T2 - Software Hec Ras 4.1.0

UNIVERSIDAD DE SAN MARTÍN DE PORRES
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA INGENIERÍA CIVIL
SOFTWARE HEC – RAS (V 4.1.0)

(Hydrologic Engineering Center - River Analysis System)
SEGUNDO TRABAJO DE HIDROLOGÍA
INTEGRANTE:
DÁVILA MONTEZA, Lizbeth Isamar
Ing. ENRIQUE DANIEL CÁCERES SANTIN

Hidrología
Chiclayo, 13 de octubre del 2014

SOFTWARE HEC – RAS (v 4.1.0)
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 3
OBJETIVO ............................................................................................................................... 4
SOFTWARE HEC – RAS ......................................................................................................... 5
I. DESCRIPCIÓN GENERAL ................................................................................................... 5
II. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ......................................................................................... 5
III. APLICACIONES .................................................................................................................. 5
IV. SIMULACIÓN HIDRAULICA (HEC-RAS) ............................................................................. 6
4.1. EMPEZANDO CON HEC – RAS – UNA APRECIACIÓN GLOBAL ................................. 6
4.2. DESARROLLO DE UN MODELO HIDRAULICO CON HEC – RAS ................................ 9
4.2.1. CREAR UN NUEVO PROYECTO ............................................................................................ 9
4.2.2. INGRESO DE DATOS GEOMÉTRICOS ............................................................................... 11
4.2.3. INGRESO DE DATOS HIDRÁULICOS: CAUDAL Y CONDICIONES DE CONTORNO ....... 20
4.2.4. CREAR UN PLAN Y EJECUTAR UNA SIMULACIÓN ........................................................... 24
4.2.5. OBSERVACIÓN DE RESULTADOS ...................................................................................... 27
CONCLUSIONES................................................................................................................... 32
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 33
HIDROLOGÍA – ESCUELA INGENIERIA CIVIL - USMP 2

INTRODUCCIÓN
La hidráulica fluvial trata de las intervenciones humanas en los ríos para su adecuación al
aprovechamiento de los recursos o a la reducción de los riesgos de daño. Para comprender
esta hidráulica se debe tener conocimientos de Hidráulica, Hidrología y de Obras hidráulicas,
materias que son parte de la currícula del Ingeniero Civil.
Las simulaciones hidráulicas nos presentan una manera de análisis de la interrelación entre la
topografía del cauce de un río, los volúmenes de agua y sedimentos transportados, así como
la manera que influyen en el nivel de agua las obstrucciones u obras hidráulicas que se
presenten en su cauce. La combinación de distintas geometrías y condiciones de flujo provoca
diferentes resultados, que pueden ser analizados por separado o conjuntamente. Esta es la
filosofía de la estructura del software Hec-Ras, donde un único proyecto puede contener
multiplicidad de cálculos distintos. Siendo una herramienta muy útil para entender estos temas
y darle soluciones a problemas planteados en el manejo de cauces naturales

OBJETIVO
- Dar a conocer el procedimiento para realizar cálculos hidráulicos unidimensionales para

un sistema natural (ríos) o para canales construidos, mediante la utilización del
programa HEC-RAS.

SOFTWARE HEC – RAS
I. DESCRIPCIÓN GENERAL
HEC-RAS, software desarrollado del Centro de Ingeniería Hidrológica (Hydrologic

Engineering Center) del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los EE.UU. (US Army Corp
of Engineering), es un programa de hidráulica para modelizar el comportamiento de un
caudal artificial o en un cauce natural.
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.
HEC-RAS tiene una interface gráfica de usuario que facilita las labores de pre proceso y
post proceso de datos, es un paquete integrado de los programas hidráulicos de análisis,
el sistema es capaz de realizar cálculos de perfil de la superficie del agua ya sea para flujo
constante flujo inestable, e incluirá transporte del sedimento y varios cómputos hidráulicos
del diseño en el futuro.
II. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
- Cálculo hidráulico de estructuras

- Visualización gráfica de datos y resultados
- Edición gráfica de secciones
- Ejecución entorno Microsoft Windows
III. APLICACIONES
El programa fue diseñado de manera que por medio de la elaboración de modelos, se

pueda realizar cálculos hidráulicos en una dimensión con régimen permanente para una
red completa de caces abiertos, canales, ríos ya sean naturales o artificiales.

IV. SIMULACIÓN HIDRAULICA (HEC-RAS)
4.1. EMPEZANDO CON HEC – RAS – UNA APRECIACIÓN GLOBAL
Para Empezar HEC-RAS de Windows: Doble-pulse el botón en el Icono de HEC-RAS.

Veremos la ventana Principal del programa.
Esta ventana principal tiene las opciones siguientes en la barra del menú
 FILE (Archivo)
Esta opción se usa para el manejo de archivos. Las opciones disponibles bajo el menú
del
Archivo incluyen: Nuevo Proyecto; Abrir Proyecto; Guardar el Proyecto; Guardar el
Proyecto Como; Renombre el Proyecto: Borre el Proyecto; Resumen del proyecto,
Importar los Datos de HEC-2; Importar los datos de HEC-RAS; Genere el Informe;
Exportar datos GIS; Exporte to HEC-DSS; Restaurar; Datos de Backup y Salida.

 EDIT (Editar)
Esta opción se usa por entrar y revisar los datos. Se categorizan los datos en cuatro tipos:
Datos geométricos, de Flujo Uniforme, de Flujo Variado y de Sedimentos.
 RUN (Correr)
Esta opción se usa para realizar los cálculos hidráulicos. Las opciones bajo este artículo
del menú incluyen:
- El Análisis de Flujo Uniforme
- El Análisis de Flujo Variado
- El Análisis del Sedimento
- Las Funciones de diseño Hidráulico.
Además de correr múltiples planes
 VIEW (Vista)
Esta opción contiene un juego de herramientas que proveen ventanas gráficas y tabulares
de los resultados del modelamiento. Los ítems del menú de View incluyen:
- Las Secciones transversales
- Los Perfiles de Superficie de Agua
- Ploteo de perfiles en general
- Curvas típicas
- Vista en Perspectiva X-Y-Z
- Ver hidrogramas de caudal y tirante (solo cuando se ejecutan simulaciones con flujo
no permanente)
- Ploteo de propiedades hidráulicas
- Tabla detallada de resultados, las tablas de las Secciones transversales, las tablas del
Perfil

- Resumen de errores, advertencias y notas.

- Datos DSS
 OPTIONS (Opciones)
Este ítem del menú le permite al usuario cambiar las opciones en:
- El Setup del Programa
- Los Parámetros Predefinidos
- Establecer el Sistema de las Unidades Predefinido (inglés o Métrico)
- Conversión de unidades del Proyecto (inglés a Métrico, o Métrico a inglés).
 GIS TOOLS (Herramientas GIS)
La herramienta para la creación y edición de tramos, secciones y estructuras (Geometric

Data) incorpora toda una base de datos GIS. El hecho de trabajar de manera
georeferenciada en hidráulica resulta muy interesante sobre todo en cuestiones

relacionadas con el planeamiento ya que en todo momento se pueden ubicar con

exactitud los resultados obtenidos del modelo.
 HELP (Ayuda)
Esta opción le permite al usuario conseguir las ayudas en línea, así como el despliegue
la información de la versión actual sobre HEC-RAS.
4.2. DESARROLLO DE UN MODELO HIDRAULICO CON HEC – RAS
Hay cinco pasos principales para la creación de un modelo hidráulico con HEC-RAS:
a) Crear un Proyecto Nuevo o Abrir uno existente
b) Introducir los Datos Geométricos
c) Introducir los Datos Hidráulicos: Caudal y condiciones de Contorno
d) Crear un plan y ejecutar la simulación
e) Ver e imprimir los resultados
Al culminar estos pasos, con los resultados o datos de salida permitirán conocer, por
ejemplo, el tirante del agua, la velocidad media del flujo, etc. Estos parámetros se utilizan,
por ejemplo, en el diseño obras en el cauce principal de canales, drenes, o ríos, tales como
alcantarillas, puentes, bocatomas; para el diseño diques, enrocados, para determinar la
planicie de inundación y planificar el desarrollo urbano de una ciudad, etc
 Vamos a realizar el ejemplo más simple posible. Consideremos un tramo de un río, y dos
secciones transversales para calcular la altura alcanzada por el agua para un caudal dado.
4.2.1. CREAR UN NUEVO PROYECTO
4.2.1.1. CAMBIAR EL SISTEMA DE UNIDADES
Antes de cualquier ingreso de datos Geométricos y de Flujo, el usuario debe

seleccionar el Sistema de las Unidades (inglés o Métrico) en el cual desea trabajar.
Esto se hace seleccionando el Sistema de la Unidad del menú de las Opciones en
la ventana de HEC-RAS principal.
▫ Seleccionamos Options/Unit system (US Customary/SI)

Aparecerá la ventana
▫ Seleccionar la Opción System Internacional (Metric System)

▫ Si seleccionamos también “Set as default for new projects”, todos los proyectos
nuevos que se creen serán con las Unidades del Sistema Internacional
▫ Ok para aceptar
Nos avisa que esa opción sólo configura el sistema de unidades pero NO
CONVIERTE las unidades de un proyecto abierto. Al desarrollar un modelo
hidráulico con HEC-RAS es establecer qué directorio usted desea para trabajar e
ingresar un título para el nuevo proyecto.
4.2.1.2. COMENZAR UN NUEVO PROYECTO
Para empezar un nuevo proyecto, vaya al menú File en la ventana de HEC-RAS.

Seleccionar New Project

▫ Creamos o seleccionamos una carpeta donde crear nuestro nuevo proyecto y lo

creamos colocando un nombre en “Title” y un nombre en “File Name”, con la
extensión .prj.
▫ OK para aceptar.
▫ Aparecerá una ventana que nos pregunta si queremos crear un proyecto con el
nombre, título dados y el directorio donde se localizara el proyecto.
- Si esta información es correcta, apriete el botón de Aceptar.
4.2.2. INGRESO DE DATOS GEOMÉTRICOS
El próximo paso es ingresar en los datos geométricos necesarios que consisten en:
- La información para el esquema general del cauce (la Red del cauce)
- Datos de la secciones transversales
- Datos de las estructuras hidráulicas (los puentes, alcantarillas, los azudes, etc.).
4.2.2.1. CREAR EL TRAMO
▫ Seleccionar Edit/Geometric Data o bien el icono

El usuario desarrolla los datos geométricos primero dibujando el esquema general

del sistema (River system schematic), que son unos trazos que representan el
cauce del rio o canal a evaluar y trazando los tramos de aguas arriba hacia aguas
abajo (en la dirección de flujo positiva).
▫ Para comenzar a trabajar, es necesario crear en esta ventana el esquema del río
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 de aguas arriba y dos clics en 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 ratón. Recordar que aunque dibujemos una curva en nuestro
esquema, el programa calcula siempre flujo 1-D.
▫ Cuando definamos el extremo de aguas abajo aparece una ventana donde
debemos introducir el nombre del río (hasta 16 caracteres) y el nombre del tramo
(hasta 16 caracteres).

En la figura adjunta, hemos creado un tramo del “Río Grande” y al único tramo le
hemos denominado “Tramo estudiado”
▫ OK para aceptar
4.2.2.2. INGRESO DE SECCIONES TRANSVERSALES
A) Crear una nueva Sección Transversal

▫ En la ventana “Geometric Data” seleccionar el icono “Cross Section”
▫ Aparecerá una ventana con un espacio en blanco.
▫ Para introducir la primera sección transversal, seleccionar Options/Add a new

Cross Section

▫ Aparecerá una ventana pidiendo un identificador para la sección transversal.

Introducir un número que representará su posición relativa con respecto a las
demás secciones.
Aquí debemos escribir una referencia para la sección que vamos a crear (darle un
nombre), pero sólo se pueden escribir números y el punto o la coma. Lo más
elemental es numerarlas: 1, 2,... Siempre teniendo en cuenta que en HEC‐RAS la
numeración va aumentando aguas arriba, de modo que la número 1 estará al final,
aguas abajo.
Si trabajamos con un río formado por varios tramos, para los perfiles del primer
tramo podemos utilizar: 1.1, 1.2,... para el segundo: 2.1, 2.1,... y así
sucesivamente.
Se recomienda que sea un punto kilométrico o una referencia fácilmente

reconocible en un mapa. El orden como se ordenan las secciones es aguas arriba
las que tienen número mayor y aguas abajo las que tienen número menor.

B) Geometría del Cauce

En la misma ventana Cross Section Data, escribimos en las dos columnas de la
izquierda: en la primera columna (Station) la distancia desde la margen izquierda,
en la segunda columna (Elevation) la cota del fondo del cauce en ese punto
(Atención: NO profundidades, sino cotas o alturas desde cualquier punto de
referencia). Por ejemplo, supongamos que disponemos de este croquis para una
sección del cauce (la línea de trazos representa el cauce principal):
▫ Si se desea se puede incluir una descripción en el campo “Description”.

▫ Construir la sección transversal introduciendo la abscisa en “Station” y la cota en
“Elevation”. Si se trata de una sección simétrica, es conveniente considerar el 0
de las abscisas coincidente con el eje del canal.
Para nuestro ejemplo introducimos los datos obtenidos del croquis anterior.
▫ Cada vez que cliquemos sobre “Apply Data” los datos serán introducidos y
representados en el espacio de la derecha.
C) Distancia hasta la sección siguiente

En la misma ventana Cross Section Data, en este cuadro “Downstream Reach
Lengths”
Introducimos la distancia hasta la sección de aguas abajo en metros indicamos

las distancias desde esta sección a la inmediata siguiente aguas abajo, que en

este caso es 0, ya que esta sección “1” va a ser la primera (es decir, no tiene
ninguna aguas debajo de ella)
- LOB: distancia entre las márgenes izquierdas.

- ROB: entre las márgenes derechas.
- Channel distancia a lo largo del centro del canal.
Lógicamente, si indicamos los tres valores iguales, los dos perfiles transversales
consecutivos aparecerán paralelos.
D) Acotación del canal principal

Estos puntos definen la parte de la sección que puede considerarse como canal
principal. El resto de la sección se considerará como llanura de inundación.
Se introducen dos valores de distancias en horizontal, en este ejemplo hemos
escrito 4.2 y 12.8 (en el croquis a lápiz está señalado con una línea de trazos). La
distancia 4.2 coincide con unos de los puntos que habíamos introducido
previamente, pero la 12.8 no; por eso, tras introducir ese valor, el programa
pregunta si queremos crear ese punto, decimos que Sí, y le adjudicará una cota
interpolada al punto 12.8, que aparece como una nueva línea de datos en la tabla
de la izquierda.
Picamos el botón y los dos puntos que acotan el canal principal aparecen en rojo
( ) en el dibujo. Después de todo el trabajo realizado, la ventana Cross Section
Data aparece así:

E) Valores “n” de Manning y coeficientes de contracción/expansión

Picando en los signos que aparecen al lado, se presentan en pantalla las tablas de
valores del coeficiente de Manning, para elegir el adecuado.
El programa utiliza los coeficientes de contracción/expansión para determinar las
pérdidas de energía entre dos secciones contiguas. Los autores para una transición
gradual aconsejan 0.1 (contracción) y 0.3 (expansión), mientras que en las proximidades
de un puente pueden ser, respectivamente de 0.3 y 0.5 o mayores, por la mayor pérdida
de energía.
F) Otra sección transversal

Para la aplicación más simple de HEC‐RAS se necesitan al menos dos secciones
transversales del cauce. Para preparar otra sección debemos repetir todo lo que hemos
hecho en la primera. Pero si la segunda sección es muy similar a la primera, podemos
duplicarla, y en la copia obtenida elevar las cotas de acuerdo con la pendiente
observada en el campo. El procedimiento sería el siguiente:
En la ventana Cross Section Data, en el menú Options /Copy Current Cross Section...
(Aunque se denomine Copy, en realidad hace la función de Copiar y Pegar, es decir,
duplica la sección que estábamos viendo y nos ofrece el siguiente cuadro para que le
pongamos nombre a la nueva: En este ejemplo, la hemos llamado “2”)

Cerrando esta ventana con OK.
Aparece la nueva sección 2 en la ventana Cross Section Data, que de momento es

idéntica a la 1. Supongamos que, en nuestro ejemplo, hemos medido entre dos puntos
del cauce situados a una distancia de 70 metros un desnivel de 0,90 metros. Sobre los
datos de la sección 2 tenemos que cambiar dos cosas:
a) Para asignar a toda la sección una cota 0,40 m más elevada, en el menú
Options/Adjust elevations..., y en el cuadrito que sale, escribimos: +0.40. De vuelta
en la ventana Cross Section Data, picamos en el botón y en el dibujo aparecerá la
sección con sus nuevas cotas.
b) Hemos de indicar que esta sección está a 70 metros de la siguiente estación aguas
abajo, para ello, cambiamos los datos siguientes, (Como hemos dicho anteriormente,
se trata de la distancia medida por la margen izquierda, por el centro y por la margen
derecha).

Cerramos la ventana Cross Section Data, y ahora en la ventana Geometric Data, ya

deben aparecer las dos secciones 1 y 2. (Podemos cerrar esta ventana Geometric Data).
 INTERPOLAR SECCIONES TRANSVERSALES

Como deseamos obtener datos de la lámina de agua en este canal prismático cada
50m, interpolaremos secciones transversales cada esa distancia.
▫ En la ventana “Geometric Data”, seleccionamos Tools/XS interpolation.
Aparecen 2 opciones: “Within a Reach” (dentro de un tramo) y “Between 2 XS’s” (Entre
2 secciones transversales)
Con la opción “Within a Reach” aparece una ventana donde podemos elegir río (River),
tramo (Reach), sección de aguas arriba (Uptream Riv Sta), sección de aguas abajo
(Downstream Riv Sta), distancia máxima entre secciones transversales (Maximum
distance between XS’s) y elegir el número de decimales a usar en la distancia final
entre secciones.
Con la opción “Between 2 XS’s” aparece una ventana con esencialmente las mismas
características que la anterior, excepto que esta incluye un dibujo de ambas secciones
y unas herramientas que sirven para crear y eliminar “cuerdas” o líneas auxiliares para
controlar la interpolación.
Cada sección interpolada aparece con un asterisco (*) luego del número de
identificación. Todas las características de las secciones se interpolan, incluyendo el
coeficiente n de Manning. En cualquier momento se puede cambiar la interpolación,
para lo cual es necesario borrar la anterior seleccionando el icono correspondiente en
las ventanas de interpolación.
*Si las secciones que definen nuestro canal están muy juntas como para verlas todas a
la vez en la ventana de datos geométricos, podemos hacer un acercamiento,
seleccionando View/Zoom in y definiendo a continuación una ventana con el ratón.

4.2.3. INGRESO DE DATOS HIDRÁULICOS: CAUDAL Y CONDICIONES DE

CONTORNO
Una vez ingresados los datos geométricos, el modelador puede ingresar los datos
del flujo que se requiere. La forma de entrada de datos para los datos de flujo está
disponible bajo la opción Edit de la barra de menú en la ventana principal del HEC-
RAS.
Los Datos de Flujo consisten de:
- El número de perfiles ser computado;

- Los datos de flujo (Caudales, niveles de agua en sección de control); y
- Las condiciones límite del río.
Por lo menos debe ingresarse un flujo para cada reach dentro del sistema.
Adicionalmente, puede cambiarse el flujo a cualquier situación dentro del sistema del
río.
Se requieren las condiciones del límite para realizar los cálculos:
- Si un análisis de flujo de subcrítico va a ser realizado, entonces sólo las

condiciones de límite de aguas abajo se requieren.
- Si un análisis de flujo de supercrítico va a ser realizado, entonces sólo las
condiciones de límite de aguas arriba se requieren.
- Si el usuario va a realizar un cálculo de régimen de flujo mixto, entonces se
requieren ambas condiciones límite tanto aguas arriba como aguas abajo. El límite
condiciona la forma de entrada de datos.
4.2.3.1. INGRESO DE CAUDALES
▫ Seleccionar Edit/Steady Flow Data o el icono
Aparecerá una ventana que nos permite: Definir el número de perfiles (hasta
25000), cada uno de los cuales corresponde a un caudal diferente (Enter/Edit
Number of Profiles)

En nuestro ejemplo, hemos indicado 2 perfiles, que aparecen inicialmente como

PF1 y PF2. Posteriormente, los hemos renombrado como 50 años y 200 años,
(supongamos que se trata de caudales de retorno para esos periodos).
El cambio de esos nombres se hace en el menú Options/Edit Profile Names...
Para cada uno de los “perfiles” introducimos un dato de caudal (en m3/s). Los
datos de caudal se introducen comenzando aguas arriba para cada tramo.
Cuando se introduce un caudal en el extremo superior (aguas arriba), el

programa supone el mismo caudal para el resto de secciones dentro de ese

tramo del río, aunque pueden cambiarse en cada sección.
En nuestro ejemplo, hemos indicado el caudal para la sección 2, que es la

sección que está situada aguas arriba, así que el programa supondrá que por la
sección 1 (aguas abajo) pasa el mismo caudal.
* Introducir cambios en los caudales en determinadas secciones (Add a Flow

Change Location). Ya que considera que el caudal no cambia hacia aguas
abajo hasta que se encuentra con otro valor en otra sección.
Definir los caudales de cada perfil en cada sección donde se produce un cambio
de caudal (no permite introducir cambios de caudales en secciones
interpoladas).
4.2.3.2. CONDICIONES DE CONTORNO
HEC‐RAS necesita esta información en cada tramo para establecer el nivel del
agua inicial en ambos extremos del tramo del río: aguas arriba y/o aguas abajo.
- En un régimen subcrítico sólo se necesita en el extremo de aguas

abajo (downstream)
- En régimen supercrítico, sólo es necesario aguas arriba (upstream)
- En un régimen mixto (por variaciones del caudal), se necesitaría en ambos
extremos del tramo.
Las condiciones de contorno que se admiten son:
- Alturas de la superficie del agua conocidas (Known Water Surface Elevations):

adecuada si se conoce un nivel en alguna sección transversal. Es importante
destacar que el programa exige NIVEL, el usuario debe introducir la altura del
agua para cada uno de los perfiles que se van a calcular (hay que introducir el
tirante de la cota más baja de la sección)

- Profundidad crítico (Critical Depth): Adecuada si existe alguna sección de

control. Con esta opción, el usuario no tiene que introducir nada. El programa
calcula la profundidad crítica para cada uno de los perfiles y la utilizará como
condición de contorno.
- Profundidad Normal (Normal Depth): adecuada para situaciones donde el flujo
se aproxime al uniforme. Exige introducir la pendiente del tramo de influencia.
En este caso, el usuario debe introducir el pendiente de la línea de energía
(energy slope) que se utilizará para calcular la profundidad normal en ese punto
(ecuación de Manning). Si no se conoce ese dato, se puede sustituir por la
pendiente del agua o la pendiente del fondo del cauce.
- Curva de Gasto (Raiting Curve): adecuada si existe alguna sección de control
con una relación entre nivel y caudal fija.
▫ Seleccionando el icono “Reach Boundary Conditions” aparece la ventana para

introducir las condiciones de contorno.
Pueden introducirse condiciones para todos los perfiles a la vez o uno a uno. En
este caso conviene seleccionar la opción de todos los perfiles a la vez (Set
boundary for all profiles), completar las condiciones de aguas arriba y aguas
abajo y luego seleccionar la opción de un perfil por vez (Set boundary for one
profile at a time). Con ello logramos que todos los perfiles tengan las mismas
condiciones.

▫ Guardamos File/Save flow data
4.2.4. CREAR UN PLAN Y EJECUTAR UNA SIMULACIÓN
 Fundamento del Proceso Computacional
Una vez ingresados todos los datos geométricos y datos de flujo, el usuario puede
empezar a realizar los cálculos hidráulicos de simulación.
Perfiles del agua en flujo permanente: Este componente calcula perfiles para flujo
gradualmente variado. El sistema puede manejar una red de canales, un sistema
dendrítico o un simple tramo del río. Y es capaz de modelar flujos supercríticos,
subcríticos y mixtos.
El proceso computacional se basa en:
- La solución unidimensional de la ecuación de energía. En ella las pérdidas de
energía son evaluadas por fricción (ecuación de Manning), por contracción y
expansión (coeficiente que multiplican a la carga de velocidad).
- La ecuación de Momentum es utilizada en situaciones donde el flujo es
rápidamente variado. Esto incluye régimen de flujos mixtos: saltos hidráulicos,
hidráulica de puentes y confluencia de ríos.
- Los efectos de obstrucciones como: puentes, barrajes, alcantarillas y estructuras
en el plano de inundaciones pueden ser considerados en los cálculos.
El sistema de flujo no permanente está diseñado para la aplicación en planos de

inundación y estudios de protección contra avenidas. También se puede modelar
cambios en los perfiles de agua en canales debidos a mejoramientos y diques.
Con los datos de entrada se generan simulaciones de curvas de remanso, que, como
se desarrollaran bajo las siguientes premisas:
- Flujo permanente (no cambia con el tiempo)
- Flujo gradualmente variado (el flujo cambia en distancias relativamente grandes)
- Flujo uni-dimensional con correcciones para distribución horizontal de velocidad

- Pendiente suave
- La pendiente promedio de la línea de energía es constante entre dos secciones
transversales adyacentes
- Condición de borde: el canal es rígido
4.2.4.1. CREAR UN PLAN Y EFECTUAR LA SIMULACIÓN
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.
▫ Seleccionamos Run/Steady Flow Analysis (ya que en este caso hemos

utilizado un caudal constante (Steady) o bien el icono.
Si hemos preparado diversas geometrías (tramos y secciones) y varios caudales,

aquí podremos elegir con cuáles de ellos vamos a ejecutar los cálculos.
▫ Aparecerá una ventana donde podemos introducir un identificador. Si no lo

hacemos aparecerá uno por defecto.
▫ Seleccionamos un fichero de datos geométricos y uno de datos hidráulicos de
entre los existentes.
▫ Seleccionamos el régimen del flujo que se espera encontrar (Subcrítico,
Supercrítico o Mixto). 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
*Si el régimen es subcrítico (lento) o supercrítico (rápido), lo que debe estar de

acuerdo con las condiciones de contorno especificadas: en régimen subcrítico,
condiciones de contorno aguas arriba del tramo, régimen supercrítico,
condiciones especificadas aguas abajo.
▫ Ejecutamos la simulación seleccionando “Compute”

▫ Seleccionar “Close” para cerrar la ventana.

4.2.5. OBSERVACIÓN DE RESULTADOS
En la ventana principal de HEC‐RAS, menú View disponemos de varias opciones:
▫ Secciones transversales (menú View/Cross Sections...)

En el menú “Options” existen muchas posibilidades para personalizar esta gráfic
como por ejemplo:
- Elegir el Plan
- Elegir el perfil
- Ver o no las secciones interpoladas
- Elegir las variables para ver
*Si hemos seleccionado la opción “Flow Distribution Locations” para ver la

distribución del flujo en horizontal, debemos seleccionar en la ventana “Cross
Section”, Options/VelocityDistribution” e introducir un criterio para mostrar los
colores.
▫ Perfiles de las láminas de agua (menú View/Water Surface Profiles...)

De nuevo en el menú “Options” tenemos todo tipo de posibilidades similares a las
que tenemos con las secciones transversales. Es posible incluso hasta cambiar la
escala de ambos ejes.

▫ Gráficas de varios parámetros a lo largo de todo el perfil (menú View/General

Profile Plot)
Podemos elegir ver gráficas estándar seleccionando entre las opciones del menú
“Standard Plots”, entras las cuales tenemos:
- Velocidad (Velocity)
- Caudal (Flow)
- Área de la sección transversal (Area)
- Coeficiente de Manning ponderado (Weighted n)
- Número de Froude (Froude #)
- Calado hidráulico (Hydraulic Depth)
- Tensión de corte (Shear)
- Área de la superficie (Surface Area)
- Volumen de agua (Volume)
- Potencia del flujo (Stream Power)
Podemos también definir gráficas personalizadas eligiendo cualquier parámetro

calculado del problema. En todas las gráficas podemos elegir también la opción de
verlo en formato tabla, seleccionando la pestaña “Table”.
▫ Curvas caudal-profundidad de cada perfil [Curva de Gastos] (menú View/Rating

Curve...)
Aquí se nos presentan las mismas posibilidades de la ventana “Cross Section”.
▫ Vista en perspectiva (menú View/X-Y-Z Perspective Plots...)

Aquí, en el menú “Options” también podemos seleccionar el plan, el perfil (incluso
varios o todos), hacer acercamientos, animaciones, etc. En la ventana podemos
configurar la vista cambiando el ángulo horizontal (Rotation Angle) o el ángulo
vertical (Azimuth Angle)

▫ Hidrogramas de caudal y profundidad [sólo cuando se ejecutan simulaciones con

flujo no permanente] (menú View/Stage and Flow Hydrographs)
▫ Gráficas de propiedades hidráulicas (menú View/Hydraulic Property Plots)
▫ Tabla de detalle para cada sección (menú View/Detailed Output Tables)

Aquí se ve un resumen de los parámetros hidráulicos de cada una de las secciones,
con las opciones de incluir los mensajes de error, avisos y notas en la misma
ventana y cambiar el sistema de unidades para la visualización.
▫ Tabla resumen para todo el tramo (menú View/Profile Summary Table)
▫ Resumen de errores, avisos y notas (menú View/Summary Err, Warn, Notes)

Una vez ejecutada la simulación, el programa genera un registro de incidencias que
se clasifican en:
- Errores (Errors): los mensajes de error son enviados únicamente cuando han
surgido problemas que han impedido que una simulación se complete.
- Avisos (Warnings): los avisos dan información al usuario sobre incidencias que
pueden exigir o no acciones de corrección. Cuando aparecen estos mensajes, el
usuario debe revisar los resultados hidráulicos de la sección afectada para

asegurarse de que sean razonables. A veces pueden ir acompañados de alguna

sugerencia que puede hacer desaparecer este mensaje en futuras simulaciones.
Los problemas más comunes que suelen hacer aparecer mensajes son:
Secciones demasiado espaciadas, Secciones que comienzan o terminan a una
cota demasiado baja, Cota inicial de la lámina de agua incorrecta para el régimen
especificado y Datos de la sección transversal incorrectos
- Notas (Notes): dan información al usuario de cómo se están realizando los

cálculos
 Traducción de Avisos más comunes

- “Divided flow computed for this section”: Fue calculado flujo dividido en esta
sección. El flujo puede no ser 1-D
- “The velocity head has changed by more than 0.5 ft (0.15m). This may indicate
the need for additional cross section”: La altura de velocidad ha cambiado
más de 0,15 m, lo que puede indicar la necesidad de secciones transversales
adicionales
- “The energy loss was greater than 1.0 ft (0.3 m) between the current and
previous cross section. This may indicate the need for additional cross
sections”: La pérdida de carga fue mayor que 0,3 m entre las secciones
transversales actual y anterior, lo que puede indicar la necesidad de
secciones transversales adicionales.
- “The conveyance ratio (upstream conveyance divided by downstream
conveyance) is less than 0.7 or greater than 1.4. This may indicate the need
for additional cross sections”: La relación de transporte (transporte aguas
arriba partido el transporte aguas abajo) es menor que 0,7 o mayor que 1,4,
lo que puede indicar la necesidad de secciones transversales adicionales
- “During the standard step iterations, when the assumed water surface was set
equal to critical depth, the calculated water surface came back below critical
depth. This indicates that there is not a valid subcritical answer. The program

defaulted to critical depth”: En las iteraciones del método del paso estándar,
cuando la superficie libre fue asumida igual al calado crítico, la superficie
calculada arrojó valores de calados inferiores al crítico. Esto indica que no
existe una respuesta subcrítica válida. El programa colocó calado crítico.
- “The energy equation could not be balanced within the specified number of
iterations. The program selected the water surface that had the least amount
of error between computed and assumed values”: La ecuación de la energía
no pudo ser balanceada con el número especificado de iteraciones. El
programa eligió la superficie libre que tuvo el mínimo error entre los valores
calculados y asumidos.
 Traducción de Notas más comunes

- “Program found supercritical flow starting at this cross section”: El programa
encontró flujo supercrítico a partir de esta sección transversal
- “Multiple critical depths were found at this location. The critical depth with the
lowest valid water surface was used”: En esta sección se encontraron
múltiples calados críticos. Se eligió el calado crítico con el menor calado
- “Hydraulic jump was ocurred between this cross section and the previous
upstream section”: Un resalto hidráulico ha ocurrido entre esta sección
transversal y la de aguaarriba
▫ Datos en formato DSS (menú View/DSS Data)

CONCLUSIONES
 El programa HEC-RAS es un programa especialmente diseñado para el

cálculo de ejes hidráulicos en cursos naturales de ríos, con todas las
variantes y diferencias que existen con respecto al cálculo en secciones
prismáticas.
 Este programa nos sirve como una herramienta para el diseño ya que podemos hacer
modelamientos numéricos de una manera simple e intuitiva.
 Las herramientas computacionales como el programa HEC-RAS tienen la

finalidad de facilitar los cálculos, pero es importante recordar que si no
se cuenta con los conocimientos para saber qué es lo que hace el programa,
en realidad son pocas las conclusiones que se pueden obtener y mal se puede
aprovechar al máximo las utilidad de este tipo de herramientas.
 Lo que se mostró en las páginas anteriores sólo constituye un procedimiento simple de

los pasos que hay que seguir para calcular el eje hidráulico en un río.
Terminado esto, lo principal es analizar los resultados de manera
consciente para poder hacer que ellos sean de real utilidad.

BIBLIOGRAFÍA
- (s.f.). Obtenido de http://hidraulicos.blogspot.com/2008/07/para-que-sirve-el-programa-

hec-ras.html
- (s.f.). Obtenido de http://hidrologia.usal.es/Complementos/manual_HEC-RAS.pdf
- (s.f.). Obtenido de http://www.fic.umich.mx/~statiana/PresentacionHECRAS.pdf
- (s.f.). Obtenido de http://www.ingenieriarecursoshidricos.com/programas/hec-ras-
hydrologic-engineering-centers-river-analysis-system
- (s.f.). Obtenido de
http://www.ingenieriarecursoshidricos.com/uploads/1/6/1/1/16115296/manual_introductori
o_hec_ras.pdf
- Mori Vilca, M. (s.f.). Obtenido de
http://www.ingenieriarecursoshidricos.com/uploads/1/6/1/1/16115296/simulacin_hidrulica_
aplicada_usando_hec_ras.pdf
- Universidad de Granada. (s.f.). Manual Básico de HEC-RAS. Obtenido de
http://www.urbanismogranada.com/administrador/archivos/04_10_07_ManualB_sico_HE
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- US Army Corps of Engineers. (s.f.). Obtenido de http://www.hec.usace.army.mil/

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UNIVERSIDAD DE SAN MARTÍN DE PORRES

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

SOFTWARE HEC – RAS (V 4.1.0)

SEGUNDO TRABAJO DE HIDROLOGÍA

Ing. ENRIQUE DANIEL CÁCERES SANTIN

Chiclayo, 13 de octubre del 2014

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II. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

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4.1. EMPEZANDO CON HEC – RAS – UNA APRECIACIÓN GLOBAL

Para Empezar HEC-RAS de Windows: Doble-pulse el botón en el Icono de HEC-RAS.

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 GIS TOOLS (Herramientas GIS)

La herramienta para la creación y edición de tramos, secciones y estructuras (Geometric

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relacionadas con el planeamiento ya que en todo momento se pueden ubicar con

4.2. DESARROLLO DE UN MODELO HIDRAULICO CON HEC – RAS

4.2.1. CREAR UN NUEVO PROYECTO

4.2.1.1. CAMBIAR EL SISTEMA DE UNIDADES

Antes de cualquier ingreso de datos Geométricos y de Flujo, el usuario debe

▫ Seleccionamos Options/Unit system (US Customary/SI)

HIDROLOGÍA – ESCUELA INGENIERIA CIVIL - USMP 9

▫ Seleccionar la Opción System Internacional (Metric System)

4.2.1.2. COMENZAR UN NUEVO PROYECTO

Para empezar un nuevo proyecto, vaya al menú File en la ventana de HEC-RAS.

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▫ Creamos o seleccionamos una carpeta donde crear nuestro nuevo proyecto y lo

- Si esta información es correcta, apriete el botón de Aceptar.

4.2.2. INGRESO DE DATOS GEOMÉTRICOS

4.2.2.1. CREAR EL TRAMO

▫ Seleccionar Edit/Geometric Data o bien el icono

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El usuario desarrolla los datos geométricos primero dibujando el esquema general

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4.2.2.2. INGRESO DE SECCIONES TRANSVERSALES

A) Crear una nueva Sección Transversal

▫ Para introducir la primera sección transversal, seleccionar Options/Add a new

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▫ Aparecerá una ventana pidiendo un identificador para la sección transversal.

Se recomienda que sea un punto kilométrico o una referencia fácilmente

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B) Geometría del Cauce

▫ Si se desea se puede incluir una descripción en el campo “Description”.

C) Distancia hasta la sección siguiente

Introducimos la distancia hasta la sección de aguas abajo en metros indicamos

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- LOB: distancia entre las márgenes izquierdas.

D) Acotación del canal principal

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