Estudio Hidrologico Drenaje Pluvial

Juan José Salmón Tinajero Ingeniero Civil

Consultoría en Hidráulica e Hidrología

Estudio Hidrológico de Drenaje Pluvial para el Fraccionamiento Campest re Agropecuario Ubicado en el Rancho “El Cortijo” Municipio de Tampico Alto, Ver.

CO'TE'IDO I.- Objetivo del Estudio II.-Antecedentes Localizaciòn Clima Topografia Suelos Vegetación III.-Recopilación de Información Datos pluviométricos Planos topográficos Visitas de campo IV.-Análisis y cálculo Hidrológico Determinación de áreas tributarias (cuencas y sub-cuencas) Determinación de la pendiente media Análisis de la precipitación máxima en 24 horas Determinación de los tiempos de concentración Determinación del tiempo pico de la tormenta Calculo de la duración de la tormenta Obtención de las curvas P-D-Tr (precipitación-duración-periodo de retorno) Calculo de gastos máximos − Memoria de calculo V.- Análisis del comportamiento del vaso de agua artificial (presa de tierra) VI.-Conclusiones y Recomendaciones VII.- Bibliografía VIII.- Anexos Plano de cuencas Nabor Carrillo No. 305, Col Universidad c.p. 89109; tel 01-833-2132667 Cd. Madero, Tam.



I.- Objetivo del estudio El estudio en cuestión, tiene como finalidad, realizar el análisis y calculo de los escurrimientos máximos 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. Así mismo, con base en los resultados obtenidos, se fijaran los parámetros para realizar los proyectos hidráulicos de las estructuras que se requieran; estudiando también, el comportamiento de los cuerpos de agua ubicados en el predio.

I.- Antecedentes Localización El sitio en estudio, en el que se desarrollará 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 Chávez, 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 pórtico principal del predio. Las coordenadas geográficas del sitio son las siguientes: 22º06’30” Latitud Norte y 97º49’30” Longitud Oeste; contando con una altura media del orden de los 35.0 m., sobre el nivel del mar. Clima El clima de la región es cálido, entre los meses de Mayo a Septiembre, con ambiente caluroso durante el día, tornándose fresco por la tarde, por efecto de la “brisa” provocada por los vientos del Sureste; el resto del año, 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 está localizado en la zona de trayectorias ciclónicas del Golfo de México, presentándose algunos años con precipitaciones abundantes, en los meses de Septiembre y Octubre, mismas que llegan a alcanzar valores importantes. Topografía La topografía del terreno es irregular con lomeríos 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. Suelos De acuerdo a los datos consignados, en el Estudio de Mecánica 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 café, desde la profundidad de 0.60 m, hasta una profundidad promedio de 2.40 m, subyaciendo a estos horizontes las lutitas. Vegetación El sitio en estudio, está conformado principalmente por zonas de pastos, con una población pequeña de árboles y arbustos que proveían de sombra al ganado vacuno, que se mantenía en el rancho. Nabor Carrillo No. 305, Col Universidad c.p. 89109; tel 01-833-2132667 Cd. Madero, Tam.



III.- Recopilación de la Información Datos pluviometricos La información pluviométrica utilizada, está basada en los datos climatológicos de la Estación Meteorológica Tampico, situada en el Municipio de Tampico, Tam., contando con las coordenadas 22º 14’ 19’’ Latitud Norte y 97º 52’ 44’’ Longitud Oeste y con una altura de 40 m.s.n.m.. La estación, se encuentra localizada en la cuenca del rió Guayalejo, en la Región Hidrológica No. 26 (Cuenca del Río Panuco) y se eligió por la suficiencia de datos de observación y su cercanía con el sitio en estudio. Para la recopilación de datos se acudió a las oficinas, en la Ciudad de Tampico, Tam, de la Gerencia Regional Golfo Norte, de la Comisión Nacional del Agua; proporcionándonos los datos de precipitación máxima en 24 horas, para un periodo de observación de 1960 – 2004; mismos que se detallan a continuación: Datos de precipitación máxima en 24 horas (mm) Año

Máxima anual

1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001

61.0 80.0 184.0 151.3 52.3 59.0 104.8 151.4 54.0 115.3 147.8 78.6 142.5 248.2 187.5 105.6 122.0 243.0 84.5 102.7 80.5 165.9 75.5 88.5 180.0 102.9 50.1 63.8 143.5 148.5 193.2 150.0 141.4 118.0 105.0 69.5 98.0 151.0 93.0 105.5 140.0 150.3

Nabor Carrillo No. 305, Col Universidad c.p. 89109; tel 01-833-2132667 Cd. Madero, Tam.



2002 2003 2004

89.1 108.2 133.7

Planos topográficos Se recibió por parte del Cliente, plano topográfico del predio, con planimetría y altimetría, en escala 1: 2000, levantado con estación total; la altimetría cuenta con configuración 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 información topográfica correspondiente. Visitas de campo Se realizaron dos visitas de campo al sitio en estudio, para verificación de las características fisiográficas del lugar, tales como: topografía, suelos, vegetación, etc.; así mismo constatar, las características físicas y geométricas de los sitios de cruce y de los cuerpos de agua localizados en el sitio.

IV.- Análisis y cálculo hidrológico Como ya se mencionó anteriormente, el sitio en estudio esta conformado por una topografía irregular, con lomeríos suaves, que presentan pendientes que van del 2 al 3 por ciento, descendiendo en sus cotas hacia el Noroeste, localizándose sus partes más altas en los extremos Noreste, Sureste y Suroeste del predio; existiendo en la mayoría de la zona, una vegetación 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, también de un extremo al otro. Ambas culminan, en un cuerpo de agua dulce artificial (presa de tierra), ubicada también en el extremo Noroeste del predio. Así mismo, en el predio se cuenta con otro cuerpo de agua dulce, el cual es un ojo de agua natural (jagüey) debidamente confinado, ubicado en el centro de la porción 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 (jagüey), cuenta con una capacidad útil de almacenamiento de 2,100 m³ (al N.A.M.O.) y una capacidad adicional para regulación de 480 m³ (al N.A.M.E). Está 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 húmedo; 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, transitándolos 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.




Determinación de áreas tributarias Con base en los planos topográficos y cartas de INEGI y para los fines del estudio hidrológico 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, identificándose cinco sub-cuencas y una cuenca general (se anexa plano de ubicación de cuencas), con las superficies siguientes:

Concepto Superficie drenada en has.

Subcuenca A

Subcuenca B

Subcuenca C

Subcuenca D

Subcuenca E

Cuenca F

14.54

24.41

31.17

11.47

19.14

58.64

Determinación de la

pendiente media

Utilizando el mismo criterio anterior, se obtuvieron los datos de la pendiente media y la longitud del cauce principal: Concepto Longitud de la corriente, en m: Desnivel en m: Pendiente en %

Subcuenca A

Subcuenca B

Subcuenca C

Subcuenca D

Subcuenca E

Cuenca F

348 6 1.72

514 10 1.95

728 14 1.92

282 8 2.84

452 12 2.65

983 18 1.83

Análisis de la precipitación máxima en 24 horas Con base en los datos de precipitación máxima en 24 horas, registrados en la estación Tampico y utilizando la función probabilística de Gumbel, para diferentes periodos de retorno, se obtuvieron los resultados siguientes:

Periodo de retorno en años Tr 2 5 10 20 50 100 200 500 1000

Precipitación máxima en 24 hs. (mm) 116 158 186 211 243 266 288 321 345




Determinación de los tiempos de concentración Para el cálculo correspondiente, se utilizará la ecuación de Rowe 0.385

Tc ((0.87*L³)/H) En donde: Tc = tiempo de concentración, adimensional L = longitud de la corriente, en km. H = desnivel máximo, en m. Se anexa memoria de cálculo correspondiente, de las diferentes cuencas, en hojas adicionales.

Determinación del tiempo de pico de la tormenta Para el cálculo correspondiente, se utilizará la ecuación siguiente: Tp = 0.6 Tc + (D/2) En donde: Tp = tiempo de pico D = duración en horas. Se anexa memoria de cálculo correspondiente, de las diferentes cuencas, en hojas adicionales.

Calculo de la duración de la tormenta Para el cálculo correspondiente, se utilizará la ecuación siguiente: D = 2 (Tc)

1/ 2

En donde: Tc = tiempo de concentración D = duración en horas. Se anexa memoria de cálculo correspondiente, de las diferentes cuencas, en hojas adicionales.

O b t e n c i ó n d e l a s c u r v a s P-D-Tr (precipitación-duración-periodo de retorno) Para el cálculo correspondiente, se utilizará la ecuación siguiente: t

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

0.25

- 0.50) P

60

(2)

En donde: P = precipitación en mm t = tiempo en minutos, según la duración




Tr = periodo de retorno en años Ln = logaritmo natural P

60

(2)= lluvia de duración una hora y periodo de retorno 2 años

t

P (Tr)= precipitación de duración t minutos y periodo de retorno Tr en años, en mm Se anexa memoria de cálculo correspondiente, de las diferentes cuencas, en hojas adicionales.

Calculo de gastos máximos Para la obtención de los gastos máximos, para diversos periodos de retorno, sin contar con información hidrométrica, se utilizaran los métodos de las normas hidrológicas de la CNA y la CFE y los métodos empíricos mostrados a continuación:

GASIR (Comisión Nacional del Agua) CFE (Comisión Federal de Electricidad) Gete U.S. Soil Conservation Morgan Método Racional

De conformidad con los datos fisiográficos obtenidos de las cuencas y la precipitación máxima en 24 horas, para los diferentes periodos de retorno, se realiza la siguiente: −

Memoria de calculo




En el cuadro siguiente se resumen los gastos adoptados para las diferentes sub-cuencas, obtenidos de los métodos anteriores, para los diversos periodos de retorno.

Periodo de retorno en años (Tr) 2 5 10 20 50 100 200 500 1000

Gasto máximo ordinario m³³/seg. Subcuenca A

Subcuenca B

Subcuenca C

Subcuenca D

Subcuenca E

0 1 1 1 1 2 2 3 3

1 1 1 1 2 3 3 4 5

1 1 1 2 2 3 4 4 5

0 1 1 1 1 2 2 2 3

0 1 1 1 2 2 3 3 4

Cuenca

F 1 1 2 3 4 5 6 7 8

Los datos obtenidos para las cuencas anteriores, representan los valores para el área drenada hasta el sitio de los cruces, de los arroyos con las vialidades y del sitio final de captación del vaso de la presa de tierra, correlacionándose como sigue:

Sub-cuenca y Cuenca A B C C D E F

Sitio de cruce numero 1 2 3 4 5 6 --

Vialidad y/o cuerpo de agua B-11, en el Km. 0+238.84 A-1, en el Km. 0+701 B-10, en el Km. 0+080 B-4, en el Km. 0+534.50 A-1, en el Km. 0+349.90 B-4, en el Km. 0+390 Presa de tierra (cuerpo de agua)

V.- Análisis 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 hidráulica en un periodo de 10 años de observación; de acuerdo a los datos geométricos y topográficos que se obtuvieron y recopilaron de este sitio, se tiene que la presa cuenta con las características físicas siguientes: Cortina de tierra − Longitud igual a 108 m − Ancho de corona igual a 8.00 m − Elevación de la corona igual a 4.70 m − Talud en paramento húmedo 1.5:1 − Talud en paramento seco 3:1




Vertedor en margen izquierda − Longitud efectiva de 6.00 m − Ancho de 6.00 m − Elevación de la cresta igual a 4.10 m − Carga sobre el vertedor

Vaso de almacenamiento − Capacidad útil de 24,270 m³ al N.A.M.O. − Capacidad adicional de regulación de 5,825 m³

Análisis de la capacidad máxima de descarga del vertedor Considerando un vertedor de cresta ancha y utilizando la formula siguiente: Q = CLH

3/ 2

En donde: Q = descarga en m³/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)

3/ 2

= 2.78 m³/seg.

Con este valor obtenido, la capacidad de descarga nos ubica en un periodo de retorno de alrededor de 20 años. Si admitiéramos la posibilidad que la capacidad de regulación de la presa fuera insuficiente y que se rebasara la cortina con una lámina de agua de 0.10 m.; nos resultaría 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)

3/ 2

= 3.41 m³/seg.

Lo cual nos daría una capacidad adicional de descarga sobre la cortina de 3.41 m³/seg. La suma de las capacidades de descarga, presa mas vertedor, nos resulta en un total de 6.19 m³/seg.; lo que nos ubica a una capacidad de descarga total, para un periodo de retorno de 200 años.

VI.- Conclusiones y recomendaciones: −

La solución para los cruces de las corrientes con las vialidades, se deberá resolver con pasos inferiores o superiores, dependiendo del proyecto arquitectónico que sea amable con el ambiente; se recomienda proyectarlos para un gasto máximo ordinario, para un periodo de retorno de 10 a 20 años. Nabor Carrillo No. 305, Col Universidad c.p. 89109; tel 01-833-2132667 Cd. Madero, Tam.



−

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 fenómeno extraordinario que rebasara esta capacidad, el excedente se vertería sobre la cortina de tierra, la cual como ya se indicó, con una lámina de 10 cm. nos daría una capacidad de descarga conjunta de mas de 6 m³/seg., la que rebasa en un 50%, el gasto obtenido para un periodo de retorno de 50 años.

−

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.- Bibliografía: Campos Aranda; Procesos del Ciclo Hidrológico Tomos 1 y 2, Universidad Autónoma de San Luís Potosí Campos Aranda; Manual para la Estimación de Avenidas Máximas en Cuencas y Presas Pequeñas.Dirección General de Obras hidráulicas y de Ingeniería Agrícola para el Desarrollo Rural (SARH), Enero de 1982. CFE, Instituto de Investigaciones Eléctricas; Manual de Diseño de Obras Civiles, Hidrotecnia, Hidrología, 1980 Rolando Springal G.; Hidrología, U'AM Francisco Javier Aparicio Mijares; Fundamentos de Hidrología de Superficie, Edición 1992. United States Departament Of The Interior, Bureau Of Reclamation; Diseño de Presas Pequeñas, Editorial CECSA 1966.


Estudio Hidrologico Drenaje Pluvial

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