EXPOSICION APLICACIÓN DEL PROGRAMA HEC

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EXPOSICION APLICACIÓN DEL PROGRAMA HEC-RAS.
PABLO EDUARDO BAUTISTA
CRISTIAN FELIPE GONZALEZ
WILSON ERNEY GÓMEZ LOZANO
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA 
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS 
HIDROLOGIA Y DRENAJE VIAL TUNJA
2017
EXPOSICION APLICACIÓN DEL PROGRAMA HEC-RAS.
PABLO EDUARDO BAUTISTA cód. 201420156
CRISTIAN FELIPE GONZALEZ cód.201420154
WILSON GOMEZ LOZANO cód.201311288
Presentado a:
Ing. Msc. JOSE RODRIGO ALARCÓN DALLOS
En la asignatura de:
HIDROLOGÌA Y DRENAJE VIAL
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS
HIDROLOGIA Y DRENAJE VIAL TUNJA
2017
1.	OBJETIVOS
1.1.	OBJETIVO GENERAL
Dar Conocer a compañeros y docente la aplicabilidad del programa HEC- RAS, como una herramienta de trabajo para la modelación hidráulica de transporte de sedimentos y análisis de calidad de agua tanto en régimen permanente como no permanente.
1.2.	OBJETIVOS ESPECIFICOS
Especificar la Instala y configuración correcta para así poder ejecutar el programa HEC-RAS.
Dar a conocer las funciones que prestan cada una de opciones en el menú del programa y en qué casos se aplica.
Hacer uso del programa HEC RAS por medio de un ejercicio.
 
2.	DEFINICION DEL PROGRAMA HEC-RAS
HEC-RAS (Hydrological Engineering Center - River Analysis System) es un programa de modelización hidráulica unidimensional compuesto por 4 tipos de análisis en ríos:
•	Modelización de flujo en régimen permanente.
•	Modelización de flujo en régimen no permanente.
•	Modelización del trasporte de sedimentos.
•	Análisis de calidad de aguas.
Cuando estudiamos un tramo de un determinado río para conocer hasta donde llegaría el agua si el caudal alcanzara cierto valor, nos surgen preguntas como
¿Qué altura alcanzará la lámina de agua? ¿Se inundarán las zonas próximas?
¿En qué extensión?
Ilustración 1. Análisis de inundación HEC.ras
Fuente: CURSOSGIS. ¿Qué es HEC - RAS y para qué sirve? (En línea). [Consultado el 30 de abril de 2017]. Disponible en: http://www.cursosgis.com/index.php/blog-cursosgis/95-que-es-hec-ras-y-para-que-sirve.html
Responder a estas preguntas no es una tarea fácil ya que debemos tener en cuenta diferentes factores como la forma del cauce, su pendiente o su naturaleza (tipo de material, presencia de vegetación, etc.). Pero si además existen obras en el cauce (puentes, canalizaciones...) o queremos saber qué pasaría si existieran, el problema se complica.
Hoy en día disponemos de diversos software específicos de modelización hidráulica que facilitan la entrada de datos y permiten visualizar gráficamente los resultados, incluso exportarlos en forma de tablas, lo que nos facilita su interpretación. Entre todo ellos, destaca sin duda el software HEC-RAS (desarrollado por el Hydrologic Engineering Center del US Army Corps of Engineers), es uno de los programas de referencia dentro de su campo.
Se trata de un software gratuito, por lo tanto su uso se ha generalizado y se encuentra en un proceso constante de actualización al introducir continuas mejoras. Esto ha hecho que poco a poco la gran mayoría de administraciones hayan comenzado a exigir el estudio del impacto que puede representar sobre la dinámica de los cauces cualquier tipo de actuación con un modelo hidráulico suficientemente fiable, como es el caso de HEC-RAS.
Nos permite simular flujos en cauces naturales o canales artificiales para determinar el nivel del agua por lo que su objetivo principal es realizar estudios de inundabilidad y determinar las zonas inundables.[1: CURSOSGIS. ¿Qué es HEC - RAS y para qué sirve? (En línea). [Consultado el 30 de abril de 2017]. Disponible en: http://www.cursosgis.com/index.php/blog-cursosgis/95-que-es-hec-ras-y-para-que-sirve.html.]
Ilustración 2. Análisis de inundación.
Fuente: CURSOSGIS. ¿Qué es HEC - RAS y para qué sirve? (En línea). [Consultado el 30 de abril de 2017]. Disponible en: http://www.cursosgis.com/index.php/blog-cursosgis/95-que-es-hec-ras-y-para-que-sirve.html
3.	HEC-RAS
3.1	EJECUCIÓN DEL PROGRAMA
La descarga e instalación se puede realizar por medio de Google Chrome, de forma gratuita. El programa se debe configurar pues la configuración regional del ordenador tiene la coma como separador de decimales y el punto como separador de miles. El HEC-RAS trabaja solo con la configuración americana, por lo cual hay que cambiarla antes de continuar. Para la configuración se debe seguir los siguientes pasos:
I.	Seleccionar Inicio/panel de control/configuración regional y de idioma.
II.	Seleccionar el botón Configuración Adicional.
III.	En la opción ‘Números’ el símbolo decimal se debe ser punto y el símbolo de separación de miles debe ser un espacio. Luego en la opción ‘Moneda’ se repite el procedimiento inmediatamente anterior.
IV.	Pulse aceptar.
De esta manera se soluciona el problema y al ingresar al programa se desplegará la ventana principal de HEC-RAS.[2: NANIA Leonardo S., Molero Emilio. Manual básico de HEC RAS 3.1.3 y Hec-GeoRas3 3.1.1. Universidad de Granada.]
Ilustración 3. Ventana principal HEC.ras
Fuente: NANIA Leonardo S., Molero Emilio. Manual básico de HEC RAS 3.1.3 y Hec-GeoRas3 3.1.1. Universidad de Granada.
Ahora se puede iniciar a trabajar un proyecto en HEC-RAS
3.2	NUEVO PROYECTO
En la ventana principal se debe pulsar la opción ‘File’ luego ‘New ´Project’
•	En la ventana que se despliega solicita ‘Title’, título del proyecto y ‘File Names’ el nombre de archivo que se va a guardar, con la extensión .prj.
Presiona OK
•	En la ventana que aparece se le pregunta si desea crear un proyecto con el nombre y títulos dados. Nos avisa que por defecto el proyecto está configurado con unidades inglesas.
•	Pulsamos aceptar.
•	De regreso a la pantalla principal se debe cambial el sistema de unidades. En el menú se encuentra la opción ‘Options’/‘Unit system’.
•	Aparecerá la siguiente ventana, donde toma la opción System International.
•	Si seleccionamos también ‘set as default for new projects’, todos los proyectos que se creen serán con unidades del sistema internacional.
•	Pulse OK
 
3.3	VENTANA PRINCIPAL
En la parte superior de la ventana principal del HEC-RAS, está la barra de menús con las siguientes opciones:
•	File (Archivo): Esta opción es usada por el administrador de archivos. Las opciones disponibles en el menú file son: New Projet; Save Project, Save Project As, Rename Project, Delete Project; lmport HEC-2 Data, Import HEC-RAS data, Export GIS (Geographical Information Sistem) Data; Generate Report; y Exit.
Además, los últimos cuatro archivos abiertos serán listad en la parte baja del menú File, lo cual le permite al usuario abrir fácilmente un proyecto en el cual trabajo recientemente.
•	Edit (Editor): Esta opción es usada para introducir y editar datos. Los datos son clasificados en cuatro tipos: Datos Geométricos; Datos de Flujo Permanente; Datos de Flujo no Permanente; y Datos de Sedimentos. En la versión actual, solamente están activados los Datos Geométricos y los de Flujo Permanente.
•	Simúlate (Simulación): Esta opción es usada para ejecutar los cálculos hidráulicos Las opciones bajo este menú incluyen: Análisis de Flujo Permanente; Análisis de Flujo no Permanente; Análisis de Sedimentos, y Diseño de Funciones Hidráulicas. En la versión actual, los Análisis de Flujo no Permanente y Análisis de Sedimentos no están disponibles.
•	View (Ver): Esta opción contiene una serie de herramientas que son provistas para mostrar gráficas y tabulaciones del modelo de salida. El menú View actual incluye secciones transversales, Perfiles de la Superficie Libre del Agua; Curvas de Velocidad Trazo en Planos Perspectiva X-Y-Z; Tablas con Sección Transversal; Tablas de Perfil, y Sumario de Errores, Advertencias, Notas. Los hidrogramas por ahora no están disponibles, pero serán incluidos cuando la capacidad para el flujono permanente sea agregada al sistema.
•	Options (Opciones): Esta opción del menú le permite al usuario cambiar la organización "set up" del programa; establece los parámetrospor default, establece las Unidades del Sistema Default (Inglesas o Métricas); y Convierte las Unidades del Proyecto (Inglesas a Métricas, o Métricas a Inglesas).
•	Help (Ayuda): Esta opción permite al usuario obtener ayuda en línea, como también desplegar la información actual sobre el HEC-RAS.
También la ventana principal del HEC-RAS tiene una Barra de Iconos. La barra de Iconos nos da un fácil acceso a las opciones usadas más frecuentemente por la barra del menú HEC-RAS. Una descripción de cada botón se muestra en la siguiente figura.
3.4	GUÍA PARA LA CREACIÓN DE UN TRAMO.
•	Seleccionar Edit/Geometric Data o bien su acceso directo.
•	Para comenzar a trabajar, es necesario crear en esta ventana el esquema del rio o cauce de tramo a tramo.
•	Para ello activar el icono ‘River Reach’ Dentro de la ventana ‘Geometric Data
•	El puntero del ratón se convertirá en un lápiz. Dibujar un tramo de cauce, haciendo clic en un punto para definir el extremo aguas arriba y dos clic en el otro punto para definir el extremo de aguas abajo del tramo.
•	También podemos hacer quiebres en el esquema, definiendo puntos intermedios con un solo clic del raton. Recordar que aunque dibujemos una curva en muestro esquema, elprograma calcula siempre flujo 1.D.
•	Cuando definamos el extremo de aguas abajo aparece una ventana donde introducir en nombre del rio y el nombre del tramo,
•	Dar clic en OK.
3.5	CREAR SECCIONES TRANSVERSALES
•	En la ventana ‘Geometric Data’ seleccionar el icono ‘Cross Selection’ y aparecerá una ventana con un espacio en blaco que le permitirá introducir la primera sección transversal.
•	Seleccionar Options/Add a new cross selection, aparecerá una ventana pidiendo un identificador para la sección transversal.
•	Introducir un número que representará su posición relativa con respecto a las demás secciones.
•	Si desea incluir una descripción en el campo ‘Description’
•	Construir la sección transversal introduciendo la abscisa de ‘station’ y la cota en ‘Elevation’. Si se trata de una sección simétrica, es conveniente considerar el 0 de las absisas coincidente con el eje del canal.
•	Cada vez que cliquemos sobre ‘Apply Data’ los datos serán introducidos y representadas en el espacio de la derecha.
3.6	CREAR UN PLAN Y EJECUTAR EL MODELO
Para realizar una simulación hidráulica del cauce es necesario crear un plan que incorpore un fichero de datos de geometría y otro de datos hidráulicos.
•	Para ello, seleccionamos Run/Steady Flow Analysis o su acceso directo.
•	Aparecerá una ventana donde podemos introducir un identificador. So no lo hacemos aparecerá uno por defecto.
•	Selecccionamos un fichero de datos geométricos y uno de datos hidráulicos de entre los existentes
•	Seleccionamos el régimen del flujo que se espera encontrar. Si no estamos seguros se recomienda usar la opción ‘mixed’ pero debemos tener en cuenta que esta opción exige condiciones de contorno aguas arriba y aguas abajo.
•	Ejecutemos la simulación seleccionando ‘Compute’
•	Si deseamos que el programa calcule la distribución de velocidad en horizontal, en la ventana ‘Steady Flow Analysis’ seleccionamos Optiond/flow distribution locations, donde podemos seleccionar el rio, tramo, desde qué sección hasta que sección y el numero de subsecciones donde el programa debe calcular la velocidad media. Permite seleccionar subsecciones por separado para la llanura de inundación izquierda, el cauce principal y la llanura derecha.no olvidemos clicar sobre el icono ‘Set Selected Range’ para agregar las secciones al cálculo.
Una vez ejecutada la simulación correctamente, se mostrará:
•	Seleccionar Close para cerrar la ventana
3.7	OBSERVAR RESULTADOS
Una vez ejecutada la simulación correctamente, se pueden ver los resultados de varias maneras. Dentro del menú ‘View’ se tiene las siguientes opciones, que son accesibles también a través de iconos:
•	Ver las secciones transversales (Cross-Selection)
•	Ver los perfiles de láminas de agua (wáter surface Profiles)
•	Graficas de varios parámetros a lo largo de todo el perfil (general profile plot)
•	Ver curvas caudal-calado de cada perfil (rating Curves)
•	Ver dibujos en perspectiva (X-Y-Z perspective plots)
•	Ver hidrogramas de caudal y calado (solo cuando se erjecutan simulaciones con flujo no permanente))Stage and flow hydrograpgs)
•	Ver graficas de propiedades hidráulicas (hydraulicas property plots)
•	Ver tablas de detalle (detailed Output table)
•	Ver resumen de errors avisos y notas (Summary err, Warn, notes)
•	Ver datos en format DSS (DSS Data)
3.8	COMPATIBILIDAD DE HEC-RAS.
Los modelos HEC-RAS son compatibles con archivos de planos de AutoCAD y datos de mapas ESRI ArcGIS. Asi como también se pueden exportar modelos completos, y resultados a AutoCAD (incluyendo AutoCAD Civil 3D y AutoCAD Map 3D), Bentley MicroStation y a ESRI ArcGIS, o sencillamente exporte el archivo como PDF.
3.9	ALGUNAS VENTAJAS DEL SOFTWARE HEC-RAS 
Funciones Automatizadas de Mapeo GIS
Define estaciones de bancos, longitudes de flujo, áreas de flujo inefectivo, obstrucciones, diques y otros datos de modelado de lecho a partir de datos CAD y GIS. Asigne fórmula de Manning usando polígonos de GIS o procesamiento de imágenes de mapas de orto fotografía.
Con HEC RAS se pueden Utilizar datos digitales 3D de alta resolución de elevación de terreno para extracción automatizada de secciones y creación de mapas de llanuras aluviales. Utilice servicios de mapas web para obtener orto fotografías aéreas, mapas de inundaciones FEMA, delineación de lechos, alineación de ríos y más
Análisis de Gestión de Escenarios “Qué Sucedería Si”
Compara distintos modelos de ingeniería, tales como puentes existentes o propuestos, realineación de ríos y restauración de cauces, inundación de llanuras aluviales, y más. Esto permite a las partes interesadas evaluar las alternativas disponibles, considerando así diseños más innovadores y amigables con el medio ambiente.
Visualización y Edición en 2D y 3D
Se puede cambiar con total fluidez de perspectiva 2D a 3D para identificar con más claridad problemas de modelado y realizar los cambios necesarios. Rote, gire, acérquese y muévase a través del modelo hasta obtener cualquier perspectiva necesaria para el análisis de las secciones, estructuras de puente, alcantarillas, diques, áreas de flujo inefectivo, y más.
Modelos Más Precisos
Reduzca el tiempo perdido debido a datos poco precisos. Integre con facilidad datos recolectados en el campo en distintos formatos junto con datos CAD y GIS para actualizar el modelo HEC-RAS y que este refleje de manera precisa las condiciones del campo.
Herramientas HEC-RAS Con Propósitos Prácticos
Las herramientas específicas HEC-RAS ofrecen una manera más efectiva de crear y analizar ríos, cauces, puentes, alcantarillas, estructuras internas y más. Defina secciones que se actualicen dinámicamente al cambiar los datos del terreno. Defina con rapidez diques, áreas de flujo inefectivo, obstrucciones y sub- áreas usando herramientas especializadas de HEC-RAS.
Reporte Completo
Se suministra un reporte HEC-RAS completo, incluyendo gráficas y tablas de secciones, gráficas y tablas de perfiles, gráficas de series de tiempo, y más. Debido a que los datos se obtienen directamente del modelo HEC-RAS, los reportes pueden actualizarse fácilmente, permitiendo observar las modificaciones de resultados con mayor rapidez a medida que se realizan los cambios.[3: CIVILGEO. Ventajas de HEC-RAS. (En línea). [Consultado el 30 de abril de 2017]. Disponible en: http://www.civilgeo.com/es/geohecras/[Consultado el viernes 22 de enero del 2016]]
4.	PREGUNTAS.
Preguntas	Abiertas y Cerradas
1.	¿Cuáles son las tipos de análisis en ríos que trabaja el software HEC-RAS?
Respuesta:
Modelación de flujo en régimen permanente 
Modelaciónde flujo en un régimen no permanente
Modelación del transporte de sedimentos
Análisis de calidad de aguas
2.	¿Cree usted que El software HEC-RAS puede solucionar problemas en el entorno en el cual se desenvuelve su carrera de estudio?
Respuesta: Si, porque en la ingeniería de transporte y vías es indispensable conocer el comportamiento de los ríos para poder realizar así; buenas obras de drenaje que satisfagan las condiciones de seguridad.
3.	¿HEC-RAS como herramienta de modelación puede contribuir a diseños de mayor seguridad?
Respuesta: Si, porque este simula caudales que fluyen en un rio, y esta función nos puede dar una idea de cómo llegaría a comportarse este cuando se presente una avenida.
4.	De acuerdo a la barra de herramientas del software (HEC-RAS), nombre tres de las cuales la conforman
Respuesta: 
Editor basado en datos de geometría 
Visualización 3D de las secciones transversales 
Simulación de flujo
5.	Nombre un software con el cual HEC –RAS tiene compatibilidad. 
Respuesta: AutoCAD civil 3D
El HEC RAS tiene la opción de exportar archivos de otro software. Respuesta: Si
El software tiene modelación 3D. Respuesta: Si
3.	¿HEC RAS tiene la principal funcionalidad de la construcción de puentes? Respuesta: No
5.	CONCLUSIONES
El programa HEC-RAS es muy importante en obras ingenieriles pues permite modelar canales usando secciones transversales y así poder calcular áreas de inundación dándonos una idea gráfica, y de esta manera mitigar posibles avenidas.
Los resultados tabulados arrojados por el software es una ventaja puesto que permite el análisis más detallado y completo de los mismos.
Es un software demasiado completo a pesar de ser tan de fácil acceso, pues no maneja restricciones de descarga y tampoco requiere ningún pago.
El programa HEC-RAS está constituido por una serie de herramientas que mejoran la calidad de los cálculos que se realizan para el diseño de diferentes estructuras indispensables en la manipulación de agua, además es muy bueno para realizar análisis; los que una vez más corrobora que la tecnología es importante para el hombre, siempre y cuando la sepa usar en beneficio común.
 
6.	RECOMENDACIONES
Sería muy útil que en la academia y como estudiantes de ingeniería recibiéramos cursos o tutorías sobre el manejo y aplicación de programas como el Hec Ras, que hacen que los cálculos sean más eficientes y precisos.
La utilización del software en la ingeniería facilita los procesos de cálculos, se obtienen mejores resultados, pero todo esto si se tienen datos veraces y reales.
BIBLIOGRAFIA
1. CURSOSGIS. ¿Qué es HEC - RAS y para qué sirve? (En línea). [Consultado el 30 de abril de 2017]. Disponible en: http://www.cursosgis.com/index.php/blog-cursosgis/95-que-es-hec-ras-y-para-que-sirve.html.
2. NANIA Leonardo S., Molero Emilio. Manual básico de HEC RAS 3.1.3 y Hec-GeoRas3 3.1.1. Universidad de Granada.
3. Béjar Máximo Villón. HEC RAS, ejemplos. 2°edición. Costa Rica, escuela de Ingeniería Agrícola.
4. CIVILGEO. Ventajas de HEC-RAS. (En línea). [Consultado el 30 de abril de 2017]. Disponible en: http://www.civilgeo.com/es/geohecras/[Consultado el viernes 22 de enero del 2016]