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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO ZONAS DE RIEGOINSTITUTO POLITECNICO NACIONALESIA UNIDAD ZACATENCOMATERIA: ZONAS DE RIEGOPORTADAPROYECTO AUTLÁNDE NAVARROEQUIPO 3:• CRUZ MARTÍNEZ ANA GUADALUPE• DEL CAMPO BARRERA CASANDRA• ESCAMILLA CHÁVEZ NANCYBERENICE• HERRERA FERNÁNDEZ...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO ZONAS DE RIEGO

ALTERNATIVA SIFÓN RECTANGULAR 1: ANA GUADALUPE CRUZ MARTINEZ

A continuación, se presenta el resumen de las pérdidas totales: Perdidas por transición de entrada = h TE = 0.00082 m Perdidas por entrada = hE = 0.02542 m Perdidas por fricción = hf = 0.1857 m Perdidas por codos = hc= 0.0273 m Perdidas por salida = h s = 0.08708 m Perdidas por transición de salida = h TS = 0.008348 m FALTA COMPARATIVA Suma total de perdidas = Sh = CARGA TOTAL DISPINIBLE CONTRA rnoulli d= 1.8001 SUMA DE PÉRDIDAS d1 = 2.4392 V= 1.606 hv = 0.13 vs1 = 1.8191 BL = 0.75 hv1 = 0.1687 B= 4.15 HT = 2.550

Nuestra revisión final del funcionamiento hidráulico:

Diferencia: 2.4392 – 1.8001 = 0.6391m

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ALTERNATIVA SIFÓN RECTANGULAR 2: INGRID YACARANDAY LUGO PEREZ A continuación, se presenta el resumen del análisis hidraulico: Perdidas por transición de entrada = h TE = 0.14411 m Perdidas por entrada = hE = 0.03829 m Perdidas por fricción = hf = 0.04809 m Perdidas por codos= hc = 0.048055 m Perdidas por salida = h s = 0.07657 m Perdidas por transición de salida = h TS = 0.00679m Suma total de perdidas = h = 0.36192 m Diferencia de taludes= 0.210 m No pasa FALTA COMPARATIVA Revisión del funcionamiento hidrá CARGA TOTAL DISPINIBLE CONTRA SUMA DE PÉRDIDAS ANALISIS BERNOULLI d1

2.031

V1

4.5718

hv1

1.0653

hTS

0.00679206

CANAL AGUAS ARRIBA d 1.800 V 2.089 hv 0.22 BL 0.75 B 4.16 HT 2.55

El tirante por Bernoulli rebasa por 0.76 m, muestra un desbalance del 37.42% por lo que no es permisible

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ALTERNATIVA PUENTE CANAL: NANCY BERENICE ESCAMILLA CHAVEZ Con una pendiente de 0.0002 y un gasto de 9 m³/s para la estructura de cruce en nuestra zona de riego ubicada Autlán de Navarro. ANALISIS CANAL AGUAS ARRIBA b= 2.66 m d= 2.3100 m V= 0.97 m/s hv= 0.0483 m BL= 0.88 m B= 5.34 m HT= 3.188 m Ee= 2.3583

ANALISIS HIDRAULICO BERNOULLI d1= 3.1516 m V1= 0.6361 m/s hv1= 0.0206 m

Diferencia=0.8416 m % diferencia= 36.43 % Sumatoria de Perdidas

Sumatoria de perdidas Ʃh= Perdidas de transición de entrada (hTE)= Perdidas por fricción (hf)= Perdidas por transición de salida (hTS)=

0.8398 m 0.2420 m 0.1469 m 0.4510 m

Funcionamiento h idráulico del puente canal

Con análisis aguas arriba

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 > ∑ ℎ

(963.16 + 2.66) − (963.09 + 2.66 ) > 0.8398

Con Bernoulli 0.5616 < 0.8398

0.07 < 0. 8398

𝑁𝑜 𝑝𝑎𝑠𝑎

(963.16 + 3.1516) − (963.09 + 2.66 ) > 0.8398 𝑁𝑜 𝑝𝑎𝑠𝑎

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29. Cálculo de la estructura del cruce El cruce para la zona de riego en Autlán de Navarro en Jalisco se realizará en el dren en el cadenamiento 0+520 a 0+640 por lo tanto el gasto de diseño del sifón será de 9m³/s, el sifón será de concreto con una rugosidad n=0.013, el canal aguas arriba y aguas abajo es un canal de tierra nuevo con n=0.016 y una pendiente S=0.002. Para efectos de este proyecto, como ya se presentó en la sección anterior se evaluaron varias propuestas de estructura de cruce, de las cuales se eligió la mejor opción de estas, por lo tanto se analizará la alternativa del sifón circular propuesto por Casandra. Se eligió esta opción por su dimensionamiento y su poco margen de error. El esquema se presenta a continuación;

Imagen 5 Estructura de cruce.

El sifón al estar ubicado en el dren, por lo tanto, el gasto de diseño será el que se obtiene de CUD por el área a drenar.

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Análisis del hidráulico canal aguas arriba y canal aguas abajo NOTA: antes las dimensiones dren, pero en esta ocasión consideramos el igual las velocidades de Manning y continuidad, para dimensionamiento más óptimo de dren Empezaremos por presentar los datos que necesitaremos para el cálculo de nuestro sifón circular. DATOS DE ZONA DE RIEGO Km2 SUPERFICIE 11 LOG DEL SIF 120.02 m m3/seg/km2 CUD 0.807 DATOS DEL CANAL AGUAS ARRIBA S= 0.0002 b= 2.66 m t= 0.58 n= 0.016 m3/s Q= 9

Se tendrá que iterar hasta encontrar un tirante, nos de la misma velocidad calculada con Manning y por continuidad Ecuación 1 Manning

Ecuación 2 Continuidad

𝑉=

1 (𝑅 )2/3(𝑆)1/2 𝑛 𝐻 𝑄 = 𝑉∗𝐴

Al proponer el tirante y darnos una diferencia de 0.0000 obtenemos los siguientes resultados

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Tabla 35 Datos de un tirante propuesto de 2.3107

d

AH 2.3107

PM 9.2480

8.0045

RH VM VC 1.1554 0.9732

0.9732

DIFERENCIA 0.0000

Tabla 36 Datos calculados con ese tirante

d= V= hv= BL= B= HT=

2.3107 0.973 0.05 0.88 5.34 3.188

Cálculo del Sifón Proponiendo una velocidad que o rebase los límites establecidos (1.5 m/s – 3 ms/s) calculamos el diámetro y lo aproximamos al diámetro comercial más cercano PROPONIENDO VELOCIDAD DE 2.5 M/S V= 2.5 A=Q/V 3.6 DIÁMETRO CALCULADO 2.14 DIÁMETRO CALCULADO 84.28932832 DIÁMETRO COMERCIAL 96

m/s M2 M PULG PULG

Al multiplicar el diámetro comercial por 0.0254 obtendremos el D, el área se obtendrá por la formula inmediata del área del sifón circula, la velocidad se obtendrá por gasto sobre área, y la hvs será v^2/2g.

D ÁREA= V=Q/A hvs

2.43 m 4.67 m2 1.93m/s 0.189

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Aplicando la fórmula de pérdidas por Manning obtuvimos el siguiente resultado Ecuación 3 ℎ𝑓𝑚 =

donde:

6.35 ∗ 𝑣 2 ∗ 𝑛2 ∗ 𝐿 𝐷 4/3

V: a la velocidad del sifón n: Es el valor de Manning (0.013 para concreto) L: Es la longitud del Sifón D: Diámetro del sifón circular Sustituyendo

6.35 ∗ 1.932 ∗ 0.0132 ∗ 120.02 2.434/3

ℎ𝑓𝑚 =

hf Manning Calculamos las perdidas por codos de 30°

0.15

Ecuación 4 ℎ𝑐 = 0.25 ∗ sustituyendo

𝜃 𝑣2 ∗√ 2𝑔 90°

ℎ𝑐 = 0.25 ∗ 0.189 ∗ √

30° = 0.0273 90°

Se tiene que multiplicar por 2, por los codos que hay en el sifón. hc

0.055

Ahora calculando la pendiente Ecuación 5

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𝑆𝑓 =

Donde:

𝑥 𝑦

X: son la sumatoria de pérdidas del sifón Y: Longitud del sifón

TRANSICIONES

𝑆𝑓 =

0.205 = 0.00167 120.02

Se calculará las longitudes máximas y mínimas utilizando la siguiente formula: Ecuación 6 𝐿𝑚𝑎𝑥

𝑏 𝐷 + 𝑑 cot 𝜃 − 2 2 = 0.222

𝐿𝑚𝑖𝑛

𝑏 𝐷 + 𝑑 cot 𝜃 − 2 = 2 0.415

Ecuación 7

Sustituyendo: 𝐿𝑚𝑎𝑥 𝐿𝑚𝑖𝑛

5.342 2.4384 + 2.3107 ∗ cot 59.88 − 2 = 2 = 6.54 𝑚 0.222 5.342 2.4384 + 2.3107 ∗ cot 59.88 − 2 2 = 3.49 𝑚 = 0.222

Tomaremos la longitud máxima de 6.54 m

VERIFICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO Se analizará de aguas abajo hacia aguas arriba con Bernoulli: SECCIÓN 5-6 (PHR EN 5)

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Ecuación 8 𝑧5 + 𝑑 5 +

0 + 𝑑5 +

𝑣5 2 𝑣6 2 + ℎ 𝑇𝐸 = 𝑧6 + 𝑑6 + 2𝑔 2𝑔

𝑣5 2 𝑣5 2 = 0.5 + 2.3107 + 0.05 + 0.2 ∗ ( ) − 0.01 2𝑔 2𝑔 𝑑5 + 0.8

𝑣5 2 = 2.849 2𝑔

Se procede a iterar hasta encontrar un diámetro que coincida con la ecuación planteada: d

Ahd

vs

2.7773

6.7722

1.3290

vs2/2g 0.8vs2/2g d+(0.8*vs2/sg) 0.0900

0.0720

2.8493

dif 0.0000

Se obtienen los siguientes parámetros: Tabla 37 tabla resumen de los parámetros en 5

d5

2.7773

vs5

1.3290

hvs5

0.0900

B5

2.4384

BL5

0.994325

Obtendremos las perdidas por transición de entrada: Ecuación 7 ℎ 𝑇𝐸 = 0.2 ∗ (

𝑣5 2 𝑣6 2 − ) = 0.2 ∗ (0.09 − 0.05) = 0.00834 2𝑔 2𝑔

SECCIÓN 5-4 (PHR EN 4): Ecuación 8

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𝑧4 + 𝑑 4 + Sustituyendo 2.438 +

𝑃4 𝛾

ZONAS DE RIEGO

+

𝑣4 2 𝑣5 2 + ℎ𝑠 = 𝑧5 + 𝑑5 + 2𝑔 2𝑔

𝑃4 + 0.189 = 2.7773 + 0.09 + (0.46 ∗ 0.189) 𝛾 𝑃4 = 0.327 𝛾

Sección 4-3 con Plano Horizontal de Referencia en 4 La sección de 3 a 4 corresponde al desarrollo del sifón, para comenzar con el análisis de la sección requerimos de los siguientes datos:

DATOS DEL SIFÓN D= 2.4384 Vs= 1.93 hvs= 0.189 hf Maninng= 0.146 h 2codos= 0.055 Sf= 0.001670

metros m/s m m

DATOS SECCIÓN 5-4 𝑃4 = 0.327 metros ϒ

Ecuación 9 𝑍3 + 𝑑3 +

𝑃4 𝑉42 𝑃3 𝑉32 + = 𝑍4 + 𝑑4 + + + ℎ3−4 ϒ 2𝑔 ϒ 2𝑔

Como el diámetro y carga de velocidad permanecen constantes en el sifón, la ecuación resultante: 𝑃4 𝑃3 𝑍3 + = 𝑍4 + + ℎ3−4 ϒ ϒ

Sustituyendo con los valores conocidos y efectuando las operaciones tenemos: Donde:

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𝑍3 (𝐸𝑙𝑒𝑣. 3 – 𝐸𝑙𝑒𝑣. 4) = 0.03

ℎ3−4 = ℎ𝑓 + ℎ2𝑐 = 0.146 + 0.055 = 0.20 𝑃3 = 0 + 0.327 + 0.20 ϒ 𝑃3 0.03 + = 0.527 ϒ

0.03 +

𝑷𝟑 = 𝟎. 𝟒𝟗𝟕 ϒ

Sección 3-2 con Plano Horizontal de Referencia en 3 La sección de 3 a 2 corresponde a la entrada del sifón, para comenzar con el análisis de la sección requerimos de los siguientes datos recopilados del análisis anterior: DATOS SECCIÓN 4-3 𝑷𝟑 = 0.497 metros ϒ D= 𝒅𝟑= 2.4384 metros 𝑽𝟐𝟑

𝟐𝒈

=

0.189

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𝑍2 + 𝑑2 +

𝑉22

2𝑔

= 𝑍3 + 𝑑3 +

𝑃3 𝑉32 + ℎ𝐸 + 2𝑔 ϒ

Como la sección dos se encuentra expuesto a la intemperie no existe presión en esa sección más que la atmosférica, las secciones 2 y 3 se encuentran sumamente cerca por lo que las cargas piezometricas se desprecian o valen cero. Resultando: 𝑑2 +

𝑃3 𝑉32 𝑉22 + ℎ𝐸 = 𝑑3 + + 2𝑔 ϒ 2𝑔

Sustituyendo con los valores conocidos y efectuando las operaciones tenemos: Donde: ℎ𝑒 = 𝐾𝑒 ( 𝑆𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜

𝑉32 ) 2𝑔

𝐾𝑒 = 0.23

ℎ𝑒 = 0.23(0.189) = 0.0435

𝑑2 +

𝑉22 = 2.4384 + 0. 497 + 0.189 + 0.0435 2𝑔 𝑑2 +

𝑉22 = 3.168 2𝑔

Ahora se tendrá que hacer una iteración donde se propondrán valores de d de forma que se cumpla la condición anterior: Proponiendo d d 3.0959

𝑨𝒉𝒅 7.5490

Vs 1.1922

Vs2/2g d+(Vs2/2g) 0.0724 3.1683

Diferencia 0.0000

Donde:

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𝐴ℎ𝑑 = 𝑑 ∗ 𝑏 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑏 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑓𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑠𝑜 𝐷 = 2.4384 𝑚 𝑉𝑆 =

𝑄 𝐴ℎ𝑑

𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑄 = 9

𝑚3 𝑠

Finalmente encontramos el valor de: 𝑑2 = 3.0959 𝑚 𝑉𝑠 = 1.1922

𝑉22 = 0.0724 2𝑔 Sección 2-1 con Plano Horizontal de Referencia en 2 La sección de 2-1 corresponde a la salida del sifón, para comenzar con el análisis de la sección requerimos de los siguientes datos recopilados del análisis anterior: DATOS DE SECCIÓN 3-2 d2 =

3.0959

vs2 =

1.1922

m/s

hvs2 =

0.0724

m

B2 =

2.4384

m

m BL2 = 1.07398 m

𝑍1 + 𝑑1 +

𝑍1 (𝐸𝑙𝑒𝑣. 1 – 𝐸𝑙𝑒𝑣. 2) = 0.05

𝑃1 𝑉12 𝑃2 𝑉22 = 𝑍2 + 𝑑2 + + + + ℎ𝑇𝐸 𝛾 2𝑔 𝛾 2𝑔

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0.05 + 𝑑1 + 0 + 0.05 + 𝑑1 +

𝑉12

𝑉12 = 0 + 3.0959 + 0 + 0.0724 + 0.10(0.0724 − 2𝑔) 2𝑔

𝑉12 𝑉12 = 3.0959 + 0.0724 + 0.00724 − 0.10( ) 2𝑔 2𝑔 𝑑1 + 1.10

𝑉12 = 2.6755 2𝑔

Debido a que tenemos dos incógnitas, proponemos “d”, a través de iteraciones:

d

Ahd vs 2.6385 11.0616 0.8136

2

vs /2g 0.0337

1.10(vs2/2g) d+(1.10*vs2/sg) Diferencia 0.0371 2.6756 0.0000

Una vez conocida nuestra “d” sustituimos y despejamos V12/2g: 2.6751 + 1.10 1.10

𝑉12 = 2.6385 2𝑔

𝑉12 = 2.6385 − 2.6751 2𝑔 𝑉12 0.0366 = 1.10 2𝑔

𝑉12 0.0004 = 1.10 2𝑔 𝑉12 = 0.0004 2𝑔

Calculamos las pérdidas de transición de salida con la fórmula: ℎ 𝑇𝐸 = 0.10 (

𝑉22 − 𝑉12 ) = 0.10(0.0724 − 0.0337) = 0.00387 2∗𝑔

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A continuación, se presenta el resumen de las pérdidas totales:

Perdidas por transición de entrada = h TE = 0.007204 m Perdidas por entrada = hE = 0.04354 m Perdidas por fricción = h f = 0.2004 m Perdidas en = hc= 0.0273 Perdidas por salida = hs = 0.08708 m Perdidas por transición de salida = h TS = 0.008348 m Suma total de perdidas = Sh = 0.3738 m Analisi canal aguas arriba

d= V= hv = BL = B= HT =

Analisis con Bernoulli 2.3107 d1 = 2.6751 0.973 vs1 = 0.0887 0.05 0.88 hv = 0.0004 FALTA COMPARATIVA 5.3424 CARGA TOTAL 720428 3.188 DISPINIBLE CONTRA

SUMA DE PÉRDIDAS Nuestra revisión final del funcionamiento hidráulico:

Diferencia: 2.6751 – 2.3107 = 0.3278 m

Por lo tanto, el equipo llego a la conclusión que el mejor diseño de la estructura de cruce es el sifón circular, debido a que muestra un margen de error es el menor al ser de 14.19%.

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Conclusión Tenemos que al proponer diferentes estructuras de cruce estas pueden generar diferentes tipos de error, además de que se deben de considerar todos sus factores, tipo de forma de dren, material del dren, pendiente, dimensiones, rugosidad etc., ya que de esto depende que el sifón cumpla o no con los parámetros principalmente que trabaje a presurizado. Algo que está muy relacionado con esto es la pendiente, ya que vimos que podemos modificar a conveniencia de nuestro canal y así obtener un mejor funcionamiento de esta en el sifón. Ese es el caso de nuestra estructura de cruce seleccionada, al modificar la pendiente, esta tuvo un mejor rendimiento. Para el análisis del puente canal se pudo observar que aun aumentando la plantilla no pasa el análisis, sin embargo, se redujo la diferencia de los análisis anteriores; se propondrá una sobreelevación gradual de los taludes del canal aguas arriba, desde el inicio de puente canal hasta donde tenga influencia el remanso (análisis de Flujo Gradualmente variado, para determinar la longitud donde se aplicará la sobreelevación)

Bibliografía •

https://es.slideshare.net/mgarcianaranjo/energia-especfica-46604328

• •

hidráulica general, Vol 1. Fundamentos, Gilberto Sotelo Ávila. https://www.academia.edu/38544755/Hidr%C3%A1ulica_General_Vol_1_F undamentos_Gilberto_Sotelo_%C3%81vila

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ASESORÍAS En general PORTADA En general

El equipo completo asistió a asesorías

x

Se incluye portada con título de proyecto, integrantes y fechaNACIONAL INSTITUTO POLITÉCNICO

x

CONTENIDOS GENERALES ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Contiene índice Documento paginado UNIDAD ZACATENCO Contiene Objetivo General Cumple con contenidos generales y técnicos de 1er. y 2º parcial ZONAS DE RIEGO Cumple con correcciones y complementos del 1er. y 2º parcial Contiene referencias bibliográficas en párrafos, figuras y tablas

X X X X X X

CONTENIDOS TÉCNICOS 1er. y 2o. parcial Contiene 1er. y 2º. parcial integrados

X

SÍ

NO

SÍ

NO

SÍ

NO

SÍ

NO

SÍ

NO

SÍ

NO

X

CONTENIDOS TÉCNICOS 3er. PARCIAL: ESTRUCTURAS DE CRUCE GASTOS DE DISEÑO Gasto de diseño (Qd) correspondiente

Contiene esquema de estructura de cruce, en el cual sevisualiza el conducto (canal –principal, lateral, etc.- o bien, dren) que tendrá la estructura de cruce

X

Contiene el gasto de diseño de la estructura de cruce, describiendo brevemente cómo se obtuvo

X

ESTRUCTURAS DE CRUCE: POR CADA CRUCE, PRESENTAR DOS ALTERNATIVAS (IGUALES O COMBINADAS) Se indica localización en planos y en esquemas en el informe Se presenta memoria descriptiva de dimensionamiento yanálisis hidráulico (teoría, secuencia, procedimiento)

X

X

RÍO O DEPRESIÓN

Se presenta resumen de datos (gasto, geometría de canal aguas arriba y de canal aguas abajo) con esquemas, material de la estructura de cruce, datos adicionales de la misma Se presenta de cálculo de dimensionamiento y análisis hidráulico con esquemas Se presentan conclusiones del análisis hidráulico, así como el replanteamiento del cálculo (redimensionamiento, modificaciónde cotas, o de diámetro, etc.) en caso necesario

A POR CRUZAR

Se presenta esquema en planos (planta, corte) con cotas, dimensiones, diámetro, secciones, etc.

X

Estructura 2, 3, n(si hay más de un cruce)

Se indica en planos y en esquemas en el informe Se presenta memoria descriptiva de dimensionamiento yanálisis hidráulico (teoría, secuencia, procedimiento)

X

SE ENTIENDE QUE

Se presenta resumen de datos (gasto, geometría de canal aguas arriba y de canal aguas abajo) con esquemas, material de la estructura de cruce, datos adicionales de la misma Se presenta de cálculo de dimensionamiento y análisis hidráulico con esquemas Se presentan conclusiones del análisis hidráulico, así como el replanteamiento del cálculo (redimensionamiento, modificaciónde cotas, o de diámetro, etc.) en caso necesario

X

Se presenta esquema en planos (planta, corte) con cotas, dimensiones, diámetro, secciones, etc.

X

Estructura 1. SE ENTIENDE QUE LA ESTRUCTURA (SIFÓN, PUENTE CANAL) ES TRANSVERSAL A LA SECCIÓN DEL

LA ESTRUCTURA (SIFÓN, PUENTE CANAL) ES TRANSVERSAL A LA SECCIÓN DEL RÍO O DEPRESIÓN A POR CRUZAR

X

X X

X

X

Nota: Todas las ecuaciones deben numerarse; deben estar con editor de ecuaciones deword ENTREGA EN MEDIO ELECTRÓNICO Se incluye Materia, Nombre de integrantes y fecha en Funda o caja del CD Archivos En general Se...