¿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

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.

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.

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.

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

211

1

222

2 hg2

VWS

g2

VWS

g2

V

g2

VCSLh

211

222

fe

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.

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

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).

Flujo permanente, trazado de pelo libre

ecuación de la energía

e

211

11

222

22 hg2v

zyg2v

zy

Método estándar de pasos

g2v

g2v

CSLh211

222

fe

L= longitud entre tramos ponderada

Sf = pendiente de fricción entre dos secciones

C = coeficiente de pérdida por expansión o contracción

Donde:

robchlob

robrobchchloblob

QQQQLQLQL

L

lob = left overbank

ch= main chanel

rob = right overbank

Subdivisión de la sección transversal Manning

inglesasunidadesRAn486.1

K

SKQ

3/2

2/1f

Método 1

Método 2

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

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

En general

221

222

211

21

22

2

21

12

V)QQ()VQVQ(

QQg2

VQ

g2V

Q

g2V

Determinación de α

2

2nn

222

211

VQ)VQ...VQVQ(

En términos de K y de áreas

3t

2rob

3rob

2ch

3ch

2lob

3lob

t

K

AK

AK

AK

)A(

Evaluación de las pérdidas por fricción

fe SLh

La pendiente de fricción Sf es calculada de la ecuación de Manning, según las ecuaciones:

2

f KQ

S

En HEC-RAS algunas expresiones para Sf son:

2f1f

2f1ff

2f1ff

2f1ff

2

21

21f

SS

)SS(2S

SSS

2

SSS

KKQQ

S

x

x

Ecuación usada por defecto en el programa

Evaluación de las pérdidas por contracción y expansión

g2v

g2v

Ch211

222

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.

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

Altura total de energía

g2v

WSH2

Donde:H= altura total de energía

WS= elevación del pelo de agua

α v2/2g= altura de velocidad

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.

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.

Visualización Gráficatridimensional

RIO GRANDE DEFENSAS Q=619

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.

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

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.

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

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

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)

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)

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

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

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

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

Canal Interno: Visualización por Tablas

(sólo alcantarillas)

Visualización Gráfica

0 1000 2000 3000 4000360

370

380

390

400

410

Perfil Canal Interno Arco Noreste RAC

Main Channel Distance (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF#1

Crit PF#1

WS PF#1

Ground

Reach-1

Visualización GráficaTridimensional

Perfil Canal Interno Arco Noreste RACLegend

WS PF#1

Ground

Bank Sta

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

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

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:

Puentes Considerados

Secciones de los Puentes

Visualización por Tablas (sólo los puentes)

Visualización Gráfica

30000 35000 40000 45000

380

390

400

410

Perfil desde Pte. Turin hasta Pte. Antártida

Main Channel Distance (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF#1

WS PF#1

Crit PF#1

Ground

Reach-1

Visualización Gráficatridimensional

Perfil desde Pte. Turin hasta Pte. AntártidaLegend

WS PF#1

Ground

Bank Sta

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