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UNIVERSIDAD NACIONAL
SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ESCUELA PROFESIONAL INGENIERÍA CIVIL
CURSO : ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS
SEMESTRE : 2021-I
UNIDAD DIDÁCTICA N° 3
OBRAS DE ARTE EN CANALES
DISEÑO HIDRÁULICO DE CAÌDAS
Ing. RAMÓN URTECHO C.
Ing. Civil CIP 28597
DOCENTE DEL CURSO
ESTRUCTURAS HIDRÀULICAS UD3 3.1.A DISEÑO HIDRÀULICO DE CAÌDAS 1

1. OBRAS DE ARTE EN CANALES
1.1 INTRODUCCIÒN
La presencia de depresiones, cursos de agua o accidentes topográficos,
incorporan condiciones especiales y particulares a un canal de manera
que será necesario considerar estructuras complementarias, que
permitan superar estos obstáculos.
Entre los tipos de estructuras más usados se encuentran:
A. Transiciones
B. Puente Canal
C. Sifones
D. Rápidas
E. Caídas
- Caída vertical
- Caída inclinada
- Caída escalonada
Fig.1 Transición de un canal.

1.2 TRANSICIONES
La transición es una estructura que se usa para ir modificando en forma
gradual la sección transversal de un canal, cuando se tiene que unir dos
tramos con diferentes forma de sección transversal, pendiente o
dirección.
La finalidad de la transición es evitar que el paso de una sección a la
siguiente, de dimensiones y características diferentes, se realice de
manera brusca, reduciendo así las perdidas de carga en el canal.
Las transiciones se diseñan tanto a la entrada como a la salida de
diferentes estructuras tales como : Bocatomas, rápidas, desarenadores,
caídas, puente canal, alcantarilla, sifones invertidos, etc.
1.2.1 TRANSICIÓN RECTA DISEÑO SIMPLIFICADO DE TRANSICIONES
Para el diseño se una transición recta, se debe definir la longitud de
la transición de modo que las perdidas en el paso entre dos tramos
de características diferentes sean las mínimas posibles.
En la hidráulica y en el diseño de estructuras hidráulicas, las fórmulas
que representan los diseños se obtienen de forma experimental, es
por eso que se tiene confianza en la fórmulas empleadas.
Fig.2 Vista en planta de una transición
Fig.3 Diferencia de altura entre espejos de agua

ESTRUCTURAS HIDRÀULICAS UD3 3.1.A DISEÑO HIDRÀULICO DE CAÌDAS
4
1.2.2 TRANSICIONES ALABEADAS
El diseño de transiciones para un régimen subcrítico, en la figura se
muestra la proyección en planta y el perfil longitudinal de una
transición alabeada (tanto de contracción como de expansión), que
une una sección rectangular con una trapezoidal, la que representa
uno de los casos mas generales, ya que se da un cambio de sección
(ancho de la solera y talud) y la cota de fondo.
En la vista en planta de la figura, las líneas punteadas representan
los cortes de las secciones transversales :
aa : representa la sección de inicio de la transición de contracción,
viniendo de aguas arriba o de izquierda a derecha, es el final
del canal de llegada.
bb: representa la sección final de la transición de contracción y es
el inicio del canal intermedio.
ff : representa la sección de inicio de la transición de expansión y el
final del canal intermedio.
cc : representa la sección final de la transición de expansión de y es
el inicio del canal de salida.
En el diseño de la transición se trata de llegar a un diseño óptimo,
es decir que el perfil que tiene la estructura, tanto en planta como
en corte longitudinal obedezca al perfil hidrodinámico del flujo, de
tal manera que cuando el flujo entre en la transición, la napa no se
despegue de las paredes, sino que vaya con ellas.
Fig.4 Planta y perfil de una sección alabeada

1.3 PUENTE CANAL
El puente canal es una estructura utilizada para conducir el agua de un
un canal, logrando atravesar una depresión.
La depresión puede ser otro canal, un camino, una vía de ferrocarril o
un dren.
El puente canal es un conjunto formado por un puente y un conducto,
el conducto puede ser de concreto, fierro, madera resistente, donde el
agua escurre por efectos de la gravedad.
El puente canal está compuesto por las siguientes elementos:
- Transición de entrada, une por un estrechamiento progresivo el
canal con el puente canal, lo cual provoca un cambio gradual del
agua en el canal.
- Conducto elevado, generalmente tiene una sección hidráulica
mas pequeña que la del canal.
- Transición de salida, une el puente canal con el canal.
La forma de la sección transversal, por facilidad de construcción se
adopta una sección rectangular, aunque puede ser semi circular o
cualquier otra forma.
Fig.5 Esquema de un puente canal y vista en planta .

1.4 SIFONES INVERTIDOS
Los sifones invertidos son conductos cerrados que trabajan a
presión, se utilizan para conducir el agua en el cruce de un
canal con una depresión topográfica en la que está ubicado un
camino, una vía de ferrocarril, un dren o incluso otro canal.
Partes de un sifón:
- Desarenador
- Desagüe de excedencias
- Compuerta de emergencia y rejilla de entrada.
- Transición de entrada
- Conducto o barril
- Registros para limpieza y válvulas de purga.
- Transición de salida.
No siempre son necesarias todas las partes indicadas
pudiéndose suprimirse alguna de ellas
Fig.6 Elementos de un sifón invertido

1.5 RAPIDAS
Las rápidas se utilizan para unir dos tramos de canal cuyo
desnivel considerable se presenta en una longitud de
bastante importancia en comparación con el desnivel.
Antes de decidir la utilización de una de estas estructuras,
conviene realizar un estudio económico comparativo entre
una rápida y una serie de caídas.
Elementos de una rápida, se muestran en la siguiente figura
la cual esta compuesta de:
- Transición de entrada.
- Tanque amortiguador.
- Transición de salida.
Fig.7 Elementos de una rápida

1. CAÌDAS
1.1 GENERALIDADES
Son obras proyectadas en canales para salvar desniveles bruscos en
la rasante de fondo.
Gomez, N. Hace una diferenciación de estas obras y conviene en
llamarle caídas cuando los desniveles son iguales o mayores a 4m.,
estos a su vez pueden ser verticales o inclinadas.
Para desniveles mayores a 4 m. la estructura toma el nombre de
rápida y en estos caso es conveniente un estudio económico entre
una rápida o una serie de caídas que Dominguez, denomina gradas.
En la presente unidad estudiaremos el diseño hidráulico de caídas
verticales, inclinadas, no se trata el caso de caídas entubadas puesto
que su diseño se basa en los mismos principios que los sifones.
Fig.1 Caída inclinada con bloques de impacto en el piso
Fig 2 Caída entubada

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 está
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.
Fig. 3 Caída vertical con muro de mampostería y poza simple de disipación.

1.2 CAIDAS VERTICALES
1.2.1 CLASIFICACIÓN :
Las caídas verticales pueden ser de varios tipos y se podría
decir que no tienen limitaciones en cuanto al caudal y altura de
caída, sin embargo es recomendable su uso hasta desniveles de
1.0 m. y solo cuando la naturaleza del problema así lo exija, se
construirán para desniveles mayores de 1.0 m.
Existen ciertas limitaciones de orden técnico, que impiden el uso
de una caída vertical, estas 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 mas fuerte, en el caso de la caída vertical, el
chorro cae con mas fuerza siendo necesario ventilar el vacío
que se forma debajo del chorro de caída.
Fig. 4 Elementos de la caída vertical tipo SAF

1.2.2 CRITERIOS DE DISEÑO
a) Se construyen caídas verticales cuando se necesitan salvar el
desnivel de 1.0 m. como máximo, solo casos excepcionales se
construyen para desniveles mayores.
b) El SINAMOS , Pág. 56, recomienda que para caudales unitarios
mayores a : 300 lt/sg. por metro de ancho, siempre se debe
construir caídas inclinadas, además manifiesta, que la
ejecución de estas obra 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.
c) Cuando el desnivel es menor a : 0.30 m. y el caudal mayor
menor o igual a : 300 lt/sg. por metro de ancho del canal, no
es necesario poza de disipación.
d) El caudal vertiente en el borde superior de la caída se calcula
con la fórmula para caudal unitario:
- Caudal unitario : q= 1.48 𝐻3/2
- Caudal total : Q =
2
3
µ . B. 2𝑔 . 𝐻3/2
µ = 0.50
B = Ancho de la caída

e) La caída vertical se puede utilizar para medir la cantidad
de agua que vierte sobre elle si se coloca un vertedero
calibrado.
f) Por debajo de la lamina vertiente en la caída se
produce un deposito de agua Yp que aporta el impulso
horizontal necesario para que el chorro de agua marche
hacia abajo.
g) Rand (1955) citado por ILRI, 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
ecuaciones citadas en la referencia.
h) Al caer la lámina vertiente extrae una continua cantidad
de aire de la cámara tal como se indica en la figura, el
cual debe reemplazar para activar la cavitación o
resonancia sobre toda la estructura.
Fig. 5 Elementos de la caída vertical.

i) Para facilitar la aireación se puede adoptar cualquiera de las
de las siguientes soluciones :
. Contracción lateral completa, con cresta vertiente,
disponiéndose de ese modo de espacio lateral para
el acceso de aire debajo de la lamina vertiente.
. Agujeros de ventilación; cuya capacidad de suministro
de aire en 𝑚3
/sg. X m. de ancho de cresta de la caída,
según ILRI(5)Pág. 210.
Fig. 6 Contracción lateral completa

1.2.3 CAÍDA VERTICAL 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 lamina aguas abajo, a tal punto
que puede considerarse independiente del salto.
- Ancho y espaciamiento de los obstáculos : 0.4 Yc.
- Longitud mínima de la cubeta : Ld + 2.55 Yc
- 𝐷 =
𝑞2
𝑔𝐻3 - 𝑞 =
𝑄
𝐵
Se calcula primeramente B, puesto que ´´Q´´ es el caudal
en el canal y por lo tanto es conocido.
La anchura y espaciamiento entre obstáculos será
aproximadamente 0.4 Yc.

1.3 CAIDAS INCLINADAS
Estas estructuras se proyectan en tramos cortos de canal con pendientes
fuertes, siendo la velocidad del 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 clase de
revestimiento y de su extensión.
Cuando se tiene un desnivel mayor a 4.50 m. la caída inclinada se deno-
mina rápida y el cálculo hidráulico deberá hacerse como tal.
Tratándose de estos desniveles, es aconsejable efectuar un análisis
hidráulico y económico que nos permite decidir si mas conveniente que
una rápida resulta construir una serie de caídas verticales a las cuales se
les conoce como gradas o cascadas.
1.3.1 PARTES DE UNA CAÍDA INCLINADA
a) Transición de Entrada
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 en tierra
siempre será necesario proyectar aguas arriba de esa transición un
enrocado de protección contra las posibles erosiones.

b) La entrada
La entrada hacia una caída puede adoptar diferentes formas,
depende del criterio del ingeniero y de la operación del canal
donde va proyectada la caída, así tenemos las siguientes alter-
nativas:
- Entrada con una sección de tirante critico, 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 critico sea igual a la energía en el canal y de esta manera
se logra controlar el flujo.
- Entrada con una sobreelevación o solera en el fondo, cuya altura
es igual a la diferencia de energía del canal en condiciones
normales menos la energía del canal correspondiente al tirante
critico.
- Entrada con compuerta o ataguías, que permiten operar con el
tirante para diferentes caudales en el tramo del canal aguas
arriba de la entrada.
c) El tramo inclinado
El tramo inclinado generalmente se proyecta a la misma sección
que la entrada, la altura de las paredes laterales pueden calcu-
larse en base al tirante critico en la entrada con un borde libre
de 0.30 m. para caudales menores a 3.0 𝑚3
/sg.
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 4.5 m.
Fig. 9 Características de la poza disipadora tipo SAF

d) Poza de disipación
En el tramo inclinado e 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 amorti-
guadores o pozas de disipación de sección rectangular, solamente
para caídas inclinadas de una altura máxima de 4.5 m.
e) Transición de salida
La transición de salida conecta la poza de disipación con el canal
agua abajo, que puede ser un canal en tierra revestido y tienen
como objetivo evitar la erosión en el canal, en la figura 10 se ven
algunos tipos de transición de salida.
- Tipo A : Tiene los aleros a 90° y la longitud de estos dependen
de la sección del canal de salida, este tipo es el mas
fácil de construir.
- Tipo B : Tiene dos aleros a 45° y también su longitud depende
de la sección del canal.
- Tipo C : Es el mas difícil de construir y su longitud se deter-
mina de acuerdo al calculo de las transiciones.
A la salida de la poza se puede proyectar cualquiera
de estos tres tipos, lo importante es darle longitud
adecuada al enrocado de protección.
Fig. 10 Elementos de la caída a la salida.

FUENTE DE LA PRESENTACION .
- Institución de enseñanza en Ciencias Agrícolas (1980) Manual de Proyectos de pequeñas obras Hidráulicas para riego.
Tomo 2.Chapingo.Mexico.
- Silva,G. (2003) Estructuras Hidráulicas.
- Villon,M. (2000). Diseño de estructuras Hidráulicas. Costa Rica. Instituto Tecnológico de Costa Rica.

UNIVERSIDAD NACIONAL
SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ESCUELA PROFESIONAL INGENIERÍA CIVIL
CURSO : ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS
SEMESTRE : 2021-I
UNIDAD DIDÁCTICA N° 3
OBRAS DE ARTE EN CANALES
DISEÑO HIDRÁULICO DE SIFÓN INVERTIDO
Ing. RAMÓN URTECHO C.
Ing. Civil CIP 28597
DOCENTE DEL CURSO
ESTRUC. HIDRÀULICAS UD3 3.2.A SIFÓN INVERTIDO 1

1. SIFÒN INVERTIDO
1.1 GENERALIDADES
Para cruzar una depresión, se debe recurrir a una estructura de
cruce, en cada caso se escoge la solución mas conveniente para :
- Tener un funcionamiento hidráulico correcto
- La menor pérdida de carga posible.
- La mayor economía posible.
1.1.1 ELECCIÒN DEL TIPO DE ESTRUCTURA
Cuando el nivel del agua es menor que la rasante del obstáculo,
se puede utilizar una alcantarilla.
Cuando el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la
rasante del obstáculo, se puede utilizar como estructura de cruce,
un puente canal o un sifón invertido o la combinación de ambos.
El puente canal se utilizará cuando la diferencia de niveles entre
la rasante del canal y la rasante de la quebrada o río, permita un
espacio libre, suficiente para lograr el paso del agua.
El sifón invertido se utilizará si el nivel de la superficie libre del
agua es mayor que la rasante del obstáculo.
ESTRUC. HIDRÀULICAS UD3 3.2.A SIFÓN INVERTIDO
2
1.1.2 CONCEPTO DE SIFÓN INVERTIDO :
Los sifones son conductos cerrados que trabajan a presión,
se utilizan para conducir el agua en el cruce de un canal con
una depresión topográfico o quebrada, también para pasar
por debajo de un camino, una vía de ferrocarril, un dren o
incluso otro canal.
Un sifón consta de:
- Un conducto cuya longitud queda determinada por el
perfil del terreno y
- Dos transiciones, (entrada y salida) siendo generalmente de
sección trapezoidal o rectangular en la cual se encuentran
anclados los tubos.
En el cruce de un canal con una quebrada, el sifón se
proyecta para conducir el menor gasto y lo suficientemente
profundo para no ser socavado.
En ciertas ocasiones debido a sus dimensiones un sifón se
constituye en un peligro, principalmente cuando está cerca
de centros poblados.
Siendo necesario el uso de rejillas pero con la desventaja de
que puedan obturarse las aberturas y causar remansos.

1.2 PARTES DE UN SIFÓN INVERTIDO
1.2.1 DESARENADOR.
Una estructura que sirve para la limpieza de las aguas cuando estas
contienen partículas sólidas, también para la limpieza en los sifones
1.2.2 DESAGÜE DE EXCEDENCIAS.
Es una estructura que evita que el nivel del agua suba mas de lo
tolerable, generalmente es un vertedero lateral.
1.2.3 COMPUERTA DE EXCEDENCIAS
Se ubica al finalizar la transición de entrada, y consiste en compuer-
tas deslizantes que se cierran para hacer limpieza del sifón u hacer
reparaciones.
1.2.4 TRANSICIONES DE ENTRADA Y SALIDA
Como la mayoría de los casos la sección del canal es diferente al del
barril o conducto, es necesario diseñar transiciones , una de entrada
y otra de salida, para pasar gradualmente .
En el diseño de la transición de entrada y salida es generalmente
aconsejable tener la abertura de la parte superior del sifón un poco
mas debajo de la superficie normal del agua.
Esta práctica hace mínima la posible reducción de capacidad del
sifón causada por la introducción del aire.
La profundidad de sumergencia de la abertura superior del sifón se
recomienda que este comprendida entre:
- Mínimo de : 1.1 hv
- Máximo de 1.5 hv. (hv = carga de velocidad = V2/2g)
Fig.1 Elementos de un sifón invertido

1.2.5 CONDUCTO O BARRIL
Forma la parte más importante y necesaria de los sifones.
Se recomienda profundizar el conducto, dejando un colchón
mínimo de 1m en las laderas y de 1.5 m en el cruce del cauce para
evitar probables fracturas que pudieran presentarse debido a
cargas excesivas como el paso de camiones o tractores.
a ) Tuberías de presión.
Son tuberías que transportan agua bajo presión.
Para que los costos de mantenimiento sean bajos hay que colocar
soportes y los anclajes de la tubería en pendientes estables y
encontrar buenos cimientos.
No deber haber peligro de erosión por desprendimiento de lade-
ras, pero si acceso seguro para hacer mantenimiento y reparación.
b) Material usado para tubería de presión
El acero comercial fabricado con plancha de acero roladas y
soldada.
En general las tuberías de acero que están protegidas por una capa
de pintura u otra capa de protección pueden durar hasta 20 años.
Además, son efectivas en resistencia a impactos pero son pesadas,
se unen mediante bridas, soldadura o juntas metálicas.
Evitar enterrar las tuberías de presión debido a que corren el ries-
go de corroerse.
c) Velocidades en el conducto
Las velocidades de diseño en :
- Sifones grandes es de : 2.5 - 3.5 m/.
- Sifones pequeños es de: 1.6 m/s.
Un sifón se considera largo, cuando su longitud es mayor que
500 veces el diámetro.
d) Rejilla de entrada y Salida
La rejilla de entrada se acostumbra hacerla con:
- Varillas de 3/8" de diámetro o
- Varillas cuadradas de 0.95 x 0.95 cm2. (3/8" x 3/8")
- Colocados a cada 10 cm, y
- Soldadas a un marco de 2.54 x 1.27cm2 (1" x 1/2").
El objeto de la rejilla de entrada es el impedir o disminuir la
entrada al conducto de basuras y objetos extraños que
impidan el funcionamiento correcto del conducto y la rejilla
de salida para evitar el ingreso de objetos extraños o personas.
6. REGISTRO PARA LA LIMPIEZA Y VÁLVULA DE PURGA
Se coloca en la parte mas baja de los barriles, permite evacuar
el agua que se quede almacenada en el conducto cuando se
para el sifón, para su limpieza y reparación.

1.3 FUNCIONAMIENTO
El sifón siempre funciona a presión, por lo tanto, debe estar ahogado a la
entrada y a la salida.
Ahogamiento ≥ 10%.
Puede tenerse ahogamiento < 50%.
Ahogamiento = (H-h)*/h*100. (1)
El sifón funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de carga
debe absorber todas las perdidas del sifón.
La diferencia de carga DZ debe ser ≥ perdidas totales.
El cálculo hidráulico del sifón, se lo realiza en base a los planos topográ-
ficos del terreno en el sitio de la obra, se traza el sifón y se procede a
diseñar la forma y dimensiones de la sección del conducto mas econó-
mica y conveniente, esto se obtiene después de hacer varios tanteos,
tomando en cuenta las perdidas de carga que han de presentarse.
Las dimensiones de la sección transversal del conducto, dependen del
caudal que deba pasar y de la velocidad que se pueda dar.
Fig.2 Ahogamiento
5

Aplicamos Energía en 1 y 2:
(2)
(3)
(4)
Otra fórmula (5) :
Polikouski y Perelman : (6)
Donde:
Vt: velocidad media en la tubería (m/s)
D: diámetro de la tubería de acero (m)
El sifón funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe
absorber todas las pérdidas en el sifón.
La diferencia de carga AZ debe ser mayor a las pérdidas totales
Fig. 3 Interpretación de la altura mínima de
ahogamiento.

1.4 CRITERIOS DE DISEÑO
a) Las dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los
requerimientos de:
- Cobertura.
- Pendiente del tubo.
- Ángulos de doblados.
- Sumergencia de la entrada y salida.
b) En aquellos sifones que :
- Cruzan caminos principales o debajo de drenes, se requiere un
mínimo de 0.90 m. de cobertura.
- Cuando cruzan caminos parcelarios o canales de riego sin revestir,
es suficiente 0.60 m.
- Cuando cruza un canal revestido, es suficiente 0.30 m. de cober-
tura.
c) La pendiente de los tubos doblados, no debe ser mayor a 2:1.
La pendiente mínima del tubo horizontal debe ser 5 por mil.
d) Se recomienda transición de concreto a la entrada y salida
cuando el sifón :
- Cruce caminos principales.
- Tenga diámetro mayor o igual a 36” .
- Para velocidades en el tubo mayores a 1 m/sg.
e) Con la finalidad de evitar desbordes aguas arriba del sifón debido a
la ocurrencia fortuita de caudales mayores al diseño, se recomi-
enda aumentar en un 50 % o 0.30 m. como máximo el borde
libre del canal en una longitud mínima de 15 m. a partir de
la estructura.
f) Con la finalidad de determinar el diámetro del tubo en sifones
relativamente cortos con :
- Transiciones de tierra, tanto a la entrada como a la salida, se
puede usar una velocidad :1m/sg,
- Transiciones de concreto , se puede usar : 1.50 m/sg .
g) Con la finalidad de determinar el diámetro del tubo en :
- Sifones largos con transiciones de concreto con o sin control
en la entrada, se puede usar una velocidad entre 3 m/sg a
2.5 m/sg.
- Sifones cortos con transiciones de concreto con o sin control
en la entrada, se puede usar una velocidad de 1.5 m/sg .
Un sifón es considerado grande, cuando su longitud es mayor
que 500 veces el diámetro.
h) Las perdidas de carga por entrada y salida para las transiciones
tipo “cubierta partida”, se pueden calcular rápidamente con los
valores 0.4 hv y 0.65 hv respectivamente.
i) A fin de evitar remansos aguas arriba, las perdidas totales
computadas se incrementan en 10 %.
j) En el diseño de la transición de entrada se recomienda que la
parte superior de la abertura del sifón, este ligeramente
debajo de la superficie normal del agua, esta profundidad de
sumergencia es conocida como sello de agua y en el diseño se
toma 1.5 veces la carga de velocidad del sifón o 1.1 como
mínimo o también 3”.
k) En la salida la sumergencia no debe exceder al valor: Hte/6.

l) En sifones relativamente largos, se proyectan estructuras de
alivio para permitir un drenaje del tubo para su inspección y
mantenimiento.
m) En sifones largos bajo ciertas condiciones la entrada puede no
sellarse ya sea que el sifón opere a flujo parcial o a flujo lleno,
con un coeficiente de fricción menor que el asumido en el diseño,
por esta razón se recomienda usar: n =0.008, cuando se calculan
las perdidas de energía.
n) Con la finalidad de evitar la cavitación a veces se ubica ventanas
de aireación en lugares donde el aire podría acumularse.
o) Con respecto a las perdidas de carga totales, ser recomienda la
condición de que estas sean iguales o menores a 0.30m.
p) Cuando el sifón cruza debajo de una quebrada, es necesario
conocer el gasto máximo de la creciente.
q) Se debe considerar un aliviadero de demasías y un canal de des-
carga inmediatamente aguas arriba de la transición de ingreso.
r) Se recomienda incluir una tubería de aeración después de la
transición de ingreso.
s) Se debe analizar la necesidad de incluir válvulas rompe presión en
el desarrollo de la conducción a fin de evitar el golpe de ariete,
que podría hacer colapsar la tubería (solo para grandes caudales).
t) Se debe tener en cuenta los criterios de sumergencia (tubería
ahogada) a la entrada y salida del sifón, a fin de evitar el ingreso
de aire a la tubería.

1.5 PÉRDIDAS EN EL SIFÓN
Las principales perdidas que se presentan son las siguientes:
1.5.1 PÉRDIDA DE CARGA POR TRANSICIÓN DE ENTRADA Y SALIDA
(7)
(8)
Donde:
𝑣1 = Velocidad en sección 1 de la transición, de entrada.
𝑣2 = Velocidad en sección 2 de la transición, de entrada.
𝑣3 = Velocidad en sección 3 de la transición, de salida.
𝑣4 = Velocidad en sección 4 de la transición, de salida.
En un flujo subcrítico, la sección (4) de la Figura 1, tiene el tirante
real igual al tirante normal.
Para encontrar las perdidas por transición de salida es conveniente
aplicar el teorema de Bernoulli entre los puntos (3) y (4).
Lo mismo con la entrada pero entre los puntos (1) y (2).
El tubo a la entrada, conviene que quede ahogado de un 10% a un
50% de hv para evitar la entrada de aire que pueda producir un
funcionamiento defectuoso.
1.5.2. PÉRDIDAS POR REJILLAS
Cuando la estructura consta de bastidores de barrotes y rejillas para
el paso del agua, las perdidas originadas se calculan con la ecuación:
(9)
(10)
Donde :
𝐾 = Coeficientes de perdidas en la rejilla.
𝐴𝑛 = Área neta de paso entre rejillas.
𝐴𝑔 = Área bruta de la estructura y su soporte, que quede
dentro del área hidráulica.
𝑉
𝑛 = Velocidad a través del área neta de la rejilla dentro del
área hidráulica.

1.5.3. PÉRDIDA DE CARGA POR ENTRADA DEL CONDUCTO:
(11)
Donde:
𝑣 = Velocidad del agua en el barril.
𝐾𝑒 = Coeficiente que depende de la forma de entrada.
TIPO DE ESTRUCTURA Ke
Compuerta en pared delgada-contracción
suprimida en los lado y en el fondo
1.00
Para entrada con arista en ángulo recto 0.50
Para entrada con arista ligeramente
redondeada
0.23
Para entrada con arista completamente
redondeada R/D=0.15
0.10
Para entrada abocinada circular 0.004
1.5.4. PÉRDIDA POR FRICCIÓN EN EL CONDUCTO
Una formula muy empleada para determinar las pérdidas por
fricción es la de Manning:
(12)
(13)
Donde:
𝑛 = Coeficiente de rugosidad.
𝑆 = Pendiente del tramo.
𝑣 = Velocidad del agua en el conducto.
𝑅 = Radio hidráulico.
𝐿 = Longitud total del conducto.
Cuando se trata de un conducto circular, el radio
hidráulico es: R= d/4.
1.5.5 PERDIDAS DE CARGA POR CAMBIO DE DIRECCIÓN O
CODOS
Una fórmula muy empleada es:
(14)
Donde:
D = ángulo de deflexión.
Kc = coeficiente para codos comunes igual a 0.25.

1.5.6. PÉRDIDA POR AMPLIACIÓN (perdidas por salida)
Algunas veces por exigencias topográficas no es posible localizar una
transición a la salida del sifón para el cambio de sección, haciéndolo en
una caja, de la cual saldrá el agua al canal.
La perdida de carga será motivada por ampliación brusca en la sección
y se aplica las siguientes formulas:
- Borda : (15)
- Archer : (16)
- Fórmula práctica : hs = 2*he. (17)
Donde:
𝑣1= Velocidad en el sifón.
𝑣2= Velocidad aproximada en la caja.
1.5.7 . PÉRDIDA POR VÁLVULAS DE LIMPIEZA
Estas perdidas se originan en sifones que tienen válvulas para desagüe
y limpieza, entonces estas perdidas se consideran por bifurcación de
tuberías.
Esta pérdida por ser pequeña y no se puede evaluar, se desprecia.
11

2. TRANSICIÓN
La transición es una estructura que se usa para ir modificando en forma
gradual la sección transversal de un canal, cuando se tiene que unir dos
tramos con diferente forma de sección transversal, pendiente o dirección.
La finalidad de la transición es evitar que el paso de una sección a la sigui-
ente, de dimensiones y características diferentes, se realice de un modo
brusco, reduciendo así las perdidas de carga en el canal.
Las transiciones se diseñan tanto a la entrada como a la salida de varias
estructuras tales como:
- Tomas. - Puente canal.
- Rápidas. - Alcantarillas.
- Caídas. - Sifones invertidos.
- Desarenadores, etc. Fig. 4 Transición en un canal.

2.1 TRANSICION RECTA DISEÑO SIMPLIFICADO DE TRANSICIONES.
Para el diseño de una transición recta, se debe definir la longitud
de la transición de modo que las pérdidas en el paso entre dos
tramos de características diferentes sean las mínimas posibles.
En la hidráulica y en el diseño de estructuras hidráulicas, las
formulas que representan los diseños se obtienen de forma
experimental, es por eso que se tendrá confianza en las fórmulas
siguientes.
2.1.1 LONGITUD DE LA TRANSICION.
La Figura 5, muestra un esquema en planta de una transición que
une dos tramos de diferente forma de un canal, donde:
- T1, T2 : Representan los espejos de agua.
- b1, b2 : Los anchos de solera.
- α : El ángulo que forman los espejos de agua.
De la Figura 6, se puede observar que se cumple que del triángulo,
la tg α se puede expresar como:
(18)
Despejando, se tiene :
(19)
Donde:
L = Longitud de la transición (m).
T1, T = Espejos de agua (m).
α = Ángulo que forman los espejos de agua.
Fig.5 Vista en planta de una transición
Fig. 6 Diferencia de alturas entre espejos de agua

De la ecuación (19), se observa que:
si α crece, entonces tg α crece y L decrece.
Según experiencias de Julian Hinds, y el Bureau of Reclamation, se
encontró que para α= 12º30’, se consiguen perdidas de carga
mínimas en transición.
Además, el ángulo α, puede ser aumentado hasta 22º30’ (según la
Comisión Nacional de Irrigación de México) sin que el cambio de
la transición sea brusco, por lo que se obtiene la ecuación (20),
que es la ecuación que se aplica en forma práctica para determinar
la longitud de la transición recta.
(20)

2.1.2 TRANSICIONES ALABEADAS (método racional).
El diseño de transiciones para un régimen subcrítico, de la Figura 7,
muestra la proyección en planta y el perfil longitudinal de una
transición alabeada (tanto de contracción como de expansión), que
une una sección rectangular con una trapezoidal, la que representa
uno de los casos mas generales, ya que se da un cambio de sección
(ancho de solera y talud) y la cota de fondo.
En la vista en planta de la Figura 7, las líneas punteadas represen-
tan los cortes de las secciones transversales:
aa : Representa la sección de inicio de la transición de contracción,
viniendo de aguas arriba o de izquierda a derecha, es el final
del canal de llegada.
bb : Representa la sección final de la transición de contracción, y
es el inicio del canal intermedio.
ff: Representa la sección de inicio de la transición de expansión, y
el final del canal intermedio.
cc : representa la sección final de la transición de expansión y es el
inicio del canal de salida.
En el diseño de la transición se trata de llegar a un diseño óptimo,
es decir que el perfil que tiene la estructura, tanto en planta como
en corte longitudinal obedezca al perfil hidrodinámico del flujo, de
tal manera que cuando el flujo entre en la transición, la napa no se
despegue de las paredes, sino que vaya con ellas.
Fig.7 Planta y perfil de la sección alabeada

Para el diseño de una transición existen varios métodos obtenidos en
el laboratorio en forma experimental, cada uno de ellos fue desarro-
llado bajo ciertas hipótesis, dentro de los que se pueden mencionar:
- Método de Hind.
- Método de Mitra.
- Método de Chaturvedi.
- Método Racional.
Las ecuaciones que se plantean en esta sección, corresponden al
método Racional, el mismo que fue producto de mucho trabajo
desarrollado por diferentes investigadores entre los que se puede
mencionar a Carde, Ranga, Raju, Mishra y Carnot, entre otros.
La definición de la forma geométrica de la transición (por ejemplo
para el caso de una transición de expansión), se realiza con las
siguientes ecuaciones:
Longitud de transición : (21)
(22)
Donde :
- L = longitud de transición.
- Zc= talud en el canal trapezoidal. Canal de salida
- yc = tirante en el canal de salida.
- bc= ancho de solera en el canal de salida (canal trapezoidal).
- bf= ancho de solera en el canal intermedio (canal rectangular).
Cálculo del ancho de fondo (solera) en cada sección:
(23)
(24)
El talud en cada sección es :
(25)
Donde:
Z= talud a una distancia x.
Zc= talud del canal de sección trapezoidal.
X= distancia a la que se esta calculando el talud Z,
tomando como inicio la sección rectangular.
L= longitud de la transición.

Cálculo del desnivel de fondo en cada sección :
(26)
Donde : Dhi = Desnivel del fondo en cada sección.
Dh = Desnivel total entre las dos secciones (rectangular y
trapezoidal).
x = Distancia a la que se encuentra la sección que se
esta calculando, tomando como inicio la sección
rectangular.
L = Longitud de la transición.
El desnivel entre dos secciones consecutivas i y i+1 se calcula con la
ecuación:
(27)
Donde :
Dhi,i+1= desnivel del fondo entre las secciones i y i+1.
Dh= desnivel total entre las dos secciones (rectangular y
trapezoidal).
xi, xi+1= distancia a la que se encuentra la sección i y i+1,
respectivamente.
L= longitud de la transición.
Para el cálculo del tirante y la energía especifica en cada sección
de la transición alabeada, se aplica la ecuación de la energía, es
decir: (28
Donde: E1, E2= energía total en las secciones 1 y 2, respectiva-
mente.
(29)
Donde: H= carga de altura.
Y= tirante, carga de presión.
v2/2g = carga de velocidad.
Hf1-2= perdida por cambio de dirección entre las
secciones 1 y 2, de acuerdo a HIND:
(30)
Para una transición de salida (expansión) K=Ke= 0.20.
Para una transición de entrada (contracción) K=Ke=0.10.

Ejemplo de diseño: TRANSICIONES
En un tramo del perfil longitudinal de un canal que conduce 5 m3 /s, se
tiene que construir una transición de salida para unir un canal de sección
rectangular con ancho de solera 3 m y n = 0.015, con un canal trapezoidal
con talud 1.5 y ancho de solera 5m, el cual tiene una pendiente de 0.5% y
coeficiente de rugosidad de 0.025; el desnivel de fondo entre ambos
tramos es de 0.10 m, como se muestra en la siguiente figura.
Considerando el coeficiente K=0.2, realizar el diseño de una transición:
Recta y Alabeada.
Datos: Para la transición recta.
- Q = 5 m3 /s,
Sección recta: T1= bf =3.00 m
n= 0.015
s= 0.005
Sección trapezoidal: T2 en función de la ecuación de Manning.
Talud z = 1.5
n= 0.025
K = 0.2
ancho solera = bc = 5.00 m.
Solución : TRANSICIÒN RECTA
1. De la ecuación de Manning :
2. Para canales trapezoidales :
- Perímetro mojado (P) :
- Área (A) :
3. Reemplazando en la ecuación de Manning :
4. Despejando, se tiene : y = 0.526 m.
5. El ancho superficial de la sección trapezoidal es :
T2 = b + 2*z*y = 5 + 2*1.5*0.526 = 6.578 m.
6. Entonces :

Longitud de la ecuación (22)
De la ecuación (21) :
Ancho solera de fondo (23)
De la ecuación (24) nb =0.8 – 0.26*1.5^0.5 = 0.482
Entonces : (A)
Talud en cada sección ecuación (25) :
(B)
Desnivel de fondo en cada sección : ecuación (27)
(C)
En resumen el diseño de la sección de transición se da en la tabla para
tramos, cada 0.50 m.
El borde libre en transiciones 0.25, para tirantes entre 0.40 a 0.60 m.
Fig.9 Tabla solución a las fórmulas (A),(B) y (C)
Fig. 8 Relaciones geométricas de las
secciones transversales

20
FUENTE:
- Autoridad Nacional del Agua. (2010).Criterio de Diseño de Obras Hidráulicas. Lima, Perú.
- Perez, G.(2016). Manual de Obras Hidráulicas. Lima, Perú.
- youtube.com/watch?v=P72APrNZQEK

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