BAUTISTA SOSA JULIO ENTREGA FINAL HDR TRABAJO ESCALONADO

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Universidad de Piura 
Facultad de Ingeniería 
 
 
 
 
Piura, Noviembre de 2021 
Curso: Hidráulica 
Semestre: 2021- II 
Profesores: 
Jorge Demetrio Reyes Salazar 
Luis Angel Noblecilla Palomino 
Alumno: Julio Armando Bautista Sosa 
 
 
Trabajo Escalonado 
Segunda Parte 
pág. 2 
 
 
Índice 
Continuación Parte Practica ------------------------------------------------------------------------------------------- Pág. 3 
Continuación Parte Teórica ------------------------------------------------------------------------------------------ Pág. 56 
Modelación física y Numérica (Ansys y Hec Ras) -------------------------------------------------------------- Pág. 70 
Bibliografía ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Pág. 135 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
pág. 3 
 
 
Continuación Parte Practica 
Ejercicio N1 
Enunciado 
Un canal rectangular revestido tiene 2 metros de ancho, transporta un caudal de 8 m3/s. Tiene dos tramos: 
 El primero con una fuerte pendiente de 0.0708 y el segundo con una pendiente suave de 0.0006. 
Calcular los tirantes y ver si se produce salto hidráulico. 
 
Solución 
Este problema fue parte de una entrega así que se anexa el desarrollo escaneado. (Siguiente página) 
 
pág. 4 
 
 
pág. 5 
 
 
 
 
 
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Ejercicio N2 
Enunciado 
Un canal rectangular revestido tiene 3 metros de ancho, transporta un caudal de 10 m3/s. Tiene dos tramos: 
 El primero con una fuerte pendiente de 0.082 y el segundo con una pendiente de 0.002. 
Calcular los tirantes y ver si se produce salto hidráulico 
 
Solución 
Este problema fue parte de una entrega así que se anexa el desarrollo escaneado. (Siguiente página)
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pág. 9 
 
 
 
Ejercicio N3 
Enunciado 
Se tiene un tramo recto de un río, que tiene un ancho de 156.82 metros y transporta un caudal de 1982 m3 /s. La rugosidad 
del cauce se ha determinado en 0.024, el talud z=0 y la pendiente es 0.001. En este tramo se establece el régimen uniforme. 
Se proyecta construir una presa de 40 metros de altura con el objetivo de generar energía hidroeléctrica. Se solicita realizar 
el diseño de la poza disipadora de energía. 
 
Solución 
Se procede con el cálculo del tirante normal aguas abajo. 
 
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Se procede con el cálculo del tirante crítico. 
 
Ahora se dispone parte de la información hallada para poder seguir con los cálculos. 
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Figura 125. Representación del problema 
También podemos calcular los valores del tirante aplicando la ecuación de Manning: 
Q=
A*R
2
3*s0.5
η
 
1982=
156.82y*(
156.82y
156.82+2y
)
2
3
*0.0010.5
0.024
 
y=3.9601 m 
Para el cálculo del tirante crítico realizamos la siguiente operación: 
Q
2
g
=
A
3
T
 
19822
9.81
=
(156.82y)
3
156.82
 
y=1.5346 m 
 
Calculamos la energía de salida: 
Es=1099.5+3.96+
(
1982
156.82*3.96
)
2
2*g
 
Es=1099.5+3.96+0.519 
Es=1103.98 
pág. 12 
 
Aplicando la ecuación de la energía entre la sección C y la sección 1 
y
c
=2.535 m 
Vc=
1982
156.82*2.535
 
Vc=4.9864 m/s 
1140+2.535+
4.98642
2g
=Cpoza+d1+V1*
V1
2g
 
1143.804=Cpoza+d1+V1*
V1
2g
 
Cota poza asumida de 1092 msnm 
1143.804=1092+d1+V1*
V1
2g
 
d1=0.398m 
Aplicando la ecuación del movimiento obtenemos d2 =8.849 m 
V2=
1982
156.82*8.849
=1.428 m/s 
E2=1092+8.849+0.104=1100.953 m 
Energía en la sección 2 y en la salida 
1000.95<1103.98…. Poza muy profunda 
 
Cota de la poza 1095.5 msnm 
 
 
1143.804=1095.5+d1+V1*
V1
2g
 
d1=0.4123m 
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Figura 126. Anexo, Data obtenida de HCanales 
 
E2=1095.5+8.849+0.108=1104.29 m 
Como: 1104.29 >1103.98----------Profundizar poza 
Ejercicio N4 
Enunciado 
Calcular el caudal máximo que puede soportar el aliviadero de la figura. La longitud de dicho aliviadero es de 70 metros y 
ocupa todo el ancho del cauce. Los niveles naturales del Río en la sección 12, aguas debajo de la poza disipadora de energía 
son las siguientes: 
413.50 msnm es el fondo a la salida de la poza 
 
 
 
pág. 14 
 
 
 
Solución 
Caudal 800 m3/s, Tirante crítico 
 
Tirante crítico 2.3701 m 
Velocidad 4.8219 m/s 
Energía específica 3.5552 m 
Energía entre C y 1 
 
y1=0.6091m 
 
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Velocidad 1982/ (6.3144*156.82) = 1.8099 m/s 
V2/(2g) = 0.1670 m 
Energía 2 = 409.50 + 6.3144+0.167 
Energía 2 = 415.9814 m 
 
E1 = E2 +hf 
428.0552 = 409.50 + 6.3144+0.167 + hf 
428.0552 = 415.9814 + hf 
hf = 12.07 m 
Energía 2 = 409.50 +6.3144+{(1.8099*1.8099)/2g} 
Energía 2 = 415.9814 m 
 
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Tirante = 417.32 – 413.50 = 3.82 m 
Area = 3.82* 70 = 267.4 m2 
Velocidad = 800/267.4 = 2.99 
V2/(2g) = 0.4562 
Energía = 417.32 + 0.4562 = 417.7762 
 
 
Funciona bien para el caudal de 800 m3 /s porque la energía 415.98 m es menor a 417.77 m. 
Ejercicio N5 
Enunciado 
Determinar el caudal que circula por un canal rectangular de b = 1 m., en la que se está produciendo un resalto. Se sabe que 
la diferencia entre las profundidades conjugadas mayor y menor es de 0.96 metros y que la pérdida de energía en el resalto es 
de 0.04 m. 
 
Solución 
Usamos la ecuación de energía de Bernoulli 
pág. 17 
 
z1+y1+
v1
2
2g
=z2+y2+
v2
2
2g
+h (1) 
0+y
1
+
Q
2
2(9.81)(1*y
1
)
2
=0+y
2
+
Q
2
2(9.81)(1*y
2
)
2
+h (2) 
Donde: 
y
2
=y
1
+0.96 y reemplazando en (2) y despejando: 
Q=(
y
1
4+1.92y
1
3+0.922y
1
2
0.047(2.085y
1
+1)
)
0.5 
 (3) 
Aplicando la ecuación de cantidad de movimiento: 
Q
2
(9.81)(1*y
1
)
+
y
1
2
(1*y
1
)=
Q
2
(9.81)(1*y
2
)
+
y
2
2
(1*y
2
) 
Se tiene esta ecuación y conocida la relación entre y
1
y y
2
, se obtienen los siguientes valores: 
y
1
=1.94m, y
2
=2.90m y Q=11.53
m3
s
 
Ejercicio N6 
Enunciado 
Un canal de sección rectangular con base igual a 2 metros se conecta bruscamente aguas abajo a otro canal también de sección 
recta, pero de base de 1.6 metros. En tal cambio entre canales de distintas secciones se encuentra una grada positiva de 20 
cms. Si el caudal es de 10 m3/s y el tirante aguas arriba al cambio de sección es de 3 metros, hallar el tirante en el canal con 
base 1.6 m 
 
 
Solución 
Este problema fue parte de una entrega así que se anexa el desarrollo escaneado. 
pág. 18 
 
 
 
Además, tomamos como referencia lo explicado en clase para poder dar solución al problema. 
 
 
 
pág. 19 
 
 
pág. 20 
 
 
 
pág. 21 
 
 
pág. 22 
 
 
Este valor de 2.9747 servirá como valor de entrada en la curva del canal de 1.82m para dar correspondencia con el tirante y 
el y3 calculado anteriormente e igual a 2.661987. 
A continuación, se presentan diagramas de energía y se calcula el tirante buscado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
pág. 23 
 
 
 
Para canal de base 2.2 m 
 
 
 
 
 
 
pág. 24 
 
 
 
Para canal de base 1.82 m 
 
 
 
 
 
 
 
pág. 25 
 
 
Se da correspondencia entonces con el valor hallado con fórmulas en la parte inicial, por lo que la respuesta a la pregunta es 
2.661987m. 
 
Ejercicio N7 
Enunciado 
Un canal rectangular de 6.0 m de ancho conduce 6 m3 /s, sufre un angostamiento de 3 m y presenta en esta zona un tirante de 
1.0 m. 
 Calcular el tirante aguas arriba y aguas abajo del angostamiento. 
 Calcular las pérdidas de carga en la entrada y salida 
 
Solución 
Primero, aplicamos cantidad de movimiento para hallar y
1
: 
M1=M2 
Q
2
gA1
+y
2̅
A2=
Q
2
gA3
+y
3̅
A3 
62
9.81*6y
1
+
y
1
2
*3*y
1
=
62
9.81*3*1
+
1
2
*3*1 
0.611
y
1
+1.5y
1
2=1.223+1.5 
pág. 26 
 
0.611+1.5y
1
3=2.723 
y
1
=1.216 m 
 
Ahora aplicamos cantidad de movimiento para hallar el y
6
: 
 
M4=M5 
Q
2
gA4
+y
5̅
A5=
Q
2
gA6
+y
6̅
A6 
62
9.81*3*1
+
1
2
*1*6=
62
9.81*6*y
6
+
y
6
2
*6*y
6
 
1.223+3=
0.611
y
6
+3y
6
2 
4.223y
6
=0.611+3y
6
3 
y
6
=1.106 m 
 
Aplicando la ecuación de la energía, encontraremoslas perdidas: 
E1=E3+hf1-3 
1.215+ [
6
6*1.215
]
2
*
1
2*9.81
=1+ [
6
3*1
]
2
+hf1-3 
hf1-3=0.0457 m 
 
E3=E6+hf3-6 
hf3-6=0.0571 m 
 
Esquema de resultados de cálculo: 
 
 
 
 
Ejercicio N8 
pág. 27 
 
Enunciado 
Se desea determinar la altura de grada “a” de manera que la profundidad del escurrimiento sobre ella sea de 0.75m. La pérdida 
de energía entre (1) y (4) es 0.001 m/m en la rampa de subida en (4) no se producen pérdidas de energía. 
 
Solución 
Encontramos la energía en 5: 
Energía 5=0.56+0.8+
(
3
3*0.8
)
2
2*9.81
 
Energía 5=1.4396 m 
 
Como no hay perdidas en la subida, por ser gradual: Energía 5=Energía 4. 
Ahora, encontramos la energía en 3: 
Energía 3=Energía 4+hf1-4 
Energía 3=1.4396+0.001*100 
Energía 3=1.5396 m 
Calculamos el y
3
: 
E3=y3+
v3
2
2g
 
E3=y3+ [
3
3y
3
]
2
*
1
2*9.81
 
y
3
3-1.5396y
3
2+0.0509=0 
y
3
=1.5175 m 
 
Utilizando la ecuación de la cantidad de movimiento, calculamos finalmente la grada: 
Q
2
gA1
+y
2̅
A2=
Q
2
gA3
+y
3̅
A3 
32
(9.81)(0.75)(2.5)
+
(0.75+a)
2
(3)(0.75+a)=
32
(9.81)(1.517)(3)
+
(1.517)
2
(1.517)(3) 
pág. 28 
 
0.4893+1.5(0.75+a)2=0.202+3.452 
(0.75+a)2=2.109 
a=0.702 m 
Ejercicio N9 
Enunciado 
Se desea determinar la altura de grada “a” de manera que la profundidad del escurrimiento sobre ella sea de 0.80m. La pérdida 
de energía entre (1) y (4) es 0.0007 m/m en la rampa de subida en (4) no se producen pérdidas de energía. 
 
Solución 
Encontramos la energía en 5: 
Energía 5=0.56+0.8+
(
3
3*0.8
)
2
2*9.81
 
Energía 5=1.4396 m 
 
Como no hay perdidas en la subida, por ser gradual: Energía 5=Energía 4. 
Ahora, encontramos la energía en 3: 
Energía 3=Energía 4+hf1-4 
Energía 3=1.4396+0.0007*100 
Energía 3=1.5096 m 
Calculamos el y
3
: 
E3=y3+
v3
2
2g
 
E3=y3+ [
3
3y
3
]
2
*
1
2*9.81
 
y
3
3-1.5096y
3
2+0.0509=0 
y
3
=1.4866 m 
pág. 29 
 
 
Utilizando la ecuación de la cantidad de movimiento, calculamos finalmente la grada: 
Q
2
gA1
+y
2̅
A2=
Q
2
gA3
+y
3̅
A3 
32
(9.81)(0.8)(2.5)
+
(0.8+a)
2
(3)(0.8+a)=
32
(9.81)(1.4866)(3)
+
(1.4866)
2
(1.4866)(3) 
0.4587+1.5(0.8+a)2=0.2057+3.315 
(0.8+a)2=2.0413 
a=0.6287 m 
 
Ejercicio N10 
Enunciado 
Un canal rectangular transporta 4 m3/s y tiene 3 metros de ancho de solera, se conecta a un canal trapezoidal con una grada 
negativa de 0.2 m (el fondo baja). El canal trapezoidal tiene las siguientes características: 4 metros de base, taludes 1:1, 
rugosidad es 0.020 y pendiente longitudinal 0.0003. Se solicita: 
Calcular el tirante en la sección rectangular. 
 
 
Solución 
pág. 30 
 
 
Este ejercicio fue parte de una entrega de puntos adicionales, por lo que se adjunta la solución grafica realizada en Excel, 
luego la solución aplicando Cantidad de Movimiento. 
 
pág. 31 
 
 
Sabemos que el caudal es el mismo, entonces aplicaremos Manning para obtener el tirante en (3): 
Área hidráulica 
A3= (
b+T
2
) *y= (
4+(4+2.z.y
3
)
2
) *y
3
= (
8+2y
3
2
) *y
3
 
 
Perímetro mojado: 
PM=b+2y(1+z
2)
1
2=4+2y
3
(2)
1
2 
 
Radio hidráulico: 
pág. 32 
 
R=
AH
PM
=
(
8+2y
3
2
) *y
3
4+2y
3
(2)
1
2
=
(4+y
3
)y
3
4+2√2y
3
 
 
Usando Manning: 
Q=
A.R
2
3.S
1
2
n
⟹4=
(4+y
3
)y
3
. (
(4+y
3
)y
3
4+2√2y
3
)
2
3
.0,0003
1
2
0,02
 
 
Se obtiene: y
3
=1,077 m 
 
Por cantidad de movimiento: 
Q
2
gA1
+y
2̅
A2=
Q
2
gA3
+y
3̅
A3 
 
Analizaremos los términos por separado: 
Q
2
gA1
=
42
9.81(3*y
1
)
=
0.5437
y
1
 
 
y
2̅
=
y
3
(
2b+T
b+T
) =
(0.2+y
1
)
3
* (
2*4+ (4+2*1*(0.2+y
1
))
4+ (4+2*1*(0.2+y
1
))
) 
 
y
2̅
=
(0.2+y
1
)
3
* (
12+0.4+2y
1
8.4+2y
1
) 
 
 
A2= (
b+T
2
) *y= (
8.4+2y
1
2
) *(0.2+y
1
) 
 
A3= (
b+T
2
) *y= (
4+(4+2*1.077*1)
2
) *1.077=5.468 m2 
pág. 33 
 
 
Por tanto: 
Q
2
gA3
=
42
9.81(5.468)
=0.298 
 
y
3̅
A3=
y
3
3
(
2b+T
b+T
) *5.468= [
1.077
3
* (
2(4)+4+2*1.077
4+4+2*1.077
)] *5.468 
y
3̅
A3=2.736 
 
Tomando todas las ecuaciones, tenemos: 
0.5437
y
1
+
(0.2+y
1
)
3
* (
12+0.4+2y
1
8.4+2y
1
) * ((
8.4+2y
1
2
) *(0.2+y
1
)) =0.298+2.736 
y
1
=0.805 m 
Ejercicio N11 
Enunciado 
Un puente debe ser construido con la mínima longitud posible para no afectar las condiciones aguas arriba ni generar flujo 
supercrítico. 
Los datos son: 
 Caudal 200 m3 /s 
 Rugosidad 0.065 
 Pendiente 0.0008 
 Ancho solera 50 metros 
 
Solución 
Usando H-canales encontramos el tirante y
1
: 
 
 
 
 
 
 
 
pág. 34 
 
 
Con ecuación de la energía, tenemos: 
z1+y1+
v1
2
2g
=zc+yc+
vc
2
2g
 
 
Calculamos el z1: 
z1=0.0008*50=0.04 m 
 
Entonces: 
0.04+4.0174+
(
200
50*4.0174
)
2
2*9.81
=y
c
+
vc
2
2g
 
4.1079=
vc
2
2g
 
4.1079=
(
200
Lp*yc
)
2
2*9.81
…(1) 
 
Al tener dos incógnitas, aplicamos la fórmula del tirante crítico: 
Q
2
g
=
A
3
T
 
2002
9.81
=
(Lp*yc)
3
Lp
…(2) 
 
Igualando (1) y (2), tenemos: 
Lp=14.0897 m 
y
c
=2.7386 m 
 
 
 
 
 
pág. 35 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se ubica en la gráfica y observa un valor igual a 2.739 m 
Ejercicio N12 
Enunciado 
Se tiene un canal que transporta 1 m3 /s, ancho de solera 0.8 , talud z=1, rugosidad 0.015. Inicialmente tiene un tramo de 
0.0005 de pendiente y luego pasa a un tramo de 0.01 de pendiente. Calcular la curva que se forma en el segundo tramo 
 
Solución 
Tirante crítico 
 
Tirante Normal Tramo I 
0
1
2
3
4
5
6
7
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
Ti
ra
nt
e
Energía específica
Tirante vs Energía específica
pág. 36 
 
 
Tirante Normal Tramo II 
 
 
 
Cálculo curva tipo S2 
 
pág. 37 
 
 
Diseño del canal del Primer Tramo Usando Mínima infiltración 
 
Cálculo del tirante crítico 
 
Velocidad Crítica mayor que la velocidad máxima que resiste el material por lo tanto el segundo tramo será revestido de 
concreto 
Diseño del canal del Segundo Tramo Usando Máxima Eficiencia Hidráulica 
 
 
pág. 38 
 
 
 
 
Velocidad que resiste el material 1.9 m/s Si es necesario revestir parte del tramo I y todo el tramo II 
La longitud de revestimiento en el primer tramo 
 
 
Área = ( b+zy) y 
4.2105 = ( 1.6945 + 2 Y) Y 
Y = 1.0879 m Tirante que genera una velocidad de 1.9 m/s 
Cálculo curva tipo M2 
pág. 39 
 
 
Rugosidad 0.016 porque será revestido 
 
 
 
Ejercicio N13 
Enunciado 
Un canal rectangular tiene 1.15 m de ancho y rugosidad n= 0.015. En la sección C, existe una compuerta con abertura 0.30 
m y se ha formado un tirante aguas arriba de la compuerta de 4.07 metros. De acuerdo a la geometría de la compuerta se tiene 
un CC=0.611 ( coeficiente de contracción) y un CV= 0.98 ( coeficiente de velocidad) Se solicita: a) Realizar el trazado del 
eje hidráulico, indicar las curvas que se presentan. b) Indicar el tirante inicial y final de cada curva del apartado a). c) Calcular 
numéricamente las curvas en el tramo BC, que tiene 150 metros de longitud. 
 
Solución 
 Q=v×A 
pág. 40 
 
Q= [(CQ)√2×g×(H-
a
2
)] ×b×a ; CQ=CC×CV ; CC=0.611 ; CV=0.98 
CQ=0.611×0.98 
CQ=.59878 
 
 Q= [(0.59878)√2*9.81* (4.07- 0.3
2
)] *1.15*0.3 
Q=1.812 m
3
s⁄ 
 
 Hallamos y
c
: 
Q
2
g
=
A
3
T
 
1.8122
9.81
=
1.153*y
c
3
1.15
 
y
c
=0.633 m 
 
 Calculamos y
N
: y
N1
, y
N2
 (con ecuación de Manning: Q=
A*R
2/3
*S
1/2
n
) 
 
y
N1
: 1.812=
(
yN1*1.15)*(yN1*1.15)
2
3
(1.15+2yN1)
2
3
*0.00008
1
2
0.015
) 
 
y
N1
=4.165m→Flujo subcrítico:F<1 
VI=
1.812 
1.15*4.165
=0.378 m/s 
F=
0.378
√9.81*4.165
=0.06 
 
y
N2
: 1.812=
(
yN2*1.15)*(yN2*1.15)
2
3
(1.15+2yN2)
2
3
*0.15
1
2
0.015
) 
 
pág. 41 
 
y
N2
=0.212 m→Flujo supercrítico:F>1 
V2=
1.812 
1.15*y
N2
=7.432 m/s 
F=
7.432
√9.81*0.212
=5.15>1 
 
Cantidad de movimiento: “cálculo de Y2” (cambia de pendiente, sección se mantiene) 
Q
2
gA1
+y
1̅
A1=
Q
2
gA2
+y
2̅
A2 
1.8122
9.81*1.15*0.212
+
0.212
2
*1.15*0.212=
1.8122
9.81*1.15*y
2
+
y
2
2
*1.15*y
21.399=
0.291
y
2
+0.575y
2
2 
y
2
=1.44 m 
 
 Curva BD: S2 
-0.212+0.632
3
=0.14 
y
N2
=0.212 m 
 
y
i1
=0.212+0.14=0.352 m 
⋮ 
y
ij
=98%*0.632=0.61936 
 
 Curva DC: S1 
-1.44+4.07
3
=0.877 
y
2
=1.44 m 
y
i1
=1.44+0.877=2.317 m 
⋮ 
y
i3
=98%*4.07=3.988 m 
pág. 42 
 
y
H
=3.194+0.877=4.07 m 
 Curva S2: tramo B-C 
 
 
Longitud B-C= 31.76 m 
 
 Curva S1: Tramo B-C 
 
 
Longitud D-C= 17.212 m 
Ejercicio N14 
Enunciado 
Un canal trapezoidal tiene un ancho de solera b= 1.5 m, talud z= 1, pendiente longitudinal de 0.0002, caudal de 1.8 m
3
s⁄ , es 
no revestido con rugosidad de 0.026. 
Debido a características topográficas el canal aumenta su pendiente a 30%. 
Se solicita determinar: 
a) La distancia que deberá revestirse de concreto sabiendo que el material natural soporta hasta 1.3 m/s. 
b) La longitud total de la curva que se forma aguas arriba del cambio de pendiente. 
 
Solución 
pág. 43 
 
 Q=v×A 
1.8=1.3*(1.5+y
v
)*y
v
 
1.384=(1.5+y
v
)*y
v
 
y
v
=0.645 m 
 
 Calculamos el y
c
 
Q
2
g
=
A
3
T
 
1.82
9.81
=
(1.5+y
c
)
3
*y
c
3
1.5+2y
c
 
y
c
=0.472 m 
 
 Calculamos el y
N1
: 
1.812=
(
(yc+1.5)(yc)*(yc)*(yc+1.5))
2
3
(1.5+2yc√2)
2
3
*0.0002
1
2
0.026
) 
y
N1
=1.395 m 
 
a) Distancia para revestir de concreto: 
n=0.016 ; 
-0.472+0.45
5
=0.0346 
y
c
=0.472 
y
i1
=0.472+0.0346=0.5066 
 ⋮ 
y=0.6104+0.0346=0.645 m 
s=0.0002 
 
pág. 44 
 
 
La longitud que se revestirá con concreto es de 38.41m, sabiendo que el material soporta hasta 1.3 m/s. 
b) Longitud total de la curva: 
n=0.026 ; 
-0.645+1.395
6
=0.125 
y
V
=0.645 
y
i1
=0.645+0.125=0.77 
 ⋮ 
y
NI
=1.27+0.125=1.395 m 
s=0.0002 
 
 
La longitud total de la curva aguas arriba es de 4069.177 m aproximadamente. 
Ejercicio N15 
Enunciado 
Se han medido dos tirantes de agua en los puntos que se señalan en la siguiente figura. Se sabe que en el punto A se produce 
una caída libre. Determinar si es posible calcular el caudal que circula en dicho canal trapezoidal, con talud Z=1, de base 
b=5m, pendiente i=0.0001 y rugosidad n=0.016. Si fuera posible, presentar el gráfico final de la curva, identificando tipo, 
longitud, tirante natural, tirante crítico. 
pág. 45 
 
 
Solución 
Con H-canales y resalto hidráulico, calculamos el caudal: 
 
 
Ahora encontramos el valor del tirante normal y el tirante crítico: 
 
pág. 46 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ejercicio N16 
Enunciado 
Diseñar un sifón invertido en el cruce de un canal con la carretera Panamericana las características del cruce se presentan en 
la figura adjunta y las características del canal aguas arriba y aguas abajo son: 
Z = 1.4 
Q = 1.2 m3 /s S = 1.5 o/oo b = 0.80 m 
n = 0.024 
Y = 0.739 m 
pág. 47 
 
V = 0.89 m/s L 
 
Solución 
 
a pendiente aguas arriba y aguas abajo es de 1.5 o/oo y las cotas según el perfil del canal son: 
Km 2 + 050 = 12.164 m.s.n.m. 
Km 2 + 090 = 11.861 m.s.n.m. 
 
Asumimos la velocidad de 1.5m/s 
 
𝑄 
𝐴 = 
𝑉 
 
𝐴 = 
1.2 
= 0.80 𝑚2 
1.5 
 
Como el área es : 0.80 m2 
 
Di=1.01m; por lo tanto escogeremos Di=40”=1.01m 
 
 
pág. 48 
 
En este caso el diámetro elegido coincide con el área necesaria, por lo tanto, no será necesario un 
recálculo. 
V=1.50 m/s 
 
𝑇1 = 𝑏 + 2𝑧𝑦 = 0.80 + 2 ∗ 1.4 ∗ 0.739 = 2.87𝑚 
 
𝑇2 = 1.01𝑚 
 
 
𝐿𝑓 = 
2.87 − 1.01 
 
 
𝑎 
2 𝑡𝑎𝑔 (2) 
 
 
𝐿𝑓 = 
2.87 − 1.01 
 
 
2 𝑡𝑎𝑔 (
50
) 
2 
 
𝐿𝑓 = 1.994𝑚 
Además la longitud de la transición de entrada debe ser Lt=4DI 
Lt=4.04m 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
pág. 49 
 
 
 
pág. 50 
 
 
 
 
 
Cota 1=12.164-S.L 
 
Cota 1=12.164-0.0015*(20-6-4.89-4.04) 
 
Cota 1=12.156msnm 
 
Del Km.2+050 al punto 1 según la figura adjunta, hay 5.07m, luego la cota de fondo en 1 será: 
12.164-(5.07*0.0015)=12.156msnm 
El nivel de agua en 1: 12.156+0.739=12.895 m.s.n.m 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
pág. 51 
 
 
 
Hallamos la cota en el fondo de 2: 
 
 
 
Cota en el fondo de 2: 12.895-(Hte+1.5hv) 
 
1.01 
𝐻𝑡𝑒 = cos(12°) 
 
𝐻𝑡𝑒 = 1.032 
 
𝑉2 𝑉2 
1.5 ∗ 𝐻 = 1.5 ∗ ( 𝑡 − 1 ) 
𝑣 2 ∗ 𝑔 2 ∗ 𝑔 
 
1.5 ∗ 𝐻𝑣 = 1.5 ∗ (0.1146 − 0.040372) 
 
1.5 ∗ 𝐻𝑣 = 0.1113 
 
 
233 
pág. 52 
 
Entonces, la cota de fondo en 2 es 11.7517 m.s.n.m 
 
 
 
Cota de fondo en 3 
 
𝛼 = 12º escogido previamente 
h = 5 sen 12º 
h = 1.04 m 
 
Luego : 11.7517- 1.04 = 10.712 
 
Cota de fondo 3: 10.712 m.s.n.m. 6) 
Cota de fondo en 4 
Longitud de tubo horizontal: 12 m. 12 * 0.005 = 0.06 10.712 - 0.06 = 10.652 
Cota de Fondo en 4: 10.652 m.s.n.m. 
Cota de fondo en 5 
h = 4 sen 12º 
h = 0.8316 m 
 
Luego: 10.652 + 0.8316 = 11.484 
 
Cota de Fondo 5: 11.484 m.s.n.m. 
Cota de fondo en 6 
pág. 53 
 
La distancia de la sección 6 al Km 2+090 
20- (6+3.912+4.04) = 6.048 
La cota de fondo en 6 es: 11.861 + (0.0015x 6.048) = 11.87 m.s.n.m. 
 
La mayor diferencia entre las secciones 1 y 2 en la entrada debe ser 3/4 D y en la salida 1/2 D; 
luego: en la salida: 1.01/2 = 0.505, de otro lado se tiene que la cota en 6 será 11.87 m.s.n.m. 
Cota 6 - Cota 5 = 11.87 - 11.484 = 0.386 m. 
 
Carga hidráulica disponible = E1 – E6 
 
Cota 1 + Tirante + V2 /2g = 12.156 + 0.739 + 0.0403 = 12.9353 m.s.n.m. 
 
Cota 6 + Tirante + v2 /2g = 11.87 + 0.739 + 0.0403 = 12.6493 m.s.n.m. 
 
Carga disponible = 0.286 m. 
 
Tomando nuestros valores tendremos que: Velocidad 1.50 m/s 
Diámetro 1.01 m 
e para hormigón 1.2 mm 
 
Re= 1 515 000 (agua a temperatura de 20°C) 
 
Verificamos que se trata de un flujo turbulento Aplicando la fórmula: 
 
 
𝑓 = 
0.25 
10−3 
 
 5.74 2 
(log (1.2 ∗ 3.7 ∗ 1.01 + 1510000.9
)
 
 
 
 
 
𝑓 = 0.0207𝑚 
 
𝐿 = 21.0 𝑚 
 
𝐷 = 1.01𝑚 
 
 
pág. 54 
 
𝑡 
𝑡 
 
ℎ𝑓 
𝐿 
= 𝑓 ∗ 
𝐷 
 𝑉
2 
∗ 
2 ∗ 𝑔 
 
22 
ℎ𝑓 = 0.022 ∗ 
1.01 
∗ 0.1146 
 
ℎ𝑓 = 0.05491 
 
Posteriormente calculamos las pérdidas debido a los codos: 
 
 
 
12 
2 ∗ (0.25√ 
90 
 𝑉
2 
∗ = 0.021 
2 ∗ 𝑔 
pág. 55 
 
 
 
 
Las pérdidas totales son: 
0.02969+0.0482482+0.05491+0.021=0.1538 
Para una mayor seguridad las pérdidas totales se 
incrementan en un 10% Luego: 1.1*0.1657=0.1692m 
Podemos deducir que la carga disponible menos las pérdidas 
totales son de: 0.286-0.1692=0.117m 
Lo que significa que no habrá problema hidráulico. 
 
El proyecto trazado, se considera la solución al problema puesto que cumple con 
los requisitos hidráulicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
pág. 56 
 
 
Continuación Parte Teórica 
Flujo gradualmente variado 
y, A, n, So, V varían gradualmente a lo largo del canal. 
Pendiente Suave 
 
 
 
 
 
pág. 57 
 
 
 
 
 
pág. 58 
 
 
 
 
 
pág. 59 
 
 
 
 
pág. 60 
 
 
 
 
 
Pendiente Pronunciada – Fuerte 
pág. 61 
 
 
 
 
pág. 62 
 
 
 
 
 
Hidráulica de Canales 
 
pág. 63 
 
 
 
 
Caso a 
pág. 64 
 
 
 
Caso c 
 
Caso d 
 
Caso e 
 
Caso g 
 
Caso h 
pág. 65 
 
 
 
 
 
 
Caso i 
 
Caso j 
 
Caso k 
pág. 66 
 
 
 
 
Reservorio elevado de la universidad de Piura 
Como parte de la ampliación y mejora de su infraestructura, la Universidad de Piura decidió construir un 
reservorio elevado de 100 m3 a 25 metros de altura, cuyas características se muestran en la fig. 01. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Por razones de costos, dado el diseño singular del reservorio construir, fue necesario introducir técnicas 
novedosas en el Perú para su construcción. 
El terreno de cimentación es arena densa con una capacidad portante de 1.2 𝑘𝑔/𝑐𝑚2. El fuste, o cilindro de 
apoyo, está constituido por un cilindro de 2.36 metros, de diámetro interior y paredes de 0.25 metros de espesor 
pág. 67 
 
 
y 26 metros de altura. la cuba es una estructura de 4.64 metros de altura con un diámetro superior de 11 metros, 
dispare desde 0.2 metros de espesor con 1 peso de 64 toneladas. el fondo fue concebidocomo una losa en la 
cual se apoya una chimenea de 0.8 metros de diámetro interior. La cobertura se forma con una losa plana 
apoyada en las paredes de la cuba y en la chimenea. 
La construcción del depósito de agua o cuba suponía el empleo de un andamio de soporte de 25 metros de 
altura sobre el cual se encontraría la estructura tronco-cónica del reservorio. El llenado de concreto debe ser 
hecho en una sola jornada continua para evitar juntas por donde pueda haber filtraciones. Estos requisitos son 
prácticamente imposibles de conseguir en la ciudad de Piura a un costo razonable. (andamios y bomba de 
concreto deberán ser llevados desde Lima para un volumen de concreto relativamente pequeño). 
el constructor cuenta con equipo de gatas para encofrado deslizante, de la patente Bygging, y con la posibilidad 
de usar gatas para elevación de cargas pesadas (Heavy Lifting) de la misma patente, compuesta por 4 gatas de 
32 toneladas cada una y 40 barras de levantamiento de 2.5 metros cada una, que se ensamblan entre sí con 
conectores roscados y están accionadas por una bomba central hidráulica. el empleo de este equipo permitiría 
un ahorro importante de los costos del proceso constructivo coma por lo que se decidió rediseñar la estructura 
del reservorio de manera que se pudiera construir en las siguientes etapas: 
 
_ Cimentación, siguiendo procedimientos convencionales. 
_ Fuste, utilizando encofrados deslizantes. 
_ Cuba (paredes interiores), prefabricada a nivel del terreno. 
_ Izaje de la Cuba a su nivel final. 
_ Construcción de la losa de fondo, chimenea y losa superior, siguiendo procedimientos convencionales. 
De esta forma se podría construir las paredes Exteriores de la Cuba en el nivel del terreno y luego subirla hasta 
fijarla en su nivel definitivo. Con la cuba en su nivel coma se construye la losa inferior que además de dar 
hermeticidad al reservorio servirá para soportar la cuba. 
 Se lograría si un ahorro considerable de encofrado coma la ventaja de un mejor control en la colocación del 
concreto y la factibilidad de su colocación sin equipos sofisticados. La operación del levantamiento se realizaría 
por medio de las 4 gatas ubicadas en los extremos de 2 vigas metálicas en la cota +26.0 m y +26.90 m, apoyará 
sobre 4 columnas metálicas cuyas planchas de apoyo quedarán claras en las paredes del fuste. 
un sistema de intercomunicación con equipos portátiles permitirá el enlace entre las personas encargadas de la 
operación del levantamiento ubicadas en el nivel del terreno y en la plataforma superior. Como solamente se 
cuenta con 100 metros de barras de izage, y se requiere 110 metros como mínimo coma es necesario usar 
Adicionalmente a las barras un cable de acero de 1 ½’’. Este cable se reemplazará en el nivel +2.70 cuando se 
recuperen las primeras 4 barras de izaje. 
Concebida en esta forma la construcción, ella se llevó a cabo en las siguientes etapas: 
1. Ejecutará la excavación coma se construye la cimentación con sistema convencional. 
pág. 68 
 
 
2. El fuste fue construido con encofrado deslizante coma para lo cual se empleó 5 gatas de 3 toneladas 
cada una. La velocidad promedio del levantamiento fue de 0.22 metros por hora. Les esbeltez de la 
constructora obligó a tomar cuidadosas medidas de control para evitar el giro del encofrado y el 
desplome. 
3. Llegado al nivel +24.70m se procedió a colocar las 4 columnas metálicas (tubos de 4’’ y paredes de 
3/8’’) fijadas a planchas de anclaje de ¾’’ dejadas en las paredes del fuste y en posición 
diametralmente opuestas. las columnas se arriostraron con tubos de 3’’ en el sentido de los diámetros, 
y con fierros de 1’’ formando un cuadrado. 
4. Construcción de la plataforma en los niveles 26.90m para control de las gatas, y en la cota +23.50m. 
se bajaron las barras de izaje desde cada una de las gatas. 
5. Colocación de las 4 gatas y conexión a la bomba central en la cota +23.50m. Se bajaron las barras de 
izaje desde cada una de las gatas. 
6. Se construyó la loza de fondo qué sirve para dar hermeticidad al reservorio y apoyo a la cuba. las 
gatas continúan trabajando y se soltarán una vez que la loza de fondo del reservorio haya llegado a 
una resistencia mínima de 180 𝑘𝑔/𝑐𝑚2. 
7. Para finalmente después de soltar las gatas desarmar la estructura provisional y se construye la 
chimenea y la loza superior con encofrados convencionales que se apoyan en la cuba. 
El diseño del reservorio fue hecho por el Ing. Luis Zegarra C. la construcción y adecuación del sistema 
constructivo fue realizado por Alberto Llave S.A. y el personal empleado es íntegramente nacional. 
 
 
 
 
Poechos 
 
Presa Poechos 
Ubicada en el cauce del río Chira a 40 Km al Nor Este de la Ciudad de Sullana. Es una presa de 
tierra de tipo terraplenado con una altura máxima de 48 m., y con cota en la corona de la presa de 
108 m.s.n.m. La integran, el Dique Principal que cierra el lecho del río Chira, los diques laterales 
Izquierdo y Derecho; formando, un embalse de 1,000 MMC de capacidad. 
Estructuras de operación y seguridad de Poechos 
 Aliviadero de emergencia 
Localizado en el dique izquierdo de la Presa. Es un solado de concreto de 400 m. de 
longitud con muros laterales, tiene 4 cuerpos individuales de 100 m. c/u, sobre el cual 
existe un relleno fusible de tierra provisto para ser erosionado cuando las aguas excedan 
al nivel máximo de seguridad de la presa (105 m.s.n.m.). La capacidad máxima de 
descarga es de 10,000 m3/seg. 
pág. 69 
 
 
 Canal de derivación Chira-Piura 
Ubicado en el dique izquierdo de la Presa, tiene dos compuertas radiales al final de dos 
conductos de 2.4 m de diámetro. El canal es de sección trapezoidal totalmente revestido 
de concreto, su capacidad máxima es de 70 m3/Seg. y 54 Km de longitud 
 
 Salida de Fondo 
Estructura de concreto armado con blindaje. Tiene 300 m3/Seg de capacidad y 415 m de 
longitud. Consta de compuertas de rueda de 4.50 m de diámetro, válvula de mariposa y 
compuerta radial. Con salidas a los canales laterales Miguel Checa y Huaypirá. 
 Aliviadero de compuertas 
Constituido por tres compuertas radiales, de 10 m, de ancho por 12 m. de altura y 210 
toneladas de peso c/u. La función del aliviadero es controlar las descargas de agua hacia 
el río Chira en época de avenidas. Su capacidad máxima de descarga por el aliviadero 
principal de compuertas, es de 5,500 m3/Seg 
 
Canal de Derivación Daniel Escobar de 4 km de longitud y 70 m3/s de capacidad. 
Trasvasa agua del río Chira al río Piura. 
Canal Parales de 8 km de longitud y 4.8 m3/s de capacidad para irrigar 5,514 ha. 
Canal Paralelo Cieneguillo de 7.8 km de longitud y 6.2 m3/s de capacidad para irrigar 
5,422 ha. 
En esta primera etapa se construyeron 452 km de drenes troncales en el Bajo Piura y de 
18 km de defensas contra inundaciones en puntos críticos del valle del Bajo Piura 
 
 
 
 
 
 
 
Vista de Presa Poechos 
 
 
pág. 70 
 
 
Modelación física y Numérica (Ansys y Hec Ras) 
Antes de ver las ventajas y desventajas de ambas modelaciones, es preciso entender de que trata cada uno de 
estos. 
 
Modelación numérica Modelación física 
Un modelo numérico es la respuesta del uso de 
un software, de una herramienta informática en 
la que es posible describir el comportamiento 
del agua, por ejemplo, dentro de una estructura 
hidráulica. El modelo numérico, también es 
una representación, pero utiliza un conjunto de 
comandos en base a fórmulas matemáticas 
para poder simular intangiblemente el 
comportamiento de una materia. 
Tal como se conoce, un modelo físico es una 
representación a escala, un prototipo, una 
maqueta, por decirlo de un modo más simple. 
Los modelos físicos constituyen una poderosa 
herramienta para el diseño y optimización de 
obras hidráulicas de gran envergadura y 
complejidad en lo referente a su implantación 
y funcionamiento. 
 
 Modelación física 
 Modelación numérica 
pág. 71 
 
 
Acontinuación se detallan las ventajas y desventajas para cada modelación. 
pág. 72 
 
 
Modelación numérica Modelación física 
Ventajas 
 Entre las ventajas de la modelación 
matemática se pueden destacar la 
reducción de tiempo, casi inmediata al 
disponer de la tecnología necesaria, y 
reducción de costes de ejecución frente a 
los modelos físicos. Además permite 
abordar estudios con mayor generalidad 
que posibilitan acotar el estudio, aunque 
con menor precisión que la modelación 
física. 
 La modelación numérica genera, 
además, información para todo el 
dominio de cálculo. También posibilita 
observar y analizar muchas variables del 
flujo como la velocidad, la presión, la 
disipación turbulenta, entre otras. 
 Simplificación de las técnicas de 
instrumentación, toma de datos y 
posterior tratamiento y almacenamiento 
de la información registrada, lo que 
facilita enormemente el uso de los 
modelos numéricos en el campo de la 
ingeniería del agua, abriendo un camino 
imparable en el futuro. 
 Nosotros podemos experimentar, una 
vez que se ha logrado representar la 
realidad, con nuestro modelo numérico y 
luego recién construir modelos físicos 
para estudiar situaciones concretas. 
 La modelación física, por su parte, 
sigue presentando importantes 
ventajas frente a la numérica, como 
por ejemplo, el no estar limitados 
por la potencia de cálculo, una mejor 
aproximación al proceso físico, al no 
tener que emplear métodos 
numéricos para resolver las 
ecuaciones que rigen el problema. 
 Una inmediata interacción con el 
modelo que facilita la búsqueda de 
mejoras hidráulicas y además 
permite visualizar e interpretar 
fenómenos hidráulicos de gran 
complejidad. 
 En la etapa de proyecto permite 
visualizar el funcionamiento de la 
futura obra ante las condiciones de 
diseño previstas, así como, otras más 
desfavorables para su estabilidad o 
buen funcionamiento, debido a que 
se controlan ciertos parámetros que 
hace posible modelar escenarios que 
en prototipo, tienen una 
probabilidad de ocurrencia muy 
pequeña. 
 En la evaluación de obras ya 
construidas que presentan 
problemas de diseño o 
funcionamiento, nos ayuda a 
representar y analizar con mayor 
detalle, dichos problemas, para 
determinar la solución más 
conveniente, teniendo en cuenta que 
la intervención de obras en 
funcionamiento, es compleja e 
involucran a diversos factores que 
muchas veces escapan a lo 
netamente técnico. 
pág. 73 
 
 
Desventajas 
 En el modelo numérico la realidad se 
representa mediante un conjunto de 
variables y parámetros, por lo que se 
tiene la desventaja de que no se puede 
interpretar de modo sencillo. 
 Los resultados de la modelación 
numérica son numéricos; por tanto, 
surge el peligro de atribuir a los números 
un grado mayor de validez y precisión. 
 Convergencia lenta, se requiere de 
mucho recurso computacional, 
conocimientos sólidos de lenguajes de 
programación. Lleva tiempo el 
desarrollo del modelo. 
 Una posible desventaja serían los costos 
muy elevados de los módulos para un 
mejor desempeño del software, en la 
capacitación y para la actualización de 
licencias. 
 La mayor limitación para realizar un 
modelo físico es el alto costo en su 
implantación, lugar físico, 
instalaciones y tiempo de 
construcción. 
 La observación y cuantificación de 
ciertos fenómenos puede resultar 
muy difícil en los modelos físicos. 
Ello no significa que los modelos 
numéricos puedan sustituirlos en 
cualquier tipo de obra hidráulica, 
sino por el contrario, pueden 
complementarse aprovechando la 
potencialidad que cada uno posee. 
 El modelado permite observar 
mayor realidad, pero hay fuerzas 
que no se pueden representar al 
reducir el tamaño de la realidad que 
representan. 
 
Además se consideró oportuno ver la interacción que tiene cada modelación en el diseño de obras hidráulicas, 
lo cual en específico, es nuestro tema de mayor interés, por lo que se buscó complementar brevemente con 2 
publicaciones científicas. 
http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/122420 
Autores: López Fernández, Alfredo R. | Ruiz Díaz Cardoso, Adriana M. | Dios, Mariano de | Liscia, Sergio Oscar 
2018 
 
Resumen: 
La modelación física es una herramienta poderosa para el diseño, verificación y optimización de grandes obras 
hidráulicas y la historia del arte demuestra una nutrida trayectoria en la investigación científica, así como para 
proporcionar soluciones técnicas a problemas existentes o prever futuros. 
http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/122420
http://sedici.unlp.edu.ar/discover?filtertype=author&filter_relational_operator=equals&filter=L%C3%B3pez%20Fern%C3%A1ndez%2C%20Alfredo%20R
http://sedici.unlp.edu.ar/discover?filtertype=author&filter_relational_operator=equals&filter=Ruiz%20D%C3%ADaz%20Cardoso%2C%20Adriana%20M
pág. 74 
 
 
Al tener un modelo numérico validado y un modelo físico optimizado, se tiene una metodología de trabajo 
conjunta donde si es necesario modelar varios escenario o geometrías, el modelo físico presenta mayor 
factibilidad ya que los resultados de una modificación pueden verse casi en el instante, mientras que una 
simulación matemática podrá llevar horas, días hasta semanas. Así como la modelación numérica 
complementa los resultados de una modelación física ya que los detalles en la representación son excelentes, 
abarcando prácticamente cualquier punto estudiado que se desee analizar. 
 
 
https://1library.co/document/download/q765ooky?page=1 
Autores: Balairón, L., López, D., Morán, R., Ramos, T. y Toledo, M.A 2014 
 
Resumen: 
En este aspecto, la modelación física, utilizando los resultados parciales de la simulación numérica previa, 
puede aportar la información que la hidráulica computacional necesita, iniciando un proceso de realimentación 
cíclica que permite mejorar la calidad de la información obtenida con ambas herramientas y avanzar hacia una 
solución extrapolable con la máxima fiabilidad al prototipo cuyo funcionamiento se estudia. 
 
También en esta parte del trabajo escalonado se presentan los modelados y simulaciones en ANSYS y HEC 
RAS, pero como estas fueran entregas, adjuntaremos las partes más importantes, esto es Resultados y 
Conclusiones de cada modelado numérico. 
 
 
 
 
 
 
 
https://1library.co/document/download/q765ooky?page=1
pág. 75 
 
 
 
 
 
 
 
 
Modelación en Ansys – Resultados y Conclusiones 
Resultados Ansys 
 Ventana de edición y visualización de resultados 
 
 
 
pág. 76 
 
 
 
pág. 77 
 
 
 
 Vectores de Velocidad, Detalles y visualización de GRAFICOVECTOR 
pág. 78 
 
 
 
pág. 79 
 
 
 
 
En cierta zona hay un pequeño resalto hidráulico, en esa zona hay caídas, las mayores velocidades están en 
dichas caídas. 
 
 Perfil de velocidad y presión : Entrada del río 
pág. 80 
 
 
 
 
Perfil de Velocidad para Entrada del río 
pág. 81 
 
 
 
 
Perfil de Presiones para Entrada del río 
pág. 82 
 
 
 
 Perfil de velocidad y presión : Salida del río 
pág. 83 
 
 
 
Perfil de Velocidad para Salida del río 
pág. 84 
 
 
 
 
Perfil de Velocidad para Salida del río a más detalle 
pág. 85 
 
 
 
pág. 86 
 
 
 
Perfil de Presiones para Salida del río 
 
pág. 87 
 
 
 Perfil de presiones : Pared de Concreto 
pág. 88 
 
 
 
Perfil de Presiones para Pared de Concreto (Lateral 1) 
Hay mayor presión en la entrada porque la altura de agua es más grande. 
 
 
Perfil de Presiones para Pared de Concreto (Lateral 2) 
pág. 89 
 
 
 Perfil de Velocidad: Creación de un nuevo plano 
 
 
pág. 90 
 
 
 Perfil de Velocidad: Plano Longitudinal 
 
 
pág. 91 
 
 
Perfil de Velocidad (Vista 1) 
pág. 92 
 
 
 
Perfil de Velocidad (Vista 2) 
 
 Fracción de Volumen: Plano Longitudinal 
 
pág. 93 
 
 
 
 
A la entrada hay zonas de velocidad 0, pues hay partículas estabilizadas, y estastienen velocidad 0. 
 
 Líneas de corriente 
pág. 94 
 
 
 
pág. 95 
 
 
 
 
Hay algunas líneas que no tienen el comportamiento adecuado, líneas que se van hacia arriba y también 
discontinuidad, estos son resultados que no están acorde a la realidad. 
 
 Volumen de Velocidad: Fracción de Volumen 
 
pág. 96 
 
 
 
 
 Superficies: Velocidad 
 
pág. 97 
 
 
Regiones con velocidad de agua igual a 1 m/s 
 
pág. 98 
 
 
 
Regiones con velocidad de agua igual a 1 m/s 
 
 
Regiones con velocidad de agua igual a 4 m/s (Principalmente en la zona de caída) 
pág. 99 
 
 
 
pág. 100 
 
 
 
Regiones con velocidad de agua igual a 4 m/s 
 
Regiones con velocidad de agua igual a 6 m/s 
Se va visualizando solo en la caída y posa disipadora 
pág. 101 
 
 
 
pág. 102 
 
 
 
Regiones con velocidad de agua igual a 6 m/s 
 
 Cálculo de Velocidad Promedio 
pág. 103 
 
 
 
pág. 104 
 
Conclusiones Ansys 
 
 La modelación numérica realizada estuvo limitada por la versión del software con la que se cuenta, 
esto es, en la cantidad total de elementos de división, que como máximo son 500 mil, por lo que se 
cuidó la cantidad total de volúmenes de control, para evitar problemas con la continuidad del 
proceso de simulación. Esto condiciono a que los resultados no sean tan acordes a la realidad y sea 
evidenciado en cierta data y graficas obtenidas. 
 La simulación del proyecto se fijó hasta la iteración 800, esto es porque el número de iteraciones 
está relacionado directamente con el tiempo de simulación, además con la configuración fijada no 
se iba a poder controlar el criterio de los residuos, por lo que se controló con ese máximo de 
iteraciones, esto es parte del control de convergencia, convergencia de control de 1 a 800. 
 Para trabajos de modelación futuros en proyectos hidráulicos se sugiere tener licencia del software 
y capacidad computacional para generar la malla, permitiendo así utilizar elementos de menor 
tamaño generalmente de 0.1, 0.2 o 0.3, y si estos trabajos son más rigurosos, y de mayor 
investigación, se puede fijar un máximo de iteraciones mayor al del ejemplo realizado, y en conjunto 
tengamos mejores resultados. 
 El estudio de calidad de malla presentado es correcto y aceptable, esto es importante para el 
desarrollo del modelado, se cumplió principalmente con los parámetros de calidad de elemento, la 
calidad, razón de aspecto, oblicuidad y calidad ortogonal. Siempre ha de evaluarse cada parámetro, 
y en función de lo aceptable que sea, mejor es el elemento y el mallado. 
 No se llegó a la convergencia de los imbalances, esto es, que todas las gráficas tiendan a 0, y por el 
que se evalúa si efectivamente todo el volumen de agua que entra es el mismo volumen de agua que 
sale, y como no hubo convergencia, solo las gráficas de momento están cerca al valor 0, y las 
gráficas de masa y continuidad aun no convergen a 0. 
 Cuando se encuentra resultados que no están acorde a la realidad, significa que algún dato de 
propiedad está mal ingresado, que el método de mallado no es el adecuado, o que simplemente no 
ha terminado de converger, en algún grafico de resultados me debe mostrar ese déficit que estoy 
teniendo en mi modelación. 
 En el gráfico obtenido para las líneas de corriente de la velocidad del agua se evidencia el déficit en 
la modelación, asociado al mallado y convergencia, pues se observan líneas que no tienen un 
comportamiento adecuado, líneas que se direccionan de forma variable y que no tienen relación con 
el movimiento real del fluido, además se observan discontinuidades en las líneas de corriente para 
ciertas partes del trayecto. 
 En proyectos de modelación futuros se ha de tomar en cuenta que hay varios puntos para controlar 
la simulación, está el método del mallado, calidad de malla, el control de convergencia, ya sea por 
residuos promedios, por residuos máximos, por cantidad máxima de iteraciones o imbalances, hay 
varios puntos que controlan la simulación, y se varía algo de lo señalado, cuando al final los 
resultados no están acorde a la realidad. 
 Se identifican 2 tramos en la poza, uno antes y después de la caída, antes de la caída, en la zona de 
entrada se visualizan zonas de velocidad de agua 0, aun cuando existe agua en esa parte, y esto es 
porque en la parte de la entrada se crea tipo un embalse, hay partículas que están estabilizadas y por 
pág. 105 
 
tanto tienen velocidad 0. En tanto que la presión, es mayor en esa parte (a la entrada) porque en ese 
punto hay mayor altura de agua. 
 Una poza disipadora presenta en las zonas donde hay caída y resalto hidráulico, velocidades que son 
erosivas y por eso, esas zonas de caída se construyen de concreto, incluso de concreto armado, 
revestida, debido a que el flujo llega con velocidades máximas y puede erosionar el suelo. 
 La velocidad a la salida salió muy pequeña porque es un promedio, y el software está leyendo toda 
la cara de la salida, sin embargo la mayor parte de velocidad del agua en esa cara era 0, se tendría 
que calcular el tirante de salida, dividir esa geometría, y solo trabajar esa división como salida, ahí 
estamos logrando que la region que es de aire no se tome en cuenta en el cálculo. 
 Las gráficas de fracción de volumen relacionan a 2 fluidos, agua y aire. Para la obtención de gráficas 
es preciso ingresar valores correctos para ambos fluidos, tales como la densidad, además observar 
bien la interacción y definir el grado de participación en cada una de la estructura hidráulica, 
ejemplificando, se tiene en la superficie libre, valor de 1 para el aire y 0 para el agua. Es importante 
tomar en cuenta la fracción de volumen en toda obra hidráulica. 
 Se sugiere un mallado mixto como mejor opción para la configuración dentro del modelo, una malla 
mixta sería ideal en curvas pues permite optimizar el mallado y permite la obtención de resultados 
más verdaderos y realistas. 
 El diseño definitivo de la poza , deberá cumplirá con las propiedades de disipación de energía 
requeridas para la seguridad de las estructuras, disminuir tanto velocidades como erosiones y tener 
mayor concordancia en los parámetros hidráulicos, el análisis obtenido para este caso es regular, 
pero no el óptimo, por las limitaciones mencionadas. 
 
Modelación en Hec Ras – Resultados y Conclusiones 
Resultados Hec Ras 
Previo a la comparación y presentación de resultados es importante mencionar que para este caso se me asigno 
un caudal Q2=15 m^3/s además del visto en clase Q1=8 m^3/s. 
Las siguientes capturas dan validez de la simulación realizada, para los caudales asignados y a partir de la 
cual se obtienen los diferentes resultados, graficas, tablas y más de interés. 
 
 
 
pág. 106 
 
 
pág. 107 
 
 
 
 
 
1) Cross Section Q1 y Q2 
 
Comparación teórica, Cross Section (para estación 4) 
 La cantidad de energía será mayor cuando el caudal es Q2=15 m^3/s en comparación 
con el caudal Q1= 8 m^3/s 
 El tirante normal es mayor al tirante crítico, por la formación de una curva M en la 
estación de estudio 
 
Comparación grafica 
Grafica Cross Section Combinada (Q1=8 m^3/s y Q2=15 m^3/s) 
Para mejor interpretación de resultados, igualmente se presentan graficas individuales 
pág. 108 
 
 
Grafica Cross Section Q1=8 m^3/s 
 
 
Grafica Cross Section Q2=15 m^3/s 
 
 
 
Comparación teórica, Cross Section (para estación 3) 
pág. 109 
 
 La cantidad de energía será mayor cuando el caudal es Q2=15 m^3/s en comparación 
con el caudal Q1= 8 m^3/s 
 El tirante normal y crítico tienen el mismo valor; ello indicaría que en esa zona hay 
un cambio de curva de M a S 
Comparación grafica 
pág. 110 
 
 
Grafica Cross Section Combinada (Q1=8 m^3/s y Q2=15 m^3/s) 
 
 
Para mejor interpretación de resultados, igualmente se presentan graficas individuales 
Grafica Cross Section Q1=8 m^3/s 
pág. 111 
 
 
Grafica Cross Section Q2=15 m^3/s 
 
 
 
Comparación teórica, Cross Section(para estación 2.6250) 
 La cantidad de energía será mayor cuando el caudal es Q2=15 m^3/s en comparación 
con el caudal Q1= 8 m^3/s 
 Para el caudal Q1=8 m^3/s y para el caudal Q2=15 m /̂s el tirante normal es menor 
que el tirante crítico y por ende se forma una curva M 
 El tirante normal para el caudal Q1=8m^3/s es menor con respecto al del caudal 
Q2=15 m^3/s. 
 
Comparación grafica 
 
 
 
 
pág. 112 
 
 
 
Grafica Cross Section Combinada (Q1=8 m^3/s y Q2=15 m^3/s) 
pág. 113 
 
Para mejor interpretación de resultados, igualmente se presentan graficas individuales 
 
Grafica Cross Section Q1= 8m^3/s 
 
Grafica Cross Section Q2=15 m^3/s 
 
 
 
 
 
pág. 114 
 
Comparación teórica, Cross Section (para estación 2) 
 La cantidad de energía será mayor cuando el caudal es Q2=15 m^3/s en comparación 
con el caudal Q1= 8m^3/s ; en esta estación se forma una curva tipo S para ambos 
caudales. 
pág. 115 
 
Comparación grafica 
 
Grafica Cross Section Combinada (Q1= 8m^3/s y Q2= 15m^3/s) 
Para mejor interpretación de resultados, igualmente se presentan graficas individuales 
 
Grafica Cross Section Q1=8 m^3/s 
pág. 116 
 
 
Grafica Cross Section Q2=15 m^3/s 
 
 
 
Comparación teórica, Cross Section (para estación 1) 
 La curva que se forma con los 2 caudales analizados es tipo S y que la energía es 
mayor cuando para el caudal Q2=15 m^3/s en comparación con el caudal Q1= 8 
m/s. También para los tirantes normales se observa la misma tendencia, esto es que 
para el caudal Q1=15 m^3/s es mayor el tirante normal. 
 
 
 
Comparación grafica 
pág. 117 
 
 
Grafica Cross Section Combinada (Q1= 8m^3/s y Q2=15 m^3/s) 
pág. 118 
 
Para mejor interpretación de resultados, igualmente se presentan graficas individuales 
 
Grafica Cross Section Q1= 8m^3/s 
 
Grafica Cross Section Q2=15 m^3/s 
2) Profile Plot Q1 y Q2 
pág. 119 
 
 
 
Grafica Profile Plot Q1= 8m^3/s (Vista general) 
 
 
 
Grafica Profile Plot Q1=15 m^3/s (Vista general) 
 
Comparación teórica, Profile Plot 
pág. 120 
 
 Para los caudales utilizados Q1=8 m^3/s y 15 m^3/s en el tramo superior se forma 
una curva M y en los tramos restantes se forma una curva tipo S 
 Se observa que salvo el en tramo superior, en los demás tramos el tirante crítico está 
por encima del tirante normal. 
 
3) General Profile Plot Q1 y Q2 
Comparación grafica 
pág. 121 
 
 
 
Main Channel Distance vs Vel para caudales Q1 y Q2 
 
 
 
Main Channel Distance vs Área para caudales Q1 y Q2 
pág. 122 
 
 
 
Main Channel Distance vs E.G.Elev para caudales Q1 y Q2 
 
Main Channel Distance vs Vel Total para caudales Q1 y Q2 
 
 
 
Comparación teórica, General Profile Plot 
pág. 123 
 
 La gráfica de la distancia del canal principal vs velocidad; hay una tendencia basada 
en que el canal donde hay mayor caudal tenga una mayor velocidad 
 En la gráfica de distancia del canal principal vs área en la rápida cuando el agua fluye 
a un caudal de Q1=8m^3/s y 15 m^3/s; ambos gráficos tienen un comportamiento 
similar. El área para los 0 metros donde el agua fluye a Q1=8m^3/s es de 1.2 m^2 y 
para Q2=15 m^3/s el área a los 0 metros es 1.7m^2 aproximadamente. 
 Para la gráfica distancia de canal principal vs E.G elevación se observa un aumento 
progresivo no lineal de E.G elevación con respecto a la distancia de canal principal. 
pág. 124 
 
4) Rating Curve Q1 y Q2 
 
 
pág. 125 
 
 
 
 
Comparación teórica, Rating Curve 
 En las gráficas Qtotal vs WS Elev se observa una relación lineal entre ambos 
parámetros de crecimiento. Es decir, ambos parámetros son directamente 
proporcionales tanto para el caudal Q1=8 m^3/s y el de Q2=15 m^3/s. 
 
5) Perspective Plot Q1 y Q2 
pág. 126 
 
 
 
pág. 127 
 
 
 
6) Tabla de resultados Q1 y Q2 
 Tablas para Q1 (general y por estaciones) 
pág. 128 
 
 
 
 
 
pág. 129 
 
 
 
 
 Tablas para Q2 (general y por estaciones) 
pág. 130 
 
 
 
pág. 131 
 
 
 
 
 
pág. 132 
 
Comparación teórica, Resultados por secciones 
 Para el tramo 4, observamos que para los dos caudales analizados el agua no genera 
daños a rápida. 
 Observamos que para los otros tramos el programa identifica problemas para ambos 
caudales, indica que las secciones seleccionas no son suficientes para hacer un buen 
estudio y análisis, en algunos casos son necesarias más o menos secciones. 
pág. 133 
 
 Conclusiones Hec Ras 
 
 Respecto al tiempo de simulación del HEC RAS en comparación con el del software 
ANSYS es mucho más corto, además la interacción con el espacio de trabajo es más fácil y 
no hay muchas limitaciones respecto al modelado o licencias. 
 Se observó que el HEC-RAS la geometría asignada fue desde aguas abajo hacia aguas 
arriba, por ello la primera sección con la que se trabajó fue la sección de salida. 
 El software ANSYS nos da resultados más completos, esto es porque nos permite modelar 
la interacción de 2 fluidos que abundan en la rápida como es el agua y el aire. 
 Cuando se fija la condición de flujo subcrítico en el modelado del HEC RAS, le decimos al 
programa que obligadamente nos de los mejores resultados, pero solo de las zonas donde 
hay flujo suscritico, los demás como se está trabajando como condición de flujo crítico, 
dejarlos como condición crítica, el régimen subcrítico lo describe a la perfección. 
 Cuando se fija la condición de flujo supercrítico en el modelado del HEC RAS, solo describe 
a la perfección la condición supercrítica. 
 Para la presente modelación se fijó la condición de flujo mixto, nos da la simulación correcta 
 Los resultados arrojados por HEC RAS son dados por tamos; lo que nos permite tener 
mayor conocimiento de lo que sucede en cada tramo. 
 Depende de las cantidades de divisiones, con más cantidad de secciones podemos tener 
mayor detalle de lo que sucede en cada tramo y del modelado en general. 
 HEC RAS a diferencia de ANSYS es menos gráfico; no obstante, si nos da parámetros para 
poder tener información si se puede o no dar una inundación en la zona del proyecto. 
 
pág. 134 
 
 Una poza disipadora presenta en las zonas donde hay caída y resalto hidráulico, velocidades que 
son erosivas y por eso, esas zonas de caída se construyen de concreto, incluso de concreto armado, 
revestida, debido a que el flujo llega con velocidades máximas y puede erosionar el suelo. 
 La velocidad a la salida salió muy pequeña porque es un promedio, y el software está leyendo toda 
la cara de la salida, sin embargo la mayor parte de velocidad del agua en esa cara era 0, se tendría 
que calcular el tirante de salida, dividir esa geometría, y solo trabajar esa división como salida, ahí 
estamos logrando que la region que es de aire no se tome en cuenta en el cálculo. 
 Las gráficas de fracción de volumen relacionan a 2 fluidos, agua y aire. Para la obtención de gráficas 
es preciso ingresar valores correctos para ambos fluidos, tales como la densidad, además observar 
bien la interacción y definir el grado de participación en cada una de la estructura hidráulica, 
ejemplificando, se tiene en la superficie libre, valor de 1 para el aire y 0 para el agua. Es importante 
tomar en cuenta la fracción de volumen en toda obra hidráulica. 
 Se sugiere un mallado mixto como mejor opción para la configuración dentro del modelo, una malla 
mixta sería ideal en curvas pues permite optimizar el mallado y permite la obtención de resultados 
más verdaderos y realistas. 
 El diseño definitivo de la poza , deberá cumplirá con las propiedades de disipación de energía 
requeridas para la seguridad de las estructuras, disminuir tanto velocidades como erosiones y tener 
mayor concordancia en los parámetros hidráulicos, el análisis obtenido para este caso es regular, 
pero no el óptimo, por las limitaciones mencionadas. 
 
 
 
 
 
 
 
Bibliografía y links de interés 
Principalmente de: 
Material de clase, Diapositivas del Curso de Hidráulica, 2021. 
Otros: 
 http://www.ana.gob.pe/noticia/reservorio-poechos-en-piura-garantiza-disponibilidad-del-recurso-hidrico-para-diferentes 
 https://es.wikipedia.org/wiki/Reservorio_de_Poechos 
 http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/122420 
 https://1library.co/document/download/q765ooky?page=1 
 
http://www.ana.gob.pe/noticia/reservorio-poechos-en-piura-garantiza-disponibilidad-del-recurso-hidrico-para-diferentes
http://www.ana.gob.pe/noticia/reservorio-poechos-en-piura-garantiza-disponibilidad-del-recurso-hidrico-para-diferentes
https://es.wikipedia.org/wiki/Reservorio_de_Poechos
http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/122420
https://1library.co/document/download/q765ooky?page=1