270_analisis Hidraulico de Drenaje Superficial de La Refineria de Salina Cruz Oaxaca

INSTITUTOPOLITCNICONACIONALESCUELASUPERIORDEINGENIERIAYARQUITECTURA

UNIDADZACATENCO

ASESOR:ING.RALMANJARREZANGELES

MXICOD.F.MARZODEL2005

ANLISISHIDRULICODEDRENAJESUPERFICIALDELAREFINERADE

SALINACRUZOAXACA

TE SISQUEPARAOBTENERELTITULODE:

INGENIEROCIVILPRESENTA:

CARLOSALBERTOHERNNDEZORTIZ

INDICE

ANLISISHIDRULICODEDRENAJESUPERFICIALDELAREFINERADESALINACRUZ,OAXACA.

CAPITULOI. MARCOTERICO

1.1.INTRODUCCIN1.1.2. JUSTIFICACIN1.1.3. OBJETIVO1.2.ANTECEDENTES1.3.DESCRIPCINDELSITIODEANLISIS1.4.SITUACINGEOGRFICA1.5.VASDECOMUNICACIN1.6.CLIMATOLOGA1.6.1. CONDICIONESCLIMATOLGICAS1.6.2. TEMPERATURA1.6.3. PRECIPITACIN1.7. TIPODESUELO1.8.REGIONALIZACINSSMICA.1.9. EVENTOSCLIMATOLGICOSEXTREMOSENLAZONA

CAPITULOII. ASPECTOSTERICOSENELDISEODECANALES

2.1.DESCRIPCINDEFLUJO2.1.1. TIPOSDEFLUJO2.1.2. ESTADODEFLUJO2.2.CLASESDECANALESABIERTOS.2.2.1. GEOMETRADECANAL2.2.2. ELEMENTOSGEOMTRICOSDEUNASECCINDEUNCANAL.2.2.3. DISTRIBUCINDEVELOCIDADES.2.3.DISEOHIDRULICODEUNCANAL2.4.CANALESCOMUNESQUEMUESTRANDIFERENTESVALORESDEn2.5.VALORESPARAELCOEFICIENTEDERUGOSIDAD

CAPITULOIII.ANLISISHIDROLGICO

3.1.DEFINICINYOBJETIVODELAHIDROLOGA3.1.1. REGIONESHIDROLGICAS21y223.2.CICLOHIDROLGICO3.3.HIDROGRAFA3.4.RELACIONLLUVIAESCURRIMIENTO3.4.1. MTODODELASENVOLVENTES.3.4.2. LAFRMULARACIONAL3.5.PRECIPITACINENLAZONADEANLISIS3.5.1.PERODODERETORNO3.5.2. COEFICIENTEDEESCURRIMIENTOENLAZONA3.6.NMERODEESCURRIMIENTOYTIEMPOSPARCIALESENLAZONA

1

24567131517182022272931

34

35374144475052545863

65

66687082848697102105108113

INDICE

CAPITULOIV. DISEOHIDRULICO

4.DISEOHIDRULICODECANALES4.1.DISEODECANALESCONFLUJOUNIFORME4.1.1.CANALESNOEROSIONABLES4.1.2.MATERIALYREVESTIMIENTOSNOEROSIONABLES4.1.3. VELOCIDADMNIMAPERMISIBLE4.1.4. PENDIENTEDEUNCANAL4.1.5. BORDOLIBRE4.2.PROCEDIMIENTODECLCULO4.3.PROPUESTADESECCINTRANSVERSALDECANALCOLECTOR4.4.CLCULODELDIMETROENLASTUBERASDEDRENAJE4.5.LOCALIZACINDECANALES

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFA

ANEXOS

119

120122122123124124126127131144146

147

150

153

CAPITULOI.MARCOTERICO

1

CAPTULO I MARCO TERICO


2

1.1INTRODUCCIN

Enelsiglopasado,SalinaCruzpas,deserunaaldeadepescadoresaunpuerto

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

infraestructuraportuariayensuplantaderefinacin(PEMEX).

Desdelallegadadelosconquistadoresaldominioindgena,laubicacindeeste

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

HernnCortsplanificellugardiseandoenellalosavancesdeunproyectoque

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

conspiracinensucontradesdelaPennsulaIbrica.

Despus de ese suceso, el puerto de Salina Cruz esper tres siglos ms para

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

concluylaobra.Sinembargo,dcadasmstarde,DonPorfirioDazencomend

a la compaa inglesa "Pearson and Son LTD", la construccin del puerto,

planeacinurbanadellugaryterminalferroviaria.

LarefineraqueselocalizaenSalinaCruz,estadodeOaxacafueelresultadode

unminuciosoestudiosocioeconmico,tomandoencuentalosfactoresinherentes

queelproyectoameritabaparalaconstruccin.

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

puerto de Salina Cruz, los servicios municipales y vas de comunicacin en la

RegindelIstmodeTehuantepec,conelrestodelpas.


3

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

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

finalidaddeatenderlasnecesidadesdelaceleradocrecimientodemogrfico.

Y losms importantees la comunicacindirecta conel Litoraldelpacifico,que

permiteelabastecimientodeenergticos,suficientesparacubrirlademandadel

mercadotantoNacionalcomoInternacional.

LarefineraIng.AntonioDovalJaimeconstadetodoslosprocesosnecesarios

para laobtencinde losproductos finalesparaconsumonacionalyexportacin

enlacalidadquesequierenenelmercado.

En1975, se inicio la constriccinde laRefineraydeacuerdoconelprograma

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

construccin.

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

correspondientes. En est primera etapa la Refinera procesa Crudo Cretcico

provenientesdeloscamposdeSamaria,SitioGrandeyCactus.

EnlasegundaetapadelaRefineraproveeunaumentoenelprocesode470,000

BPD(BarrilesPorDa)conlafinalidaddeatenderlasnecesidadesNacionalesen

elOcanoPacfico.


4

1.1.2JUSTIFICACIN

LaingenieradecanalesabiertosesunadelasramasdelaingenieraCivil,esta

es muy importante para la elaboracin de proyectos y para la canalizacin de

aguasdelluvia.

Enlosltimosaoshanvenidodesarrollndoseconrapidezproyectosderecursos

hidrulicosytrabajosdeingenierahidrulicaentodoelmundo.

Losprincipalestiposdeconductosasuperficielibreson:

Canales,corrientesnaturalesyconductoscerradosparcialmentellenos.

El diseo de los canales, como el de cualquier obra de Ingeniera Civil, debe

considerarsediversosaspectosademsdelestrictamentehidrulico.Laseguridad

es generalmente la condicin primeraa cumplir (en su caso) la eficiencia y la

economa de las restantes ms comunes, intervienen factores tales como los

siguientes:

a)Elmedio fsico: topografa,hidrologa,geologa,caractersticasmecnicasdel

sueloyclimatologa.

b)Usoalquesedestinarelcanalosistemadecanalessiservirparariego,se

consideraentreotraslascaractersticasagronmicas.

c)Sielcanalserrevestidoencasonegativo,lascaractersticasdelsuelodonde

ser excavado (en relacin con la infiltracin, la estabilidad de taludes y la

susceptibilidadasocavacinodeposito)ylasdellquidoatransportar,(respecto

altransportedesedimentos).


5

1.1.3OBJETIVO

El objetivo primordial de este trabajo es lograr la canalizacin de las aguasde

lluviapormediodelcanalcolectoryelcanal1paraevitarquelasinstalacionesde

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

estoserealizaronestudioclimatolgicosehidrolgicosparaobtenerlosdatoscon

los cuales se procedi a disear los dos canales para que estos resulten

eficientescuandoseanrequeridos.


6

1.2ANTECEDENTES.

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

histricaque,enesencia,muestraqueelproblemahasidorecurrentedesde la

pocade losaztecas,quesiempresehabuscadounasolucinquenoimplique

detener el crecimiento de la urbanizacin, pero que tambin es cierto que las

"soluciones" no han sido preventivas, sino que se han desarrollado despusde

quesepresentaninundacionescatastrficas.

Elproblemadelasinundacionesesaejoy,encorrespondencia,aejahasidola

capacidaddelosingenierosparaencontrarsolucionesalrespecto.

Debido a esto se analiza la problemtica que sufre la Refinera ya que la

temporadade lluviacomienzaapartirdelmesdeJunioy finalizaenelmesde

OctubrelaRefineraIng.AntonioDovalJaimesufreelproblemaparticularde

inundaciones,lascualesafectanalasinstalacionesdedicharefinera.

En virtud de toda est problemtica que ocasiona a las instalaciones de la

Refinera, las aportaciones pluviales provenientes de las zonas aledaas a las

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

puedanserconducidoslibrementealzanjn,comocuerporeceptorsinprovocar

daoscomoinundacionesdeslaves.

Lasolucinqueseproponeesabasedecanalesabiertosmedianteloscualesse

pueden colectar tanto los escurrimientos provenientes del exterior como los

propiosdelasreasporlasqueatraviesanestas.

Dichos canales van a tener la funcin de solucionar la problemtica por

contingenciaquecadaaosufrelarefineraenlaspocasdelluvia.


7

1.3DESCRIPCIONDELSITIODEANALISIS

ElreadondefueconstruidalaRefinera,esdeclimatropicalyelterrenoesde

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

profundidadde100metros.

LosterrenosseencuentrancomprendidosdentrodelosejidosdelBocadelRo,

SalinaCruz,SanJosdelPalmarySanPedroHuilotepec,sobreuntotalde800

hectreas localizadas entre Santo Domingo Tehuantepec y el Puerto de Salina

Cruz.

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

pacfico,ascomoladisponibilidaddelamateriaprimasuficiente,dieronorigena

la necesidad de construir la Refinara Ing. Antonio Do val Jaime en la

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

oficialmenteenabrilde1979.EstaRefineraquetienecomoobjetivoprimordial

elaborar los productos destilados y residuales para abastecer el consumo del

litoraldelpacfico,cuentaademsconlainfraestructuradealmacenamientopara

la exportacin de petrleo crudo para algunos pases de oriente

La refinera se encuentra localizada en una superficie total de 600 hectreas,

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

ElmunicipiodeSalinaCruzseubicasobre lacostadelOcanoPacfico,enuna

latitudnorte160930ylongitudoeste95130yestcatalogadocomopuerto

dealturaygrancabotaje.


8

LaRefineraIng.AntonioDovalJaimedesalinaCruz,Oax.estintegradapor

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

secundarioshastalaobtencindeproductosderivadosdelpetrleo.

LacapacidadinstaladaenlaPrimeraEtapaesde170,000BPD(BarrilesPorDa)

decrudo,teniendolaflexibilidaddepoderprocesarPetrleoCrudotipoCretcico

100%omezcladecrudostipoCretcico/marino50/50%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 tambin esta programada para aumentar su capacidad

conformeaumentalacapacidaddeprocesamientodePetrleoCrudoensegunda

yterceraetapa.

Estaplantacuentaconequiposdegrancapacidadparalageneracindevapory

energa elctrica por lo cual la Refinera es autosuficiente , cuenta adems con

serviciosexternosdeenergaelctricaproporcionadosporlaComisinFederalde

Electricidad.


9

FIGURA1.1FOTOGRAFAAREADELSTIODEANLISIS

(REFINERAING.ANTONIODOVALIJAIME)


10

FIGURA1.2FOTOGRAFAAREADELSTIODEANLISIS



11

FIGURA1.3.FOTOGRAFAAREADELSITIODEANLISIS



12

FIGURA1.4.CARTATOPOGRFICADESALINACRUZOAXACA


13

1.4SITUACINGEOGRFICA

LaRefineraIng.AntonioDovalJaimeseencuentralocalizadoalnoroestedela

CiudadyPuertodeSalinaCruz,enelestadodeOaxaca,ubicadaenlapartenorte

delGolfo de Tehuantepec, en elOcano Pacfico en situacin geogrfica latitud

norte169.6longitudoeste9512.2yunaaltitudde7.00msobreelniveldel

mar,cuentaconunasuperficieaproximadade800Has.,selocalizaa6Km.,de

laCiudaddesalinaCruz,enlosterrenosquepertenecieronalosejidosdeBoca

delRi,SanJosdelPalmarySalinaCruz.

El rea de estudio se encuentra en el sureste del pas, dentro de los paralelos

1604'30'' y1652'3'',de latitudnortey losmeridianos9415'00'' y9524'30''

delongitudeste(Fig.1.5).


14

FIGURA1.5PLANODESITUACINGEOGRFICA


15

1.5.VASDECOMUNICACIN.

CARRETERAS. Salina CruzOax. Es terminal de la carretera transismica que la

unenconlaciudadypuertodeCoatzacoalcos,Ver.,entroncadaconlacarretera

costeraaHuatulco.Existentambincarreterassecundariasycaminosvecinales

paralosprincipalespobladosdelestadodeOaxaca.

FERROCARRLES. Los ferrocarriles nacionales extienden su servicio hasta el

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

PetrleosMexicanos.Hayunservicio regulardiariodecargaypasajedeSalina

CruzaCoatzacoalcos,Veracruz.

LNEAS DE NAVEGACIN AREA. Salina Cruz Oax. no cuenta con lnea area

comercial,sinembargolospuntosdeenlaceporestemediodetransporteconel

D.F.puedenhacerseenCD.Iztepec,Oax.ySta.CruzHuatulcoOax.,Localizadaa

40min.y2hrs.respectivamentedeSalinaCruzOax.porcarretera.

CabemencionarqueenSalinaCruzexisteunpequeocampodeaviacin,apto

paraavionetasybimotoresexclusivamente.

TRANSPORTESMARTIMOS.Paraeltransportemartimodealturaexistenlneas

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

pacfico.LneasnavierasextranjeraslleganysalenenSalinaCruzconitinerarios

diversos.


16

FIGURA1.6PLANODEVASDECOMUNICACIN


17

1.6.1CONDICIONESCLIMATOLGICAS.

Deacuerdoconel sistemade clasificacin climticadeKppen,modificadopor

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

presentan los siguientes subtipos de climas clidos y semiclidos: Awo(w)ig:

clido hmedo (temperatura media delmes ms fro mayor de 18C), elms

seco de los clidos subhmedos con lluvias de verano, con un cociente P/T

(precipitacintotalanualenmmsobretemperaturamediaanualenC)menorde

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

cuanto a la oscilacin anual de las temperaturasmediasmensuales), oscilacin

menorde5Cconelmesmscalienteantesdejunio.Aw1(w)(i')g:Intermedioen

cuanto a grado de humedad entre elms seco de los clidos subhmedos, un

porcentajedelluviainvernalmenorde5delaanual,conpocaoscilacin(entre5

y 7C) en cuanto a la oscilacin anual de las temperaturasmediasmensuales,

peroenpartesestazonaesisotermal,conelmesmscalienteantesdejunio.

Aw2(w)ig: El ms hmedo de los clidos subhmedos, con lluvias en verano,

cocienteP/Tmayorde55.3,unporcentajede lluvia invernalmenorde5de la

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

Semiclido, el ms clido de los templados hmedos, con temperatura media

anualmayorde18Cyladelmesmsfromenorde18C,porcentajedelluvia

invernalmenorde5delaanual,converanofrescolargo,temperaturamediadel

mesmscalienteentre6.5Cy22C, isotermal,conelmesmascalienteantes

dejunio.

(A)C(fm)(i')g: Semiclido, el ms clido de los templados hmedos, con

temperaturamediaanualmayorde18Cyladelmesmsfromenorde18C,

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

menorde18,conpocaoscilacinanualdelastemperaturasmediasmensuales,

entre5y7C,conelmesmscalienteantesdejunio.


18


19

FIGURA1.7TIPODECLIMAENLAZONADEESTUDIO


20

1.6.2TEMPERATURAENLAZONADEESTUDIO

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

temperaturaentodoslosmesesessuperiora18Cylaprecipitacinessuperior

a750mm.

El climaquepredominaes secosemiclido convariacionesenalgunas regiones

de semiclido sub.hmedo y templado sub.hmedo, considerando el dato

anteriordelclima,latemperaturavarade17.1Cylos26.2C,siendoelrgimen

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

ocasionesen losmunicipiosdondepredominael climatempladosubhmedoen

losmesesdeAbrilyMayoteniendounaprecipitacinpluvialquevadelos460.8

alos2,454.8m3.Enbasealoanteriorseconcluyequeelclimaestropicalcon

temperaturamediade30C,latemporadadelluviaprincipiaenelmesdeJunioy

terminaeneldeOctubre,losvientosdelnortesoplandeOctubreaMarzo.

Temperatura.

Eslamedidadelmovimientomolecularoelgradodecalordeunasustancia.Se

mideusandounaescalaarbitrariaapartirdelceroabsoluto,dondelasmolculas

enteoradejandemoverse.Tambinseconsideracomoelgradodecaloryde

fro.

TemperaturaFahrenheit(GradosFahrenheitF).

Esunaescaladetemperaturadondeelaguaaniveldelmartieneunpuntode

congelacinde+32gradosF(Fahrenheit)yunpuntodeebullicinde

+212gradosF.Esuntrminocomnenreasqueusanelsistemainglsde

medidas.FuecreadoporGabrielDanielFahrenheit(16961736)en1714,un

fsicoalemninventordelostermmetrosdealcoholymercurio.


21

FIGURA1.8GRFICASDETEMPERATURA


22

1.6.3.PRECIPITACIN

ElpromediodelaprecipitacinenMxicoesde777mmanualesysudistribucin

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

localizadoalnorteyenel altiplano recibe sloel9%de laprecipitacinmedia

anual,peroconcentraal75%delapoblacindelpas,al70%delPIB(actividad

industrial)yal40%delastierrasagrcolasdetemporal.Entanto,casiel70%de

la precipitacin anual se da en el sureste deMxico, donde vive el 24% de la

poblacinylaindustriaesIncipiente,exceptolarelacionadaconelpetrleo.En

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

extiendemsalldeJunioaSeptiembre.

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

volumenalmacenadoenmsde4milestructurasdecontroldedistribucinyel

suministrodeaguaselocalizaanomsde500metrossobreelniveldelmar.Sin

embargo,el75%delapoblacinviveaunamayorelevacin.

DistribucinGeogrficadelAguaenMxico

Territorio Precipitacin Poblacin

Actividad

Industrial

(PIB)

Tierras

Agrcolas

de

temporal

Elevacin

Promedio

(msnm)

Altiplano,

Nortey

Noreste

9% 75% 70% 40% >500

Sury

Sureste70% 20% Incipiente 20%


23

Todoellodificultaelaprovechamientodelagua.Loscortosperiodosdelluviasy

las sequas prolongadas obligan a almacenarla en infraestructura adicional para

sumanejo.Por fortuna,el agua subterrneacontenidaen losmantosacuferos

delpastieneunaampliadistribucingeogrfica,aunqueesunrecursoagotable

yenalgunoslugaresselocalizaagranprofundidad.

BalanceNacionaldelAgua

Oferta

Mxico recibe 1,570 km3 de agua por precipitacin y pierde por evaporacin

1,064km3,loqueestablecelaofertadeaguaanivelnacionalen473km3.Fluyen

porcaucesyvasossuperficiales410km3yel restorecargaa travsdemantos

acuferos(63km3).

Demanda

En1995seusaron163km3deaguassuperficiales(40%deltotaldisponible)y24

km3 de subterrneas (38% del total de recarga), lo que aproxima la demanda

nacionala190km3anuales.

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

lugardeterminadodelasuperficiedelatierra,suponiendoqueelsuelofueselo

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

infiltrara,porelalmacenamientoproducido,cuyoespesormedidoenmilmetros,

expresalacantidaddeaguacadaenunperodopreciso,quepuedeserdameso

ao.


24

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

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

grficamenteladistribucindelalluviaenlasuperficiedelatierra.

EnIngenieraCivilserecurreadiversosmtodosdemedicin,paradeterminarla

cantidad de lluvia que se precipita en determinado lugar. Entre estosmtodos

podemosmencionar los estudios demeteorologa sin embargo estos no sonde

granutilidadparapredecirlaprobabilidad,magnitudyextensindelalluvia,con

excepcindecuandofaltanregistrosadecuadosyelingenieronotieneotragua.

Otrosmtodos consisten en la utilizacin de dispositivos bsicos paramedir la

precipitacin,conocidosconelnombredepluvimetros.

Clasificacindelaprecipitacin:

PrecipitacinConectiva

PrecipitacinCiclnica

PrecipitacinOrtogrfica

Despus de enunciar los tipos de precipitacin, procedemos a explicar en que

consistecadaunodeellos.

PrecipitacinConectiva.Laprecipitacinconectivaescausadaporelascensodel

aireclidomslivianoqueelairefridelosalrededores.Lasdiferenciasenlas

temperaturas pueden ser el resultado del calentamiento diferencial en la

superficie,deenfriamientodiferencialen laparte superiorde la capadeaireo

ascensosmecnicos cuando el airees forzado a pasar sobre unamasa de aire

msfraomsdensaosobreunabarreramontaosa.


25

Precipitacin Ciclnica. La precipitacin ciclnica resulta del levantamiento de

aire,queconvergeenunreadebajapresinocicln.Laprecipitacinciclnica

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

levantamientodelaireclidoaunladodeunasuperficiefrontalsobreairems

densoyfro.

PrecipitacinOrogrfica.Laprecipitacinorografaresultadelascensomecnico

delairesobreunacadenamontaosa.Lainfluenciaorogrficaestanmarcadaen

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

aquellosdelaprecipitacinmediaanual.

Precipitacin.Partculasdeagualquidasoslidasquecaendesdelaatmsfera

hacialasuperficieterrestre.

Precipitacin Continua. Se dice que la precipitacin es continua, cuando su

intensidadaumentaodisminuyegradualmente.

Precipitacin Intermitente. La precipitacin es intermitente cuando se

interrumpey recomienza cuandomenos una vez en el lapso de una hora y su

intensidaddisminuyeoaumentagradualmente.

PrecipitacinPotencial.Cantidaddeaguaexpresadacomounvolumenocomo

unamasaquepuedeobtenersesielvapordeaguaenunacolumnadeaireenla

atmsferasecondensayprecipita.


26

1.6.4EVAPORACIN

Cambiodefasedelaguadeunestadolquidoaslidoporabsorcindecalorsele

denominaevaporacin.Seproduceunacirculacinquevadeloscuerposdeagua

hacia la atmsfera. A mayor evaporacin la atmsfera estar ms hmeda

llegandomas rpidoaunestadode saturacin, loqueeleva laprobabilidadde

precipitaciones.

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

predominantementedetemporal,esevidentequeunodelosfactoreslimitativos

de laagriculturaen la entidades ladisponibilidaddelagua.Deahque resulta

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

vegetativo,para compararla con la lluvia recibida,a findeefectuarunbalance

hdricoencualquierregin.

Laevapotranspiracineslacombinacindeprocesosdeevaporacindelaguay

transpiracindelasplantasyanimalespormediodelaculelaguaestransferida

alaatmsferadesdelasuperficieterrestre.

Enrelacinaesteparmetrosepuededecirquelosvaloressonmayoresa100

mmsobrelaspartesbajasdelavertientehaciaelGolfodeMxico.Encambioen

lacostadelPacficosepresentanvaloresmayoresa120mmaumentandoams

de140mmenlaporcincomprendidaentrePuertongelSalinaCruzyelIstmo

en los lmites con Chiapas. Los valores ms bajos menores a 60 mm se

distribuyenenlaspartesmsaltasdelassierrasdelaentidad.


27

1.7TIPODESUELO

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

lmites con el Estado de Guerrero, hasta Salina Cruz la costa oaxaquea

pertenecealaprovinciafisiogrficaconocidacomoZonaMontaosadelaCosta

delSuroeste.Frenteaellalaplataformacontinentalesmuyangostaylacostaes

principalmente rocosa y solamente en escasas porciones se desarrolla una

incipiente planicie costera. En esta zona predominan las costas primarias

formadasporprocesosdiastrficosyenmenorproporcincostassecundariassea

porerosin,poroleajeopordepositacinmarina .DesdeSalinaCruzhasta los

lmitesdelaRepblicadeGuatemala,setieneunallanuracosteraendesarrollo,

deamplitudmoderada,asociadaaunaplataformacontinentalamplia.

Este litoral se caracteriza por contar con costas secundarias por depositacin

marina. Tectnicamente, el litoral de Oaxaca es parte de la costa de colisin

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

Cocos.Lasrocasqueafloranenlascuencashidrolgicasquedrenanhaciaelmar

sondelitologayedadmuydiversa(Fig. l).Enlamayoradelaslocalidadesde

playa estudiadas se reciben principalmente lo aportes de sedimentos

provenientes de rocas metamrficas del Paleozoico y del Precmbrico, rocas

intrusivasyextrusivascidasdelTerciarioysuelosdelCuaternario(SPP,1981).

Elsueloesaluvialdeorigengranticoestratificadoyerrticomuestreadoauna

profundidadpromediode30mts.,de6a9mtssetienenunacapacidaddecarga

aproximadade6a12t/m2yde9a30mtsarribade20t/m2.


28

FIGURA1.9PLANOGEOLGICO


29

1.8REGIONALIZACINSSMICA

Sepuedeverquenuestropasestasociadayqueestoshanocurridoalolargo

demillonesdeaos.

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

ejemplo)yquesonlosqueocasionangrandesperjuiciosparaelhombre,tienen

epicentros en las costas de pacfico a lo largo de Jalisco, Colima, Michoacn,

GuerreroyOaxaca.

El territorio de la RepblicaMexicana se encuentra se encuentra clasificado de

acuerdoalpeligrossmicoaqueestnsujetas lasconstruccionesy,engeneral,

lasobrascivilesqueseplaneerealizar.

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

zonasdemenoramayorpeligro.Estassehandefinido,bsicamente,enfuncin

alasismicidadpropiadecadaregin.

Aestaclasificacinseconocecomoregionalizacinssmicaytienecomoprincipal

objetivo, junto con manuales de obras civiles proporcionar la informacin

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

disearcualquierobra,detalmaneraqueestaresultesuficientementeseguray

sucostonoseaexcesivo.Cabeaclararquelaregionalizacincitadaesaplicablea

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

amplificacin del movimiento ssmico por efecto de suelos blandos. Este

fenmenopuedeserdecisivoparaelpeligrossmicodealgunospuntoscomola

ciudaddeMxico.


30

DeacuerdoconlaregionalizacinssmicadelaRepblicamexicana,SalinaCruz

selocalizadentrodelazonaDyuntipodesueloclasificadoentreI,IIyIIIconsu

respectivocoeficientessmicode0.48,0.56y0.64paraelreadelaRefinerase

considerauncoeficientessmicoiguala0.56.

FIGURA1.10CROQUISDEREGIONALIZACIN

SSMICADELAREPBLICAMEXICANA


31

1.9EVENTOSCLIMATOLGICOSEXTREMOSENLAZONA

Elrangodemareaesmenorde2m.haciaeloestedeSalinaCruzyde2a4m.

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

(InstitutodeGeofsica,1978).

Deacuerdoconlascartasmensualesdecorrientessuperficiales, lasprximasa

lascostasoaxaqueaspresentanenpromediovelocidadesmenoresde0.3nudos,

conunmximode0.42nudosmedidoenelmesdeJunio.DelmesdeMayoal

mesdeSeptiembreladireccindeestascorrientesesprincipalmentedeEaW,

entantoqueelrestodelaosepresentaalWdePuertongelunacorrienteEW

yalEdelmismopuertolacorrientetieneunadireccinWE.

DeacuerdoconStrakhov(1967)elreadeestudioquedacomprendidadentrode

una regin de intenso intemperismo qumico, en la cual la precipitacin anual

mediafluctaentre1000y2000mm.

La zona costera est sujeta a ciclones tropicales cuyas principales trayectorias

tienenunadireccinSENW.Enelreadeestudioocurrenolasconalturasde2.4

metrosomsconuna frecuenciade10a20%almenosdurantedos cuartas

partesdeunao(Meisburger,1962).


32


33


34

CAPITULOII.ASPECTOSTERICOSENELDISEODECANALES

34

CAPITULOIIASPECTOSTERICOSENELDISEODECANALES


35

2.1DESCRIPCINDEFLUJO

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

tubera.Estasdosclasesdeflujossonsimilaresenmuchosaspectos,peroestos

sediferencianenunaspectoimportante.

Elflujoencanalabiertodebetenerunasuperficielibre,entantoqueelflujoen

tuberanolatiene,debidoaqueenestecasoelaguadebellenarcompletamente

elconducto.Unasuperficielibreestsometidaalapresinatmosfrica.Elflujo

en tubera, al estar confinado en un conducto cerrado, no est sometido a la

presinatmosfricademaneradirecta,sinosoloalapresinhidrulica.

Lasdos clasesde flujo se comparanen la figura2.1.A la izquierdadeestse

muestraelflujoentubera.Dostubospiezomtricosseencuentraninstaladosen

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

mantienen por accin de la presin en la tubera en elevaciones representadas

porlalneaconocidacomolneadegradientehidrulico.Lapresinejercidaporel

aguaencadaseccindeltuboseindicaeneltubopiezomtricocorrespondiente,

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

tubera.

Enlafigura2.1laenergaestarepresentadaporlalneaconocida,comolneade

gradientedeenergaosimplemente,lneadeenerga.

Laprdidadeenergaqueresultacuandoelaguafluyedesdelaseccin1hasta

laseccin2estrepresentadaporhf.Undiagramasimilarparaelflujoencanal

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

simplificacin,sesuponequeel flujoesparaleloyquetieneunadistribucinde

velocidadesuniformeyquelapendientedelcanalespequea.


36

En este caso, la superficie de agua es la lnea de gradiente hidrulico, y la

profundidaddelaguacorrespondealaalturapiezometrica.

Apesardelasimilaridadqueexistenenestosdostiposdeflujo,esmuchoms

difcilresolverproblemasdeflujoencanalesabiertosqueentuberasapresin.

Lascondicionesdeflujoencanalesabiertossecomplicanconelhechodequela

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

tambinporelhechodequelaprofundidaddeflujo,elcaudalylaspendientes,

delfondodelcanalydelasuperficielibresoninterdependientes.Amenudo,es

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

abiertos.

Ademslascondicionesfsicasdeloscanalesabiertosvaranmuchomsqueen

lastuberas.

Encanalesabiertoslasuperficievariadesdelacorrespondienteametalespulidos

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

irregularesenros.Ademslarugosidadenuncanalabiertovariaconlaposicin

delasuperficielibre.Porconsiguiente,laseleccindeloscoeficientesdefriccin

implicaunamayorincertidumbreparaelcasodecanalesabiertosqueparaelde

tuberas.Engeneral,eltratamientodelflujoencanalesabiertosesmsemprico

que el correspondiente a flujo en tuberas. El mtodo emprico es el mejor

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

producirresultadosdevalorprctico.


37

Figura2.1Comparacinentreflujoentuberasyflujoencanalesabiertos

2.1.1TIPOSDEFLUJOS

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

diferentesmaneras.Lasiguienteclasificacinsehacedeacuerdoconelcambio

enlaprofundidaddelflujoconrespectoaltiempoyalespacio.


38

FLUJOPERMANENTEYNOPERMANENTE: tiempocomocriterio.Sediceque

elflujoenuncanalabiertoespermanentesilaprofundidaddelflujonocambiao

puedesuponerseconstanteduranteelintervalodetiempoenconsideracin.

ELFLUJOESNOPERMANENTE:silaprofundidadnocambiaconeltiempo.En

lamayorpartedecanalesabiertosesnecesarioestudiarelcomportamientodel

flujosolobajocondicionespermanentes.Sinembargoelcambioenlacondicin

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

permanente, el nivel de flujo cambia demanera instantnea amedida que las

ondaspasanyelelementotiemposevuelvedevitalimportanciaparaeldiseo

deestructurasdecontrol.

Paracualquierflujo,elcaudalQenunaseccindelcanalseexpresapor

Q=VA.2.1

DondeVes lavelocidadmediayAeselreadelaseccintransversalde flujo

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

definidacomoelcaudaldividoporelreadelaseccintransversal.

FLUJOUNIFORMEYFLUJOVARIADO: espacio como criterio. Se dice queel

flujoencanalesabiertosesuniformesi laprofundidaddel flujoes lamismaen

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

permanente,segncambieonolaprofundidadconrespectoaltiempo.


39

EL FLUJOUNIFORME PERMANENTE: es el tipo de flujo fundamental que se

consideraenlahidrulicadecanalesabiertos.Laprofundidaddelflujonocambia

duranteelintervalodetiempobajoconsideracin.Elestablecimientodeunflujo

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

tiempoaotroperopermaneciendoparalelaalfondodelcanal.

En efecto est es una condicin prcticamente imposible. Por tanto el termino

flujouniformeseutilizarparadesignarelflujouniformepermanente.

Elflujoesvariadosilaprofundidaddelflujocambiaalolargodelcanal.

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

uniformenopermanenteespocofrecuente,eltrminoflujonopermanentese

utilizarparadesignarexclusivamenteelflujovariadonopermanente.

El flujo variado puede clasificarse adems como rpidamente variado o

gradualmentevariado.Elflujoesrpidamentevariadosilaprofundidaddelagua

cambiademaneraabruptaendistanciascompartidamentecortasdeotromodo,

esgradualmentevariado.Unflujorpidamentevariadotambinseconocecomo

fenmenolocalalgunosejemplossonelresaltohidrulicoylacadahidrulica.


40

P rofundidadConstanteCambiodelaprofundidad

coneltiempo

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

CompuertaResalto

deslizantehidrulico Flujosobre

unvertedor

Cadahidrulica

Contraccin

pordebajode

lacompuerta

Flujovariado

F.G.VondadecrecienteF.R.Voleada

Flujonopermanente

Figura2.2Diferentestiposdeflujosencanalesabiertos

F.G.V=FlujoGradualmenteVariado.

F.R.V=FlujoRpidamenteVariado.


41

2.1.2ESTADODEFLUJO.

El estado o comportamiento del flujo en canales abiertos esta gobernado

bsicamenteporlosefectosdeviscosidadygravedadenrelacinconlasfuerzas

inerciales del flujo. La tensin 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

presentaneningeniera.

EFECTODEVISCOSIDAD:el flujopuedeser laminar, turbulentoo transaccional

segnelefectodelaviscosidadenrelacindelainercia.

ELFLUJOESLAMINAR:silasfuerzasviscosassonmuyfuertesenrelacinconlas

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

partculas de agua se mueven en trayectorias suaves definidas o en lneas de

corriente,ylascapasdefluidoconespesorinfinitesimalparecendeslizarsesobre

capasadyacentes.

El flujo es turbulento si las fuerzas viscosas son dbiles en relacin con las

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

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

todavarepresentanelmovimientohaciaadelantedelacorrienteentera.


42

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

transicional.

El efecto de laviscosidad en relacin con la inercia puede representarse por el

numerodeReynolds,definidopor

uVL

R = 2.2

Donde

V=velocidaddelflujoenm/s

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

hidrulicoRdeunconducto

=eslaviscosidadcinemticaenm2/s

ElflujoencanalesabiertoseslaminarsielNmerodeREYNOOLSRespequeo,

yturbulentosiResgrande.

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

representaporrelacindelasfuerzasinercialesylasfuerzasgravitacionales.

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

gravedadpuedeproducircualquierade4regmenesdeflujo,loscualesson:

subcrticolaminar

supercrticolaminar

subcrticoturbulento

supercrticoturbulento


43

1)subcrticolaminar,cuandoFesmenorquelaunidadyRestenelrango

laminar.

2)supercrticolaminar,cuandoFesmayorquelaunidadyRestenelrango

laminar.

3)supercrticoturbulento, cuando F esmayor que la unidad y R est en el

rangoturbulento.

4)subcrticoturbulento,cuandoFesmenorquelaunidadyRestenelrango

turbulento.

Figura 2.3 Fotografas que muestran cuatro regmenes de flujo en un canal de

laboratorio.


44

2.2CLASESDECANALESABIERTOS

Uncanalabiertoesunconductoenelcualelagua,fluyeconunasuperficielibre.

Deacuerdoconsuorigenuncanalpuedesernaturaloartificial.

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

manera natural en la tierra, los cuales varan en tamao desde pequeos

arroyuelos en zonas montaosas hasta quebradas, arroyos, ros pequeos y

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

agua con una superficie libre tambin son consideradas como canales abiertos

naturales.

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

irregulares. En algunos casos pueden hacerse suposiciones empricas

razonablemente consistente en las observaciones y experiencias reales, de tal

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

mediantetratamientoanalticodelahidrulicaterica.Unestudiocompletosobre

el comportamiento del flujo en canales naturales requiere el conocimiento de

otroscampos,comohidrologageomorfologa,transportedesedimentosetc.

Los canales artificiales son aquellos construidos o desarrollados mediante el

esfuerzo humano: canales de navegacin, canales de centrales hidroelctricas,

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

desborde,canaletasdemadera,cunetasalolargodecarreterasetc...,ascomo

canalesdemodelosdelaboratorioconpropsitosexperimentaleslaspropiedades

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

diseadasparacumplirunosrequisitosdeterminados.


45

Laaplicacindelasteorashidrulicasacanalesartificialesproducirn,portanto,

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

razonablementeexactosparapropsitosprcticosdediseos.

Bajo diferentes circunstancias en la prctica de ingeniera, los canales abiertos

artificialesrecibendiferentesnombrecomocanalartificial,canaleta,rpida,

cada,alcantarilla,tnelconflujoosuperficielibre,etc.

Elcanalartificialporlogeneralesuncanallargoconpendientesuaveconstruido

sobreelsuelo,quepuedeserrevestidoconpiedras,concreto,cemento,maderao

materialesbituminosos.

La canaleta es un canal demadera, demetal, de concreto demampostera, a

menudosoportadoeno sobre la superficiedel terrenopara conducir el aguaa

travsdeunadepresin.

Larpidaesuncanalquetienealtaspendientes.Lacadaessimilaraunarpida,

peroelcambioenelevacinseefectaenunadistanciacorta.

Laalcantarillaquefluyeparcialmentellena,esuncanalcubiertoconunalongitud

compartidamentecortainstaladoparadrenarelaguaatravsdeterraplenesde

carreterasodevasfrreas.

Eltnelconflujoasuperficielibreesuncanalcompartidamentelargo,utilizado

paraconducirelaguaatravsdeunacolinaoacualquierobstruccindelterreno.


46

2.2.1GEOMETRADECANAL

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

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

prismticounejemploesunvertederodeanchovariableyalineamientocurvo.

Almenosqueseindiqueespecficamenteloscanalesdescritossonprismticos.

El trmino seccin de canal se refiere a la seccin transversal de un canal

tomada en formaperpendicular a la direccin del flujo.Una seccin verticalde

canal,sinembargo,eslaseccinverticalquepasaatravsdelpuntomsbajo

delaseccindelcanal.Paracanaleshorizontales,porconsiguiente,laseccindel

canalessiempreunaseccinverticaldecanal.

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

menudovarandesdeaproximadamenteunaparbolahastaaproximadamenteun

trapecio.Paracorrientessujetasacrecientes frecuentes,elcanalpuedeconstar

deunaseccinprincipaldel canalqueconduce los caudalesnormales,ounao

msseccioneslateralesdecanalparaacomodarloscaudalesdedesborde.

Loscanalesartificialesamenudosediseanconseccionesdefigurasgeomtricas

regulares.Latabla21relaciona7formasgeomtricasutilizadascomnmente.

El trapecio es la forma ms comn para canales con bancas en tierra sin

recubrimiento,debidoaqueproveenlaspendientesnecesariasparaestabilidad.


47

El rectngulo y el tringulo son casos especiales del trapecio. Debido a que el

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

construidosconmaterialesestables,comomampostera,roca,metalomadera.

Laseccintriangularsloseutilizaparapequeasacequias,cunetasyalolargo

decarreterasytrabajosdelaboratorio.Elcrculoeslaseccinmscomnpara

alcantarilladosyalcantarillasdetamaopequeoymediano.

Laparbolaseutilizacomounaaproximacinaseccionesdecanalesnaturalesde

tamaopequeoymediano.

El rectngulo con esquinas redondeadas es unamodificacin del rectngulo. El

tringulocon fondoredondeadoesunaaproximacindelaparbolastaes la

formacreadaamenudoconlautilizacindeescavadoras.

Seccionesgeomtricascerradasdiferentesdelcirculoseutilizanconfrecuenciaen

alcantarillados de aguas negras, de manera particular para alcantarillas

suficientementegrandesquepermitenlaentradadeunhombre.Estassecciones

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

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

canasto,etc.

Losrectngulosycuadradoscompletos,tambinsoncomunesenalcantarillados

grandes.


48

Tabla2.1Elementosgeomtricosdeseccionesdecanal


49

2.2.2 ELEMENTOS GEOMTRICOS DE UNA SECCIN DE UN

CANAL.

Loselementosgeomtricossonpropiedadesdeunaseccindecanalquepueden

ser definidos por completo por la geometra de la seccin y la profundidad del

flujo.Estoselementossonmuyimportantesyseutilizanconlaamplituddelflujo.

Paraseccionesdecanal regularesysimples, loselementosgeomtricospueden

expresarsematemticamenteentrminosde laprofundidadde flujoydeotras

dimensionesdelaseccin.

Paraseccionescomplicadasyseccionesdecorrientesnaturales,sinembargono

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

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

profundidaddeflujoparausoenclculoshidrulicos.

A continuacin se dan las definiciones de varios elementos geomtricos de

importanciabsica.

Laprofundidaddeflujo,y,esladistanciaverticaldesdeelpuntomsbajode

una seccin del canal hasta la superficie libre. A menudo este trmino se

intercambia con la profundidad de flujo de la seccin, d. En efecto, la

profundidadde flujode la seccines laprofundidadde flujoperpendiculara la

direccindeste,olaalturadelaseccindelcanalquecontieneagua.


50

Elniveleslaelevacinodistanciaverticaldesdeunniveldereferenciahastala

superficie libre.Sielpuntomsbajode la seccinde canal seescoge comoel

niveldereferencia,elnivelesidnticoalaprofundidaddeflujo.

ElanchosuperficialTeselanchodelaseccindelcanalenlasuperficielibre.

ElreamojadaAeselreadelaseccintransversaldelflujoperpendicularala

direccindelflujo.

ElradiohidrulicoReslarelacindelreamojadaconrespectoasupermetro

mojado,o

PA

R = 2.3

LaprofundidadhidrulicaDeslarelacinentreelreamojadayelanchodela

superficie,o

PA

R = 2.4

El factor de seccin para el clculo de flujo critico Z es el producto del rea

mojadaylarazcuadradadelaprofundidadhidrulica,o

TA

ADA

Z = = 2.5


51

ElfactordeseccinparaelclculodelflujouniformeAR2/3eselproductoderea

mojadayelradiohidrulicoelevadoalapotencia2/3.

Latabla21presentaunalistadeecuacionesparalosseiselementosgeomtricos

bsicos de siete secciones de canal comnmente utilizadas. Para una seccin

circular, lascurvasdelafigura24representan lasrelacionesdeloselementos

correspondientescuandostafluyellena.

2.2.3DISTRIBUCINDEVELOCIDADESENUNASECCIN

TRANSVERSAL.

Debidoalapresenciadelasuperficielibreyalafriccinalolargodelasparedes

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

seccin.Lamximavelocidadmedidaencanalesnormalesamenudoocurrepor

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

cuantomscercaestnlasbancasmsprofundoseencuentraestemximo.

Ladistribucindeseccionesdeuncanaldependetambindeotrosfactores,como

unaformainusualdelaseccin,larugosidaddelcanalylapresenciadecurvas,

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

velocidadmximaporlogeneralseencuentraenlasuperficielibre.Larugosidad

delcanalcausaunincrementoenlacurvaturadelacurvadedistribucinvertical

develocidades.Enunacurvalavelocidadseincrementedemanerasustancialen

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

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

velocidades.


52

Losmodelosgeneralesparaladistribucindevelocidadesendiferentessecciones

delcanalconotrasformasseilustranenlafigura2.4.

CanalTrapezoidal

CanalTriangular

CunetaPocoProfunda Seccin

Rectangular

TuberaCanalNaturalI rregular

Figura2.4Curvascomunesdeigualvelocidadendiferentesseccionesdecanal.

Ladistribucindevelocidadesenunaseccindecanaldependetambindeotros

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

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

canalmuyliso,lavelocidadmximaseencuentraenlasuperficielibre.


53

2.3DISEOHIDRULICODEUNCANAL

Para el diseo de un canal se presume queel escurrimiento se desarrollaren

condicionesde flujouniforme.Elflujonouniformesepresentarensituaciones

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

embalzamientos,cadasoporcambiosinducidosporlaoperacinderganosde

operacinoseguridad.

La velocidadmedia de flujoen un canal se determina pormedio de la frmula

desarrolladaporChezy:

(2.6)

Aplicandolaleydecontinuidad,seobtienelacapacidaddeconduccin:

(2.7)

Donde:

V:Velocidadmediadeflujoenm/s

C:CoeficientedeChezy

RL:Radiohidrulicoenm

I:Pendientehidrulica

Q:Caudalenm3/s

Ah:reahidrulicaenm2

El caudal Q manifiesta la capacidad de conduccin, la pendiente hidrulica del

canal que ser funcin de las condiciones topogrficas podr estar asociada al

mismo tiempo a las velocidades lmites stas se establecern con base en las

caractersticas del material que conforme el permetro mojado y tomar en

cuentalaprobabilidaddeerosinysedimentacin.


54

SegnManningStrickler,elcoeficientedeChezyadquierelasiguienteforma:

6

11Rh

nC =

(2.8)

donde:KscoeficientedefriccindeManningStrickler

RhRadiohidrulicoenm

Porloquelacapacidaddeconduccindelcanalsepodrexpresarpormediode

lafrmulasiguiente:

2

1

3

2

SRhnAh

Q = (2.9)

ElcoeficientedefriccindeManningStricklerdependerdeltipodematerialque

conformaelpermetromojado,delcaudalydelascaractersticasmorfolgicasdel

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

reducindose en funcin de su incremento. Por otra parte, la configuracin en

plantatambintendrefectossobrelarugosidad,siendomayorparatrayectorias

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

prctica solo es posible determinar mediante mediciones en canales ya

construidos.


55

Eldiseodeuncanalrequieredelanlisisdelasvelocidadesmediasdeflujo,de

manera que no se presente sedimentacin ni erosin en el primer caso nos

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

segundoalavelocidadmximao"velocidadnoerosiva"vn.e.

Entre losprimeros intentosparaencontrar las relacioneshidrulicasde canales

sin erosin ni sedimentacin, se puede mencionar al profesor ingls R.G.

Kennedy, que present en 1895 una frmula basada en el estudio del

funcionamientohidrulicode22canalesderiegoenlaIndia(13)(12),lamisma

queseexpresadelasiguientemanera:

(2.10)

Donde:

v0= Velocidad media de flujo que no ocasiona ni sedimentacin ni erosin, en

metros/s

y=Tirantedeagua,enmetros

C=Coeficientequedependede la firmezadelmaterialqueconformael canal ,

queKingasociaalgradodefinuradelaspartculasdelsuelo.

Posteriormente, trabajos relacionados al estudio de la Teora de Rgimen,

ampliaron los niveles de conocimiento sobre la estabilidad hidrulica de los

canales,sinembargolaaplicacindelasfrmulas,desarrolladassobrelabasede

medicionesenlanaturaleza,requierendelconocimientoprecisodelosrangosde

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

sirvierondemodelo.


56

Lavelocidadmnimapermisible, vn.s.,queevite la sedimentacindepartculas

slidas,puededeterminarseutilizandolafrmulaempricadeLevy:

=

ndksw

Vns0225.0

01.0(2.11)

Donde:

W=Velocidaddecadadeunapartculadedimetrodavenmm/s

dks=Dimetrocaractersticodelaspartculasensuspensinenmm.

Rh=Radiohidrulicodelcanalenm.

n=Coeficientederugosidaddelpermetromojadodelcanal.

Girshkanproponelasiguientefrmula:

(2.12)

Donde:

F=Coeficienteiguala:0.33paraw=1.5mm/s

0.44paraw=1.53.5mm/s

0.55paraw>3.5mm/s

Q=Caudalenm3/s


57

2.4CANALESCOMNESQUEDEMUESTRANDIFERENTES

VALORESDEn

1

2

3

1n=0.012.Canalrevestidoconplacasdeconcretoconjuntasdecementolisasyunasuperficiemuylisa,

terminadaamanoconllanayconlechadadecementosobrelabasedeconcreto

2n=0.014.Canaldeconcretovaciadopordetrsdeunaplataformamvilparanivelacinypulimento

superficial

3n=0.016.Zanjaocuneta,revestidaenconcreto,rectayuniforme,confondoligeramentecurvo,ladosy

fondosrecubiertosconundepositorugoso,elcualincrementaelvalorden.


58

4

5

6

4n=0.018.Revestimientodeconcretolanzadosintratamientoparaaislar.Superficiecubiertaporalgas

finasyfondocondunasdearenasarrastradas.

5n=0.018.Canasdetierraexcavadoenmargaarcillosa,condepsitosdearenaslimpiasenelmedioylodo

limosocercadeloslados.

6n=0.020.Recubrimientodeconcretohechoenuncortetoscoenrocadelava,limpio,muyrugosoy

excavadoprofundamente.


59

7

8

9

7n=0.020.Canaldeirrigacin,enarenasuavemuydensa

8n00.022.Revoqueapaetedecementoaplicadodirectamentealasuperficietratadadeuncanalentierra.

Conmalezasenloslugaresdaadosyarenasueltaenelfondo.

9n=0.024.canalexcavadoenmargaarcillosaylimosa.Lechoduroyresbaladizo


60

10

11

12 1

10n=00.029.Canalentierraexcavadoenunsuelodelimoaluvial,condepsitosdearenaenelfondoy

crecimientosdepastos

11n=0.030.Canalconlechodecantosrodadosgrandes.

12 n = 0.035. Canal natural, pendientes laterales algo irregulares: fondoms omenos nivelado, limpio y

regularenarcillalimosagrisclaraomargalimosamarrnclaromuypocavariacinenlaseccintransversal


61

13

14

15

13n=0.040.Canalenrocaexcavadoconexplosivos.

14n=0.040.Zanjaocunetaenmargaarenosayarcillosapendienteslaterales,fondoyseccintransversal

irregularespastoenlaspendienteslaterales

15n=0.045.Canal dragado,pendientes laterales y fondo irregularesen arcillanegraplstica en laparte

superiorhastalaarcillaamarillaenelfondo,ladoscubiertosconpequeosmatorralesyarbustos,variaciones

pequeasygradualesenlaseccintransversal.


62

2.5VALORESPARAELCOEFICIENTEDERUGOSIDAD

A partir del reconocimiento de varios factores primordiales que afectan la

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

Medianteesteprocedimiento,elvalordenpuedecalcularsepor.

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

donde no es el valor bsico den para un canal recto, uniforme y liso para los

materialesnaturales involucrados,n1 eselvalorquedebeagregarsealn0para

corregirelefectodelasvelocidadessuperficiales,n2 eselvalorparaconsiderar

lasvariacionesen formay tamaode la seccin transversaldel canal,n3 esel

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

vegetacin y las condiciones de flujo, y m5 es un factor de correccin de los

efectospormeandrosenelcanal.Losvaloresapropiadosden0an4ym5pueden

seleccionarseenlatabla2.25deacuerdoconlascondicionesdadas.

Alestablecerelvalorden1,seconsideraqueelgradodeirregularidadessuave

para superficies comparables con la mejor obtenible en los materiales

involucrados.

Al establecer n2 se considera que el carcter de las variaciones en tamao y

formadelaseccintransversalesgradualcuandoelcambioeneltamaooenla

formaocurredemaneragradual.

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

obstruccincomodepsitosdebasura,palos,racesexpuestas,cantosrodadosy

troncoscadosyatascados.

Alestablecerelvalorden4seconsideraelgradodeefectodelavegetacin:bajo,

medio,alto,muyalto.


63

Alestablecern5,elgradodelosefectospormeandrodependedelarelacinentre

lalongitudconmeandrosylalongitudrectadeltramodelcanal

Tabla2.2Valoresparaelcalculodelcoeficientederugosidadmediante

laecuacin(2.13).

Condicionesdelcanal ValoresTierra 0.02

Material Corteenroca 0.025Involucrado GravaFina 0.024

GravaGruesa

n0

0.028

Suave 0,000Gradode Menor 0.005

Irregularidad Moderado 0.01Severo

n1

0.02

Gradual 0,000Variacionesdela OcasionalmenteAlternante 0.005SeccinTransv. FrecuentementeAlternante

n2

0.0100.015

Insignificante 0,000Efectivorelativo Menor 0.0100.015

alasobstrucciones Apreciable 0.0200.030Severo

n3

0.0400.060

Baja 0.0050.010Vegetacin Media 0.0100.025

Alta 0.0250.050MuyAlta

n4

0.0500.100

Menor 1Gradodelos Apreciable 1.15

efectospormeandro Severo

m5

1.3


64


65

CAPITULO III ANLISIS HIDROLGICO

3.1DEFINICINYOBJETIVODELAHIDROLOGA


66

Existen varias definiciones de hidrologa, pero la ms completa es quizs la

siguiente.

Hidrologaeslaciencianaturalqueestudiaalagua,suocurrencia,circulaciny

distribucin en la superficie terrestre, sus propiedades qumicas y fsicas y su

relacinconelmedioambiente,incluyendoalosseresvivos.

Aceptando esta definicin, es necesario limitar la parte de la hidrologa que se

estudia en la ingeniera a una rama que comnmente se le llama ingeniera

hidrolgicaohidrologaaplicada,queconcluyeaquellaspartesdelcampodela

hidrologa que ataen al diseo y operacin de proyectos de ingeniera para el

controlyaprovechamientodelagua.

Elingenieroqueseocupadeproyectar,construirosupervisarelfuncionamiento

deinstalacioneshidrulicasdeberesolvernumerososproblemasprcticosdemuy

variadocarcter.Porejemplo,seencuentraconlanecesidaddedisearpuentes,

estructurasparaelcontroldeavenidas,presas,vertedores,sistemasdedrenaje

parapoblaciones,carreterasyaeropistasysistemasdeabastecimientodeagua.

Sinexcepcinestosdiseosrequierendeanlisishidrolgicocuantitativosparala

seleccindeleventodediseonecesario.

Elobjetivodelahidrologaaplicadaesladeterminacindeesoseventos,queson

anlogosalascargasdediseoenelanlisisestructural,porponerunejemplo

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

aproximacinlimitadaenmuchoscasosyburdaenalgunosotros.


67

Sinembargoestasestimacionesraravezsonmenosaproximadasquelascargas

usadasenel anlisisestructuraloel volumende trficoen las carreteras ,por

ejemplo.Elanlisishidrolgicoexhaustivoes,pues,elprimerpasofundamental

en la planeacin, diseo y operacin de proyectos hidrulicos. En la fase de

planeacin y diseo el anlisis se dirige bsicamente a fijar la capacidad y

seguridaddeestructurashidrulicas.

Esasencuantoalahidrologatrataconunaspectoimportanteyvitaldelmedio

ambiente,queeselagua,esunacienciaesencialparaelaprovechamientodelos

recursoshidrulicosyeldiseodeobrasdedefensa.Aunqueestaesenciaesta

lejos de tener un desarrollo completo, existen varios mtodos analticos y

estadsticosquesonmayoromenorgradoaceptadosenlaprofesiningenieril.


68


69

3.2CICLOHIDROLGICO


70

Cmo se realiza el ciclo del agua?Consideremos la atmsfera comopunto de

partida del ciclo: el agua se acumula en la atmsfera bajo la accin de los

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

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

hmedo se enfra y luego se condensa parcialmente en forma de nubes en

definitiva,laatmsferacontieneaguaenformadevapor,delquidoodecristales

dehielo.Debidoalagravedad,elaguavuelveacaeralmaroaloscontinentes

enformadelluvia,nieve,granizouotraformacualquieradeprecipitacin.

Partedelaguacadavuelvesufrirelfenmenodelaevaporacinoesexpulsada

denuevoporlosorganismosvivos.Otrapartecorreporlasuperficieoseinfiltra

en el suelo para formar posteriormente cursos de agua. stos, por ltimo,

devuelvenelaguaalmar,puntodepartidadeunnuevociclo.

El ciclo hidrolgico, por lo tanto, es un sistema complejo de circulacin

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

bombeo,destilacinytransportedelaguaentodassusformas.Elfenmenodela

circulacin del agua constituye una ilustracin de la ley de conservacin de la

materia,aguaennuestrocaso.Peroobservemosquenotodaelaguadelsistema

climtico participa constantemente en el ciclo hidrolgico determinadas

cantidadesseacumulanduranteperodosvariablesenlaatmsfera, labiosfera,

la criosfera (en forma de capas de nieve), elmar, los ros, los embalses y los

lagos,yenlalitosferaenformadeaguaqumicaofsicamenteligadaalossuelos

olasrocas.


71

Elciclodelaguacomprendedospartesprincipales:laatmosfricaylaterrestre.

Laparte terrestredel ciclohidrolgicoest representadapor todocuantohace,

referenciaalmovimientoyalalmacenamientodelaguaenlatierrayenelmar

eslamsestudiadayconocida.Laparteatmosfricadelcicloestconstituidapor

los transportesdeaguaen laatmsfera,principalmenteen formadevapor. La

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

ocanos)constituyelabisagraentreambaspartesdelciclodelagua.

Elciclohidrolgico,comoyasemencion,seconsideraelconceptofundamental

de lahidrologa.De lasmuchasrepresentacionesquesepuedanhacerdel, la

ms ilustrativa es quizs la descriptiva. Con todo ciclo el hidrolgico no tiene

principionifin,ysudescripcinpuedecomenzarencualquierpunto.Elaguaque

seencuentrasobrelasuperficieterrestreomuycercadeellaseevaporabajoel

efectodelaradiacinsolaryelviento.Elvapordeagua,queasseforma,se

elevaysetransportaporlaatmsferaenformadenubeshastaquesecondensa

y cae hacia la tierra en forma de precipitacin. 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

hastalascorrientesoseinfiltra.Elaguainterceptadayunapartedelainfiltrada

y de la que corre por la superficie seevapora nuevamente.De la precipitacin

que llegaa lascorrientes,unapartese infiltrayotra llegahasta losocanosy

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,hacialaatmsferayotrapartefluyebajolasuperficiedelatierrahacia

lascorrientes,elmaruotroscuerposdeagua,obienhaciazonasprofundasdel

suelo (percolacin) para ser almacenadas como agua subterrnea y despus

aflorarenmanantiales,rosoelmar.


72

ElCiclodelAgua

Enelciclohidrolgicoelsolprovocalaevaporacinconstantedelaguaquepasa

alaatmsferaparavolveralatierraenformadelluvia,nieveogranizo.Partede

esaprecipitacinseevaporarpidamenteyvuelveotravezalaatmsfera,otra

partedelaguaqueseprecipitaperidicamentefluyeatravsdelasuperficiede

lascuencasformandoarroyosyrosparainiciarsuviajederetornoalmar.

FIGURA3.3CICLOHIDROLGICODELAGUA

En su trnsito 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 subterrneos denominados acuferos. En

condiciones normales, las aguas subterrneas se abren camino gradualmente

hacia lasuperficieybrotanen formademanantialesparavolveraunirsea las

aguassuperficialesyengrosarloscaudalesdelosros.


73

Las plantas y la vegetacin incorporan en sus tejidos parte de lahumedaddel

sueloydelasaguassubterrneasyluego,unapartesedesprendedeellaspor

transpiracinparapasaraintegrarsenuevamentealaatmsfera.Esteesunciclo

naturalqueserepiteintermitentemente.

Enlaatmsfera,conlaayudadelaireydelSol,elvapordeaguaseconvierteen

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

montaas,ocomolluviaogranizoenlosvalles,seescurreenlatierra,dondela

recogen los ros y de los ros va almar. El mar retiene la sal del agua (que

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

dondepasaelro)ylaenvaalaatmsfera,purayevaporada.Delaatmsfera,

elaguacaecomolluviaybajasobrelospradosyloscampos,nutrelascosechas

ylafruta,ycorreporlostroncosyramasdelasplantasyrboles,llenndolosde

flores.Alencontrargrietasenlasrocasyelsuelo,elaguapenetrahaciaadentro

delatierra,formandolosrossubterrneosquellenanlospozosavecessaleen

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

Hidrolgico,ygraciasal,probablementetvolversabeberestamismaagua

cienvecesdurantetodatuvida.

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

millonesdeaos.Sehaconservadocasisincambiotantoencantidadcomoen

tipo desde que se form laTierra. El agua semantiene en tresestados: como

lquido, gas (vapor) o slido (hielo), y se recicla constantemente, es decir, se

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

mantenerelequilibrioenlaNaturaleza.Lainterminablecirculacindelaguaenla

tierrasellamaelciclohidrolgico.


74

Aunqueel aguaestenmovimiento constante, sealmacena temporalmenteen

losocanos,lagos,ros,arroyos,cuencas,yenelsubsuelo.Nosreferimosaestas

fuentescomoaguassuperficiales,aguassubterrneas.

ElsolcalientaelaguasuperficialdelaTierra,produciendolaevaporacinquela

convierteengas.Estevapordeaguaseelevahacialaatmsferadondeseenfra,

producindose lacondensacin.Asse formanpequeasgotas,quese juntany

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

precipitacinenformadelluvia.

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

atmsferaoes interceptadapor los seresvivientes.Laque sobra semetea la

tierra a travs de un proceso que se llama infiltracin, formando las napas

subterrneas.Si laprecipitacin continacayendoa la tierrahastaquestase

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

superficiales.

Tantolasaguassuperficialescomolasaguassubterrneasfinalmentevanadar

alocano.

Todaslasnubesestnhechasdepequeasgotasdeagua,decristalitosdehielo,

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

planeta,pudiendoserdediferentes formas,quedependende sualturayde la

cantidaddeairedelaatmsferaquesemuevehaciaarriba.Amedidaqueelaire

delaatmsferasube,seenfra,ysuvapordeaguasecondensaenpartculasde

materiaquesellamanncleosdecondensacin.


75

Haydiferentestiposdenubes.Estasseclasificandeacuerdoconsuaparienciay

alturadebase.As,lasnubesdebajonivelsonmuydelgadas,vandesdeelnivel

delsuelo,hasta2Km.dealturalasdenivelmedioseformandesdeunaaltura

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

altura.

Entrelasnubesdebajonivelestnlasllamadasstratusycumulus.Laalturade

basedelasnubesstratusgeneralmenteeslamsbajadelaatmsfera(600m).

Casisiempreseencuentranalrededordelasmontaasodelaspartesaltasdelas

formacionesrocosasenelocano.

Puestoqueseformanenelaireestable,esdecir,conpocaturbulenciaosinella,

el aire nuboso no semezcla con el aire limpio que estencima o abajo de l.

Comoresultado,unavinqueviajaatravsdeunanubestratustieneunvuelo

tranquilo. Si estasnubes se forman en el aire que se est elevando sobre una

montaa,puedenprovocar lluviaporeso, lagentequeviveenlosvallessabe

quelloversiaparecenestasnubesenlascimasdelasmontaas.Lasnubesdel

tipostratuspuedenformarsetambindenochecuandoelairehmedosemueve

sobreelsueloqueseestenfriando.Entonces,aunqueeldasiguienteamanece

nublado,sielsolevaporalasgotitasdeagua,lasnubesprontodesaparecen,yse

tieneundadespejado.

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

airequeseelevanrpidamente,osobreelsueloqueestsometidoaunfuerte

calentamientodelsol.Enellas,el calor latentedecondensacincalientaelaire

queestalrededordelasgotitasdeagua,demaneraque,amedidaqueelaire

siguesubiendo,seproducemscondensacindevapordeagua.Entonces,elaire


76

elcualestalrededorde lasnubesbaja,secalienta,y lasgotitasdeaguaque

estn en las orillas de las nubes se evaporan, limitndose as el crecimiento

horizontalde lasnubesde tipocmulos.Cuandoestasltimassonpequeas,y

estnseparadas,significaquehabrbuentiempo.

Unejemplodenubesdenivelmedio,sonlasllamadasnimbus.Sualturadebase

varaentre600y2000m.Generalmentesepresentanenformaconjuntaconlas

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

capalosuficientementegruesacomoparaimpedirelpasodelaluzdelsol,yson

lasresponsablesdelas lluvias intermitentes.Lasnubesdetiponimbostratusse

formancuandoelairecalienteyhmedoseelevademaneraconstantesobreun

reagrande.estopuedesucedercuandoexisteunfrentecaliente,oconmenos

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

turbulenciaenestetipodenubes.

Porltimo,lasnubesdetipocirrusejemplificanlasdealtonivel.

Aparecenespecialmentecuandoelaireestseco.Siaparecenaisladasenuncielo

despejado,puedenserunasealdequeseguirelbuentiempo.Peroestetipode

nubes tambinpuedenapareceralprincipiodeun frentecaliente.Sielcielose

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

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

vientoproduceen lasnubesde tipo cirrus filamentos (tirasque seextiendena

partirdesusorillas),cuyalongitudindicalafuerzadelviento.


77

En la atmsfera hay vapor de agua, que proviene de la evaporacin de los

ocanos,ros,lagos,lagunasydelatranspiracindelasplantas.Paralicuarsey

hacersevisiblenecesitaunncleodecondensacin,algodondedepositarseque

puedesertaninsignificantecomounamotitadepolvo,unaesporaounmicrobio

queflotaenelaire.Silatemperaturaessuperiora0C,conestauninseforma

unagotitadelquidotandiminutaqueavecessenecesitarnvariosmiles,unaal

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

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

subiendoporlasladerasdelasmontaas.Estasformacionesconstituyenlaniebla

olaneblina,avecestanespesa,queflotaenelairecomounasbana.Cuandola

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

nubes.

Lahumedaddelaatmsferasehacevisibleatravsdelrocoylaescarcha.Por

lasmaanaslashojasdelasplantas,losptalosdelasflores,yanlaspiedras

aparecencubiertasdepequeasgotasdeaguatransparenteypura,alaquese

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

superficiedeloscuerposdeunmodoparecidoala formaenqueseempaael

cristaldeunaventanaeninvierno.Losprimerosrayosdelsolevaporanelroco.

Sielfroesmuyintenso,esterocoseconvierteenhielo,ydalugaralaescarcha


78

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

velocidad tan pequea, que no lleganal suelo porquemuchas veces vuelven a

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

aumentarelvapor,osiestavelocidaddecadasuperalos3metrosporsegundo,

lasgotasdeaguaincrementansupeso,provocando lluviacuandoestepesose

hacemayor,aumenta lavelocidaddecadacon loque la lluvia se intensificay

puedetransformarseenunatormenta.

Lafrecuenciadeintensidaddelaslluviassonvariablesenlasdiferentesregiones

delaTierraycambiandeacuerdoconlaevaporacinyconlalatitud.Laduracin

de la lluviaesmsbrevesiel tamaode lasgotasesmayor,comosucedeen

chaparronesoaguaceros.

Lasmontaastambindesempeanunpapelimportanteenlafrecuenciadelas

lluvias,puestoqueobliganalevarsealasmasasdeaire,loqueprovocalarpida

condensacin del agua y su precipitacin como lluvia y nieve. Sin embargo,

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

decir,lacantidaddelluviaescasa,por loquelasnubessloenrarasocasiones

provocalaprecipitacin.Enestasregioneselproblemagraveeslasequa

Elvapordeaguaatmosfricocondensado,caeendiferentesformasdependiendo

delascondicioneslocales.

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

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

Entonceselaguasecristalizaenformade"estrellitasdenieve",quedurantesu

cadapuedenformarloscoposdenievecondiversogradodedurezaytamao.


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

tamaodeloscristalesllegaaserhastade5a10centmetros,pesandovarios

gramos.

Cuandolosrayossolaresincidensobrelasgotasdeaguaqueseencuentranenla

atmsfera,laluzsereflejaysedescomponeformandoelespectronormaldela

luz,queseobservaenformadeunarcodesietecolores,quesellamaarcoiris.

RIOSCASCADASYLAGOS

La lluvia que cae sobre lasmontaas da origen a los ros. El agua de los ros

siempreestenmovimiento.Vahaciaabajo(porefectodelagravedad)ynunca

vahaciaatrs.

Lalluviaproduceunaaccinerosivaextremadaenlascumbresdelasmontaas,

yelaguasejuntaenlasladerasysedeslizaporellasenbuscadelapendiente

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

paso. As va trazando un camino (al que se llama lecho del ro), rpidamente

dondelanaturalezaoponepocaresistencia,ylentamentecuandoencuentraroca

oalgnmaterialgrandeyduro.Elaguadelosrosesdulceytransparente.

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

partes:

Lacuencaalimentadora,querecibeelaguadelaslluviasyladirigehaciasurcos

y arroyuelos que, guindolas hacia las partesms bajas, las concentran enun

nicolecho.


80

Eltramodedescarga,enquelasaguas,yareunidasenuncaucetorrencialbien

definido,bajancongranvelocidad,erosionandoyarrastrandomateriales.Enesta

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

diferenciasdealtitud,enestapartedelosrossuelenexistirrpidosenloscuales

la corrientees intensayveloz.Lasaguassaltanespumeantes,arremolinadasy

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

peas, y al golpear unas contra otras se pulen. En esta parte del ro las

discordanciasdelterrenohacenqueenalgnmomentoelrotengaquesalvarun

desnivelbruscoproducidoporunafalla.Entonceselaguaseprecipitadesdeuna

determinada altura y da lugar a unacascada o catarata, si el desnivel esmuy

grande,yaunsaltosieldesnivelespequeo.

Eltramodecalmaesdependientesuaveyescurrimientolento.Aquelcaucedel

roseestabiliza.Enestetramo,elagua,fatigadadesusluchasconlasrocas,de

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

pierdempetuysecalma.Aquseproducenfenmenosinteresantes,unodelos

cualeseslacaptura.

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

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

terrazas o plataformas escalonadas que forman las montaas en cuyos valles

fluyeelro.

Porltimo,ladesembocaduraesunazonadedepsitodelosmaterialesqueel

rohalogradoarrastrarhastaelfinaldesucurso.

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

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

notable.Elro,suponiendoquenohayamuertoenunlago,sedisponeaverter


81

susaguasenelmar.Peronosiempresedaesadecrepitudyesacalma.Hayros

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

ocano.Entoncesladesembocaduraesunenormeestuario,anchoyabierto.Pero

comoelmartambinrompecontracorriente,lossedimentosdelrosedepositan

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

sumamentepeligrososparalanavegacin.

Enelcasoenelqueelrodesemboqueformandodelta,sedivideennumerosos

brazos, loscualesseabrenpasoapasoconciertadificultadentreelcmulode

sedimentoscadavezmayores.Losdeltasconstituyenunodelosfenmenosms

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

desarrollofinal.


82

3.3HIDROGRAFA

Eldrenajeenelrea,esprincipalmentedetipodentfricoenelreayslomuy

localmente se aprecia drenaje rectangular en algunas porciones del sector

oriental(Fig.3.4).

LosrosmsimportantesdeWaE,sonlossiguientes:Tehuantepec,Juchitno

delosPerros,Chicapa,NiltepecyOstuta.Comoaccidenteshidrogrficosnotables

semencionanlaslagunasSuperior,Inferior,MarTilemeyOriental,siendolams

profundalaprimeraconprofundidadeshastade6m.

ElRoTehuantepecarrojabaalOcanoPacficocercadecincomillonesdemde

azolve anual antes de que la Secretara de Recursos Hidrulicos (1970)

construyera la PresaBenito Jurez, la cual comenz a almacenar las aguas del

RoTehuantepecapartirdejuniode1961,confinesderiego.Desdeentoncesel

volumendeazolvedescendienlaestacinhidromtricaLasCuevasacercade

1500malao.

ElRodelosPerrosnaceaunaalturade1400menelparteaguasdelaSierra

Mixey tieneuncursoSEhasta sudesembocaduraen la LagunaSuperioren la

cualtambinviertesusaguaselRoChicapaquenaceenelextremooccidental

delaSierraMadredeChiapasaunaalturade2200m.

LasaguasdelRoNiltepeciniciansucursoalestedelCerroOcotilloaunaaltura

de1400mllegandoalaLagunaInferior.ElRoOstutanaceenelparteaguasde

laSierraMadredeChiapasaunaalturade2600menelCerroPiccahoPrietoy

desaguaenelextremonorestedelaLagunaOriental.


83

FIGURA3.4DRENAJEENLAZONA


84

3.4RELACINLLUVIAESCURRIMIENTO

Essumamentecomnquenosecuenteconregistrosadecuadosdeescurrimiento

enelsitiodeintersparadeterminarlosparmetrosnecesariosparaeldiseoy

operacindeobrashidrulicas.Engenerallosregistrosdeprecipitacinsonms

abundantesquelosdeescurrimientoy,adems,noseafectanporcambiosenla

cuenca, como construccin de obras de almacenamiento y derivacin, talas,

urbanizacin, etc. Por ello, es conveniente contar con mtodos que permitan

determinar el escurrimiento en una cuenca mediante las caractersticas de las

mismasylaprecipitacin.Lascaractersticasdelacuencaseconocenpormedio

de planos topogrficos y de uso de suelo, y la precipitacin a travs de

medicionesdirectasenelcasodeprediccindeavenidasfrecuentes.

Losprincipalesparmetrosqueintervienenenelprocesodeconversindelluvia

oescurrimientosonlossiguientes:

1.readelacuenca.

2.Alturatotaldeprecipitacin

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

vegetacin,etc).

4.Distribucindelalluviaeneltiempo.

5.Distribucinenelespaciodelalluviaydelascaractersticasdelacuenca.

Debidoaque,porunlado, lacantidady lacalidadde la informacindisponible

varan grandemente de un problema a otro y a que, por otro, no siempre se

requiere la misma precisin en los resultados, se han desarrollados una gran

cantidaddemtodosparaanalizarlarelacinlluviaescurrimiento.


85

Desdeluegolacomplejidaddelosmtodosaumentaamedidaquesetomanen

cuenta ms de los parmetros citados anteriormente. En este sentido tambin

aumenta su precisin, pero los datos que se requieran son ms y de mejor

calidad.Sloseexplicaranlosmtodosquetomanencuentaloscuatroprimeros

parmetros, pues los que consideran todos , llamados modelos conceptuales,

matemticos o de parmetros distribuidos, se encuentran aun en su fase

experimental y, adems, la informacin disponible en Mxico todava no es lo

suficientementecompletaparasuaplicacin


86

3.4.1MTODODEENVOLVENTES

Estos mtodos toman en cuenta slo el rea de la cuenca. Aunque no son

mtodosqueanalicenpropiamentela relacinentre la lluviayelescurrimiento,

se explicaran por ser de enorme utilidad en los casos en que se requiera slo

estimacionesgruesasdelosgastosmximosprobables,obiencuandosecarezca

casiporcompletodeinformacin.

La idea fundamental de estosmtodos es relacionar el gastomximoQ conel

readelacuencaAcenlaforma:

Q= a A b c (3.1)

dondeQesel gastomximoy a y b sonparmetrosempricos,quetambin

pueden ser funcin de A c. Ntese que, con b=1 y a = Ci, 3.1 es la frmula

racional.Sehavistoque b enel ordendepara cuencasdereamenorque

unos1500m2ydeparacuencasmayores

Existenunagrancantidaddefrmulasdeltipodela3.1perolamsusadaen

MxicosonlasdeCreageryLowry.LafrmuladeCreageres:

q=1.303Cc (0.386Ac) a Ac 1 (3.2)

dondeqeselgastomximoporunidadderea,

045.0

936.0Ac

= a (3.3)

AcQ

q =


87

Cc,esuncoeficienteempricoyAcestenkm2

LaformuladeLowryes:

( ) 85.0259 + =Ac

CLq

(3.4)

DondeCLesotrocoeficienteemprico.

Los valores de CC y CL se determinan por regiones, llevando a una grfica

logartmica los gastos unitarios mximos q registrados contra sus respectivas

reasdecuencayseleccionandoelvalordeCC yCL queenvuelvena todos los

puntosmedidos(vaseporejemplofigura3.3).

ElvalordeCc=200eslaenvolventeparatodoslospuntosqueanalizCreager,

aunqueCc=100davaloresmuchoms razonablesy seusacomoenvolvente

mundial.ParalafrmuladeLowry(3.4)sepuedetomarunvalordeCL =3500

comomundial


88


89

FIGURA3.4

LaSecretariadeAgriculturayRecursosHidrulicoshacalculadolosvaloresdeCc

y CL para las 37 regiones en que ha dividido a la repblica mexicana (Vase

Figura3.4)enlatablaloscorrespondientesaCL.

TABLA3.1VALORESDELCOEFICIENTEDEENVOLVENTEDELOWRY


90

ReginNo.

Descripcin CL

1 BajaCalifornianoroeste(Ensenada) 9802 BajaCaliforniacentro(ElVizcano) 5303 BajaCaliforniasuroeste(Magdalena) 21904 BajaCalifornianoroeste(LagunaSalada) 10505 BajaCaliforniacentroeste(Sta.Rosala) 9906 BajaCaliforniasureste(Lapaz) 51207 RoColorado 10508 Sonoranorte 7609 Sonorasur 214010 Sinaloa 329011 PresidioSanPedrozonacostera 463011 Presidiosanpedrozonaalta 47012 LermaSantiago 129013 Huicicilia 76014 Ameca 60015 CostadeJalisco 527016 ArmeriaCoahuayana 494017 CostadeMichoacn 210018 Balsasalto 109018 Balsasmedioybajo 445019 CostaGrande 210020 CostaChicaRoVerde 318020 AltoRoVerde 39021 CostadeOaxaca(Pto.ngel) 300022 Tehuantepec 217023 CostadeChiapas 119024A AltoBravoConchos 102024B MedioBravo 517024C RoSalado 141024D BajoBravo 213025 SanFernandoSotodeMarina 233026A AltoPnuco 136026B BajoPanuco 301026C ValledeMxico 76027 TuxpanNautla 245028 Papaloapan 175029 Coatzacoalcos 1840


91

ReginNo

Descripcin CL

30 GrijalvaUsumacinta 213030 AltoGrijalva 61031 Yucatnoeste(Campeche) 37032 Yucatnnorte(Yucatn) Sindatos33 Yucatneste(QuintanaRoo) SinDatos34 Cuencascerradasdelnorte 23035 Mapim36 Nazas 151036 Aguanaval 38037 ElSalado 1310


92

TABLA.3.2VALORESDELCOEFICIENTECcDECREAGER.

Regin Cc

1.BajaCaliforniaNorte 30

2.BajaCaliforniaSur 72

3.RiColorado 14

4.Noroeste

a)ZonaNorte 35

b)ZonaSur 64

5.SistemaLermaChapalaSantiago

a)LermaChapala 16

b)Santiago 19

6.PacficoCentro 100

7.CuencaRoBalsas

a)AltoBalsas 18

b)BajoBalsas 32

8.PacficoSur 62

9.CuencaDelRoBravo

a)ZonaConchos 23

b)ZonaSaladoySanJuan 91

10.GolfoNorte

11.CuencaRoPanuco

a)AltoPanuco 14

b)BajoPanuco 67

12.GolfoCentro 59

13.CuencaRoPapaloapan 36

14.GolfoSur 36


93

Tabla3.3

Velocidadmedia,m/s

Pendiente

%Bosques Pastizales

Canalnatural

nobien

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.SistemaGrijalvaUsumacinta 50

16.PennsuladeYucatn 3.7

17.CuencasCerradasdelNorte

(ZonaNorte)4

18.CuencasCerradasDelnorte

(ZonaSur)26

19.ElSalado(ZonaSur) 45

20.Durango 8.4

21.CuencasdeCuitzeoyPtzcuaro 6.8

22.ValledeMxico 19

23.CuencasdelRoMetztitln 37

Pendientedel

Cauce

principal,%

Velocidad

Media,m/s

12 0.6

24 0.9

46 1.2

68 1.5


94

AcontinuacinseaplicanlosmtodosdeLowryyCreagerenelreadeestudio

deSalinaCruzOaxaca

ElreadeSalinaCruzOaxacaquedacomprendidaenlareginhidrolgica

N. 22 la cual lleva el nombre en el boletn hidrolgico como Costas de

GuerreroyOaxaca.

El rea de influencia que se determino en la carta Topogrfica

proporcionadaporelINEGIfueaproximadamentede5025has.

ElmtododeLowryenlatabladevaloresnosdicequecomosetratadela

reginhidrolgicaN.22yelreadeestudioperteneceaSalinaCruzOaxaca

setomolazonamsprximaqueestehuantepecelcualtieneunvalorde

CL=2170.

El mtodo de Creager maneja otros valores, las cueles se manejan por

zonasenestecasoenparticularlazonadeSalinaCruzOaxacaseLocaliza

enelPacficoSuryelcualtieneunCr=62.

FrmuladeLowry q=CL/(Ac+259)0.85

q=Gastosunitariom3/s/Km2

Ac=Km2

FrmuladeCreagerq=1.303Cc (0.386Ac) a Ac 1

a =0.936/Ac 0.048

q=Gastosunitariom3/s/Km2

Ac=Km2


95

*AplicandolaFrmuladeLowry

CL=2170

Ac=5025has=50.25Km2 (readelacuenca)

( ) ( )2

3

85.085.0 584.1625925.50

2170

259Kmsm

AcC

q L = +

= +

=

sm

xQ3

35.83325.50584.16.mx = =

*AplicandolaFrmuladeCreager

Cr=62

Ac=5025has=50.25Km2 (readelacuenca)

q=1.303Cc (0.386Ac) a Ac 1

=1.303*(62)*(.386*50.25)0.694*(50.25)1 =16.05

sm

XQ3

51.80625.5005.16.mx = =

MTODO GASTOMXIMO(m3/s)

Lowry 833.35

Creager 806.51

776.025.50936.0936.0

048.0048.0 = = = Ac a


96

AplicacindeCreageryLowryalreaexclusivamentedelaRefinara

*AplicandolaFrmuladeLowry

CL=2170

Ac=725has=7.25Km2 (reaaproximadadelarefinera)

( ) ( )2

3

85.085.0 83.1825925.7

2170

259Kmsm

AcC

q L = +

= +

=

*AplicandolaFrmuladeCreager

Cr=62

Ac=725has=7.25Km2 (reaaproximadadelarefinera)

q=1.303Cc (0.386Ac) a Ac 1

=1.303*(62)*(.386*7.25)0.851*(7.25)1 =26.75

sm

xQ3

94.19325.775.26.mx = =

MTODO GASTOMXIMO(m3/s)

Lowry 136.52

Creager 193.94

sm

xQ3

52.13625.783.18.mx =

Documents

270_analisis Hidraulico de Drenaje Superficial de La Refineria de Salina Cruz Oaxaca