obra de desvio el cuchillo

INGENIEROS HIDRÁULICOS ASOCIADOS S.A. de C.V.

OBRA DE DESVÍO.

PRESA: ¨EL CUCHILLO¨

MUNICIPIO DE CHINA, NUEVO LEÓN.

12 DE SEPTIEMBRE DEL 2015.

OBRA DE DESVÍO, PRESA ¨EL CUCHILLO¨, MUNICIPIO DE CHINA, NUEVO LEÓN. ¨TRANSFORMANDO AL MUNDO”

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HidraulicosAsociadosOficial

CALLE CHANCALÁ. #866. COLONIA CALICHAL.

TUXTLA GUTIERREZ, CHIAPAS.

INGENIEROS HIDRÁULICOS Y ASOCIADOS S.A. DE C.V.

GERENTE GENERAL

M.I. Noé Mauricio Sánchez Ponce

DIRECTOR DE PROYECTOS Y ADMINISTRACIÓN

Ing. Jesús Alberto Cruz de la Cruz

DIRECTOR DE DEPARTAMENTO DE OBRAS HIDRAULICAS

Ing. Alexis Daniel Solórzano Gutiérrez

JEFE DE RESIDENTES DE OBRA

Ing. Gilberto Ocaña Clímaco


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MISIÓN

Ser una empresa líder y competitiva ante las demás, que destaque tanto por la

innovación en sus sistemas como por la calidad de sus servicios, con un alto nivel

de responsabilidad en la elaboración de sus trabajos y proyectos hidráulicos.

Comprometida siempre a brindar a sus clientes calidad y eficiencia en la entrega

de sus proyectos, cumpliendo los plazos acordados.

VISIÓN

Ser una empresa fuerte que a través de su modelo de negocios construya y opere

en las mejores obras hidráulicas de la república mexicana con un portafolio de

proyectos sólidos, rentables y diversificados.


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EL CUCHILLO

Municipio de China, Nuevo León.

1. INFORMACION GENERAL

a) Localización geográfica.

La presa El Cuchillo construida sobre el río San Juan, está ubicada 3 km al

noroeste de la población de China del Estado de Nuevo León, en el punto de

coordenadas 25º 43' de latitud norte y 99º 17' de longitud oeste de Greenwich.

b) Vías de comunicación.

Partiendo de la ciudad de Monterrey hacia la ciudad de Reynosa por la carretera

libre, se desvía hacia la derecha en el km 108 para tomar un camino de terracería

de 1.5 km de longitud que conduce a la presa. A un lado del vertedor hay una

explanada que se utiliza como helipuerto.

c) Finalidad y breve descripción de la obra.

La presa se destina a abastecer de agua a la ciudad de Monterrey y su zona

metropolitana, así como a los Municipios de China, General Bravo, Dr. Coss y Los

Aldamas, del Estado de Nuevo León y para asegurar el riego de 3 640 ha de

terrenos del Distrito de Riego Las Lajas.

La presa consiste de una cortina de materiales graduados de 4 480.00 m de

longitud y 44.00 m de altura máxima, con un tramo central de 320.00 m de

longitud, con sección de gravedad de concreto, donde está alojada la estructura

vertedora; la cortina se prolonga por el lado izquierdo mediante un dique de los

mismos materiales, que tiene 6 000 m de longitud y 35.00 m de altura máxima.

Cuenta la presa con tres obras de toma destinadas a los tres fines específicos

antes señalados. El vaso tiene una capacidad total de 1 784 millones de m3.


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2. HIDROLOGIA

a) Región hidrológica.

Núm. 24. Bajo Bravo y San Juan. El área de la cuenca del río San Juan hasta el

sitio de la presa es de 8 924 km2.

b) Período observado.

1933 A 1987.

c) Escurrimiento anual.

Mínimo: 30.7 millones de m3

Medio: 660.0 millones de m3

Máximo: 2 776.5 millones de m3

d) Gastos.

Máximo observado: 7 500 m3/s

Avenida de diseño: 15 000 m3/s

Período de retomo: 10 000 años

e) Capacidad de almacenamiento.

Capacidad Almacenamiento

millones de m3

Elevación m.

Azolves

Util

Superalmacenamiento

100.0

1 123.0

661.0

147.64

162.35 NAMO

166.66 NAME

Total: 1 884.0


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f) Bordo libre.

2.00 m

g) Áreas de embalse.

12 795 ha al NAMO

18 092 ha al NAME

3. GEOLOGIA

a) Regional. Está representada por lutitas y areniscas de origen marino,

pertenecientes a las formaciones Midway y Mount-Selman del Terciario, cubiertas

discordantemente en sus partes altas por conglomerados de la formación Reynosa

del Pleistoceno y en las bajas por material aluvial del Reciente.

b) Del vaso. En el vaso afloran las formaciones Mount-Selman representadas por

lutitas y areniscas de estratificación delgada a mediana de color gris verdoso,

coronada en sus partes altas por gravas de caliza de la formación Reynosa y por

material aluvial y suelo en sus partes bajas, se considera que el vaso es

impermeable.

En ambas laderas del vaso existen puertos constituidos por rocas de la formación

Mount-Selman cubiertas parcialmente por suelo. Los del lado izquierdo se

cerraron mediante un dique, mientras que los del lado derecho se cerraron con la

prolongación de la cortina empotrándola en esta ladera.

c) De la boquilla.

Topográficamente es amplia y asimétrica. En ambas laderas Se presentan

pequeñas elevaciones que constituyen cejas de areniscas de estratificación de

delgada a mediana, de color gris verdoso, con un echado promedio de seis grados

6o hacia el NE. Pertenecen a la formación Mount-Selman y están cubiertas


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parcialmente en la zona del cauce por material aluvial y suelo, hacia el extremo

derecho por conglomerados de clásticos de caliza, de compactos a pobremente

cementados, cuyo contacto se encuentra fuera de la cota de máximo embalse.

d) Sismología. La región está ubicada en una zona donde los sismos son muy

Poco frecuentes y de escasa importancia.

4. OBRA DE DESVIO

a) Descripción. La obra de desvío para el manejo de los escurrimientos del río

durante el período de construcción de la presa, consistió en su primera etapa

esencialmente en un canal de 1 427.00 m de longitud localizado en el lado

izquierdo de la boquilla, de 55.00 m de ancho en la plantilla, taludes de 0.5:1 y

tirante de 7.00 m, con banquetas de 6.00 m de ancho en ambos lados, para

continuar con taludes de 2:1 hasta el terreno natural, diseñado para desfogar un

gasto máximo de 7 500 m3/s. La zona de desplante quedó confinada mediante

ataguías construidas sobre el cauce, aguas abajo y aguas arriba del acceso y la

descarga del canal de desvío.

Se establece una rugosidad de 0.017 ya que se trata de un canal revestido de

concreto sin acabado. Así mismo se propone una pendiente de 0.0001 para

facilitar los cálculos en el diseño del canal.


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MEMORIA DE CÁLCULO.

Cálculo de Área hidráulica (Rh), Perímetro mojado (Pm), Radio hidráulico (Rh).

SECCIÓN 1

ÁREA HIDRÁULICA PERÍMETRO MOJADO RADIO HIDRÁULICO

𝐴ℎ = (𝑏 + 𝑘𝑦1)𝑦 𝑃𝑚 = 𝑏 + 2𝑦√1 + 𝑘2 𝑅ℎ =𝐴ℎ

𝑃𝑚

𝐴ℎ1 = [55 + (0.5)(7)] (7) 𝑃𝑚 = 55 + (2 ∗ 7)√1 + 0.52 𝑅ℎ =409.5

70.652

𝑨𝒉𝟏 = 𝟒𝟎𝟗. 𝟓 𝒎𝟐 𝑷𝒎 = 70.652 m 𝑹𝒉 = 5.796 m

DATOS:

b = 55 m

s = 0.0001

n = 0.017

k = 0.5

𝑦1 = 7 m

𝑄𝑚𝑎𝑥 = 7500 m3/s

FORMULAS:

Área hidráulica 𝐴ℎ = (𝑏 + 𝑘𝑦1)𝑦

Perímetro mojado 𝑃𝑚 = 𝑏 + 2𝑦√1 + 𝑘2

Radio hidráulico 𝑅ℎ =𝐴ℎ

𝑃𝑚

Gasto sección 1 𝑄1 =𝐴

𝑛(𝑅ℎ

2

3 )(𝑠1

2)


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GASTO DE LA SECCIÓN 1 (Q1)

Q1 =A

n(R

h

2

3 )(s1

2) [ Ecuación de Manning ]

Q1 =(409.5)

0.017(5.796

23 )(0.0001

12)

𝐐𝟏 = 777.244 𝐦𝟑

𝐬

SECCIÓN 2.

ÁREA HIDRÁULICA PERÍMETRO MOJADO RADIO HIDRÁULICO

𝐴ℎ = (𝑏 + 𝑘𝑦)𝑦 𝑃𝑚 = 𝑏 + 2𝑦√1 + 𝑘2 𝑅ℎ =𝐴ℎ

𝑃𝑚

𝐴ℎ1 = [(74 ∗ 𝑦) + (2)(𝑦2)] 𝑃𝑚 = 12 + (2𝑦)√1 + 22

𝑨𝒉𝟏 = 𝟕𝟒𝒚 + 𝟐𝒚𝟐 𝑷𝒎 = 12 + (𝟐√𝟓) 𝒚

Nota: El área hidráulica, perímetro mojado y radio hidráulico queda en función del tirante de la

sección 2.

GASTO DE LA SECCIÓN 2

Q2 = Qmax – Q1

Q2 = 7500 𝐦𝟑

𝐬 - 777.244

𝐦𝟑

𝐬

Q2 = 6722.756 𝐦𝟑

𝐬

DATOS:

b = 74 m

s = 0.0001

n = 0.017

k = 2

𝑦 = ¿?

𝑄𝑚𝑎𝑥 = 7500 m3/s

FORMULAS:

Área hidráulica 𝐴ℎ2 = (𝑏 + 𝑘𝑦)𝑦

Perímetro mojado 𝑃𝑚2 = 𝑏 + 2𝑦√1 + 𝑘2

Radio hidráulico 𝑅ℎ2 =𝐴ℎ

𝑃𝑚

Gasto sección 1 𝑄2 =𝐴

𝑛(𝑅ℎ

2

3 )(𝑠1

2)


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TIRANTE NORMAL

𝑄2 ∗ 𝑛

𝑠12

=𝐴

53

𝑃𝑚

32

6722.756 ∗ 0.017

(0.0001)12

=(74𝑦 + 2𝑦2)

53

12 + (2√5 𝑦) 32

11428.685 =(74𝑦 + 2𝑦2)

53

12 + (2√5 𝑦) 32

Despejando ‘y’ de la ecuación obtenemos el tirante de la segunda sección.

𝒚𝟐 = 𝟏𝟐. 𝟎𝟎𝟏 𝒎

El tirante normal será la suma de ambos tirantes y1, y2.

𝑦𝑛 = 𝑦1 + 𝑦2

𝑦𝑛 = 7 𝑚 + 12.001 𝑚

𝒚𝒏 = 𝟏𝟗. 𝟎𝟎𝟏 𝒎

TIRANTE CRÍTICO

𝑄2

𝑔=

𝐴𝑐3

𝑇𝑐

𝐴𝑐 = [409.5 + (74 + 2𝑦𝑐)(𝑦𝑐 − 7)]3

𝑇𝑐 = 74 + 4(𝑦𝑐 − 7)

75002

9.81=

[409.5+(74+2𝑦𝑐)(𝑦𝑐−7)]3

74+4(𝑦𝑐−7)

𝑦 = 11.09322437

𝑦𝑐 = (11.099322437) + 7

𝒚𝒄 = 𝟏𝟖. 𝟎𝟗𝟑𝟐𝟐𝟒𝟑𝟕

DATOS:

Ac = ?

Tc = ?

k = 0.5

yc = ?

𝑄𝑚𝑎𝑥 = 7500 m3/s

g = 9.81 m/s2


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CÁLCULO DE LOS PERFILES DE FLUJO

Se trata por tanto de un perfil M2 y la salida del tajo ocurre el tirante crítico.

Para determinar el tirante inmediatamente después de la entrada al tajo (sección 1) se

utilizará el método de incrementos finitos, donde el tirante aguas abajo (sección 2) se

tomará igual a 𝑦𝑐

La longitud del canal es de 1427 m, por lo tanto se tiene una relación de:

∑∆x= 1426.97 ≈ L = 1427

Tabla 1. Perfil del canal de desvió (Método de incrementos finitos)


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Fig.1 Perfil del canal (M2)


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La carga de velocidad es:

𝑣 =𝑄

𝐴 ℎ𝑣 =

𝑣2

2𝑔

𝑣 =7500𝑚3

𝑠⁄

1858.71 𝑚2= 4.03 𝑚

𝑠⁄ ℎ𝑣 =4.032

2∗9.81= 0.2057 𝑚

Si las pérdidas por entrada al canal del desvío son iguales a 0.5hv, y despreciando la

carga de velocidad del río, el tirante en la ataguía de aguas abajo es:

𝑑 = 𝑦 + ℎ𝑣 + 0.5ℎ𝑣

𝑑 = 19.765 + 0.2057 + (0.5)(0.2057)

𝑑 = 20.0735

La altura de la ataguía aguas arriba es:

ℎ𝑎𝑏 = 𝑦 + 𝑑 + 𝑏𝑙

ℎ𝑎𝑏 = 20.0735 + 2

ℎ𝑎𝑏 = 22.0735 𝑚 ≈ 𝟐𝟐 𝒎

Dado que en la ataguía de aguas abajo se tendrá el tirante crítico, su altura será de:

ℎ𝑎𝑟 = 𝑦𝑐 + 𝑏𝑙

ℎ𝑎𝑟 = 18.0932 + 2

ℎ𝑎𝑟 = 20.09 𝑚 ≈ 𝟐𝟎 𝒎


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DICTAMEN DEL PROYECTO DE LA OBRA DE DESVÍO DE LA PRESA

“EL CUCHILLO”, MUNICIPIO DE CHINA, NUEVO LEÓN.

Por medio del siguiente escrito la empresa Ingenieros hidráulicos y Asociados S.A. de C.V.

mediante el cálculo en los parámetros hidráulicos ha dictaminado lo siguiente.

Bajo el análisis del perfil que se presenta el canal de desvío con un régimen subcritico M2, el

cálculo de las alturas de las ataguías deben medir 22 metros en la ataguía de aguas arriba y 20

metros en la ataguía de aguas abajo, proporcionando con ello una total seguridad en el proceso de

construcción en las obra futuras de la presa.

Gerente General Director de proyectos y administración

M.I. Noé Mauricio Sánchez Ponce Ing. Jesús Alberto Cruz de la Cruz

Director Departamento Obras Hidráulicas Jefe de residentes de obras

Ing. Alexis Daniel Solórzano Gutiérrez Ing. Gilberto Ocaña Clímaco

obra de desvio el cuchillo

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