270-ANALISIS-HIDRAULICO-DE-DRENAJE-SUPERFICIAL-DE-LA-REFINERIA-DE-SALINA-CRUZ-OAXACA

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INSTITUTO  POLITÉCNICO  NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA 
UNIDAD ZACATENCO 
ASESOR: 
ING. RAÚL MANJARREZ ANGELES 
MÉXICO D.F. MARZO DEL 2005 
“ANÁLISIS HIDRÁULICO DE DRENAJE 
SUPERFICIAL DE LA REFINERÍA DE 
SALINA CRUZ OAXACA” 
T          E  S          I         S 
QUE  PARA OBTENER EL TITULO DE: 
I N G E N I E R O  C I V I L 
P       R       E       S       E       N       T      A: 
CARLOS ALBERTO HERNÁNDEZ ORTIZ
INDICE 
ANÁLISIS HIDRÁULICO DE DRENAJE SUPERFICIAL DE LA REFINERÍA DE 
SALINA CRUZ, OAXACA. 
CAPITULO I.­ MARCO TEÓRICO 
1.1.­ INTRODUCCIÓN 
1.1.2.­ JUSTIFICACIÓN 
1.1.3.­ OBJETIVO 
1.2.­ ANTECEDENTES 
1.3.­ DESCRIPCIÓN DEL SITIO DE ANÁLISIS 
1.4.­ SITUACIÓN GEOGRÁFICA 
1.5.­ VÏAS DE COMUNICACIÓN 
1.6.­ CLIMATOLOGÍA 
1.6.1.­ CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS 
1.6.2.­ TEMPERATURA 
1.6.3.­ PRECIPITACIÓN 
1.7.­ TIPO DE SUELO 
1.8.­ REGIONALIZACIÓN SÍSMICA. 
1.9.­ EVENTOS CLIMATOLÓGICOS EXTREMOS EN LA ZONA 
CAPITULO II.­ ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
2.1.­ DESCRIPCIÓN DE FLUJO 
2.1.1.­ TIPOS DE FLUJO 
2.1.2.­ ESTADO DE FLUJO 
2.2.­ CLASES DE CANALES ABIERTOS. 
2.2.1.­ GEOMETRÍA DE CANAL 
2.2.2.­ ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UNA SECCIÓN DE UN CANAL. 
2.2.3.­ DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES. 
2.3.­ DISEÑO HIDRÁULICO DE UN CANAL 
2.4.­ CANALES COMUNES QUE MUESTRAN DIFERENTES VALORES DE “n” 
2.5.­ VALORES PARA EL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD 
CAPITULO III.­ ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
3.1.­ DEFINICIÓN Y OBJETIVO DE LA HIDROLOGÍA 
3.1.1.­ REGIONES HIDROLÓGICAS 21 y 22 
3.2.­ CICLO HIDROLÓGICO 
3.3.­ HIDROGRAFÍA 
3.4.­ RELACION LLUVIA ESCURRIMIENTO 
3.4.1.­ MÉTODO DE LAS ENVOLVENTES. 
3.4.2.­ LA FÓRMULA RACIONAL 
3.5.­PRECIPITACIÓN EN LA ZONA DE ANÁLISIS 
3.5.1.­PERÍODO DE RETORNO 
3.5.2.­ COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO EN LA ZONA 
3.6.­ NÚMERO DE ESCURRIMIENTO  Y TIEMPOS PARCIALES EN LA ZONA 
1 
2 
4 
5 
6 
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97 
102 
105 
108 
113
INDICE 
CAPITULO IV.­ DISEÑO HIDRÁULICO 
4.­ DISEÑO HIDRÁULICO DE CANALES 
4.1.­ DISEÑO DE CANALES CON FLUJO UNIFORME 
4.1.1.­CANALES NO EROSIONABLES 
4.1.2.­MATERIAL Y REVESTIMIENTOS NO EROSIONABLES 
4.1.3.­ VELOCIDAD MÍNIMA PERMISIBLE 
4.1.4.­ PENDIENTE DE UN CANAL 
4.1.5.­ BORDO LIBRE 
4.2.­ PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 
4.3.­ PROPUESTA DE SECCIÓN TRANSVERSAL DE CANAL COLECTOR 
4.4.­ CÁLCULO DEL DIÁMETRO EN LAS TUBERÍAS DE DRENAJE 
4.5.­ LOCALIZACIÓN DE CANALES 
CONCLUSIONES 
BIBLIOGRAFÍA 
ANEXOS 
119 
120 
122 
122 
123 
124 
124 
126 
127 
131 
144 
146 
147 
150 
153
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
1 
CAPÍTULO I 
MARCO TEÓRICO
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
2 
1.1 INTRODUCCIÓN 
En el siglo pasado, Salina Cruz pasó, de ser una aldea de pescadores a un puerto 
de  altura  con  dimensiones  industriales,  que  hoy  se  puede  observar  en  su 
infraestructura portuaria y en su planta de refinación (PEMEX). 
Desde la llegada de los conquistadores al dominio indígena, la ubicación de este 
puerto  sirvió  de  zona  altamente  privilegiada  para  la  Colonia,  a  tal  grado  que 
Hernán Cortés planificó el lugar diseñando en ella los avances de un proyecto que 
nunca  dio  a  conocer,  sabiendo  que  justo  en  ese  entonces  se  fraguaba  una 
conspiración en su contra desde la Península Ibérica. 
Después  de  ese  suceso,  el  puerto  de  Salina  Cruz  esperó  tres  siglos más  para 
situar  el  proyecto  juarista  de  la  compañía  ferroviaria  "Leussiana"  que  nunca 
concluyó la obra. Sin embargo, décadas más tarde, Don Porfirio Díaz encomendó 
a  la  compañía  inglesa  "Pearson  and  Son  LTD",  la  construcción  del  puerto, 
planeación urbana del lugar y terminal ferroviaria. 
La refinería que se localiza en Salina Cruz , estado de Oaxaca fue el resultado de 
un minucioso estudio socioeconómico, tomando en cuenta los factores inherentes 
que el proyecto ameritaba para la construcción. 
Conforme  a  la  Infraestructura  de  la  zona  se  cuenta  con  las  instalaciones  del 
puerto  de  Salina  Cruz,  los  servicios municipales  y  vías  de  comunicación  en  la 
Región del Istmo de Tehuantepec, con el resto del país.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
3 
De  acuerdo  con  el  programa  de  desarrollo  regional,  el  área  de  Salina  Cruz, 
adolece  de  centros  de  trabajo,  específicamente  del  centro  industrial  ,  con  la 
finalidad de atender las necesidades del acelerado crecimiento demográfico. 
Y  los más  importante es  la  comunicación directa  con el  Litoral del pacifico, que 
permite el abastecimiento de energéticos, suficientes para cubrir la demanda del 
mercado tanto Nacional como Internacional. 
La refinería “Ing. Antonio Do valí Jaime” consta de todos los procesos necesarios 
para  la obtención de  los productos  finales para consumo nacional y exportación 
en la calidad que se quieren en el mercado. 
En 1975,  se  inicio  la  constricción de  la Refinería y de acuerdo con el programa 
antes  establecido,  este  centro  industrial  se  conformo  en  tres  etapas  de 
construcción. 
A  principios  de  1978  con  el  arranque  de  la  planta  primaria  y  servicios 
correspondientes.  En  está  primera  etapa  la  Refinería  procesa  Crudo  Cretácico 
provenientes de los campos de Samaria, Sitio Grande y Cactus. 
En la segunda etapa de la Refinería provee un aumento en el proceso de 470,000 
BPD (Barriles  Por Día) con la finalidad de atender las necesidades Nacionales en 
el Océano Pacífico.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
4 
1.1.2 JUSTIFICACIÓN 
La ingeniería de canales abiertos es una de las ramas de la ingeniería Civil, esta 
es muy  importante  para  la  elaboración  de  proyectos  y  para  la  canalización  de 
aguas de lluvia. 
En los últimos años han venido desarrollándose con rapidez proyectos de recursos 
hidráulicos y trabajos de ingeniería hidráulica en todo el mundo. 
Los principales tipos de conductos a superficie libre son: 
Canales, corrientes naturales y conductos cerrados parcialmente llenos. 
El  diseño  de  los  canales,  como  el  de  cualquier  obra  de  Ingeniería  Civil,  debe 
considerarse diversos aspectos además del estrictamente hidráulico. La seguridad 
es  generalmente  la  condición  primera a  cumplir  (en  su  caso);  la  eficiencia  y  la 
economía  de  las  restantes  más  comunes,  intervienen  factores  tales  como  los 
siguientes: 
a) El medio  físico:  topografía, hidrología, geología, características mecánicas del 
suelo y climatología. 
b) Uso al que se destinará el canal o sistema de canales; si servirá para riego, se 
considera entre otras las características agronómicas. 
c) Si el canal será revestido; en caso negativo, las características del suelo donde 
será  excavado  (en  relación  con  la  infiltración,  la  estabilidad  de  taludes  y  la 
susceptibilidad a socavación o deposito) y las del líquido a transportar, (respecto 
al transporte de sedimentos).
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
5 
1.1.3 OBJETIVO 
El  objetivo  primordial  de  este  trabajo  es  lograr  la  canalización  de  las  aguas de 
lluvia por medio del canal colector y el canal 1 para evitar que las instalaciones de 
la  refinería  sufran  inundaciones  y  dichas  instalaciones  se  deterioren,  debido  a 
esto se realizaron estudio climatológicos e hidrológicos para obtener los datos con 
los  cuales  se  procedió  a  diseñar    los  dos  canales  para  que  estos  resulten 
eficientes cuando sean requeridos.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
6 
1.2 ANTECEDENTES. 
Se  analiza  el  problema  de  las  inundaciones,  partiendo  de  una  perspectiva 
histórica que, en esencia, muestra que el problema ha sido recurrente desde  la 
época de  los aztecas, que siempre se ha buscado una solución que no implique 
detener  el  crecimiento  de  la  urbanización,  pero  que  también  es  cierto  que  las 
"soluciones"  no  han  sido  preventivas,  sino  que  se  han  desarrollado  después de 
que se presentan inundaciones catastróficas. 
El problema de lasinundaciones  es añejo y, en correspondencia, añeja ha sido la 
capacidad de los ingenieros para encontrar soluciones al respecto. 
Debido  a  esto  se  analiza  la  problemática  que  sufre  la  Refinería  ya  que  la 
temporada de  lluvia comienza a partir del mes de Junio y  finaliza en el mes de 
Octubre la Refinería “Ing. Antonio Do valí Jaime” sufre el problema particular de 
inundaciones, las cuales afectan a las instalaciones de dicha refinería. 
En  virtud  de  toda  está  problemática  que  ocasiona  a  las  instalaciones  de  la 
Refinería,  las  aportaciones  pluviales  provenientes  de  las  zonas  aledañas  a  las 
mismas,  es  necesario  canalizar  dichos  escurrimientos  de  tal  manera  que  estos 
puedan ser conducidos libremente al zanjón, como cuerpo receptor sin provocar 
daños como inundaciones ò deslaves. 
La solución que se propone es a base de canales abiertos mediante los cuales se 
pueden  colectar  tanto  los  escurrimientos  provenientes  del  exterior  como  los 
propios de las áreas por las que atraviesan estas. 
Dichos  canales  van  a  tener  la  función  de  solucionar  la  problemática  por 
contingencia que cada año sufre la refinería en las épocas de lluvia.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
7 
1.3 DESCRIPCION DEL SITIO DE ANALISIS 
El área donde fue construida la Refinería, es de clima tropical y el terreno es de 
llanura  formada  con  materiales  aluviales  y  lacustres  procedentes  de  gravas, 
arenas  y  arcillas  de  edad  cuaternaria,  que  cubren  las  rocas  sedimentarias 
preexistentes  en    el  subsuelo  y  cuyos  espesores  son  variables  hasta  una 
profundidad de 100 metros. 
Los terrenos se encuentran comprendidos dentro de los ejidos del Boca del Río, 
Salina Cruz, San José del Palmar y San Pedro Huilotepec, sobre un total de 800 
hectáreas  localizadas  entre  Santo  Domingo  Tehuantepec  y  el  Puerto  de  Salina 
Cruz. 
La  creciente  demanda  de  combustóleo,  destilados  y  gas  licuado  en  la  zona  del 
pacífico, así como la disponibilidad de la materia prima suficiente, dieron origen a 
la  necesidad  de  construir  la  Refinaría  “Ing.  Antonio  Do  valí  Jaime”  en  la 
jurisdicción  de  la  zona  sur,  en  el  municipio  de  Salina  Cruz,  Oax.,  inaugurada 
oficialmente en abril de 1979. Esta Refinería que tiene como objetivo primordial 
elaborar  los  productos  destilados  y  residuales  para  abastecer  el  consumo  del 
litoral del pacífico, cuenta además con la infraestructura de almacenamiento para 
la  exportación  de  petróleo  crudo  para  algunos  países  de  oriente 
La  refinería  se  encuentra  localizada  en  una  superficie  total  de  600  hectáreas, 
distante  a  cinco  kilómetros  al  noreste  de  la  ciudad  y  puerto  de  Salina  Cruz. 
El municipio de Salina Cruz se ubica sobre  la costa del Océano Pacífico, en una 
latitud norte 16º09”30” y longitud oeste 95º1”30” y está catalogado como puerto 
de altura y gran cabotaje.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
8 
La Refinería “Ing. Antonio Do valí Jaime”  de salina Cruz, Oax. está integrada por 
plantas  de  proceso,  en  las  cuales  se  llevan  a  cabo  procesos  primarios  y 
secundarios hasta la obtención de productos derivados del petróleo. 
La capacidad instalada en la Primera Etapa es de 170,000 BPD (Barriles Por Día) 
de crudo, teniendo la flexibilidad de poder procesar Petróleo Crudo tipo Cretácico 
100% o mezcla de crudos tipo Cretácico / marino 50/50 % Vol.. 
Este  centro  industrial  cuenta  con  todos  los  servicios  necesarios  para  su 
funcionamiento,  los  cuales  son  proporcionados  Por  la  Planta  de  Servicios 
auxiliares,  la  cual  también  esta  programada  para  aumentar  su  capacidad 
conforme aumenta la capacidad de procesamiento de Petróleo Crudo en segunda 
y tercera etapa. 
Esta planta cuenta con equipos de gran capacidad para la generación de vapor y 
energía  eléctrica  por  lo  cual  la  Refinería  es  autosuficiente  ,  cuenta  además  con 
servicios externos de energía eléctrica proporcionados por la Comisión Federal de 
Electricidad .
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
9 
FIGURA 1.1 FOTOGRAFÍA AÉREA DEL SÍTIO DE ANÁLISIS 
(REFINERÍA ING. ANTONIO DO VALI JAIME)
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
10 
FIGURA 1.2  FOTOGRAFÍA AÉREA DEL SÍTIO DE ANÁLISIS 
(REFINERÍA ING. ANTONIO DO VALI JAIME)
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
11 
FIGURA 1.3.­ FOTOGRAFÍA AÉREA DEL SITIO DE ANÁLISIS 
(REFINERÍA ING. ANTONIO DO VALI JAIME)
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
12 
FIGURA 1.4.­ CARTA TOPOGRÁFICA DE SALINA CRUZ OAXACA
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
13 
1.4 SITUACIÓN GEOGRÁFICA 
La Refinería “Ing. Antonio Do valí Jaime” se encuentra localizado al noroeste de la 
Ciudad y Puerto de Salina Cruz, en el estado de Oaxaca, ubicada en la parte norte 
del Golfo  de  Tehuantepec,  en  el Océano  Pacífico  en  situación  geográfica  latitud 
norte 16° 9.6’ longitud oeste 95° 12.2’ y una altitud de 7.00 m sobre el nivel del 
mar, cuenta con una superficie aproximada de 800 Has., se localiza a 6 Km., de 
la Ciudad de salina Cruz, en los terrenos que pertenecieron a los ejidos de “Boca 
del Rió”, “San José del Palmar “ y Salina Cruz. 
El  área  de  estudio  se  encuentra  en  el  sureste  del  país,  dentro  de  los  paralelos 
16°04'30''  y 16°52'3'', de  latitud norte y  los meridianos 94°15'00''  y 95°24'30'' 
de longitud este (Fig. 1.5).
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
14 
FIGURA 1.5 PLANO DE SITUACIÓN  GEOGRÁFICA
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
15 
1.5.­ VÍAS DE COMUNICACIÓN. 
CARRETERAS.­  Salina  Cruz Oax.  Es  terminal  de  la  carretera  transismica  que  la 
unen con la ciudad y puerto de Coatzacoalcos, Ver., entroncada con la carretera 
costera a Huatulco. Existen también carreteras secundarias y caminos vecinales 
para los principales poblados del estado de Oaxaca. 
FERROCARRÍLES.­  Los  ferrocarriles  nacionales  extienden  su  servicio  hasta  el 
recinto  portuario,  con  espuelas  y  ramales  a  los  muelles  e  instalaciones  de 
Petróleos Mexicanos. Hay un servicio  regular diario de carga y pasaje de Salina 
Cruz a Coatzacoalcos, Veracruz. 
LÍNEAS  DE  NAVEGACIÓN  AÉREA.­  Salina  Cruz  Oax.  no  cuenta  con  línea  aérea 
comercial, sin embargo los puntos de enlace por este medio de transporte con el 
D.F. pueden hacerse en CD. Iztepec, Oax. y Sta. Cruz Huatulco Oax., Localizada a 
40 min. y 2 hrs. respectivamente de Salina Cruz Oax. por carretera. 
Cabe mencionar que en Salina Cruz existe un pequeño campo de aviación , apto 
para avionetas y bimotores exclusivamente. 
TRANSPORTES MARÍTIMOS.­ Para el transporte marítimo de altura existen líneas 
navieras  que  afectan  el  tráfico  entre  Salina  Cruz  y  los  puertos  mexicanos  del 
pacífico. Líneas navieras extranjeras llegan y salen en Salina Cruz con itinerarios 
diversos.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
16 
FIGURA 1.6 PLANO DE VÍAS DE COMUNICACIÓN
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
17 
1.6.1 CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS. 
De acuerdo con el  sistema de  clasificación  climática de Köppen, modificado por 
García  (1970),  en  la  zona  costera  sur  del  Istmo  de  Tehuantepec  (Fig1.7)  se 
presentan  los  siguientes  subtipos  de  climas  cálidos  y  semicálidos:  Awo(w)ig: 
cálido  húmedo  (temperatura media  del mes más  frío mayor  de  18°C),  el más 
seco  de  los  cálidos  subhúmedos  con  lluvias  de  verano,  con  un  cociente  P/T 
(precipitación total anual en mm sobre temperatura media anual en °C) menor de 
43.2,  un  porcentaje  de  lluvia  invernal  menor  de  5  de  la  anual,  isotermal  (en 
cuanto  a  la  oscilación  anual  de  las  temperaturas medias mensuales),  oscilación 
menor de 5°C con el mes más caliente antes de junio. Aw1(w)(i')g: Intermedio en 
cuanto  a  grado  de  humedad  entre  el más  seco  de  los  cálidos  subhúmedos,  un 
porcentaje de lluvia invernal menor de 5 de la anual, con poca oscilación(entre 5° 
y  7°C)  en  cuanto  a  la  oscilación  anual  de  las  temperaturasmedias mensuales, 
pero en partes esta zona es isotermal, con el mes más caliente antes de junio. 
Aw2(w)ig:  El  más  húmedo  de  los  cálidos  subhúmedos,  con  lluvias  en  verano, 
cociente P/T mayor de 55.3, un porcentaje de  lluvia  invernal menor de 5 de  la 
anual,  isotermal,  con  el  mes  más  caliente  antes  de  junio.  (A)C(w2)(w)ig: 
Semicálido,  el  más  cálido  de  los  templados  húmedos,  con  temperatura  media 
anual mayor de 18°C y la del mes más frío menor de 18°C, porcentaje de lluvia 
invernal menor de 5 de la anual, con verano fresco largo, temperatura media del 
mes más caliente entre 6.5°C y 22°C,  isotermal, con el mes mas caliente antes 
de junio. 
(A)C(fm)(i')g:  Semicálido,  el  más  cálido  de  los  templados  húmedos,  con 
temperatura media anual mayor de 18°C y la del mes más frío menor de 18°C, 
con  lluvias  todo  el  año,  por  ciento  de  lluvia  invernal  con  respecto  a  la  anual 
menor de 18, con poca oscilación anual de las temperaturas medias mensuales, 
entre 5° y 7°C, con el mes más caliente antes de junio.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
18
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
19 
FIGURA 1.7  TIPO DE CLIMA EN LA ZONA DE ESTUDIO
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
20 
1.6.2 TEMPERATURA EN LA ZONA DE ESTUDIO 
En  el  área  de  estudio  el  clima  es  tropical  lluvioso  con  lluvias  en  verano.  La 
temperatura en todos los meses es superior a 18°C y la precipitación es superior 
a 750 mm. 
El  clima que predomina es  seco­semicálido  con variaciones en algunas  regiones 
de  semi­cálido  sub.­húmedo  y  templado  sub.­húmedo,  considerando  el  dato 
anterior del clima, la temperatura varía de 17.1°C y los 26.2°C, siendo el régimen 
de  lluvias  en  los  meses  de  Junio  a  Septiembre,  adelantándose  en  algunas 
ocasiones en  los municipios donde predomina el  clima templado­subhúmedo en 
los meses de Abril y Mayo; teniendo una precipitación pluvial que va de los 460.8 
a los 2,454.8 m 3 . En base a lo anterior se concluye que el clima es tropical con 
temperatura media de 30°C, la temporada de lluvia principia en el mes de Junio y 
termina en el de Octubre, los vientos del norte soplan de Octubre a Marzo. 
Temperatura. 
Es la medida del movimiento molecular o el grado de calor de una sustancia. Se 
mide usando una escala arbitraria a partir del cero absoluto, donde las moléculas 
en teoría dejan de moverse. También se considera como el grado de calor y de 
frío. 
Temperatura Fahrenheit (Grados Fahrenheit F). 
Es una escala de temperatura donde el agua a nivel del mar tiene un punto de 
congelación de +32 grados F (Fahrenheit) y un punto de ebullición de 
+212grados F. Es un término común en áreas que usan el sistema inglés de 
medidas. Fue creado por Gabriel Daniel Fahrenheit (1696­1736) en 1714, un 
físico alemán inventor de los termómetros de alcohol y mercurio.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
21 
FIGURA 1.8 GRÁFICAS DE TEMPERATURA
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
22 
1.6.3.­ PRECIPITACIÓN 
El promedio de la precipitación en México es de 777 mm anuales y su distribución 
es  muy  irregular.  Para  dar  una  idea,  más  de  la  mitad  del  territorio  mexicano 
localizado al norte y en el  altiplano  recibe  sólo el 9% de  la precipitación media 
anual, pero concentra al 75% de la población del país, al 70% del PIB (actividad 
industrial) y al 40% de las tierras agrícolas de temporal. En tanto, casi el 70% de 
la  precipitación  anual  se  da  en  el  sureste  de México,  donde  vive  el  24%  de  la 
población y la industria es Incipiente, excepto la relacionada con el petróleo. En 
general,  las  lluvias  se  acotan  a  un  periodo  restringido  que  pocas  veces  se 
extiende más allá de Junio a Septiembre. 
Con  respecto  a  la  altitud  hay  también  desequilibrios  considerables.  El  85% del 
volumen almacenado en más de 4 mil estructuras de control de distribución y el 
suministro de agua se localiza a no más de 500 metros sobre el nivel del mar. Sin 
embargo, el 75% de la población vive a una mayor elevación. 
Distribución Geográfica del Agua en México 
Territorio  Precipitación  Población 
Actividad 
Industrial 
(PIB) 
Tierras 
Agrícolas 
de 
temporal 
Elevación 
Promedio 
(msnm) 
Altiplano, 
Norte y 
Noreste 
9 %  75 %  70 %  40 %  > 500 
Sur y 
Sureste 
70 %  20 %  Incipiente  20 %  < 500 
Fuente: Elaboración CESPEDES. Datos CNA
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
23 
Todo ello dificulta el aprovechamiento del agua. Los cortos periodos de lluvias y 
las  sequías  prolongadas  obligan  a  almacenarla  en  infraestructura  adicional  para 
su manejo. Por  fortuna, el  agua  subterránea contenida en  los mantos acuíferos 
del país tiene una amplia distribución geográfica, aunque es un recurso agotable 
y en algunos lugares se localiza a gran profundidad. 
Balance Nacional del Agua 
Oferta 
México  recibe  1,570  km 3  de  agua  por  precipitación  y  pierde  por  evaporación 
1,064 km 3 , lo que establece la oferta de agua a nivel nacional en 473 km 3 . Fluyen 
por cauces y vasos superficiales 410 km 3 y el  resto recarga a  través de mantos 
acuíferos (63 km 3 ). 
Demanda 
En 1995 se usaron 163 km 3 de aguas superficiales (40% del total disponible) y 24 
km 3  de  subterráneas  (38%  del  total  de  recarga),  lo  que  aproxima  la  demanda 
nacional a 190 km 3 anuales. 
LLUVIA.­  Convencionalmente  se  mide  la  cantidad  de  lluvia  que  cae  sobre  un 
lugar determinado de la superficie de la tierra, suponiendo que el suelo fuese lo 
suficientemente  impermeable  y  plano  para  impedir  que  el  agua  corriera  o  se 
infiltrara, por el almacenamiento producido, cuyo espesor medido en milímetros, 
expresa la cantidad de agua caída en un período preciso, que puede ser día mes o 
año.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
24 
Uniendo  puntos  geográficos  que  tienen  igual  cantidad  de  lluvia,  se  trazan  unas 
líneas  conocidas  con  el  nombre  de  isoyetas,  las  que  permiten  observar 
gráficamente la distribución de la lluvia en la superficie de la tierra. 
En Ingeniería Civil se recurre a diversos métodos de medición, para determinar la 
cantidad  de  lluvia  que  se  precipita  en  determinado  lugar.  Entre  estos métodos 
podemos mencionar  los  estudios  de meteorología  sin  embargo  estos  no  son de 
gran utilidad para predecir la probabilidad, magnitud y extensión de la lluvia, con 
excepción de cuando faltan registros adecuados y el ingeniero no tiene otra guía. 
Otros métodos  consisten  en  la  utilización  de  dispositivos  básicos  para medir  la 
precipitación, conocidos con el nombre de pluviómetros. 
Clasificación de la precipitación: 
­  Precipitación Conectiva 
­  Precipitación Ciclónica 
­  Precipitación Ortográfica 
Después  de  enunciar  los  tipos  de  precipitación,  procedemos  a  explicar  en  que 
consiste cada uno de ellos. 
Precipitación Conectiva.­ La precipitación conectiva es causada por el ascenso del 
aire cálido más liviano que el aire frió de los alrededores. Las diferencias en las 
temperaturas  pueden  ser  el  resultado  del  calentamiento  diferencial  en  la 
superficie, de enfriamiento diferencial en  la parte  superior de  la  capa de aire o 
ascensos mecánicos  cuando  el  aire es  forzado  a  pasar  sobre  una masa  de  aire 
más fría o más densa o sobre una barrera montañosa.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
25 
Precipitación  Ciclónica.­  La  precipitación  ciclónica  resulta  del  levantamiento  de 
aire, que converge en un área de baja presión o ciclón. La precipitación ciclónica 
puede  dividirse  como  frontal  o  no  frontal.  La  precipitación  frontal  resulta  del 
levantamiento del aire cálido a un lado de una superficie frontal sobre aire más 
denso y frío. 
Precipitación Orográfica.­ La precipitación orografía resulta del ascenso mecánico 
del aire sobre una cadena montañosa. La influencia orográfica es tan marcada en 
terreno  quebrado  que  los  patrones  de  las  tormentastienden  a  parecerse  a 
aquellos de la precipitación media anual. 
Precipitación. Partículas de agua líquidas o sólidas que caen desde la atmósfera 
hacia la superficie terrestre. 
Precipitación  Continua.  Se  dice  que  la  precipitación  es  continua,  cuando  su 
intensidad aumenta o disminuye gradualmente. 
Precipitación  Intermitente.  La  precipitación  es  intermitente  cuando  se 
interrumpe y  recomienza  cuando menos  una  vez  en  el  lapso  de  una  hora  y  su 
intensidad disminuye o aumenta gradualmente. 
Precipitación Potencial. Cantidad de agua expresada como un volumen o como 
una masa que puede obtenerse si el vapor de agua en una columna de aire en la 
atmósfera se condensa y precipita.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
26 
1.6.4 EVAPORACIÓN 
Cambio de fase del agua de un estado líquido a sólido por absorción de calor se le 
denomina evaporación. Se produce una circulación que va de los cuerpos de agua 
hacia  la  atmósfera.  A  mayor  evaporación  la  atmósfera  estará  más  húmeda 
llegando mas  rápido a un estado de  saturación,  lo que eleva  la probabilidad de 
precipitaciones. 
Dado  que  la  mayor  parte  del  estado  de  Oaxaca  tiene  una  superficie  agrícola 
predominantemente de temporal, es evidente que uno de los factores limitativos 
de  la agricultura en  la  entidad es  la disponibilidad del agua. De ahí que  resulta 
necesario  estimar  la  cantidad  de  agua  perdida  por  las  plantas  durante  su  ciclo 
vegetativo, para  compararla  con  la  lluvia  recibida, a  fin de efectuar un balance 
hídrico en cualquier región. 
La evapotranspiración es la combinación de procesos de evaporación del agua y 
transpiración de las plantas y animales por medio de la cuál el agua es transferida 
a la atmósfera desde la superficie terrestre. 
En relación a este parámetro se puede decir que los valores son mayores a 100 
mm sobre las partes bajas de la vertiente hacia el Golfo de México. En cambio en 
la costa del Pacífico se presentan valores  mayores a 120 mm aumentando a más 
de 140 mm en la porción comprendida entre Puerto Ángel­Salina Cruz y el Istmo 
en  los  límites  con  Chiapas.  Los  valores  más  bajos  menores  a  60  mm  se 
distribuyen en las partes más altas de las sierras de la entidad.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
27 
1.7  TIPO DE SUELO 
El  área  estudiada  se  encuentra  en  el  litoral  del  Estado  de  Oaxaca,  desde  los 
límites  con  el  Estado  de  Guerrero,  hasta  Salina  Cruz  la  costa  oaxaqueña 
pertenece a la provincia fisiográfica conocida como Zona Montañosa de la Costa 
del Suroeste. Frente a ella la plataforma continental es muy angosta y la costa es 
principalmente  rocosa  y  solamente  en  escasas  porciones  se  desarrolla  una 
incipiente  planicie  costera.  En  esta  zona  predominan  las  costas  primarias 
formadas por procesos diastróficos y en menor proporción costas secundarias sea 
por erosión, por oleaje o por depositación marina  . Desde Salina Cruz hasta  los 
límites de la República de Guatemala, se tiene una llanura costera en desarrollo, 
de amplitud moderada, asociada a una plataforma continental amplia. 
Este  litoral  se  caracteriza  por  contar  con  costas  secundarias  por  depositación 
marina.  Tectónicamente,  el  litoral  de  Oaxaca  es  parte  de  la  costa  de  colisión 
continental,  afectada  por  el  contacto  de  la  Placa  de  América  con  la  Placa  de 
Cocos. Las rocas que afloran en las cuencas hidrológicas que drenan hacia el mar 
son de litología y edad muy diversa (Fig.  l). En la mayoría de las localidades de 
playa  estudiadas  se  reciben  principalmente  lo  aportes  de  sedimentos 
provenientes  de  rocas  metamórficas  del  Paleozoico  y  del  Precámbrico,  rocas 
intrusivas y extrusivas ácidas del Terciario y suelos del Cuaternario (SPP, 1981). 
El suelo es aluvial de origen granítico estratificado y errático muestreado a una 
profundidad promedio de 30 mts., de 6 a 9 mts se tienen una capacidad de carga 
aproximada de 6 a 12 t/m 2 y de 9 a 30 mts arriba de 20 t/m 2 .
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
28 
FIGURA1.9  PLANO GEOLÓGICO
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
29 
1.8 REGIONALIZACIÓN SÍSMICA 
Se puede ver que nuestro país está asociada y que estos han ocurrido a lo largo 
de millones de años. 
La  mayor  parte  de  los  sismos  de  grandes  magnitudes  (mayores  de  7,  por 
ejemplo) y que son los que ocasionan grandes perjuicios para el hombre, tienen 
epicentros  en  las  costas  de  pacífico  a  lo  largo  de  Jalisco,  Colima,  Michoacán, 
Guerrero y Oaxaca. 
El  territorio  de  la  República Mexicana  se  encuentra  se  encuentra  clasificado  de 
acuerdo al peligro sísmico a que están sujetas  las construcciones y, en general, 
las obras civiles que se planee realizar. 
Se  han  establecido  cuatro  zonas,  llamadas  A,  B,  C,  y  D,  las  que  representan 
zonas de menor a mayor peligro. Estas se han definido, básicamente, en función 
a la sismicidad propia de cada región. 
A esta clasificación se conoce como regionalización sísmica y tiene como principal 
objetivo,  junto  con  manuales  de  obras  civiles  proporcionar  la  información 
necesaria  a  los  constructores  para  el  cálculo  de  los  valores  con  que  se  debe 
diseñar cualquier obra, de tal manera que esta resulte suficientemente segura y 
su costo no sea excesivo. Cabe aclarar que la regionalización citada es aplicable a 
estructuras  construidas  en  terreno  firme  y  no  toma  en  cuneta  el  fenómeno  de 
amplificación  del  movimiento  sísmico  por  efecto  de  suelos  blandos.  Este 
fenómeno puede ser decisivo para el peligro sísmico de algunos puntos como la 
ciudad de México.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
30 
De acuerdo con la regionalización sísmica de la República mexicana, Salina Cruz 
se localiza dentro de la zona D y un tipo de suelo clasificado entre I,II y III con su 
respectivo coeficiente sísmico de 0.48, 0.56 y 0.64 para el área de la Refinería se 
considera un coeficiente sísmico igual a 0.56. 
FIGURA 1.10  CROQUIS DE REGIONALIZACIÓN 
SÍSMICA DE LA REPÚBLICA MEXICANA
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
31 
1.9  EVENTOS CLIMATOLÓGICOS EXTREMOS EN LA ZONA 
El rango de marea es menor de 2 m. hacia el oeste de Salina Cruz y de 2 a 4 m. 
hacia  el  este  del  mismo  puerto.  En  ambos  casos  la  marea  es  de  tipo  mixto 
(Instituto de Geofísica, 1978). 
De acuerdo con las cartas mensuales de corrientes superficiales,  las próximas a 
las costas oaxaqueñas presentan en promedio velocidades menores de 0.3 nudos, 
con un máximo de 0.42 nudos medido en el mes de Junio. Del mes de Mayo al 
mes de Septiembre la dirección de estas corrientes es principalmente de E a W, 
en tanto que el resto del año se presenta al W de Puerto Ángel una corriente E­W 
y al E del mismo puerto la corriente tiene una dirección W­E. 
De acuerdo con Strakhov (1967) el área de estudio queda comprendida dentro de 
una  región  de  intenso  intemperismo  químico,  en  la  cual  la  precipitación  anual 
media fluctúa entre 1000 y 2000 mm. 
La  zona  costera  está  sujeta  a  ciclones  tropicales  cuyas  principales  trayectorias 
tienen una dirección SE­NW. En el área de estudio ocurren olas con alturas de 2.4 
metros o más con una  frecuencia de 10 a 20 % al menos durante dos  cuartas 
partes de un año (Meisburger, 1962).
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
32
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
33
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 
34
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
34 
CAPITULO II 
ASPECTOS TEÓRICOS EN 
EL DISEÑO DE CANALES
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
35 
2.1 DESCRIPCIÓN DE FLUJO 
El  flujo  de  agua  en  un  conducto  puede  ser  flujo  en  canal  abierto  o  flujo  en 
tubería. Estas dos clases de flujos son similares en muchos aspectos, pero estos 
se diferencian en un aspecto importante. 
El flujo en canal abierto debe tener una superficie libre, en tanto que el flujo entubería no la tiene, debido a que en este caso el agua debe llenar completamente 
el conducto. Una superficie libre está sometida a la presión atmosférica. El flujo 
en  tubería,  al  estar  confinado  en  un  conducto  cerrado,  no  está  sometido  a  la 
presión atmosférica de manera directa, si no solo a la presión hidráulica. 
Las dos  clases de  flujo  se  comparan en  la  figura 2.1. A  la  izquierda de está se 
muestra el flujo en tubería. Dos tubos piezométricos se encuentran instalados en 
las  secciones  1  y  2  de  la  tubería.  Los  niveles  de  agua  en  estos  tubos  se 
mantienen  por  acción  de  la  presión  en  la  tubería  en  elevaciones  representadas 
por la línea conocida como línea de gradiente hidráulico. La presión ejercida por el 
agua en cada sección del tubo se indica en el tubo piezométrico correspondiente, 
mediante  la  altura  y  de  la  columna  de  agua  por  encima  del  eje  central  de  la 
tubería. 
En la figura 2.1 la energía esta representada por la línea conocida, como línea de 
gradiente de energía o simplemente, línea de energía. 
La pérdida de energía que resulta cuando el agua fluye desde la sección 1 hasta 
la sección 2 está representada por hf. Un diagrama similar para el flujo en canal 
abierto  se  muestra  en  la  parte  derecha  de  la  figura  2.1.  Con  propósitos  de 
simplificación, se supone que el  flujo es paralelo y que tiene una distribución de 
velocidades uniforme y que la pendiente del canal es pequeña.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
36 
En  este  caso,  la  superficie  de  agua  es  la  línea  de  gradiente  hidráulico,  y  la 
profundidad del agua corresponde a la altura piezometrica. 
A pesar de la similaridad que existen en estos dos tipos de flujo, es mucho más 
difícil  resolver problemas de flujo en canales abiertos que en tuberías a presión. 
Las condiciones de flujo en canales abiertos se complican con el hecho de que la 
posición  de  la  superficie  libre  puede  cambiar  con  el  tiempo  y  con  el  espacio,  y 
también por el hecho de que la profundidad de flujo, el caudal y las pendientes, 
del fondo del canal y de la superficie libre son interdependientes. A menudo, es 
difícil  obtener  datos  experimentales  confiables  en  el  caso  del  flujo  en  canales 
abiertos. 
Además las condiciones físicas de los canales abiertos varían mucho más que en 
las tuberías. 
En canales abiertos la superficie varia desde la correspondiente a metales pulidos 
utilizados  en  canales  de  prueba  hasta  la  correspondiente  a  lechos  rugosos  e 
irregulares en ríos. Además la rugosidad en un canal abierto varia con la posición 
de la superficie libre. Por consiguiente, la selección de los coeficientes de fricción 
implica una mayor incertidumbre para el caso de canales abiertos que para el de 
tuberías. En general, el tratamiento del flujo en canales abiertos es más empírico 
que  el  correspondiente  a  flujo  en  tuberías.  El  método  empírico  es  el  mejor 
método  disponible  en  el  presente,  y  si  se  aplica  de  manera  cuidadosa,  puede 
producir resultados de valor práctico.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
37 
Figura 2.1 Comparación entre flujo en tuberías y flujo en canales abiertos 
2.1.1 TIPOS DE FLUJOS 
El  flujo  en  canales  abierto  puede  clasificarse  en muchos  tipos  y  distribuirse  de 
diferentes maneras. La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio 
en la profundidad del flujo con respecto al tiempo y al espacio.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
38 
FLUJO PERMANENTE Y NO PERMANENTE:  tiempo como criterio. Se dice que 
el flujo en un canal abierto es permanente si la profundidad del flujo no cambia o 
puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo en consideración. 
EL FLUJO ES NO PERMANENTE: si la profundidad no cambia con el tiempo. En 
la mayor parte de canales abiertos es necesario estudiar el comportamiento del 
flujo solo bajo condiciones permanentes. Sin embargo el cambio en la condición 
del  flujo  con  respecto  al  tiempo  es  importante,  el  flujo  debe  tratarse  como  no 
permanente,  el  nivel  de  flujo  cambia  de manera  instantánea  a medida  que  las 
ondas pasan y el elemento tiempo se vuelve de vital importancia para el diseño 
de estructuras de control. 
Para cualquier flujo, el caudal Q en una sección del canal se expresa por 
Q=VA.                     2.1 
Donde V es  la velocidad media y A es el área de la sección transversal de  flujo 
perpendicular  a  la  dirección  de  este,  debido  a  que  la  velocidad  media  esta 
definida como el caudal divido por el área de la sección transversal. 
FLUJO UNIFORME Y FLUJO VARIADO:  espacio  como  criterio.  Se  dice  que el 
flujo en canales abiertos es uniforme si  la profundidad del  flujo es  la misma en 
cada  sección  del  canal.  Un  flujo  UNIFORME  puede  ser  permanente  o  no 
permanente, según cambie o no la profundidad con respecto al tiempo.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
39 
EL  FLUJO UNIFORME  PERMANENTE:  es  el  tipo  de  flujo  fundamental  que  se 
considera en la hidráulica de canales abiertos. La profundidad del flujo no cambia 
durante el intervalo de tiempo bajo consideración. El establecimiento de un flujo 
uniforme  no  permanente  requeriría  que  la  superficie  del  agua  fluctuara  de  un 
tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal. 
En  efecto  está  es  una  condición  prácticamente  imposible.  Por  tanto  el  termino 
“flujo uniforme” se utilizará para designar el flujo uniforme permanente. 
El flujo es variado si la profundidad del flujo cambia a lo largo del canal. 
El  flujo  variado  puede  ser  permanente  y  no  permanente. Debido  a  que  el  flujo 
uniforme no permanente es poco frecuente, el término “flujo no permanente” se 
utilizará para designar exclusivamente el flujo variado no permanente . 
El  flujo  variado  puede  clasificarse  además  como  rápidamente  variado  o 
gradualmente variado. El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua 
cambia de manera abrupta en distancias compartidamente cortas; de otro modo, 
es gradualmente variado. Un flujo rápidamente variado también se conoce como 
fenómeno local; algunos ejemplos son el resalto hidráulico y la caída hidráulica.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
40 
P rofundidad Constante                                      Cambio de la profundidad 
con el tiempo 
F.R.V     F.G.V        F.R.V      F.G.V         F.R.V           F.G.V             F.R.V 
Compuerta                      Resalto 
deslizante                    hidráulico  Flujo sobre 
un vertedor 
Caída hidráulica 
Contracción 
por debajo de 
la compuerta 
Flujo variado 
F.G.V  onda decreciente                                            F.R.V oleada 
Flujo no permanente 
Figura 2.2 Diferentes tipos de flujos en canales abiertos 
F.G.V= Flujo Gradualmente Variado. 
F.R.V= Flujo Rápidamente Variado.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
41 
2.1.2  ESTADO DE FLUJO. 
El  estado  o  comportamiento  del  flujo  en  canales  abiertos  esta  gobernado 
básicamente por los efectos de viscosidad y gravedad en relación con las fuerzas 
inerciales  del  flujo.  La  tensión  superficial  del  agua  puede  afectar  el 
comportamiento  del  flujo  bajo  ciertas  circunstancias,  pero  no  juega  un  papel 
significativo  en  la  mayor  parte  de  los  problemas  de  canales  abiertos  que  se 
presentan en ingeniería. 
EFECTO DE VISCOSIDAD: el  flujo puede ser  laminar,  turbulento o  transaccional 
según el efecto de la viscosidad en relación de la inercia. 
EL FLUJO ES LAMINAR: si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relación con las 
fuerzas  inerciales,  de  tal  manera  que  la  viscosidad  juega  con  un  papel  muy 
importante  en  determinar  el  comportamiento  del  flujo.En  el  flujo  laminar,  las 
partículas  de  agua  se mueven  en  trayectorias  suaves  definidas  o  en  líneas  de 
corriente, y las capas de fluido con espesor infinitesimal parecen deslizarse sobre 
capas adyacentes. 
El  flujo  es  turbulento  si  las  fuerzas  viscosas  son  débiles  en  relación  con  las 
fuerzas  inerciales.  El  flujo  turbulento,  las  partículas  del  agua  se  mueven  en 
trayectorias  irregulares,  que  no  son  suaves  ni  fijas,  pero  que  en  un  conjunto 
todavía representan el movimiento hacia adelante de la corriente entera.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
42 
Entre  los  estados  del  flujo  laminar  y  turbulento  existe  un  estado  mixto  o 
transicional. 
El  efecto  de  la viscosidad  en  relación  con  la  inercia  puede  representarse  por  el 
numero de Reynolds, definido por 
υ 
VL R = 
2.2 
Donde 
V = velocidad del flujo  en m/s 
L  =    es  una  longitud  característica  en  pies  la  cual  se  considera  igual  al  radio 
hidráulico R de un conducto 
υ = es la viscosidad cinemática en m 2 /s 
El flujo en canales abiertos es laminar si el Número de REYNOOLS R es pequeño, 
y turbulento si R es grande. 
EFECTO  DE  LA  GRAVEDAD.  El  efecto  de  la  gravedad  sobre  el  estado  del  flujo 
representa por relación de las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales. 
REGIMENES  DE  FLUJO:  en  un  canal  el  efecto  combinado  de  la  viscosidad  y  la 
gravedad puede producir cualquiera de 4 regímenes de flujo, los cuales son: 
subcrítico­laminar 
supercrítico­laminar 
subcrítico­turbulento 
supercrítico­turbulento
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
43 
1) subcrítico­laminar, cuando F es menor que la unidad y R está en el rango 
laminar. 
2) supercrítico­laminar, cuando F es mayor que la unidad y R está en el rango 
laminar. 
3) supercrítico­turbulento,  cuando  F  es mayor  que  la  unidad  y  R  está  en  el 
rango turbulento. 
4) subcrítico­turbulento, cuando F es menor que la unidad y R está en el rango 
turbulento. 
Figura  2.3  Fotografías  que  muestran  cuatro  regímenes  de  flujo  en  un  canal  de 
laboratorio.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
44 
2.2 CLASES DE CANALES ABIERTOS 
Un canal abierto es un conducto en el cual el agua, fluye con una superficie libre. 
De acuerdo con su origen un canal puede ser natural o artificial. 
En  los  canales  NATURALES  influyen  todos  los  tipos  de  agua  que  existen  de 
manera  natural  en  la  tierra,  los  cuales  varían  en  tamaño  desde  pequeños 
arroyuelos  en  zonas  montañosas  hasta  quebradas,  arroyos,  ríos  pequeños  y 
grandes,  y  estuarios  de  mareas.  Las  corrientes  subterráneas  que  transportan 
agua  con  una  superficie  libre  también  son  consideradas  como  canales  abiertos 
naturales. 
Las  propiedades  hidráulicas  de  un  canal  natural  por  lo  general  son  muy 
irregulares.  En  algunos  casos  pueden  hacerse  suposiciones  empíricas 
razonablemente  consistente  en  las  observaciones  y  experiencias  reales,  de  tal 
modo  que  las  condiciones  de  flujo  en  estos  canales  se  vuelvan  manejables 
mediante tratamiento analítico de la hidráulica teórica. Un estudio completo sobre 
el  comportamiento  del  flujo  en  canales  naturales  requiere  el  conocimiento  de 
otros campos, como hidrología geomorfología, transporte de sedimentos etc. 
Los  canales  artificiales  son  aquellos  construidos  o  desarrollados  mediante  el 
esfuerzo  humano:  canales  de  navegación,  canales  de  centrales  hidroeléctricas, 
canales  y  canaletas  de  irrigación,  cunetas  de  drenaje,  vertederos,  canales  de 
desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras etc..., así como 
canales de modelos de laboratorio con propósitos experimentales las propiedades 
hidráulicas  de  estos  canales  pueden  ser  controladas  hasta  un  nivel  deseado  o 
diseñadas para cumplir unos requisitos determinados.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
45 
La aplicación de las teorías hidráulicas a canales artificiales producirán, por tanto, 
resultados  bastantes  similares  a  las  condiciones  reales  y,  por  consiguiente,  son 
razonablemente exactos para propósitos prácticos de diseños. 
Bajo  diferentes  circunstancias  en  la  práctica  de  ingeniería,  los  canales  abiertos 
artificiales reciben diferentes nombre como “canal artificial”, “canaleta”, “rápida”, 
“caída”, “alcantarilla”, “túnel con flujo o superficie libre”, etc. 
El canal artificial por lo general es un canal largo con pendiente suave construido 
sobre el suelo, que puede ser revestido con piedras, concreto, cemento, madera o 
materiales bituminosos. 
La  canaleta  es  un  canal  de madera,  de metal,  de  concreto  de mampostería,  a 
menudo soportado en o  sobre  la  superficie del  terreno para  conducir  el  agua a 
través de  una depresión. 
La rápida es un canal que tiene altas pendientes. La caída es similar a una rápida, 
pero el cambio en elevación se efectúa en una distancia corta. 
La alcantarilla que fluye parcialmente llena, es un canal cubierto con una longitud 
compartidamente corta instalado para drenar el agua a través de terraplenes de 
carreteras o de vías férreas. 
El túnel con flujo a superficie libre es un canal compartidamente largo, utilizado 
para conducir el agua a través de una colina o a cualquier obstrucción del terreno.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
46 
2.2.1 GEOMETRÍA DE CANAL 
Un  canal  con  una  sección  transversal  invariable  y  una  pendiente  de  fondo 
constante  se  conoce  como  canal  prismático.  De  otra  manera,  el  canal  es  no 
prismático; un ejemplo es un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo. 
Al menos que se indique específicamente los canales descritos son prismáticos. 
El  término  sección  de  canal    se  refiere  a  la  sección  transversal  de  un  canal 
tomada  en  forma perpendicular  a  la  dirección  del  flujo. Una  sección  vertical de 
canal, sin embargo, es la sección vertical que pasa a través del punto más bajo 
de la sección del canal. Para canales horizontales, por consiguiente, la sección del 
canal es siempre una sección vertical de canal. 
Las  secciones  de  canales  naturales  son,  por  lo  general,  muy  irregulares,  y  a 
menudo varían desde aproximadamente una parábola hasta aproximadamente un 
trapecio. Para corrientes sujetas a crecientes  frecuentes, el canal puede constar 
de una sección principal del  canal que conduce  los  caudales normales, o una o 
más secciones laterales de canal para acomodar los caudales de desborde. 
Los canales artificiales a menudo se diseñan con secciones de figuras geométricas 
regulares. La tabla 2­1 relaciona 7 formas geométricas utilizadas comúnmente. 
El  trapecio  es  la  forma  más  común  para  canales  con  bancas  en  tierra  sin 
recubrimiento, debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
47 
El  rectángulo  y  el  triángulo  son  casos  especiales  del  trapecio.  Debido  a  que  el 
rectángulo  tiene  lados  verticales,  por  lo  general  se  utiliza  para  canales 
construidos con materiales estables , como mampostería, roca, metal o madera. 
La sección triangular sólo se utiliza para pequeñas acequias, cunetas y a lo largo 
de carreteras y trabajos de laboratorio. El círculo es la sección más común para 
alcantarillados y alcantarillas de tamaño pequeño y mediano. 
La parábola se utiliza como una aproximación a secciones de canales naturales de 
tamaño pequeño y mediano. 
El  rectángulo  con  esquinas  redondeadas  es  una modificación  del  rectángulo.  El 
triángulo con  fondo redondeado es una aproximación de la parábola; ésta es  la 
forma creada a menudo con la utilización de escavadoras. 
Secciones geométricas cerradas diferentesdel circulo se utilizan con frecuencia en 
alcantarillados  de  aguas  negras,  de  manera  particular  para  alcantarillas 
suficientemente grandes que permiten la entrada de un hombre. Estas secciones 
reciben  diferentes  nombres  de  acuerdo  con  su  forma;  pueden  ser  en  forma de 
huevo,  ovoides,  semielípticas,  en  forma  de  U,  catenaria,  herradura,  manija  de 
canasto, etc. 
Los rectángulos y cuadrados completos, también son comunes en alcantarillados 
grandes.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
48 
Tabla 2.1  Elementos geométricos de secciones de canal
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
49 
2.2.2  ELEMENTOS  GEOMÉTRICOS  DE  UNA  SECCIÓN  DE  UN 
CANAL. 
Los elementos geométricos son propiedades de una sección de canal que pueden 
ser  definidos  por  completo  por  la  geometría  de  la  sección  y  la  profundidad  del 
flujo. Estos elementos son muy importantes y se utilizan con la amplitud del flujo. 
Para secciones de canal  regulares y simples,  los elementos geométricos pueden 
expresarse matemáticamente en términos de  la profundidad de  flujo y de otras 
dimensiones de la sección. 
Para secciones complicadas y secciones de corrientes naturales, sin embargo no 
se  puede  escribir  una  ecuación  simple  para  expresar  estos  elementos,  pero 
pueden  preparase  curvas  que  presenten  la  relación  entre  estos  elementos  y  la 
profundidad de flujo para uso en cálculos hidráulicos. 
A  continuación  se  dan  las  definiciones  de  varios  elementos  geométricos  de 
importancia básica. 
La profundidad de flujo, “y” , es la distancia vertical desde el punto más bajo de 
una  sección  del  canal  hasta  la  superficie  libre.  A  menudo  este  término  se 
intercambia  con  la  profundidad  de  flujo  de  la  sección,  “d”.    En  efecto,  la 
profundidad de  flujo de  la  sección es  la profundidad de  flujo perpendicular a  la 
dirección de éste, o la altura de la sección del canal que contiene agua.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
50 
El nivel es la elevación o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la 
superficie  libre. Si el punto más bajo de  la  sección de  canal  se escoge  como el 
nivel de referencia, el nivel es idéntico a la profundidad de flujo. 
El ancho superficial T es el ancho de la sección del canal en la superficie libre. 
El área mojada A es el área de la sección transversal del flujo perpendicular a la 
dirección del flujo. 
El radio hidráulico R es la relación del área mojada con respecto a su perímetro 
mojado, o 
P 
A R = 
2.3 
La profundidad hidráulica D es la relación entre el área mojada y el ancho de la 
superficie, o 
P 
A R = 
2.4 
El  factor  de  sección  para  el  cálculo  de  flujo  critico  Z  es  el  producto  del  área 
mojada y la raíz cuadrada de la profundidad hidráulica, o 
T 
A A 
D 
A Z = = 
2.5
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
51 
El factor de sección para el cálculo del flujo uniforme AR 2/3 es el producto de área 
mojada y el radio hidráulico elevado a la potencia 2/3. 
La tabla 2­1 presenta una lista de ecuaciones para los seis elementos geométricos 
básicos  de  siete  secciones  de  canal  comúnmente  utilizadas.  Para  una  sección 
circular,  las curvas de la figura 2­4 representan  las relaciones de los elementos 
correspondientes cuando ésta fluye llena. 
2.2.3 DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES EN UNA SECCIÓN 
TRANSVERSAL. 
Debido a la presencia de la superficie libre y a la fricción a lo largo de las paredes 
del  canal,  las  velocidades  en  un  canal  no  están  del  todo  distribuidas  en  su 
sección. La máxima velocidad medida en canales normales a menudo ocurre por 
debajo  de  la  superficie  libre  a  una  distancia  de  0.05  a  0.25  de  la  profundidad; 
cuanto más cerca estén las bancas más profundo se encuentra este máximo. 
La distribución de secciones de un canal depende también de otros factores, como 
una forma inusual de la sección, la rugosidad del canal y la presencia de curvas, 
en  una  corriente  ancha,  rápida  y  poco  profunda  o  en  un  canal  muy  liso  la 
velocidad máxima por lo general se encuentra en la superficie libre. La rugosidad 
del canal causa un incremento en la curvatura de la curva de distribución vertical 
de velocidades. En una curva la velocidad se incremente de manera sustancial en 
el  lado  convexo,  debido  a  la  acción  centrifuga  del  flujo.  Contrario  a  la  creencia 
usual,  el  viento  en  la  superficie  tiene  muy  poco  efecto  en  la  distribución  de 
velocidades.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
52 
Los modelos generales para la distribución de velocidades en diferentes secciones 
del canal con otras formas se ilustran en la figura 2.4. 
Canal Trapezoidal 
Canal Triangular 
Cuneta Poco Profunda  Sección 
Rectangular 
Tubería                                      Canal Natural I rregular 
Figura 2.4  Curvas comunes de igual velocidad en diferentes secciones de canal. 
La distribución de velocidades en una sección de canal depende también de otros 
factores,  como  una  forma  inusual  de  la  sección,  la  rugosidad  del  canal  y  la 
presencia  de  curvas.  En  una  corriente  ancha,  rápida  y  poco  profunda  o  en  un 
canal muy liso, la velocidad máxima se encuentra en la superficie libre.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
53 
2.3 DISEÑO HIDRÁULICO DE UN CANAL 
Para  el  diseño  de  un  canal  se  presume  que el  escurrimiento  se  desarrollará en 
condiciones de  flujo uniforme. El flujo no uniforme se presentará en situaciones 
de  cambios  en  la  pendiente,  rugosidad,  dimensiones  de  la  sección, 
embalzamientos, caídas o por cambios inducidos por la operación de órganos de 
operación o seguridad. 
La  velocidad media  de  flujo en  un  canal  se  determina  por medio  de  la  fórmula 
desarrollada por Chezy: 
(2.6) 
Aplicando la ley de continuidad, se obtiene la capacidad de conducción: 
(2.7) 
Donde: 
V: Velocidad media de flujo en m/s 
C: Coeficiente de Chezy 
RL: Radio hidráulico en m 
I: Pendiente hidráulica 
Q: Caudal en m 3 /s 
Ah: Área hidráulica en m 2 
El  caudal  Q manifiesta  la  capacidad  de  conducción,  la  pendiente  hidráulica  del 
canal  que  será  función  de  las  condiciones  topográficas  podrá  estar  asociada  al 
mismo  tiempo  a  las  velocidades  límites;  éstas  se  establecerán  con  base  en  las 
características  del  material  que  conforme  el  perímetro  mojado  y  tomará  en 
cuenta la probabilidad de erosión y sedimentación.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
54 
Según Manning­Strickler, el coeficiente de Chezy adquiere la siguiente forma: 
6 
1 1 Rh 
n 
C = 
(2.8) 
donde: Ks coeficiente de fricción de Manning­Strickler 
Rh Radio hidráulico en m 
Por lo que la capacidad de conducción del canal se podrá expresar por medio de 
la fórmula siguiente: 
2 
1 
3 
2 
S Rh 
n 
Ah Q = 
(2.9) 
El coeficiente de fricción de Manning­Strickler dependerá del tipo de material que 
conforma el perímetro mojado, del caudal y de las características morfológicas del 
canal.  La  influencia  de  la  rugosidad  será  mayor  para  caudales  menores, 
reduciéndose  en  función  de  su  incremento.  Por  otra  parte,  la  configuración  en 
planta también tendrá efectos sobre la rugosidad, siendo mayor para trayectorias 
con  numerosos  curvas  y  cambios  de  sección,  sin  embargo  esta  influencia  en  la 
práctica  solo  es  posible  determinar  mediante  mediciones  en  canales  ya 
construidos.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
55 
El diseño de un canal requiere del análisis de las velocidades medias de flujo, de 
manera  que  no  se  presente  sedimentación  ni  erosión;  en  el  primer  caso  nos 
referimos  a  la  velocidad  mínima  o  velocidad  "que  no  sedimenta"  vn.s  y  enel 
segundo a la velocidad máxima o "velocidad no erosiva" vn.e. 
Entre  los primeros  intentos para encontrar  las  relaciones hidráulicas de  canales 
sin  erosión  ni  sedimentación,  se  puede  mencionar  al  profesor  inglés  R.G. 
Kennedy,  que  presentó  en  1895  una  fórmula  basada  en  el  estudio  del 
funcionamiento hidráulico de 22 canales de riego en la India (13) (12), la misma 
que se expresa de la siguiente manera: 
(2.10) 
Donde: 
v0=  Velocidad media  de  flujo  que  no  ocasiona  ni  sedimentación  ni  erosión,  en 
metros/s 
y =Tirante de agua, en metros 
C= Coeficiente que depende de  la  firmeza del material que conforma el  canal  , 
que King  asocia al grado de finura de las partículas del suelo. 
Posteriormente,  trabajos  relacionados  al  estudio  de  la  Teoría  de  Régimen, 
ampliaron  los  niveles  de  conocimiento  sobre  la  estabilidad  hidráulica  de  los 
canales, sin embargo la aplicación de las fórmulas, desarrolladas sobre la base de 
mediciones en la naturaleza, requieren del conocimiento preciso de los rangos de 
validez  de  las  mismas  y  de  las  características  particulares  de  los  canales  que 
sirvieron de modelo.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
56 
La velocidad mínima permisible,  vn.s., que evite  la  sedimentación de partículas 
sólidas, puede determinarse utilizando la fórmula empírica de  Levy : 
 
 
 
 
 
× = 
n dks 
w Vns  0225 . 0 01 . 0 
(2.11) 
Donde: 
W= Velocidad de caída de una partícula de diámetro dav en mm/s 
dks= Diámetro característico de las partículas en suspensión en mm. 
Rh = Radio hidráulico del canal en m. 
n = Coeficiente de rugosidad del perímetro mojado del canal. 
Girshkan propone la siguiente fórmula: 
(2.12) 
Donde: 
F = Coeficiente igual a: 0.33 para w = 1.5 mm/s 
0.44 para w = 1.5 ­ 3.5 mm/s 
0.55 para w > 3.5 mm/s 
Q = Caudal en m 3 /s
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
57 
2.4 CANALES COMÚNES QUE DEMUESTRAN DIFERENTES 
VALORES DE n 
1 
2 
3 
1 n = 0.012. Canal revestido con placas de concreto con juntas de cemento lisas y una superficie muy lisa, 
terminada a mano con llana y con lechada de cemento sobre la base de concreto 
2 n = 0.014. Canal de concreto vaciado por detrás de una plataforma móvil para nivelación y pulimento 
superficial 
3 n = 0.016. Zanja o cuneta , revestida en concreto, recta y uniforme, con fondo ligeramente curvo, lados y 
fondos recubiertos con un deposito rugoso, el cual incrementa el valor de n.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
58 
4 
5 
6 
4  n = 0.018. Revestimiento de concreto lanzado sin tratamiento para aislar. Superficie cubierta por algas 
finas y fondo con dunas de arenas arrastradas. 
5  n = 0.018. Canas de tierra excavado en marga arcillosa, con depósitos de arenas limpias en el medio y lodo 
limoso cerca de los lados. 
6  n = 0.020. Recubrimiento de concreto hecho en un corte tosco en roca de lava, limpio, muy rugoso y 
excavado profundamente.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
59 
7 
8 
9 
7  n = 0.020. Canal de irrigación, en arena suave muy densa 
8  n 0 0.022. Revoque a pañete de cemento aplicado directamente a la superficie tratada de un canal en tierra. 
Con malezas en los lugares dañados y arena suelta en el fondo. 
9  n = 0.024. canal excavado en marga arcillosa y limosa. Lecho duro y resbaladizo
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
60 
10
11 
12  1 
10  n = 0 0.029. Canal en tierra excavado en un suelo de limo aluvial, con depósitos de arena en el fondo y 
crecimientos de pastos 
11  n = 0.030. Canal  con lecho de cantos rodados grandes. 
12    n  =  0.035.  Canal  natural,  pendientes  laterales  algo  irregulares:  fondo más  o menos  nivelado,  limpio  y 
regular; en arcilla limosa gris clara o marga limosa marrón claro; muy poca variación en la sección transversal
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
61 
13 
14 
15 
13  n = 0.040. Canal en roca excavado con explosivos. 
14  n = 0.040. Zanja o cuneta en marga arenosa y arcillosa; pendientes laterales, fondo y sección transversal 
irregulares; pasto en las pendientes laterales 
15 n = 0.045. Canal  dragado, pendientes  laterales  y  fondo  irregulares; en  arcilla negra plástica  en  la parte 
superior hasta la arcilla amarilla en el fondo, lados cubiertos con pequeños matorrales y arbustos, variaciones 
pequeñas y graduales en la sección transversal.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
62 
2.5  VALORES PARA EL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD 
A  partir  del  reconocimiento  de  varios  factores  primordiales  que  afectan  la 
rugosidad,  Cowan,  desarrollo  el  procedimiento  para  estimar  el  valor  de  n. 
Mediante este procedimiento, el valor de n puede calcularse por. 
n = (no+n1+n2+n3+n4)n5  2.13 
donde  no  es  el  valor  básico  de n  para  un  canal  recto,  uniforme  y  liso  para  los 
materiales naturales  involucrados, n1  es el valor que debe agregarse al n0 para 
corregir el efecto de las velocidades superficiales, n2  es el valor para considerar 
las variaciones en  forma y  tamaño de  la  sección  transversal del  canal, n3  es el 
valor  para  considerar  las  obstrucciones,  n4  es  el  valor  para  considerar  la 
vegetación  y  las  condiciones  de  flujo,  y  m5  es  un  factor  de  corrección  de  los 
efectos por meandros en el canal. Los valores apropiados de n0 a n4 y m5 pueden 
seleccionarse en la tabla 2.25 de acuerdo con las condiciones dadas. 
Al establecer el valor de n1, se considera que el grado de irregularidad es suave 
para  superficies  comparables  con  la  mejor  obtenible  en  los  materiales 
involucrados. 
Al  establecer  n2  se  considera  que  el  carácter  de  las  variaciones  en  tamaño  y 
forma de la sección transversal es gradual cuando el cambio en el tamaño o en la 
forma ocurre de manera gradual. 
Al  establecer  el  valor  de  n3  se  considera  la  presencia  y  las  características  de 
obstrucción como depósitos de basura, palos, raíces expuestas, cantos rodados y 
troncos caídos y atascados. 
Al establecer el valor de n4 se considera el grado de efecto de la vegetación: bajo, 
medio, alto, muy alto.
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
63 
Al establecer n5, el grado de los efectos por meandro depende de la relación entre 
la longitud con meandros y la longitud recta del tramo del canal 
Tabla 2.2  Valores para el calculo del coeficiente de rugosidad mediante 
la ecuación (2.13). 
Condiciones del canal  Valores 
Tierra  0.02 
Material  Corte en roca  0.025 
Involucrado  Grava Fina  0.024 
Grava Gruesa 
n0 
0.028 
Suave  0,000 
Grado de  Menor  0.005 
Irregularidad  Moderado  0.01 
Severo 
n1 
0.02 
Gradual  0,000 
Variaciones de la  Ocasionalmente Alternante  0.005 
Sección Transv.  Frecuentemente Alternante 
n2 
0.010­0.015 
Insignificante  0,000 
Efectivo relativo  Menor  0.010­0.015 
a las obstrucciones  Apreciable  0.020­0.030 
Severo 
n3 
0.040­0.060 
Baja  0.005­0.010 
Vegetación  Media  0.010­0.025 
Alta  0.025­0.050 
Muy Alta 
n4 
0.050­0.100 
Menor  1 
Grado de los  Apreciable  1.15 
efectos por meandro  Severo 
m5 
1.3
CAPITULO II. ASPECTOS TEÓRICOS EN EL DISEÑO DE CANALES 
64
CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
65 
CAPITULO III 
ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
3.1 DEFINICIÓN Y OBJETIVO DE LA HIDROLOGÍA
CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
66 
Existen  varias  definiciones  de  hidrología,  pero  la  más  completa  es  quizás  la 
siguiente. 
“Hidrología es la ciencia natural que estudia al agua, su ocurrencia, circulación y 
distribución  en  la  superficie  terrestre,  sus  propiedades  químicas  y  físicas  y  su 
relación con el medio ambiente, incluyendo a los seres vivos.” 
Aceptando  esta  definición,  es  necesario  limitar  la  parte  de  la  hidrología  que  se 
estudia  en  la  ingeniería  a  una  ramaque  comúnmente  se  le  llama  ingeniería 
hidrológica o hidrología aplicada , que concluye aquellas partes del campo de la 
hidrología  que  atañen  al  diseño  y  operación  de  proyectos  de  ingeniería  para  el 
control y aprovechamiento del agua. 
El ingeniero que se ocupa de proyectar, construir o supervisar el funcionamiento 
de instalaciones hidráulicas debe resolver numerosos problemas prácticos de muy 
variado carácter. Por ejemplo, se encuentra con la necesidad de diseñar puentes, 
estructuras para el control de avenidas , presas, vertedores, sistemas de drenaje 
para poblaciones, carreteras y aeropistas y sistemas de abastecimiento de agua. 
Sin excepción estos diseños requieren de análisis hidrológico cuantitativos para la 
selección del evento de diseño necesario. 
El objetivo de la hidrología aplicada es la determinación de esos eventos, que son 
análogos a las cargas de diseño en el análisis estructural, por poner un ejemplo 
dela  ingeniería  civil.  Los  resultados  son  normalmente  solo  estimaciones,  con 
aproximación limitada en muchos casos y burda en algunos otros.
CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
67 
Sin embargo estas estimaciones rara vez son menos aproximadas que las cargas 
usadas en el  análisis estructural o el  volumen de  tráfico en  las  carreteras  , por 
ejemplo. El análisis hidrológico exhaustivo es, pues, el primer paso fundamental 
en  la  planeación,  diseño  y  operación  de  proyectos  hidráulicos.  En  la  fase  de 
planeación  y  diseño  el  análisis  se  dirige  básicamente  a  fijar  la  capacidad  y 
seguridad de estructuras hidráulicas. 
Es así en cuanto a la hidrología trata con un aspecto importante y vital del medio 
ambiente, que es el agua, es una ciencia esencial para el aprovechamiento de los 
recursos hidráulicos y el diseño de obras de defensa. Aunque esta esencia esta 
lejos  de  tener  un  desarrollo  completo,  existen  varios  métodos  analíticos  y 
estadísticos que son mayor o menor grado aceptados en la profesión ingenieril.
CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
68
CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
69 
3.2 CICLO HIDROLÓGICO
CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
70 
¿Cómo  se  realiza  el  ciclo  del  agua? Consideremos  la  atmósfera  como punto  de 
partida  del  ciclo:  el  agua  se  acumula  en  la  atmósfera  bajo  la  acción  de  los 
procesos  de  evaporación  que  tienen  lugar  en  la  superficie  del  mar  y  de  los 
continentes  y  también  por  obra  de  plantas  y  animales.  Al  ascender,  el  aire 
húmedo  se  enfría  y  luego  se  condensa  parcialmente  en  forma  de  nubes;  en 
definitiva, la atmósfera contiene agua en forma de vapor, de líquido o de cristales 
de hielo. Debido a la gravedad, el agua vuelve a caer al mar o a los continentes 
en forma de lluvia, nieve, granizo u otra forma cualquiera de precipitación. 
Parte del agua caída vuelve sufrir el fenómeno de la evaporación o es expulsada 
de nuevo por los organismos vivos. Otra parte corre por la superficie o se infiltra 
en  el  suelo  para  formar  posteriormente  cursos  de  agua.  Éstos,  por  último, 
devuelven el agua al mar, punto de partida de un nuevo ciclo. 
El  ciclo  hidrológico,  por  lo  tanto,  es  un  sistema  complejo  de  circulación 
interrumpida  que,  en  continuo  y  a  muy  gran  escala,  asegura  los  procesos  de 
bombeo, destilación y transporte del agua en todas sus formas. El fenómeno de la 
circulación  del  agua  constituye  una  ilustración  de  la  ley  de  conservación  de  la 
materia, agua en nuestro caso. Pero observemos que no toda el agua del sistema 
climático  participa  constantemente  en  el  ciclo  hidrológico;  determinadas 
cantidades se acumulan durante períodos variables en la atmósfera,  la biosfera, 
la  criosfera  (en  forma  de  capas  de  nieve),  el mar,  los  ríos,  los  embalses  y  los 
lagos, y en la litosfera en forma de agua química o físicamente ligada a los suelos 
o las rocas.
CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
71 
El ciclo del agua comprende dos partes principales: la atmosférica y la terrestre. 
La parte  terrestre del  ciclo hidrológico está  representada por  todo cuanto hace, 
referencia al movimiento y al almacenamiento del agua en la tierra y en el mar; 
es la más estudiada y conocida. La parte atmosférica del ciclo está constituida por 
los  transportes de agua en  la atmósfera, principalmente en  forma de vapor.  La 
interfase  entre  la  atmósfera  y  la  superficie  del  globo  terrestre  (incluidos  los 
océanos) constituye la bisagra entre ambas partes del ciclo del agua. 
El ciclo hidrológico, como ya se mencionó, se considera el concepto fundamental 
de  la hidrología. De  las muchas representaciones que se puedan hacer de él,  la 
más  ilustrativa  es  quizás  la  descriptiva.  Con  todo  ciclo  el  hidrológico  no  tiene 
principio ni fin, y su descripción puede comenzar en cualquier punto. El agua que 
se encuentra sobre la superficie terrestre o muy cerca de ella se evapora bajo el 
efecto de la radiación solar y el viento. El vapor de agua,  que así se forma, se 
eleva y se transporta por la atmósfera en forma de nubes hasta que se condensa 
y  cae  hacia  la  tierra  en  forma  de  precipitación.  Durante  su  trayecto  hacia  la 
superficie  de  la  tierra,  el  agua  precipitada  puede  volver  a  evaporarse  o  ser 
interceptadas  por  la  plantas  o  las  construcciones,  luego  fluye  por  la  superficie 
hasta las corrientes o se infiltra. El agua interceptada y una parte de la infiltrada 
y  de  la  que  corre  por  la  superficie  se evapora  nuevamente. De  la  precipitación 
que  llega a  las corrientes, una parte se  infiltra y otra  llega hasta  los océanos y 
otros  grandes  cuerpos  de  agua,  como  presas  y  lagos.  Del  agua  infiltrada,  una 
parte  es  absorbida  por  las  plantas  y  posteriormente  es  transpirada  casi  en  su 
totalidad, hacia la atmósfera y otra parte fluye bajo la superficie de la tierra hacia 
las corrientes, el mar u otros cuerpos de agua, o bien hacia zonas profundas del 
suelo  (percolación)  para  ser  almacenadas  como  agua  subterránea  y  después 
aflorar en manantiales, ríos o el mar.
CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
72 
El Ciclo del Agua 
En el ciclo hidrológico el sol provoca la evaporación constante del agua que pasa 
a la atmósfera para volver a la tierra en forma de lluvia, nieve o granizo. Parte de 
esa precipitación se evapora rápidamente y vuelve otra vez a la atmósfera, otra 
parte del agua que se precipita periódicamente fluye a través de la superficie de 
las cuencas formando arroyos y ríos para iniciar su viaje de retorno al mar. 
FIGURA 3.3  CICLO HIDROLÓGICO DEL AGUA 
En  su  tránsito  forma  lagos  y  lagunas  o  se  deposita  en  almacenamientos 
artificiales  formados  por  presas.  Otra  parte  del  agua  que  llega  a  la  superficie 
terrestre  en  forma  de  lluvia,  se  deposita  en  el  suelo  donde  se  convierte  en 
humedad  o  en  almacenamientos  subterráneos  denominados  acuíferos.  En 
condiciones  normales,  las  aguas  subterráneas  se  abren  camino  gradualmente 
hacia  la superficie y brotan en  forma de manantiales para volver a unirse a  las 
aguas superficiales y engrosar los caudales de los ríos.
CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
73 
Las  plantas  y  la  vegetación  incorporan  en  sus  tejidos  parte  de  la humedad del 
suelo y de las aguas subterráneas y luego, una parte se desprende de ellas por 
transpiración para pasar a integrarse nuevamente a la atmósfera. Este es un ciclo 
natural que se repite intermitentemente. 
En la atmósfera, con la ayuda del aire y del Sol, el vapor de agua se convierte en 
humedad,  niebla,  neblina,  rocío,  escarcha  y  nubes.  Y  como  nieve  sobre  las 
montañas, o como lluvia o granizo en los valles, se escurre en la tierra, donde la 
recogen  los  ríos;  y  de  los  ríos  va  al mar.  El  mar  retiene  la  sal  delagua  (que 
recogió  del  suelo,  la  tierra  y  las  rocas  que  se  encontraban  en  los  lugares  por 
donde pasa el río) y la envía a la atmósfera, pura y evaporada. De la atmósfera, 
el agua cae como lluvia y baja sobre los prados y los campos, nutre las cosechas 
y la fruta, y corre por los troncos y ramas de las plantas y árboles, llenándolos de 
flores. Al encontrar grietas en las rocas y el suelo, el agua penetra hacia adentro 
de la tierra, formando los ríos subterráneos que llenan los pozos; a veces sale en 
pequeñas  cascadas  o  manantiales.  A  todo  este  proceso  se  le  llama  El  Ciclo 
Hidrológico, y gracias a él, probablemente tú volverás a beber esta misma agua 
cien veces durante toda tu vida. 
El  agua  que  tomamos  ahora  es  la  misma  que  se  ha  estado  usando  durante 
millones de años. Se ha conservado casi sin cambio tanto en cantidad como en 
tipo  desde  que  se  formó  la Tierra.  El  agua  se mantiene  en  tres estados:  como 
líquido,  gas  (vapor)  o  sólido  (hielo),  y  se  recicla  constantemente,  es  decir,  se 
limpia  y  se  renueva  trabajando  en  equipo  con  el  sol,  la  tierra  y  el  aire,  para 
mantener el equilibrio en la Naturaleza. La interminable circulación del agua en la 
tierra se llama el ciclo hidrológico.
http://www.imta.mx/otros/tedigo/dic.htm
CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
74 
Aunque el  agua está en movimiento  constante,  se almacena  temporalmente en 
los océanos, lagos, ríos, arroyos, cuencas, y en el subsuelo. Nos referimos a estas 
fuentes como aguas superficiales, aguas subterráneas. 
El sol calienta el agua superficial de la Tierra, produciendo la evaporación que la 
convierte en gas. Este vapor de agua se eleva hacia la atmósfera donde se enfría, 
produciéndose  la condensación. Así se  forman pequeñas gotas, que se  juntan y 
crecen  hasta  que  se  vuelven  demasiado  pesadas  y  regresan  a  la  tierra  como 
precipitación en forma de lluvia. 
A  medida  que  cae  la  lluvia,  parte  de  ella  se  evapora  directamente  hacia  la 
atmósfera o es  interceptada por  los  seres vivientes. La que  sobra  se mete a  la 
tierra  a  través  de  un  proceso  que  se  llama  infiltración,  formando  las  napas 
subterráneas. Si  la precipitación  continúa cayendo a  la  tierra hasta que ésta se 
satura,  el  agua  excedente  entonces  pasa  a  formar  parte  de  las  aguas 
superficiales. 
Tanto las aguas superficiales como las aguas subterráneas finalmente van a dar 
al océano. 
Todas las nubes están hechas de pequeñas gotas de agua, de cristalitos de hielo, 
o  de  ambos,  y  pueden  formarse  en  cualquier  clima,  en  cualquier  parte  del 
planeta, pudiendo ser de diferentes  formas, que dependen de  su altura y de  la 
cantidad de aire de la atmósfera que se mueve hacia arriba. A medida que el aire 
de la atmósfera sube, se enfría, y su vapor de agua se condensa en partículas de 
materia que se llaman núcleos de condensación.
http://www.imta.mx/otros/tedigo/dic.htm
http://www.imta.mx/otros/tedigo/dic.htm
http://www.imta.mx/otros/tedigo/dic.htm
http://www.imta.mx/otros/tedigo/dic.htm
http://www.imta.mx/otros/tedigo/dic.htm
http://www.imta.mx/otros/tedigo/dic.htm
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CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
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Hay diferentes tipos de nubes. Estas se clasifican de acuerdo con su apariencia y 
altura de base. Así, las nubes de bajo nivel son muy delgadas, van desde el nivel 
del suelo, hasta 2 Km. de altura; las de nivel medio se forman desde una altura 
de  2  hasta  5  Km.;  y  las  de  alto  nivel  pueden  alcanzar  de  5  hasta  14  Km.  de 
altura. 
Entre las nubes de bajo nivel están las llamadas stratus y cumulus. La altura de 
base de las nubes stratus generalmente es la más baja de la atmósfera (600 m). 
Casi siempre se encuentran alrededor de las montañas o de las partes altas de las 
formaciones rocosas en el océano. 
Puesto que se forman en el aire estable, es decir, con poca turbulencia o sin ella, 
el  aire  nuboso  no  se mezcla  con  el  aire  limpio  que  está encima  o  abajo  de  él. 
Como resultado, un avión que viaja a través de una nube stratus tiene un vuelo 
tranquilo.  Si  estas nubes  se  forman  en  el  aire  que  se  está  elevando  sobre  una 
montaña, pueden provocar  lluvia; por eso,  la gente que vive en los valles sabe 
que lloverá si aparecen estas nubes en las cimas de las montañas. Las nubes del 
tipo stratus pueden formarse también de noche cuando el aire húmedo se mueve 
sobre el suelo que se está enfriando. Entonces, aunque el día siguiente amanece 
nublado, si el sol evapora las gotitas de agua, las nubes pronto desaparecen, y se 
tiene un día despejado. 
Las  nubes  de  tipo  cumulus  (que  significa  "apilada")  se  forman  en  columnas  de 
aire que se elevan rápidamente, o sobre el suelo que está sometido a un fuerte 
calentamiento del sol. En ellas, el  calor  latente de condensación calienta el aire 
que está alrededor de las gotitas de agua, de manera que, a medida que el aire 
sigue subiendo, se produce más condensación de vapor de agua. Entonces, el aire
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CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
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el cual está alrededor de  las nubes baja, se calienta, y  las gotitas de agua que 
están  en  las  orillas  de  las  nubes  se  evaporan,  limitándose  así  el  crecimiento 
horizontal de  las nubes de  tipo cúmulos. Cuando estas últimas son pequeñas, y 
están separadas, significa que habrá buen tiempo. 
Un ejemplo de nubes de nivel medio, son las llamadas nimbus. Su altura de base 
varía entre 600 y 2 000 m. Generalmente se presentan en forma conjunta con las 
nubes  de  tipo  stratus,  tomando  el  nombre  de  nimbostratus.  Estas  forman  una 
capa lo suficientemente gruesa como para impedir el paso de la luz del sol, y son 
las responsables de las  lluvias  intermitentes. Las nubes de tipo nimbostratus se 
forman cuando el aire caliente y húmedo se eleva de manera constante sobre un 
área grande. esto puede suceder cuando existe un frente caliente, o con menos 
frecuencia,  en  un  frente  frío.  Generalmente  el  aire  es  estable  y  hay  poca 
turbulencia en este tipo de nubes. 
Por último, las nubes de tipo cirrus ejemplifican las de alto nivel. 
Aparecen especialmente cuando el aire está seco. Si aparecen aisladas en un cielo 
despejado, pueden ser una señal de que seguirá el buen tiempo. Pero este tipo de 
nubes  también pueden aparecer al principio de un  frente caliente. Si el cielo se 
cubre  casi  completamente  con  cirrus,  y  especialmente  si  forma  una  capa 
continua,  llamada  cirrostratus,  se  puede  predecir  que  habrá  viento  y  lluvia.  El 
viento produce en  las nubes de  tipo  cirrus  filamentos  (tiras que  se extienden a 
partir de sus orillas), cuya longitud indica la fuerza del viento.
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CAPITULO III. ANÁLISIS HIDROLÓGICO 
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En  la  atmósfera  hay  vapor  de  agua,  que  proviene  de  la  evaporación  de  los 
océanos, ríos, lagos, lagunas y de la transpiración de las plantas. Para licuarse y 
hacerse visible necesita un núcleo de condensación, algo donde depositarse que 
puede ser tan insignificante como una motita de polvo, una espora o un microbio 
que flota en el aire. Si la temperatura es superior a 0ºC, con esta unión se forma 
una gotita de líquido tan diminuta que a veces se necesitarán varios miles, una al 
lado  de  la  otra,  para  que  se  hagan  visibles.  Cuando  hace mucho  calor,  vemos