccionar: Directorio

Seleccionar: Título: Secciones

Seleccionar: Nombre del archivo: Ejemplo01


Se presenta la Ventana Geometry Data Secciones


Ventana de HEC- RAS con datos geométricos Secciones guardados

Como Copiar:

iii. En el presente problema de acuerdo a las condiciones planteadas podemos

introducir los datos de una nueva sección transversal (segunda) ejecutando

una copia.

Realizar una copia de una sección transversal, en la Ventana

Cross Section Data (Datos de la sección transversal)


Seleccionar: Copy Current Cross Section…(copiar la

sección transversal actual)


Ingresar la ubicación de la sección transversal: River Sta.: 3.5


Para introducir las nuevas cotas en Cross Section Data

(Datos de la sección transversal)



Seleccionar: Adjust Elevations…(colocar elevación)

Ingresar la diferencia nivel de las cotas de la sección

transversal de acuerdo a la pendiente del terreno.

Escribir 0.40 m


En la Ventana Cross Section Data (Datos de la Sección Transversal)

completar la información:



Condiciones de las orillas y/o bancos del canal


Para actualizar datos de la sección transversal.



Ventana con la información de datos geométricos de la sección transversal


independiente.





Para Guardar la Información en Geometric Data (Datos geométricos)

Seleccionar : Menu File:

Seleccionar : Save Geometry Data As …

Se presenta la Ventana Save Geometry Data As …


Seleccionar: Título: Secciones




Ventana de HEC- RAS con datos geométricos Secciones guardados

Ventana de HEC- RAS con datos geométricos guardados


III. INGRESAR LA INFORMACIÓN DE DATOS DE FLUJO Y PLANTEAR

LAS CONDICIONES DE FRONTERA ; O LAS CONDICIONES

CONTORNO ; O LAS CONDICIONES DE BORDE DE LAS SECCIONES

TRANSVERSALES

MENU EDIT ► STEADY FLOW DATA…

Para introducir datos de flujo en Menú HEC-RAS 4.0

Seleccionar: Icono Edit/Enter Steady Flow data… (Datos Flujo Permanente)

Se presenta: Ventana Steady Flow Data (Datos en Flujo Permanente)


Introducir datos de flujo de acuerdo al perfil, en la ventana Steady Flow Data


Seleccionar: Edit Profile Names…(Editar nombre del Perfil)

Se presenta Ventana HEC- RAS

Introducir información para editar el nombre de perfil, considerando

16 caracteres como máximo.

Información para editar; periodo de retorno 20 años

Ventana HEC- RAS



Editar el valor de la descarga en el tramo.

En este caso son 40 m3/s

Seleccionar Enter/Edit Number of Profiles ( Editar Perfiles / Número de

Perfiles) para las condiciones planteadas en el problema , puede ser para un

solo perfil o para varios perfiles ( número máximo 25000 ), en este caso es un

solo perfil.

Plantear las Condiciones de Frontera o las Condiciones de Contorno o

las Condiciones de Borde.

Con el botón Reach Boundary Conditions …

Se debe seleccionar el tipo de análisis, para las condiciones de frontera

planteadas, es función del régimen de flujo del canal.

Se presenta Ventana Steady Flow Boundary Conditions

Condiciones de Frontera o las Condiciones de Contorno o las

Condiciones de Borde.

Default (.) Por Defecto.

(.) Set Boundary for all Profiles ( Para todos los perfiles)

Alternativa a seleccionarse

o Set Boundary for one Profile at a time (Para un solo perfil)


Se debe conocer el tipo de flujo del canal: Sub Crítico; Súper Crítico

Se debe tener presente : Caso Régimen sub crítico (debemos conocer

las condiciones aguas abajo) Downstream ;Conocer el Tirante Normal

en el tramo.

Seleccionar botón: Normal Depth

Se presenta Ventana HEC RAS solicitando la pendiente en el

tramo.

Introducir la pendiente del canal (So = 0.4 o/oo ) en decimal

( 0.0004 )



Para Guardar la Información de datos de flujo en Steady Flow Data As…

(Datos geométricos)

Seleccionar: Menu File :

Seleccionar: Save Flow Data As …

Se presenta Ventana Save Flow Data As (Guardar datos de flujo como)


Seleccionar: Title (Título) : Caudal

Seleccionar: File Name (Nombre del archivo) : Ejemplo01



Ventana de HEC- RAS con datos geométricos y de flujo guardados

IV. CREAR UN PLAN Y REALIZAR LOS CÁLCULOS HIDRÁULICOS

MENU RUN ►: STEADY FLOW ANALYSIS…

Ventana de HEC- RAS con datos de flujo Permanente

Seleccionar: Icono Run

Seleccionar: Steady Flow Analysis (Análisis en Flujo Permanente)

Se presenta Ventana Steady Flow Analysis (Análisis en Flujo Permanente)

Ventana Steady Flow Analysis (Análisis en Flujo Permanente)


Seleccionar: Archivo de datos geométricos: Geometry File

Seleccionar: Archivo de datos de flujo : Steady Flow File

Seleccionar: Régimen de flujo : Flow Regime

Subcrítical (Sub Critico)

Seleccionar: Archivo de datos geométricos: Secciones

Seleccionar: Archivo de datos de flujo : Caudal

Seleccionar: Régimen de flujo: Subcrítico

Para Guardar la Información de datos del Plan en Steady Flow Analysis

(Análisis del Flujo Permanente )

Seleccionar : Menu File :

Seleccionar : Save Plan As …

Se presenta Ventana Save Plan Data As (Guardar datos de flujo

como…)



Seleccionar: Título: Plan01



Se presenta Ventana HEC RAS

Escribir Short Plan Identifier Identificador corto del Plan


Se presenta la ventana Stedy Flow Analysis


En la Ventana Stedy Flow Analysis (Análisis de flujo Permanente)

debemos realizar los cálculos;

Seleccionar botón COMPUTE

Ventana HEC-RAS 4.0 con toda la información disponible actualizada del Ejemplo01


Modo alternativo para modificar / editar, seleccionar en HEC RAS 4.0 :

Menu Edit: Steady Flow Data …

Ventana de HEC- RAS con datos de flujo y datos geométricos guardados


V. ANALIZAR ,VISUALIZAR, OBSERVAR, INTERPRETAR ,IMPRIMIR LOS

RESULTADOS

Secciones transversales

Perfiles de flujo

Graficas de parámetros de flujo

Curvas de calibración

Graficas en perspectiva

Hidrogramas de descargas

Gráficas de propiedades hidráulicas

Tablas con detalles hidráulicos

Tablas resumen

Resumen de errores, avisos y notas

Datos en formato DSS

Primer Modo empleando Iconos en HEC-RAS 4.0,

Elegir alguno de los iconos


Segundo Modo (alternativo) empleando Menu View en HEC-RAS 4.0,

seleccionar :

1. Secciones transversales

Ejemplo01 Plan01 Sección 3.5 km


Ejemplo01 Plan01 Sección 2.5 km

2. Perfiles de flujo


3. Graficas de parámetros de flujo

4. Curvas de calibración


5. Graficas en perspectiva

6. Hidrogramas de descargas


7. Gráficas de propiedades hidráulicas

8. Tablas con detalles hidráulicos


9. Tablas resumen

10. Resumen de errores, avisos y notas


11. Datos en formato DSS

TAREA 01: PRESENTACIÓN 28 DE SETIEMBRE 2013 TALLER 01



CANAL PRISMATICO CON FLUJO SUB CRÍTICO

HEC-RAS

SEMANA 01/ SEMANA 02

PROXIMA SEMANA


CANAL PRISMATICO CON FLUJO SUPER CRÍTICO

HEC-RAS

SEMANA 02/ SEMANA 03

TAREA 02: PRESENTACIÓN 05 DE OCTUBRE 2013 TALLER 02

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