HEC-RAS para ingenieros: introducción al modelado fluvial paso a paso

HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center – River Analysis System) es el software de modelación hidráulica más usado en Colombia y en el mundo para el análisis de flujo en ríos, quebradas y canales. Es desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos (USACE) y es de distribución gratuita. Si trabaja en estudios de amenaza por inundación para el Decreto 1807, diseño de obras de cruce vial o evaluación de socavación, dominar HEC-RAS es una habilidad indispensable. En este artículo le explicamos cómo empezar desde cero.

¿Qué puede modelar con HEC-RAS?

HEC-RAS permite simular:

• Flujo permanente (Steady Flow): Calcula los perfiles de lámina de agua para un caudal constante. Es el más usado para estudios de amenaza por inundación con caudales de diseño (Tr25, Tr50, Tr100).
• Flujo no permanente (Unsteady Flow): Simula la propagación de una onda de creciente a lo largo del tiempo. Necesario para el tránsito de crecientes, rompimiento de presas y sistemas con estructuras hidráulicas complejas.
• Transporte de sedimentos: Evaluación de socavación y deposición a lo largo del cauce. Fundamental para estudios de socavación en puentes con metodología HEC-18.
• Calidad del agua: Modelación de parámetros fisicoquímicos a lo largo de un cauce.
• Modelación 2D: Simulación bidimensional de zonas inundables con malla de elementos finitos o volúmenes finitos. Exigida para estudios de alta complejidad y municipios con riesgo alto.

Paso 1: Descarga e instalación de HEC-RAS

HEC-RAS es gratuito. Para descargarlo:

• Vaya a hec.usace.army.mil, sección Software → HEC-RAS.
• Descargue la versión más reciente (actualmente HEC-RAS 6.5 o superior). Para modelación 2D avanzada y RAS Mapper completo, use la versión 6.x.
• Instale en Windows. Requiere permisos de administrador. No necesita licencia ni activación.
• Instale también HEC-DSSVue para visualizar y editar archivos de series de tiempo en formato DSS, que HEC-RAS usa para condiciones de contorno en flujo no permanente.

Paso 2: Datos necesarios antes de empezar el modelo

Antes de abrir HEC-RAS, reúna estos datos del cauce a modelar:

• Topografía del cauce: Perfil longitudinal y secciones transversales cada 50–200 m (según la complejidad del tramo). Puede provenir de levantamiento topográfico de campo, LiDAR, modelo digital de terreno (MDT) SRTM o fuentes del IGAC. Para modelación 2D necesita un MDT en formato TIF o similar.
• Caudales de diseño: Resultado del estudio hidrológico para cada período de retorno a simular. Se expresan en m³/s.
• Coeficiente de Manning (n): Parámetro de rugosidad del cauce y la llanura de inundación. Para ríos de montaña en Colombia: n = 0,030–0,060 en el cauce principal; n = 0,060–0,120 en riberas con vegetación.
• Condición de borde aguas abajo: Profundidad normal (usando la pendiente del cauce), profundidad crítica, o nivel de agua conocido (aforo o curva de gasto de una estación).

Paso 3: Crear el proyecto y definir la geometría

Con HEC-RAS abierto:

• Cree un nuevo proyecto: File → New Project. Asigne nombre y carpeta.
• Abra el editor de geometría: Edit → Geometric Data. Aquí dibujará el tramo del río y cargará las secciones transversales.
• Dibuje el eje del río (River / Reach) de aguas arriba a aguas abajo. El flujo se procesa siempre en dirección aguas abajo.
• Ingrese las secciones transversales: seleccione cada sección, indique la distancia entre secciones consecutivas (LOB, Channel, ROB) y los coeficientes de contracción/expansión (0,1/0,3 para flujo subcrítico normal).
• Asigne el coeficiente de Manning por zonas (cauce principal y bancas izquierda y derecha).
• Para modelos 2D: use RAS Mapper para cargar el MDT e crear la malla de cálculo.

Paso 4: Definir los datos de flujo y condiciones de contorno

• Abra Edit → Steady Flow Data.
• Ingrese los caudales para cada perfil (p.ej.: Q25 = 45,3 m³/s; Q50 = 62,1 m³/s; Q100 = 84,7 m³/s).
• Defina la condición de borde aguas abajo. Para régimen subcrítico (la mayoría de estudios en Colombia de montaña baja y planicie): use Normal Depth con la pendiente del cauce en el último tramo.
• Si el cauce tiene régimen mixto o supercrítico, use condiciones de borde tanto aguas arriba como aguas abajo.

Paso 5: Correr el modelo y revisar resultados

• Vaya a Run → Steady Flow Analysis. Seleccione el plan de geometría y flujo. Ejecute.
• Si hay mensajes de error o advertencia, revise las secciones que los generan: pueden ser secciones con geometría inconsistente, velocidades muy altas o cambios bruscos de sección.
• Revise el perfil longitudinal: View → Water Surface Profiles. Verifique que las láminas de agua sean coherentes y que no haya saltos bruscos no justificados.
• Revise las secciones transversales individuales: View → Cross Sections. Confirme que la lámina de agua no desborde en secciones donde no debería, y que los coeficientes de Manning estén bien asignados.
• Exporte los resultados a RAS Mapper para generar el mapa de inundación sobre la cartografía base. Este mapa es el principal entregable del estudio de amenaza.

Errores frecuentes al empezar con HEC-RAS

• Secciones transversales invertidas: Las secciones deben estar orientadas mirando aguas abajo (de izquierda a derecha). Si las ingresa al revés, las áreas hidráulicas quedan en el lado equivocado.
• Distancias entre secciones mal asignadas: Las distancias LOB, Channel y ROB son independientes porque el cauce y las bancas pueden tener longitudes diferentes en planta (cauces sinuosos).
• Condición de borde incorrecta: Usar Critical Depth cuando el flujo real es subcrítico genera resultados incorrectos. Identifique el régimen con el número de Froude antes de elegir la condición.
• Manning demasiado bajo: Muchos ingenieros usan n = 0,025 por defecto. Para cauces andinos con material grueso y vegetación, el Manning real puede ser 0,050 o más.

HEC-RAS en estudios colombianos: normativa vigente

En Colombia, HEC-RAS es el software de referencia para los estudios de amenaza por inundación exigidos por el Decreto 1807 de 2014. El IDEAM y la mayoría de las CAR lo aceptan como herramienta válida para la modelación 1D y 2D. Para estudios de socavación en puentes, el Manual de Diseño de Puentes INVIAS acepta HEC-RAS junto con la metodología HEC-18.

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