El documento describe los conceptos y criterios de diseño para estructuras complementarias en canales, en particular transiciones. Las transiciones se usan para cambiar gradualmente la sección transversal de un canal y evitar cambios bruscos que causan grandes pérdidas de carga. Existen varios tipos de transiciones como transiciones biplanares, regladas y alabeadas. Para diseñar una transición se deben considerar factores como el número de Froude, Reynolds, energía específica y resalto hidráulico. La longitud de la transición de

1. TEMA:
ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS EN CANALES
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA ACADEMICA DE INGENIERIA CIVIL

2.  OBJETIVO GENERAL:
OBJETIVOS:
Adquirir conocimientos básicos para el diseño de estructuras complementarias en
canales.
 OBJETIVO ESPECÍFICOS
 Identificar los tipos de transición y aliviaderos.
 Analizar los criterios de diseño hidráulico de transiciones y aliviaderos.

3. MARCO
TEÓRICO

4. I. DISEÑO HIDRÁULICO DE TRANSICIONES:
La transición es una estructura que se usa para ir modificando en forma gradual la
sección transversal de un canal, cuando se tiene que unir tramos con diferentes formas
de sección transversal, pendiente o dirección.
La finalidad de la transición es evitar que el paso de una sección a la siguiente, de dimensiones y
características diferentes, se realice de un modo brusco, reduciendo de ese modo las pérdidas de carga en
el canal.
Las transiciones se diseñan a la entrada y/o salida de diferentes estructuras tales como: tomas, rápidas,
caídas, desarenadores, puentes canales, alcantarillas, sifones invertidos, etc.
1.1 TRANSICIÓN

5. 1.2 USOS
Las transiciones se emplean en las entradas y salidas de acueductos, sifones invertidos y
canalizaciones cerradas, así como en aquellos puntos donde la forma de la sección transversal del
canal cambia repentinamente.
Cuando se cambia de una sección a otra, se tienen pérdidas de carga, si ese cambio se hace bruscamente las
pérdidas son muy grandes. Algunas de las causas que ocasionan las pérdidas de carga, son: la fricción, el cambio
de dirección, el cambio de velocidad y el cambio de pendiente.
La variación del perfil trae como consecuencia la variación de las velocidades para el agua y por lo tanto la
forma de las paredes, del fondo o ambos. Hinds propone que el perfil calculado de la superficie del agua sea
regular y sin quiebres en todo lo largo de la transición, en su principio y fin.

6. 1. 3 CLASIFICACIÓN DE LAS TRANSICIONES:
Las características geométricas y especialmente las diferentes funciones que desempeñan las transiciones no
permiten establecer una clasificación general.
En cuanto a su funcionalidad se puede
aceptar la siguiente clasificación:
Aforadores de flujo; tales como
compuertas, vertederos y medidores
de flujo tipo Venturi o Parshall.
Disipadores de energía; tales como
estructuras de caída, pozos de
amortiguación.
Reductores o elevadores de
velocidad, para prevenir erosión y
socavación o sedimentación
respectivamente.
En cuanto a sus características
geométricas tenemos:
Transiciones bruscas
Transiciones graduales:
Transiciones en cuña o rectas
Transiciones con cuadrante de
circulo o cilíndricas
Transiciones alabeadas o curvas

7. 1. 4. FENÓMENOS DEL FLUJO HIDRÁULICO A SER ANALIZADOS PARA EL DISEÑO
DE UNA ESTRUCTURA DE CAMBIO DE SECCIÓN Y CAMBIO DE PENDIENTE
En el control de flujos hidráulicos, es frecuente el diseño de una transición entre dos canales de diferente sección
transversal, es importante tener conocimientos básicos para el diseño de estructuras hidráulicas especiales que
gobiernan el flujo
NÚMERO DE FROUDE (Fr):
número adimensional que
relaciona el efecto de las fuerzas
de inercia y las fuerzas de gravedad
que actúan sobre un fluido.
𝐹𝑟 =
𝑉
𝑔 ∗ 𝐷
donde:
V = velocidad media
g = gravedad
D = profundidad hidráulica
De acuerdo al valor del
número de Froude, se puede
clasificar al flujo en:

8. NÚMERO DE REYNOLDS ( Re):
número adimensional en el cual se
relaciona la densidad, viscosidad,
velocidad y dimensión típica de un flujo.
Este número permite saber si un flujo se
puede considerar laminar o turbulento.
𝑅𝑒 =
𝜌𝑣𝑅ℎ
𝛾
donde:
𝜌 = densidad del fluido kg/m3
υ = velocidad media en la sección en m/s.
Rh = radio hidráulico de la sección en m.
γ = viscosidad cinemática del agua en m2/s.
En canales se han
comprobado resultados
semejantes a los de los
conductos a presión, para
fines prácticos se tiene:
Re < 500
flujo laminar
Re > 12500
flujo turbulento
Se llama flujo laminar o corriente laminar, al
movimiento de un fluido cuando éste es ordenado,
estratificado, suave. Este tipo de flujo es típico de
fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas.
Se llama flujo turbulento al movimiento de fluido que
se da en forma caótica, en el que las partículas se
mueven desordenadamente y las trayectorias de estas
se encuentran formando pequeños remolinos
aperiódicos

9. ENERGÍA ESPECÍFICA (E):
distancia vertical entre el fondo
del canal y la línea de energía.
𝐸 = 𝑧 + 𝑑𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝛼
𝑉2
2𝑔
E = energía específica en una sección de un canal (m).
d = profundidad del flujo (m).
θ = ángulo que forma el fondo del canal con
respecto a la horizontal (º).
α = factor de corrección de la energía cinética.
V = velocidad media de la sección.
g = 9.81 m/s2 , aceleración de la gravedad.
RESALTO HIDRÁULICO:
fenómeno en el cual un fluido que circula en un
estado supercrítico abruptamente sufre una
transición a un estado subcrítico.
Para que un resalto realmente se produzca, es
necesario que los dos tirantes conjugados (y1, y2)
que lo acompañan (menor y mayor), sean diferentes
del crítico.

10. 1.5. TRANSICIONES CON CAMBIO BRUSCO DE SECCIÓN
En las transiciones bruscas se aplica el teorema de la cantidad del movimiento, en la que se debe aislar una
unidad de volumen y determinar las fuerzas que actúan sobre dicha masa.
Ante cambios bruscos de la geometría de un canal se pueden
formar vórtices, remolinos, corrientes secundarias y zonas de
separación que complican el patrón del flujo rápidamente
variado, esto dificulta definir las fronteras del flujo (que ya no
serán las fronteras sólidas del canal), así como determinar valores
promedios en la sección para las variables del flujo.

11. 1.5.1 Ondas Cruzadas
1. Debido al ángulo que forman las paredes por
los cambios bruscos de sección se generan unas
ondas cruzadas que se prolongan aguas abajo
desde el interior del estrechamiento.
2. En el estudio del estrechamiento tenemos en
cuenta para el análisis de pérdidas el caudal medio
a la salida.
3. para el dimensionamiento de la sección del
canal de salida no podemos contar con este caudal
medio, sino que debemos conocer el nivel máximo
que puede tomar la superficie del agua, o sea, la
altura de la cresta de las ondas cruzadas
4. La longitud de las ondas cruzadas viene
determinada por el máximo ángulo que toman las
paredes con la dirección longitudinal del canal y
no depende del caudal circulante.
5. A mayor ángulo, las líneas de corriente se desvían más y
después de reflejarse en las paredes se cruzan antes.
Generalmente este ángulo depende de lo que se estrecha el
canal (a más estrecho, más ángulo y menor longitud de las
ondas).

12. 1.6. TRANSICIONES GRADUALES
De acuerdo a su forma, las transiciones se pueden considerar de tres tipos:
Transiciones biplanares o a
base de planos
Transiciones regladas Transiciones alabeadas
En las transiciones biplanares se hace un cálculo hidráulico
sencillo para obtener las pérdidas de carga:
Perdida de carga por transición de entrada 𝐾𝑡𝑒 (
𝑉𝑒2
2𝑔
−
𝑉𝑐2
2𝑔
Ve = carga de velocidad en la estructura
Vc= carga de velocidad en el canal
Kte = coeficiente de perdida de carga en transición
de entrada = 0.3 y 0.5 respectivamente
Transiciones biplanares o a base de planos
Perdida de carga por transición de salida 𝐾𝑡e (
𝑉𝑒2
2𝑔
−
𝑉𝑐2
2𝑔
Dónde:

13. Transiciones regladas
está formada por líneas rectas, colocadas a igual
distancia desde el inicio hasta el fin de la transición,
estas líneas van tomando su verticalidad a medida
que disminuye la sección
Perdida de carga por
transición entrada ℎ𝑓𝑒 = 0.2 (
𝑉𝑒2
2𝑔
−
𝑉𝑐2
2𝑔
Perdida de carga por
transición de salida ℎ𝑓𝑠 = 0.3 (
𝑉𝑒2
2𝑔
−
𝑉𝑐2
2𝑔
Transiciones alabeadas
T1
b1
b2
T2
L
linea de la superficie de
agua
(T1-T2)/2
a)
está formada por curvas suaves, generalmente parábolas,
por lo que requiere un diseño más refinado que las
anteriores, siendo ésta la transición que presenta las
mínimas pérdidas de carga.
Perdida de carga por
transición entrada
ℎ𝑓𝑒 = 0.1 (
𝑉𝑒2
2𝑔
−
𝑉𝑐2
2𝑔
Perdida de carga por
transición de salida ℎ𝑓𝑠 = 0.1 (
𝑉𝑒2
2𝑔
−
𝑉𝑐2
2𝑔

14. 1.7. DISEÑO DE TRANSICIONES:
Las transiciones se pueden diversos cambios:
En consecuencia, cualquiera que sea la transición se tendrá que entre dos secciones 1 y 2 la ecuación
de la energía es:
 El cambio puede originarse en una pequeña grada de fondo, positiva o negativa, según que el
fondo ascienda o descienda.
 Las transiciones se originan también por un cambio en el ancho del canal y se llaman
contracciones si el ancho disminuye y expansiones si aumenta
𝑑1 +
𝑉1
2
2𝑔
= 𝑑2 +
𝑉2
2
2𝑔
En ambas secciones debe cumplirse la ecuación de continuidad.
Como una aplicación del concepto de energía específica vamos a estudiar el perfil de la superficie libre en un
canal en el que hay un cambio en la sección transversal (suponemos que la pérdida de carga es
despreciable).
𝑉1𝐴1 = 𝑉2𝐴2 = 𝑄
Para el diseño hidráulico de las transiciones, adicionada a las pérdidas de carga, obtenidas de acuerdo a lo
especificado en cada uno de los tipos, se determina la longitud de la transición.

15. 1.7.1. ASPECTOS IMPORTANTES EN EL DISEÑO:
A. PROPORCIONAMIENTO:
a. El ángulo máximo optimo entre el eje del canal y
la línea que conecte los lados del canal entre las
secciones de entra y salida es de 12. 5º
b. Evítense los ángulos agudos en la superficie del
agua o en la estructura, ya que estos inducirán
ondas estacionarias extremas y turbulencia.
B. PERDIDAS:
la perdida de energía de una transición está compuesta por
perdidas de fricción y perdidas de conversión
C. BORDE LIBRE:
pueden utilizarse reglas aproximadas para la estimación del
borde libre en canales revestidos y no revestidos, para
profundidades de flujo superiores a 12 pies. Debe darse
especial consideración el borde libre en la transición.
D. ELIMINACIÓN DEL
RESALTO HIDRÁULICO:
la existencia de un resalto hidráulico en una transición puede
objetarse si obstaculiza el flujo y consume energía útil.

16. I. ANCHO INICIAL Y FINAL DE LAS TRANSICIONES:
El ancho inicial, está determinado por la longitud
que se alcanza en la sección vertedora, es por eso
que su valor siempre se hace coincidir con la
longitud total de vertimiento (B=Ltotal)
El ancho final deberá conjugar la optimización de la
rápida, con la recomendación de SEVCHENKO dadas
al respecto para garantizar el buen funcionamiento
de las transiciones.
II. CRITERIOS PARA HALLAR LA LONGITUD DE TRANSICIÓN:
La longitud de la transición se obtiene de acuerdo al criterio de
J. Hinds, que consiste en considerar que el ángulo que deba
formar la intersección de la superficie con el eje de la estructura
sea de 12°30'. El ángulo puede ser aumentado hasta 22°30'
CRITERIOS DE HINDS: la longitud queda dada por la formula
tan 𝛼 =
𝑇 − 𝑇¨
2
𝐿
𝐿 = (
𝑇 − 𝑇¨
2
) cot 𝛼
𝑇 − 𝑇¨
2
¨
L
α
de acuerdo al criterio de J. Hinds el ángulo que debe formar
la intercesión de la superficie del agua y la pared en el
principio y fin de transición con el eje de la estructura
en 22°30.

17. a. OTROS INVESTIGADORES
Recomiendan α=12°30
Para que el coeficiente “k” de la pérdida
de carga por transición sea mínima:
ℎ𝑓1−2 = 𝑘 ℎ𝑣2 − ℎ𝑣1
b. USANDO PLANTILLA:
B=plantilla de canal mayor
b=plantilla de canal menor
Según U.S.B.R, manifiesta:
En conductos que funcionen parcialmente
llenos o en canales abiertos, las variaciones
angulares de las superficies que confinan el
flujo, no deben exceder a la siguiente
ecuación:
𝑇𝑔
∝
2
=
1
3𝐹
Dónde:
∝
2
: Angulo que forman las paredes laterales
respecto al eje central del canal y
proporciona transiciones aceptables.
𝐹 =
𝑉
𝑔𝐷
V: velocidad promedio al principio y fin de
la transición.
D: promedio de diámetros.
𝐿 = (
𝐵 − 𝑏
2
) cot 𝛼
en algunos casos se
cumple.

18. III. PENDIENTE DE FONDO DE LA TRANSICIÓN:
La pendiente de fondo está bastante ligada a la topografía, aunque debe tenerse en cuenta que:
Si el régimen es subcrítico deberá incrementarse la pendiente (sin llegar a cambiar el régimen)
para lograr una mayor evacuación y disminuir las posibilidades de ahogo del vertedor.
Si el régimen es supercrítico, la pendiente de fondo no es determinante, aunque se debe tener
en cuenta que para pendiente nula existen métodos de diseño que permiten predecir un
adecuado funcionamiento de la transición, mientras que para valores de pendiente diferentes
de cero, la no existencia de métodos de cálculos, obligan a que en estos casos se tenga que
acudir a la modelación física como vía de solución
IV. COTA DE FONDO DE LA TRANSICIÓN:
La cota de fondo de la transición está estrechamente
vinculada a las condiciones topográficas de la zona
donde será ubicada, no obstante, a ello, muchas
veces resulta determinante en el valor final de dicha
cota, la necesidad de evitar el ahogo del cimacio

19. EJERCICIO DE APLICACIÓN:
1.- Determinar la longitud de transición para el siguiente cambio de sección de un canal
Q = 15 m3/s
DESARROLLO
Cálculo de espejos de agua para las dos secciones:
Sección 1:
T = 4.5 + 2x1.3x2 = 9.7
Sección 2:
T = 3.5
 Cálculo de la longitud de transición por Hinds.
α= 22.5
L =
9.7−3.5
2
𝑐𝑡𝑔 22.5 = 7.48
Cálculo de la longitud de transición por A.N.A. α= 11
L =
9.7−3.5
2
𝑐𝑡𝑔 11 = 15.95
Cálculo de la longitud de transición por Angulo
optimo α= 12.5
L =
9.7−3.5
2
𝑐𝑡𝑔 12.5 = 13.98

20. Son estructuras destinadas a evacuar en forma siempre que el nivel del agua en el canal pase de un
cierto nivel adoptado.
Un aliviadero lateral es una abertura longitudinal que se construye en una de las paredes laterales
de un canal con la finalidad de evacuar el exceso de caudal que se puede presentar en dicho canal.
2.1. DEFINICION:
Control de
nivel en
embalses,
canales,
depósitos,
estanques,
etc.
Aforo o
medición de
caudales.
Elevar el
nivel del
agua.
Evacuación
de
crecientes o
derivación
de un
determinado
caudal
2.2. FUNCIONES DEL ALIVIADERO LATERAL
II. DISEÑO HIDRÁULICO DE ALIVIADEROS:

21. 2.3. Criterios de diseño
I.- El caudal de diseño de un
vertedero se puede establecer
como aquel caudal que circula
en el canal por encima de su
tirante normal, hasta el nivel
máximo de su caja hidráulica o
hasta el nivel que ocupa en el
canal, el caudal considerado
como de máxima avenida.
II.- El vertedero
lateral no permite
eliminar todo el
excedente de
caudal, siempre
quedará un
excedente que
corresponde
teóricamente a unos
10 cm encima del
tirante normal.
III.- La altura del
vertedor o
diferencia entre
la cresta de éste
y el fondo del
canal,
corresponde al
valor Yn.
IV.- Para
dimensionar el
vertedero existen
gran variedad de
fórmulas, a
continuación, se
describe la
fórmula de
Forchheiner.
V.- Para mejorar
la eficiencia de
la cresta del
vertedero se
suele utilizar
diferentes
valores, según la
forma que
adopte la cresta.
VI.- Los aliviaderos
laterales pueden
descargar a través de
un vertedero con
colchón al pie
(desniveles pequeños)
mediante una
alcantarilla con una
pantalla disipadora de
energía al final
(desniveles grandes).

22. 2.4 Partes de un aliviadero
a) Canal de Aproximación:
b) Estructura de Control:
Criterios:
Las velocidades deben ser del orden de 0.5 m/s. Para prevenir la erosión.
Minimizar las perdidas y garantizar el flujo lo más uniforme.
Las pendientes son por lo general horizontales o adversas.
La función fundamental es definir la curva de gastos, que es la
relación entre las alturas de agua en el embalse y los gastos del
aliviadero, es decir controla las aguas.
c) Estructura de Conducción:
Tiene como finalidad conducir el agua que se encuentra en los niveles superiores
del embalse desde la estructura de control hasta el rio donde llegaran las aguas
aliviadas del embalse.

23. 2.5. Tipos de flujo en un vertedero lateral
TIPO A: Condiciones críticas en o cerca de la entrada, con un flujo supercrítico en el tramo del
vertedero, el tirante de flujo decreciendo a lo largo del vertedero.
TIPO B: El tirante del flujo más grande que el crítico en la entrada, con flujo suscritico en el tramo del
vertedero, el tirante de flujo creciente a lo largo del vertedero.
TIPO C: el flujo de tipo a en el inicio del vertedero, con un resalto hidráulico ocurriendo en el tramo del
vertedero, y el flujo del tipo b después del resalto, con un nivel de energía menor debido a las pedidas
ocasionadas por el resalto hidráulico.
TIPO D: El tirante del flujo más pequeño que el crítico en la entrada, con flujo supercrítico en el tramo
del vertedero, el tirante de flujo decreciente a lo largo del vertedero.
TIPO E: El flujo de tipo d en la sección de entrada, con un resalto hidráulico ocurriendo en el vertedero,
y un flujo de tipo b después del resalto, con un nivel de energía menor debido a las pérdidas
ocasionadas por el resalto hidráulico.
EL TIPO A Y B: se usan cuando el caudal que se está eliminando por la ventana o escotadura del canal,
cruza un camino, frecuentemente se utilizan cuando se proyectan badenes, cuando esto no es necesario
y el caudal del vertedero se puede eliminar al pie del mismo, se utilizan los tipos c ó d.

24. 2.6. Tipo de aliviaderos
Tipo de
lamina
vertiente:
Es el tipo más
utilizado por lo
que existe un
alto grado de
seguridad en el
diseño, por su
acumulada
experiencia, se
ajusta muy bien
sin depender
del tipo de
conducción bien
sea abierta o
cerrada.
Tipo de caída
libre:
Este tipo
de aliviadero se
emplea para
pocas alturas de
agua y en el
caso donde el
rio receptor
este constituido
por roca sana.
Tipo abanico:
En planta tiene
forma de
abanico
Tipo
alcantarilla:
Se utiliza en
presas pequeñas
o en aquellas
cuya finalidad
es de control de
crecidas.
Tipo canal
lateral:
Se coloca
generalmente
cuando no
existe suficiente
espacio para un
aliviadero
frontal. Desde
el punto de
vista hidráulica
es ineficiente.
Tipo canal
lateral:
Se coloca
generalmente
cuando no
existe suficiente
espacio para un
aliviadero
frontal. Desde
el punto de
vista hidráulica
es ineficiente.

25. CONCLUSIONES:
- Se identificaron los tipos de transiciones y aliviaderos en canales de acuerdo a sus características. La
clasificación se da en dos ramas: en cuanto a su funcionalidad y en cuanto a sus características
geométricas.
- Se identificaron los parámetros que se deben tomar en cuenta para un adecuado diseño de una
estructura de cambio de sección y cambio de pendiente

26. GRACIAS