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Obras Hidráulicas II
M.I. Antonio Alcántar García

Objetivos
• El estudiante aprenderá y conocerá la importancia de
proyectar y diseñar obras de control, protección y
aprovechamiento en cauces como: obras de desvío,
protección contra inundaciones y plantas de
bombeo; tomando en consideración los criterios de
la normatividad vigente y recomendación por parte
de los organismos reguladores encargados de la
validación de los mismos.

Temario de estudio
INTRODUCCIÓN
UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN
1.1. Introducción
1.1.1. Origen de la problemática en protección, control, desvío y
aprovechamiento de las obras.
1.1.2. Objetivos y características de las obras.
1.1.3. Contenido temático y propósito de los capítulos que conforman el curso.
UNIDAD 2. MORFOLOGÍA DE RÍOS
2.1. Clasificación de los ríos
2.2. Carácterísticas físicas.
2.3. Meandros
2.4. Curvas
2.5. Transiciones.
2.6. Abanicos Aluviales
2.7. Deltas
2.8. Ejemplo numérico.

Temario de estudio
UNIDAD 3. CIERRE DE CAUCES Y OBRAS DE DESVÍO
3.1. Introducción
3.2. Diseño combinado para obra de desvío y obras permanentes.
3.3. Etapas de desvío
3.4. Pasos de desvío.
3.5. Diseño hidráulico de obras de desvío.
3.6. Cierre de cauces.
UNIDAD 4. OBRAS DE PROTECCIÓN Y CONTROL DE CAUCES
4.1. Introducción.
4.2. Bordos.
4.3. Presas
4.4. Técnicas y estructuras de protección marginal en cauces
4.4.1. Introducción.
4.4.2. Espigones.
4.4.3. Recubrimientos o muros marginales.
4.4.4. Diques marginales.
4.4.5. Protección marginal con vegetación.

Temario de estudio
UNIDAD 5. PLANTAS DE BOMBEO
5.1. Localización
5.2. Estructuras que integran las plantas de bombeo.
5.2.1. Estructura de acceso y canal de llamada
5.2.2. Cárcamo de bombeo.
5.2.3. Selección del equipo de bombeo.
5.2.4. Numero de unidades, calculo hidráulico.
UNIDAD 6. POZOS
6.1. Principios básicos de geohidrología.
6.2. Estudios de localización.
6.3. Métodos de perforación.
6.4. Diseño del pozo.
6.5. Ampliación de la perforación.
6.6. Ademe y filtro.
6.7. Desarrollo y aforo.
6.8. Equipo de bombeo.

Bibliografía
» Protección y control de cauces. CONAGUA – IMTA. México, 2000.
» Manual de Río. Instituto de Ingeniería de la UNAM. México.
» MAPAS CONAGUA (2007)
» Planificación, diseño , modernización y operación de la red
principal en zonas de riego. CONAGUA – IMTA. México, 2000.

Criterios de evaluación
3 Proyectos:
1- Obra de desvío.
2.- Obra de protección
3.- Planta de bombeo
60%.
3 Exámenes: 30%.
Total: 100%.
Presentación: 10%.

Requisitos de acreditación
65 clases efectivas
» 80 % para tener derecho a calificación en
ordinario.
» 70 % para tener derecho a calificación en
extraordinario.
13 faltas
19 faltas

Reglas en salón clase
» Entrada, 15 minutos de tolerancia.
» Puede salir y entrar sin hacer ruido a la hora que desee, si ha
cumplido con tiempo de entrada.
» No comida en clase.
» En caso de traer celular, apagarlo o si es necesario por urgencia
tenerlo en vibrador; a la persona que se le detecte llamando,
mensajeando o jugando con el celular, deberá abandonar el salón
y acumulará la falta correspondiente.
» Se puede hablar o externar algún comentario sobre el desarrollo
de clase, la participación puede contar a favor sobre su
calificación final.
» Traer calculadora, libro o apuntes correspondientes a la clase. A la
persona que no atienda este punto acumulará una falta por clase.

Contacto
Cubículo de Hidráulica Facultad de Ingeniería BUAP
E-mail: ingaalc@gmail.com
Facebook:
Antonio Alcántar García
grupo: BUAP – INGENIERIA - HIDRÁULICA
HIDROLOGÍA DE SUPERFICIE

1.1. Introducción
1.1.1. Origen de la problemática
Desde sus orígenes, el hombre ha dependido del agua no sólo como
elemento vital, sino como promotor de su desarrollo.
UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN

2. Morfología de ríos
La morfología de río estudia la estructura y forma de los ríos, incluyendo
la configuración del cauce en planta, la geometría de las secciones
transversales, la forma del fondo y las características del perfil. En
esencia, las teorías y planteamientos analíticos para ríos se han
desarrollados para casos idealizados.

2.1 Clasificación de los ríos
Para facilitar el estudio de la morfología de ríos, se ha clasificado a los
mismos desde diferentes puntos de vista. Esto permite ubicar fácilmente
cualquier cauce para determinar sus principales características. Sin
embargo, conviene tener siempre en cuenta que en la naturaleza se puede
presentar cualquier condición intermedia entre las definidas en una
clasificación.
a) Según su edad.
b) Por condición de estabilidad
c) Por tramos
d) Según los grados de libertad.
e) Por el material de las márgenes y el fondo.
f) Por su geometría.
g) Por su condición de transporte.

2.1.1. Según su edad
Geológicamente, los ríos son clasificados como jóvenes, maduros y
viejos. Los ríos jóvenes se encuentran en los cauces de montaña; tienen
pendientes altas y secciones transversales tipo “V”. Son muy irregulares
y están generalmente en proceso de degradación.

Los ríos maduros se presentan en valles amplios y tienen pendientes
relativamente bajas; la erosión de las márgenes ha reemplazado a la
erosión del fondo. Los ríos maduros son estables y la sección transversal
en cada tramo es capaz de transportar la carga de sedimento en todo su
recorrido.

Los ríos viejos se encuentran en valles amplios y planicies cuyos ancho
es 15 a 20 veces mayor que el ancho de los meandros, y las pendientes
son muy bajas. En estos ríos se forman depósitos naturales de
sedimentos, a lo largo de las márgenes.
Frecuentemente se forman amplias planicies y pantanos en las zonas
vecinas a las márgenes del río. Los ríos viejos no tienen rápidas o caídas,
pero cerca de ellos pueden haber lagos con forma de cuerno o herradura,
que son restos de meandros abandonados y que se cortaron en forma
natural.

2.1.2. Por condición de estabilidad
En los ríos se distinguen tres condiciones de estabilidad: estática
dinámica y morfología.

a. Estática. Un cauce tiene estabilidad estática, cuando la corriente es
capaz de arrastrar sedimentos, pero no puede mover y arrastrar las
partículas o los elementos de las orillas. Como por ejemplo se tienen los
tramos de ríos en que las márgenes son rocosas o tienen muy alta
cohesión.

b. Dinámica. Un cauce tiene estabilidad dinámica cuando las variaciones
de la corriente, los materiales de la plantilla y de las orillas, y los
sedimentos trasportados han formado una pendiente y una sección que
no cambian apreciablemente año con año. En esta condición el río sufre
desplazamientos laterales continuos en las curvas con erosión en
márgenes exteriores y deposito se sedimentos en las interiores.

Todos los gastos, antes de producirse un desbordamiento, escurren por
un único cauce que no tiene islas o bifurcaciones. Como ejemplo se
tienen los ríos de planicie formados por un único cauce.

c. Inestabilidad dinámica. El río escurre por un solo cauce, como se
indicó para la estabilidad dinámica pero se presenta cuando el
desplazamiento lateral de los meandros es muy intensa y por lo tanto, el
corte natural de ellos ocurre muy frecuentemente. Por una parte, el río
trata de alcanzar su pendiente de equilibrio al desarrollar sus meandros y
por otra estos se estrangulan rápidamente y se cortan. Debido a lo
señalado el tramo de río no alcanza a estabilizar su pendiente.

d. Morfológica. Este grado de estabilidad es el concepto mas amplio; es
decir, en cualquier cauce natural, la pendiente de un tramo cualquiera, el
ancho y el tirante de su sección transversal, asi como el número de
brazos en que se divida el cauce, dependen del gasto que escurre
anualmente y de su distribución, de las características físicas de los
materiales que forman el fondo y orillas, y de la calidad y cantidad del
sedimento, que es transportado; éste llega al tramo, tanto procedente de
aguas arriba como de aportaciones laterales. En otras palabras cualquier
corriente natural no alterada por factores humanos tiene estabilidad
morfológica.

2.1.3. Por tramos
Una clasificación por tramos a los largo del recorrido de un río fue
propuesta por Lojtin y es la siguiente:

2.1.3. Por tramos

2.1.4. Según los grados de libertad
a. Un grado de libertad.
Cuando al variar el gasto en un cauce o canal sólo varía el tirante, se dice
que existe un grado de libertad. Esto ocurre si el fondo, las paredes y la
pendiente no cambian al variar el gasto; por ejemplo, un canal revestido.
Cuando se tiene un grado de libertad no existe trasporte de sedimentos.

b. Dos grados de libertad.
Cuando sólo pueden variar el tirante y la pendiente, se dice que el cauce
tiene dos grados de libertad. Esto puede ocurrir cuando las márgenes son
muy resistentes pero el fondo no.

c. Tres grados de libertad.
Si además del tirante y la pendiente, también pueden alterarse márgenes
y ajustarse al ancho, se dice que el cauce tiene tres grados de libertad.

2.1.5. Por el material de las márgenes y el fondo
a. Cohesivo.
Son los cauces alojados en materiales predominantemente arcillosos.
b. No cohesivos.
Ocurre en los cauces alojados en material que no desarrolla cohesión,
sino que está formado por partículas sueltas. Se clasifican a su vez,
según el predominio del material grueso, en boleo y cantos rodados si
Dm > 64mm, o en grava y arena si 64mm > Dm > 2mm y en arenoso si
2mm > Dm > 0.062 mm. Siendo Dm el diámetro medio de las partículas.
c. Acorazados.
Son aquellos cauces donde debido a lo extendido de la granulometría
𝜎𝑔 > 3 , puede ocurrir el arrastre de las partículas finas, lo que
permite la formación de una capa protectora o coraza de material grueso
en sus superficie, la cual mantiene debajo de ella toda la granulometría
original incluyendo los gramos finos.

2.1.5. Por el material de las márgenes y el fondo
d. Bien graduados o con granulometría extendida.
Son aquellos en que la desviación estándar de los diámetros es mayor
que 3 𝜎𝑔 > 3 . Entran en esta clasificación los sedimentos del fondo
compuestos por una gran variedad de tamaños.
e. Mal graduados o de granulometría uniforme.
Ello ocurre si 𝜎𝑔 < 3 . Cuando los tamaños de las partículas siguen una
distribución Log-normal o logarítmica, la desviación estándar
geométrica, 𝜎𝑔 vale:

2.1.6. Por su geometría
a. Rectos.
Normalmente esto ocurre en pequeños tramos y son transitorios, ya que
con cualquier irregularidad en la forma del cauce o en su alineamiento, o
con la formación de bancos, o bien alguna obstrucción temporal, se
originan disturbios locales que producen flujos transversales que inician
la formación de curvas y meandros. Un criterio para definir cauces rectos
Los tramos rectos o casi rectos se presentan también cuando el río
escurre a lo largo de una falla geológica.

b. Sinuosos.
La sinuosidad es mayor de 1.2 pero menor de 1.5

c. Con meandros .
Son aquellos en que la sinuosidad es mayor de 1.5. los cauces presentan
curvas alteradas unidas por tramos rectos y cortos. Normalmente la
pendiente es baja. Estos cauces pueden presenta erosión en las márgenes
exteriores de las curvas, principalmente en los tramos de aguas abajo.
Existen profundas depresiones del fondo en las curvas y altas
velocidades en la cercanía de las márgenes cóncavas. Los tirantes en las
transiciones son menos profundos si se comparan con los que ocurren
en las curvas.

Los cauces con meandros pueden a su vez clasificarse como:
a) Con curvas “superficiales” y,
b) con curvas en trinchera.
Los primeros cambian su curso en el transcurso del tiempo, y los
segundos permanecen fijos ya que son cavados en materiales resistentes.
Los meandros según su movimiento hacia aguas abajo, y si los cortes
ocurren en una misma zona, pueden clasificarse en estables o muy
inestables.

d. Trenzados.
A este tipo pertenecen aquellos que no presentan un solo cauce, sino por
el contrario, continuamente a lo largo de su recorrido, se dividen en
varios cauces que se entrelazan y se vuelven a separar. Estos cauces son
amplios y las márgenes no están bien definidas.

Con gastos bajos, existen dos o mas cauces principales entrelazados y se
forman cauces secundarios. En las crecientes, el agua cubre todos los
cauces y grandes cantidades de sedimento se depositan rellenando los
cauces antiguos. Por ello, en la siguiente época de estiaje se forman
nuevos cauces entrelazados. Generalmente estos cauces tienen
pendientes altas, el material es grueso y llegan a ellos grandes cantidades
de sedimentos. La principal característica de los ríos trenzados es que
están sujeto a un proceso de sedimentación.

e. Con islas.
Son los cauces que presentan islas en su interior, la cuales pueden
desplazarse hacia aguas abajo. Cuando una isla permanece uno o más
años en su mismo sitio es cubierta por vegetación.

f. En estuario.
Estos se presentan en las desembocaduras a los océanos y están
altamente influenciados por las mareas y por tener estratos o mezcla de
agua salada

g. En pantano.
Los cauces de estos ríos, normalmente son muy amplios por no existir
pendiente o ser muy pequeña, además presentan zonas muertas y
saturadas por altos niveles freáticos. Los tirantes son reducidos y se crea
un ambiente favorable para el crecimiento de la vegetación.

h. Deltas.
Pertenecen a este tipo de ríos, aquellos que arrastran grandes cantidades
de sedimento y que desembocan en el mar con mareas reducidas. El
material depositado forma inicialmente flechas paralelas al flujo que
delimitan las márgenes del cauce dentro del mar. Posteriormente el
material que se sigue depositando y la acción del oleaje incrementan el
ancho de las flechas.

Por otra parte, al ocurrir grandes avenidas o tormentas, las flechas se
rompen en algún sitio por donde encuentra salida parte del flujo y el
proceso descrito se repite en ese nuevo cauce. Este proceso produce un
abanico de sedimentación cuya forma se asemeja a la letra griega D, de
donde viene su nombre. Los deltas presentan siempre varios brazos.

2.1.7. Por condición de transporte
En términos generales se considera que los tramos de los ríos pueden
estar sujetos a un proceso de erosión o sedimentación o en equilibrio.
Una clasificación importante de los ríos relacionada con estos aspectos,
es la propuesta por Schumm (1963), la cual está basada en la carga de
sedimento, pues considera que dicho factor afecta significativamente la
estabilidad del cauce, su forma y su sinuosidad.

2.1.7. Por condición de transporte

2.2. Características físicas
La morfología de los cauces cambia con el tiempo y efectuada
principalmente por el gasto (Q), material transportado del fondo (QBT),
diámetro representativo del material del fondo (D), pendiente del lecho o
plantilla (S), relación entre el ancho de la superficie libre (B) y el tirante
(d) de la sección transversal F = B/d, y l configuración de curvas, ya sea
sinuosidad o meandreo en planta (P). Se puede considerar que F y P son
variables dependientes, en tanto que Q y d son independientes.

2.2.1. Velocidades
El punto de máxima velocidad de una sección transversal de un río es
normalmente de un 25 a 30% mas grande que la velocidad promedio. En
cauces arenosos de planicie la velocidad media máxima corresponde a la
velocidad promedio durante una avenida y varia de 2 a 3 m/s. La
velocidad media mínima corresponde a la promedio del gasto base y
varia de cero a 0.6 – 1.0 m/s.

2.2.2. Sección transversal
En corrientes no perenes, la sección transversal típica es amplia,
superficial y de forma rectangular con relación ancho-tirante de 50 o
más. Los fondos con grava generalmente se presentan ríos de montaña,
en faldas de montaña e intermedios. Los río con fondo de grava, tienden
a ser de tipo rectangular, con grandes relaciones de ancho-tirante.

2.2.3. Márgenes
Los materiales de las márgenes cambian con la longitud recorrida por el
río. En el inicio generalmente están constituidos por roca o grandes
cantos rodados. Al continuar hacia aguas abajo, el material de las
márgenes cambia a gravas, arenas, limos y arcillas. Conviene notar que
las márgenes no siempre están compuestas por material uniforme en todo
el estrato, sino que pueden ser estratificadas en capas. Las márgenes
generalmente se clasifican en cohesivas, no-cohesivas y estratificadas.

2.2.4. Gasto formativo
Es el nombre que se le da al gasto dominante propusto por Schaffernak y
modificado por el USBR.

2.3. Meandros
La evolución de los meandros puede clasificarse en dos categorías:
a) La migración hacia aguas debajo de todo el meandro y,
b) La expansión de la curvatura del meandro, su estrangulamiento y
finalmente el corte del mismo.
La configuración y geometría de un cauce con meandros está
determinada por la erosión y socavación de la margen exterior o cóncava
y el deposito de sedimentos a lo largo de la margen interior o convexa.

2.3. Meandros
En la figura se muestran los principales parámetros a tener en cuenta al
estudiar un meandro, y son el ancho del meandro (MB), la longitud de la
onda (ML), el ancho de cauce B y la sinuosidad P.

2.4. Curvas
Las curvas se clasifican en: superficiales, en trinchera y en deformadas o
limitadas.
Una curva superficial es una curva cortada en material depositado y el
río normalmente meandrea. La pendiente de la corriente es comúnmente
mas baja que la de fondo del valle y la longitud del cauce es mucho mas
grande que la longitud del valle.
La curva en trinchera corta profundamente el lecho original y sigue la
curvatura del valle, por lo cual las paredes del valle forman parte de las
márgenes de la corriente. La pendiente y la longitud son las mismas para
el valle y la corriente.

2.4. Curvas
Las curvas según Richarson (1975) se pueden clasificar en relación al
radio de curvatura (r) y el ancho (B), para sección transversal llena, de
los tres tipos de curvas son los siguientes

2.4.1. Flujo Helicoidal en Curvas
La fuerza centrifuga que actúa a lo largo de un escurrimiento en una
curva, produce una sobreelevación de la superficie libre en la margen
cóncava y un descenso en la margen derecha. Esta sobreelevación
asociada a una perdida de energía a lo largo del fondo, produce un flujo
helicoidal cuya velocidad transversal mueve carga del fondo hacia la
margen convexa donde se acumula.

2.5. Transiciones
Las transiciones se localizan entre curvas que son donde el flujo cambia
de una margen a la opuesta y son de sección casi rectangular en contraste
con la forma triangular o trapecial en curvas. La pendiente de la
superficie del agua en el inicio de la transición es normalmente plana y
alta debido al deposito de material, sin embargo, a la salida, se vuele mas
pronunciada la pendiente.
Entre una sección curva y una transición, el tirante máximo decrece, asi
como también el ancho.

2.6. Abanicos aluviales.
Los abanicos aluviales son depósitos de sedimento cuya forma semeja un
segmento de sección cónica, visto en planta parece abanico y tiene una
pendiente casi uniforme desde el épice hasta el borde final. Ocurren en el
punto donde la corriente pasa de un cauce estrecho a otro muy amplio, o
bien cuando la pendiente se disminuye abruptamente.

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