Capítulo 1

2. HIDRÁULICA
FLUVIAL
Javier Aparicio
Roberto Mejía
2016

3. Objetivos del curso
 Conocer el comportamiento de los cauces naturales
 Reconocer los problemas que ocasionan las obras
construidas en las corrientes naturales
 Evaluar los cambios que tendrá un río al introducir
modificaciones a sus condiciones naturales
 Cuantificar los volúmenes de material sólido transportado
por los ríos
 Diseñar canales sin arrastre
 Diseñar rectificaciones en ríos
 Diseñar obras de defensa contra erosión y tener elementos
de diseño de otras obras fluviales

4. Temario del curso
1. Presentación e introducción general
2. Principios hidrodinámicos
2.1 Fricción
2.2 Capa límite. Flujo laminar y turbulento
2.3 Cortante. Distribución de cortante
2.4 Velocidad media. Distribución de velocidades
2.5 Sustentación y empuje

5. 3. Propiedades de los sedimentos
3.1 Generalidades
3.2 Densidad y peso específico
3.3 Tamaño y forma
3.4 Velocidad de caída
3.5 Relaciones volumétricas
3.6 Distribución granulométrica
3.7 Materiales en suspensión

6. 4. Formas de fondo y resistencia al flujo en cauces
naturales
4.1 Generalidades y formas de fondo
4.2 Resistencia al flujo en cauces naturales

7. 5. Inicio del movimiento de sedimentos
5.1 Generalidades
5.2 Velocidad media crítica
5.3 Esfuerzo cortante
5.4 Acorazamiento
5.5 Diseño de canales sin arrastre

8. 6. Transporte de sedimentos
6.1 Generalidades
6.2 Fórmulas y métodos
Duboys
Meyer Peter y Müller
Einstein
Engelund
Bagnold
Brooks
Karim y Kennedy

9. 7. Morfología de ríos
7.1 Generalidades
7.2 Características físicas y gasto formativo
7.3 Análisis cualitativo
7.4 Cauces rectos, meandreantes y trenzados

10. 8. Estabilidad de cauces
8.1 Generalidades
8.2 Métodos
Teoría de Régimen
Altunin
Maza – Cruickshank
8.3 Relaciones entre parámetros y cambios

11. 9. Ecohidrología fluvial
9.1. Presentación e introducción general
9.2. Diseño de cauces
9.3. Criterios de diseño
9.4. Enfoque al diseño para mantener cauces naturales
9.5. Vegetación ribereña
9.6. Caracterización del hábitat
9.7. Medidas bio-ingenieriles de protección

12. 10. Procesos erosivos
10.1 Generalidades
10.2 Erosión general
10.3 Erosión transversal
10.4 Erosión local
10.5 Erosión en curvas

13. 11. Protección y control de cauces
11.1 Generalidades
11.2. Espigones
11.3 Recubrimientos y muros marginales
11.4 Corte de meandros

14. Bibliografía básica
 Julien, P.Y. River Mechanics, Cambridge, 2002
 Maza, A. J. A. Introduction to river engineering, Publ. D71, DEPFI, UNAM, 1987
 Manual de Diseño de Obras Civiles, CFE. A.2.II. Hidráulica Fluvial, 1981
 Graf, W. H. Hydraulics of Sediment Transport, McGraw Hill, 1971
 Raudkivi, A. J. Loose boundary hydraulics, Pergamon Press, 2ª Ed,1976
 Maza, A. J. A., García F. M. Hidrodinámica Bases para hidráulica fluvial. Publ. D20,
I. de I., UNAM, 1984
 Shen, H., W., River Mechanics, Fort Collins, Colorado, 1971
 Simons, D. B.,0 F. Sentürk, Sediment Transport Technology, Fort Collins,
Colorado, 1977.
 Selim Yalin, M., Ferreira da Silva, M. Fluvial processes, IAHR Monograph, Delft,
2001

15. Bibliografía básica
 Simons, D.B. & F. Sentürk, Sediment Transport Technology; Water and
Sediment Dynamics. Water Resources Publ, LLC, Highlands Ranch,
Colorado, 1992.
 Graf, W.H, Fluvial Hydraulics: Flow and Transport Processes in Channels of
Simple Geometry. In collaboration with M.S. Altinakar, John Wiley and Sons,
England, 1998.
 Martínez, M. Eduardo, Hidráulica fluvial, Ed. Bellisco. 2001.
 Berezowsky, V. M., Vilchis, V. R., Protección y control de cauces, CNA-
IMTA, 2000
 Brookes A. Channelized Rivers Perspectives for Environmental Management,
Ed. J. Wiley & S., 1988

16. Bibliografía complementaria
 U.S. Army Corps of Engineers, River Hydraulics, University Press
of the Pacific, Honolulu, 2005
 Chow, V. T., Open channel hydraulics, McGraw Hill, 1959.
 Henderson, F. M., Open channel flow, McMillan, 1966.
 Manual de Ingeniería de ríos, CNA, II,1993.
 Yalin, M.S. Mechanics of sediment transport. Ed. Pergamon Press.
 American Society of Civil Engineers, Hurricane Katrina External
Review Panel, The New Orleans Hurricane Protection System: What went
wrong and why, ASCE, 2007

17.  Fenon, J., Open channel hydraulics, 2007
 Chaudhry, M.H., Open-channel flow, McGraw-Hill, New York,
1966
 Leet y Judson, Fundamentos de Geología Física. Wiley-Limusa,
1999.
 Maza, A. J. A. Socavación en cauces naturales, I. de I., UNAM,
1967.
 Garde, R. J., Ranga Raju K. G. Mechanics of Sediment
Transportation and Alluvial Stream Problems, J. Wiley & Sons, 2ª
Ed., 1985
 Enzo Levi L., El agua según la ciencia, CONACYT, 1989.
 American Geophysical Union, Monograph 89, Natural and
anthropogenic influences in fluvial geomorphology, 1995
 Martín Vide Juan P., Ingeniería de Ríos, Ed. ALFAOMEGA, 2003
 Novak p., A.I.B. Moffat y C. Nalluri, Estructuras Hidráulicas,
Editorial McGraw Hill, 2001

18. Lecturas (lista preliminar)
Sesión 9
Libro Inciso Páginas
Simons y Sentürk 1.1 a 1.6 2 a 10
Brookes Cap. 1 3 a 5
Brookes Cap. 1 3 a 5
Levi III. Principio hasta antes 119 a 123
del titulo: Criterios de...
Levi X. Cuestiones fluviales hasta 586 a 593
antes del capitulo de los:
Canales de...
Agua y Sociedad, CNA 14

19. Sesión 9
Libro Inciso Páginas
Daily Fluid Cap.12, 12.1 hasta antes de 227 a 237
Dynamics surface-resistance...
Raudkivi Cap. 5 hasta antes del inciso 54 a 72
Chutes and pools

20. Sesión 17
Libro Inciso Páginas
Rev. Ing. Hidráulica 178 a 183
de Mex.Vol II 1973, Nº 2
Graf 6.1 a 6.3.2.2 83 a 99
Graf 7.4, Completo 139 a 151
Graf 7.2 158 a 170
Shen Cap. 5 5.1 a 5.20
CNA Cap. 2; 10 a 24
2.3.1 a 2.3.2

21. Sesión 24
Libro Inciso Páginas
Graf Cap. 10, 10.1 y 10.2 243 a 253
Leet Cap. 11 153 a 178
Graf Cap. 10, 10.3.3, Completo 260 a 269
Art. E. M. Laursen River, sedimentation and 113 a117
research

22. Sesión 32
Libro Inciso Páginas
Rev. Ing. H. de Mex. 93 a 106
Vol. XXI Nº 1 - 2, 1967
Channelized Cap. VII 189 a 195
Rivers, A. Brookes
Rev. Ing. H. en Mex. 23 a 37
Vol. XX, Nº 2, 1966
Modelos Fluviales 1. a 3.2 1 a 29
I. Nº 216
Manual de I. de Cap. 14, 14.1 1 a 6
Rios, CNA Completo

23. Sesión 32
Libro Inciso Páginas
Art. Future needs in alluvial a 3 a 17
channel research WRP
K. Mahmood
Clasificación:
627.13 M 1988 12426
Fluvial River and the art of stream 137 a 149
geomorphology restoration

24. Reglas y procedimientos para la
conducción del curso
 3 exámenes parciales obligatorios para llevarse a casa (deberán
ser devueltos, debidamente resueltos, en la fecha señalada, no
más tiempo)
 Exámenes de teoría de corta duración, sobre el curso y las
lecturas.
 Tareas durante el curso.
 Las lecturas serán individuales y se entregará un reporte por cada
lectura (una cuartilla máximo)
 El reporte será un resumen, además del comentario del alumno
sobre la lectura.

25.  El profesor dará el material de lectura y los alumnos entregarán
sus comentarios en las fechas señaladas.
 Las tareas podrán elaborarse en equipos de no más de tres
alumnos, pero se entregarán individualmente. Se recomienda que
las conclusiones sean personales.
 No hay examen final.
 Es recomendable no faltar a clases; la tolerancia para ingresar al
salón será sólo de quince (15) minutos, pasados los cuales no se
permite entrar al salón. Para el profesor la tolerancia es de treinta
(30) minutos, pasados los cuales se pueden retirar los alumnos.

26. Forma de calificar
 Cada uno de los exámenes parciales, que son obligatorios, tiene
un peso de 15%, lo que implica un total de 45%.
 Los exámenes de teoría y de lecturas cuentan en total 30%.
 Tareas y entrega de reportes 25%

27. PROCESOS
FLUVIALES

29. Enzo Levi Lattes

30. Enzo Levi: El agua según la ciencia
(I)
Precisión de disponer de agua para satisfacer necesidades básicas
corporales y domésticas; utilización de vías marítimas o fluviales
para el transporte, y cruce de ellas; irrigación de cultivos; defensa
contra las inundaciones, aprovechamiento de la energía de
corrientes; todo esto ha forzado al hombre, desde los tiempos más
antiguos, a vérselas con el agua. No ha sido un trato fácil. El
habitante urbano que la observa a diario, dócil a sus necesidades,
bajar mansa de la llave, no tiene idea de su idiosincrasia. No
imagina con cuánta paciencia y astucia hay que manejar a esta
nuestra gran amiga – enemiga; cuán a fondo hay que entender su
índole altiva para poder someterla y doblegarla; cómo hay que
“dorarle la píldora” para reducirla a nuestra voluntad, respetando
-sin embargo- la suya. Por eso, el hidráulico ha de ser, ante todo,
algo así como un psicólogo del agua, conocedor profundo de su
naturaleza.

31. En efecto, no es con violencia como se puede hurtar sus
secretos, sino con amor; con esa comprensión que se deriva con
una larga convivencia con ella, tan larga que ni la vida de un
individuo, ni la de muchas generaciones, es suficiente. Hay que
atesorar todo lo que la humanidad ha venido aprendiendo, a
veces a costa suya, dejándose sorprender; otras al intentar
precaverse, realizando observaciones, ensayos, cálculos. [Los
libros de texto], con todos sus méritos, adolecen por lo general
de un defecto: crear la ilusión de una ciencia demasiado
madura y segura de sí misma; que, algo alejada –a veces- de los
fenómenos que pretende dominar, olvida las limitaciones de
sus principios y adquisiciones, y hace que parezcan duraderos
muchos de los que algún día, tal vez muy cercano, podrían ser
puestos en duda o refutados.
Enzo Levi: El agua según la ciencia
(II)

32. El mayor enemigo del hombre actual parece ser no la
bomba atómica, sino la ignorancia. […] aludo a la
ignorancia de quienes hemos estudiado y creemos
saber. Se trata de una ignorancia curiosa, fruto quizás
de un exceso de información. Nunca hemos tenido a
nuestro alcance tantos conocimientos como hoy en día;
pero son conocimientos prefabricados, que se ofrecen
reunidos y sintetizados en enciclopedias, audiovisuales,
programas de cómputo; que se tragan como píldoras,
sin valuar cuánto de cierto o dudoso, efímero o
permanente, hay en ellos. Mirar al presente olvidando el
pasado nos vuelve demasiados seguros de nosotros
mismos y, por tanto, inermes frente a un posible
fracaso.
Enzo Levi: El agua según la ciencia
(III)

33. XVI Congreso Nacional de
Hidráulica
¿Cuánto ha avanzado
nuestro conocimiento?
¿Sabemos hidráulica?

34. Río Grijalva/Colorado

35. Avenidas y deforestación

36. Conducta indeseable

37. Educación de ríos

38. Métodos educativos e hidráulica
fluvial
 Métodos educativos en personas
 Sicología de ríos: hidráulica fluvial

39. Hidráulica actual
• Arrastre de sedimentos: fronteras
móviles
• Sin arrastre: fronteras fijas

40. 2 / 3 1/ 2A
Q R S
n

)(1 hfA 
)(2 hfR 
Manning

41. (Kennedy, 1895; Lindley, 1919; Lacey, 1930)
Canales en Paquistán y la India
1/2
( ) 4.838P h Q
 
1/3
( ) 0.4725 /R h Q f
5/3 1/6
( ) 0.000302 /S h f Q
2/1
66.55 mDf 
Teoría de régimen

42. Encauzamiento con gaviones

43. Construido S = 0.0158
Erosionado
Proyecto S = 0.0083
S = 0.0083
Caídas
Proyecto, construcción y efecto

44. Erosión del fondo (I)

45. Erosión del fondo (II)

46. Construcción de muros
transversales
Muros
transversales

47. Efectos de muros transversales (I)

48. Efectos de muros transversales (II)

49. W
Mi
Mb
WMi 06.6
WMb 38.17
WMb 86.2
2/1
88.4 QW 
2/1
7.84 QMb 
Geometría de meandros

52. Meandros usados y abandonados
Meandros abandonados

53. Protección marginal con costalera (I)

54. Protección marginal con
costalera (II)

55. Daños en carretera

56. Nuevos tramos de carretera

57. 10
1
X
Caminatas aleatorias

58. Río Mississippi

59. Cuenca del alto Mississippi

60. Mark Twain en Eruption
“The Mississippi
River will
always have its own
way; no
engineering skill can
persuade
it to do otherwise...”

61.  1700
 1718 1735 1770 1782 1785 1791 1796
1799
 1800
 1809 1811 1813 1815 1816 1823 1824
1828 1844 1849 1850 1851 1858 1859
1892 1893
 1900
 1903 1907 1908 1912 1913 1916 1920 1922 1923 1927
1929 1932 1936 1937 1945 1950 1957 1958 1973 1974
1975 1979 1983 1984 1993 1997 2005 2011
Años con inundaciones
importantes en el río Mississippi
2011, Viksburg, Miss.

62. Construcción de bordos

63. Construcción
de bordos

64. Ciclo de los bordos
Pérdida de vidas y
daños a
infraestructura
Construcción de
bordos
Construcción de nuevos
asentamientos e
infraestructura
Pérdida de capacidad de
regulación de las planicies
Inundaciones

65. San Luis Missouri

66. Daños de las avenidas de 1993

67. Río Mississippi en San Luis Missouri

68. Monto de daños en el río
Mississippi
2005: 21×109 dólares

69. Recomendaciones post 1993
 Planicies de inundación: parte del sistema físico y
biológico de la cuenca
 Identificar y mejorar los valores culturales, históricos
y estéticos de las planicies de inundación.
 Adquirir terrenos para su uso ambiental
 Considerar factores sociales y ambientales en todas las
acciones relacionadas con la planicie de inundación

70. Recomendaciones post 1993
 Hábitats de especies en peligro de extinción
 Áreas contiguas e hidrológicamente conectadas con los
cauces
 Confluencias
 Parques
 Humedales y áreas inundables

71. Inundaciones producidas por
Katrina en Nueva Orléans, 2005

72. Katrina y Nueva Orléans
 29 de agosto, 2005: Katrina afectó severamente Louisiana,
Mississipi y Alabama, particularmente Nueva Orléans.
 Nueva Orléans se construyó en zona baja y pantanosa en las
márgenes del Mississipi. Bordos y muros alrededor de la ciudad y
barrios adyacentes para protegerlos contra inundaciones. Muchos
bordos y muros se rebasaron y varios fallaron, produciendo
inundaciones masivas.
 1500 muertos, miles de casas destruidas
 Daños: 21,000 millones de dólares, 6,700 millones de dólares en
infraestructura pública.
 La población disminuyó a cerca de la mitad.
 Uno de los peores desastres de la historia de Estados Unidos.
 ASCE, 2007

75. Causas I
• Riesgo (probabilidad de falla combinada con las
consecuencias) muy alto. Riesgos no entendidos o
comunicados en forma efectiva. Subestimación de la
evacuación y protección a la propiedad
• Sistema de protección construido como piezas
individuales y no como sistema interconectado: partes
resistentes unidas a partes débiles. Proyecto por
proyecto en varios años, no integralmente; presiones
por disminuir los costos

76. Causas II
• Sistema diseñado para condiciones meteorológicas
menos severas que las de un gran huracán
• Errores en los bancos de nivel: muchos bordos no
construidos al nivel correcto, en algunos casos más de
0.5 m debajo del nivel de diseño. No se tomaron
medidas para compensar el hundimiento de la ciudad
• La responsabilidad del mantenimiento y operación de
los bordos y estaciones de bombeo estaba distribuida
entre varias agencias federales, estatales y locales y no
hubo suficiente coordinación

82. Recomendaciones I
• Mantener la seguridad en primer lugar entre las
prioridades públicas
• Cuantificar y actualizar periódicamente la estimación de
los riesgos.
• Determinar el nivel de aceptación de riesgo en la
comunidad a través de programas de comunicación
• Corregir las deficiencias del sistema para incorporar
información cambiante, haciendo que los bordos
resistan el desbordamiento, reforzando los muros I y
los bordos y mejorando las estaciones de bombeo

83. Recomendaciones II
• Asignar a una sola entidad o ingeniero la
responsabilidad de manejar los sistemas de
protección contra inundaciones e implementar
mecanismos más efectivos de coordinación
• Mejorar los procedimientos de diseño y
operación manteniendo un mayor énfasis en la
seguridad
• Involucrar a expertos independientes en la
revisión de todas las estructuras críticas

84. Río Colorado
•634,840 km2
•7 estados EU
•2 estados
México

85. Caudales en el río Colorado
•Uno de los ríos más explotados del mundo: 20,700  5,200 hm3 en 100 años
Presa Hoover
Presa Glen Canyon

86. Río Colorado

87. Conclusiones
 Tomar en cuenta la
idiosincrasia y entorno de los
ríos: río y llanura son
indivisibles
 No respetar la ecología cuesta
dinero
 Investigación y educación
 ¿Sabemos hidráulica?

89. Reseña histórica I
 Ca. 4000 a.c.: China. Primeros avances en conocimiento de transporte de
sedimentos
 Yu: Ingeniero hidráulico, creador de diques para protección de planicies fértiles contra
inundaciones en los ríos Huang-Ho y Yang Tse Kiang. Nombrado emperador
 Ca. 4000 a.c.: Mesopotamia (Tierra entre ríos: Tigris y Éufrates) y Egipto.
 Avances similares y simultáneos
 4000 a.c.- 1000 d.c: Mesopotamia, Egipto y Anatolia
 Puente entre oriente y occidente.
 Obras hidráulicas: acueductos, túneles y cisternas
 3000 a.c.: Egipto
 Primera presa en el Nilo
 Faraón Nemes
 1400 a.c.: Egipto. Ramsés II.
 Extenso sistema de canales y almacenamientos en el Nilo.
 Nilómetros
 1827 a.c.: Registros de niveles de inundación más antiguos
 Inicio de fiesta anual según niveles en el río
 Impuestos a la tierra dependiendo del máximo nivel de inundación

90.  Grecia: Poco sobre ingeniería de ríos y transporte de sedimentos,
pero avances en filosofía natural
 Tales de Mileto (ca. 600 a.C.):
 El agua es el origen de todas las cosas
 La Tierra descansa en agua
 Aristóteles (384-322 a.C.): dos tipos de acciones mecánicas:
 Motivación,
 Resistencia,
 Arquímedes (287-212 a.C.): Geometría, flotación, hidrostática,
fundamentos de cálculo diferencial e integral
 Hipócrates (460-380? a.C.): Evaporación, experimentación
 Romanos: Logros prácticos, poca teoría
 Frontinus: Observó que a mayor pendiente mayor velocidad,
pero supuso que
 se debe a Herón de Alejandría (s. I d. C.)
Reseña histórica II
Q A
v f
1
v r

Q Av

91. Reseña histórica III
 1300 – 1450 (Imperio otomano). Puentes y
canalizaciones para permitir a los ejércitos
avanzar hacia el oeste en Yugoslavia, Turquía,
Bulgaria, África y Medio Oriente. Cálculo de
erosión en pilas.
 1450 (Da Vinci, 1452)- 1600 (Renacimiento). Fin
de transferencia oriente-occidente. Rápido
desarrollo de artes y ciencias
 Avances: Resultado de problemas específicos
que requieren de soluciones inmediatas

92. GRACIAS