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7.71. Introducción a la Hidráulica Fluvial (Obligatorio)

7.71.1. Justificación ↑ Volver arriba

Introducción a la Hidráulica Fluvial cubre el comportamiento de los cauces naturales bajo la acción del flujo y el transporte de sedimentos: desde la erosión de cuencas y las propiedades de los sedimentos, pasando por el cálculo del transporte de fondo, en suspensión y total, hasta el análisis de la socavación y la morfología fluvial mediante herramientas como la balanza de Lane. El curso culmina con el diseño de obras de estabilización de cauces y protección de riberas, la gestión de la sedimentación de embalses, y una introducción a la navegación fluvial.

7.71.2. Objetivos Generales ↑ Volver arriba

1. Analizar el transporte de sedimentos de fondo, en suspensión y total en canales aluviales.
2. Calcular la socavación general y local, y analizar la morfología y estabilidad de cauces fluviales.
3. Diseñar obras de estabilización de cauces y protección de riberas.
4. Evaluar la sedimentación de embalses y los fundamentos de la navegación fluvial.

7.71.3. Contribución a los resultados (Outcomes) ↑ Volver arriba

ABET-1) Habilidad para identificar, formular y resolver problemas complejos de ingeniería aplicando principios de ingeniería, ciencias y matemáticas. (Usage)

ABET-2) Habilidad para aplicar el diseño en ingeniería y producir soluciones que satisfagan necesidades específicas considerando la salud pública, seguridad y bienestar, así como factores globales, culturales, sociales, ambientales y económicos. (Usage)

7.71.4. Contenido ↑ Volver arriba

7.71.4.1. Introducción a la Hidráulica Fluvial (2 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Julien, 2010)

Temas

1. Alcance y objetivos del curso de Hidráulica Fluvial.

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Describir el alcance de la ingeniería fluvial y su rol en la ingeniería de recursos hídricos [Familiarizarse].

7.71.4.2. Transporte de Sedimentos en Canales Aluviales (22 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Julien, 2010; García, 2008)

Temas

1. Erosión de cuencas y producción de sedimentos
2. Propiedades físicas de los sedimentos: tamaño, forma, densidad y velocidad de caída
3. Flujo en canales de arena y grava y formas de fondo asociadas
4. Resistencia al flujo en canales aluviales
5. Condición de inicio del movimiento y diseño de canales erosionables
6. Fundamentos y técnicas de medición del transporte de sedimentos
7. Transporte de sedimentos de fondo
8. Transporte de sedimentos en suspensión
9. Ingreso de sedimentos en bocatomas y estructuras de captación
10. Fórmulas de transporte de sedimentos total

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Explicar los procesos de erosión de cuencas y su relación con la producción de sedimentos [Familiarizarse]
2. Clasificar sedimentos según sus propiedades físicas y estimar su velocidad de caída [Usar]
3. Determinar la condición de inicio del movimiento en un canal aluvial dado [Evaluar]
4. Calcular la resistencia al flujo en un canal aluvial considerando las formas de fondo [Usar]
5. Estimar las tasas de transporte de sedimentos de fondo y en suspensión usando fórmulas estándar [Evaluar]
6. Aplicar fórmulas de transporte total de sedimentos a un problema de diseño de canal aluvial [Usar]
7. Evaluar el ingreso de sedimentos a una bocatoma y proponer medidas de exclusión [Evaluar]

7.71.4.3. Flujo en Canales Abiertos y Mecánica Fluvial (8 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Chow, 1959)

Temas

1. Clasificación del flujo en cauces y elementos hidráulicos
2. Principios de energía y cantidad de movimiento en canales abiertos
3. Flujo uniforme y ecuación de Manning
4. Flujo crítico y conceptos de energía específica
5. Perfiles de flujo gradualmente variado
6. Salto hidráulico y flujo rápidamente variado
7. Diseño de cauces para conducción estable
8. Transporte de sedimentos en canales abiertos
9. Morfología fluvial y estabilidad de cauces
10. Análisis de socavación y medidas de protección

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Clasificar regímenes de flujo en canales abiertos y calcular elementos hidráulicos [Familiarizarse]
2. Aplicar ecuaciones de energía y cantidad de movimiento para resolver problemas de flujo en cauces [Evaluar]
3. Calcular tirante normal y caudal usando la ecuación de Manning [Usar]
4. Determinar tirante crítico y analizar relaciones de energía específica [Evaluar]
5. Calcular perfiles de flujo gradualmente variado usando métodos estándar [Usar]
6. Analizar saltos hidráulicos y calcular la disipación de energía [Evaluar]
7. Diseñar cauces estables con secciones transversales y revestimientos apropiados [Usar]
8. Estimar tasas de transporte de sedimentos en cauces aluviales [Evaluar]
9. Evaluar la estabilidad de cauces fluviales y el potencial de erosión de riberas [Familiarizarse]
10. Predecir profundidades de socavación en estructuras hidráulicas y diseñar protección [Evaluar]

7.71.4.4. Diseño de Estructuras Hidráulicas (2 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Novak et al., 2007)

Temas

1. Tipos de presas y criterios de selección
2. Hidráulica y diseño de vertedores
3. Ecuaciones de flujo para aliviaderos y compuertas
4. Disipación de energía y diseño de pozos de amortiguación
5. Hidráulica y diseño de alcantarillas
6. Análisis de seguridad de presas y evaluación de riesgos
7. Obras de salida y estructuras de control
8. Facilidades de paso de peces e hidráulica ambiental
9. Análisis y prevención de cavitación
10. Modelación física hidráulica y efectos de escala

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Clasificar tipos de presas y seleccionar configuraciones apropiadas para condiciones del sitio [Familiarizarse]
2. Diseñar vertedores para capacidad de descarga de crecidas [Evaluar]
3. Calcular descarga sobre aliviaderos y a través de compuertas [Usar]
4. Dimensionar estructuras de disipación de energía y pozos de amortiguación [Evaluar]
5. Analizar la hidráulica de alcantarillas para control de entrada y salida [Usar]
6. Realizar evaluaciones de seguridad de presas y clasificación de peligros [Evaluar]
7. Diseñar obras de salida, incluyendo estructuras de toma y conductos [Usar]
8. Incorporar requisitos de paso de peces en el diseño de estructuras hidráulicas [Evaluar]
9. Evaluar el potencial de cavitación y diseñar medidas preventivas [Usar]
10. Interpretar resultados de modelos físicos y aplicar correcciones de escala [Evaluar]

7.71.4.5. Socavación y Morfología Fluvial (26 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (García, 2008; Julien, 2010)

Temas

1. Fundamentos de la socavación y cambios de elevación de largo plazo del lecho
2. Cálculo de la socavación general
3. Socavación local por contracción, curvas y confluencias
4. Socavación local en pilares y estribos de puentes
5. Ciclos y procesos de la morfología fluvial
6. Forma, geometría y estabilidad de canales aluviales
7. Balanza de Lane: respuesta cualitativa del cauce y modelamiento
8. Interacción entre infraestructura vial y cauces naturales

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Calcular la profundidad de socavación general en un tramo de cauce [Evaluar]
2. Determinar la socavación local por contracción y en pilares y estribos de un puente [Usar]
3. Analizar los cambios de elevación de largo plazo de un lecho fluvial [Evaluar]
4. Describir los ciclos y procesos que gobiernan la morfología de un cauce aluvial [Familiarizarse]
5. Aplicar la balanza de Lane para predecir la respuesta cualitativa de un cauce ante cambios en sus variables [Usar]
6. Evaluar problemas de interacción entre infraestructura vial y cauces naturales [Evaluar]

7.71.4.6. Ingeniería Fluvial (24 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (García, 2008)

Temas

1. Estabilización de cauces: criterios y ejemplos de diseño
2. Estructuras de control para la protección de riberas
3. Diseño de enrocado (riprap), gaviones y filtros de protección
4. Consideraciones prácticas de diseño de obras de protección fluvial
5. Sedimentación de embalses y volumen muerto
6. Eficiencia de retención y manejo de la sedimentación en embalses
7. Bases analíticas de la navegación fluvial
8. Paradigmas de navegación fluvial y acondicionamiento portuario

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Diseñar una obra de estabilización de cauce para un tramo dado [Usar]
2. Seleccionar y dimensionar estructuras de protección de riberas (enrocado, gaviones, filtros) [Evaluar]
3. Aplicar consideraciones prácticas de diseño a un caso conceptual de protección fluvial [Usar]
4. Estimar el volumen muerto y la vida útil de un embalse por sedimentación [Evaluar]
5. Evaluar la eficiencia de retención de sedimentos de un embalse y proponer medidas de manejo [Usar]
6. Explicar las bases analíticas de la navegación fluvial y su acondicionamiento portuario [Familiarizarse]

7.71.5. Referencias Bibliográficas ↑ Volver arriba

Julien, P. Y. (2010). Erosion and Sedimentation. Cambridge University Press, 2nd edition.

García, M. H. (2008). Sedimentation Engineering: Processes, Measurements, Modeling, and Practice. ASCE Manuals and Reports on Engineering Practice No. 110.

Chow, V. T. (1959). Open-Channel Hydraulics. McGraw-Hill.

Novak, P., Moffat, A. I. B., Nalluri, C., and Narayanan, R. (2007). Hydraulic Structures. Taylor & Francis, 4th edition.