Estructuras Hidraulicas - Ing ArbuluRamos

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Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 1 
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ 
GALLO 
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL SISTEMAS Y 
ARQUITECTURA 
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL 
 
ESTRUCTURAS HIDRAULICAS 
 
ING. JOSE ARBULU RAMOS 
 
 
 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 2 
INDICE 
CAPITULO I …………………………………………………………………………………………………… 3 
 
 TRANSIONES 
 DISIPASODADORES DE ENERGIA 
 ALIVIADERO LATERAL 
CAPITULO II …………………………………………………………………………………………………… 19 
 CAÍDAS VERTICALES 
 CAIDAS INCLINADAS 
CAPITULO III …………………………………………………………………………………………………... 36 
 ALCANTARILLAS 
 SIFONES 
 ALIVIADERO TIPO SIFON 
CAPITULO IV …………………………………………………………………………………………………… 55 
 TOMAS LATERALES 
 VERTEDOROS 
CAPITULO V …………………………………………………………………………………………………… 74 
 AFORADOR PARSHALL 
 TOMA AFORADOR PARSHAL 
CAPITULO VI …………………………………………………………………………………………………… 
 PARTIDORES 
 RETENCIONES 
CAPITULO VII …………………………………………………………………………………………………… 
 BADENES 
 CUNETAS 
CAPITULO VIII …………………………………………………………………………………………………… 
 ESTRUCTURAS DE PROTECCIÓN.- MUROS DE CONTENCIÓN 
 PROTECCIÓN ROCOSA EN OBRAS DE ARTE 
CAPITULO IX ……………………………………………………………………………………………………. 
 CRITERIOS DE DISEÑO EN CANALES 
CAPITULO X …………………………………………………………………………………………………… 
 PILARES DE PUENTE 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPITULO I 
 TRANSIONES 
 DISIPASODADORES DE ENERGIA 
 ALIVIADERO LATERAL 
 
Estructuras Hidráulicas 
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TRANSICIONES 
Las transiciones son estructuras que empalman tramos de 
canales que tienen secciones transversales diferentes en 
forma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de sección 
rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de 
sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de 
ancho b2, etc. 
Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que 
se van a empalmar son de baja pendiente, con régimen 
subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por 
cambio de sección son relativamente pequeñas. 
Cuando la transición se coloca en tramos de alta 
pendiente, en régimen supercrítico, las pérdidas 
hidráulicas son altas y no son cuantificables con buena 
precisión, lo cual hace que los cálculos hidráulicos no 
resulten aceptables. En esta circunstancia es 
recomendable diseñar la transición con ayuda de un 
modelo hidráulico. 
La transición en un canal es una estructura diseñada para 
cambiar la forma o el área de la sección transversal del 
flujo. En condiciones normales de diseño e instalación 
prácticamente todos los canales y canaletas requieren 
alguna estructura de transición desde los cursos de agua 
y hacia ellos. La función de una estructura de este tipo es 
evitar pérdidas de energía excesivas, eliminar ondas 
cruzadas y otras turbulencias y dar seguridad a la 
estructura y al curso del agua. 
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. 
I. TIPOS DE TRANSICIÓN 
De acuerdo a su forma, las transiciones se pueden 
considerar de tres tipos: 
1) Transiciones biplanares o a base de planos 
2) Transiciones regladas 
3) Transiciones alabeadas 
1) Transiciones Biplanares 
Las transiciones biplanares, denominadas también a base 
de planos, son aquellas que están formadas por dos 
planos, que según la figura, uno de ellos es el que va de la 
iniciación de la transición (Talud del canal, línea AB), 
hasta terminar en un punto (C) en la parte inferior 
del término de la transición, este plano es ABC. El 
otro plano es el que principia en un punto (A) al inicio de la 
transición y termina en la línea formada por uno de los 
lados de la transición (línea DC) al final de ésta, el plano 
es ADC, Para su trazo este tipo de transiciones no 
requiere de cálculo alguno. 
 
Fig. Nº01 
En las transiciones biplanares se hace un cálculo 
hidráulico sencillo para obtener las pérdidas de carga: 
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Perdida de carga por transición entrada 
- Perdida de carga por entrada = 
Donde: 
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 
- Perdida de carga por entrada = 
Perdida de carga por transición de salida 
- Perdida de carga por salida = 
Donde: 
Ve = carga de velocidad en la estructura 
Vc= carga de velocidad en el canal 
Kte = coeficiente de perdida de carga en transición de 
entrada = 0.5 
- Perdida de carga por entrada = 
2) Transiciones Regladas 
La transición reglada es aquella que 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, según se observa en la 
figura. Para su trazo, este tipo de transiciones no necesita de 
cálculos complicados. 
 
Fig. Nº02 
 
Perdida de carga por transición entrada 
- Perdida de carga por entrada = 
Donde: 
Ve = carga de velocidad en la estructura 
Vc= carga de velocidad en el canal 
Kte = coeficiente de pérdida de carga en transición de 
entrada = 0.2 
Perdida de carga por entrada = 
Perdida de carga por transición de salida 
- Perdida de carga por salida = 
Donde: 
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 
- Perdida de carga por entrada = 
3) Transiciones Alabeadas 
La transición alabeada es aquella que 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 
- Perdida de carga por entrada = 
Donde: 
 
Fig. Nº03: Longitud en trancision alabeada de seccion 
trapeciala rectangular 
 
Ve = carga de velocidad en la estructura 
Vc= carga de velocidad en el canal 
Kte = coeficiente de pérdida de carga en transición de 
entrada = 0.1 
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- Perdida de carga por entrada = 
 
Perdida de carga por transición de salida 
- Perdida de carga por salida = 
Donde: 
Ve = carga de velocidad en la estructura 
Vc= carga de velocidad en el canal 
Kte = coeficiente de pérdida de carga en transición de 
entrada = 0.2 
- Perdida de carga por entrada = 
II. DISEÑO DE TRANSICIONES: 
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. Este 
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. Para el estudio del 
perfil de la superficie libre en una transición suponemos 
que la pérdida de carga es despreciable. En consecuencia 
cualquiera que sea la transición se tendrá que entre dos 
secciones 1 y 2 la ecuación de la energía es: 
 
En ambas secciones debe cumplirse la ecuaciónde 
continuidad. 
 
 
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. 
 
 
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'. Según experiencias obtenidas 
desde la antigua Comisión Nacional de Irrigación, el ángulo 
puede ser aumentado hasta 22°30', sin que el cambio de 
secciones en la transición sea brusco y con el cual se reduce 
ligeramente el costo de las mismas. 
CRITERIOS DE HINDS 
 La longitud queda dada por la formula: 
 
La longitud de la transición se obtiene de acuerdo al criterio 
de J. Hinds, que consiste en considerar que el ángulo que 
debe formar la intersecion de la superficie del agua y la 
pared en el principio y fin de transicion con el eje de la 
estructura en 22°30. 
 
 
 
Fig. Nº04 
 
 
a) LA COMISON NACIONAL DE IRRIGACION 
MEXICANA: Según experiencias obtenidas desde 
la antigua Comisión Nacional de Irrigación, dicho 
ángulo se considera: 
 α = 11° 
 
b) USBR : según la UNITED STATES BUREAU 
OF RECLAMATION, considera dicho ángulo: 
 
 α = 12°30 
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c) OTROS INVESTIGADORES 
Recomiendan α=12°30 
Para que el coeficiente “k” de la perdida de carga 
por transición sea mínima: 
 
 
d) USANDO PLANTILLA 
En algunos casos se cumple. 
 
B=PLANTILLA DE CANAL MAYOR 
B=plantilla de canal menor 
 
 
Ejercicio de aplicación: 
1. Determinar la longitud de transición para el siguiente 
cambio de sección de un canal. 
Datos: 
Q = 15 m3/s 
 
 
Fig. Nº05 
 
Sección 1: 
Tirante = 1.3 
Ancho solera = 4.5 
Talud = 2 
 Sección 2: 
 Tirante = 1.3 
Ancho de solera = 3.5 
Talud = 0 
 
DESARROLLO 
i. Calculo de espejos de agua para las dos secciones: 
Sección 1: 
T = 4.5 + 2x1.3x2 = 9.7 
Sección 2: 
T = 3.5 
 Calculo de la longitud de transición por Hinds. α= 22.5 
L = = 7.48 
 Calculo de la longitud de transición por comisión 
nacional de irrigacion α= 11 
L = = 15.95 
 Calculo de la longitud de transición por comisión 
nacional de irrigación α= 12.5 
L = = 13.98 
 
ii. Calcular la longitud de transición para la entrada de un 
canal trapezoidal a una alcantarilla de sección 
rectangular sabiendo que el caudal es igual a 8 m3/s. 
cálculo según Hinds. 
Datos: 
Sección trapezoidal: 
Tirante = 0.7 
Ancho solera = 0.5 
Talud = 1 
Sección alcantarilla: 
Tirante = 1.7 
Ancho solera = 0.5 
DESARROLLO 
Calculo de espejos de agua para las dos secciones: 
Sección 1: 
T = 0.5 + 2x1x0.7 = 1.9 
Sección 2: 
T = 0.5 
 Calculo de la longitud de transición por Hinds. α= 
22.5 
L = = 1.7 m 
 
 
 
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DISIPADORES DE ENERGIA 
La disipación de la energía cinética que adquiere un flujo 
en su descenso. Esta situación se presenta en vertederos 
de excedencias, estructuras de caída, desfogues de 
fondo, bocatomas, salidas de alcantarillas, etc. 
El objetivo de estos disipadores es reducir la velocidad y 
pasar el flujo de régimen supercrítico a subcrítico. 
La disipación de la energía cinética puede lograrse 
aplicando diferentes medidas, a saber: generación de 
resalto hidráulico, impacto o incremento de la rugosidad 
 
 
TIPOS DE ACCESORIOS QUE SE EMPLEAN EN LOS 
DISIPADORES DE ENERGÍA: 
a) Dientes deflectores 
Son aquellos elementos que se ubican a la entrada del 
estanque, para fragmentar el chorro e incrementar la 
profundidad del flujo que entra a dicha estructura.. 
 
b) Dados amortiguadores 
Los dados amortiguadores son instalados en el estanque 
principalmente para estabilizar la formación del salto 
hidráulico e incrementar la turbulencia del flujo, con lo cual 
se logra una mejor disipación de la energía. 
 
 c) Umbral Terminal 
Son aquellos umbrales que se construyen al final del 
estanque con el propósito de controlar la erosión que se 
producirá en el lecho del río. Las pruebas de laboratorio 
indican que este elemento terminal, incrementa la eficiencia 
del estanque pues reducen apreciablemente la erosión del 
cauce aguas abajo 
 
Fig. Nº06 
 
 
Fig. Nº07 
 
ESTANQUES AMORTIGUADORES DE LA U.S.B.R. 
De acuerdo a la clasificación del U.S. Bureau of 
Reclamation, existen cinco tipos de estanques 
amortiguadores: 
TIPO I 
Los estanques de tipo I deben ser utilizados cuando el 
número de Froude Fr 1 es menor a 1.7, sin embargo en la 
práctica este límite puede extenderse a 2.5 
 
Fig. Nº08 
 
 
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Fig. Nº09 
 
TIPO II 
Este tipo de disipadores son utilizados cuando el número de 
Froude esta por encima de 4.5 o velocidades mayores a 15 
m/s. 
 
 
 
TIPO III 
Los estanques tipo III son utilizados en pequeños 
vertederos, estructuras de salida, y en pequeñas estructuras 
de canal donde v1 no excede de 15 a 18 m/s y el número de 
Froude Fr1>4.5. 
 
 
TIPO IV 
Cuando el número de Froude está comprendido entre 2.5 y 
4.5, se producirá un resalto oscilante en el estanque 
amortiguador, el cual genera una onda que es difícil de 
atenuar. El estanque amortiguador tipo IV se diseña para 
combatir este problema eliminando la onda en su fuente. 
 
 
CRITERIOS DE DISEÑO 
PASOS A SEGUIR 
1º. Cálculo de la velocidad a la entrada del 
estanque V1 
V1 = q / Y1 
 
2º. Cálculo del número de Froude a la entrada del 
estanque Fr1 
 
3º. Una vez calculado el número de Froude 
Se analiza qué tipo de salto va a tener lugar en el 
estanque y a partir de aquél se decide el tipo de 
estanque a diseñar. 
a) Si 2,5 < Fr1 < 4,5 Salto oscilante se diseña un 
estanque tipo Tipo IV 
b) Si Fr1 > 4,5 Salto estable entonces: 
- Si V1 < 15 m/s se diseña un Estanque Tipo II 
- Si V1 > 15 m/s se diseña un Estanque Tipo III 
 
 
 
 
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DISEÑO DE UN ESTANQUE TIPO II (FR1 > 4.5), (V1 < 
15 M/S) 
1º. Calcular del valor de TA de la siguiente ecuación 
 
TA = Y1 (1,420 Fr1 - 0,604) 
 
2º. Calculo del tirante conjugado (Y2) 
 
3º. Determinar la longitud del estanque 
amortiguador (LII) 
LII = Y2 (1,62 + 0,178 Fr1 - 0,007 Fr12) 
 
4º. Cálculo de las dimensiones de los dientes 
deflectores. 
Altura = Y1 
Ancho = Y1 
Largo = Y1 
Espacio Fraccional = 0,5 Y1 
 
5º. Cálculo del número de dientes (n). 
 n=b/ (2Y1) 
 Donde b = es el ancho del estanque 
 
6º. Cálculo de las dimensiones de los dados 
amortiguadores. 
 
 a) Cálculo de h3 de la siguiente expresión: 
h3 = Y1 (0,545 + 0,175 Fr1) 
 
b) Cálculo de las dimensiones de los dados 
amortiguadores 
Altura = h3 
Ancho = 0,75 h3 
Largo = 1,2 h3 
Ancho superior = 0,2 h3 
Espacio entre dados = 0,75 h3 
Espacio Fraccional = 0,375 h3 
Ubicación = 0,8 d2 
Donde 
 
c) Cálculo del número de dados amortiguadores (n) 
n = b / (1,5 h3) 
 
7º. Cálculo de las dimensiones del umbral terminal. 
a. Cálculo de h4 a partir de la siguiente expresión 
h4 = Y1 (0,956 + 0,063 Fr1) 
b. Cálculo de las dimensiones del umbral terminal. 
Altura = h4 
Ancho de la cara superior del umbral = 0,04 h4 
Largo = 2,04 h4 
8º. Dibujar y dimensionar el estanque amortiguador 
obtenido. 
 
Diseño de un estanque tipo III (Fr1 > 4,5); (V1 > 15 
m/s). 
1º. Cálculo del valor de TA de la siguiente 
ecuación. 
 TA = Y1 (1,469 Fr1 - 0,318) 
 
2º. Cálculo del tirante conjugado (Y2) 
 
3º. Determinar la longitud del estanque (LIII) 
LIII = Y2 (3,55 + 0,06 Fr1 - 0,00015Fr12) 
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4º. Calcular la dimensiones de los dientes 
deflectores. 
Ancho = Y1 
Alto = Y1 
Largo = Y1 
 Espacio fraccional = 0,5 Y1 
5º. Cálculo del número de dientes (n) 
n = b / (2 Y1) 
6º. Cálculo de las dimensiones del umbral 
terminal 
Altura = 0,2Y2 
Ancho = 0,15 Y2 
Espacio entre dientes = 0,15 Y2 
Ancho superior del diente = 0,02 Y2 
 
7º. Dibujar y dimensionar el estanque 
amortiguador obtenido 
 
 
DISEÑO DE UN ESTANQUE TIPO IV (2,5 < Fr1 < 4,5) 
 
1.Calcular el valor de TA de la siguiente ecuación 
 TA = Y1 (1,539 Fr1 - 0,471) 
2.Calcular el tirante conjugado (Y2) 
 
3.Determinar la longitud del estanque amortiguador 
(LIV) 
 LIV = Y2 ( 1,50 + 1,768 Fr1 - 0,174 Fr12 ) 
 
4.Calcular las dimensiones de los dientes 
deflectores. 
Altura = 2 Y1 
Ancho = Y1 
Largo = 2 Y1 
Espacio entre dientes = 2,5 Y1 
5. Cálculo del número de dientes (n) 
 n = ( b + 2,5 Y1 )/ ( 3,5 Y1 ) 
6.Calcular el espacio fraccional entre la pared y el 
diente deflector más próximo a ella. 
 Espacio fraccional = [b - (3,5 Y1 * n - 2,5 Y1) / 2 
 
7.Obtener el dimensionamiento del umbral 
terminal. 
 L = 2,5 Y1 + 0,04 Y2 
 
8.Dibujar y dimensionar el estanque amortiguador 
obtenido 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Ejemplo de cálculo de un estanque amortiguador 
Se desea diseñar un estanque amortiguador para 
disipar la energía al pie de un cimacio vertedor, si se 
conoce que: 
Q = 190 m3 / s 
Ho = 1,45 m 
Tirante contraído al pie de cimacio Y1 = 0,5 m 
Cota de la superficie del agua aguas abajo para el 
gasto de diseño = 113,5 m 
Lt = 51 m 
P = 1,5 m 
Cota del terreno aguas abajo = 112,5 m 
P* = 2 m 
Solución: 
1 Cálculo de la velocidad de entrada al estanque (V1) 
V1 = q / Y1 q = Q / b 
V1 = 3,72/ 0,5 = 7,44 m / s; q = 190 / 51 = 3,72 m2 / s 
 
2 Cálculo de Fr1 a la entrada 
Fr1 = V1 / (g Y1)1/2 = 3,36 
 
3 Analizando el tipo de salto según Fr1 se tiene que: 
El salto es oscilante pues 2,5 < Fr1 < 4,5, esto significa 
que se debe diseñar un estanque tipo IV 
 
Diseñándose un estanque tipo IV 
1. Calcular el valor de TA 
 TA = Y1 (1,539 Fr1 - 0,471) = 2,35 m 
 
2. Cálculo de Y2 
 
 
3. Cálculo de (LIV) 
LI = Y2 (1,50 + 1,768 Fr1 - 0,174 Fr12) = 11,71 m 
 
4. Cálculo de los dientes deflectores. 
Altura = 1,0 m 
Ancho = 0,5 m 
Largo = 1 m 
Espacio entre dientes = 1,25 m 
 
5. Cálculo del número de dientes n 
 n = (b + 2,5 Y1) / (3,5 Y1) = 29,85 
 Aproximando por defecto n = 29 dientes 
 
6. Cálculo del espacio fraccional 
Espacio fraccional = [b - (3,5 Y1 * n - 2,5Y1)] / 2 = 0,75 m 
 
7. Dimensionamiento del umbral terminal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ALIVIADEROS 
Son estructuras de protección interior, que tienen como 
función evacuar el excedente de agua no regulable que se 
encuentra en los amblases asegurando la integridad física 
de la presa y asegurando que no ocurran daños admisibles 
aguas debajo de la presa. 
 
Algunos tipos de aliviaderos: 
 Aliviaderos frontales. 
 Aliviaderos laterales. 
 Aliviaderos curvos en planta. 
 Aliviaderos mexicanos o de abanico. 
 Aliviaderos semi-mexicanos o semi- abanico. 
 Aliviaderos curvos propiamente dichos. 
ALIVIADEROS LATERALES 
 Estas estructuras consisten en escotaduras que se 
hacen en la pared o talud del canal para controlar el caudal, 
evitándose posibles desbordes que podrían causar serios 
daños, por lo tanto, su ubicación se recomienda en todos 
aquellos lugares donde exista este peligro. Su función es la 
de permitir la salida de los volúmenes de agua excedentes a 
los de aprovechamiento. 
Los cuales de exceso a eliminarse, se originan algunas 
veces por fallas del operador o por afluencias, que durante 
las lluvias el canal recibe de las quebradas, estos excesos 
debe descargar con un mínimo de obras de arte, 
buscándose en lo posible cauces naturales para evitar obras 
adicionales, aunque esto último depende siempre de la 
conjugación de diferentes aspectos locales (topografía, 
ubicación del vertedero, etc.) 
FUCIONAMIENTO DEL ALIVIADERO LATERAL 
 
 Los aliviaderos laterales son ubicados a lo largo de 
la banqueta exterior del canal con la cresta paralela al 
alineamiento del canal. Conforme el nivel del agua asciende 
por encima de la cresta, el exceso de agua entra 
automáticamente a un canal lateral. Del canal lateral el agua 
cae a una cámara desde la cual el flujo es dirigido a través 
de una tubería o sección abierta hacia el canal de desfogue. 
 La estructura es generalmente usada en 
conjunción con una compuerta deslizante que permite el 
drenaje completo del canal. Una estructura de represa a 
corta distancia aguas abajo del desfogue permite la 
derivación de todo el flujo del canal hacia el desfogue. 
Algunas veces se coloca una barrera flotante diagonalmente 
a través del canal para derivar la maleza y hojarasca hacia el 
desfogue. En tal caso no se deben usar salidas dentadas. 
 
 
 
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS ALIVIADEROS 
LATERALES: 
 
Partes componentes de un aliviadero lateral: 
Dependiendo del tipo de aliviadero los componentes del 
mismo varían, siendo los de un aliviadero típico los 
siguientes: 
 
 Canal de Acceso: Su longitud varía dependiendo de 
diferente factores, entre los que se encuentra el 
económico siendo el primordial. Se debe tomar en 
cuenta algunos criterios para el diseño del canal como 
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son: las velocidades deben ser del orden de 0.5 m/seg. 
para prevenir la erosión minimizar las perdidas y 
garantizar un flujo lo mas uniforme cuando pase por la 
estructura de control. Las pendientes son por lo general 
horizontales o adversas para asegurar bajaas 
velocidades en el canal. 
 
 Estructura de Control: 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. Normalmente se define 
mediante las ecuaciones tipo vertedero. 
 
 
 
O tipo orificio: 
 
 
 Estructura de Conducción: Tiene la finalidad de 
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. Esta conducción puede ser a través de 
conductos cerrados o en canales a cielo abierto formado 
generalmente de dos canales, uno de poca inclinación y 
otro de mucha pendiente llamado rápido. 
 
 Estructuras de Disipación: Existen variadísimas formas 
de disipar la energía cinética generada por el agua. Esto 
se hace para evitar la destrucción de las obras, debido a 
la erosión y socavación que ejecuta el agua al chocar 
con el material de fondo. El disipador además de 
controlar la erosión y socavación debe evitar la 
cavitación, vibraciones y abrasión. 
Entre los disipadores más utilizados se encuentran: 
 Trampolines (de lanzamiento, de chorro, de salto 
en ski.) 
 Pozos amortiguadores. 
 Vórtices sumergidos. 
 Disipadores de impacto. 
 Disipadores mediante válvulas. 
 
 Canal de Descarga: Cuando la estructura de disipación 
se encuentra alejada del receptor final es necesario 
colocar un canal de conexión, es importante señalar que 
las velocidades del agua no causen erosión en el canal 
ni socavación indeseable en el rio receptor. 
 
Regímenes de circulación que se pueden presentar en la 
cubeta o canal lateral. 
En la cubeta pueden presentarse dos regímenes de 
circulación: 
a) Supercrítico. 
b) Subcrítico 
Si el régimen es supercrítico, los tirantes que se producen en 
la cubeta son pequeños y por consiguiente la caída del agua 
desde el embalse resulta ser mayor, lo que hace que se 
incremente la energía y como consecuencia se pueden 
presentar problemas con la estabilidad dela cubeta y fuertes 
impactos del chorro contra la losa de fondo que 
demandarían un mayor reforzamiento de dicha losa 
estructuralmente. 
Si el régimen es subcrítico la masa de agua en la cubeta es 
mucho mayor, lo que significaría que la altura de caída de la 
lámina vertiente es menor, lográndose así una mejor 
disipación de la energía y uniformidad en los tirantes de 
circulación. 
 
Forma de la sección transversal de la cubeta. Sus 
características. 
 
En los aliviaderos laterales es muy aconsejable el uso de la 
forma trapecial en la cubeta o canal lateral. De acuerdo con 
esta forma se pueden presentar los siguientes casos: 
a) Cubetas con relaciones grandes entre el ancho de fondo y 
el tirante. 
Cuando esto ocurre tiende a producirse una aglomeración 
del agua en el extremo opuesto al vertimiento, lo cual 
ocasiona que el agua no circule uniformemente. 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 15 
b) Cubetas con relaciones pequeñas entre el ancho de fondo 
y el tirante. 
Cuando esto sucede, a diferencia del caso anterior, se 
logran tirantes de circulación en la cubeta bastante 
uniformes, lo que haría de estos tipos de cubeta, los más 
recomendables. 
 
DISEÑO DE UN ALIVIDERO LATERAL 
 
Algunas recomendaciones para el diseño de un 
aliviadero lateral. 
 
1) El perfil vertedor de un aliviadero lateral se recomienda 
que sea del tipo perfil práctico sin vacío. 
2) No es aconsejable usar un cimacio con un perfil práctico 
con vacío, pues como en estos aliviaderos se recomienda al 
inicio del mismo un cierto ahogo, esta situación haría caer 
muy bruscamente la eficiencia de este tipo de perfil, además 
de que existirán zonas en el vertedor que estarían fluctuando 
del ahogo, al vertimiento sin él y eso puede provocar daños 
en la estructura del cimacio. 
3) La pendiente de fondo de la cubeta se elige a 
consideración del proyectista en dependencia del terreno 
donde ésta será ubicada. Deberá ser una pendiente suave 
para evitar el régimen supercrítico en la cubeta. 
4) El talud de la cubeta será elegido en dependencia del tipo 
de material del terreno. Este talud siempre deberá ser 
recubierto debido a los impactos que se producen en él. 
5) A la hora de diseñar, se debe tener en cuenta que el 
ancho del fondo de la cubeta no debe ser menor que 3,00 m 
para con ello garantizar el trabajo de un bulldozer durante la 
construcción de dicha estructura. 
6) Con el propósito de calcular los tirantes de circulación a 
través de toda la cubeta, es necesario fijar un tirante en la 
sección de control, y este será el tirante crítico que puede 
obtenerse colocando una transición, con un cambio brusco 
de pendiente o elevando el fondo al final de la cubeta 
7) En los aliviaderos laterales con régimen de trabajo 
subcrítico es aconsejable admitir hasta 2/3 H0 de 
sumergencia de la cresta en la sección inicial del canal 
lateral, pues se ha demostrado que este ahogo no influye 
significativamente en el coeficiente de gasto y sí con ello se 
garantiza un régimen parejo de circulación en el resto de la 
cubeta, ya que las alturas de caída de la lámina no van a ser 
muy grandes. Lo anteriormente expresado en relación con la 
sumergencia no implica que se deje de calcular la afectación 
del coeficiente de gasto por el ahogo, en tal sentido, el 
término hd para el cálculo del ahogo se determina de la 
siguiente forma: 
 
 
CRITERIOS DE DISEÑO 
 
 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. 
 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. 
 
 La altura del vertedor o diferencia entre la cresta de éste 
y el fondo del canal, corresponde al valor Yn. 
 
 La cresta del aliviadero debe ser horizontal y dejarse 
unos 0.2’ por encima del nivel normal del agua para 
prevenir derrames innecesarios por la acción natural del 
oleaje. 
 
 Para dimensionar el vertedero existen gran variedad de 
formulas, a continuación se describe la fórmula de 
Weisbach. 
 
Donde: 
μ = coeficiente de contracción 
L = longitud del vertedero 
h = carga encima de la cresta, se considera un 60% del 
borde libre. 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 16 
 FORMA μ 
a) 
Anchos de 
cantos 
rectangulares 
0.49-
0.51 
b) 
Anchos de 
cantos redondos 
0.5-
0.65 
c) 
Afilado con 
aeración 
necesaria 
0.64 
d) 
En forma de 
techo con 
corona 
redondeada 
0.79 
Nota: WEISBACH da vertederos muchos más cortos, razón 
por la cual recomendamos el uso de la fórmula de Weisbach, 
además ésta ha sido utilizada con buenos resultados en el 
Departamento de Lambayeque (según MANUAL: 
CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRAULICAS 
PARA LA FORMULACION DE PROYECTOS 
HIDRAULICOS) 
 
 
 
El flujo del canal, deberá ser siempre subcrítico, entonces: 
 Para mejorar la eficiencia de la cresta del vertedero se 
suele utilizar diferentes valores, según la forma que 
adopte la cresta. 
 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. 
 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). 
En general el tirante en el acceso al vertedor debe ser igual 
o mayor a la carga sobre el vertedor, ya que en caso 
contrario el flujo se afecta por la cercanía de la frontera 
inferior. Este tipo de consideraciones es especialmente 
importante en presas de derivación con cortinas vertederas 
pequeñas ya sea para agua potable, riego o generar 
energía. 
Cuando los vertederos tienen el flujo controlado con 
compuertas, la capacidad de descarga se determina con la 
ecuación de los orificios: 
 
Para alta carga 
Donde: 
C: coef. Gasto 
A área del orifico bajo la compuerta, en m2 
H= carga sobre el orificio, en m 
Ó 
Q= intensidad de la gravedad 
C= coeficiente de gasto 
L= long. De cresta del vertedor, en m (ancho de compuerta) 
H1= carga mayor, en m. 
H2= carga menor, en m. 
 El canal lateral usualmente tiene una sección transversal 
rectangular. Un ancho razonable debe variar 
uniformemente de unos 0.60m en el extremo de aguas 
arriba, a unos 1.20m en el extremo de aguas abajo, 
excepto que unos 0.90 m en el extremo de aguas abajo 
es suficiente para descargas de 6 m2/seg o menos. 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 17 
La superficie del agua en el canal lateral debe quedar 
debajo de la cresta del aliviadero. Esto se consigue 
dejando el fondo del canal, en el extremo terminal, 
debajo de la cresta una distancia igual a la energía 
especifica más 1’. Asumiendo flujo critico: 
 
EC = Yc + hvc = 1.5 Yc 
 
El flujo transversal sobre la cresta dificulta el flujo en el 
canal lateral. Por eso, el fondo debe ser bastante más 
inclinado que la pendiente critica. Una pendiente 
arbitraria de unos 0.05 es un valor conservativo. 
La altura de pared aguas arriba, h1, es entonces igual a 
la altura de pared aguas abajo, h2, menos 0.05 veces la 
longitud de la cresta. 
EJEMPLO DE APLICACIÓN: 
 
Ejercicio 1.- 
Un canal trapezoidal de rugosidad 0.014 con taludes 1: 1 
plantilla 1 m y pendiente 1 o/oo, recibe en épocas de 
crecidas un caudal de 9 m3/s., el canal ha sido construido 
para 4 m3/s, pero puede admitir un caudal de 6 m3/s. 
Calcular la longitud del aliviadero para eliminar el exceso deagua. 
 
 
SOLUCIÓN: 
1) Cálculo de los tirantes 
YMax = 1.71 m 
Yn = 1.17 m 
Y2 = 1.42 m 
 
2) Cálculo de h 
h = 0.6 (1.71 – 1.17) = 0.324 m 
 
3) Caudal a evaluar 
Q = 3m3/s 
 
4) Cálculo de L 
Para µ = 0.5 y aplicando ecuación: 
 ….. Despejando L 
 
L = 11.0173 m = 11 m 
Ejercicio 2 
A la altura del km 15+790 de un canal principal se plantea la 
necesidad de eliminar 9 m3/s proveniente de los excesos de 
lluvia y con la finalidad de prevenir desbordes del canal, se 
desea proyectar un aliviadero, si el canal presenta un borde 
libre de 0.9 m, se pide: dimensionar hidráulicamente el 
aliviadero. 
SOLUCIÓN: 
1) Longitud del Aliviadero 
Como criterio práctico de diseño asumimos que un 60% del 
borde libre sería el valor de h (0.54) ben la fórmula de 
Weisbach y tomando µ = 0.62 como promedio, se tiene: 
 
L = 12.388 ≈ 12.50 m 
El caudal de 9 m3/seg entra por el aliviadero de 12,50 m de 
longitud y cae a una rampa con una inclinación mínima de 
5%. 
 
 
2) Cálculo de H2 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 18 
El valor H2’ se estima ≥ 1.5 Yc, siendo Yc el que ocurre en 
la sección 2 y si asumimos en 2 un ancho de rampa b2 = 2.0 
se tendrá: 
q = 9/2 = 4.5m /segxm 
Yc = 1.273 m 
Entonces: 
H’2 = 1.91 m 
El valor de la cota en 2, será: 97.59 
 
3) Cálculo de H1 
97.59 + Yc/2 + H1 = 99.50 
H1 = 1.274 m 
El valor de la cota en 1, será: 99.23 
En 1 el ancho de la rampa es: 60% de b2; b1 = 1.2 m 
 
4) Pendiente de la rampa 
La rampa deberá tener una pendiente ≥ 5% 
S = (98.23 – 97.59)/12.5 = 5.12 % 
El caudal que se está eliminando pasa por el punto 2 y cae a 
una poza que va conectada a una alcantarilla. 
 
 
 
 
 
Estructuras Hidráulicas 
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CAPITULO II 
 CAÍDAS VERTICALES 
 CAIDAS INCLINADAS 
Hidráulica Aplicada 
Ing. Arbulú Ramos José 
 
20 
CAÍDAS VERTICALES E INCLINADAS 
I. GENERALIDADES: 
Las caídas son estructuras de conducción en el sistema 
de distribución de una zona de riego, que tienen por objeto 
salvar los desniveles que se van acumulando, debido a las 
diferencias existentes entre las pendientes del canal y la 
natural del terreno, correspondiente al eje longitudinal de 
ese mismo, sin que los tramos de canal aguas arriba y 
aguas abajo de la estructura se vean alterados por los 
efectos debidos a las alta velocidades que se desarrollen 
por el desnivel entre uno y otro tramo. 
La finalidad de una caída es conducir agua desde una 
elevación alta hasta una baja y disipar la energía 
generada por esta diferencia de niveles. La diferencia de 
nivel en forma de una caída, se introduce cuando sea 
necesario reducir la pendiente de un canal. 
Las caídas se localizan de tal manera que los rellenos y 
cortes del canal se equilibren en lo posible. Un criterio que 
se utiliza es que las caídas se usan cuando el desnivel es 
hasta 4 metros de altura para alturas mayores es 
preferible usar las rápidas. 
 
Concepto de sección de control 
Una sección de control, es una sección donde ocurre el 
tirante critico y por lo tanto se puede medir el flujo o 
cantidad de agua que esta circulando, pero no significa 
que tenga que medirse en forma obligada, ya que una 
sección de control siempre va a ocurrir en una caída y el 
objetivo de la caída no es medir el flujo, sino conducir el 
agua de un nivel alto a otro nivel mas bajo, ahora que 
quiera aprovecharse la ocurrencia de la sección de control 
para medir el caudal, es otra cosa, que depende ya de los 
criterios de planificación del sistema de riego. 
 
Tipos de caídas: 
Existen tres tipos de caídas: 
- Caídas Verticales 
- Caídas Inclinadas 
- Gradas (Caídas verticales continuas) 
 
II. CAÍDAS VERTICALES 
Las caídas verticales, son aquellas en que la unión entre 
ambos tramos de canal, se hace por medio de un plano 
vertical, en cuyo caso el muro que constituye este plano, 
tiene que resistir el empuje de tierras. 
Las caídas Verticales se diseñan para salvar desniveles 
de 1 m. como máximo, solo en casos excepcionales se 
construyen para desniveles mayores. 
La caída vertical se puede utilizar para medir el caudal 
que vierte sobre ella, si se coloca un vertedero calibrado. 
Existen ciertas limitaciones de orden técnico, que impiden 
el uso de una caída vertical, estas limitaciones pueden ser: 
 
a) El asentamiento inaceptable del canal en la parte 
superior de la caída ocasionando por la excavación 
para construir la poza de disipación. 
b) Problemas de tubificación debido a la remoción del 
material para la construcción de la caída. 
c) Al ser la longitud total de la caída vertical menor 
que la longitud total de una caída inclinada, resulta 
un gradiente hidráulico más fuerte, en el caso de la 
caída vertical, el chorro cae con más fuerza siendo 
necesario ventilar el vacío que se forma debajo del 
chorro de caída. 
A continuación presenta una diferenciación entre los 
tipos de caídas más usuales: 
1. Caída con poza de disipación de sección rectangular, 
que puede ser: 
a) De poza con obstáculos para el choque 
b) De poza con obstáculos para el choque, tipo SAF 
2. Caída vertical con muro de mampostería de piedra y 
poza rectangular sin obstáculos 
3. Caída vertical con poza de disipación de sección 
trapezoidal. 
 
2.1. Criterios de diseño 
1. Se construyen caídas verticales, cuando se necesitan 
salvar un desnivel de 1m como máximo, solo en caso 
excepcionales se construyen para desniveles mayores. 
2. El SINAMOS (17) Pág. 56, recomienda que para 
caudales unitarios mayores a 300 l/seg. x m de ancho, 
siempre se debe construir caídas inclinadas, además 
manifiesta que la ejecución de estas obras debe limitarse 
a caídas y caudales pequeños, principalmente en 
canales secundarios construidos en mampostería de 
piedra donde no se necesita ni obras de sostenimiento ni 
drenaje. 
3. Cuando el desnivel es  0.30m y el caudal < 300 l/seg. 
x m de ancho canal, no es necesario poza disipación. 
4. El caudal vertiente en el borde superior de la caída se 
calcula con la formula para caudal unitario “q”: 
q = 1.48H3/2 
 Siendo el caudal total: 
2/32
3
2
HgBQ   
 Donde: 
  0.50 (ver 4.2.4.2) 
 B = Ancho de la caída. 
Hidráulica Aplicada 
Ing. Arbulú Ramos José 
 
21 
5. La caída vertical se puede utilizar para medir la cantidad 
de agua que vierte sobre ella si se coloca un vertedero 
calibrado. 
 
6. Por debajo de la lámina vertiente en la caída se produce 
un depósito de agua de altura Yp que aporta el impulso 
horizontal necesario para que el chorro de agua marche 
hacia abajo. 
7. Rand (1955) citado por ILRI (5) Pág. 209, encontró que 
la geometría del flujo de agua en un salto vertical, puede 
calcularse con un error inferior al 5% por medio de las 
siguientes funciones: 
27.030.4 D
Z
Ld


 
22.000.1 D
Z
Yp


 
425.11 054 D
Z
Y


 
27.02 66.1 D
Z
Y


 
Lj = 6.9 (Y2-Y1) 
Donde: 
3
2
Zg
q
D

 
Que se le conoce como numero de salto y 
2
3
06.1



Yc
Z
Cos
 
 
Características de la Caída Vertical 
YC
E
N
E
R
G
IA
 I
N
IC
IA
L
 E
1
3.20
Y
>0.4YC
Y1
AGUJERO DE
VENTILACIÓN
CAMARA
DE AIRE
0
z
Yp
Y2
E2
1/6.Y2
Ld LJ
LONGITUD DEL ESTANQUE DE
AMORTIGUAMIENTO
 
8. Al caer la lámina vertiente extrae una continua cantidad 
de aire de la cámara indicada en la fig. 4.15, el cual se 
debe remplazar para evitar la cavitación o resonancias 
sobre toda la estructura. 
9. Para facilitar la aireación se puede adoptar cualquiera 
de las soluciones siguientes: 
a) Contracción lateral completa con cresta vertiente, 
disponiéndose de este modo de espacio lateral para 
el acceso de aire debajo de la lámina vertiente. 
0.1 - CONTRACCIÓN
DE LA CAIDA
BORDE SUPERIOR DE
0.1 - CONTRACCIÓN
3.5 Yc
 
b) Agujeros de ventilación, cuya capacidad de 
suministro de aire en m3/s x m. de ancho de cresta 
de la caída, según ILRI (5) Pág.210, es igual a: 
5.1)(
1.0
Y
Yp
qw
qa  
Donde: 
qa = Suministro de aire por metro de ancho de 
cresta. 
Y = Tirante normal aguas arriba de la caída. 
qw = Máxima descarga unitaria sobre la cresta. 
g
V
KexKb
D
fL
KeP a
W
a
2
)/(
2









 
Donde: 
)/( P Baja presión permisible debajo de la 
lámina vertiente, en metros de columna de agua. 
(Se puede suponer un valor de 0.04m de columna 
de agua) 
Ke = Coef. de pérdida de entrada (Usar Ke = 0.5) 
f = Coef. de fricción en la ecuación de Darcy – 
Weisbach 
g
V
D
L
fhf
2
2
 
L = Longitud de la tubería de ventilación, m. 
D = Diámetro del agujero de ventilación, m. 
Kb = Coef. de pérdida por curvatura (Kb = 1.1) 
Kex = Coef. de pérdidas por salida (Kex = 1.0) 
Va = Velocidad media del flujo de aire a través de 
la tubería de ventilación. 
W
a

 , aproximadamente 1/830 para aire a 20º C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Hidráulica Aplicada 
Ing. Arbulú Ramos José 
 
22 
EJEMPLO 01: 
En cierto tramo de un canal cuyas características se 
mencionan adelante se quiere salvar un desnivel como se 
muestra en la figura; sabiendo que Ud. tiene conocimientos 
en el diseño de estructuras hidráulicas se le pide diseñar una 
caída vertical para salvar dicho desnivel. 
 
Aguas Arriba: 
- Q=3m³/s 
- S=0.0005 
- Z=1.5 
- b=2m 
- Y=0.853m 
- T=4.557m 
- V=1.073m/s 
- A=2.795m² 
- n=0.014 
 
Aguas Abajo: 
- Q=3m³/s 
- S=0.0005 
- Z=1 
- b=2m 
- Y=0.921m 
- T=3.841m 
- V=1.116m/s 
- A=2.688m² 
- n=0.014 
 
Solución: 
 calculo de las alturas de energía aguas arriba y aguas 
abajo: 
Aguas arriba: 
 
Aguas abajo: 
 
 ANCHO DE LAS CAIDA: 
 
 
 TRANSICION DE ENTRADA: 
 
 DIMENSIONES DE LA CAIDA: Según la imagen 
∆z=1.27m 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 LONGITUD DEL TRAMO DE CANAL 
RECTANGULAR:(inmediatamente aguas arriba de la 
caída) 
 
 
 VENTILACION BAJO LA LAMINA VERTIENTE: 
 
 
 
 
Asumiendo una longitud de tubería igual a 2m y un valor 
f=0.02 para tuberías de fierro, entonces tenemos: 
 
 
 
Reemplazando valores tenemos: 
 
 
Esta área equivale aproximadamente al área de 3 tubos, 2 
de 4” y 1 de 2”, estos tubos se colocarán de manera que 
Hidráulica Aplicada 
Ing. Arbulú Ramos José 
 
23 
conecten la cámara de aire de la caída con el espacio 
exterior. 
 
EJEMPLO 02: 
En un proyecto de riego se tiene que construir un canal 
lateral que conduzca 1.5 m³/s. 
De acuerdo a las condiciones topográficas el perfil 
longitudinal del canal tiene una topografía como se muestra 
en la figura. 
 
 
 
Aprovechando de sus conocimientos en estructuras 
hidráulicas se le pide colaborar para: 
- Diseñar el canal revestido de concreto sabiendo que el 
suelo es Limo arenosos aguas arriba y arcillas 
compactas aguas abajo. 
- Diseñar las transiciones rectas (entrada y salida). 
- Diseñar una caída vertical que sirva para salvar las 
diferencias de elevación. 
Solución: 
 Diseño del Canal Aguas Arriba: 
Teniendo en cuenta las consideraciones básicas para el 
diseño de canales tenemos: 
- teniendo en cuenta el tipo de suelo. 
- 
- , ya que el caudal es mayor de 0.4m³/s. 
- , el caudal es mayor de 0.5 m³/s. 
Ahora haciendo uso del programa H-Canales 
calcularemos las demás características hidráulicas del 
canal aguas arriba: 
 
 
 Diseño del Canal Aguas Abajo: 
Teniendo en cuenta las consideraciones básicas para el 
diseño de canales tenemos: 
- teniendo en cuenta el tipo de suelo. 
- 
- ya que el caudal es mayor de 0.4m³/s. 
- , el caudal es mayor de 0.5 m³/s. 
Ahora haciendo uso del programa H-Canales calcularemos 
las demás características hidráulicas del canal aguas abajo: 
 
Resumiendo los valores obtenidos anteriormente: 
 
 Ancho de la Caída: 
 
 
 
 Transición de Entrada: 
 
 
 Dimensiones de la Caída: 
Según el perfil longitudinal 
 
 
Hidráulica Aplicada 
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24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Longitud del Tramo de Canal Rectangular: 
(Inmediatamente aguas arriba de la caída) 
 
 Ventilación Bajo la Lamina Vertiente: 
 
 
 
 
 
Asumiendo una longitud de tubería igual a 2m y un valor 
f = 0.02 para tuberías de fierro, entonces tenemos: 
 
 
 
Reemplazando valores tenemos: 
 
 
Esta área equivale aproximadamente al área de 3 tubos, 
2 de 4” y 1 de 2”, estos tubos se colocarán de manera 
que conecten la cámara de aire de la caída con el 
espacio exterior. 
 
2.2. Caídas verticales con obstáculos para el 
choque 
El Bureau Of Reclamation, ha desarrollado para saltos 
pequeños, un tipo de caída con obstáculos donde choca el 
agua de la lámina vertiente y se ha obtenido una buena 
disipación de energía para una amplia variación de la 
profundidad de la lámina aguas abajo, a tal punto que puede 
considerarse independiente del salto. 
 
Caída vertical con obstáculos para el choque 
LA AEREACIÓN
CONTRACCION PARA 
Tw > 2.15 Yc
Ld > 2.55 Yc
0.8Yc
0.4Yc
0.8Yc
h
10h a 6h
h
P
H
 
Anchura y espaciamiento de los obstáculos = 0.4 Yc 
Longitud mínima de la cubeta = Ld + 2.55 Yc 
B
Q
q
gH
q
D


3
2
 
Con contracciones laterales 
2/3HLCQ  
C = Según tabla 4.10 
Sin contracciones laterales 








 g
p
h
h
hBQ 208.0
31050
1
605.0
3
2 2/3
Donde: 
B = Ancho de la caída. 
Q = Caudal en vertedero o caudal de la caída. 
P = El mínimo valor de P, será la diferencia de 
energías aguas arriba de la cresta y en la cresta 
donde se produce Yc 
h = Carga sobre la cresta. 
 
Se calcula primeramente B, puesto que “Q” es el caudal 
en el canal y por lo tanto es ya conocido. 
La anchura y espaciamiento entre los obstáculos será 
aproximadamente 0.4Yc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Hidráulica Aplicada 
Ing. Arbulú Ramos José 
 
25 
III. CAÍDAS INCLINADAS 
1. GENERALIDADES 
Estas estructuras se proyectan en tramos cortos de 
canal con pendientes fuertes, siendo la velocidad de flujo 
en la caída siempre mayor que en el propio canal. Se 
pueden producir serias erosiones sino se proyecta un 
revestimiento apropiado, entonces, mediante el análisis 
hidráulico se verifican los fenómenos del flujo que a su 
vez serán el fundamento para la determinación de la 
clase de revestimiento y de su extensión. 
Cuando se tiene un desnivel mayor a 4m, la caída 
inclinada se denomina rápida y el calculo hidráulico 
deberá hacerse como tal, tratándose de estos 
desniveles, es aconsejable efectuar un análisis hidráulico 
y económico que nos permita decidir si mas conveniente 
que una rápida resulta construir una serie de caídas 
verticales a las cuales se les conoce como Gradas o 
Cascadas. 
 
2. PARTES DE UNA CAÍDA INCLINADA 
 Transición de Entrada Aguas Arriba: 
 Tratándose de un canal trapezoidal y una caída de 
sección rectangular es necesario proyectar una 
transición de entrada a la caída que garantice el 
cambio gradual de la velocidad del agua del canal 
hacia la entrada, mientras mas alta sea la velocidad 
mas importante será disponer de una buena transición 
y tratándose de un canal de tierra siempre será 
necesario proyectar aguas arriba de esa transición un 
enrocado de protección contra las posibles erosiones. 
 La entrada: 
 La entrada hacia una caída puede adoptar diferentes 
formas, depende del criterio del ingeniero y de la 
operación de canal donde va proyectada la caída, así 
tenemos las siguientes alternativas: 
 
a) Entrada con una sección de tirante crítico, que 
consiste en diseñar una estructura en el borde 
superior de la caída en base al tirante critico, de 
manera que la energía en esta sección de tirante 
crítico sea igual a la energía en el canal y de esta 
manera se logra controlar el flujo. 
 
b) Entrada con una sobrelevación o solera en el 
fondo, cuya altura es igual a la diferencia de 
energías, es decir a la energía del canal en 
condiciones normales menos la energía del canal 
correspondiente al tirante critico.c) Entrada con compuertas o ataquias, que permiten 
operar con el tirante para diferentes caudales en el 
tramo del canal aguas arriba de la entrada. 
 El tramo inclinado: 
 El tramo inclinado generalmente se proyecta de la 
misma sección que la entrada, la altura de las paredes 
laterales pueden calcularse en base al tirante critico en la 
entrada con un borde libre de 0.30 m para caudales 
menores a 3.0 m3/s. La pendiente máxima del tramo 
puede ser 1:1.5 y la mínima 1:3 pero deberá proyectarse 
de 1:2, el desnivel máximo deberá ser de 4 m. 
 Poza de Disipación: 
En el tramo inclinado se genera energía que deberá ser 
disipada mediante una poza de disipación donde se 
producirá un resalto hidráulico, el cual deberá ser 
contenido dentro de la longitud de la poza. El USBR ha 
elaborado diseños generalizados de colchones 
amortiguadores o pozas de disipación de sección 
rectangular solamente para caídas inclinadas de una 
altura máxima de 4.5 m 
 La Transición de salida: 
 La transición de salida conecta la poza de disipación 
con el canal agua abajo, que puede ser un canal en 
tierra o revestido y tienen como objetivo evitar la erosión 
en el canal, en la fig. Nº4 se dan algunos tipos de 
transición de salida. 
 
 
 
 
 
 
ENROCADO DE PROTECCION 
TIPO A 
TIPO B 
TIPO C 
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Ing. Arbulú Ramos José 
 
26 
3. CARACTERÍSTICAS: 
 Se proyectan en tramos cortos del canal con 
pendientes fuertes. 
 Si no se coloca un revestimiento adecuado causan 
daño por erosión. 
 Mediante el análisis hidráulico se verifican los 
fenómenos del flujo. 
 
4. TIPOS: 
Existen dos tipos de caídas inclinadas: 
 Caídas inclinadas de sección rectangular. 
 Caídas inclinadas de sección trapezoidal. 
 
Las caídas inclinadas de sección trapezoidal suelen 
proyectarse con poca frecuencia, principalmente 
porque resultan pozas de disipación demasiado largas 
en comparación con las pozas de caídas de sección 
rectangular, sin embargo, algunas veces a pesar de 
requerir pozas largas, resultan económicas, por el 
ahorro en el encofrado al no presentar muros verticales 
y porque el acero de refuerzo generalmente resulta el 
mínimo. Este tipo de caídas es recomendable, 
proyectarlas de preferencia en canales revestidos de 
concreto, pero si es el caso lo amerita también puede 
proyectarse en canales de tierra y aquí pueden ser de 
concreto armado o de Mampostería. 
 
 
EJEMPLO 01: 
 Caída inclinada de sección rectangular. 
El diseño de un canal revestido de concreto plantea la 
necesidad de proyectar una caída a la altura del 
0+293.7 siendo el canal del caudal de 17 m3/seg. Las 
características de la caída según el perfil longitudinal 
del canal son las siguientes: 
Canal Aguas Arriba Canal Aguas Abajo 
Q = 17 m3/seg Q = 17 m3/seg 
b = 3.4 m. b = 2.0 m. 
n = 0.014 n = 0.014 
z = 0 z = 1.5 
S = 1.7 ‰ S = 1.1 ‰ 
t = 1.84 m. t = 1.67 m. 
V= 2.72 m/seg V= 2.26 m/seg 
V2/2g = 0.377 m. V2/2g = 0.26 m. 
 
 
 
Solución 
1) Ancho de la Caída: 
 
 
 
 
 
Resulta un ancho de caída menor que la plantilla del canal 
y para conseguir un mejor funcionamiento hidráulico del 
colchón, se asume que la sección de caída tan ancha 
como suficiente para obtener un numero de Froude alto (> 
4.5) en el punto 3 y velocidades al pie de la caída menores 
o mayores a 15 m/seg., de manera que podamos 
seleccionar el tipo de colchón apropiado. 
 
En conclusión, el diseño lo iniciamos asumiendo un ancho 
de caída igual a 5.0 m ya que por razones de proyecto no 
podemos tomar el valor 3.0 m que resulta con la formula 
recomendada. 
 
2) Transición de entrada: 
 
Para mayor seguridad escogemos: 
 
 
3) Sección de control: 
La sección de control consiste en determinar la altura de la 
solera S1 de la transición de entrada. 
 
 
C f1 = 48.83; C f2 = 48.823 (cotas según perfil) 
Energía total 1: 
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27 
Energía total 2: en 2 se produce tirante crítico. 
 
El valor de la altura S1: H1 – H2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4) Calculo de Y3 y Y4: 
 
El valor Yc y Vc corresponden al punto 2 de sección 
rectangular y los valores Yn y Vn corresponden al canal 
aguas abajo, de plantilla 2 m y talud 1.5:1. 
 
 
 
 
 
 
Con el valor F/Yc se encuentra en la tabla 4.4 los 
valores: 
 
Obteniéndose así los valores y para los diferentes 
caudales considerados: 
 
 
5) Profundidad de la poza: 
Se calcula la cota del fondo de la poza, según se indica en 
la tabla, donde: 
 
 
 
Y se comprueba mediante: 
 
Se escoge profundidad de la poza: 0.80 m 
Cota de fondo de la poza: 45.217 – 0.8 = 44.417 m.s.n.m. 
 
6) Número de Froude: 
 
Según el número de Froude escogemos el tanque tipo II, ya que 
las velocidades en 3 son menores a 15 m/seg. 
 
7) Longitud del colchón: 
Se escoge según fig. 4.3 para el número de Froude más 
grande. 
 
 
 
8) Borde libre: 
El borde libre se calcula según el grafico de la figura 4.17 
 
B.L = 1.04 m 
En muchos casos no se toma en consideración este borde 
libre, ya sea porque el diseño de la estructura no lo amerita 
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28 
y en estos casos se une directamente los niveles 
superiores del revestimiento antes y después de la caída. 
 
9) Transición de salida: 
 
 
 
 
Para mayor seguridad escogemos: 
 
 
 
10) Espesor de la losa del colchón: 
 
 
 
El espesor se acepta 
 
11) Altura de los muros aguas arriba y aguas abajo y en el 
colchón: 
 
El borde libre B.L = 0.60 cm. 
Aguas arriba: 
 
Aguas abajo: 
 
En el colchón: 
 
 
12) Cota de transición de salida: 
 
 
 
 
 
 
 
EJEMPLO 02: 
Caída inclinada de sección trapezoidal. 
A la altura de km 0+160 del canal Batangrande por donde 
fluye un caudal máximo de 5 m3/s es necesario proyectar 
una caída para salvar un desnivel de 1.20 m se sabe 
además que aguas arriba de la caída, el canal no presenta 
ninguna toma lateral y su cause es pedregoso con bordos de 
tierra enyerbados (n=0.035) 
Las características del canal aguas arriba y aguas abajo son 
las mismas y son las siguientes: 
Q = 5.0 m3/2 
n = 0.035 
z = 1.5 
b = 2.5 m 
s = 3º/00 
y = 1.03 m 
v = 1.2 m/s 
m
g
v
073.0
2
2
 
F = 0.44 (Nº de Froude) 
Solución: 
1. Teniendo en cuenta que en las inmediaciones del canal 
se encuentra el suficiente material para construir una 
caída de mampostería, se ah decidido proyectar una 
caída inclinada de sección trapezoidal, la mampostería 
será de piedra fraguada con concreto simple f’c = 175 
kg/cm2 considerando que la rampa inclinada y la poza 
de disipación soportarán altas velocidades se 
recomienda usar concreto simple de apreciable 
resistencia, ya que muchas veces si el concreto usado 
es de baja resistencia este termina siendo erosionado 
por las altas velocidades que se dan en la caída. 
2. cálculo del ancho de la caída. 
msegmxxxq
gHq
m
q
Q
B
Q
Q
B








/98.1)103.1(43.458.0
3
2
2
3
2
53.2
98.1
0.5
78.2
511.10
578.18
11.10
/1878
32/3
2/3
 
Con el criterio de simplificar la construcción de la caída, 
se ha decidido no construir una estructura de control de 
tirante critico, en su lugar se ha creído conveniente 
proyectar una sobrelevación en el fondo, por lo tanto, 
en el ancho de la caída, no se tendrá en cuenta 
ninguna de las 02 formulas normalmente, usadas, sino 
que se le dará su sección las mismas características 
que la sección del canal; esto es, tratándose del caso 
específico que nos ocupa. 
 
 
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29 
2:1 
3,0 m 
48,831 
3% h 
50,01 50,0 
 m o 
2:1 
3,0 m 
48,831 
3% h 
50,01 50,0 
 m o 
3. Cálculo de las transiciones de Entrada y Salida 
Por ser la caída de sección trapezoidal semejante a la 
del canal, se ha estimado una longitud de transición 
tanto a la entrada como a la salida de 3.0 m. 
 
4. Cálculo de la Altura de la Sobrelevación “h” 
El cálculose hace para el caudal máximo (Q=5.0m3/s) 
y para el máximo (20% de Q=1.0 m3/s) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Energía total en la sección “n” 
En la sección “n” ocurre el tirante normal, luego: 
 Para Q = 5.0 m3/s 
Y = 1.03 m 
 
 
Cf = 50.01 m.s.n.m. 
 
Etn = 50.01 + 1.03 + 0.073 = 51.11 m.s.n.m. 
 
 
 Para Q = 1.0 m3/s 
Y = 0.43 m 
 
Cf = 50.0 msnm 
Eto = 50.01 + 0.43 + 0.029 = 50.47 msnm 
Energía total en la sección “o” 
En la sección “o” ocurre teóricamente el tirante 
crítico, luego utilizando la formula del tirante crítico 
se tiene: 
 
 Para Q = 5.0 m3/s 
Yc =0.65 m 
Vc = 2.21 m/s 
m
g
V
249.0
2
2
 
Cf = 50.0 m.s.n.m. 
Eto = 50.01 + 0.65 + 0.249 = 50.90 m.s.n.m. 
 Para Q = 1.0 m3/s 
Yc = 0.24 m 
Vc = 1.46 m/s 
m
g
V
109.0
2
2
 
Cf = 50.00 msnm 
Eto = 50.35 msnm 
Cuando en el canal circula Q = 5.0 m3/s 
J = 51.11 – 50.90 = 0.21 m 
Cuando en el canal circula Q = 1.0 m3/s 
J = 50.47 – 50.35 = 0.12 m 
 
Según nuestro criterio adoptamos J = 0.20 m 
 
5. Características del tramo inclinado 
El tramo inclinado tendrá una pendiente 1:2 y será de 
sección trapezoidal similar a la sección del canal, de 
las paredes del tramo inclinado será: 0.65 + 0.30 = 0.95 
m. Adoptamos 1.0 m. 
 
6. Calculo del tirante conjugado menor Y1, la velocidad V1 
y el Nº de fraude F1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El tirante y1 se calcula para el Qmax = 5.0 m3/s y para el Qmin = 
1.0 m3/s estableciéndose en ambos casos el balance de 
energía entre las secciones “0” y “1”. 
Para Qmax = 5.0 m3/s se tiene: 
∆E= pérdida 
en el resalto 
2 1 
0 
Yn 
Y2 
Transición 
Yc 
Y1 
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30 
g
V
Y
g
V
YCfET
msnm
g
V
YCfET ccoO
2
80.48
2
10.51249.065.020.50
2
2
1
1
2
1
111
2

 
La ecuación general del balance de energía es: 
g
V
ETETO
2
1.0
2
1
1 
 
Reemplazando valores se tiene: 
1
111
1
2
1
1
2
1
1
2
1
2
1
1
)5.15.2(
5
)....(..........
2
1.180.4810.51
2
1.180.48
2
1.0
2
80.4810.51
Vdoreemplazan
YYA
Q
V
A
g
V
Y
g
V
Y
g
V
g
V
Y




 
En la igualdad (A) y resumiendo tenemos: 
 211
1
)5.15.2(
40.1
30.2
YY
Y

 
Resolviendo por tanteos resulta: 
Y1 = 0.285 m, luego: 
sm
x
V /99.5
285.0)285.05.15.2(
5
1 

 
F1 = 3.83 
Para Qmin = 1.0 m3/s se repite exactamente el mismo 
procedimiento y se obtiene: 
74.7
/02.6
064.0
1
1
1



F
smV
mY
 
7. cálculo el tirante conjugando mayor Y2, es importante 
recordar que en cálculo del tirante conjugando mayor 
“Y2” se utiliza la ecuación de la cantidad de movimiento 
ya sea que ese trate de canales de sección rectangular o 
de sección trapezoidal. El calculo se hace complejo 
cuando se trata de secciones trapezoidales, debido a los 
valores que en dicha formula adoptan el Área “A” y Y, la 
ecuación conocida como la ecuación de la cantidad de 
movimiento es: 
22
2
2
11
1
2
AY
gA
Q
AY
gA
Q
 
Con esta ecuación y con ayuda de la Fig. Nº 5 se 
calcula Y2 tanto para el Qmax = 5.0 m3/s como para el 
Qmin = 1.0 m3/s. A cada miembro de la educación se le 
conoce como fuerza específica “n” por lo tanto la 
ecuación debe cumplirse cuando n1 = n2 
11
1
2
1 AY
gA
Q
n 
 
 
Ecuación de la fuerza especifica. 
 
 Para Qmax = 5.0 m3/s 
g = 9.81 m/s2 
 
 
m
x
Tb
TbY
Y 136.0
36.35.2
36.35.22
3
285.02
3 1
11
1 
















 
 
 
Reemplazando valores en n1 se tienen: 
17.3834.0136.0
834.081.9
52
1  x
x
n
 
 
 Para Qmin = 1.0 m3/s se tiene: 
Se repite el mismo proceso anterior, teniendo en 
cuenta que Q = 1.0 m3/s Y1 = 0.064 m y se obtiene: 
n1 = 0.62 
 
Con estos valores calculados y con ayuda de la Fig. Nº 
5 es tiene: 
Q m3/s n1 r t J Y2 n1 
 5.0 3.17 6.42 5.84 4.2 1.20 3.16 
 1.0 0.62 28.86 26.04 9.35 0.60 0.61 
El valor del tirante conjugado mayor Y2 se comprueba 
calculando el valor n2. 
Para Qmax = 5.0 m3/s n1 = n2; 3.17 16.3 
Para Qmin = 1.0 m3/s n1 = n2; 0.62 61.0 
Los valores r y t, se calculan de la siguiente manera: 
 
Q(m3/s) 
1
2
1
2gV
V
r 
 
 
TgY
b
t
1
 
 
 5.0 6.42 5.84 
 1.0 28.86 26.04 
 
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31 
El talud 1.5: 1 corresponde a un ángulo con la horizontal 
de 33º41 y el ángulo  se refiere al complemento de 
dicho Angulo, luego  =56º19’ 
 
8. Calculo e la Profundidad del Colchón 
Q (m3/s) Yn Y2 Y2- Yn 
1.15 5.0 1.03 1.20 0.35 
1.0 0.43 0.60 0.26 
 
El tirante “Yn” corresponde al tirante en condiciones 
normales que se presenta en el canal aguas debajo de 
Y2 cuando en el circulan 5.0 m3/s y 1.0 m3/s. La 
profundidad de colchón que es adopta es: 0.35 m. 
 
9. Longitud de la Poza de Disipación 
Para el cálculo de la longitud de la poza de disipación 
existen criterios. El calculo es suficiente para el Qmax = 
5.0 m3/s 
 
a) Según la Fig. Nº 6 
44.0
65.0
285.01 
c
o
Y
Y
X 
Con este valor, interceptamos la curva correspondiente 
al talud 1.5: 1, pero observamos que la Fig. Nº 5 no 
presenta esta curva, sin embargo, interceptamos la curva 
Z = 1 para tener un valor referencial ya que resulta lógico 
suponer que la longitud será mayor para Z = 1.5 
 
 
 
 
b) Según la siguiente ecuación para el talud 1.5: 1 se 
tiene: 
 
Conclusión 
Se recomienda usar la ecuación del inciso anterior 
b), tratándose del caso específico del presente 
problema. Para menores taludes, el lector podrá 
seleccionar entre la citada ecuación y la Fig. Nº 6. 
Para el presente caso escogemos L = 13:80 m. 
10. Comprobación 
La comprobación consiste en recalcular los valores de 
Y1, Y2 para el Qmax = 5.0 m3/s y para el Qmin = 1.0 m3/s, 
con las dimensiones de la caída hasta ahora 
calculadas. Repitiendo los pasos del 6 al 9 y 
resumiendo se tiene: 
 
Q (m3/s) Y1 n1 r t J Y2 n2 
 5.0 0.265 3.41 8.1 6.25 4.70 4.70 3.41 
 
 
 
 
 
11. Verificación de los niveles de agua entre las secciones 2 y 3. 
Q (m3/s) Energía en 2 
 
 
Energía en 3 
 
48.80 + 1.03 + 0.073 = 49.903 
48.80 + 0.43 + 0.029 = 49.26 
En ambos casos se observa que el nivel de energía en 
la sección 3, es mayor al nivel de energía en la sección 
2, lo cual garantiza la sumergencia del tirante conjugado 
Mayor “Y2” que es el objetivo. 
Por lo tanto las dimensiones de la caída calculadas en 
el numeral 10 se dan por aceptadas. 
 
12. La altura de los muros laterales de la poza serán: 
BL = 0.1 (V1+Y2) = 0.1 (5.99 + 1.25) = 0.72 m 
BL = 0.72 m sobre el nivel mas alto de agua entre las 
secciones 2 y 3. 
Nivel de los muros en la poza será: 
(49.83 + 0.72) – 48.45 = 2.10 m 
 
13. Espesor de la losa del colchón: 
 
 
 
 
 
La caída será de mampostería de piedra, luego 
m = 2400 kg/m3 considerando un espesor de losa de 
0.30 m, con drenaje vertical, tendremos según Grissin: 
 
Su presión: 2/1350
2
6502050
mkgv 

 
Peso mampostería: 
 1440)30.0(22400  xm Kg/m2 
Vm  
Aceptamos 0.30 m como espesor de la losa provista de 
drenaje vertical o lloradore
48.80 
48.45 
50.20 
0.20 
1.75 
0.30 
0.35 
0 
1 2 
3 
48.90 
50.20 
48.90 
13.52m 
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32 
 
ANEXOS 
TABLA 4.4. PERDIDA DE ENERGIA EN SALTO 
HIDRAULICOS EN UN CANAL RECTANGULAR 
 
Yc 
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 
Y2/Y1 Y1/Yc Y2/Y1 Y1/Yc Y2/Y1 Y1/Yc Y2/Y1 Y1/Yc Y2/Y1 Y1/Yc Y2/Y1 Y1/Yc Y2/Y1 Y1/Yc Y2/Y1 Y1/Yc Y2/Y1 Y1/Yc Y2/Y1 Y1/Yc 
0 1,00 1,000 2,07 0,680 2,48 0,614 2,81 0,572 3,09 0,541 3,35 0,516 3,60 0,494 3,82 0,477 4,04 0,461 4,24 0,448 
1 4,44 0,436 4,64 0,425 4,82 0,415 5,00 0,405 5,18 0,397 5,36 0,389 5,53 0,381 5,69 0,375 5,86 0,368 6,02 0,3622 6,18 0,356 6,33 0,351 6,49 0,345 6,64 0,340 6,79 0,336 6,94 0,331 7,09 0,327 7,23 0,323 7,38 0,319 7,52 0,315 
3 7,66 0,311 7,80 0,308 7,94 0,304 8,07 0,301 8,21 0,298 8,34 0,295 8,48 0,292 8,61 0,289 8,74 0,286 8,87 0,284 
4 9,00 0,281 9,13 0,278 9,26 0,276 9,39 0,274 9,51 0,271 9,64 0,269 9,76 0,267 9,89 0,265 10,01 0,263 10,13 0,281 
5 10,25 0,259 10,38 0,257 10,50 0,255 10,62 0,253 10,73 0,251 10,85 0,250 10,97 0,248 11,09 0,246 11,21 0,244 11,32 0,243 
6 11,44 0,241 11,55 0,240 11,67 0,238 11,78 0,237 11,90 0,235 12,01 0,234 12,12 0,233 12,34 0,231 12,35 0,230 12,46 0,228 
7 12,57 0,227 12,68 0,226 12,79 0,225 12,90 0,223 13,01 0,228 13,12 0,221 13,23 0,220 13,34 0,219 13,45 0,218 13,56 0,216 
8 13,66 0,215 13,77 0,214 13,88 0,213 13,98 0,212 14,09 0,211 14,19 0,210 14,30 0,209 14,41 0,208 14,51 0,207 14,61 0,206 
9 14,72 0,205 14,82 0,204 14,93 0,203 15,03 0,202 15,13 0,202 15,23 0,201 15,34 0,200 15,44 0,199 15,54 0,198 15,64 0,197 
10 15,74 0,197 15,84 0,196 15,95 0,195 16,05 0,194 16,15 0,193 16,25 0,193 16,35 0,192 16,45 0,191 16,54 0,191 16,64 0,190 
11 16,74 0,189 16,84 0,188 16,94 0,187 17,04 0,187 17,13 0,186 17,23 0,185 17,33 0,185 17,43 0,184 17,52 0,183 17,62 0,183 
12 17,72 0,182 17,81 0,181 17,91 0,181 18,01 0,180 18,10 0,180 18,20 0,179 18,29 0,178 18,39 0,178 18,48 0,177 18,58 0,176 
13 18,67 0,176 18,77 0,175 18,80 0,750 18,95 0,174 19,05 0,174 19,14 0,173 19,24 0,173 19,33 0,172 19,42 0,171 19,52 0,171 
14 19,61 0,170 19,70 0,170 19,79 0,169 19,89 0,169 19,98 0,168 20,07 0,168 20,16 0,167 20,25 0,167 20,34 0,166 20,44 0,166 
15 20,53 0,165 20,62 0,165 20,71 0,164 20,80 0,164 20,89 0,164 20,98 0,163 21,07 0,163 21,16 0,162 21,25 0,162 21,34 0,161 
16 21,43 0,161 21,52 0,160 21,61 0,160 21,70 0,160 21,79 0,159 21,88 0,159 21,97 0,158 22,05 0,158 22,14 0,157 22,23 0,157 
17 22,32 0,157 22,41 0,156 22,50 0,156 22,58 0,155 22,67 0,155 22,76 0,156 22,85 0,154 22,93 0,154 23,02 0,154 23,11 0,153 
18 23,19 0,153 23,28 0,152 23,37 0,152 23,45 0,152 23,54 0,151 23,63 0,151 23,71 0,151 23,80 0,150 23,89 0,150 23,97 0,150 
19 24,06 0,149 24,14 0,149 24,23 0,148 24,31 0,148 24,40 0,148 24,49 0,147 24,57 0,147 24,66 0,147 24,74 0,146 24,83 0,146 
20 24,91 0,146 24,99 0,145 25,08 0,145 25,16 0,145 25,25 0,145 25,33 0,144 25,42 0,144 25,50 0,144 25,58 0,143 25,67 0,143 
21 25,75 0,143 25,83 0,142 25,92 0,142 26,00 0,142 26,06 0,141 16,17 0,141 26,25 0,141 26,33 0,141 26,42 0,140 26,50 0,140 
22 26,58 0,140 26,66 0,139 26,75 0,139 26,83 0,139 26,91 0,139 26,99 0,138 27,08 0,138 27,16 0,138 27,24 0,138 27,32 0,137 
23 27,40 0,137 27,48 0,137 27,57 0,136 27,65 0,136 27,73 0,136 27,81 0,136 27,89 0,135 27,97 0,135 28,05 0,135 28,13 0,135 
24 28,22 0,134 28,30 0,134 28,38 0,134 28,46 0,134 28,54 0,133 28,62 0,133 28,70 0,133 28,78 0,133 28,86 0,132 28,94 0,132 
25 29,02 0,132 29,10 0,132 29,18 0,131 29,26 0,131 29,34 0,131 29,42 0,131 29,50 0,131 29,58 0,130 29,66 0,130 29,74 0,130 
26 29,82 0,130 29,89 0,129 29,97 0,129 30,05 0,129 30,13 0,129 30,21 0,128 30,29 0,128 30,37 0,128 30,45 0,128 30,52 0,128 
27 30,60 0,127 30,60 0,127 30,96 0,127 30,84 0,127 30,92 0,127 31,00 0,126 31,07 0,126 31,15 0,126 31,23 0,126 31,31 0,126 
28 31,38 0,125 31,46 0,125 31,54 0,125 31,62 0,125 31,69 0,125 31,77 0,124 31,85 0,124 31,93 0,124 32,00 0,124 32,08 0,124 
29 32,16 0,123 32,23 0,123 32,31 0,123 32,39 0,123 32,46 0,123 32,54 0,122 32,62 0,122 32,69 0,122 32,77 0,122 32,85 0,122 
30 32,92 0,121 33,00 0,121 33,08 0,121 33,15 0,121 33,23 0,121 33,31 0,121 33,38 0,120 33,46 0,120 33,53 0,120 33,61 0,120 
31 33,68 0,120 33,76 0,119 33,84 0,119 33,91 0,119 33,99 0,119 34,06 0,119 34,14 0,119 34,21 0,118 34,29 0,118 34,36 0,118 
32 34,44 0,118 34,51 0,118 34,59 0,118 34,66 0,117 34,74 0,117 34,81 0,117 34,89 0,117 34,96 0,117 35,04 0,117 35,11 0,116 
33 35,19 0,116 35,26 0,116 35,34 0,116 35,41 0,116 35,49 0,116 35,56 0,115 35,63 0,115 35,71 0,115 35,78 0,115 35,86 0,115 
34 35,93 0,115 36,00 0,115 36,08 0,114 36,15 0,114 36,23 0,114 36,30 0,114 36,37 0,114 36,45 0,114 36,52 0,113 36,59 0,113 
35 36,67 0,113 36,74 0,113 36,81 0,113 36,89 0,113 36,96 0,112 37,03 0,112 37,11 0,112 37,18 0,112 37,25 0,112 37,33 0,112 
36 37,40 0,112 37,47 0,112 37,55 0,111 37,62 0,111 37,69 0,111 37,76 0,111 37,84 0,111 37,91 0,111 37,98 0,111 38,05 0,110 
37 38,13 0,110 38,20 0,110 38,27 0,110 38,34 0,110 38,42 0,110 38,49 0,110 38,56 0,109 38,63 0,109 38,70 0,109 38,78 0,109 
38 38,85 0,109 38,92 0,109 38,99 0,109 39,06 0,109 39,14 0,108 39,21 0,108 39,28 0,108 39,35 0,108 39,42 0,108 39,49 0,108 
39 39,56 0,108 39,64 0,107 39,71 0,107 39,68 0,107 39,78 0,107 39,92 0,107 39,99 0,107 40,06 0,107 40,14 0,107 40,21 0,106 
40 40,28 0,106 40,35 0,106 40,42 0,106 40,49 0,106 40,49 0,106 40,63 0,106 40,70 0,106 40,77 0,105 40,84 0,105 40,91 0,105 
Hidráulica Aplicada 
Ing. Arbulú Ramos José 
 
33 
0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 10
 1
 20
 40
 60
 80
 100
BORDE LIBRE EN LA POZA DE DISIPACION
COLCHON DE SECCION RECTANGULAR
BORDE LIBRE EN METROS
Q
V
1
Y
1
A
1
 
 
 
 
 
Hidráulica Aplicada 
Ing. Arbulú Ramos José 
 
34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 35 
 
 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 36 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 CAPITULO III 
 ALCANTARILLAS 
 SIFONES 
 ALIVIADERO TIPO SIFON 
 
 
 
 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 37 
ALCANTARILLAS EN CANALES 
 
GENERALIDADES: 
Las alcantarillas son conductos que pueden ser de sección 
circulares o de marco (cuadradas o rectangulares) 
usualmente enterradas, consideradas obras de cruce, pues 
permiten salvar obstáculos en la trayectoria de un canal, 
pueden fluir llenas o parcialmente llenas dependiendo de 
ciertos factores tales como: diámetro, longitud, rugosidad y 
principalmente los niveles de agua, tanto a la entada como a 
la salida A su vez, las alcantarillas también son 
necesarias, para permitir el flujo de escurrimiento en 
ocasión de lluvias intensas, en zonas de concentración de 
aguas, para que el mismo no interrumpa el tránsito en los 
caminos. En fin, hay gran número de situaciones diversas en 
la práctica de la ingeniería hidráulica donde el diseño de 
alcantarillas es fundamental para el desarrollo de un 
proyecto 
De acuerdo a las dimensiones, material de la alcantarilla, 
caudal, condiciones de entrada y de salida de la misma, 
etc. irán variando las características hidráulicas del flujo; 
pudiendo variar desde un flujo a superficie libre con un 
tirante pequeño, hasta un conducto a presión, cuando fluye 
totalmente llena. En el primer caso, podría dimensionarse la 
alcantarilla empleando la teoría de flujo en canales abiertos, 
mientras que en el segundo, con las ecuaciones de la teoría 
de conductos. Entre ambas condiciones extremas se 
plantean un gran número de casos con soluciones más o 
menos complejas. En conclusión, el análisis hidráulico 
teórico del escurrimiento en el interior de una alcantarilla es 
muy complejo, donde abarca desde criterios básicos a 
criterios propios y diferentes para cada caso donde la 
experiencia del ingeniero proyectista juega un papel de 
suma importancia 
 
 
 
TIPOS DE ALCANTARILLAS 
En el diseño de alcantarillas es muy importante saber de 
antemano que tipo de alcantarilla se quiere diseñar o como 
va a trabajar la alcantarilla a proyectarse, pues de esto 
dependen los criterios básicos que se van a tomar para su 
cálculo y diseño, por ejemplo, no es lo mismo diseñar una 
alcantarilla que en su caudal máximo va trabajar a tubo lleno, 
que diseñar una alcantarilla que en su caudal máximo solo 
estará llena hasta cierta altura de su diámetro (suponiendo 
que va ser de sección circular), la primera trabajara 
hidráulicamente con carga de presión, velocidad y gravedad 
y setomaran en cuenta algunas formulas de tuberías, la 
segunda será diseñada como un canal abierto y deberán 
verificarse otros criterios diferentes a la primera 
 
TIPOS DE ALCANTARILLA POR EL FLUJO A LA 
ENTRADA Y A LA SALIDA 
 
Según sean las relaciones entre los niveles en las secciones 
aguas arriba y aguas abajo de la alcantarilla, con los 
parámetros característicos de ésta (longitud, diámetro, 
rugosidad, pendiente, etc.) se distinguen seis tipos diferentes 
de flujo en alcantarillas 
El caudal circulante por la alcantarilla siempre resulta de la 
aplicación de un balance de energía entre las secciones que 
funcionan como controles, dado que allí se pueden conocer 
todas las características del flujo. 
Según las investigaciones de laboratorio, se dice que la 
alcantarilla no se sumerge si la carga a la entrada es menor 
que un determinado valor crítico denominado H*, cuyo valor 
varía de 1.2 D a 1.5 D siendo D el diámetro o altura de la 
alcantarilla 
 
TIPO I: SALIDA SUMERGIDA 
 
 
 
La carga hidráulica H a la entrada es mayor al diámetro D, y 
el tirante Yt a la salida, es mayor 
a D, en este caso la alcantarilla es llena: Luego si: H > D; Yt> 
D, es entonces Alcantarilla llena con salida sumergida 
La alcantarilla funciona como una tubería con entrada y 
salida ahogadas 
 
TIPO II: SALIDA NO SUMERGIDA 
 
Este es el caso denominado Alcantarilla Hidráulicamente 
Larga 
 
 
 
La alcantarilla funciona como una tubería con entrada 
ahogada y salida con flujo lleno, sin embargo el tirante Yt 
pierde altura aguas abajoSi: H >D; Yt< D, es una Alcantarilla 
llena con salida no sumergida. 
 
TIPO III: SALIDA NO SUMERGIDA 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 38 
 
 
Alcantarilla hidráulicamente corta 
Se está las mismas condiciones del caso anterior, sin 
embargo puede darse que la alcantarilla funcione como un 
orificio en cuyo caso se trata de un flujo tipo 3 
H > D Yt< D, Parcialmente llena 
 
TIPO IV: SALIDA NO SUMERGIDA 
 
 
 
H < H* Yt > Yc Flujo sub-critico en la alcantarilla 
 
Este tipo de alcantarillas es el modelo optimo que 
generalmente se aplica al diseño de alcantarillas, pues tiene 
un flujo sub-critico que evita socavación en la salida de la 
alcantarilla 
 
TIPO VI: SALIDA NO SUMERGIDA 
 
 
 
H < H* Yt < Yc Flujo súper-crítico en la alcantarilla Flujo 
súper-crítico en la entrada 
En diseños preliminares rápidos se recomienda usar H* = 1.5 
D. 
 
Los tipos I y II corresponden a flujo confinado en tuberías y 
los otros tipos a flujo en canales abiertos. 
 
 
CRITERIOS DE DISEÑO 
El objetivo fundamental del diseño hidráulico de las 
alcantarillas es determinar el diámetro más económico por el 
que pueda pasar la descarga de diseño sin exceder la 
elevación permisible en la cabecera, obtener las longitudes 
que deben protegerse en la entrada y la salida y así obtener 
un funcionamiento hidráulico correcto verificable. 
La información básica de obras de arte en canales es 
relativamente escasa con respecto a otras ramas de la 
ingeniería civil. 
Los siguientes son criterios básicos que se aplican a 
alcantarillas de sección circular de concreto, advirtiendo de 
antemano que solo son referenciales puesto que toda obra 
de arte es particular y se pueden aplicar criterios específicos 
y variables para cada caso. 
1. velocidad en la alcantarilla; La selección del diámetro 
de una alcantarilla es de manera que resulte una velocidad 
promedio de 1.25 m/seg., en ciertos casos se suele dar a la 
alcantarilla una velocidad igual a la del canal donde ésta 
será construida, esto es para evitar pérdidas grandes de 
energía, sólo en casos especiales la velocidad será mayor a 
1.25 m/seg. Estas velocidades son elegidas tomando en 
cuenta los fenómenos de sedimentación y erosión para 
secciones de concreto, se puede adoptar otras velocidades 
si se tiene asegurado la no sedimentación y la no erosión. 
2. carga en la superficie de entrada; la carga hidráulica en 
la entrada no debe superar 1.5 veces la carga de velocidad a 
partir de de la cota superior de la alcantarilla, esto es para 
evitar el exceso de carga de presión que ocasiona el 
fenómeno de erosión en la alcantarilla y flujo turbulento en la 
salida. 
 
3. La pendiente de la alcantarilla, debe ser igual al a 
pendiente del canal en los casos más comunes, sin embrago 
esto no es aplicable cuando hay casos en que con una 
pendiente diferente a la del canal se obtiene condiciones 
optimas de diseño, como un ejemplo simple, si en un canal 
de tierra se proyecta una alcantarilla de concreto y se quiere 
a la vez perder altura; la velocidad del canal de tierra es 
baja, entonces se puede aumentar la pendiente para la 
alcantarilla hasta alcanzar velocidades admisibles al ítem 1, 
y así obtener mayor pérdida de altura cumpliendo a la vez 
con los demás requisitos hidráulicos. 
Estructuras Hidráulicas 
Ing. Arbulú Ramos José 39 
4. Cobertura mínima El relleno encima de la alcantarilla o 
de terreno para caminos parcelarios es de 0.60 m y para 
cruces con la panamericana de 0.9 m. 
5. Pendientes en las transiciones de entrada y salida. La 
transición tanto de entrada como de salida en algunos casos 
se conecta a la alcantarilla mediante una rampa con 
inclinación máxima de 4:1. Estas pendientes pueden cambiar 
si se verifica que son aptas para no provocar resalto 
hidraulico ni socavación 
6. El talud máximo del camino; si una alcantarilla tiene por 
diseño cruzar un camino y no se va a revestir la cabecera de 
la alcantarilla el talud máximo del camino encima de la 
alcantarilla no debe ser mayor de 1.5:1 
7. Flujo en el interior de las alcantarillas, las alcantarillas 
no deben diseñarse en flujo supercrítico. En general este tipo 
de flujo se evita por efectos conocidos que causa sobre las 
estructuras, sin embargo con revestimientos adecuados se 
puede aprobar el diseño con flujo supercritico cuando es 
necesario. 
8. Normalmente las alcantarillas trabajan con nivel del agua 
libre, llegando a mojar toda su sección en periodos con 
caudales máximos. 
9. Las pérdidas de energía máximas pueden ser calculadas 
según la fórmula: 
 
Donde los coeficientes de pérdida pueden ser determinadas 
según lo explicado anteriormente: 
Pe = Pérdidas por entrada 
Ps = Pérdidas por salida 
Pf = Pérdidas por fricción en el tubo 
Va = Velocidad en la alcantarilla 
El factor f de las pérdidas por fricción, se puede calcular 
mediante el diagrama de Moody o por el método que más se 
crea conveniente. 
ESPECIFICACIONES DE ALCANTARILLAS POR SU 
CAPACIDAD 
A continuación se presentan algunas consideraciones que se 
deben tomar en cuenta para la elección del tipo de sección 
de la alcantarilla de concreto 
 
 
Alcantarilla de un tubo 
Para caudales iguales o menores a 1.2 m3/seg 
 Q max = Di2 (m3/seg) 
Longitud de Transiciones Lt ≥ 4 Di 
La transición de entrada no lleva protección y la transición de 
salida lleva una protección de enrocado con un espesor de la 
capa igual a 0.20m. 
Longitud de protección LP ≥ 3 Di 
Diámetro interno mínimo Di = 0.51 
 
Alcantarilla de 2 tubos 
Para caudales 0.5 m3/s y 2.2 m3/s. 
Q max = 2 Di2 (m3/s) 
Longitud de las transiciones Lt ≥ 5 Di 
Las transiciones de entrada y salida llevan protección de 
enrocado con un espesor de la capa de roca de 0.25 m 
hasta una altura sobre el fondo del canal de 1.2 D. 
Longitud de protección en la entrada Lp ≥ 4 Di 
Longitud de protección en la salida Lp ≥ 5 Di 
Diámetro interno mínimo Di = 0.51 m 
 
Alcantarilla de 2 ojos 
Para caudales entre 1.5 m3/s y 4.5m3/s 
Sección del ojo = Ancho x AlturaD x 1.25 D 
Q max = 3.1 D2 (m3/s) 
Diámetro interno mínimo Di = 0.80 m 
Entrada y salida con protección de enrocado y con espesor 
de la capa de roca de 0.25 m. 
Longitud de las transiciones 
Lt= D + b ; donde b = plantilla del canal 
Longitud de protección en la entrada Lp= 3 D 
Longitud de protección en la salida Lp= 5 D 
 
Alcantarilla de 3 ojos 
 
Para caudales entre 2.3 m3/s y 10.5 m3/s 
Sección del ojo