Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
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4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 22, 23 y 24 de septiembre 2016 Memorias
SIMULACION DEL FLUJO DEL ESCURRIMIENTO PRINCIPAL DE LA
BARRANCA TONALAPA EN DIFERENTES PERIODOS DE RETORNO
Yolanda Casarrubias Castillo
Unidad academica de Ingenieria de la UAGro
Programa verano uagro
Area Vii: Ingenierias
M.C Martin Zuñiga Gutierrez
Investigador de la unidad academica de Ingenieria UAGro
Resumen
Realizar una simulación de flujo del cauce principal de la barranca Tonalapa, con el
propósito de conocer el gasto aproximado que pudiese estar pasando por esta, en determinados
periodos de retorno, esto para proponer una obra constructiva que brinde seguridad para las
personas que se encuentran viviendo en los márgenes de la barranca.
Palabras Clave: Gasto, estudio hidrológico, periodo de retorno, cauce.
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Introducción
Sabemos que, uno de los grandes factores que provocan la construcción de viviendas en
laderas y sobre barrancas es el crecimiento poblacional y como consecuencia la falta de espacio
físico en la ciudad o área urbana; por esto y otras razones es que debemos de dar a nuestra
sociedad opciones a través de estudios analíticos, que establezcan soluciones coherentes y
prácticas para el buen estado de las viviendas construidas a lo largo de dichas barrancas, en las
distintas circunstancias en que éstas se encuentren construidas o planificadas, esto con el fin de
generar alternativas de solución a dicho problema.
Materiales y Métodos
Metodología: La presente investigación se realizó en la ciudad de Chilpancingo de los
Bravo, en la barranca Tonalapa que se encuentra ubicada al sureste de la ciudad, abarcando parte
de 8 colonias y en sus márgenes podemos encontrar un aproximado de 367 viviendas como se
muestra en la figura 1. La barranca tiene una longitud de 2.763km, un área de 1.21km2, un
desnivel de 255 m y una pendiente de 9.23% aproximadamente.
Figura 1: Colonias y viviendas ubicadas en la barranca Tonalapa.; Fuente: plano
topográfico proporcionado por el Mc. Martin Zúñiga Gutiérrez.
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Utilizando las precipitaciones máximas a 24 hrs de la cuidad de Chilpancingo y con la
ayuda del programa simulador SIATL pudimos obtener gastos aproximados en diferentes
periodos de retorno esto con el fin de tener un comportamiento aproximado de los gastos que
pudiesen presentarse en la barranca.
Materiales y herramientas:
Computadora (papelería de office)
Programa simulador SIATL
Google eart
AutoCAD
Libreta de apuntes
Lo primero que se realizó en esta investigación fue la visita en campo, después de acuerdo a las
precipitaciones de la cuidad de Chilpancingo a partir del año 1982 al año 2015 se comenzó a
hacer el análisis hidrológico correspondiente a la barranca Tonalapa; también por medio del
programa simulador SIATL y de la carta topográfica obtuvimos: área, longitud, desnivel de la
barranca y la pendiente del cauce principal
Figura 2: Escurrimientos principales en la ciudad de Chilpancingo; Fuente: SIATL
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Figura 3: Croquis de ubicación de la cuenca de la barranca Tonalapa.; Fuente: SIATL
También obtuvimos el perfil del cauce principal de la barranca Tonalapa.
Figura 4 Perfil del cauce principal por medio del programa SIATL
BARRANCA TONALAPA
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De los cálculos realizados obtuvimos los gastos que estarán escurriendo por la barranca en
determinados periodos de retorno, esto gracias a los cálculos hidrológicos por diferentes métodos
para calcular el flujo de una cuenca.
• Coeficiente de escurrimiento de la cuenca
Utilizando la información contenida en el estudio geológico, con apoyo en las fotografías aéreas
y en las cartas topográficas, geológicas, edafológicas y de uso del suelo, y con base en los datos
recabados durante el reconocimiento de campo, se determina el coeficiente de escurrimiento de la
cuenca, definido por las condiciones de su superficie
Ce= 0.18
Metodo racional
Tabla 1. Gastos obtenidos utilizando el método racional. Qmp=Ce*Illuvia*Ac/360
DATOS DE ENTRADA Área de la cuenca (Ac) 121.12 ha Coeficiente de escurrimiento (Ce) 0.18 Longitud del cauce principal (Lc) 2,763.68 m Desnivel del cauce principal (Hc) 255.00 m Pendiente del cauce principal 0.0923
RESULTADOS Tiempo de concentración (tc) 21.80 min Intensidad de lluvia (i) 5AÑOS 92.68 mm/hr Intensidad de lluvia (i) 10 AÑOS 116.38 mm/hr Intensidad de lluvia (i) 20 AÑOS 139.66 mm/hr Intensidad de lluvia (i) 25 AÑOS 147.09 mm/hr Intensidad de lluvia (i) 50 AÑOS 170.03 mm/hr Intensidad de lluvia (i) 100 AÑOS 192.80 mm/hr Intensidad de lluvia (i) 500 AÑOS 245.22 mm/hr Intensidad de lluvia (i) 1,000 AÑOS 267.65 mm/hr Intensidad de lluvia (i) 10,000 AÑOS 341.78 mm/hr Gasto máximo probable (Q5 AÑOS) 5.71 m3/s
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Gasto máximo probable (Q10 AÑOS) 7.18 m3/s Gasto máximo probable (Q20 AÑOS) 8.61 m3/s Gasto máximo probable (Q25 AÑOS) 9.07 m3/s Gasto máximo probable (Q50 AÑOS) 10.48 m3/s Gasto máximo probable (Q100 AÑOS) 11.89 m3/s Gasto máximo probable (Q500 AÑOS) 15.12 m3/s Gasto máximo probable (Q1,000 AÑOS) 16.50 m3/s Gasto máximo probable (Q10,000 AÑOS) 21.07 m3/s
Fuente: Formulas de Excel, elaboración propia.
Método racional modificado
Tabla 2. Gastos obtenidos utilizando el método racional modificado. Qmp=0.028*Ce*(Pe/10)*Ac
PARÁMETROS HIDROLÓGICOS Área de la cuenca (Ac) 121.12 ha Coeficiente de escurrimiento (Ce) 0.18
RESULTADOS DE LA PRUEBA DEL ERROR ESTANDAR DISTRIBUCIÓN ERROR ESTANDAR CONCLUSIÓN
NORMAL 13.21 LOG-NORMAL 10.88 PEARSON III 6.70 Es la mejor LOG-PEARSON III 6.94 GUMBEL 9.49 Para la función de probabilidad PEARSON III Se tiene el siguiente análisis para diferentes periodos de retorno: Periodo de retorno (años) Precipitación esperada (mm) Gasto máximo (m3/s)
1.05 28.36 1.76 2 51.08 3.17 5 78.90 4.90 10 99.08 6.16 20 118.89 7.39 25 125.22 7.78 50 144.75 9.00 100 164.13 10.20 500 208.76 12.98
1,000 227.85 14.16 10,000 290.96 18.08
Fuente: Formulas de Excel, elaboración propia.
Tabla 3. Resumen de gastos obtenidos por los diferentes métodos utilizados y en diferentes
periodos de retorno.
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PERIODO DE
RETORNO (AÑOS)
METODO RACIONAL-
PERSON III (m3/seg)
METODO RACIONAL MODIFICADO- LOG-PERSON III (m3/seg)
METODO HIDROGRAMA
UNITARIO TRIANGULAR (m3/seg)
PROMEDIO
(m3/seg)
5 5.71 4.90 0.59 3.74 10 7.18 6.16 2.16 5.16 20 8.61 7.39 3.98 6.66 25 9.07 7.78 4.6 7.15 50 10.48 9.00 6.65 8.71 100 11.89 10.20 8.83 10.31 500 15.12 12.98 14.24 14.11
1,000 16.50 14.16 16.69 15.79 10,000 21.07 18.08 25.13 21.43 Fuente: Formulas de Excel, elaboración propia.
Resultados
A partir de la información obtenida en el presente informe, se puede concluir que los
resultados obtenidos por la investigación llevada a cabo pueden aplicarse actualmente a las
condiciones físicas del sitio donde se encuentran ubicadas las viviendas afectadas. Los resultados
hidrológicos e hidráulicos desarrollados en el sitio donde se encuentra la Barranca “Tonalapa”,
permitirá a un especialista hidráulico considerar los datos hidráulicos obtenidos para un posible
diseño estructural de una obra tipo, así como tomar en cuenta las dimensiones mínimas de la
estructura, así como el espacio libre vertical mínimo que ha de dejarse entre el nivel de aguas de
diseño (NADI), considerando todas las aportaciones que tiene el mismo, así como las
regulaciones que existen sobre su cauce, determinando tramos específicos del escurrimiento
principal, y el gasto para el cual se debe realizar el diseño de un Proyecto Ejecutivo.
Discusión y conclusiones
Respecto al análisis hidráulico que se llevó a cabo obtuvimos la siguiente conclusión: para
un periodo de retorno de 100 años, se tiene un gasto de 10.31 m3/s que podría escurrir en el cauce
principal de la barranca Tonalapa, por lo que la estructura que se podrá proponer para que las
viviendas tengan un índice de seguridad regular deberá de tener como mínimo las dimensiones
que se muestran en la tabla siguiente.
Tabla 4. Dimensionamiento propuesto para el diseño de la estructura hidráulica.
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Area Hdca (km2)
Desnivel Cuenca
(m)
Log cauce(Km)
S plantilla
Tc (hrs)
Intensidad I
Coef C
Q (m3/seg)
Coef Manning
Ancho prop (m)
Tirante (m)
Area Hdca (m2)
1.21 255.00 2.73 0.0200 0,363 193 0.30 10.31 0.100 3.20 2.35 7.53
Por lo que utilizando un gasto de diseño a un periodo de retorno de Tr: 100 años,
llegamos al resultado que para brindar una seguridad a las viviendas construidas a lo largo del
cauce de la barranca, se necesita construir una canal con unas dimensiones de 3.20 de ancho, una
altura de 3.00 metros (para que exista un bordo libre de acuerdo al tirante, tirante: 2.35 m), y
podría ser de mampostería de piedra o muros de concreto armado. Así de este modo se
garantizaría la seguridad de las viviendas construidas en los márgenes del cauce principal de la
barranca “Tonalapa”.
Agradecimientos
A mis padres:
Por su apoyo que me brindaron en este proceso de investigación, por la paciencia que han tenido
para conmigo, así como los ánimos que me dan dia con dia y principalmente por la confianza que
me han dado desde el inicio de mi carrera hasta ahora.
A mi novio:
Por la paciencia, respeto y amor que ha tenido hacia mí al enseñarme, apoyarme, compartiendo
sus conocimientos conmigo y por ayudarme en la elaboración de esta investigación y en cada
paso que doy.
A mi asesor:
Por brindarme las herramientas necesarias para la elaboración de esta investigación, así como su
tiempo que ha dedicado en la revisión de mi trabajo.
Referencias
• http://antares.inegi.org.mx/analisis/red_hidro/SIATL/# • hhttp://buscador.inegi.org.mx/search?q=chilpancingo+de+los+bravo
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• http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Publicaciones/Publicaciones/Libros/01AlcantarilladoPluvial.pdf
• http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/noticias/2012/Documents/FICHAS%20TECNICAS%20E%20INSTRUCTIVOS%20NAVA/INSTRUCTIVO_HIDROLOG%C3%8DA.pdf
• hhttp://buscador.inegi.org.mx/search?q=chilpancingo+de+los+bravo • ttp://smn.cna.gob.mx/es/informacion-‐climatologica-‐ver-‐estado?estado=gro • http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/3176/Metodolog
%C3%ADa%20para%20el%20an%C3%A1lisis%20hidrol%C3%B3gico%20de%20cuencas%20rurales%20de%20peque%C3%B1as%20dimensiones.pdf?sequence=1