INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL -...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

UNIDAD ZACATENCO

ASESOR: ING. RAÚL MANJARREZ ANGELES

MÉXICO D.F. MARZO DEL 2005

“ANÁLISIS HIDRÁULICO DE DRENAJE SUPERFICIAL DE LA REFINERÍA DE

SALINA CRUZ OAXACA”

T E S I S QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: I N G E N I E R O C I V I L P R E S E N T A:

CARLOS ALBERTO HERNÁNDEZ ORTIZ

INDICE

ANÁLISIS HIDRÁULICO DE DRENAJE SUPERFICIAL DE LA REFINERÍA DE SALINA CRUZ, OAXACA.

CAPITULO I. MARCO TEÓRICO

1.1. INTRODUCCIÓN 1.1.2. JUSTIFICACIÓN 1.1.3. OBJETIVO 1.2. ANTECEDENTES 1.3. DESCRIPCIÓN DEL SITIO DE ANÁLISIS 1.4. SITUACIÓN GEOGRÁFICA 1.5. VÏAS DE COMUNICACIÓN 1.6. CLIMATOLOGÍA 1.6.1. CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS 1.6.2. TEMPERATURA 1.6.3. PRECIPITACIÓN 1.7. TIPO DE SUELO 1.8. REGIONALIZACIÓN SÍSMICA. 1.9. EVENTOS CLIMATOLÓGICOS EXTREMOS EN LA ZONA

CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES

2.1. DESCRIPCIÓN DE FLUJO 2.1.1. TIPOS DE FLUJO 2.1.2. ESTADO DE FLUJO 2.2. CLASES DE CANALES ABIERTOS. 2.2.1. GEOMETRÍA DE CANAL 2.2.2. ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UNA SECCIÓN DE UN CANAL. 2.2.3. DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES. 2.3. DISEÑO HIDRÁULICO DE UN CANAL 2.4. CANALES COMUNES QUE MUESTRAN DIFERENTES VALORES DE “n” 2.5. VALORES PARA EL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO

3.1. DEFINICIÓN Y OBJETIVO DE LA HIDROLOGÍA 3.1.1. REGIONES HIDROLÓGICAS 21 y 22 3.2. CICLO HIDROLÓGICO 3.3. HIDROGRAFÍA 3.4. RELACION LLUVIA ESCURRIMIENTO 3.4.1. MÉTODO DE LAS ENVOLVENTES. 3.4.2. LA FÓRMULA RACIONAL 3.5.PRECIPITACIÓN EN LA ZONA DE ANÁLISIS 3.5.1.PERÍODO DE RETORNO 3.5.2. COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO EN LA ZONA 3.6. NÚMERO DE ESCURRIMIENTO Y TIEMPOS PARCIALES EN LA ZONA

1

2 4 5 6 7131517182022272931

34

35374144475052545863

65

66687082848697 102 105 108 113

INDICE

CAPITULO IV. DISEÑO HIDRÁULICO

4. DISEÑO HIDRÁULICO DE CANALES 4.1. DISEÑO DE CANALES CON FLUJO UNIFORME 4.1.1.CANALES NO EROSIONABLES 4.1.2.MATERIAL Y REVESTIMIENTOS NO EROSIONABLES 4.1.3. VELOCIDAD MÍNIMA PERMISIBLE 4.1.4. PENDIENTE DE UN CANAL 4.1.5. BORDO LIBRE 4.2. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 4.3. PROPUESTA DE SECCIÓN TRANSVERSAL DE CANAL COLECTOR 4.4. CÁLCULO DEL DIÁMETRO EN LAS TUBERÍAS DE DRENAJE 4.5. LOCALIZACIÓN DE CANALES

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

119

120 122 122 123 124 124 126 127 131 144 146

147

150

153


1

CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO


2

1.1 INTRODUCCIÓN

En el siglo pasado, Salina Cruz pasó, de ser una aldea de pescadores a un puerto

de altura con dimensiones industriales, que hoy se puede observar en su

infraestructura portuaria y en su planta de refinación (PEMEX).

Desde la llegada de los conquistadores al dominio indígena, la ubicación de este

puerto sirvió de zona altamente privilegiada para la Colonia, a tal grado que

Hernán Cortés planificó el lugar diseñando en ella los avances de un proyecto que

nunca dio a conocer, sabiendo que justo en ese entonces se fraguaba una

conspiración en su contra desde la Península Ibérica.

Después de ese suceso, el puerto de Salina Cruz esperó tres siglos más para

situar el proyecto juarista de la compañía ferroviaria "Leussiana" que nunca

concluyó la obra. Sin embargo, décadas más tarde, Don Porfirio Díaz encomendó

a la compañía inglesa "Pearson and Son LTD", la construcción del puerto,

planeación urbana del lugar y terminal ferroviaria.

La refinería que se localiza en Salina Cruz , estado de Oaxaca fue el resultado de

un minucioso estudio socioeconómico, tomando en cuenta los factores inherentes

que el proyecto ameritaba para la construcción.

Conforme a la Infraestructura de la zona se cuenta con las instalaciones del

puerto de Salina Cruz, los servicios municipales y vías de comunicación en la

Región del Istmo de Tehuantepec, con el resto del país.


3

De acuerdo con el programa de desarrollo regional, el área de Salina Cruz,

adolece de centros de trabajo, específicamente del centro industrial , con la

finalidad de atender las necesidades del acelerado crecimiento demográfico.

Y los más importante es la comunicación directa con el Litoral del pacifico, que

permite el abastecimiento de energéticos, suficientes para cubrir la demanda del

mercado tanto Nacional como Internacional.

La refinería “Ing. Antonio Do valí Jaime” consta de todos los procesos necesarios

para la obtención de los productos finales para consumo nacional y exportación

en la calidad que se quieren en el mercado.

En 1975, se inicio la constricción de la Refinería y de acuerdo con el programa

antes establecido, este centro industrial se conformo en tres etapas de

construcción.

A principios de 1978 con el arranque de la planta primaria y servicios

correspondientes. En está primera etapa la Refinería procesa Crudo Cretácico

provenientes de los campos de Samaria, Sitio Grande y Cactus.

En la segunda etapa de la Refinería provee un aumento en el proceso de 470,000

BPD (Barriles Por Día) con la finalidad de atender las necesidades Nacionales en

el Océano Pacífico.


4

1.1.2 JUSTIFICACIÓN

La ingeniería de canales abiertos es una de las ramas de la ingeniería Civil, esta

es muy importante para la elaboración de proyectos y para la canalización de

aguas de lluvia.

En los últimos años han venido desarrollándose con rapidez proyectos de recursos

hidráulicos y trabajos de ingeniería hidráulica en todo el mundo.

Los principales tipos de conductos a superficie libre son:

Canales, corrientes naturales y conductos cerrados parcialmente llenos.

El diseño de los canales, como el de cualquier obra de Ingeniería Civil, debe

considerarse diversos aspectos además del estrictamente hidráulico. La seguridad

es generalmente la condición primera a cumplir (en su caso); la eficiencia y la

economía de las restantes más comunes, intervienen factores tales como los

siguientes:

a) El medio físico: topografía, hidrología, geología, características mecánicas del

suelo y climatología.

b) Uso al que se destinará el canal o sistema de canales; si servirá para riego, se

considera entre otras las características agronómicas.

c) Si el canal será revestido; en caso negativo, las características del suelo donde

será excavado (en relación con la infiltración, la estabilidad de taludes y la

susceptibilidad a socavación o deposito) y las del líquido a transportar, (respecto

al transporte de sedimentos).


5

1.1.3 OBJETIVO

El objetivo primordial de este trabajo es lograr la canalización de las aguas de

lluvia por medio del canal colector y el canal 1 para evitar que las instalaciones de

la refinería sufran inundaciones y dichas instalaciones se deterioren, debido a

esto se realizaron estudio climatológicos e hidrológicos para obtener los datos con

los cuales se procedió a diseñar los dos canales para que estos resulten

eficientes cuando sean requeridos.


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1.2 ANTECEDENTES.

Se analiza el problema de las inundaciones, partiendo de una perspectiva

histórica que, en esencia, muestra que el problema ha sido recurrente desde la

época de los aztecas, que siempre se ha buscado una solución que no implique

detener el crecimiento de la urbanización, pero que también es cierto que las

"soluciones" no han sido preventivas, sino que se han desarrollado después de

que se presentan inundaciones catastróficas.

El problema de las inundaciones es añejo y, en correspondencia, añeja ha sido la

capacidad de los ingenieros para encontrar soluciones al respecto.

Debido a esto se analiza la problemática que sufre la Refinería ya que la

temporada de lluvia comienza a partir del mes de Junio y finaliza en el mes de

Octubre la Refinería “Ing. Antonio Do valí Jaime” sufre el problema particular de

inundaciones, las cuales afectan a las instalaciones de dicha refinería.

En virtud de toda está problemática que ocasiona a las instalaciones de la

Refinería, las aportaciones pluviales provenientes de las zonas aledañas a las

mismas, es necesario canalizar dichos escurrimientos de tal manera que estos

puedan ser conducidos libremente al zanjón, como cuerpo receptor sin provocar

daños como inundaciones ò deslaves.

La solución que se propone es a base de canales abiertos mediante los cuales se

pueden colectar tanto los escurrimientos provenientes del exterior como los

propios de las áreas por las que atraviesan estas.

Dichos canales van a tener la función de solucionar la problemática por

contingencia que cada año sufre la refinería en las épocas de lluvia.


7

1.3 DESCRIPCION DEL SITIO DE ANALISIS

El área donde fue construida la Refinería, es de clima tropical y el terreno es de

llanura formada con materiales aluviales y lacustres procedentes de gravas,

arenas y arcillas de edad cuaternaria, que cubren las rocas sedimentarias

preexistentes en el subsuelo y cuyos espesores son variables hasta una

profundidad de 100 metros.

Los terrenos se encuentran comprendidos dentro de los ejidos del Boca del Río,

Salina Cruz, San José del Palmar y San Pedro Huilotepec, sobre un total de 800

hectáreas localizadas entre Santo Domingo Tehuantepec y el Puerto de Salina

Cruz.

La creciente demanda de combustóleo, destilados y gas licuado en la zona del

pacífico, así como la disponibilidad de la materia prima suficiente, dieron origen a

la necesidad de construir la Refinaría “Ing. Antonio Do valí Jaime” en la

jurisdicción de la zona sur, en el municipio de Salina Cruz, Oax., inaugurada

oficialmente en abril de 1979. Esta Refinería que tiene como objetivo primordial

elaborar los productos destilados y residuales para abastecer el consumo del

litoral del pacífico, cuenta además con la infraestructura de almacenamiento para

la exportación de petróleo crudo para algunos países de oriente

La refinería se encuentra localizada en una superficie total de 600 hectáreas,

distante a cinco kilómetros al noreste de la ciudad y puerto de Salina Cruz.

El municipio de Salina Cruz se ubica sobre la costa del Océano Pacífico, en una

latitud norte 16º09”30” y longitud oeste 95º1”30” y está catalogado como puerto

de altura y gran cabotaje.


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La Refinería “Ing. Antonio Do valí Jaime” de salina Cruz, Oax. está integrada por

plantas de proceso, en las cuales se llevan a cabo procesos primarios y

secundarios hasta la obtención de productos derivados del petróleo.

La capacidad instalada en la Primera Etapa es de 170,000 BPD (Barriles Por Día)

de crudo, teniendo la flexibilidad de poder procesar Petróleo Crudo tipo Cretácico

100% o mezcla de crudos tipo Cretácico / marino 50/50 % Vol..

Este centro industrial cuenta con todos los servicios necesarios para su

funcionamiento, los cuales son proporcionados Por la Planta de Servicios

auxiliares, la cual también esta programada para aumentar su capacidad

conforme aumenta la capacidad de procesamiento de Petróleo Crudo en segunda

y tercera etapa.

Esta planta cuenta con equipos de gran capacidad para la generación de vapor y

energía eléctrica por lo cual la Refinería es autosuficiente , cuenta además con

servicios externos de energía eléctrica proporcionados por la Comisión Federal de

Electricidad .


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FIGURA 1.1 FOTOGRAFÍA AÉREA DEL SÍTIO DE ANÁLISIS

(REFINERÍA ING. ANTONIO DO VALI JAIME)


10

FIGURA 1.2 FOTOGRAFÍA AÉREA DEL SÍTIO DE ANÁLISIS



11

FIGURA 1.3. FOTOGRAFÍA AÉREA DEL SITIO DE ANÁLISIS



12

FIGURA 1.4. CARTA TOPOGRÁFICA DE SALINA CRUZ OAXACA


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1.4 SITUACIÓN GEOGRÁFICA

La Refinería “Ing. Antonio Do valí Jaime” se encuentra localizado al noroeste de la

Ciudad y Puerto de Salina Cruz, en el estado de Oaxaca, ubicada en la parte norte

del Golfo de Tehuantepec, en el Océano Pacífico en situación geográfica latitud

norte 16° 9.6’ longitud oeste 95° 12.2’ y una altitud de 7.00 m sobre el nivel del

mar, cuenta con una superficie aproximada de 800 Has., se localiza a 6 Km., de

la Ciudad de salina Cruz, en los terrenos que pertenecieron a los ejidos de “Boca

del Rió”, “San José del Palmar “ y Salina Cruz.

El área de estudio se encuentra en el sureste del país, dentro de los paralelos

16°04'30'' y 16°52'3'', de latitud norte y los meridianos 94°15'00'' y 95°24'30''

de longitud este (Fig. 1.5).


14

FIGURA 1.5 PLANO DE SITUACIÓN GEOGRÁFICA


15

1.5. VÍAS DE COMUNICACIÓN.

CARRETERAS. Salina Cruz Oax. Es terminal de la carretera transismica que la

unen con la ciudad y puerto de Coatzacoalcos, Ver., entroncada con la carretera

costera a Huatulco. Existen también carreteras secundarias y caminos vecinales

para los principales poblados del estado de Oaxaca.

FERROCARRÍLES. Los ferrocarriles nacionales extienden su servicio hasta el

recinto portuario, con espuelas y ramales a los muelles e instalaciones de

Petróleos Mexicanos. Hay un servicio regular diario de carga y pasaje de Salina

Cruz a Coatzacoalcos, Veracruz.

LÍNEAS DE NAVEGACIÓN AÉREA. Salina Cruz Oax. no cuenta con línea aérea

comercial, sin embargo los puntos de enlace por este medio de transporte con el

D.F. pueden hacerse en CD. Iztepec, Oax. y Sta. Cruz Huatulco Oax., Localizada a

40 min. y 2 hrs. respectivamente de Salina Cruz Oax. por carretera.

Cabe mencionar que en Salina Cruz existe un pequeño campo de aviación , apto

para avionetas y bimotores exclusivamente.

TRANSPORTES MARÍTIMOS. Para el transporte marítimo de altura existen líneas

navieras que afectan el tráfico entre Salina Cruz y los puertos mexicanos del

pacífico. Líneas navieras extranjeras llegan y salen en Salina Cruz con itinerarios

diversos.


16

FIGURA 1.6 PLANO DE VÍAS DE COMUNICACIÓN


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1.6.1 CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS.

De acuerdo con el sistema de clasificación climática de Köppen, modificado por

García (1970), en la zona costera sur del Istmo de Tehuantepec (Fig1.7) se

presentan los siguientes subtipos de climas cálidos y semicálidos: Awo(w)ig:

cálido húmedo (temperatura media del mes más frío mayor de 18°C), el más

seco de los cálidos subhúmedos con lluvias de verano, con un cociente P/T

(precipitación total anual en mm sobre temperatura media anual en °C) menor de

43.2, un porcentaje de lluvia invernal menor de 5 de la anual, isotermal (en

cuanto a la oscilación anual de las temperaturas medias mensuales), oscilación

menor de 5°C con el mes más caliente antes de junio. Aw1(w)(i')g: Intermedio en

cuanto a grado de humedad entre el más seco de los cálidos subhúmedos, un

porcentaje de lluvia invernal menor de 5 de la anual, con poca oscilación(entre 5°

y 7°C) en cuanto a la oscilación anual de las temperaturas medias mensuales,

pero en partes esta zona es isotermal, con el mes más caliente antes de junio.

Aw2(w)ig: El más húmedo de los cálidos subhúmedos, con lluvias en verano,

cociente P/T mayor de 55.3, un porcentaje de lluvia invernal menor de 5 de la

anual, isotermal, con el mes más caliente antes de junio. (A)C(w2)(w)ig:

Semicálido, el más cálido de los templados húmedos, con temperatura media

anual mayor de 18°C y la del mes más frío menor de 18°C, porcentaje de lluvia

invernal menor de 5 de la anual, con verano fresco largo, temperatura media del

mes más caliente entre 6.5°C y 22°C, isotermal, con el mes mas caliente antes

de junio.

(A)C(fm)(i')g: Semicálido, el más cálido de los templados húmedos, con

temperatura media anual mayor de 18°C y la del mes más frío menor de 18°C,

con lluvias todo el año, por ciento de lluvia invernal con respecto a la anual

menor de 18, con poca oscilación anual de las temperaturas medias mensuales,

entre 5° y 7°C, con el mes más caliente antes de junio.


18


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FIGURA 1.7 TIPO DE CLIMA EN LA ZONA DE ESTUDIO


20

1.6.2 TEMPERATURA EN LA ZONA DE ESTUDIO

En el área de estudio el clima es tropical lluvioso con lluvias en verano. La

temperatura en todos los meses es superior a 18°C y la precipitación es superior

a 750 mm.

El clima que predomina es secosemicálido con variaciones en algunas regiones

de semicálido sub.húmedo y templado sub.húmedo, considerando el dato

anterior del clima, la temperatura varía de 17.1°C y los 26.2°C, siendo el régimen

de lluvias en los meses de Junio a Septiembre, adelantándose en algunas

ocasiones en los municipios donde predomina el clima templadosubhúmedo en

los meses de Abril y Mayo; teniendo una precipitación pluvial que va de los 460.8

a los 2,454.8 m 3 . En base a lo anterior se concluye que el clima es tropical con

temperatura media de 30°C, la temporada de lluvia principia en el mes de Junio y

termina en el de Octubre, los vientos del norte soplan de Octubre a Marzo.

Temperatura.

Es la medida del movimiento molecular o el grado de calor de una sustancia. Se

mide usando una escala arbitraria a partir del cero absoluto, donde las moléculas

en teoría dejan de moverse. También se considera como el grado de calor y de

frío.

Temperatura Fahrenheit (Grados Fahrenheit F).

Es una escala de temperatura donde el agua a nivel del mar tiene un punto de

congelación de +32 grados F (Fahrenheit) y un punto de ebullición de

+212grados F. Es un término común en áreas que usan el sistema inglés de

medidas. Fue creado por Gabriel Daniel Fahrenheit (16961736) en 1714, un

físico alemán inventor de los termómetros de alcohol y mercurio.


21

FIGURA 1.8 GRÁFICAS DE TEMPERATURA


22

1.6.3. PRECIPITACIÓN

El promedio de la precipitación en México es de 777 mm anuales y su distribución

es muy irregular. Para dar una idea, más de la mitad del territorio mexicano

localizado al norte y en el altiplano recibe sólo el 9% de la precipitación media

anual, pero concentra al 75% de la población del país, al 70% del PIB (actividad

industrial) y al 40% de las tierras agrícolas de temporal. En tanto, casi el 70% de

la precipitación anual se da en el sureste de México, donde vive el 24% de la

población y la industria es Incipiente, excepto la relacionada con el petróleo. En

general, las lluvias se acotan a un periodo restringido que pocas veces se

extiende más allá de Junio a Septiembre.

Con respecto a la altitud hay también desequilibrios considerables. El 85% del

volumen almacenado en más de 4 mil estructuras de control de distribución y el

suministro de agua se localiza a no más de 500 metros sobre el nivel del mar. Sin

embargo, el 75% de la población vive a una mayor elevación.

Distribución Geográfica del Agua en México

Territorio Precipitación Población

Actividad

Industrial

(PIB)

Tierras

Agrícolas

de

temporal

Elevación

Promedio

(msnm)

Altiplano,

Norte y

Noreste

9 % 75 % 70 % 40 % > 500

Sur y

Sureste 70 % 20 % Incipiente 20 % < 500

Fuente: Elaboración CESPEDES. Datos CNA


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Todo ello dificulta el aprovechamiento del agua. Los cortos periodos de lluvias y

las sequías prolongadas obligan a almacenarla en infraestructura adicional para

su manejo. Por fortuna, el agua subterránea contenida en los mantos acuíferos

del país tiene una amplia distribución geográfica, aunque es un recurso agotable

y en algunos lugares se localiza a gran profundidad.

Balance Nacional del Agua

Oferta

México recibe 1,570 km 3 de agua por precipitación y pierde por evaporación

1,064 km 3 , lo que establece la oferta de agua a nivel nacional en 473 km 3 . Fluyen

por cauces y vasos superficiales 410 km 3 y el resto recarga a través de mantos

acuíferos (63 km 3 ).

Demanda

En 1995 se usaron 163 km 3 de aguas superficiales (40% del total disponible) y 24

km 3 de subterráneas (38% del total de recarga), lo que aproxima la demanda

nacional a 190 km 3 anuales.

LLUVIA. Convencionalmente se mide la cantidad de lluvia que cae sobre un

lugar determinado de la superficie de la tierra, suponiendo que el suelo fuese lo

suficientemente impermeable y plano para impedir que el agua corriera o se

infiltrara, por el almacenamiento producido, cuyo espesor medido en milímetros,

expresa la cantidad de agua caída en un período preciso, que puede ser día mes o

año.


24

Uniendo puntos geográficos que tienen igual cantidad de lluvia, se trazan unas

líneas conocidas con el nombre de isoyetas, las que permiten observar

gráficamente la distribución de la lluvia en la superficie de la tierra.

En Ingeniería Civil se recurre a diversos métodos de medición, para determinar la

cantidad de lluvia que se precipita en determinado lugar. Entre estos métodos

podemos mencionar los estudios de meteorología sin embargo estos no son de

gran utilidad para predecir la probabilidad, magnitud y extensión de la lluvia, con

excepción de cuando faltan registros adecuados y el ingeniero no tiene otra guía.

Otros métodos consisten en la utilización de dispositivos básicos para medir la

precipitación, conocidos con el nombre de pluviómetros.

Clasificación de la precipitación:

Precipitación Conectiva

Precipitación Ciclónica

Precipitación Ortográfica

Después de enunciar los tipos de precipitación, procedemos a explicar en que

consiste cada uno de ellos.

Precipitación Conectiva. La precipitación conectiva es causada por el ascenso del

aire cálido más liviano que el aire frió de los alrededores. Las diferencias en las

temperaturas pueden ser el resultado del calentamiento diferencial en la

superficie, de enfriamiento diferencial en la parte superior de la capa de aire o

ascensos mecánicos cuando el aire es forzado a pasar sobre una masa de aire

más fría o más densa o sobre una barrera montañosa.


25

Precipitación Ciclónica. La precipitación ciclónica resulta del levantamiento de

aire, que converge en un área de baja presión o ciclón. La precipitación ciclónica

puede dividirse como frontal o no frontal. La precipitación frontal resulta del

levantamiento del aire cálido a un lado de una superficie frontal sobre aire más

denso y frío.

Precipitación Orográfica. La precipitación orografía resulta del ascenso mecánico

del aire sobre una cadena montañosa. La influencia orográfica es tan marcada en

terreno quebrado que los patrones de las tormentas tienden a parecerse a

aquellos de la precipitación media anual.

Precipitación. Partículas de agua líquidas o sólidas que caen desde la atmósfera

hacia la superficie terrestre.

Precipitación Continua. Se dice que la precipitación es continua, cuando su

intensidad aumenta o disminuye gradualmente.

Precipitación Intermitente. La precipitación es intermitente cuando se

interrumpe y recomienza cuando menos una vez en el lapso de una hora y su

intensidad disminuye o aumenta gradualmente.

Precipitación Potencial. Cantidad de agua expresada como un volumen o como

una masa que puede obtenerse si el vapor de agua en una columna de aire en la

atmósfera se condensa y precipita.


26

1.6.4 EVAPORACIÓN

Cambio de fase del agua de un estado líquido a sólido por absorción de calor se le

denomina evaporación. Se produce una circulación que va de los cuerpos de agua

hacia la atmósfera. A mayor evaporación la atmósfera estará más húmeda

llegando mas rápido a un estado de saturación, lo que eleva la probabilidad de

precipitaciones.

Dado que la mayor parte del estado de Oaxaca tiene una superficie agrícola

predominantemente de temporal, es evidente que uno de los factores limitativos

de la agricultura en la entidad es la disponibilidad del agua. De ahí que resulta

necesario estimar la cantidad de agua perdida por las plantas durante su ciclo

vegetativo, para compararla con la lluvia recibida, a fin de efectuar un balance

hídrico en cualquier región.

La evapotranspiración es la combinación de procesos de evaporación del agua y

transpiración de las plantas y animales por medio de la cuál el agua es transferida

a la atmósfera desde la superficie terrestre.

En relación a este parámetro se puede decir que los valores son mayores a 100

mm sobre las partes bajas de la vertiente hacia el Golfo de México. En cambio en

la costa del Pacífico se presentan valores mayores a 120 mm aumentando a más

de 140 mm en la porción comprendida entre Puerto ÁngelSalina Cruz y el Istmo

en los límites con Chiapas. Los valores más bajos menores a 60 mm se

distribuyen en las partes más altas de las sierras de la entidad.


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1.7 TIPO DE SUELO

El área estudiada se encuentra en el litoral del Estado de Oaxaca, desde los

límites con el Estado de Guerrero, hasta Salina Cruz la costa oaxaqueña

pertenece a la provincia fisiográfica conocida como Zona Montañosa de la Costa

del Suroeste. Frente a ella la plataforma continental es muy angosta y la costa es

principalmente rocosa y solamente en escasas porciones se desarrolla una

incipiente planicie costera. En esta zona predominan las costas primarias

formadas por procesos diastróficos y en menor proporción costas secundarias sea

por erosión, por oleaje o por depositación marina . Desde Salina Cruz hasta los

límites de la República de Guatemala, se tiene una llanura costera en desarrollo,

de amplitud moderada, asociada a una plataforma continental amplia.

Este litoral se caracteriza por contar con costas secundarias por depositación

marina. Tectónicamente, el litoral de Oaxaca es parte de la costa de colisión

continental, afectada por el contacto de la Placa de América con la Placa de

Cocos. Las rocas que afloran en las cuencas hidrológicas que drenan hacia el mar

son de litología y edad muy diversa (Fig. l). En la mayoría de las localidades de

playa estudiadas se reciben principalmente lo aportes de sedimentos

provenientes de rocas metamórficas del Paleozoico y del Precámbrico, rocas

intrusivas y extrusivas ácidas del Terciario y suelos del Cuaternario (SPP, 1981).

El suelo es aluvial de origen granítico estratificado y errático muestreado a una

profundidad promedio de 30 mts., de 6 a 9 mts se tienen una capacidad de carga

aproximada de 6 a 12 t/m 2 y de 9 a 30 mts arriba de 20 t/m 2 .


28

FIGURA1.9 PLANO GEOLÓGICO


29

1.8 REGIONALIZACIÓN SÍSMICA

Se puede ver que nuestro país está asociada y que estos han ocurrido a lo largo

de millones de años.

La mayor parte de los sismos de grandes magnitudes (mayores de 7, por

ejemplo) y que son los que ocasionan grandes perjuicios para el hombre, tienen

epicentros en las costas de pacífico a lo largo de Jalisco, Colima, Michoacán,

Guerrero y Oaxaca.

El territorio de la República Mexicana se encuentra se encuentra clasificado de

acuerdo al peligro sísmico a que están sujetas las construcciones y, en general,

las obras civiles que se planee realizar.

Se han establecido cuatro zonas, llamadas A, B, C, y D, las que representan

zonas de menor a mayor peligro. Estas se han definido, básicamente, en función

a la sismicidad propia de cada región.

A esta clasificación se conoce como regionalización sísmica y tiene como principal

objetivo, junto con manuales de obras civiles proporcionar la información

necesaria a los constructores para el cálculo de los valores con que se debe

diseñar cualquier obra, de tal manera que esta resulte suficientemente segura y

su costo no sea excesivo. Cabe aclarar que la regionalización citada es aplicable a

estructuras construidas en terreno firme y no toma en cuneta el fenómeno de

amplificación del movimiento sísmico por efecto de suelos blandos. Este

fenómeno puede ser decisivo para el peligro sísmico de algunos puntos como la

ciudad de México.


30

De acuerdo con la regionalización sísmica de la República mexicana, Salina Cruz

se localiza dentro de la zona D y un tipo de suelo clasificado entre I,II y III con su

respectivo coeficiente sísmico de 0.48, 0.56 y 0.64 para el área de la Refinería se

considera un coeficiente sísmico igual a 0.56.

FIGURA 1.10 CROQUIS DE REGIONALIZACIÓN

SÍSMICA DE LA REPÚBLICA MEXICANA


31

1.9 EVENTOS CLIMATOLÓGICOS EXTREMOS EN LA ZONA

El rango de marea es menor de 2 m. hacia el oeste de Salina Cruz y de 2 a 4 m.

hacia el este del mismo puerto. En ambos casos la marea es de tipo mixto

(Instituto de Geofísica, 1978).

De acuerdo con las cartas mensuales de corrientes superficiales, las próximas a

las costas oaxaqueñas presentan en promedio velocidades menores de 0.3 nudos,

con un máximo de 0.42 nudos medido en el mes de Junio. Del mes de Mayo al

mes de Septiembre la dirección de estas corrientes es principalmente de E a W,

en tanto que el resto del año se presenta al W de Puerto Ángel una corriente EW

y al E del mismo puerto la corriente tiene una dirección WE.

De acuerdo con Strakhov (1967) el área de estudio queda comprendida dentro de

una región de intenso intemperismo químico, en la cual la precipitación anual

media fluctúa entre 1000 y 2000 mm.

La zona costera está sujeta a ciclones tropicales cuyas principales trayectorias

tienen una dirección SENW. En el área de estudio ocurren olas con alturas de 2.4

metros o más con una frecuencia de 10 a 20 % al menos durante dos cuartas

partes de un año (Meisburger, 1962).


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34


34

CAPITULO II ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES


35

2.1 DESCRIPCIÓN DE FLUJO

El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en

tubería. Estas dos clases de flujos son similares en muchos aspectos, pero estos

se diferencian en un aspecto importante.

El flujo en canal abierto debe tener una superficie libre, en tanto que el flujo en

tubería no la tiene, debido a que en este caso el agua debe llenar completamente

el conducto. Una superficie libre está sometida a la presión atmosférica. El flujo

en tubería, al estar confinado en un conducto cerrado, no está sometido a la

presión atmosférica de manera directa, si no solo a la presión hidráulica.

Las dos clases de flujo se comparan en la figura 2.1. A la izquierda de está se

muestra el flujo en tubería. Dos tubos piezométricos se encuentran instalados en

las secciones 1 y 2 de la tubería. Los niveles de agua en estos tubos se

mantienen por acción de la presión en la tubería en elevaciones representadas

por la línea conocida como línea de gradiente hidráulico. La presión ejercida por el

agua en cada sección del tubo se indica en el tubo piezométrico correspondiente,

mediante la altura y de la columna de agua por encima del eje central de la

tubería.

En la figura 2.1 la energía esta representada por la línea conocida, como línea de

gradiente de energía o simplemente, línea de energía.

La pérdida de energía que resulta cuando el agua fluye desde la sección 1 hasta

la sección 2 está representada por hf. Un diagrama similar para el flujo en canal

abierto se muestra en la parte derecha de la figura 2.1. Con propósitos de

simplificación, se supone que el flujo es paralelo y que tiene una distribución de

velocidades uniforme y que la pendiente del canal es pequeña.


36

En este caso, la superficie de agua es la línea de gradiente hidráulico, y la

profundidad del agua corresponde a la altura piezometrica.

A pesar de la similaridad que existen en estos dos tipos de flujo, es mucho más

difícil resolver problemas de flujo en canales abiertos que en tuberías a presión.

Las condiciones de flujo en canales abiertos se complican con el hecho de que la

posición de la superficie libre puede cambiar con el tiempo y con el espacio, y

también por el hecho de que la profundidad de flujo, el caudal y las pendientes,

del fondo del canal y de la superficie libre son interdependientes. A menudo, es

difícil obtener datos experimentales confiables en el caso del flujo en canales

abiertos.

Además las condiciones físicas de los canales abiertos varían mucho más que en

las tuberías.

En canales abiertos la superficie varia desde la correspondiente a metales pulidos

utilizados en canales de prueba hasta la correspondiente a lechos rugosos e

irregulares en ríos. Además la rugosidad en un canal abierto varia con la posición

de la superficie libre. Por consiguiente, la selección de los coeficientes de fricción

implica una mayor incertidumbre para el caso de canales abiertos que para el de

tuberías. En general, el tratamiento del flujo en canales abiertos es más empírico

que el correspondiente a flujo en tuberías. El método empírico es el mejor

método disponible en el presente, y si se aplica de manera cuidadosa, puede

producir resultados de valor práctico.


37

Figura 2.1 Comparación entre flujo en tuberías y flujo en canales abiertos

2.1.1 TIPOS DE FLUJOS

El flujo en canales abierto puede clasificarse en muchos tipos y distribuirse de

diferentes maneras. La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio

en la profundidad del flujo con respecto al tiempo y al espacio.


38

FLUJO PERMANENTE Y NO PERMANENTE: tiempo como criterio. Se dice que

el flujo en un canal abierto es permanente si la profundidad del flujo no cambia o

puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo en consideración.

EL FLUJO ES NO PERMANENTE: si la profundidad no cambia con el tiempo. En

la mayor parte de canales abiertos es necesario estudiar el comportamiento del

flujo solo bajo condiciones permanentes. Sin embargo el cambio en la condición

del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe tratarse como no

permanente, el nivel de flujo cambia de manera instantánea a medida que las

ondas pasan y el elemento tiempo se vuelve de vital importancia para el diseño

de estructuras de control.

Para cualquier flujo, el caudal Q en una sección del canal se expresa por

Q=VA. 2.1

Donde V es la velocidad media y A es el área de la sección transversal de flujo

perpendicular a la dirección de este, debido a que la velocidad media esta

definida como el caudal divido por el área de la sección transversal.

FLUJO UNIFORME Y FLUJO VARIADO: espacio como criterio. Se dice que el

flujo en canales abiertos es uniforme si la profundidad del flujo es la misma en

cada sección del canal. Un flujo UNIFORME puede ser permanente o no

permanente, según cambie o no la profundidad con respecto al tiempo.


39

EL FLUJO UNIFORME PERMANENTE: es el tipo de flujo fundamental que se

considera en la hidráulica de canales abiertos. La profundidad del flujo no cambia

durante el intervalo de tiempo bajo consideración. El establecimiento de un flujo

uniforme no permanente requeriría que la superficie del agua fluctuara de un

tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal.

En efecto está es una condición prácticamente imposible. Por tanto el termino

“flujo uniforme” se utilizará para designar el flujo uniforme permanente.

El flujo es variado si la profundidad del flujo cambia a lo largo del canal.

El flujo variado puede ser permanente y no permanente. Debido a que el flujo

uniforme no permanente es poco frecuente, el término “flujo no permanente” se

utilizará para designar exclusivamente el flujo variado no permanente .

El flujo variado puede clasificarse además como rápidamente variado o

gradualmente variado. El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua

cambia de manera abrupta en distancias compartidamente cortas; de otro modo,

es gradualmente variado. Un flujo rápidamente variado también se conoce como

fenómeno local; algunos ejemplos son el resalto hidráulico y la caída hidráulica.


40

P rofundidad Constante Cambio de la profundidad

con el tiempo

F.R.V F.G.V F.R.V F.G.V F.R.V F.G.V F.R.V

Compuerta Resalto

deslizante hidráulico Flujo sobre

un vertedor

Caída hidráulica

Contracción

por debajo de

la compuerta

Flujo variado

F.G.V onda decreciente F.R.V oleada

Flujo no permanente

Figura 2.2 Diferentes tipos de flujos en canales abiertos

F.G.V= Flujo Gradualmente Variado.

F.R.V= Flujo Rápidamente Variado.


41

2.1.2 ESTADO DE FLUJO.

El estado o comportamiento del flujo en canales abiertos esta gobernado

básicamente por los efectos de viscosidad y gravedad en relación con las fuerzas

inerciales del flujo. La tensión superficial del agua puede afectar el

comportamiento del flujo bajo ciertas circunstancias, pero no juega un papel

significativo en la mayor parte de los problemas de canales abiertos que se

presentan en ingeniería.

EFECTO DE VISCOSIDAD: el flujo puede ser laminar, turbulento o transaccional

según el efecto de la viscosidad en relación de la inercia.

EL FLUJO ES LAMINAR: si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relación con las

fuerzas inerciales, de tal manera que la viscosidad juega con un papel muy

importante en determinar el comportamiento del flujo. En el flujo laminar, las

partículas de agua se mueven en trayectorias suaves definidas o en líneas de

corriente, y las capas de fluido con espesor infinitesimal parecen deslizarse sobre

capas adyacentes.

El flujo es turbulento si las fuerzas viscosas son débiles en relación con las

fuerzas inerciales. El flujo turbulento, las partículas del agua se mueven en

trayectorias irregulares, que no son suaves ni fijas, pero que en un conjunto

todavía representan el movimiento hacia adelante de la corriente entera.


42

Entre los estados del flujo laminar y turbulento existe un estado mixto o

transicional.

El efecto de la viscosidad en relación con la inercia puede representarse por el

numero de Reynolds, definido por

υ VL R =

2.2

Donde

V = velocidad del flujo en m/s

L = es una longitud característica en pies la cual se considera igual al radio

hidráulico R de un conducto

υ = es la viscosidad cinemática en m 2 /s

El flujo en canales abiertos es laminar si el Número de REYNOOLS R es pequeño,

y turbulento si R es grande.

EFECTO DE LA GRAVEDAD. El efecto de la gravedad sobre el estado del flujo

representa por relación de las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales.

REGIMENES DE FLUJO: en un canal el efecto combinado de la viscosidad y la

gravedad puede producir cualquiera de 4 regímenes de flujo, los cuales son:

subcríticolaminar

supercríticolaminar

subcríticoturbulento

supercríticoturbulento


43

1) subcríticolaminar, cuando F es menor que la unidad y R está en el rango

laminar.

2) supercríticolaminar, cuando F es mayor que la unidad y R está en el rango

laminar.

3) supercríticoturbulento, cuando F es mayor que la unidad y R está en el

rango turbulento.

4) subcríticoturbulento, cuando F es menor que la unidad y R está en el rango

turbulento.

Figura 2.3 Fotografías que muestran cuatro regímenes de flujo en un canal de

laboratorio.


44

2.2 CLASES DE CANALES ABIERTOS

Un canal abierto es un conducto en el cual el agua, fluye con una superficie libre.

De acuerdo con su origen un canal puede ser natural o artificial.

En los canales NATURALES influyen todos los tipos de agua que existen de

manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños

arroyuelos en zonas montañosas hasta quebradas, arroyos, ríos pequeños y

grandes, y estuarios de mareas. Las corrientes subterráneas que transportan

agua con una superficie libre también son consideradas como canales abiertos

naturales.

Las propiedades hidráulicas de un canal natural por lo general son muy

irregulares. En algunos casos pueden hacerse suposiciones empíricas

razonablemente consistente en las observaciones y experiencias reales, de tal

modo que las condiciones de flujo en estos canales se vuelvan manejables

mediante tratamiento analítico de la hidráulica teórica. Un estudio completo sobre

el comportamiento del flujo en canales naturales requiere el conocimiento de

otros campos, como hidrología geomorfología, transporte de sedimentos etc.

Los canales artificiales son aquellos construidos o desarrollados mediante el

esfuerzo humano: canales de navegación, canales de centrales hidroeléctricas,

canales y canaletas de irrigación, cunetas de drenaje, vertederos, canales de

desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras etc..., así como

canales de modelos de laboratorio con propósitos experimentales las propiedades

hidráulicas de estos canales pueden ser controladas hasta un nivel deseado o

diseñadas para cumplir unos requisitos determinados.


45

La aplicación de las teorías hidráulicas a canales artificiales producirán, por tanto,

resultados bastantes similares a las condiciones reales y, por consiguiente, son

razonablemente exactos para propósitos prácticos de diseños.

Bajo diferentes circunstancias en la práctica de ingeniería, los canales abiertos

artificiales reciben diferentes nombre como “canal artificial”, “canaleta”, “rápida”,

“caída”, “alcantarilla”, “túnel con flujo o superficie libre”, etc.

El canal artificial por lo general es un canal largo con pendiente suave construido

sobre el suelo, que puede ser revestido con piedras, concreto, cemento, madera o

materiales bituminosos.

La canaleta es un canal de madera, de metal, de concreto de mampostería, a

menudo soportado en o sobre la superficie del terreno para conducir el agua a

través de una depresión.

La rápida es un canal que tiene altas pendientes. La caída es similar a una rápida,

pero el cambio en elevación se efectúa en una distancia corta.

La alcantarilla que fluye parcialmente llena, es un canal cubierto con una longitud

compartidamente corta instalado para drenar el agua a través de terraplenes de

carreteras o de vías férreas.

El túnel con flujo a superficie libre es un canal compartidamente largo, utilizado

para conducir el agua a través de una colina o a cualquier obstrucción del terreno.


46

2.2.1 GEOMETRÍA DE CANAL

Un canal con una sección transversal invariable y una pendiente de fondo

constante se conoce como canal prismático. De otra manera, el canal es no

prismático; un ejemplo es un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo.

Al menos que se indique específicamente los canales descritos son prismáticos.

El término sección de canal se refiere a la sección transversal de un canal

tomada en forma perpendicular a la dirección del flujo. Una sección vertical de

canal, sin embargo, es la sección vertical que pasa a través del punto más bajo

de la sección del canal. Para canales horizontales, por consiguiente, la sección del

canal es siempre una sección vertical de canal.

Las secciones de canales naturales son, por lo general, muy irregulares, y a

menudo varían desde aproximadamente una parábola hasta aproximadamente un

trapecio. Para corrientes sujetas a crecientes frecuentes, el canal puede constar

de una sección principal del canal que conduce los caudales normales, o una o

más secciones laterales de canal para acomodar los caudales de desborde.

Los canales artificiales a menudo se diseñan con secciones de figuras geométricas

regulares. La tabla 21 relaciona 7 formas geométricas utilizadas comúnmente.

El trapecio es la forma más común para canales con bancas en tierra sin

recubrimiento, debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad.


47

El rectángulo y el triángulo son casos especiales del trapecio. Debido a que el

rectángulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para canales

construidos con materiales estables , como mampostería, roca, metal o madera.

La sección triangular sólo se utiliza para pequeñas acequias, cunetas y a lo largo

de carreteras y trabajos de laboratorio. El círculo es la sección más común para

alcantarillados y alcantarillas de tamaño pequeño y mediano.

La parábola se utiliza como una aproximación a secciones de canales naturales de

tamaño pequeño y mediano.

El rectángulo con esquinas redondeadas es una modificación del rectángulo. El

triángulo con fondo redondeado es una aproximación de la parábola; ésta es la

forma creada a menudo con la utilización de escavadoras.

Secciones geométricas cerradas diferentes del circulo se utilizan con frecuencia en

alcantarillados de aguas negras, de manera particular para alcantarillas

suficientemente grandes que permiten la entrada de un hombre. Estas secciones

reciben diferentes nombres de acuerdo con su forma; pueden ser en forma de

huevo, ovoides, semielípticas, en forma de U, catenaria, herradura, manija de

canasto, etc.

Los rectángulos y cuadrados completos, también son comunes en alcantarillados

grandes.


48

Tabla 2.1 Elementos geométricos de secciones de canal


49

2.2.2 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UNA SECCIÓN DE UN

CANAL.

Los elementos geométricos son propiedades de una sección de canal que pueden

ser definidos por completo por la geometría de la sección y la profundidad del

flujo. Estos elementos son muy importantes y se utilizan con la amplitud del flujo.

Para secciones de canal regulares y simples, los elementos geométricos pueden

expresarse matemáticamente en términos de la profundidad de flujo y de otras

dimensiones de la sección.

Para secciones complicadas y secciones de corrientes naturales, sin embargo no

se puede escribir una ecuación simple para expresar estos elementos, pero

pueden preparase curvas que presenten la relación entre estos elementos y la

profundidad de flujo para uso en cálculos hidráulicos.

A continuación se dan las definiciones de varios elementos geométricos de

importancia básica.

La profundidad de flujo, “y” , es la distancia vertical desde el punto más bajo de

una sección del canal hasta la superficie libre. A menudo este término se

intercambia con la profundidad de flujo de la sección, “d”. En efecto, la

profundidad de flujo de la sección es la profundidad de flujo perpendicular a la

dirección de éste, o la altura de la sección del canal que contiene agua.


50

El nivel es la elevación o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la

superficie libre. Si el punto más bajo de la sección de canal se escoge como el

nivel de referencia, el nivel es idéntico a la profundidad de flujo.

El ancho superficial T es el ancho de la sección del canal en la superficie libre.

El área mojada A es el área de la sección transversal del flujo perpendicular a la

dirección del flujo.

El radio hidráulico R es la relación del área mojada con respecto a su perímetro

mojado, o

P A R =

2.3

La profundidad hidráulica D es la relación entre el área mojada y el ancho de la

superficie, o

P A R =

2.4

El factor de sección para el cálculo de flujo critico Z es el producto del área

mojada y la raíz cuadrada de la profundidad hidráulica, o

T A A

D A Z = =

2.5


51

El factor de sección para el cálculo del flujo uniforme AR 2/3 es el producto de área

mojada y el radio hidráulico elevado a la potencia 2/3.

La tabla 21 presenta una lista de ecuaciones para los seis elementos geométricos

básicos de siete secciones de canal comúnmente utilizadas. Para una sección

circular, las curvas de la figura 24 representan las relaciones de los elementos

correspondientes cuando ésta fluye llena.

2.2.3 DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES EN UNA SECCIÓN

TRANSVERSAL.

Debido a la presencia de la superficie libre y a la fricción a lo largo de las paredes

del canal, las velocidades en un canal no están del todo distribuidas en su

sección. La máxima velocidad medida en canales normales a menudo ocurre por

debajo de la superficie libre a una distancia de 0.05 a 0.25 de la profundidad;

cuanto más cerca estén las bancas más profundo se encuentra este máximo.

La distribución de secciones de un canal depende también de otros factores, como

una forma inusual de la sección, la rugosidad del canal y la presencia de curvas,

en una corriente ancha, rápida y poco profunda o en un canal muy liso la

velocidad máxima por lo general se encuentra en la superficie libre. La rugosidad

del canal causa un incremento en la curvatura de la curva de distribución vertical

de velocidades. En una curva la velocidad se incremente de manera sustancial en

el lado convexo, debido a la acción centrifuga del flujo. Contrario a la creencia

usual, el viento en la superficie tiene muy poco efecto en la distribución de

velocidades.


52

Los modelos generales para la distribución de velocidades en diferentes secciones

del canal con otras formas se ilustran en la figura 2.4.

Canal Trapezoidal

Canal Triangular

Cuneta Poco Profunda Sección

Rectangular

Tubería Canal Natural I rregular

Figura 2.4 Curvas comunes de igual velocidad en diferentes secciones de canal.

La distribución de velocidades en una sección de canal depende también de otros

factores, como una forma inusual de la sección, la rugosidad del canal y la

presencia de curvas. En una corriente ancha, rápida y poco profunda o en un

canal muy liso, la velocidad máxima se encuentra en la superficie libre.


53

2.3 DISEÑO HIDRÁULICO DE UN CANAL

Para el diseño de un canal se presume que el escurrimiento se desarrollará en

condiciones de flujo uniforme. El flujo no uniforme se presentará en situaciones

de cambios en la pendiente, rugosidad, dimensiones de la sección,

embalzamientos, caídas o por cambios inducidos por la operación de órganos de

operación o seguridad.

La velocidad media de flujo en un canal se determina por medio de la fórmula

desarrollada por Chezy:

(2.6)

Aplicando la ley de continuidad, se obtiene la capacidad de conducción:

(2.7)

Donde:

V: Velocidad media de flujo en m/s

C: Coeficiente de Chezy

RL: Radio hidráulico en m

I: Pendiente hidráulica

Q: Caudal en m 3 /s

Ah: Área hidráulica en m 2

El caudal Q manifiesta la capacidad de conducción, la pendiente hidráulica del

canal que será función de las condiciones topográficas podrá estar asociada al

mismo tiempo a las velocidades límites; éstas se establecerán con base en las

características del material que conforme el perímetro mojado y tomará en

cuenta la probabilidad de erosión y sedimentación.


54

Según ManningStrickler, el coeficiente de Chezy adquiere la siguiente forma:

6 1 1 Rh

n C =

(2.8)

donde: Ks coeficiente de fricción de ManningStrickler

Rh Radio hidráulico en m

Por lo que la capacidad de conducción del canal se podrá expresar por medio de

la fórmula siguiente:

2 1

3 2

S Rh n Ah Q =

(2.9)

El coeficiente de fricción de ManningStrickler dependerá del tipo de material que

conforma el perímetro mojado, del caudal y de las características morfológicas del

canal. La influencia de la rugosidad será mayor para caudales menores,

reduciéndose en función de su incremento. Por otra parte, la configuración en

planta también tendrá efectos sobre la rugosidad, siendo mayor para trayectorias

con numerosos curvas y cambios de sección, sin embargo esta influencia en la

práctica solo es posible determinar mediante mediciones en canales ya

construidos.


55

El diseño de un canal requiere del análisis de las velocidades medias de flujo, de

manera que no se presente sedimentación ni erosión; en el primer caso nos

referimos a la velocidad mínima o velocidad "que no sedimenta" vn.s y en el

segundo a la velocidad máxima o "velocidad no erosiva" vn.e.

Entre los primeros intentos para encontrar las relaciones hidráulicas de canales

sin erosión ni sedimentación, se puede mencionar al profesor inglés R.G.

Kennedy, que presentó en 1895 una fórmula basada en el estudio del

funcionamiento hidráulico de 22 canales de riego en la India (13) (12), la misma

que se expresa de la siguiente manera:

(2.10)

Donde:

v0= Velocidad media de flujo que no ocasiona ni sedimentación ni erosión, en

metros/s

y =Tirante de agua, en metros

C= Coeficiente que depende de la firmeza del material que conforma el canal ,

que King asocia al grado de finura de las partículas del suelo.

Posteriormente, trabajos relacionados al estudio de la Teoría de Régimen,

ampliaron los niveles de conocimiento sobre la estabilidad hidráulica de los

canales, sin embargo la aplicación de las fórmulas, desarrolladas sobre la base de

mediciones en la naturaleza, requieren del conocimiento preciso de los rangos de

validez de las mismas y de las características particulares de los canales que

sirvieron de modelo.


56

La velocidad mínima permisible, vn.s., que evite la sedimentación de partículas

sólidas, puede determinarse utilizando la fórmula empírica de Levy :

× =

n dks w Vns 0225 . 0 01 . 0

(2.11)

Donde:

W= Velocidad de caída de una partícula de diámetro dav en mm/s

dks= Diámetro característico de las partículas en suspensión en mm.

Rh = Radio hidráulico del canal en m.

n = Coeficiente de rugosidad del perímetro mojado del canal.

Girshkan propone la siguiente fórmula:

(2.12)

Donde:

F = Coeficiente igual a: 0.33 para w = 1.5 mm/s

0.44 para w = 1.5 3.5 mm/s

0.55 para w > 3.5 mm/s

Q = Caudal en m 3 /s


57

2.4 CANALES COMÚNES QUE DEMUESTRAN DIFERENTES

VALORES DE n

1

2

3

1 n = 0.012. Canal revestido con placas de concreto con juntas de cemento lisas y una superficie muy lisa,

terminada a mano con llana y con lechada de cemento sobre la base de concreto

2 n = 0.014. Canal de concreto vaciado por detrás de una plataforma móvil para nivelación y pulimento

superficial

3 n = 0.016. Zanja o cuneta , revestida en concreto, recta y uniforme, con fondo ligeramente curvo, lados y

fondos recubiertos con un deposito rugoso, el cual incrementa el valor de n.


58

4

5

6

4 n = 0.018. Revestimiento de concreto lanzado sin tratamiento para aislar. Superficie cubierta por algas

finas y fondo con dunas de arenas arrastradas.

5 n = 0.018. Canas de tierra excavado en marga arcillosa, con depósitos de arenas limpias en el medio y lodo

limoso cerca de los lados.

6 n = 0.020. Recubrimiento de concreto hecho en un corte tosco en roca de lava, limpio, muy rugoso y

excavado profundamente.


59

7

8

9

7 n = 0.020. Canal de irrigación, en arena suave muy densa

8 n 0 0.022. Revoque a pañete de cemento aplicado directamente a la superficie tratada de un canal en tierra.

Con malezas en los lugares dañados y arena suelta en el fondo.

9 n = 0.024. canal excavado en marga arcillosa y limosa. Lecho duro y resbaladizo


60

10

11

12 1

10 n = 0 0.029. Canal en tierra excavado en un suelo de limo aluvial, con depósitos de arena en el fondo y

crecimientos de pastos

11 n = 0.030. Canal con lecho de cantos rodados grandes.

12 n = 0.035. Canal natural, pendientes laterales algo irregulares: fondo más o menos nivelado, limpio y

regular; en arcilla limosa gris clara o marga limosa marrón claro; muy poca variación en la sección transversal


61

13

14

15

13 n = 0.040. Canal en roca excavado con explosivos.

14 n = 0.040. Zanja o cuneta en marga arenosa y arcillosa; pendientes laterales, fondo y sección transversal

irregulares; pasto en las pendientes laterales

15 n = 0.045. Canal dragado, pendientes laterales y fondo irregulares; en arcilla negra plástica en la parte

superior hasta la arcilla amarilla en el fondo, lados cubiertos con pequeños matorrales y arbustos, variaciones

pequeñas y graduales en la sección transversal.


62

2.5 VALORES PARA EL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

A partir del reconocimiento de varios factores primordiales que afectan la

rugosidad, Cowan, desarrollo el procedimiento para estimar el valor de n.

Mediante este procedimiento, el valor de n puede calcularse por.

n = (no+n1+n2+n3+n4)n5 2.13

donde no es el valor básico de n para un canal recto, uniforme y liso para los

materiales naturales involucrados, n1 es el valor que debe agregarse al n0 para

corregir el efecto de las velocidades superficiales, n2 es el valor para considerar

las variaciones en forma y tamaño de la sección transversal del canal, n3 es el

valor para considerar las obstrucciones, n4 es el valor para considerar la

vegetación y las condiciones de flujo, y m5 es un factor de corrección de los

efectos por meandros en el canal. Los valores apropiados de n0 a n4 y m5 pueden

seleccionarse en la tabla 2.25 de acuerdo con las condiciones dadas.

Al establecer el valor de n1, se considera que el grado de irregularidad es suave

para superficies comparables con la mejor obtenible en los materiales

involucrados.

Al establecer n2 se considera que el carácter de las variaciones en tamaño y

forma de la sección transversal es gradual cuando el cambio en el tamaño o en la

forma ocurre de manera gradual.

Al establecer el valor de n3 se considera la presencia y las características de

obstrucción como depósitos de basura, palos, raíces expuestas, cantos rodados y

troncos caídos y atascados.

Al establecer el valor de n4 se considera el grado de efecto de la vegetación: bajo,

medio, alto, muy alto.


63

Al establecer n5, el grado de los efectos por meandro depende de la relación entre

la longitud con meandros y la longitud recta del tramo del canal

Tabla 2.2 Valores para el calculo del coeficiente de rugosidad mediante

la ecuación (2.13).

Condiciones del canal Valores Tierra 0.02

Material Corte en roca 0.025 Involucrado Grava Fina 0.024

Grava Gruesa

n0

0.028 Suave 0,000

Grado de Menor 0.005 Irregularidad Moderado 0.01

Severo

n1

0.02 Gradual 0,000

Variaciones de la Ocasionalmente Alternante 0.005 Sección Transv. Frecuentemente Alternante

n2

0.0100.015 Insignificante 0,000

Efectivo relativo Menor 0.0100.015 a las obstrucciones Apreciable 0.0200.030

Severo

n3

0.0400.060 Baja 0.0050.010

Vegetación Media 0.0100.025 Alta 0.0250.050

Muy Alta

n4

0.0500.100 Menor 1

Grado de los Apreciable 1.15

efectos por meandro Severo m5

1.3


64


65

CAPITULO III ANÁLISIS HIDROLÓGICO

3.1 DEFINICIÓN Y OBJETIVO DE LA HIDROLOGÍA


66

Existen varias definiciones de hidrología, pero la más completa es quizás la

siguiente.

“Hidrología es la ciencia natural que estudia al agua, su ocurrencia, circulación y

distribución en la superficie terrestre, sus propiedades químicas y físicas y su

relación con el medio ambiente, incluyendo a los seres vivos.”

Aceptando esta definición, es necesario limitar la parte de la hidrología que se

estudia en la ingeniería a una rama que comúnmente se le llama ingeniería

hidrológica o hidrología aplicada , que concluye aquellas partes del campo de la

hidrología que atañen al diseño y operación de proyectos de ingeniería para el

control y aprovechamiento del agua.

El ingeniero que se ocupa de proyectar, construir o supervisar el funcionamiento

de instalaciones hidráulicas debe resolver numerosos problemas prácticos de muy

variado carácter. Por ejemplo, se encuentra con la necesidad de diseñar puentes,

estructuras para el control de avenidas , presas, vertedores, sistemas de drenaje

para poblaciones, carreteras y aeropistas y sistemas de abastecimiento de agua.

Sin excepción estos diseños requieren de análisis hidrológico cuantitativos para la

selección del evento de diseño necesario.

El objetivo de la hidrología aplicada es la determinación de esos eventos, que son

análogos a las cargas de diseño en el análisis estructural, por poner un ejemplo

dela ingeniería civil. Los resultados son normalmente solo estimaciones, con

aproximación limitada en muchos casos y burda en algunos otros.


67

Sin embargo estas estimaciones rara vez son menos aproximadas que las cargas

usadas en el análisis estructural o el volumen de tráfico en las carreteras , por

ejemplo. El análisis hidrológico exhaustivo es, pues, el primer paso fundamental

en la planeación, diseño y operación de proyectos hidráulicos. En la fase de

planeación y diseño el análisis se dirige básicamente a fijar la capacidad y

seguridad de estructuras hidráulicas.

Es así en cuanto a la hidrología trata con un aspecto importante y vital del medio

ambiente, que es el agua, es una ciencia esencial para el aprovechamiento de los

recursos hidráulicos y el diseño de obras de defensa. Aunque esta esencia esta

lejos de tener un desarrollo completo, existen varios métodos analíticos y

estadísticos que son mayor o menor grado aceptados en la profesión ingenieril.


68


69

3.2 CICLO HIDROLÓGICO


70

¿Cómo se realiza el ciclo del agua? Consideremos la atmósfera como punto de

partida del ciclo: el agua se acumula en la atmósfera bajo la acción de los

procesos de evaporación que tienen lugar en la superficie del mar y de los

continentes y también por obra de plantas y animales. Al ascender, el aire

húmedo se enfría y luego se condensa parcialmente en forma de nubes; en

definitiva, la atmósfera contiene agua en forma de vapor, de líquido o de cristales

de hielo. Debido a la gravedad, el agua vuelve a caer al mar o a los continentes

en forma de lluvia, nieve, granizo u otra forma cualquiera de precipitación.

Parte del agua caída vuelve sufrir el fenómeno de la evaporación o es expulsada

de nuevo por los organismos vivos. Otra parte corre por la superficie o se infiltra

en el suelo para formar posteriormente cursos de agua. Éstos, por último,

devuelven el agua al mar, punto de partida de un nuevo ciclo.

El ciclo hidrológico, por lo tanto, es un sistema complejo de circulación

interrumpida que, en continuo y a muy gran escala, asegura los procesos de

bombeo, destilación y transporte del agua en todas sus formas. El fenómeno de la

circulación del agua constituye una ilustración de la ley de conservación de la

materia, agua en nuestro caso. Pero observemos que no toda el agua del sistema

climático participa constantemente en el ciclo hidrológico; determinadas

cantidades se acumulan durante períodos variables en la atmósfera, la biosfera,

la criosfera (en forma de capas de nieve), el mar, los ríos, los embalses y los

lagos, y en la litosfera en forma de agua química o físicamente ligada a los suelos

o las rocas.


71

El ciclo del agua comprende dos partes principales: la atmosférica y la terrestre.

La parte terrestre del ciclo hidrológico está representada por todo cuanto hace,

referencia al movimiento y al almacenamiento del agua en la tierra y en el mar;

es la más estudiada y conocida. La parte atmosférica del ciclo está constituida por

los transportes de agua en la atmósfera, principalmente en forma de vapor. La

interfase entre la atmósfera y la superficie del globo terrestre (incluidos los

océanos) constituye la bisagra entre ambas partes del ciclo del agua.

El ciclo hidrológico, como ya se mencionó, se considera el concepto fundamental

de la hidrología. De las muchas representaciones que se puedan hacer de él, la

más ilustrativa es quizás la descriptiva. Con todo ciclo el hidrológico no tiene

principio ni fin, y su descripción puede comenzar en cualquier punto. El agua que

se encuentra sobre la superficie terrestre o muy cerca de ella se evapora bajo el

efecto de la radiación solar y el viento. El vapor de agua, que así se forma, se

eleva y se transporta por la atmósfera en forma de nubes hasta que se condensa

y cae hacia la tierra en forma de precipitación. Durante su trayecto hacia la

superficie de la tierra, el agua precipitada puede volver a evaporarse o ser

interceptadas por la plantas o las construcciones, luego fluye por la superficie

hasta las corrientes o se infiltra. El agua interceptada y una parte de la infiltrada

y de la que corre por la superficie se evapora nuevamente. De la precipitación

que llega a las corrientes, una parte se infiltra y otra llega hasta los océanos y

otros grandes cuerpos de agua, como presas y lagos. Del agua infiltrada, una

parte es absorbida por las plantas y posteriormente es transpirada casi en su

totalidad, hacia la atmósfera y otra parte fluye bajo la superficie de la tierra hacia

las corrientes, el mar u otros cuerpos de agua, o bien hacia zonas profundas del

suelo (percolación) para ser almacenadas como agua subterránea y después

aflorar en manantiales, ríos o el mar.


72

El Ciclo del Agua

En el ciclo hidrológico el sol provoca la evaporación constante del agua que pasa

a la atmósfera para volver a la tierra en forma de lluvia, nieve o granizo. Parte de

esa precipitación se evapora rápidamente y vuelve otra vez a la atmósfera, otra

parte del agua que se precipita periódicamente fluye a través de la superficie de

las cuencas formando arroyos y ríos para iniciar su viaje de retorno al mar.

FIGURA 3.3 CICLO HIDROLÓGICO DEL AGUA

En su tránsito forma lagos y lagunas o se deposita en almacenamientos

artificiales formados por presas. Otra parte del agua que llega a la superficie

terrestre en forma de lluvia, se deposita en el suelo donde se convierte en

humedad o en almacenamientos subterráneos denominados acuíferos. En

condiciones normales, las aguas subterráneas se abren camino gradualmente

hacia la superficie y brotan en forma de manantiales para volver a unirse a las

aguas superficiales y engrosar los caudales de los ríos.


73

Las plantas y la vegetación incorporan en sus tejidos parte de la humedad del

suelo y de las aguas subterráneas y luego, una parte se desprende de ellas por

transpiración para pasar a integrarse nuevamente a la atmósfera. Este es un ciclo

natural que se repite intermitentemente.

En la atmósfera, con la ayuda del aire y del Sol, el vapor de agua se convierte en

humedad, niebla, neblina, rocío, escarcha y nubes. Y como nieve sobre las

montañas, o como lluvia o granizo en los valles, se escurre en la tierra, donde la

recogen los ríos; y de los ríos va al mar. El mar retiene la sal del agua (que

recogió del suelo, la tierra y las rocas que se encontraban en los lugares por

donde pasa el río) y la envía a la atmósfera, pura y evaporada. De la atmósfera,

el agua cae como lluvia y baja sobre los prados y los campos, nutre las cosechas

y la fruta, y corre por los troncos y ramas de las plantas y árboles, llenándolos de

flores. Al encontrar grietas en las rocas y el suelo, el agua penetra hacia adentro

de la tierra, formando los ríos subterráneos que llenan los pozos; a veces sale en

pequeñas cascadas o manantiales. A todo este proceso se le llama El Ciclo

Hidrológico, y gracias a él, probablemente tú volverás a beber esta misma agua

cien veces durante toda tu vida.

El agua que tomamos ahora es la misma que se ha estado usando durante

millones de años. Se ha conservado casi sin cambio tanto en cantidad como en

tipo desde que se formó la Tierra. El agua se mantiene en tres estados: como

líquido, gas (vapor) o sólido (hielo), y se recicla constantemente, es decir, se

limpia y se renueva trabajando en equipo con el sol, la tierra y el aire, para

mantener el equilibrio en la Naturaleza. La interminable circulación del agua en la

tierra se llama el ciclo hidrológico.

http://www.imta.mx/otros/tedigo/dic.htm


74

Aunque el agua está en movimiento constante, se almacena temporalmente en

los océanos, lagos, ríos, arroyos, cuencas, y en el subsuelo. Nos referimos a estas

fuentes como aguas superficiales, aguas subterráneas.

El sol calienta el agua superficial de la Tierra, produciendo la evaporación que la

convierte en gas. Este vapor de agua se eleva hacia la atmósfera donde se enfría,

produciéndose la condensación. Así se forman pequeñas gotas, que se juntan y

crecen hasta que se vuelven demasiado pesadas y regresan a la tierra como

precipitación en forma de lluvia.

A medida que cae la lluvia, parte de ella se evapora directamente hacia la

atmósfera o es interceptada por los seres vivientes. La que sobra se mete a la

tierra a través de un proceso que se llama infiltración, formando las napas

subterráneas. Si la precipitación continúa cayendo a la tierra hasta que ésta se

satura, el agua excedente entonces pasa a formar parte de las aguas

superficiales.

Tanto las aguas superficiales como las aguas subterráneas finalmente van a dar

al océano.

Todas las nubes están hechas de pequeñas gotas de agua, de cristalitos de hielo,

o de ambos, y pueden formarse en cualquier clima, en cualquier parte del

planeta, pudiendo ser de diferentes formas, que dependen de su altura y de la

cantidad de aire de la atmósfera que se mueve hacia arriba. A medida que el aire

de la atmósfera sube, se enfría, y su vapor de agua se condensa en partículas de

materia que se llaman núcleos de condensación.












75

Hay diferentes tipos de nubes. Estas se clasifican de acuerdo con su apariencia y

altura de base. Así, las nubes de bajo nivel son muy delgadas, van desde el nivel

del suelo, hasta 2 Km. de altura; las de nivel medio se forman desde una altura

de 2 hasta 5 Km.; y las de alto nivel pueden alcanzar de 5 hasta 14 Km. de

altura.

Entre las nubes de bajo nivel están las llamadas stratus y cumulus. La altura de

base de las nubes stratus generalmente es la más baja de la atmósfera (600 m).

Casi siempre se encuentran alrededor de las montañas o de las partes altas de las

formaciones rocosas en el océano.

Puesto que se forman en el aire estable, es decir, con poca turbulencia o sin ella,

el aire nuboso no se mezcla con el aire limpio que está encima o abajo de él.

Como resultado, un avión que viaja a través de una nube stratus tiene un vuelo

tranquilo. Si estas nubes se forman en el aire que se está elevando sobre una

montaña, pueden provocar lluvia; por eso, la gente que vive en los valles sabe

que lloverá si aparecen estas nubes en las cimas de las montañas. Las nubes del

tipo stratus pueden formarse también de noche cuando el aire húmedo se mueve

sobre el suelo que se está enfriando. Entonces, aunque el día siguiente amanece

nublado, si el sol evapora las gotitas de agua, las nubes pronto desaparecen, y se

tiene un día despejado.

Las nubes de tipo cumulus (que significa "apilada") se forman en columnas de

aire que se elevan rápidamente, o sobre el suelo que está sometido a un fuerte

calentamiento del sol. En ellas, el calor latente de condensación calienta el aire

que está alrededor de las gotitas de agua, de manera que, a medida que el aire

sigue subiendo, se produce más condensación de vapor de agua. Entonces, el aire








76

el cual está alrededor de las nubes baja, se calienta, y las gotitas de agua que

están en las orillas de las nubes se evaporan, limitándose así el crecimiento

horizontal de las nubes de tipo cúmulos. Cuando estas últimas son pequeñas, y

están separadas, significa que habrá buen tiempo.

Un ejemplo de nubes de nivel medio, son las llamadas nimbus. Su altura de base

varía entre 600 y 2 000 m. Generalmente se presentan en forma conjunta con las

nubes de tipo stratus, tomando el nombre de nimbostratus. Estas forman una

capa lo suficientemente gruesa como para impedir el paso de la luz del sol, y son

las responsables de las lluvias intermitentes. Las nubes de tipo nimbostratus se

forman cuando el aire caliente y húmedo se eleva de manera constante sobre un

área grande. esto puede suceder cuando existe un frente caliente, o con menos

frecuencia, en un frente frío. Generalmente el aire es estable y hay poca

turbulencia en este tipo de nubes.

Por último, las nubes de tipo cirrus ejemplifican las de alto nivel.

Aparecen especialmente cuando el aire está seco. Si aparecen aisladas en un cielo

despejado, pueden ser una señal de que seguirá el buen tiempo. Pero este tipo de

nubes también pueden aparecer al principio de un frente caliente. Si el cielo se

cubre casi completamente con cirrus, y especialmente si forma una capa

continua, llamada cirrostratus, se puede predecir que habrá viento y lluvia. El

viento produce en las nubes de tipo cirrus filamentos (tiras que se extienden a

partir de sus orillas), cuya longitud indica la fuerza del viento.






77

En la atmósfera hay vapor de agua, que proviene de la evaporación de los

océanos, ríos, lagos, lagunas y de la transpiración de las plantas. Para licuarse y

hacerse visible necesita un núcleo de condensación, algo donde depositarse que

puede ser tan insignificante como una motita de polvo, una espora o un microbio

que flota en el aire. Si la temperatura es superior a 0ºC, con esta unión se forma

una gotita de líquido tan diminuta que a veces se necesitarán varios miles, una al

lado de la otra, para que se hagan visibles. Cuando hace mucho calor, vemos

nubes blancas, densas, que se levantan al atardecer en el lecho de los ríos,

subiendo por las laderas de las montañas. Estas formaciones constituyen la niebla

o la neblina, a veces tan espesa, que flota en el aire como una sábana. Cuando la

neblina se eleva o la condensación se produce a cierta altura, se forman las

nubes.

La humedad de la atmósfera se hace visible a través del rocío y la escarcha. Por

las mañanas las hojas de las plantas, los pétalos de las flores, y aún las piedras

aparecen cubiertas de pequeñas gotas de agua transparente y pura, a la que se

llama rocío. El vapor del agua contenido en el aire se ha condensado sobre la

superficie de los cuerpos de un modo parecido a la forma en que se empaña el

cristal de una ventana en invierno. Los primeros rayos del sol evaporan el rocío.

Si el frío es muy intenso, este rocío se convierte en hielo, y da lugar a la escarcha









78

Las nubes no permanecen quietas, sino que caen constantemente, pero a

velocidad tan pequeña, que no llegan al suelo porque muchas veces vuelven a

evaporarse antes de alcanzarlo y ascienden de nuevo en forma de vapor. Al

aumentar el vapor, o si esta velocidad de caída supera los 3 metros por segundo,

las gotas de agua incrementan su peso, provocando lluvia; cuando este peso se

hace mayor, aumenta la velocidad de caída con lo que la lluvia se intensifica y

puede transformarse en una tormenta.

La frecuencia de intensidad de las lluvias son variables en las diferentes regiones

de la Tierra y cambian de acuerdo con la evaporación y con la latitud. La duración

de la lluvia es más breve si el tamaño de las gotas es mayor, como sucede en

chaparrones o aguaceros.

Las montañas también desempeñan un papel importante en la frecuencia de las

lluvias, puesto que obligan a levarse a las masas de aire, lo que provoca la rápida

condensación del agua y su precipitación como lluvia y nieve. Sin embargo,

existen regiones en que la nubosidad es bastante elevada, y la pluviosidad, es

decir, la cantidad de lluvia escasa, por lo que las nubes sólo en raras ocasiones

provoca la precipitación. En estas regiones el problema grave es la sequía

El vapor de agua atmosférico condensado, cae en diferentes formas dependiendo

de las condiciones locales.

La nieve aparece cuando las masas de aire cargadas de vapor de agua se

encuentran con otras cuya temperatura es inferior a cero grados centígrados.

Entonces el agua se cristaliza en forma de "estrellitas de nieve", que durante su

caída pueden formar los copos de nieve con diverso grado de dureza y tamaño.




79

Otras gotas se convierten en hielo: a medida que van cayendo se agrupan y

forman el granizo, que puede llegar a destrozar cosechas ya que a veces el

tamaño de los cristales llega a ser hasta de 5 a 10 centímetros, pesando varios

gramos.

Cuando los rayos solares inciden sobre las gotas de agua que se encuentran en la

atmósfera, la luz se refleja y se descompone formando el espectro normal de la

luz, que se observa en forma de un arco de siete colores, que se llama arco iris.

RIOS CASCADAS Y LAGOS

La lluvia que cae sobre las montañas da origen a los ríos. El agua de los ríos

siempre está en movimiento. Va hacia abajo (por efecto de la gravedad) y nunca

va hacia atrás.

La lluvia produce una acción erosiva extremada en las cumbres de las montañas,

y el agua se junta en las laderas y se desliza por ellas en busca de la pendiente

más favorable, transportando todos los materiales sueltos que encuentra a su

paso. Así va trazando un camino (al que se llama lecho del río), rápidamente

donde la naturaleza opone poca resistencia, y lentamente cuando encuentra roca

o algún material grande y duro. El agua de los ríos es dulce y transparente.

En todos los ríos que alcanzan su pleno desarrollo se pueden identificar cuatro

partes:

La cuenca alimentadora, que recibe el agua de las lluvias y la dirige hacia surcos

y arroyuelos que, guiándolas hacia las partes más bajas, las concentran en un

único lecho.







80

El tramo de descarga, en que las aguas, ya reunidas en un cauce torrencial bien

definido, bajan con gran velocidad, erosionando y arrastrando materiales. En esta

parte del cauce del río, el lecho es recto, angosto y hondo. Debido a las

diferencias de altitud, en esta parte de los ríos suelen existir rápidos en los cuales

la corriente es intensa y veloz. Las aguas saltan espumeantes, arremolinadas y

violentas. Las piedras desgajadas en el arrastre chocan varias veces contra

peñas, y al golpear unas contra otras se pulen. En esta parte del río las

discordancias del terreno hacen que en algún momento el río tenga que salvar un

desnivel brusco producido por una falla. Entonces el agua se precipita desde una

determinada altura y da lugar a una cascada o catarata, si el desnivel es muy

grande, y a un salto si el desnivel es pequeño.

El tramo de calma es de pendiente suave y escurrimiento lento. Aquí el cauce del

río se estabiliza. En este tramo, el agua, fatigada de sus luchas con las rocas, de

haber vencido la estrechez de las gargantas y haber superado las cataratas,

pierde ímpetu y se calma. Aquí se producen fenómenos interesantes, uno de los

cuales es la captura.

Cuando el río llega a un valle llano, tiende a extenderse y entonces origina

graciosas curvas, llamadas meandros. También en este tramo se originan las

terrazas o plataformas escalonadas que forman las montañas en cuyos valles

fluye el río.

Por último, la desembocadura es una zona de depósito de los materiales que el

río ha logrado arrastrar hasta el final de su curso.

Al final de su largo viaje, el río se encuentra agotado, ensancha su cauce,

aumenta su caudal, pero su velocidad es poca y su profundidad no suele ser

notable. El río, suponiendo que no haya muerto en un lago, se dispone a verter





81

sus aguas en el mar. Pero no siempre se da esa decrepitud y esa calma. Hay ríos

que llegan al mar con fuerza y lanzan sus aguas dulces hacia el interior del

océano. Entonces la desembocadura es un enorme estuario, ancho y abierto. Pero

como el mar también rompe contra corriente, los sedimentos del río se depositan

en gran cantidad a cierta distancia de la costa, formando un banco o barra

sumamente peligrosos para la navegación.

En el caso en el que el río desemboque formando delta, se divide en numerosos

brazos, los cuales se abren paso a paso con cierta dificultad entre el cúmulo de

sedimentos cada vez mayores. Los deltas constituyen uno de los fenómenos más

interesantes de la naturaleza. Avanzan constantemente y es difícil prever su

desarrollo final.





82

3.3 HIDROGRAFÍA

El drenaje en el área, es principalmente de tipo dentífrico en el área y sólo muy

localmente se aprecia drenaje rectangular en algunas porciones del sector

oriental (Fig. 3.4).

Los ríos más importantes de W a E, son los siguientes: Tehuantepec, Juchitán o

de los Perros, Chicapa, Niltepec y Ostuta. Como accidentes hidrográficos notables

se mencionan las lagunas Superior, Inferior, Mar Tileme y Oriental, siendo la más

profunda la primera con profundidades hasta de 6 m.

El Río Tehuantepec arrojaba al Océano Pacífico cerca de cinco millones de m³ de

azolve anual antes de que la Secretaría de Recursos Hidráulicos (1970)

construyera la Presa Benito Juárez, la cual comenzó a almacenar las aguas del

Río Tehuantepec a partir de junio de 1961, con fines de riego. Desde entonces el

volumen de azolve descendió en la estación hidrométrica Las Cuevas a cerca de

1500 m³ al año.

El Río de los Perros nace a una altura de 1400 m en el parteaguas de la Sierra

Mixe y tiene un curso SE hasta su desembocadura en la Laguna Superior en la

cual también vierte sus aguas el Río Chicapa que nace en el extremo occidental

de la Sierra Madre de Chiapas a una altura de 2 200 m.

Las aguas del Río Niltepec inician su curso al este del Cerro Ocotillo a una altura

de 1400 m llegando a la Laguna Inferior. El Río Ostuta nace en el parteaguas de

la Sierra Madre de Chiapas a una altura de 2 600 m en el Cerro Piccaho Prieto y

desagua en el extremo noreste de la Laguna Oriental.


83

FIGURA 3.4 DRENAJE EN LA ZONA


84

3.4 RELACIÓN LLUVIA ESCURRIMIENTO

Es sumamente común que no se cuente con registros adecuados de escurrimiento

en el sitio de interés para determinar los parámetros necesarios para el diseño y

operación de obras hidráulicas. En general los registros de precipitación son más

abundantes que los de escurrimiento y, además, no se afectan por cambios en la

cuenca, como construcción de obras de almacenamiento y derivación, talas,

urbanización, etc. Por ello, es conveniente contar con métodos que permitan

determinar el escurrimiento en una cuenca mediante las características de las

mismas y la precipitación. Las características de la cuenca se conocen por medio

de planos topográficos y de uso de suelo, y la precipitación a través de

mediciones directas en el caso de predicción de avenidas frecuentes.

Los principales parámetros que intervienen en el proceso de conversión de lluvia

o escurrimiento son los siguientes:

1. Área de la cuenca.

2. Altura total de precipitación

3. Características generales o promedio de la cuenca (forma, pendiente,

vegetación, etc).

4. Distribución de la lluvia en el tiempo.

5. Distribución en el espacio de la lluvia y de las características de la cuenca.

Debido a que, por un lado, la cantidad y la calidad de la información disponible

varían grandemente de un problema a otro y a que, por otro, no siempre se

requiere la misma precisión en los resultados, se han desarrollados una gran

cantidad de métodos para analizar la relación lluviaescurrimiento.


85

Desde luego la complejidad de los métodos aumenta a medida que se toman en

cuenta más de los parámetros citados anteriormente. En este sentido también

aumenta su precisión, pero los datos que se requieran son más y de mejor

calidad. Sólo se explicaran los métodos que toman en cuenta los cuatro primeros

parámetros, pues los que consideran todos , llamados modelos conceptuales,

matemáticos o de parámetros distribuidos, se encuentran aun en su fase

experimental y, además, la información disponible en México todavía no es lo

suficientemente completa para su aplicación


86

3.4.1 MÉTODO DE ENVOLVENTES

Estos métodos toman en cuenta sólo el área de la cuenca. Aunque no son

métodos que analicen propiamente la relación entre la lluvia y el escurrimiento,

se explicaran por ser de enorme utilidad en los casos en que se requiera sólo

estimaciones gruesas de los gastos máximos probables, o bien cuando se carezca

casi por completo de información.

La idea fundamental de estos métodos es relacionar el gasto máximo Q con el

área de la cuenca Ac en la forma:

Q = α A β c (3.1)

donde Q es el gasto máximo y α y β son parámetros empíricos , que también

pueden ser función de A c. Nótese que, con β=1 y α = Ci, 3.1 es la fórmula

racional. Se ha visto que β en el orden de ¾ para cuencas de área menor que

unos 1500 m 2 y de ½ para cuencas mayores

Existen una gran cantidad de fórmulas del tipo de la 3.1 pero la más usada en

México son las de Creager y Lowry. La fórmula de Creager es:

q = 1.303 Cc (0.386 Ac) α Ac –1 (3.2)

donde q es el gasto máximo por unidad de área,

045 . 0

936 . 0 Ac

= α (3.3)

Ac Q q =


87

Cc, es un coeficiente empírico y Ac está en km 2

La formula de Lowry es:

( ) 85 . 0 259 + = Ac

CL q (3.4)

Donde CL es otro coeficiente empírico.

Los valores de CC y CL se determinan por regiones, llevando a una gráfica

logarítmica los gastos unitarios máximos q registrados contra sus respectivas

áreas de cuenca y seleccionando el valor de CC y CL que envuelven a todos los

puntos medidos (véase por ejemplo figura 3.3).

El valor de Cc = 200 es la envolvente para todos los puntos que analizó Creager,

aunque Cc = 100 da valores mucho más razonables y se usa como envolvente

mundial. Para la fórmula de Lowry (3.4) se puede tomar un valor de CL = 3500

como mundial


88


89

FIGURA 3.4

La Secretaria de Agricultura y Recursos Hidráulicos ha calculado los valores de Cc

y CL para las 37 regiones en que ha dividido a la república mexicana (Véase

Figura 3.4) en la tabla los correspondientes a CL.

TABLA 3.1 VALORES DEL COEFICIENTE DE ENVOLVENTE DE LOWRY


90

Región No.

Descripción CL

1 Baja California noroeste (Ensenada) 980 2 Baja California centro (El Vizcaíno) 530 3 Baja California suroeste (Magdalena) 2190 4 Baja California noroeste (Laguna Salada) 1050 5 Baja California centro este (Sta. Rosalía) 990 6 Baja California sureste (La paz) 5120 7 Río Colorado 1050 8 Sonora norte 760 9 Sonora sur 2140 10 Sinaloa 3290 11 PresidioSan Pedro zona costera 4630 11 Presidio san pedro zona alta 470 12 LermaSantiago 1290 13 Huicicilia 760 14 Ameca 600 15 Costa de Jalisco 5270 16 Armeria Coahuayana 4940 17 Costa de Michoacán 2100 18 Balsas alto 1090 18 Balsas medio y bajo 4450 19 Costa Grande 2100 20 Costa ChicaRío Verde 3180 20 Alto Río Verde 390 21 Costa de Oaxaca (Pto. Ángel) 3000 22 Tehuantepec 2170 23 Costa de Chiapas 1190 24A Alto BravoConchos 1020 24B Medio Bravo 5170 24C Río Salado 1410 24D Bajo Bravo 2130 25 San Fernando Soto de Marina 2330 26A Alto Pánuco 1360 26B Bajo Panuco 3010 26C Valle de México 760 27 TuxpanNautla 2450 28 Papaloapan 1750 29 Coatzacoalcos 1840


91

Región No

Descripción CL

30 GrijalvaUsumacinta 2130 30 Alto Grijalva 610 31 Yucatán oeste (Campeche) 370 32 Yucatán norte (Yucatán) Sin datos 33 Yucatán este (Quintana Roo) Sin Datos 34 Cuencas cerradas del norte 230 35 Mapimí 36 Nazas 1510 36 Aguanaval 380 37 El Salado 1310


92

TABLA.3. 2 VALORES DEL COEFICIENTE Cc DE CREAGER.

Región Cc

1. Baja California Norte 30

2. Baja California Sur 72

3. Rió Colorado 14

4. Noroeste

a) Zona Norte 35

b) Zona Sur 64

5. Sistema LermaChapalaSantiago

a) LermaChapala 16

b)Santiago 19

6. Pacífico Centro 100

7. Cuenca Río Balsas

a) Alto Balsas 18

b) Bajo Balsas 32

8. Pacífico Sur 62

9. Cuenca Del Río Bravo

a) Zona Conchos 23

b) Zona Salado y San Juan 91

10. Golfo Norte

11. Cuenca Río Panuco

a) Alto Panuco 14

b) Bajo Panuco 67

12. Golfo Centro 59

13. Cuenca Río Papaloapan 36

14. Golfo Sur 36


93

Tabla 3.3

Velocidad media, m/s

Pendiente

% Bosques Pastizales

Canal natural

no bien

definido

03 0.3 0.5 0.3

47 0.6 0.9 0.9

811 0.9 1.2 1.5

1215 1.1 1.4 2.4

3.3a 3.3b

15. Sistema GrijalvaUsumacinta 50

16. Península de Yucatán 3.7

17. Cuencas Cerradas del Norte

(Zona Norte) 4

18. Cuencas Cerradas Del norte

(Zona Sur) 26

19. El Salado (Zona Sur) 45

20. Durango 8.4

21. Cuencas de Cuitzeo y Pátzcuaro 6.8

22. Valle de México 19

23. Cuencas del Río Metztitlán 37

Pendiente del

Cauce

principal, %

Velocidad

Media, m/s

12 0.6

24 0.9

46 1.2

68 1.5


94

A continuación se aplican los métodos de Lowry y Creager en el área de estudio

de Salina Cruz Oaxaca

El área de Salina Cruz Oaxaca que da comprendida en la región hidrológica

N. 22 la cual lleva el nombre en el boletín hidrológico como Costas de

Guerrero y Oaxaca.

El área de influencia que se determino en la carta Topográfica

proporcionada por el INEGI fue aproximadamente de 5025 has.

El método de Lowry en la tabla de valores nos dice que como se trata de la

región hidrológica N.22 y el área de estudio pertenece a Salina Cruz Oaxaca

se tomo la zona más próxima que es tehuantepec el cual tiene un valor de

CL= 2170.

El método de Creager maneja otros valores, las cueles se manejan por

zonas en este caso en particular la zona de Salina Cruz Oaxaca se Localiza

en el Pacífico Sur y el cual tiene un Cr = 62.

Fórmula de Lowry q = CL /(Ac+259) 0.85

q = Gastos unitario m 3 /s/Km 2

Ac = Km 2

Fórmula de Creager q = 1.303 Cc (0.386 Ac) α Ac –1

α = 0.936 / Ac 0.048

q = Gastos unitario m 3 /s/Km 2

Ac = Km 2


95

* Aplicando la Fórmula de Lowry

CL = 2170

Ac = 5025 has = 50.25 Km 2 (Área de la cuenca)

( ) ( ) 2

3

85 . 0 85 . 0 584 . 16 259 25 . 50

2170 259

Km s m

Ac C q L =

+ =

+ =

s m x Q

3

35 . 833 25 . 50 584 . 16 . máx = =

* Aplicando la Fórmula de Creager

Cr = 62

Ac = 5025 has = 50.25 Km 2 (Área de la cuenca)

q = 1.303 Cc (0.386 Ac) α Ac –1

= 1.303*(62)*(.386*50.25) 0.694 *(50.25) 1 = 16.05

s m X Q

3

51 . 806 25 . 50 05 . 16 . máx = =

MÉTODO GASTO MÁXIMO (m 3 /s)

Lowry 833.35

Creager 806.51

776 . 0 25 . 50 936 . 0 936 . 0

048 . 0 048 . 0 = = = Ac

α


96

Aplicación de Creager y Lowry al área exclusivamente de la Refinaría

* Aplicando la Fórmula de Lowry

CL = 2170

Ac = 725 has = 7.25 Km 2 (Área aproximada de la refinería)

( ) ( ) 2

3

85 . 0 85 . 0 83 . 18 259 25 . 7

2170 259

Km s m

Ac C q L =

+ =

+ =

* Aplicando la Fórmula de Creager

Cr = 62

Ac = 725 has = 7.25 Km 2 (Área aproximada de la refinería)

q = 1.303 Cc (0.386 Ac) α Ac –1

= 1.303*(62)*(.386*7.25) 0.851 *(7.25) 1 = 26.75

s m x Q

3

94 . 193 25 . 7 75 . 26 . máx = =

MÉTODO GASTO MÁXIMO (m 3 /s)

Lowry 136.52

Creager 193.94

s m x Q

3

52 . 136 25 . 7 83 . 18 . máx = =

851 . 0 25 . 7 936 . 0 936 . 0

048 . 0 048 . 0 = = = Ac

α


97

3.4.2 LA FÓRMULA RACIONAL

La fórmula racional es posiblemente el modelo más antiguo de la relación lluvia

escurrimiento. Su origen se remonta a 1851 ó 1889, de acuerdo con diversos

autores. Este modelo toma en cuanta, además del área de la cuenca, la altura o

intensidad de precipitación y es hoy en día muy utilizado, particularmente en el

diseño de drenajes urbanos y cuencas pequeñas.

El método parte de la idea que si la duración de la lluvia efectiva es mayor que el

tiempo de concentración de la cuenca, se alcanzara un estado de equilibrio, tal

que el volumen de lluvia efectiva que se precipita en la cuenca en un instante

dado es igual al que escurre a la salida de la cuenca en el mismo instante, por lo

que ese instante.

Q = CiA 3.5

Donde Q: gasto de salida de la cuenca cuando alcanza el equilibrio, m 3 /s

C: Coeficiente de escurrimiento que varia para cada cuenca y de una

tormenta a otra debido a las condiciones de humedad inicial

I: Intensidad media de la lluvia para una duración igual al tiempo de

concentración de la cuenca, mm/h

A: área de la cuenca Km 2


98

Supóngase que es una cuenca impermeable se hace caer uniformemente una

lluvia de intensidad constante durante un largo tiempo. Al principio el gasto que

se sale de la cuenca será creciente con el tiempo, pero llegará un momento en el

que se alcance un punto de equilibrio, es decir, en el que el volumen que entra

por unidad de tiempo por la lluvia sea el mismo que el gasto de salida de la

cuenca (Véase figura 3.5)

FIGURA 3.5

FIG 3.5

El tiempo que transcurre entre el inicio de la lluvia y el establecido del gasto de

equilibrio se denomina tiempo de concentración, y equivale al tiempo que tarda

en pasar del punto más alejado hasta la salida de la cuenca.

Naturalmente, el tiempo de concentración tc (véase figura 3.5) depende de la

longitud máxima que debe recorrer el agua hasta la salida de la cuenca y de la

velocidad que adquiere, en promedio, dentro de la misma. Esta velocidad está en

función de las perdidas del terreno y los cauces, y de la rugosidad de la superficie

de los mismos. El tiempo de concentración de calcula mediante la ecuación:

v L Tc

3600 =

(3.5)


99

donde tc, es el tiempo de concentración de h, L es la longitud del cauce principal

de la cuenca en m y v es la velocidad media del agua en el cauce principal en

m/s. La velocidad media en v se estima con las tablas 3.3a y 3.3b. Nótese que la

fórmula 3.5 no toma en cuenta el recorrido del agua de lluvia desde que llega a la

superficie hasta los cauces.

Otra manera de estimar el tiempo de concentración es mediante la fórmula de

Kirpich.

Ecuación de Kirpich: 325 . 0 3 86 . 0

=

H L Tc

(3.6)

Donde: tc: tiempo de concertación, hrs

L: longitud del cauce principal K

H: disnivel entre los extremos del cauce principal.

Ecuación de Crow:

64 . 0

01 . 0

=

S L Tc

(3.7)

Donde tc: tiempo de concentración ,hrs.

L: longitud del cauce principal, m

S: pendiente media del cauce, en porcentaje


100

APLICACIÓN

a) Determinación de la intensidad de lluvia i

En base a la información climatologica, se ocuparon los datos del pluviómetro,

por lo que la intensidad de lluvia se determinara en base a los registros de

alturas de precipitación máxima en 24 hrs.

Utilizando el modelo propuesto por Chow:

Hp = a+blog(Tr) (3.8)

Donde: hp: altura de precipitación, mm

Tr: período de retorno, año

a,b: parámetros estadísticos que definen la función siendo:

(∑hp) (∑log(Tr) 2 (∑logTr)( ∑hp log Tr)

N∑log(Tr)2(∑log Tr) 2

∑hplog Tr(∑log Tr)(∑hp)

N∑log(Tr)2(∑log Tr) 2

Siendo N el número de datos

a= (3.8)a

b= (3.8)b


101

Para aplicar la ecuación anterior se debe determinar la hp máxima anual y

ordenar los datos de mayor a menor para asignarles el período de retorno, el cual

por tratarse de un análisis de máximos anuales se utiliza la ecuación de Weilbull,

siendo:

m n Tr 1 +

= 3.9

Donde Tr: período de retorno, años

N: número de datos

m: número de orden

La ecuación de regresión corresponde al tipo líneal, es decir:

y = a+bx

por lo que se tiene la ecuación:

hp = a + b log (Tr)

de donde los parámetros estadísticos resultan:

A= 92.22

B= 31.47

por lo que la ecuación final es:

hp = 92.22+31.47log(Tr) 3.10


102

3.5. PRECIPITCIÓN EN LA ZONA DE ANÁLISIS

Dentro de las directrices generales para la realización del estudio, se considero

necesario llevar a cabo una recopilación exhaustiva de los datos de lluvia mensual

u anual de que se disponía en los registros de las estaciones pertenecientes a las

zonas de Salina Cruz y tehuantepec. Se considero necesaria, también la

recopilación de datos mensuales en los casos en que faltaran para completar

valores anuales. Fue preciso hacer un cuidadoso análisis de la información

existente y seleccionar aquellas estaciones que por sus datos, localización

geográfica, confiabilidad etc, pudieran ser usados en el estudio auque algunos

casos contaran con un menor periodo de observación pero que por su estratégica

situación resultaran indispensables utilizar.

De estudios generados se ha determinado a base de mediciones que la zona

presenta una precipitación media anual del orden superior a los 750 mm.


103

A continuación se presentan las tablas 3.4 y 3.5 tomadas de un periodo de

observación de

SERVICIO METEOROLÓGICO NACIONAL

ESTACIÓN: SALINACRUZ

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC 1969 0.0 5.1 348.3 85.0 143.8 238.8 93.5 49.5 1971 78.0 207.1 21.2 90.1 79.4 16.0 0.0 1972 0.0 1.2 24.0 62.2 15.3 81.5 22.2 2.4 6.4 30.0 1973 18.2 2.5 0.0 30.2 85.0 149.6 197.5 120.8 95.1 6.5 0.0 1974 0.0 0.0 29.0 77.4 66.1 33.0 295.0 0.0 0.0 1975 0.0 0.0 43.7 34.7 64.5 16.0 232.3 3.0 7.3 1976 31.0 0.0 121.5 13.0 94.8 43.0 97.6 10.6 0.0 1977 0.0 0.0 88.0 59.4 1.7 51.5 19.0 103.9 0.0 1979 90.0

TABLA 3.4


104

TABLA. LLUVIA MÁXIMA EN 24 HRS (mm)

SERVICIO METEOROLÓGICO NACIONAL

ESTACIÓN: TEHUANTEPEC

AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC 1961 0.0 0.0 13.0 74.5 35.0 42.0 16.0 2.0 160.6 0.0 1962 0.0 0.0 14.0 46.0 60.0 76.0 19.0 56.0 0.0 1963 0.0 6.0 0.0 1.0 30.0 94.0 12.0 90.0 60.5 0.0 0.0 1964 0.0 1.5 23.5 0.0 29.5 38.0 23.0 46.5 2.5 0.0 1965 0.0 0.0 0.0 60.0 8.5 120.0 57.0 28.5 0.0 1966 0.0 0.0 4.5 24.5 27.0 13.0 58.5 33.0 40.0 0.0 1967 0.0 1.0 0.0 0.0 75.0 4.4 31.5 80.5 14.5 0.0 1968 0.0 0.0 40.2 81.5 51.0 131.0 15.5 31.5 15.0 0.0 1969 0.0 0.0 326.0 70.0 233.0 126.0 38.5 0.0 1970 0.0 4.0 10.0 12.0 45.0 35.0 110.0 303.0 34.0 2.0 0.0 1971 0.0 0.0 4.0 14.5 104.0 6.0 40.2 46.5 29.0 28.6 1972 3.0 0.0 62.5 57.0 18.3 18.0 20.5 2.0 14.3 0.0 1973 0.0 0.0 129.5 89.0 93.5 200.0 40.0 66.5 11.5 0.0 1974 0.0 0.0 40.5 64.0 49.0 22.0 124.0 0.0 0.0 1975 0.0 0.0 35.0 17.0 61.0 37.0 186.0 3.0 28.0 1976 36.5 0.0 40.5 2.0 110.0 21.0 92.0 35.0 0.0 1977 0.0 0.0 1.0 8.5 170.0 4.5 53.5 24.0 30.0 11.5 0.0 1978 0.0 9.0 0.0 67.0 103.0 46.5 39.5 72.0 4.0 5.3 1979 20.0 2.5 1.7 13.5 7.0 81.0 32.0 56.5 103.0 15.5 5.0 0.0 1980 2.0 10.0 0.0 15.0 12.0 47.0 66.5 101.0 51.0 0.0 0.0 1981 0.0 3.5 1.0 71.5 302.0 230.0 21.5 81.0 0.0 1982 9.0 0.0 1.5 63.0 32.0 13.5 0.0 20.0 83.5 0.0 1983 0.0 27.0 9.0 1.0 0.0 25.0 31.0 62.5 78.0 73.5 0.0 1984 0.0 1.0 4.0 114.5 126.0 105.0 77.5 0.0 0.0 1985 0.0 8.0 14.0 43.5 122.0 75.5 48.0 7.0 0.0 1986 58.8 56.0 43.0 31.0 104.0 4.5 0.0 1987 2.0 0.5 1.5 9.5 28.0 49.5 22.0 56.0 0.0 0.0 1988 1.0 0.0 0.0 44.5 40.0 82.5 50.5 0.0 1.0 0.0 1989 0.0 22.5 95.0 77.0 20.0 23.0 51.0 0.0 1990 21.0 59.0 1991 0.0 0.0 15.0 197.0 15.5 32.5 79.0 0.0 0.0 1992 0.0 3.0 29.0 0.0 48.0 94.0 94.0 86.0 0.0 110.0 0.0 1993 0.0 13.0 0.0 157.0 165.0 27.0

TABLA 3.5


105

3.5.1 PERÍODO DE RETORNO

TABLA 3.6 ORDENAMIENTO DE DATOS Y ASIGNACIÓN DEL PERÍODO DE RETORNO

hp(máx.) Tr AÑO m (mm) (n+1)/m

log(Tr)

1961 1 326.0 34.00 1.53 1962 2 303.0 17.00 1.23 1963 3 302.0 11.33 1.05 1964 4 200.0 8.50 0.93 1965 5 197.0 6.80 0.83 1966 6 186.0 5.67 0.75 1967 7 170.0 4.86 0.69 1968 8 165.0 4.25 0.63 1969 9 160.6 3.78 0.58 1970 10 131.0 3.40 0.53 1971 11 126.0 3.09 0.49 1972 12 124.0 2.83 0.45 1973 13 122.0 2.62 0.42 1974 14 120.0 2.43 0.39 1975 15 110.0 2.27 0.36 1976 16 110.0 2.13 0.33 1977 17 104.0 2.00 0.30 1978 18 104.0 1.89 0.28 1979 19 103.0 1.79 0.25 1980 20 103.0 1.70 0.23 1981 21 101.0 1.62 0.21 1982 22 95.0 1.55 0.19 1983 23 94.0 1.48 0.17 1984 24 83.5 1.42 0.15 1985 25 82.5 1.36 0.13 1986 26 80.5 1.31 0.12 1987 27 78.0 1.26 0.10 1988 28 76.0 1.21 0.08 1989 29 62.5 1.17 0.07 1990 30 59.0 1.13 0.05 1991 31 58.5 1.10 0.04 1992 32 56.0 1.06 0.03 1993 33 46.5 1.03 0.01


106

TABLA 3.7 ASIGNACIÓN DEL PERÍODO DE RETORNO

hp(max) Tr AÑO m (mm) (n+1)/m

log(Tr) (Tr) 2 LOG (Tr)2 hp logTr

1961 1 326.0 34.00 1.53 1156.00 3.06 499.26 1962 2 303.0 17.00 1.23 289.00 2.46 372.83 1963 3 302.0 11.33 1.05 128.44 2.11 318.42 1964 4 200.0 8.50 0.93 72.25 1.86 185.88 1965 5 197.0 6.80 0.83 46.24 1.67 164.00 1966 6 186.0 5.67 0.75 32.11 1.51 140.12 1967 7 170.0 4.86 0.69 23.59 1.37 116.68 1968 8 165.0 4.25 0.63 18.06 1.26 103.68 1969 9 160.6 3.78 0.58 14.27 1.15 92.70 1970 10 131.0 3.40 0.53 11.56 1.06 69.62 1971 11 126.0 3.09 0.49 9.55 0.98 61.75 1972 12 124.0 2.83 0.45 8.03 0.90 56.08 1973 13 122.0 2.62 0.42 6.84 0.84 50.94 1974 14 120.0 2.43 0.39 5.90 0.77 46.24 1975 15 110.0 2.27 0.36 5.14 0.71 39.09 1976 16 110.0 2.13 0.33 4.52 0.65 36.01 1977 17 104.0 2.00 0.30 4.00 0.60 31.31 1978 18 104.0 1.89 0.28 3.57 0.55 28.73 1979 19 103.0 1.79 0.25 3.20 0.51 26.03 1980 20 103.0 1.70 0.23 2.89 0.46 23.74 1981 21 101.0 1.62 0.21 2.62 0.42 21.14 1982 22 95.0 1.55 0.19 2.39 0.38 17.96 1983 23 94.0 1.48 0.17 2.19 0.34 15.96 1984 24 83.5 1.42 0.15 2.01 0.30 12.63 1985 25 82.5 1.36 0.13 1.85 0.27 11.02 1986 26 80.5 1.31 0.12 1.71 0.23 9.38 1987 27 78.0 1.26 0.10 1.59 0.20 7.81 1988 28 76.0 1.21 0.08 1.47 0.17 6.41 1989 29 62.5 1.17 0.07 1.37 0.14 4.32 1990 30 59.0 1.13 0.05 1.28 0.11 3.21 1991 31 58.5 1.10 0.04 1.20 0.08 2.35 1992 32 56.0 1.06 0.03 1.13 0.05 1.47 1993 33 46.5 1.03 0.01 1.06 0.03 0.60

4239.6 13.60 27.20 2577.37


107

Determinado la altura de precipitación ligada a un período de retorno de 25 años.

hp = 92.22+31.47log(25) = 136.21 mm

Sabemos que: t hp i

∆ ∆

= 3.11

Por tratarse de una cuenca pequeña la duración de la tormenta es igual al tiempo

de concentración de la cuenca.

Tomando en cuenta el desnivel y la pendiente de la cuenca.

a) Por Kirpich

Determinado la altura de precipitación ligada a un periodo de retorno de 25 años.

hp = 92.22+31.47log(25) = 136.21 mm

Tomando en cuenta exclusivamente a la refinería.

Por Kirpich

hrs X H xL tc 82 . 2

875 . 1 75 . 3 86 . 0 86 . 0 325 . 0 325 . 0 3

=

=

=

Por Chow

hrs S S

L tc 05 . 5 3750 01 . 0 01 . 0 64 . 0 64 . 0

=

=

=

Por lo que finalmente de la ec. 3.11 se obtiene:

hrs x tc 92 . 0 180

5 . 5 86 . 0 325 . 0 3

=

=

hr mm i 50 . 45

3 21 . 136

= =


108

3.5.2 COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO

El coeficiente de escurrimiento (C) varía con el porcentaje de impermeabilidad de

la superficie, el tipo de suelo y la pendiente del área de capacitación.

Algunas ciudades tienen establecidos sus propios valores empíricos de (C). En las

regiones de suelos porosos con pendientes muy pequeñas en la superficie y baja

intensidad de precipitación, el escurrimiento para superficies permeables es

ignorado y el coeficiente esta dado por la proporción de contacto (continuidad)

del área de la fase impermeable. La práctica usual es relacionar el coeficiente de

escurrimiento al tipo de suelo, por ejemplo.

S C

Suelo arenoso, pendiente < 2% 0.050.10

Suelo arenoso, pendiente 2%<S<7% 0.100.15

Suelo arenoso, pendiente <7% 0.150.20

Suelo grueso, pendiente <2% 0.130.17

Suelo grueso, pendiente 2%<S<7% 0.180.22

Suelo grueso, pendiente >7% 0.250.35

Áreas impermeables 0.95

Así mismo el coeficiente de escurrimiento o escurrentia está dado por la

expresión:

C = Volumen de agua que escurre / volumen de agua que llueve


109

A continuación se presentan unas tablas de valores C:

Tipo de construcción C

Calles y áreas comerciales 0.850.90

Casa de departamentos, edificios

suburbanos y de negocios

0.700.75

Áreas residenciales 0.500.65

Áreas suburbanas 0.300.50

Tabla 3.8 Coeficientes de escurrimientos para varios tipos de áreas

Tipos de superficie C

Tejados impermeables 0.700.95

Pavimentos asfálticos 0.850.90

Pavimentos de hormigón 0.800.95

Aceras y paceos pavimentados 0.750.85

Aceras y paseos de Grava 0.150.30

Césped, terreno arenoso S 2% 0.050.10

Césped, terreno arenoso 2<S<7% 0.100.15

Césped, terreno arenoso S 7% 0.150.20

Césped, terreno compacto S 2% 0.130.17

Césped, terreno compacto 2<S<7% 0.130.17

Césped, terreno compacto S 7% 0.250.35

Tabla 3.9 Coeficientes de escurrimientos para diversas superficies


110

Zonificación C

Negocios 0.700.95

Centro de la ciudad 0.700.95

Alrededores 0.500.70

Residencial (urbana)

Vivienda unifamiliar 0.300.50

Viviendas Plurifamiliares aisladas 0.400.60

Viviendas Plurifamiliares contiguas 0.600.75

Residencial Urbana 0.250.40

Apartamenentos 0.500.70

Industrial

Poco Intensiva 0.500.80

Muy Intensiva 0.600.90

Parque, Cementerios 0.100.25

Áreas recreativas 0.200.35

Estaciones de ferrocarril 0.200.40

Zonas no modificadas 0.100.30

Tabla 3.10 Coeficiente de escurrimiento para diversas zonas

El valor de C puede estar relacionado a los parámetros del área de captación y

precipitación. Por ejemplo, Miller (1968) expreso el coeficiente como C= Cb Cf Cc,

donde los coeficientes Cb, Cf y Cc son referidos al superficie cubierta. Período de

retorno de tormentas y régimen de precipitación.


111

Tabla 3.11 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO “C” PERÍODO: 19611993

CONSIDERANDO TODA EL ÁREA DE INFLUENCIA de 5025 Has PRECIPITACIÓN MEDIA (mm)

AÑO/MES ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC 1961 0.0 0.0 0.0 0.0 13.0 74.5 35.0 42.0 16.0 2.0 160.6 0.0 1962 0.0 0.0 0.0 0.0 14.0 46.0 60.0 76.0 19.0 56.0 0.0 0.0 1963 0.0 6.0 0.0 0.0 1.0 30.0 94.0 12.0 90.0 60.5 0.0 0.0 1964 0.0 1.5 23.5 0.0 0.0 29.5 38.0 23.0 46.5 2.5 0.0 0.0 1965 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 60.0 8.5 120.0 57.0 28.5 0.0 0.0 1966 0.0 0.0 0.0 4.5 24.5 27.0 13.0 58.5 33.0 40.0 0.0 0.0 1967 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 75.0 4.4 31.5 80.5 14.5 0.0 0.0 1968 0.0 0.0 0.0 0.0 40.2 81.5 51.0 131.0 15.5 31.5 15.0 0.0 1969 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 326.0 70.0 233.0 126.0 38.5 0.0 0.0 1970 0.0 4.0 10.0 0.0 12.0 45.0 35.0 110.0 303.0 34.0 2.0 0.0 1971 0.0 0.0 0.0 4.0 14.5 104.0 6.0 40.2 46.5 29.0 0.0 28.6 1972 3.0 0.0 0.0 0.0 62.5 57.0 18.3 18.0 20.5 2.0 14.3 0.0 1973 0.0 0.0 0.0 0.0 129.5 89.0 93.5 200.0 40.0 66.5 11.5 0.0 1974 0.0 0.0 0.0 0.0 40.5 64.0 49.0 22.0 124.0 0.0 0.0 0.0 1975 0.0 0.0 0.0 0.0 35.0 17.0 61.0 37.0 186.0 3.0 0.0 28.0 1976 36.5 0.0 0.0 40.5 2.0 110.0 21.0 92.0 0.0 35.0 0.0 0.0 1977 0.0 0.0 0.0 1.0 8.5 170.0 4.5 53.5 24.0 30.0 11.5 0.0 1978 0.0 9.0 0.0 0.0 67.0 103.0 46.5 39.5 72.0 4.0 0.0 5.3 1979 20.0 2.5 1.7 13.5 7.0 81.0 32.0 56.5 103.0 15.5 5.0 0.0 1980 2.0 10.0 0.0 15.0 12.0 47.0 66.5 101.0 51.0 0.0 0.0 0.0 1981 0.0 0.0 3.5 0.0 1.0 71.5 302.0 230.0 21.5 81.0 0.0 0.0 1982 9.0 0.0 0.0 1.5 63.0 32.0 13.5 0.0 20.0 83.5 0.0 0.0 1983 0.0 27.0 9.0 1.0 0.0 25.0 31.0 62.5 78.0 73.5 0.0 0.0 1984 0.0 0.0 1.0 0.0 4.0 114.5 126.0 105.0 77.5 0.0 0.0 0.0 1985 0.0 8.0 0.0 0.0 14.0 43.5 122.0 75.5 48.0 7.0 0.0 0.0 1986 0.0 0.0 0.0 58.8 56.0 43.0 31.0 104.0 4.5 0.0 0.0 1987 2.0 0.5 1.5 0.0 9.5 28.0 49.5 22.0 56.0 0.0 0.0 0.0 1988 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 44.5 40.0 82.5 50.5 0.0 1.0 0.0 1989 0.0 22.5 0.0 0.0 95.0 77.0 20.0 23.0 51.0 0.0 0.0 0.0 1990 0.0 0.0 0.0 0.0 21.0 0.0 59.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1991 0.0 0.0 0.0 0.0 15.0 197.0 15.5 32.5 79.0 0.0 0.0 0.0 1992 0.0 3.0 29.0 0.0 0.0 48.0 94.0 94.0 86.0 0.0 110.0 0.0 1993 0.0 0.0 13.0 0.0 0.0 157.0 165.0 27.0 0.0 0.0 0.0 0.0'

SUMATORIA 73.5 95.0 92.2 81.0 743.5 2551.5 1828.7 2340.7 2125.0 742.5 330.9 61.9 MEDIA 2.23 2.88 2.79 2.45 22.53 77.32 55.42 70.93 64.39 22.50 10.03 1.88 MEDIA (cm) 0.223 0.288 0.279 0.245 2.253 7.732 5.542 7.093 6.439 2.250 1.003 0.188 he (cm) 0.16 0.13 0.14 0.15 0.22 3.70 2.04 3.19 2.69 0.21 0.00 0.17 C 0.714 0.464 0.489 0.61 0.096 0.478 0.368 0.45 0.418 0.095 8E04 0.93

C = 0.43


112

TABLA 3.12 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO “C” PERÍODO 19611993

CONSIDERANDO EL ÁREA DE LA REFINERÍA IGUAL A 725 Has PRECIPITACIÓN MEDIA (mm)

AÑO/MES ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC 1961 0.0 0.0 0.0 0.0 13.0 74.5 35.0 42.0 16.0 2.0 160.6 0.0 1962 0.0 0.0 0.0 0.0 14.0 46.0 60.0 76.0 19.0 56.0 0.0 0.0 1963 0.0 6.0 0.0 0.0 1.0 30.0 94.0 12.0 90.0 60.5 0.0 0.0 1964 0.0 1.5 23.5 0.0 0.0 29.5 38.0 23.0 46.5 2.5 0.0 0.0 1965 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 60.0 8.5 120.0 57.0 28.5 0.0 0.0 1966 0.0 0.0 0.0 4.5 24.5 27.0 13.0 58.5 33.0 40.0 0.0 0.0 1967 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 75.0 4.4 31.5 80.5 14.5 0.0 0.0 1968 0.0 0.0 0.0 0.0 40.2 81.5 51.0 131.0 15.5 31.5 15.0 0.0 1969 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 326.0 70.0 233.0 126.0 38.5 0.0 0.0 1970 0.0 4.0 10.0 0.0 12.0 45.0 35.0 110.0 303.0 34.0 2.0 0.0 1971 0.0 0.0 0.0 4.0 14.5 104.0 6.0 40.2 46.5 29.0 0.0 28.6 1972 3.0 0.0 0.0 0.0 62.5 57.0 18.3 18.0 20.5 2.0 14.3 0.0 1973 0.0 0.0 0.0 0.0 129.5 89.0 93.5 200.0 40.0 66.5 11.5 0.0 1974 0.0 0.0 0.0 0.0 40.5 64.0 49.0 22.0 124.0 0.0 0.0 0.0 1975 0.0 0.0 0.0 0.0 35.0 17.0 61.0 37.0 186.0 3.0 0.0 28.0 1976 36.5 0.0 0.0 40.5 2.0 110.0 21.0 92.0 0.0 35.0 0.0 0.0 1977 0.0 0.0 0.0 1.0 8.5 170.0 4.5 53.5 24.0 30.0 11.5 0.0 1978 0.0 9.0 0.0 0.0 67.0 103.0 46.5 39.5 72.0 4.0 0.0 5.3 1979 20.0 2.5 1.7 13.5 7.0 81.0 32.0 56.5 103.0 15.5 5.0 0.0 1980 2.0 10.0 0.0 15.0 12.0 47.0 66.5 101.0 51.0 0.0 0.0 0.0 1981 0.0 0.0 3.5 0.0 1.0 71.5 302.0 230.0 21.5 81.0 0.0 0.0 1982 9.0 0.0 0.0 1.5 63.0 32.0 13.5 0.0 20.0 83.5 0.0 0.0 1983 0.0 27.0 9.0 1.0 0.0 25.0 31.0 62.5 78.0 73.5 0.0 0.0 1984 0.0 0.0 1.0 0.0 4.0 114.5 126.0 105.0 77.5 0.0 0.0 0.0 1985 0.0 8.0 0.0 0.0 14.0 43.5 122.0 75.5 48.0 7.0 0.0 0.0 1986 0.0 0.0 0.0 58.8 56.0 43.0 31.0 104.0 4.5 0.0 0.0 1987 2.0 0.5 1.5 0.0 9.5 28.0 49.5 22.0 56.0 0.0 0.0 0.0 1988 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 44.5 40.0 82.5 50.5 0.0 1.0 0.0 1989 0.0 22.5 0.0 0.0 95.0 77.0 20.0 23.0 51.0 0.0 0.0 0.0 1990 0.0 0.0 0.0 0.0 21.0 0.0 59.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1991 0.0 0.0 0.0 0.0 15.0 197.0 15.5 32.5 79.0 0.0 0.0 0.0 1992 0.0 3.0 29.0 0.0 0.0 48.0 94.0 94.0 86.0 0.0 110.0 0.0 1993 0.0 0.0 13.0 0.0 0.0 157.0 165.0 27.0 0.0 0.0 0.0 0.0'

SUMATORIA 73.5 95.0 92.2 81.0 743.5 2551.5 1828.7 2340.7 2125.0 742.5 330.9 61.9 MEDIA 2.23 2.88 2.79 2.45 22.53 77.32 55.42 70.93 64.39 22.50 10.03 1.88 MEDIA (cm) 0.223 0.288 0.279 0.245 2.253 7.732 5.542 7.093 6.439 2.250 1.003 0.188 he (cm) 0.02 0.01 0.01 0.02 0.82 5.59 3.56 4.99 4.38 0.81 0.11 0.03 C 0.108 0.04 0.046 0.078 0.362 0.724 0.642 0.704 0.681 0.362 0.113 0.18

C= 0.33


113

3.6 NÚMERO DE ESCURRIMIENTO Y TIEMPOS PARCIALES EN

LA ZONA

TABLA 3.13 SELECCIÓN DEL NÚMERO DE ESCURRIMIENTO “N” Uso de la tierra Tratamiento Pendientes Tipo de suelo

y cobertura del suelo del terreno

en % A B C D

Sin cultivo Surcos rectos ________ 77 86 91 94

Cultivo en surcos Surcos rectos >1 72 81 88 91

Surcos rectos <1 67 78 85 89

Contorneo >1 70 79 84 88

Contorneo <1 65 75 82 86

Terrazas >1 66 74 80 82

Terrazas <1 62 71 78 81

Cereales Surcos rectos >1 65 76 84 88

Surcos rectos <1 63 75 83 87

Contorneo >1 63 74 82 85

Contorneo <1 61 73 81 84

Terrazas >1 61 72 79 82

Terrazas <1 59 70 78 81

Leguminosas o Surcos rectos >1 66 77 85 89

Praderas con Surcos rectos <1 58 72 81 85

Rotación Contorneo >1 84 75 83 85

Contorneo <1 55 69 78 83

Terrazas >1 63 73 80 83

Terrazas <1 51 67 76 80

Pastizales ____________ >1 66 79 86 89

_____________ <1 39 61 74 80

Contorneo >1 47 67 81 88

Contorneo <1 6 35 70 79

Pradera Permanente ______________ <1 30 58 71 78

Bosque Naturales

Muy Alto ______________ ___ 56 75 86 91

Ralo ______________ ___ 46 68 78 84

Normal ______________ ___ 36 60 70 77

Espeso ______________ ___ 26 52 62 69

Muy Espeso ______________ ___ 15 44 54 61


114

Caminos

De tercería __________________ ____ 72 82 87 89

Con superficie dura __________________ ____ 74 84 90 92

Suelo Tipo A Arenas con poco limo y arcilla, suelos muy permeables

Suelo tipo B Arenas finas y limos

Suelo tipo C Arenas muy finas, suelos con alto contenido de arcilla

Suelo Tipo D Arcilla en grandes cantidades, suelos poco profundos con sub

horizontes de roca sana, suelos muy permeables.

TABLA 3.14 DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE ESCURRIMIENTO

EN EL ÁREA DE INFLUENCIA

TIPO DE

CUBIERTA % ÁREA ÁREA/100 N ÁREAXN

TERRAZERIA 39 0.39 87 33.93

SUPERFICIE

DURA 47 0.47 92 43.24

PATIZAL

NATURAL 14 0.14 39 5.48

N = 82.63

Como el coeficiente de escurrimiento, varía por cada tormenta, dependiendo del

grado de humedad inicial en el suelo, se determinará un coeficiente medio para el

área de influencia, en función a la precipitación media histórica (tabla 3.11)

Resultando Final C = 0.43


115

TABLA 3.15 DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE ESCURRIMIENTO EN EL

ÁREA DE LA REFINERÍA

TIPO DE CUBIERTA ÁREA Has % ÁREA ÁREA/100 N ÁREA X N SUPERFICIE DE ASFALTO

Y CONCRETO 725 100 1.00 92 92.00

N = 92

El coeficiente de escurrimiento en el área de la refinería es C= 0.33


116

Fórmula

te = 0.303

l = 3750 m

S = 0.05

Sustituyendo

64 . 0 ) 05 . 0

5750 ( 303 . 0 = te

te = 73 min

tc =2m este valor se toma en alcantarillado

v = 1.2 m/s

tc (L/v)/60 seg

100 1.38

120 1.66

150 2.08

200 2.78

250 3.47

300 4.17

350 4.86

425 5.90

550 7.64

625 8.68

Tabla 3.16 Tiempos parciales en el área de la refinería

64 . 0

S I


117

3.7. CALCÚLO DE LOS GASTOS APROXIMADOS EN LA REFINERÍA

tc i = 2860/ 15+t(mm/ h) Q (tls)

15.39 94.11 543.5

37.22 54.77 1044.86

57.97 39.19 1296.97

78.72 30.52 1489.60

134.34 19.15 1353.5

3.04 158.54 501.42

12.42 104.30 1238.22

22.49 76.29 1276.37

26.93 68.21 950.47

33.18 59.36 1016.52

41.09 50.99 1132.62

44.56 48.02 1500.7

47.77 45.56 1675.69

45.15 46.02 1840.26

114.69 22.05 1324.23

75.95 31.45 640.63

47.52 45.75 1553.85

16.68 90.28 2772.57

8.34 122.54 926.78

Tabla 3.17 Gastos aproximados en la refinería


118

Los gastos máximos determinados por los diferentes métodos, se resumen a

continuación en la tabla 3.18

Método Utilizado Q ( m 3 /seg.)

Lowri (área de la cuenca) 833.35

Creager (área de la cuenca) 806.31

Lowri (área aprox. De la refinería) 136.52

Creager (área aprox. de la refinería) 193.94

Racional (toda la refinería) 30

CAPITULO IV. DISEÑO HIDRAULICO

119

CAPITULO IV DISEÑO HIDRÁULICO


120

4 DISEÑO HIDRÁULICO DE CANALES.

El diseño de los canales, como el de cualquier obra de ingeniería civil, debe

considerarse diversos aspectos además del estrictamente hidráulico. La seguridad

es generalmente la condición primera a cumplir (en su caso); la eficiencia y la

economía de las restantes más comunes, intervienen factores tales como los

siguientes:

a) El medio físico: topografía, hidrología, geología, características mecánicas del

suelo, climatología.

b) Uso al que se destinará el canal o sistema de canales; si servirá para riego, se

considera entre otras las características agronómicas.

c) Si el canal será revestido; en caso negativo, las características del suelo donde

será excavado (en relación con la infiltración, la estabilidad de taludes y la

susceptibilidad a socavación o deposito) y las del líquido a transportar, (respecto

al transporte de sedimentos).

d) Equipo disponible y métodos constructivos; si el canal será revestido, el tipo de

revestimiento.

e) Las condiciones ambientales, urbanas, de propiedad de la tierra, estéticas y

otras.

Esencialmente por supuesto, el objetivo de un conducto cualquiera es transportar

el líquido.


121

Se debe agregar las siguientes consideraciones generales, aplicables a todo tipo

de canales, sean revestidos a no.

a) Puede suceder que sea inconveniente y aun imposible construir la sección de

máxima eficiencia hidráulica en el material natural disponible ( por ejemplo

respecto a taludes).

b) Una sección optima presenta el área mínima de la sección transversal, pero en

el costo del movimiento de tierras intervienen también aspectos tales como el

acarreo y el manejo del material resultante de la excavación, así como el balance

entre cortes y rellenos.

c) El terreno natural puede imponer, a veces, valores de la pendiente; sin

embargo, en el costo total relacionado con la excavación intervienen tanto el área

de la sección transversal (a menor pendiente, mayor área) como la excavación

adicional resultante de adoptar una pendiente mayor, que la del terreno natural

( a mayor diferencia de pendientes y por tanto menor área hidráulica penetración

a mayor profundidad). Por otro lado, igual que ocurre con el trazo de caminos, a

menor pendiente corresponde un mayor desarrollo longitudinal.

d) En le caso de los canales no revestidos, es muy importante reducir al mínimo

posible las pérdidas de liquido por infiltración, las que pueden llegar a valores

muy altos, del orden del 50% u aun más, como se verá más adelante, se puede

aplicar criterios de diseño que minimizan dichas pérdidas.


122

4.1 DISEÑO DE CANALES CON FLUJO UNIFORME

4.1.1 CANALES NO EROSIONABLES.

La mayor parte de los canales artificiales revestidos y construidos pueden resistir

la erosión de manera satisfactoria y, por consiguiente, se consideran no

erosionables. Los canales artificiales no revestidos por lo general son

erosionables, excepto aquellos excavados en cimentaciones firmes, como un

lecho en roca. En el diseño de canales artificiales no erosionables, factores como

la velocidad permisible máxima y la fuerza tractiva permisible no hacen parte del

criterio que debe ser considerado.

El diseñador simplemente calcula las dimensiones del canal artificial mediante una

ecuación del flujo uniforme y luego decide acerca de las dimensiones finales con

base a la eficiencia hidráulica o reglas empíricas de sección optima, aspectos

prácticos constructivos y economía.

Los factores que se consideran en el diseño son: la clase del material que

conforma el cuerpo del canal, la cual determina el coeficiente de rugosidad, la

velocidad mínima permisible, para evitar la depositación si el agua mueve limos o

basuras; la pendiente del fondo del canal y las pendientes laterales; el bordo

libre; y la sección más eficiente, ya sea determinada hidráulica o empíricamente.


123

4.1.2 MATERIAL Y REVESTIMIENTO NO EROSIONABLE.

Los materiales no erosionables utilizados para formar el revestimiento de un canal

o el cuerpo de un canal desarmable, incluyen concreto, mampostería, acero,

hierro fundido, madera, vidrio, plástico, etc. La selección del material depende

sobre todo de la disponibilidad y el costo de este, el método de construcción y el

propósito para el cual se utilizara el canal.

El propósito del revestimiento de un canal artificial, en la mayor parte de los

casos, es prevenir la erosión, pero ocasionalmente puede ser el de evitar las

perdidas de agua por infiltración. En canales artificiales revestidos, la velocidad

máxima permisible, es decir, la velocidad máxima que no causara erosión, puede

no considerarse siempre y cuando el agua no transporte arena, grava o piedras.

Si van ha existir velocidades muy altas sobre el revestimiento, sin embargo debe

recordarse que existe una tendencia en el agua que se mueve muy rápidamente

de mover los bloques de revestimiento y empujarlos por fuera de su posición. Por

consiguiente el revestimiento debe diseñarse contra estas posibilidades.

RECOMENDACIONES GENERALES

Las siguientes recomendaciones se aplican a todos los canales, en general.

4.1.3 VELOCIDAD MÍNIMA PERMISIBLE.

La velocidad mínima permisible o velocidad no sedimentante es la menor

velocidad que no permite el inicio de la sedimentación y no induce el crecimiento

de plantas acuáticas y de musgo. Esta velocidad es muy incierta y su valor exacto

no puede determinarse con facilidad; sin embargo, se ha encontrado que en

términos generales, en cuanto al primer requisito, si la velocidad se encuentra

entre 0.60 y 0.90 m/s, aproximadamente, no se produce sedimentación de

material fino cuando la concentración es pequeña.


124

Una buena norma de diseño es la de obtener una velocidad máxima sin que se

produzca erosión, en el caso de los canales no revestidos; así se daría un buen

paso para cumplir con los dos objetivos mencionados.

4.1.4 PENDIENTES DE CANAL

La pendiente longitudinal del fondo de un canal por lo general esta dada por la

topografía y por la altura de energía requerida por el flujo de agua. En muchos

casos, la pendiente también depende del propósito del canal; por ejemplo los

canales utilizados para propósitos de distribución de agua, como los utilizados en

irrigación, abastecimientos de agua, minería hidráulica y proyectos hidroeléctricos

requieren un alto nivel en el punto de entrega. Por consiguiente es conveniente

una pendiente pequeña para mantener en el mínimo posible las pérdidas en

elevación.

Las pendientes laterales de un canal dependen principalmente de la clase de

material. La tabla 4.1 da una idea general de las pendientes apropiadas para ser

utilizadas con diferentes clases de material.

Otros factores que deben considerarse para determinar las pendientes laterales

son el método de construcción, la condición de pérdidas por infiltración, los

cambios climáticos, el tamaño del canal, etc. En general las pendientes laterales

deben hacerse tan empinadas como sea factible y deben diseñarse de acuerdo

con una alta eficiencia y estabilidad hidráulica. Para canales revestidos ha

considerado la normalización de una pendiente de 1.5:1 para los tamaños usuales


125

de canales. Una ventaja de esta pendiente es que es lo suficientemente plana

para permitir un uso factible de casi cualquier tipo de revestimiento o tratamiento

de revestimiento en el presente o en el futuro anticipado.

Material Pendiente Lateral

Roca Aproximadamente Vertical

Estiércol y suelos de turba ¼ :1

Arcilla rígida o tierra con

recubrimientos de concreto ½ :1 a 1:1

Arcilla en firme o tierra en

canales pequeños 1 ½ :1

Tierra arenosa suelta 2:1

Marga arenosa o arcilla porosa 3:1

Tierra con recubrimiento de piedras

o tierra en canales grandes 1:1

Tabla 4.1 Pendientes laterales apropiadas para canales construidos en

diferentes clases de materiales.


126

4.1.5 BORDO LIBRE

El bordo libre de un canal es la distancia vertical desde la parte superior del canal

hasta la superficie del agua en la condición de diseño. Esta distancia debe ser lo

suficientemente grande para prevenir que ondas o fluctuaciones en la superficie

del agua causen reboses por encima de los lados. Este factor se vuelve muy

importante en especial en el diseño de canaletas elevadas, debido a que la

subestructura de éstos puede ponerse en peligro por cualquier rebose.

4.1.6 TALUD

Las propiedades mecánicas del material térreo determinan el valor del talud

máximo de un canal. Para mantener la estabilidad. Como regla general, es

conveniente aplicar el talud máximo permisible, para reducir el espacio requerido

para el canal (en planta), aunque desde el punto de vista hidráulico un talud

reducido permite obtener mayor área para un valor dado del tirante (o un valor

reducido del tirante, para un valor dado del área hidráulica).

B = Ancho de superficie libre Bordos

Bl = Bordo

Libre

d = tirante

b= Ancho de plantilla t = Talud

Figura 4.1 Esquema de las partes de una canal.


127

4.2 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

Las fórmulas aplicables para conocer el gasto que escurren, requieren conocer la

precipitación pluvial máxima, así como las características de la cuenca por drenar,

como son el área, topografía y tipo de suelo de la misma.

Para este caso, conocemos que la precipitación pluvial máxima horaria, es de 8

cm/hora; por lo que observando el plano de localización general del estudio de

escurrimientos superficiales exteriores, podemos establecer según la información

topográfica, las áreas de aportación a cada una de las corrientes como se

muestra en el plano de referencia.

Bajo estas condiciones podemos determinar los gastos y dimensiones para cada

uno de los canales propuestos.

El método a emplear es el de máxima eficiencia hidráulica que plantea:

Para ciertas condiciones topográficas (clases de terreno en que se ubique) de un

canal, puede presentarse el problema de que dada el área de la sección

transversal y la pendiente longitudinal en el mismo, se debe encontrar la forma

más conveniente que se dará a dicha sección transversal para que por ella

escurra el gasto máximo posible.

Usaremos la ecuación de la continuidad Q = Av y la de Maning para la velocidad,

o sea 4.1 2 1

3 2

S R n A Q =


128

Para que sea máximo el gasto, puesto que el área permanece constante, deberá

serlo la velocidad, para que ésta, así resulte, deberá tenerse el radio hidráulico

máximo puesto que las demás magnitudes permanecen constantes.

Específicamente hablando de canales trapeciales, podemos tener infinitas

combinaciones de ancho de plantilla, tirante y taludes para la misma área “A”.

La posibilidad que hace máximo al radio hidráulico es cuando el perímetro mojado

es mínimo; si suponemos también que los taludes están obligados, tendremos:

A = bd + td 2 4.2 2 1 2 t d b p + + = 4.3

De (4.2) obtenemos …………………… 4.2’ que sustituimos en (4.3) da:

…………………………………………… 4.3’

Para que este perímetro sea mínimo, se deberá cumplir que:

……………………………….4.4

por lo tanto ( ) t t d A − + = 2 2 1 2

Si ponemos k t t = − + 2 1 2 , resulta

A = k d 2 .............4.5 , o ……………………….4.5’

Sustituyendo este valor en (4.3’):

( )= − + + = + + − = t t d Kd t d td d d K p 2 2

2

1 2 1 2

P = Kd + Kd = 2 Kd…………………4.6

td d A b − =

K A d =

( ) 2 1 2 t d td d A p + + − =

2 2 1 2 0 t t

d A

dd dp

+ + − −

= =

t t d A

− + 2 2 1 2


129

Sustituyendo ahora la (4.5) en (4.2’):

…………..4.7

En idéntica forma: B = d (K+t)…………………...4.8

Como ............4.9

Esta es la condición que debe cumplirse con cualquier forma de sección

transversal de canal, para que ella sea de máxima eficiencia ósea que el radio

hidráulico debe ser la mitad del tirante.

Entonces, para que prácticamente se cumpla la condición de máxima eficiencia en

la sección transversal de un canal trapecial deberán verificarse las ecuaciones

(4.5). (4.6), (4.7), (4.8), (4.9) y al mismo tiempo la ecuación (4.1) o sea

……………………………4.1’

Generalmente, en un problema determinado se procederá por tanteos a modo de

igualar los valores dados por las expresiones (4.5) y (4.1’). La sección que

siempre cumple con la condición de máxima eficiencia es la semicircular, puesto

que.

2 4 2

8 ;

2 ,

8

2 2 d D D

D p A R D p D A = = = = = =

π π π π

R

) ( 2

t K d td kd td d Kd b − = − = − =

2 2

2 d Kd Kd

p A R = = =

2 1

3 2 S R Qn A=

2 D R d = =


130

Una vez delimitadas las áreas, y con la información topográficas disponible para

determinar las pendientes de fondo de los canales, según la localización

propuesta, procedemos a calcular las dimensiones de cada uno de ellos .

Sección optima para un canal trapecial

Se sabe que el radio hidráulico optimo vale.

( ) [ ] t t d b

− + = 2 1 2

( ) [ ] t t C − + = 2 1 2 1

b = C1d

Por otro lado:

( ) 2 1

3 2

2 ) ( 1

2

S d n td d d C Q

+ =

( )

8 3

2 1

3 2

1

2

+ =

S t C

Qn d

pm Ah d Rh = =

2

( ) ( ) 2 1 2 2

2 d t d b

td bd = + +

+

( ) ( ) 2 2 1 2 2 t d b d td bd + + = +

2 2 2 1 2 2 2 t d bd td bd + + = +

td t d bd bd 2 1 2 2 2 2 − + = −

( ) [ ] t t d bd − + = 2 1 2 2

( ) [ ] t t d bd

− + = 2 2 1 2

( ) ( ) 2 1

3 2

2 1

3 2

2

2

S d n td bd S Rh

n Ah Q

+

= =

( )

+ =

+ = 3

8 2 1 3

2

2 1 3

2

2

2 1 1

2 1 d S

n t C S d

n t C d Q

( ) 2 1

3 2

3 8

1

2

S t C

Qn d

+

=


131

4.3 PROPUESTAS DE SECCIÓN TRANSVERSAL DE CANAL COLECTOR

APLICACIÓN PROPUESTA 1, CANAL 7.

Datos

Q = 7 m 3 /s COMPROBACIÓN

S = 0.0005 V continuidad = V manning

n = 0.018

t = 0 1.14 ≈ 1.12

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

75 . 1 0005 . 0 0 2 018 . 0 7 2 2 8

3 8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 2*1.75 = 3.5 m

d = 1.75 m

bl =0.30

b = 3.5 m

( ) ( ) 2

0 0 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


132


Datos COMPROBACIÓN

Q = 7 m 3 /s V continuidad = V manning

S = 0.0005

n = 0.018 1.12 ≈ 1.22

t = 1.5:1

( ) ( ) 605 . 0

5 . 1 5 . 1 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

72 . 1 0005 . 0 5 . 1 605 .

018 . 0 7 2 2 8 3

8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 0.605*1.72 = 1.04 m

d = 1.72m

b = 1.04m

B = 7.01m

Bl = 0.30

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


133


Datos



n = 0.018

t = 1:1 1.16 ≈ 1.14

( ) ( ) 83 . 0

1 1 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

81 . 1 0005 . 0 1 83 . 018 . 0 7 2 2 8

3 8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 0.83*1.81 = 1.50 m

d =1.81m

b =1.50m

B = 5.72m

Bl = 0.30

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


134

APLICACIÓN PROPUESTA 1, DISEÑO DEL CANAL COLECTOR.

Datos



n = 0.018

t = 0 1.63 ≈ 1.63

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

03 . 3 0005 . 0 0 2 018 . 0 30 2 2 8

3 8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 2*3.03 = 6.06 m

d = 3.03 m

bl =0.30

b = 6.06 m

( ) ( ) 2

0 0 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


135

APLICACIÓN PROPUESTA 2, DISEÑO DEL CANAL COLECTOR.

Datos COMPROBACIÓN

Q = 30 m 3 /s V continuidad = V manning

S = 0.0005

n = 0.018 1.62 ≈ 1.59

t = 1.5:1

( ) ( ) 605 . 0

5 . 1 5 . 1 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

97 . 2 0005 . 0 5 . 1 605 . 018 . 0 30 2 2 8

3 8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 0.605*2.97 = 1.79 m

d = 2.97 m

b = 1.79 m

B = 9.97m

Bl = 0.30

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


136


Datos



n = 0.018

t = 1:1 1.67 ≈ 1.64

( ) ( ) 83 . 0

1 1 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

13 . 3 0005 . 0 1 83 . 018 . 0 30 2 2 8

3 8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 0.83*3.13 = 2.59 m

d =3.13m

b =2.59m

B = 8.24m

Bl = 0.30

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


137

APLICACIÓN PROPUESTA 1, CANAL 7 Diseño con el gasto mínimo.

Datos

Q = 0.5 m 3 /s COMPROBACIÓN


n = 0.018

t = 0 0.59 = 0.59

( ) ( ) 2

0 0 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

65 . 0

0005 . 0 0 2

018 . 0 5 . 0 2 2 8 3

8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 2*0.65 = 1.3 m

d = 0.65 m

bl =0.30

b =1.3 m

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


138


Datos COMPROBACIÓN

Q = 0.5 m 3 /s V continuidad = V manning

S = 0.0005

n = 0.018 0.58 = 0.58

t = 1.5:1

( ) ( ) 605 . 0

5 . 1 5 . 1 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

64 . 0

0005 . 0 5 . 1 605 .

018 . 0 5 . 0 2 2 8 3

8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 0.605*0.64 = 0.38 m

d = 0.64m

b = 0.38m

B = 7.01m

Bl = 0.30

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


139


Datos



n = 0.018

t = 1:1 0.60 ≈ 0.60

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

67 . 0

0005 . 0 1 83 .

018 . 0 5 . 0 2 2 8 3

8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 0.83*0.67 = 0.55 m

d =0.67m

b =0.55m

B = 5.72m

Bl = 0.30

( ) ( ) 83 . 0

1 1 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


140

APLICACIÓN PROPUESTA 1, CANAL COLECTOR, Diseño con el gasto

intermedio.

Datos



n = 0.018

t = 0 0.80 ≈ 0.79

( ) ( ) 2

0 0 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

03 . 1

0005 . 0 0 2

018 . 0 7 . 1 2 2 8 3

8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 2*1.03 = 2.06m

d = 1.03 m

bl =0.30

b = 2.06m

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


141

APLICACIÓN PROPUESTA 2, CANAL COLECTOR diseño con el gasto

intermedio.

Datos COMPROBACIÓN

Q = 1.7 m 3 /s V continuidad = V manning

S = 0.0005

n = 0.018 0.79 = 0.79

t = 1.5:1

( ) ( ) 605 . 0

5 . 1 5 . 1 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

01 . 1 0005 . 0 5 . 1 605 . 0 018 . 0 7 . 1 2 2 8

3 8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 0.605*1.01 = 0.611 m

d = 1.01m

b = 0.611m

B = 7.01m

Bl = 0.30

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


142

APLICACIÓN PROPUESTA 3, CANAL COLECTOR con el gasto intermedio.

Datos



n = 0.018

t = 1:1 0.83 ≈ 0.81

( ) ( ) 83 . 0

1 1 1 2

1 2

1

2 1

2 1

=

− + =

− + =

C C

t t C

( )( ) ( )

( )( ) ( )

m d S t C n Q d

06 . 1 0005 . 0 1 83 . 0 018 . 0 7 . 1 2 2 8

3 8 3

1 2 1

3 2

2 1

3 2

=

+ =

+ =

b = C1*d

b = 0.83*1.06 = 0.88 m

d =1.06m

b =0.88m

B = 5.72m

Bl = 0.30

2 1

3 2 1 S Rh

n Ah Q

=


143

El diseño adoptado será el siguiente:

CANAL 1 CANAL COLECTOR

Q = 7m 3 /s t = 1.5:1 n= 0.018 s= 0.0005 b= 1.04 m d= 1.72 m

Q = 30 m 3 /s t = 1.5:1 n= 0.018 s= 0.0005 b= 1.79 m d= 2.97 m


144

4.5 CÁLCULO DEL DIÁMETRO EN LAS TUBERÍAS

TRAMO LONG.

(m)

Q

(lts/ s) S ∅(cm) TRAMO LONG(m) Q(lt/ s) S ∅(cm)

1 300 57 4 60 25 250 1350 4 40

2 200 272 7 60 26 200 2350 5 30

3 250 725 2 50 27 200 1250 3 50

4 200 1665 8 30 28 250 1350 4 50

5 200 1062 3 30 29 425 273 5 60

6 120 1750 11 60 30 300 1665 3 90

7 425 243 3 90 31 400 1340 5 90

8 200 965 9 40 32 300 2770 5 90

9 425 977 2 30 33 400 540 2 90

10 250 1350 8 30 34 300 677 4 60

11 425 1400 3 40 35 200 860 5 60

12 300 272 3 30 36 250 1260 4 60

13 200 320 6 30 37 250 4240 4 90

14 250 1550 4 60 38 200 255 3 50

15 120 2350 10 60 39 300 360 8 50

16 200 740 4 50 40 425 1350 1 60

17 200 57 4 50 41 300 111 5 90

18 425 965 5 40 42 400 290 5 90

19 250 1390 4 40 43 300 2340 5 90

20 400 1057 4 40 44 250 1400 5 90

21 300 1350 3 60 45 250 277 4 70

22 250 1490 3 60 46 300 890 4 50

23 300 269 5 60 47 200 750 4 60

24 120 359 9 60 48 300 1220 10 90


145

TRAM

O

LONG(m

)

Q(lts/ s

) S

∅(cm

)

TRAM

O

LONG(m

)

Q(lts/ s

) S

∅(cm

)

49 425 57 4 30 73 200 1350 4 40

50 300 272 7 30 74 425 2350 5 30

51 300 725 2 30 75 200 1250 3 50

52 250 1665 8 60 76 400 1350 4 50

53 300 1062 3 60 77 120 273 5 60

54 300 1750 1

1 90 78 400 1665 3 90

55 300 243 3 90 79 200 1340 5 90

56 300 965 9 40 80 200 2770 5 90

57 300 977 2 40 81 120 540 2 90

58 300 1350 8 50 82 425 677 4 60

59 120 1400 3 50 83 200 860 5 60

60 250 272 3 60 84 400 1260 4 60

61 200 320 6 60 85 200 4240 4 90

62 200 1550 4 40 86 400 255 3 50

63 200 2350 1

0 40 87 120 360 8 50

64 425 740 4 90 88 425 1350 1 60

65 120 57 4 90 89 120 111 5 90

66 400 965 5 40 90 400 290 5 90

67 200 1390 4 30 91 200 2340 5 90

68 350 1057 4 30 92 400 1400 5 90

69 250 1350 3 30 93 200 277 4 70

70 250 1490 3 30 94 400 890 4 50

71 120 269 5 30 95 120 750 4 60

72 200 359 9 60 96 200 1220 1 90


146

0

CONCLUSIONES

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CONCLUSIONES

En los últimos años se han venido desarrollando proyectos de recursos hidráulicos y trabajos de ingeniería hidráulica en todo el mundo. El

CONCLUSIONES

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conocimiento de la hidráulica de canales abiertos es esencial para el correcto funcionamiento de dichas estructuras

Para la canalización de agua pluvial de la refinería de Salina Cruz estado de Oaxaca se partió de la situación particular de inundación el cual ya era un problema añejo y por consecuencia se debía encontrarse una propuesta de solución pronto a dicha condición.

Debido a esto se hizo un estudio detallado y minucioso. La refinería “Ing. Antonio Do Valí Jaime” sufre el problema de inundaciones

Las aportaciones pluviales sobre la superficie de la refinería producen escurrimientos que es necesario que se canalice al zanjón (canal colector) evitando daños como inundaciones o deslaves.

En este proyecto se opto por la solución de dos canales abiertos a los cuales se conectan los escurrimientos provenientes del área interna.

La zona de estudio, esta perfectamente definida en su parte Topográfica, ya que de las cartas de la zona, se afinaron con levantamientos en el sitio de la refinería por lo que se concluye que la topografía disponible es confiable para la realización del proyecto.

El enfoque de la tesis, esta dirigido únicamente al aspecto hidráulico e hidrológico ya que esto nos da la pauta para dimensionar los canales. En el aspecto hidrológico se obtuvieron diversos coeficientes y gastos para partir al dimensionamiento y diseño.

El análisis hidrológico, lo consideramos confiable, ya que se tomaron como base los estudios topográficos de la zona y datos meteorológicos de la misma.

CONCLUSIONES

149

Una de las mayores discusiones en el estudio, fue la presenta sin duda alguna la selección del periodo de retorno asignado, sin embargo, se siguieron los procedimientos recomendados por diversos autores

En conclusión la ejecución de una obra de esta magnitud siempre será indispensable la presencia del Ingeniero Civil, desde los estudios de prefactibilidad hasta la ejecución misma , por ello es necesario la actualización diaria, esto se refleja en conocimientos y criterios más amplios, y con ello se garantiza que obras civiles tan importantes para la infraestructura del país estarán en buenas manos.

ANEXOS

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anexos

ANEXOS

154

ANEXOS

155

ANEXOS

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ANEXOS

157

BIBLIOGRAFÍA

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BIBLIOGRAFÍA

• TITULO. FUNDAMENTOS DE HIDROLOGIA DE SUPERFICIES AUTOR. APARICIO MIJARES EDITORIAL. LIMUSA

BIBLIOGRAFÍA

151

• TITULO. HIDRÁULICA DE CANALES ABIERTOS AUTOR. VEN TE CHOW EDITORIAL. MC GRAW HILL

• BOLETIN HIDROLOGICO N O 21 Y N O 22. ACTUALIZACION SERVICIO METEOROLÓGICO NACIONAL

• INFORMACIÓN SIMPLIFICADA DE BOLETINES HIDROLÓGICOS Y CLIMATOLOGICOS. SERVICIO METEOROLÓGICO NACIONAL

• TITULO. ANÁLISIS ESTADÍSTICO Y PROBABILISTICO DE DATOS HIDROLÓGICOS AUTOR. ROLANDO SPRINGALL GALINDO FACULTAD DE INGENIERIA DE LA UNAM

• MANUAL DE DISEÑO DE OBRAS CIVILES. RELACION ENTRE PRECIPITACIÓN Y ESCURRIMIENTO. COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD.

• MANUAL DE DISEÑO DE OBRAS CIVILES . ANÁLISIS ESTADÍSTICO COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD

• MANUAL DE DISEÑO DE OBRAS CIVILES OBRAS DE EXCEDENCIA COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD

• TITULO. HIDRÁULICA GENERAL TOMO 1. AUTOR. GILBERTO SOTELO AVILA EDITORIAL. LIMUSA.

BIBLIOGRAFÍA

152

• TITULO. MANUAL DE HIDRÁULICA AUTOR. HORACE WILIAMS KING

• TITULO. APUNTES DE HIDRAULICA II AUTOR. GILBERTO SOTELO AVILA FACULTAD DE INGENIERIA UNAM. 1978.

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