Juan Jos Salmn Tinajero Ingeniero Civil

Consultora en Hidrulica e Hidrologa

Nabor Carrillo No. 305, Col Universidad

c.p. 89109; tel 01-833-2132667

Cd. Madero, Tam.

E s t u d i o H i d r o l g i c o d e D r e n a j e P l u v i a l p a r a e l

F r a c c i o n a m i e n t o C a m p e s t r e A g r o p e c u a r i o

U b i c a d o e n e l R a n c h o E l C o r t i j o

M u n i c i p i o d e T a m p i c o A l t o , V e r .

C O ' T E ' I D O

I.- Objetivo del Estudio

II.-Antecedentes

Localizacin

Clima

Topografia

Suelos

Vegetacin

III.-Recopilacin de Informacin

Datos pluviomtricos

Planos topogrficos

Visitas de campo

IV.-Anlisis y clculo Hidrolgico

Determinacin de reas tributarias (cuencas y sub-cuencas)

Determinacin de la pendiente media

Anlisis de la precipitacin mxima en 24 horas

Determinacin de los tiempos de concentracin

Determinacin del tiempo pico de la tormenta

Calculo de la duracin de la tormenta

Obtencin de las curvas P-D-Tr (precipitacin-duracin-periodo de retorno)

Calculo de gastos mximos

Memoria de calculo

V.- Anlisis del comportamiento del vaso de agua artificial (presa de tierra)

VI.-Conclusiones y Recomendaciones

VII.- Bibliografa

VIII.- Anexos

Plano de cuencas

Juan Jos Salmn Tinajero Ingeniero Civil

Consultora en Hidrulica e Hidrologa

Nabor Carrillo No. 305, Col Universidad

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I.- Objetivo del estudio

El estudio en cuestin, tiene como finalidad, realizar el anlisis y calculo de los escurrimientos mximos que

pudieran generarse en el sitio, para diferentes periodos de retorno; analizando los efectos e incidencias que

estos pudieran inferir, sobre la infraestructura urbana que se pretende desarrollar para el fraccionamiento.

As mismo, con base en los resultados obtenidos, se fijaran los parmetros para realizar los proyectos

hidrulicos de las estructuras que se requieran; estudiando tambin, el comportamiento de los cuerpos de agua

ubicados en el predio.

I.- Antecedentes

L o c a l i z a c i n

El sitio en estudio, en el que se desarrollar el fraccionamiento campestre agropecuario, se ubica en el rancho

El Cortijo, perteneciente al Municipio de Tampico Alto, Ver.; este se encuentra localizado sobre una

carretera secundaria asfaltada a Mata de Chvez, en el lado izquierdo, a 1.2 Km. del entronque de esta, con la

Carretera Federal 180 Tampico-Ozuluama. A partir de ese punto, arranca un camino que cuenta con una

longitud de 400 m., hasta el prtico principal del predio.

Las coordenadas geogrficas del sitio son las siguientes: 220630 Latitud Norte y 974930 Longitud

Oeste; contando con una altura media del orden de los 35.0 m., sobre el nivel del mar.

C l i m a

El clima de la regin es clido, entre los meses de Mayo a Septiembre, con ambiente caluroso durante el da,

tornndose fresco por la tarde, por efecto de la brisa provocada por los vientos del Sureste; el resto del ao,

de los meses de Octubre a Abril, se vuelve variado por la presencia de los vientos del Norte. Es pertinente

puntualizar, que el sitio del proyecto est localizado en la zona de trayectorias ciclnicas del Golfo de

Mxico, presentndose algunos aos con precipitaciones abundantes, en los meses de Septiembre y Octubre,

mismas que llegan a alcanzar valores importantes.

T o p o g r a f a

La topografa del terreno es irregular con lomeros suaves, con cotas que oscilan de los 22.00 m. al 1.00 m.,

descendiendo las mismas hacia la parte Noroeste; en el terreno se identifican tres partes altas, las cuales se

ubican en los extremos Noreste, Sureste y Suroeste.

S u e l o s

De acuerdo a los datos consignados, en el Estudio de Mecnica de Suelos realizado en el lugar; los resultados

de los sondeos, realizados a cielo abierto, presentan horizontes de arcilla limosa de color negro a gris hasta los

0.60 m de profundidad y arcilla limosa de color gris a caf, desde la profundidad de 0.60 m, hasta una

profundidad promedio de 2.40 m, subyaciendo a estos horizontes las lutitas.

V e g e t a c i n

El sitio en estudio, est conformado principalmente por zonas de pastos, con una poblacin pequea de

rboles y arbustos que provean de sombra al ganado vacuno, que se mantena en el rancho.

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III.- Recopilacin de la Informacin

D a t o s p l u v i o m e t r i c o s

La informacin pluviomtrica utilizada, est basada en los datos climatolgicos de la Estacin Meteorolgica

Tampico, situada en el Municipio de Tampico, Tam., contando con las coordenadas 22 14 19 Latitud

Norte y 97 52 44 Longitud Oeste y con una altura de 40 m.s.n.m.. La estacin, se encuentra localizada en

la cuenca del ri Guayalejo, en la Regin Hidrolgica No. 26 (Cuenca del Ro Panuco) y se eligi por la

suficiencia de datos de observacin y su cercana con el sitio en estudio.

Para la recopilacin de datos se acudi a las oficinas, en la Ciudad de Tampico, Tam, de la Gerencia Regional

Golfo Norte, de la Comisin Nacional del Agua; proporcionndonos los datos de precipitacin mxima en 24

horas, para un periodo de observacin de 1960 2004; mismos que se detallan a continuacin:

Datos de precipitacin mxima en 24 horas (mm)

Ao Mxima anual

1960 61.0

1961 80.0

1962 184.0

1963 151.3

1964 52.3

1965 59.0

1966 104.8

1967 151.4

1968 54.0

1969 115.3

1970 147.8

1971 78.6

1972 142.5

1973 248.2

1974 187.5

1975 105.6

1976 122.0

1977 243.0

1978 84.5

1979 102.7

1980 80.5

1981 165.9

1982 75.5

1983 88.5

1984 180.0

1985 102.9

1986 50.1

1987 63.8

1988 143.5

1989 148.5

1990 193.2

1991 150.0

1992 141.4

1993 118.0

1994 105.0

1995 69.5

1996 98.0

1997 151.0

1998 93.0

1999 105.5

2000 140.0

2001 150.3

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2002 89.1

2003 108.2

2004 133.7

P l a n o s t o p o g r f i c o s

Se recibi por parte del Cliente, plano topogrfico del predio, con planimetra y altimetra, en escala 1: 2000,

levantado con estacin total; la altimetra cuenta con configuracin de curvas de nivel con equidistancia

vertical a cada 1.0 m.

Se obtuvieron cartas de la zona, en diversas escalas, elaboradas por INEGI, con la finalidad de complementar

la informacin topogrfica correspondiente.

V i s i t a s d e c a m p o

Se realizaron dos visitas de campo al sitio en estudio, para verificacin de las caractersticas fisiogrficas del

lugar, tales como: topografa, suelos, vegetacin, etc.; as mismo constatar, las caractersticas fsicas y

geomtricas de los sitios de cruce y de los cuerpos de agua localizados en el sitio.

IV.- Anlisis y clculo hidrolgico

Como ya se mencion anteriormente, el sitio en estudio esta conformado por una topografa irregular, con

lomeros suaves, que presentan pendientes que van del 2 al 3 por ciento, descendiendo en sus cotas hacia el

Noroeste, localizndose sus partes ms altas en los extremos Noreste, Sureste y Suroeste del predio;

existiendo en la mayora de la zona, una vegetacin compuesta de pastos.

Lo anterior permite que el terreno y suelos cuenten con un buen drenaje superficial, eliminando eficazmente

los escurrimientos pluviales en exceso. En el predio se localizan dos rayas naturales, que canalizan dichos

escurrimientos superficiales; una fluye de Oriente a Poniente, de extremo a extremo del predio y la otra fluye

del Sur al Noroeste, tambin de un extremo al otro. Ambas culminan, en un cuerpo de agua dulce artificial

(presa de tierra), ubicada tambin en el extremo Noroeste del predio.

As mismo, en el predio se cuenta con otro cuerpo de agua dulce, el cual es un ojo de agua natural (jagey)

debidamente confinado, ubicado en el centro de la porcin Norte del fraccionamiento. Por este cuerpo de

agua, cruza la primera raya natural, que fluye de Oriente a Poniente, descargando, en primera instancia, los

escurrimientos pluviales generados en la sub-cuenca parcial, de aguas arriba del cuerpo de agua.

El ojo de agua dulce (jagey), cuenta con una capacidad til de almacenamiento de 2,100 m (al N.A.M.O.) y

una capacidad adicional para regulacin de 480 m (al N.A.M.E). Est confinado con un dique de tierra, con

longitud de 37 m., con una corona de 4.00 m de ancho, con taludes 2:1 en el paramento seco y hmedo; sobre

la margen izquierda, se encuentra alojado un vertedor de tierra, con longitud de cresta vertedora de 2.00 m.,

con un canal de descarga de 2.00 m de plantilla, que re-canaliza los escurrimientos hacia aguas abajo, de la

primera raya natural, que fluye de Oriente a Poniente, transitndolos hasta su deposito final, en el cuerpo de

agua dulce natural (presa de tierra) del predio, ubicada en el extremo Noroeste.

La totalidad de los escurrimientos ocurridos en la zona, tienen como destino final la Laguna de Pueblo Viejo.

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D e t e r m i n a c i n d e r e a s t r i b u t a r i a s

Con base en los planos topogrficos y cartas de INEGI y para los fines del estudio hidrolgico de drenaje

pluvial; en los sitios de cruce de las vialidades y del sitio de la presa de tierra, se trazaron los parte-aguas

correspondientes, identificndose cinco sub-cuencas y una cuenca general (se anexa plano de ubicacin de

cuencas), con las superficies siguientes:

Concepto Subcuenca

A

Subcuenca

B

Subcuenca

C

Subcuenca

D

Subcuenca

E

Cuenca

F

Superficie drenada

en has.

14.54

24.41

31.17

11.47

19.14

58.64

D e t e r m i n a c i n d e l a p e n d i e n t e m e d i a

Utilizando el mismo criterio anterior, se obtuvieron los datos de la pendiente media y la longitud del cauce

principal:

Concepto Subcuenca

A

Subcuenca

B

Subcuenca

C

Subcuenca

D

Subcuenca

E

Cuenca

F

Longitud de la

corriente, en m:

348

514

728

282

452

983

Desnivel en m: 6 10 14 8 12 18

Pendiente en % 1.72 1.95 1.92 2.84 2.65 1.83

A n l i s i s d e l a p r e c i p i t a c i n m x i m a e n 2 4 h o r a s

Con base en los datos de precipitacin mxima en 24 horas, registrados en la estacin Tampico y utilizando la

funcin probabilstica de Gumbel, para diferentes periodos de retorno, se obtuvieron los resultados siguientes:

Periodo de retorno en aos

Tr

Precipitacin mxima en

24 hs.

(mm)

2 116

5 158

10 186

20 211

50 243

100 266

200 288

500 321

1000 345

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D e t e r m i n a c i n d e l o s t i e m p o s d e c o n c e n t r a c i n

Para el clculo correspondiente, se utilizar la ecuacin de Rowe

Tc ((0.87*L)/H)385.0

En donde:

Tc = tiempo de concentracin, adimensional

L = longitud de la corriente, en km.

H = desnivel mximo, en m.

Se anexa memoria de clculo correspondiente, de las diferentes cuencas, en hojas adicionales.

D e t e r m i n a c i n d e l t i e m p o d e p i c o d e l a t o r m e n t a

Para el clculo correspondiente, se utilizar la ecuacin siguiente:

Tp = 0.6 Tc + (D/2)

En donde:

Tp = tiempo de pico

D = duracin en horas.

Se anexa memoria de clculo correspondiente, de las diferentes cuencas, en hojas adicionales.

C a l c u l o d e l a d u r a c i n d e l a t o r m e n t a

Para el clculo correspondiente, se utilizar la ecuacin siguiente:

D = 2 (Tc)2/1

En donde:

Tc = tiempo de concentracin

D = duracin en horas.

Se anexa memoria de clculo correspondiente, de las diferentes cuencas, en hojas adicionales.

O b t e n c i n d e l a s c u r v a s P-D-Tr (precipitacin-duracin-periodo de retorno)

Para el clculo correspondiente, se utilizar la ecuacin siguiente:

Pt(Tr) = (0.35 Ln Tr + 0.76) (0.54 t

25.0 - 0.50) P

60(2)

En donde:

P = precipitacin en mm

t = tiempo en minutos, segn la duracin

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Tr = periodo de retorno en aos

Ln = logaritmo natural

P60

(2)= lluvia de duracin una hora y periodo de retorno 2 aos

Pt(Tr)= precipitacin de duracin t minutos y periodo de retorno Tr en aos, en mm

Se anexa memoria de clculo correspondiente, de las diferentes cuencas, en hojas adicionales.

C a l c u l o d e g a s t o s m x i m o s

Para la obtencin de los gastos mximos, para diversos periodos de retorno, sin contar con informacin

hidromtrica, se utilizaran los mtodos de las normas hidrolgicas de la CNA y la CFE y los mtodos

empricos mostrados a continuacin:

GASIR (Comisin Nacional del Agua)

CFE (Comisin Federal de Electricidad)

Gete

U.S. Soil Conservation

Morgan

Mtodo Racional

De conformidad con los datos fisiogrficos obtenidos de las cuencas y la precipitacin mxima en 24 horas,

para los diferentes periodos de retorno, se realiza la siguiente:

Memoria de calculo

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En el cuadro siguiente se resumen los gastos adoptados para las diferentes sub-cuencas, obtenidos de los

mtodos anteriores, para los diversos periodos de retorno.

Periodo de retorno en aos

(Tr)

Gasto mximo ordinario

m/seg. Sub-

cuenca A

Sub-

cuenca B

Sub-

cuenca C

Sub-

cuenca D

Sub-

cuenca E

Cuenca

F

2 0 1 1 0 0 1

5 1 1 1 1 1 1

10 1 1 1 1 1 2

20 1 1 2 1 1 3

50 1 2 2 1 2 4

100 2 3 3 2 2 5

200 2 3 4 2 3 6

500 3 4 4 2 3 7

1000 3 5 5 3 4 8

Los datos obtenidos para las cuencas anteriores, representan los valores para el rea drenada hasta el sitio de

los cruces, de los arroyos con las vialidades y del sitio final de captacin del vaso de la presa de tierra,

correlacionndose como sigue:

Sub-cuenca y

Cuenca

Sitio de cruce

numero Vialidad y/o cuerpo de agua

A 1 B-11, en el Km. 0+238.84

B 2 A-1, en el Km. 0+701

C 3 B-10, en el Km. 0+080

C 4 B-4, en el Km. 0+534.50

D 5 A-1, en el Km. 0+349.90

E 6 B-4, en el Km. 0+390

F -- Presa de tierra (cuerpo de agua)

V.- Anlisis del comportamiento del vaso de agua artificial (presa de tierra)

El cuerpo de agua artificial (presa de tierra) cuenta con un vertedor de concreto armado en la margen

izquierda, el cual a demostrado suficiencia hidrulica en un periodo de 10 aos de observacin; de acuerdo a

los datos geomtricos y topogrficos que se obtuvieron y recopilaron de este sitio, se tiene que la presa cuenta

con las caractersticas fsicas siguientes:

Cortina de tierra

Longitud igual a 108 m

Ancho de corona igual a 8.00 m

Elevacin de la corona igual a 4.70 m

Talud en paramento hmedo 1.5:1

Talud en paramento seco 3:1

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Vertedor en margen izquierda

Longitud efectiva de 6.00 m

Ancho de 6.00 m

Elevacin de la cresta igual a 4.10 m

Carga sobre el vertedor

Vaso de almacenamiento

Capacidad til de 24,270 m al N.A.M.O.

Capacidad adicional de regulacin de 5,825 m

Anlisis de la capacidad mxima de descarga del vertedor

Considerando un vertedor de cresta ancha y utilizando la formula siguiente:

Q = CLH2/3

En donde:

Q = descarga en m/seg.

C = coeficiente de descarga variable

L = longitud efectiva del la cresta, en m

H = carga sobre la cresta del vertedor, en m.

Tomando un coeficiente igual a 1, por ser de cresta ancha, se tiene

Q = 1.0 x 6.00 x (0.60)2/3 = 2.78 m/seg.

Con este valor obtenido, la capacidad de descarga nos ubica en un periodo de retorno de alrededor de 20 aos.

Si admitiramos la posibilidad que la capacidad de regulacin de la presa fuera insuficiente y que se rebasara

la cortina con una lmina de agua de 0.10 m.; nos resultara un gasto de descarga por la cortina, como sigue:

Tomando un coeficiente igual a 1, por ser de cresta ancha, se tiene

Q = 1.0 x 108.00 x (0.10)2/3 = 3.41 m/seg.

Lo cual nos dara una capacidad adicional de descarga sobre la cortina de 3.41 m/seg.

La suma de las capacidades de descarga, presa mas vertedor, nos resulta en un total de 6.19 m/seg.; lo que

nos ubica a una capacidad de descarga total, para un periodo de retorno de 200 aos.

VI.- Conclusiones y recomendaciones:

La solucin para los cruces de las corrientes con las vialidades, se deber resolver con pasos

inferiores o superiores, dependiendo del proyecto arquitectnico que sea amable con el

ambiente; se recomienda proyectarlos para un gasto mximo ordinario, para un periodo de

retorno de 10 a 20 aos.

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Para el caso del cuerpo de agua artificial (presa de tierra), se estima que la capacidad del

vertedor es adecuada; en el caso de presentarse un fenmeno extraordinario que rebasara esta

capacidad, el excedente se vertera sobre la cortina de tierra, la cual como ya se indic, con una

lmina de 10 cm. nos dara una capacidad de descarga conjunta de mas de 6 m/seg., la que

rebasa en un 50%, el gasto obtenido para un periodo de retorno de 50 aos.

Para el caso de las edificaciones en los lotes circundantes, aguas arriba del vaso de la presa, se

recomienda que las construcciones se desplanten a partir de la cota 4.90 m., para protegerlas de

alguna eventualidad pluvial extraordinaria

VII.- Bibliografa:

Campos Aranda; Procesos del Ciclo Hidrolgico Tomos 1 y 2, Universidad Autnoma de San Lus Potos

Campos Aranda; Manual para la Estimacin de Avenidas Mximas en Cuencas y Presas Pequeas.-

Direccin General de Obras hidrulicas y de Ingeniera Agrcola para el Desarrollo Rural (SARH),

Enero de 1982.

CFE, Instituto de Investigaciones Elctricas; Manual de Diseo de Obras Civiles, Hidrotecnia,

Hidrologa, 1980

Rolando Springal G.; Hidrologa, U'AM

Francisco Javier Aparicio Mijares; Fundamentos de Hidrologa de Superficie, Edicin 1992.

United States Departament Of The Interior, Bureau Of Reclamation; Diseo de Presas Pequeas, Editorial

CECSA 1966.