Contenido Hidraulica Fluvial - Principios y Practicas

El presente texto, orientado a alumnos de últimos cursos de escuelas técnicas y en general a profesionales de la ingeniería, desarrolla los temas relacionados con la hidráulica fluvial. Por razones didácticas, el texto se ha organizado con el criterio de presentar los temas de forma que su dificultad sea progresiva y que los conocimientos necesarios en cada capítulo hayan sido desarrollados en los anteriores. Se estructura en dos partes, en la primera, capítulos 1 a 12, se exponen las ideas y formulaciones básicas de la hidráulica fluvial y en la segunda, capítulos 13 a 16, los aspectos prácticos tanto de diseño como constructivos de las obras fluviales. En el primer capítulo se expone la importancia del río a lo largo de la historia y el desarrollo del conocimiento de la Hidráulica fluvial. En el capítulo segundo se presenta el concepto de ecosistema fluvial con el fin de introducir al lector en los aspectos medioambientales de cara a un planteamiento general de la actuación fluvial. El capítulo 3 incluye los aspectos de morfología fluvial y el 4 la respuesta del sistema fluvial ante las acciones externas. En los capítulos 5 a 11 se abordan de forma progresiva las propiedades de los sedimentos; el inicio de la erosión, formas del lecho, resistencia, producción de sedimentos y transporte sólido. El capítulo 12 aborda el tema de la modelización matemática y fisica. El la segunda parte se incluyen los temas de estabilización y protección de cauces, encauzamientos, erosiones locales e hidráulica de puentes y aterramiento de embalses. Siguiendo con el objetivo básico, la aplicación práctica, se incluyen en el texto ejercicios resueltos relacionados directamente con las materias desarrolladas, de forma que sirven de contraste y de confirmación de las ideas expuestas. También, al final de cada capítulo, se incluye un grupo de ejercicios propuestos, de dificultad creciente, con el fin de servir de recopilación de las ideas presentadas en el capítulo e integrarlas con otras desarrolladas anteriormente. Dentro de la línea general seguida en la exposición del texto, se ha intentado disminuir en lo posible la carga. matemática pero, el lector deberá de conocer conceptos de hidráulica y de mecánica de fluidos necesarios para desarrollar algunos de los apartados incluidos en él. Para el desarrollo de algunos ejercicios se supone que el lector es conocedor, a nivel de usuario, de la utilización del ordenador personal (hojas de cálculo, etc.), pero en todo caso se han evitado intencionadamente las referencias generalizadas a las técnicas informáticas. Se ha pretendido que el estilo de este texto sea directo, cotidiano e informal con el fin de facilitar su lectura, consciente el autor de sus lagunas y limitaciones en materia lingüística les pide comprensión y disculpas ante los fallos existentes. Alguno de los contenidos son parte de los resultados de tesis, ensayos y estudios realizados en el Laboratorio de Hidráulica de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, C y P de la Universidad Politécnica de Madrid, por lo que agradezco sinceramente a los compañeros y alumnos de doctorado su ayuda y colaboración desinteresada. Por último quiero agradecer a mi esposa Elena el trabajo que ha realizado en este texto durante mas de dos años y su paciencia ante la casi total desaparición del tiempo libre familiar. (Eduardo Martínez Marín)

INDICE  

Capítulo 1 INTRODUCCIÓN
 
1.1 Introducción  
1.2 El río en la historia  
1.3 Ingeniería fluvial  
1.4 Obras fluviales  
Referencias  
 
Capítulo 2 EL ECOSISTEMA FLUVIAL
 
2.1 El ecosistema fluvial  
2.2 Aspectos hidrológicos  
2.3 Sedimentos y morfología fluvial  
2.4 Ecología fluvial  
2.5 Régimen de caudales  
2.6 Caracterización del régimen de caudales  
2.7 Flora y fauna en cauce y ribera  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 3 MORFOLOGIA FLUVIAL

3.1 Introducción  
3.2 Clasificación genética de los ríos  
3.3 Clasificación de los cauces por su forma en planta: Rectos, trenzados y en meandro  
3.4 Perfil longitudinal  
3.5 Secciones transversales  
3.6 Vegas de avenida  
3.7 Diques naturales y marjales  
3.8 Deltas y abanicos fluviales  
3.9 Movimientos secundarios y proceso de formación de meandros  
3.10 Estudio de la forma de los ríos  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 4 RESPUESTA CUALITATIVA DE LOS SISTEMAS FLUVIALES

4.1 Introducción  
4.2 Analogía de la balanza de Lané  
4.3 Métodos de predicción de respuesta  
4.4 Aplicación del análisis cualitativo  
4.5 Criterios y condicionantes en proyectos fluviales  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 5 PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS
  
5.1 Conceptos generales  
5.2 Tamaño de la partícula  
5.3 Forma de la partícula  
5.4 Densidad  
5.5 Velocidad de sedimentación  
5.6 Propiedades de los sedimentos como conjunto  
5.7 Propiedades de las curvas granulométricas  
5.8 Otras propiedades  
5.9 Armado del lecho  
5.10 Suelos cohesivos  
5.11 Toma de muestras  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 6 INICIO DE LA EROSIÓN
 
6.1 Introducción  
6.2 Equilibrio de una partícula en el lecho  
6.3 Diagrama de Shields  
6.4 Otras fórmulas  
6.5 Suelos cohesivos  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 7 RUGOSIDAD Y FORMAS DEL LECHO
 
7.1 Introducción.  
7.2 Formas del lecho  
7.3 Relación entre la rugosidad y la forma del lecho  
7.4 Factores que determinan la forma del lecho  
7.5 Ecuación de Exner  
7.6 Predicción de formas del lecho  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 8 FORMULAS DE RESISTENCIA
 
8.1 Introducción  
8.2 Planteamiento general y fórmulas clásicas  
8.3 Fórmulas semilogarítmicas y aplicación a las fórmulas clásicas  
8.4 Fórmula de Einstein Otras fórmulas para lecho móvil  
8.6 Pérdida de energía en cauces naturales, rugosidad compuesta  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 9 PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS. PÉRDIDA DE SUELO EN CUENCA
 
9.1 Introducción  
9.2 Proceso de erosión de sedimentos en cuenca  
9.3 Factores que condicionan la pérdida de suelo  
9.4 Fórmulas aproximadas para el cálculo de la pérdida de suelo  
9.5 Ecuación universal de pérdida de suelo  
9.6 Ecuación universal de pérdida de suelo modificada  
9.7 Control y protección de la erosión  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 10 ARRASTRE DE FONDO
 
10.1 Conceptos básicos  
10.2 Tipos de flujo y formas de transporte  
10.3 Arrastre de fondo. fórmula de Duboys  
10 4 Fórmulas basadas en el cortante crítico  
10.5 Fórmulas en (q-qc)  
10.6 Fórmula de Mever-Peter y Müller  
l0.7 Formula de Einstein para arrastre de fondo  
10.8 Otras fórmulas: Einstein-Brown, Toffaletti, Colby  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 11 TRANSPORTE DE MATERIALES .EN SUSPENSION
 
11.1 Consideraciones generales  
11.2 Cálculo de la difusión con movimiento turbulento  
11.3 Transporte del material suspendido en condiciones de equilibrio. Teoría del intercambio  
11.4 Fórmula de Lané-Kalinske.  
11.5 Método de Einstein para el cálculo de material en suspensión  
11.6 Otros métodos para el cálculo del transporte es suspensión por la teoría del intercambio  
11.7 Métodos basados en la teoría de la energía  
11.8 Transporte total  
11.9 Fórmula de Toffaletti (1969)  
11.10 Método de Van Rijn (1984)  
11.11 Determinación directa. Laursen (1958), Colby (1964) Medida directa. Toma de muestras  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 12 MODELOS FLUVIALES pi)

12.1 Introducción.  
12.2 Tipos de modelos matemáticos  
12.3 Modelos en régimen permanente  
12.4 Modelos de lecho fijo en régimen variable  
12.5 Modelos de lecho móvil  
12.6 Datos necesarios  
12.7 Modelos fisicos  
12.8 Semejanza hidráulica  
12.9 Semejanza de Froude  
12.10 Semejanza de Reynolds  
12.11 Modelos fluviales. Distorsión de escalas  
12.12 Modelos con lecho móvil  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 13 ESTABILIZACIÓN Y PROTECCIÓN DE CAUCES
 
13.1 Introducción  
13.2 Objetivos de la protección de cauces  
13.3 Métodos de protección  
13.4 Protecciones con escolleras  
13.5 Diseño de las escolleras  
13.6 Fórmulas para el cálculo de la escollera  
13.7 Aspectos constructivos  
13.8 Protecciones con gaviones  
13.9 Utilización de la vegetación  
13.10 Protecciones rígidas  
13.11 Otros tipos de protecciones  
13.12 Diques transversales  
13.13 Diseño y cálculo de diques transversales  
13.14 Diques longitudinales  
13.15 Estabilización del lecho  
13.16 Aspectos medioambientales  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 14 ENCAUZAMIENTOS

14.1 Concepto de encauzamiento  
14.2 Efectos de los encauzamientos  
14.3 Condicionantes básicos  
14.4 Características, tipología y condicionantes de los proyectos de encauzamientos  
14.5 Caudales de diseño  
14.6 Definición geométrica. Sección y planta  
14.7 Obras de defensa  
14.8 Condicionantes económicos de las obras de defensa  
14.9 Encauzamientos urbanos  
14.10 Cubrición de cauces  
14.11 Estabilización de cauces trenzados  
14.12 Encauzamientos de ríos torrenciales  
14.13 Cortas y cauces excavados  
14.14 Características de diseño de los cauces excavados  
14.15 Método de la máxima velocidad permisible  
14.16 Método del esfuerzo cortante crítico  
14.17 Criterio de la sección ideal estable  
14.18 Fórmulas empíricas  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 15 HIDRÁULICA DE PUENTES EROSIONES LOCALES
 
15.1 Introducción  
15.2 Aspectos hidráulicos en el diseño de puentes  
15.3 Dimensionamiento de la sección del puente Cálculo hidráulico de puentes  
15.5 Efectos de los puentes en las llanuras de inundación  
15.6 Obras de encauzamiento y protección  
15.7 Erosión local en pilas y estribos  
15.8 Parámetros que condicionan el proceso de erosión  
15.9 Cálculo de la erosión en un estrechamiento  
15.10 Cálculo de la erosión en pilas  
15.11 Cálculo de la erosión en estribos  
15.12 Cimentación y protecciones en pilas y estribos  
15.13 Erosiones aguas abajo de estructuras  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
Capítulo 16 SEDIMENTACIÓN EN EMBALSES

16.1 Introducción  
16.2 Aportes sólidos  
16.3 Medida del transporte sólido  
16.4 Medida del sedimento en embalse  
16.5 Estimación de la aportación sólida basada en la ecuación universal de la pérdida de suelo  
16.6 Índice de retención  
16.7 Densidad de los depósitos sólidos  
16.8 Distribución y composición de los depósitos  
16.9 Efectos de los sedimentos en el embalse  
16.10 Protección y control de la sedimentación en embalses  
16.11 Efecto de la sedimentación en embalses aguas arriba y abajo de éstos  
Ejercicios resueltos  
Ejercicios propuestos  
Referencias  
 
ANEJOS

Anejo A Propiedades físicas de los fluidos  
Anejo B Notación  
Anejo C Conversión de unidades  
Anejo D Programa HEC-RAS  
Anejo E Bibliografía  
Anejo F Índice de materias