Esta publicación aborda el diseño de estructuras hidráulicas necesarias en proyectos de riego o drenaje en carreteras. Cada estructura se describe brevemente, seguida de un proceso para el diseño hidráulico, ecuaciones relevantes y ejemplos de aplicación. Los capítulos abordan diferentes aspectos, como transiciones, pérdidas por infiltración, caídas, rápidas, vertederos, desarenadores, puentes canales, sifones, alcantarillas y tomas laterales. También se incluye un anexo sobre el uso de GeoGebra para resolver ecuaciones y un resumen de las ecuaciones hidráulicas utilizadas.
Cuando se
lleva a cabo un proyecto de riego o drenaje en carreteras, además del canal de
conducción se requiere una serie de estructuras u obras hidráulicas, las cuales
son indispensables para que el sistema de riego o drenaje cumpla con su
cometido.
En esta
publicación se explican diversos conocimientos tecnológicos acerca del diseño
de estructuras hidráulicas. Para cada una de ellas se presenta un resumen de su
estructura; luego se indica el proceso para obtener el diseño hidráulico, se
muestra el conjunto de ecuaciones necesarias para su cálculo y se realiza un
ejemplo de aplicación, en el cual se aplican las ecuaciones y el proceso de
cálculo indicado. También se incluyen problemas.
Cada uno
de los capítulos hace referencia a un aspecto distinto: diseño de una transición
(capítulo 1), fórmulas para determinar las pérdidas por infiltración en canales,
tanto en tierra, como revestidos (capítulo 2), diseño de una caída (capítulo
3), diseño de una rápida (capítulo 4), diseño de un vertedero lateral (capítulo
5), diseño de un desarenador (capítulo 6), diseño de un puente canal (capítulo
7), diseño de un sifón invertido (capítulo 8), diseño de una alcantarilla
(capítulo 9), diseño de una toma lateral (capítulo 10).
Finalmente
se incluye un anexo relacionado
con el uso del GeoGebra, para resolver las ecuaciones de grado n. Como apéndice, se muestra un resumen de
las ecuaciones hidráulicas que se utilizan en la publicación.
Dedicatoria......................................................................................................................5
Prólogo........................................................................................................................... 11
Capítulo 1 Transiciones.......................................................................................... 15
Definición....................................................................................................................15
Diseño simplificado de transiciones (transición recta)................................................16
Cálculo de la longitud de la transición...................................................................17
Transiciones alabeadas (método racional)...................................................................18
Diseño de transición para un régimen subcrítico.........................................................18
Cálculo de la longitud de la transición. Método racional.......................................19
Cálculo del ancho de fondo (solera) en cada sección.............................................20
Cálculo del talud en cada sección...........................................................................20
Cálculo del desnivel de fondo en cada sección......................................................21
Bordos libres en transiciones.......................................................................................23
Ejemplo de diseño hidráulico de una transición de salida...........................................24
Problema propuesto.....................................................................................................36
Capítulo 2 Pérdidas por infiltración en canales.......................................... 37
Justificación.................................................................................................................37
Factores que influyen en las pérdidas..........................................................................38
Métodos para determinar las pérdidas por infiltración...........................................38
Fórmulas empíricas.................................................................................................40
Fórmula de T. Ingham.......................................................................................40
Fórmula de Etcheverry (1915)..........................................................................40
Fórmula de Pavlovsky (1924)...........................................................................41
Fórmula de Davis - Wilson................................................................................42
Fórmula de Punjab.............................................................................................42
Fórmula de Kostiakov.......................................................................................43
Fórmula de E. A. Moritz....................................................................................43
Pérdidas totales............................................................................................................44
Procedimiento de cálculo.............................................................................................45
Pérdidas en canales revestidos.....................................................................................46
Ejemplo de cálculo de pérdidas por infiltración en canales.........................................46
Problema propuesto.....................................................................................................60
Capítulo 3 Caídas....................................................................................................... 61
Definición....................................................................................................................61
Elementos de una caída vertical..................................................................................62
Procedimiento para el diseño de una caída sin obstáculos..........................................63
Ejemplo de diseño hidráulico de una caída.................................................................67
Problema propuesto.....................................................................................................71
Capítulo 4 Rápidas.................................................................................................... 73
Definición....................................................................................................................73
Datos de campo necesarios para el diseño hidráulico.................................................74
Elementos de una rápida..............................................................................................74
Procedimiento para el diseño de una rápida................................................................76
Ejemplo de diseño hidráulico de una rápida................................................................83
Problemas propuestos..................................................................................................97
Capítulo 5 Vertedero lateral................................................................................. 99
Definición................................................................................................................... 99
Fórmulas para un vertedero frontal de sección rectangular sin contracción..............102
Criterios de diseño.....................................................................................................103
Teorías para el diseño hidráulico...............................................................................104
Tipos de flujo en un vertedero lateral........................................................................104
Deducción de las fórmulas para el diseño de un vertedero lateral.............................106
Problemas por resolver en el diseño de un vertedero lateral.....................................109
Ejemplo de diseño hidráulico de un vertedero lateral...............................................116
Problema propuesto...................................................................................................119
8 • Máximo Villón Béjar •
Capítulo 6 Desarenadores...................................................................................121
Definición..................................................................................................................121
Clases de desarenadores............................................................................................122
Desarenadores de lavado intermitente.......................................................................122
Elementos de un desarenador ...................................................................................123
Consideraciones para el diseño hidráulico................................................................126
Ejemplo de diseño hidráulico de un desarenador......................................................138
Problema propuesto...................................................................................................148
Capítulo 7 Puente canal........................................................................................149
Estructuras de cruce...................................................................................................149
Elección del tipo de estructura...................................................................................150
Definición de un puente canal....................................................................................150
Elementos hidráulicos de un puente canal.................................................................151
Consideraciones para el diseño hidráulico................................................................152
Ejemplo de diseño hidráulico de un puente canal.....................................................157
Problema propuesto...................................................................................................166
Capítulo 8 Sifones invertidos.............................................................................167
Definición..................................................................................................................167
Partes de un sifón invertido.......................................................................................168
Cálculo hidráulico de un sifón invertido...................................................................171
Pérdidas en el sifón invertido....................................................................................172
Procedimiento de cálculo...........................................................................................176
Ejemplo de diseño hidráulico de un sifón invertido..................................................183
Problema propuesto...................................................................................................195
Capítulo 9 Alcantarillas........................................................................................197
Definición..................................................................................................................197
Consideraciones hidráulicas......................................................................................199
Procedimiento de cálculo...........................................................................................202
Ejemplo de diseño hidráulico de una alcantarilla......................................................206
Problema propuesto...................................................................................................210
Capítulo 10 Tomas laterales...............................................................................211
Definición..................................................................................................................211
Consideraciones hidráulicas......................................................................................213
Cálculos hidráulicos...................................................................................................213
Procedimiento de cálculo...........................................................................................218
Ejemplo de diseño hidráulico de una toma de canal..................................................220
Problema propuesto...................................................................................................223
• Diseño de estructuras hidráulicas • 9
Referencias.................................................................................................................225
Anexo............................................................................................................................227
Uso de GeoGebra.......................................................................................................227
Apéndice......................................................................................................................241
Fórmulas hidráulicas..................................................................................................241
Resalto hidráulico......................................................................................................255
Fuerza específica........................................................................................................256
Publicaciones del autor........................................................................................281
Software del autor...................................................................................................285
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