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SIMULACIÓN HIDRÁULICA DEL SISTEMA HIDROLÓGICO DE LA ZONA DEL NUEVO AEROPUERTO INTERNACIONAL DE LA CIUDAD DE MÉXICO

Construir el NAICM en la zona del lago de Texcoco, implica no sólo la eliminación de la zona de regulación, sino que establece la imperante necesidad de proteger del peligro de inundación a una zona de seguridad nacional, cuyas aguas residuales, sumadas a las aportaciones de los ríos de oriente se tendrán que desalojar por el ya saturado Sistema Principal de Drenaje de la ZMVM.

Lo anterior ha llevado a la planeación de un nuevo sistema de drenaje y regulación, que contempla la eliminación o modificación de algunos de los cuerpos de agua existentes y la construcción de nuevos drenes y lagunas con una capacidad mayor a los 27 hm 3 . Aunque dicho volumen es mayor a los volúmenes que se ha estimado que generarían tormentas de 1 y 8 días de duración y 50 años de periodo de retorno (eventos considerados como críticos para este proyecto), los cuales son de 7.53 y 19.22 hm 3 , respectivamente, no se garantizaba que el sistema tuviera la capacidad hidráulica para conducir los volúmenes necesarios sin desbordarse antes de ser descargados a los cuerpos de regulación y al Sistema Principal de Drenaje de la ZMVM.

En este trabajo se presenta el modelo de simulación matemática que se empleó para conocer el comportamiento hidráulico del conjunto de estructuras que regularán la zona del lago de Texcoco, donde se ubicará el Nuevo Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México (NAICM). Este modelo se desarrolló para determinar si el sistema de drenaje planteado será capaz de conducir y regular adecuadamente los caudales y volúmenes generados por los eventos considerados de diseño.

Para el estudio del funcionamiento hidráulico del sistema, se empleó el programa MOUSE (MOdel for Urban SEwers), creado por el DHI (Danish Hydraulic Institute) para modelar canales, conductos cerrados y ríos, resolviendo las ecuaciones de Saint Venant en una dimensión.

Debido a que el estudio se inició cuando sólo se contaba con las Manifestaciones de Impacto Ambiental (MIA) de los proyectos que se desarrollaron para la regulación del lago de Texcoco, los cuales han sufrido diversas modificaciones desde entonces, el proceso de modelación se realizó en diversas etapas; definidas de acuerdo a la información disponible y a los propósitosespecíficos de cada grupo de simulación, como la evaluación de: tirantes ecológicos, plantillas de canales y lagunas, estructuras de conexión entre lagunas, entre otros.

Por último, se analizó de forma integral el funcionamiento del sistema de drenaje externo del NAICM con el de la Ciudad de México; uniendo el modelo antes descrito con un modelo del Sistema Principal de Drenaje de la Zona Metropolitana del Valle de México que incluye el sistema profundo, semiprofundo y superficial, lagunas de regulación, estructuras de control y plantas de bombeo. De esta forma se evaluaron distintas alternativas para el desalojo de los caudales provenientes de Texcoco.

MODELO DE SIMULACIÓN HIDRÁULICA DEL SISTEMA PRINCIPAL DE DRENAJE DE LA ZONA METROPOLITANA DEL VALLE DE MÉXICO

Se describe cómo se llevó a cabo el armado del complejo Sistema Principal de Drenaje de la ZMVM en un modelo unidimensional; así como la aplicación de éste en el estudio y diseño ejecutivo de grandes obras hidráulicas que lo conforman.

El armado se implementó en el programa MOUSE (MOdel for Urban SEwers), desarrollado por el DHI(Danish Hydraulic Institute) para modelar sistemas de drenaje conformados tanto por conductos que funcionan a superficie libre, como por aquéllos que trabajan con carga hidráulica, además de vertedores, compuertas, estaciones de bombeo y otras estructuras hidráulicas.

Desde su adquisición, en 1999, se inició la labor de reunir e integrar toda la información disponible relacionada con la ubicación, trazo y geometría de los principales conductos y estructuras, a través de consultar planos de proyecto y obra terminada en las mapotecas y bibliotecas de la Dirección General de Construcción y Operación Hidráulica (DGCOH) y de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA). Asimismo, se consultó a las áreas operativas del Sistema de Aguas de la Ciudad de México (SACMEX), de la Comisión del Agua del Estado de México (CAEM) y del Organismo de Cuenca Aguas del Valle de México (OCAVM), con el fin de conocer las capacidades y niveles de operación en plantas de bombeo y estructuras de control.

La información hidrológica se obtuvo de los registros de lluvia de la red oficial de estaciones pluviográficas. Para obtener los hidrogramas de entrada del modelo, se subdividió la cuenca del Valle de México en 291 subcuencas que fueron determinadas considerando los escurrimientos naturales y la infraestructura hidráulica del sistema de drenaje. Gracias a la implementación de este modelo, se ha estudiado un gran número de alternativas de solución que dieron origen al estudio hidráulico, diseño geométrico y proyecto ejecutivo de las más importantes obras que se han construido en los últimos 15 años en la cuenca del Valle de México, como son: PB Río Hondo, PB Casa Colorada Superficial, PB Casa Colorada Profunda, Entubamiento del Gran Canal del Desagüe (Tramo del km 0+000 al 2+881), Conducto de Estiaje Río de La Compañía, Captaciones del Túnel Interceptor Río de Los Remedios, Entubamiento del Río de Los Remedios (tramo Gran Canal-Dren General del Valle), Semiprofundo Canal Nacional-Canal de Chalco, Rehabilitación del Río Cuautitlán, Rehabilitación del Emisor del Poniente, Revisión del Emisor Central y otros túneles que conforman el Sistema de Drenaje Profundo y Semiprofundo; así como, el análisis de las obras que conformarán el sistema de conducción y regulación de la zona donde se ubicará el NAICM.

Actualmente, para simular el Sistema Principal de Drenaje de la ZMVM, el armado está integrado por 8,050 nodos y 8,072 tramos de conductos, lo que representa una red de 849 km de longitud. De acuerdo con información proporcionada por el DHI, estas características lo posicionan como el tercer modelo de simulación más grande del mundo y el más grande de Latinoamérica.

CAPTACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE AGUA DE LLUVIA PARA USO EN SANITARIOS Y SERVICIOS, EN ESCUELAS PÚBLICAS DE LA CIUDAD DE MÉXICO

Se presenta un estudio realizado en la zona sur de la Ciudad de México, dirigido al aprovechamiento de agua de lluvia para dotar del recurso en usos que no requieren calidad de potable dentro de 50 planteles escolares públicos que no cuentan con un servicio continuo de abastecimiento directo de la red. Es importante mencionar que el objetivo del programa no pretende almacenar agua de lluvia para ser utilizada en la época de estiaje, sino simplemente, utilizar el agua captada para su uso durante la temporada de lluvias, eliminando así, el desabasto durante los meses de mayo a octubre de cada año.

Con la implementación de los sistemas de Captación, Almacenamiento y Distribución propuestos y de acuerdo con los balances hidráulicos realizados, se determinó que la relación de días en los que se cubre parcial o totalmente la demanda respecto a los días con lluvia, varía entre el 80% y el 105%. Cuando este índice rebasa el 100%, significa que por efecto de la regulación y almacenamiento, es posible cubrir el servicio aun cuando no llueve, inclusive por uno o más días consecutivos.

Al cubrir el servicio con agua pluvial en las 50 escuelas, y dejar de suministrar agua potable como actualmente se hace, es decir, mediante Camiones Cisterna a razón de 8 m³/semana/escuela, se tendrá un volumen de 10,400 m³ de agua potable disponible para abastecer a la población mediante la red existente. Considerando que la dotación per cápita recomendada es de 150 l/hab/día, con ése volumen en el mismo periodo de tiempo, es posible dar servicio a 377 habitantes, beneficiando 102 familias. Finalmente con los 377 habitantes más los 48,874 alumnos de la matrícula escolar inscritos en los 50 planteles, resulta un total de 49,251 personas beneficiadas.

De igual manera al dejar de dotar del recurso mediante Camiones Cisterna, se evita recorrer un total de 30,992 km, así como, suspender la emisión de Dióxido de Carbono; Óxido de Nitrógeno; y Metano, gases de Efecto Invernadero (GEI) que contribuyen al calentamiento global, por lo que de manera responsable, resulta necesario realizar estas acciones para evitar al máximo emitirlos a la atmósfera.

Aunado a lo anterior, con la implementación y adecuada operación y mantenimiento de este sistema de captación de agua de lluvia, es posible dotar de los elementos necesarios a los alumnos, académicos y directivos de las escuelas del Distrito Federal y en general de país, para impulsar dentro de la comunidad escolar, una cultura de la importancia en el cuidado del agua y la protección al medio ambiente, apoyados en la visualización integral de los sistemas diseñados, entendiendo su funcionamiento y beneficios.

ACCIONES PARA LA RECUPERACIÓN DE EMISORES Y COLECTORES EN LA CIUDAD DE MÉXICO

El Sistema de Drenaje de la Ciudad de México es un desarrollo toral de la Ingeniería Hidráulica Mexicana y fundamental para la sustentabilidad hídrica y el futuro desarrollo de la capital del país, por lo que su inclusión en el programa “Agua para el Futuro CDMX”, exige acciones de importante solvencia técnica e inversión económica, para reponer colectores y emisores de la Red Primaria de Drenaje y Redes de Atarjeas a cargo del Sistema de Aguas de la Ciudad de México (SACMEX).

Se describen en este trabajo las acciones a realizar por la Dirección Ejecutiva de Planeación y Construcción y Dirección de Construcción del SACMEX, en el plan transexenal propuesto por el Jefe de Gobierno, para recuperar la vida útil de los colectores y emisores de drenaje pluvial y sanitario en la Ciudad de México, que son influentes al Drenaje Profundo, y que en su mayoría están construidos de concreto armado, cuya edad han superado su vida útil y/o presentan importantes deterioros en su pared interior.

Se considera en la propuesta de acciones, las derivadas de distintas experiencias de fallas de tuberías de concreto de 1.20 a 1.80 m de diámetro registradas en ciudades importantes localizadas al norte del país, donde ocurrieron casos que al paso de 10 años de su construcción y puesta en operación, se ha presentado el colapsode la tubería, producto de un deterioro acelerado de las paredes, y que en un ejercicio de inspección y análisis, en el que los autores participaron en su dictamen de falla y recomendaciones de reparación, se descubre que las causas se pudieron haber evitado sin importar lo severo del caso.

El consumo acelerado de la clave de las tuberías, es debido a la presencia de un medio atmosférico de gas o vapores de ácido sulfúrico, capaz de destruir las paredes de una tubería de concreto reforzado, a un ritmo de 1 cm/año, y por igual dañan o eliminan también el recubrimiento de concreto de las estructuras de los pozos caja, motivado por un medio acuoso del agua residual en plena digestión anaeróbica, falta de oxígeno, luz de sol, alta temperatura y considerables tiempos de permanencia en el conducto; cabe mencionar que en muchos de los casos revisados, el medio de agua no es agresivo a la tubería de concreto, según muestran análisis puntuales de DQO y pH del agua residual conducida. En especial éste fenómeno de deterioro se dá en la Ciudad de México debido a la pérdida de capacidad de conducción y desalojo de los conductos, derivado de los hundimientos regionales que afectan las pendientes de diseño.

La reposición de colectores y emisores dañados en la ciudad de México, abarca desde reparaciones convencionales, la inserción de revestimientos plásticos cubiertos con una resina fraguada térmicamente para la adherencia a la tubería existente como medio de protección de las paredes de la tubería de concreto, hincado de nueva tubería y en algunos casos, según lo severo del daño, hasta el cambio total de los conductos.

EMBOVEDAMIENTO DEL BRAZO MUERTO DEL RÍO DE LOS REMEDIOS

El Río de Los Remedios es uno de los principales drenes que conforman el sistema superficial de drenaje de la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM), por su localización y trazo, permite que los escurrimientos que se generan desde el sur de la ciudad pasando por los cauces del poniente y norte, puedan ser conducidos hasta el oriente hacia el Dren General del Valle. En su trayectoria cruza el Gran Canal del Desagüe en donde los escurrimientos pueden ser dirigidos al norte a la Planta de Bombeo Gran Canal 11+600 o al sur para ser derivados a través de la Obra de Toma del Gran Canal hacia el Túnel Interceptor Oriente, finalmente en su último tramo conocido como “Brazo Muerto” cuya longitud es de aproximadamente 7 km, cuenta con una derivación al Túnel Río de Los Remedios y termina en su confluencia con el Dren General del Valle, donde existe una Planta de Bombeo que actualmente está fuera de operación.

Debido a la urbanización de la ciudad varios de los cauces principales que la drenan, han sido entubados o encajonados con el fin de disminuir los riesgos de inundaciones y permitir el desarrollo de vialidades principales como son los casos del Río Becerra, Río Piedad, Río Consulado, Gran Canal del Desagüe entre otros, sin embargo, estas acciones disminuyen considerablemente la capacidad propia de regulación de los cauces y provocan que los volúmenes conducidos lleguen en menor tiempo a sus correspondientes descargas, complicando el adecuado desalojo de las aguas.

Actualmente el Brazo Muerto del Río de Los Remedios funciona como un elemento regulador del sistema de drenaje, al recibir las aguas del Gran Canal y de la parte poniente del mismo Río de Los Remedios. Cuando los niveles del agua descienden en el sistema principal, el volumen regulado se descarga hacia los Túneles del Drenaje Profundo para ser desalojados de la cuenca. Sin embargo, en el Brazo Muerto existen tramos en contrapendiente y obstrucciones importantes que generan zonas de estancamiento y reducen el volumen de regulación.

La Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) tiene a su cargo la rehabilitación de dicho conducto y sugierecomo premisa, incrementar su capacidad de regulación pero al mismo tiempo mejorar su funcionamiento hidráulico, en el sentido de lograr que el desalojo de los volúmenes regulados se cumpla en el menor tiempo posible. Lo anterior con el objeto de que durante la temporada de lluvias, (a) el conducto se mantenga vacío antes de cualquier evento, (b) regule los escurrimientos generados y (c) en un lapso de tiempo cercano a las 12 horas, pueda ser vaciado para estar en condiciones de recibir y regular el mayor volumen que escurra durante el evento siguiente. La propuesta de solución consiste en (i) estudiar y seleccionar la sección transversal que genere la mayor capacidad de regulación del conducto, (ii) definir nuevas pendientes hacia las descargas, y (iii) cubrirlo con una superestructura que mejore su aspecto visual y permita aislarlo para evitar que la población aledaña lo utilice como depósito de basura, logrando con ésto, el Objetivo 2 del Plan Nacional Hídrico 2014-2018, de “Incrementar la Seguridad Hídrica Ante Sequias e Inundaciones”.

IMPLEMENTACIÓN DE UN MODELO DE SIMULACIÓN MATEMÁTICA, PARA LA RECUPERACIÓN DE LA CAPACIDAD HIDRÁULICA DEL RÍO CUAUTITLÁN

La Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), a través de sus Direcciones Técnica y de Infraestructura Hidroagrícola, ambas dependientes del Organismo de Cuenca Aguas del Valle de México, ha diseñado con el objeto de disminuir los riesgos de inundaciones, un plan de rehabilitación de bordos y de recuperación de la capacidad hidráulica del Río Cuautitlán en su tramo de la Presa Lago de Guadalupe hasta su descarga al Emisor del Poniente.

Se presentan los análisis de funcionamiento hidráulico, realizados mediante la implementación de un modelo de simulación matemática, en el que se estudiaron diferentes escenarios basados en las políticas de operación aplicadas, mismas que generaron la base para las propuestas geométricas de solución tanto de los tramos a cielo abierto como de las estructuras especiales, culminando en un proyecto ejecutivo conformado por dos etapas.

Etapa 1, Tramo: Puente Grande – Estructura de Control de Berriozábal. Lo ngitud aproximada 3 km, compuesto de: (a) Cruce Puente Grande, que consiste en un conducto cerrado dando solución al paso de 3 puentes vehiculares confluentes en un solo punto ubicado bajo las Av. Circunvalación, Camino a Teoloyucan y Av. 5 de Mayo; (b) Rectificación del tramo de 2.8 km de longitud, aguas abajo del Cruce Puente Grande hasta la Estructura de Control de Berriozábal, incluyendo la rectificación del cauce, así como, el reforzamiento y rehabilitación de bordos y; (c) Estructura de Control de Berriozábal, comprendiendo el diseño de una nueva estructura de descarga, la reubicación del Acueducto Teoloyucan y un puente de cruce vehicular de servicio público.

Etapa 2, Tramo: Presa Lago de Guadalupe – Puente Grande. Longitud aproximada 13.2 km, resolviendo; (a) la rectificación y recuperación del área hidráulica del cauce, mediante la tala y retiro de la alta densidad de árboles ubicados dentro del mismo; (b) la falla estructural de bordos, y estructuras de gaviones existentes y; (c) la revisión, adecuación y diseño de estructuras especiales como puentes y obras de toma para riego.

Se describen los análisis de funcionamiento hidráulico, y se presentan perfiles e hidrogramas calculados que determinan la geometría de rectificación del cauce y bordos, así como el diseño geométrico de las estructuras especiales, destacando la solución para el Cruce del Puente Grande mediante dos Cajones de Concreto Armado de sección rectangular de 5.40 m de ancho x 3.70 m de altura y el cambio en la capacidad de la descarga de la Estructura de Control de Berriozábal, que pasa de un gasto de 65 m³/s a 132 m³/s, mediante la implementación de 5 compuertas de 2.5 m x 2.5 m, con su correspondiente estructura de excedencias.

Con el desarrollo de esta propuesta, se disminuyen los riesgos de desbordamientos en el cauce, la posible falla estructural en bordos, y se obtiene una mayor seguridad en la operación hidráulica del sistema de drenaje pluvial de la zona.

IMPLEMENTACIÓN DE UN MODELO DE SIMULACIÓN MATEMÁTICA PARA EL DIMENSIONAMIENTO GEOMÉTRICO DEL CONDUCTO RÍO DE LA COMPAÑÍA

REGULACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE ESCURRIMIENTOS DE LLUVIA EN LAS CUENCAS ALTAS DEL SUR DE LA CIUDAD DE MÉXICO

Actualmente las acciones implementadas para evitar inundaciones y darle sustentabilidad hidráulica a la Ciudad de México, no solo se concentran en la solución para desalojar las aguas a través de las grandes obras hidráulicas y buscar nuevas fuentes de abastecimiento, sino también, se han dedicado grandes esfuerzos para regular los escurrimientos de lluvia de las cuencas altas; controlar los arrastres de suelo; y aprovechar las precipitaciones para infiltrar el agua hacia los mantos acuíferos; siendo estos puntos anteriores, los principales objetivos del trabajo que se presenta. El Gobierno del Distrito Federal a través del Sistema de Aguas de la Ciudad de México, se dió a la tarea de realizar estudios, mediante los cuales se han ubicado sitios para la construcción de represas de gaviones en las zonas montañosas dentro de las Áreas Naturales Protegidas de la ciudad. Derivado de lo anterior, el presente estudio expone la implementación de 21 presas de gaviones ubicadas en la cuenca alta de la población conocida como Topilejo, en la zona Sur de la ciudad. Como resultado, se obtuvo que considerando las 21 presas propuestas se cuenta con una capacidad total de diseño en los embalses de 10,648.84 m³, mientras que el volumen total máximo escurrido es de 25,458.37 m³ (de acuerdo con la tormenta de diseño correspondiente a d = 2 horas, Tr = 5 años), en tanto que el volumen mínimo calculado alcanza 12,920.90 m³ (para una tormenta de d = 0.5 horas, Tr = 2 años). Comparando los valores, se obtiene una relación entre el volumen total escurrido y la capacidad total de diseño de los embalses de 2.39 para el máximo y de 1.21 para el mínimo, es decir, con las 21 presas propuestas específicamente para este trabajo, es posible almacenar agua para infiltración aún cuando los eventos de lluvia en la región generen poco volumen de escurrimiento.

Con la implementación de este tipo de estructuras, se logra con bajas inversiones económicas:

1).- Disminuir los picos de los caudales que llegan hasta las zonas urbanas, minorizando los riesgos de inundaciones y encharcamientos que dañan a la población y la infraestructura urbana existente; 2).- Controlar el arrastre de suelos que se sedimentan en las atarjeas y colectores, logrando que la capacidad de desalojo de las redes se mantengan en mayor medida con su capacidad de diseño, disminuyendo así, los costos de mantenimiento por limpieza y desazolve de los sistemas de drenaje; 3).- Incrementar de manera artificial la recarga de los acuíferos a través de provocar una mayor infiltración de agua de lluvia, lo que además representa un volumen escurrido que no llega al sistema principal de drenaje, coadyuvando a mejorar la eficiencia del mismo, así como disminuyendo su costo de operación y; 4).- Retener el suelo erosionado, y posteriormente retirarlo para ser utilizado en cultivos de la zona de estudio, logrando con ésto, apoyar y mejorar la producción agrícola, así como mantener la capacidad de regulación y almacenamiento de los vasos de las presas propuestas.

REHABILITACIÓN DEL COLECTOR CONSULADO, MEDIANTE EL MÉTODO DE CURADO EN SITIO

Uno de los problemas que enfrenta actualmente el sistema de drenaje de la Ciudad de México, es que algunos de los conductos principales que lo conforman, cuentan con edades mayores a los 40 años, es decir, han cumplido su vida útil y por consecuencia presentan deterioro en su interior. Los daños en los conductos se deben en gran medida a la descomposición de la materia orgánica de las aguas residuales, ya que éstas generan gases en forma de ácido sulfhídrico que se acumula principalmente en la media sección superior de los tubos, ocasionando la degradación del concreto; corrosión del acero de refuerzo; así como, desconchamiento y/o desprendimiento de la superficie interior del revestimiento. Estos daños traen como consecuencia la filtración de agua hacia el interior de los colectores, provocando socavaciones, cavernas y colapsos en diferentes puntos del sistema, lo que a su vez deriva, en la pérdida de capacidad de desalojo y en algunas ocasiones hasta la suspensión del servicio.

Cuando el daño en los colectores llega a un grado alto, es necesario sustituir las líneas a través de la construcción de nuevos sistemas, sin embargo, esta acción representa un alto costo de inversión y fuertes afectaciones en las vialidades durante la ejecución de los trabajos, por estos motivos, y solo para los casos en que los conductos conservan una capacidad de desalojo semejante a la de diseño, se han implementado acciones tendientes a la rehabilitación de los mismos, mediante métodos como el denominado “Curado en Sitio”. Este método no requiere de excavaciones en vía pública, ya que solo es necesaria la remoción de tapas de pozos de visita para introducir al ducto, personal, materiales y equipo utilizados en la realización de las actividades correspondientes.

La rehabilitación consiste en un proceso especializado que implica la implementación de una manga a base de felpa con resinas de poliéster, que se traduce en la creación de una nueva tubería dentro de la original con características de mayor resistencia, flexibilidad y menor coeficiente de fricción, alargando así, la vida útil del colector a un costo de inversión inferior al requerido por el método tradicional de sustitución de tuberías.

Como aplicación de este proceso, en el presente trabajo se exponen las acciones que el Sistema de Aguas de la Cuidad de México está llevando a cabo para la rehabilitación de los tramos dañados del Colector Consulado de 1.52 y 1.83 m de diámetro cuya antigüedad es de más de 50 años, mismo que se ubica en las colonias Mártires del Río Blanco y Emiliano Zapata, en la Delegación Gustavo A. Madero, beneficiando con ésto, a más de 50,000 habitantes de la zona.

ACCIONES PARA DISMINUIR ENCHARCAMIENTOS E INUNDACIONES EN LOS MUNICIPIOS DE ECATEPEC Y NEZAHUALCÓYOTL, ESTADO DE MÉXICO

El desmedido crecimiento de la mancha urbana de la Ciudad de México, ha provocado que los escurrimientos pluviales se incrementen y por consecuencia, la saturación de los sistemas de drenaje de algunas zonas, aunado a lo anterior, existe el problema de hundimientos regionales generados por la extracción de agua del subsuelo, mismo que impacta directamente en la constante pérdida de capacidad de desalojo de redes y conductos superficiales que conforman el complejo sistema de drenaje. En los alrededores de la zona de estudio correspondiente a los Municipios de Nezahualcóyotl y Ecatepec ambos ubicados en el Estado de México, a nivel macro y como parte de la solución al manejo, control, y desalojo de las aguas, se han realizado diferentes obras hidráulicas entre las que destacan; el Túnel Interceptor Río de Los Remedios (TIRR); las Estaciones de Bombeo Casa Colorada Superficial y Profunda; la Laguna de Regulación Casa Colorada; la Planta de Bombeo Plaza de las Tres Culturas, el Túnel Emisor Oriente (en proceso de construcción); así como la constante renivelación de bordos en cauces.

Con el fin de dar solución efectiva al problema específico de encharcamientos e inundaciones en la zona de estudio, se realizó el presente trabajo del que se desprende el diseño de los colectores “San Lorenzo” y “Unidad Central”, así como las Captaciones 11 y 8 del TIRR.

El colector San Lorenzo de 2.44 m de diámetro ubicado en el Municipio de Nezahualcóyotl, tiene una longitud de 2,147.63 m, y cuenta con dos ramales de 1.22 m de diámetro con longitud total de 364 m. El colector Unidad Central y su correspondiente Ramal Juan O’ Gorman ambos de 2.44 m de diámetro, se ubican en el Municipio de Ecatepec, y tienen una longitud de 2,206.92 m y 786 m respectivamente. Los dos colectores fueron diseñados para construirse mediante el procedimiento de tuneléo e hincado de tubería de concreto reforzado, y descargarán a la denominada Captación 11 ubicada en la L4 del TIRR, cuyo diseño cuenta con: Caja de Descarga; Canal de Aproximación ó Rápida; Lumbrera Adosada; y Conductos de Desfogue.

La captación No. 8, sirve para alivio del sistema de drenaje que descarga a la Estación de Bombeo Plaza de las Tres Culturas, y fue diseñada con la conexión directa entre la Lumbrera de Derivación de la Planta de Bombeo y la L5 del TIRR. La conexión tiene un diámetro de 1.83 m y longitud total de 18.56 m. Debido a la profundidad de la descarga del conducto en la L5, esta captación no cuenta con Lumbrera Adosada, por lo que la disipación de la energía del agua en la caída al Túnel, se realizará mediante una estructura tipo lavadero. Para el control de los escurrimientos de la captación, se implementará una compuerta de doble acción localizada en el interior de la Lumbrera de derivación de la Planta de Bombeo.

Con la construcción de los colectores San Lorenzo y Unidad Central, así como con las Estructuras de Captación 11 y 8 del TIRR, se adquiere capacidad suficiente para hacerle frente a una tormenta de alta intensidad, y con ello, disminuir al mínimo los riesgos de encharcamientos e inundaciones, que afectan a la población que se ubica asentada en las inmediaciones de la zona.

REHABILITACIÓN DEL DRENAJE PROFUNDO, CIUDAD DE MÉXICO

El Sistema de Drenaje Profundo (SDP) es parte importante de la historia hidráulica de la Ciudad de México de finales del siglo XX. Ante una mancha urbana en permanente crecimiento y la infraestructura de drenaje superficial disminuida en su capacidad, el drenaje profundo es la más acertada alternativa para el desalojo oportuno de grandes volúmenes de agua pluvial.

Al utilizar el SDP de manera permanente en estiaje y lluvias, y no darle el adecuado mantenimiento preventivo y/o correctivo, los túneles presentan daños que deben ser reparados con el fin de mantener el sistema en las mejores condiciones de funcionamiento. Por lo anterior, se han implementado y ejecutado las acciones necesarias para la Rehabilitación del SDP, mismas que constan principalmente de lo siguiente:

  • Procedimientos de Inspección
  • Análisis de Tipos de Daño y Ubicación de Tipo de Daños por Túnel y tramo
  • Determinación de Proceso de Rehabilitación
  •  Ejecución de los Trabajos

Mantener el Sistema de Drenaje Profundo en óptimas condiciones de operación, resulta una prioridad para las autoridades de los Gobiernos Federal, del Distrito Federal y Estado de México, ya que de ésto depende la seguridad de la población de la Zona Metropolitana en cuanto a su protección contra inundaciones. Por lo anterior, es de suma importancia que durante los estiajes de cada año, se sigan ejecutando de manera permanente las acciones necesarias para la rehabilitación y mantenimiento preventivo y/o correctivo de los diferentes túneles que conforman el complejo Sistema de Drenaje de la ciudad, tomando como antecedente, las experiencias obtenidas en la ejecución de los trabajos realizados hasta la fecha.

Por otra parte es importante que se sigan analizando y probando nuevos materiales que faciliten las tareas de rehabilitación, y que prolonguen la vida útil de los conductos, además que se deben estudiar y en su caso emplear nuevas técnicas en los procesos constructivos, con el fin de reducir tiempos de ejecución de los trabajos, ya que solo se cuenta con el periodo de estiaje de cada año.

FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO Y DIMENSIONAMIENTO GEOMÉTRICO DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO CASA COLORADA PROFUNDA, CIUDAD DE MÉXICO

En cumplimiento con el programa para la Sustentabilidad Hidráulica de la Cuenca del Valle de México, los Gobiernos Federal, del Distrito Federal y Estado de México, han decidido proyectar y construir en el año 2010 la “Estación de Bombeo Casa Colorada Profunda”. Por su naturaleza, esta planta representa una de las obras más importantes que en materia de seguridad a la población, operación del sistema principal de drenaje e ingeniería hidráulica, se realizan en la Zona Metropolitana del Valle de México.

La función principal de esta planta de bombeo, es traspalear el caudal conducido por el Sistema de Drenaje Profundo, y entregarlo a una laguna artificial denominada “Laguna de Regulación Casa Colorada”. El caudal influente proviene de un túnel de 5 m de diámetro ya proximadamente 26 m de profundidad, denominado “Túnel Río de Los Remedios”. La estación de bombeo con capacidad global de 40 m³/s, se conceptualiza en dos cárcamos circulares con capacidad instalada de 20 m³/s cada uno, y se ubica en la zona Oriente de la ciudad, justamente en la confluencia del Dren General del Valle y el Río de Los Remedios.

Con la implementación de esta planta, se pretende disminuir los gastos pico que son conducidos por los túneles del Sistema de Drenaje Profundo, producto de las tormentas extraordinarias que inciden en la ciudad, induciendo de manera artificial, una regulación que reduzca los niveles de operación de los túneles, principalmente del Interceptor Oriente y del Emisor Central. Asimismo como complemento a esta planta, se considera la construcción de dos conductos con capacidad máxima de 40 m³/s cada uno, que servirán por una parte para aliviar el funcionamiento hidráulico del Dren General del Valle; y por otra, apoyar el vaciado rápido de la propia Laguna de Regulación Casa Colorada, lo anterior se logra a través de una captación de Lumbrera Adosada ubicada dentro de la Lumbrera L-6 del Túnel Río de Los Remedios, que dirige finalmente los escurrimientos hacia el Túnel Interceptor Oriente. La operación de los conductos se realizará siempre y cuando el Sistema de Drenaje Profundo, permita adicionarle estos caudales sin que se comprometa su adecuado funcionamiento hidráulico.

SIMULACIÓN MATEMÁTICA PARA RECTIFICAR EL CANAL GENERAL Y DIMENSIONAR 3 PLANTAS DE BOMBEO, TLÁHUAC, CD. DE MÉXICO

Los Gobiernos Federal, del Distrito Federal, y Estado de México, han iniciado un programa de gran magnitud hacia el saneamiento de cuencas, y el desarrollo, mejoramiento, operación y mantenimiento de importantes obras de drenaje, que tienen como objetivo, garantizar la sustentabilidad hidráulica de la Ciudad de México.

Entre estas obras, se considera el adecuado desalojo de las aguas residuales y pluviales de la zona sur oriente de la ciudad, donde uno de sus principales elementos de drenaje es el Canal General. Este canal artificial, se localiza al sur de la Cuenca del Valle de México, entre los Límites Políticos del Distrito Federal de su Delegación Tlahuac, y el Estado de México en su Municipio de Valle de Chalco. Su trazo es de sur a norte, con una longitud total aproximada de 11 km, y drena los escurrimientos de 13 cuencas generales. Su descarga se realiza a través de una Planta de Bombeo denominada PB 1, hacia el Río de la Compañía.

En este trabajo se presenta un estudio hidráulico, cuya finalidad fue analizar el número necesario de alternativas de solución, para resolver por una parte; el problema de capacidad de conducción del Canal General; y por otra, obtener la capacidad de bombeo para las Estaciones 3, 2 y 1 de éste elemento de drenaje. Para el análisis de funcionamiento hidráulico, se implementó el Modelo de Simulación Matemática MOUSE (Modelling of Urban Sewer), y considerando resultados de estudios de Mecánica de Suelos, se determinó que la sección transversal rectificada es trapecial, con plantilla b=4.00 m, taludes 1.25:1, y altura variable con un máximo de h=4.00 m, cumpliendo con un bordo libre mínimo de 0.50 m. La plantilla de rectificación se determinó en tres tramos, que corresponden a las elevaciones 2,227.00, 2,229.00 y 2,232.50 msnm. La capacidad máxima de las Estaciones de Bombeo resultó de 13.00 m³/s cada una. Con la implementación del MOUSE, fue posible analizar y seleccionar la condición que garantiza tanto un correcto funcionamiento hidráulico del sistema, como un mejor aprovechamiento de los recursos económicos en la construcción de esta obra.

SIMULACIÓN MATEMÁTICA PARA DEFINIR LA GEOMETRÍA DEL ENTUBAMIENTO DEL GRAN CANAL DEL DESAGÜE DE LA CIUDAD DE MÉXICO, DEL KM 0+000 AL KM

Se implementa un modelo de simulación matemática para determinar de manera integral el funcionamiento hidráulico del Gran Canal del Desagüe, considerando diferentes geometrías para entubar el cauce desde su inicio en el km 0+000, a la liga con el cajón existente ubicado en el km 2+800, mejorando así su funcionamiento hidráulico, y concluyendo con el saneamiento de su cuenca en el tramo comprendido dentro de los límites políticos del Distrito Federal. Se analizan 6 propuestas geométricas de entubamiento, en las que se variaron la sección transversal y la pendiente, y una vez concluidas las simulaciones y el análisis de alternativas, se determinó que el entubamiento debe realizarse con una sección de Cajón Doble de 4.00 x 4.00 m, y pendiente de 0.000196, el cual debe contar con chimeneas de 2.50 m de altura para tener un bordo libre, y hacer frente a la ocurrencia de una tormenta con duración de 8 horas y periodo de retorno de 10 años, que se presente al final de una temporada de lluvias, cuando las lagunas de regulación y algunos conductos importantes del Sistema Superficial y Profundo de la Cuidad de México se encuentren llenos.

IMPLEMENTACIÓN DE UN MODELO DE SIMULACIÓN MATEMÁTICA, PARA DEFINIR CAPACIDAD Y UBICACIÓN DE UNA NUEVA PLANTA DE BOMBEO, SOBRE EL GRAN CANAL DEL DESAGÜE.

Se aplica un modelo de simulación matemática para conocer en forma integral, el funcionamiento hidráulico del Gran Canal del Desagüe y sus correspondientes repercusiones en el Sistema de Drenaje Profundo de la Ciudad de México, considerando la construcción de una nueva Planta de Bombeo localizada entre sus cadenamientos 9+600 y 11+000. Los análisis se realizaron para las condiciones topográficas actuales del año 2003, así como, para las condiciones topográficas esperadas para los años 2005 al 2008. Con el fin de obtener los mejores resultados, se analizó y procesó, topografía actualizada que fue implementada como datos en el modelo de simulación matemática, para condiciones actuales, y extrapolada para los análisis a futuro. Por otra parte, se realizó un estudio para determinar los caudales utilizados en la época de estiaje y la temporada de lluvias. Con los datos anteriores, se realizaron diferentes simulaciones, a través de las cuales fue posible determinar las capacidades de las plantas de bombeo estudiadas; la ubicación y características de la planta cuyo funcionamiento hidráulico resultó ser el más adecuado, para manejar niveles del agua bajos en los primeros tres kilómetros del Gran Canal; lograr derivar un gasto pequeño durante un periodo corto de tiempo al Sistema de Drenaje Profundo; e incrementar los gastos bombeados por la Planta del km 18+600 del Gran Canal del Desagüe. Derivado de los análisis realizados, se determinó que la solución más adecuada para la construcción de una nueva planta en el Gran Canal del Desagüe, es ubicarla en el Km 9+600 con capacidad de 18 m 3 /s, más 3 m 3 /s aproximadamente como respaldo para las emergencias durante su operación.

APLICACIÓN DE UN MODELO DE SIMULACIÓN MATEMÁTICA, PARA DETERMINAR LA ALTURA DE COSTALERAS EN EL CIERRE DEL INTERCEPTOR CENTRAL, DURANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE COMPUERTAS DE DOBLE ACCIÓN, EN SU LUMBRERA 0B.

La constante ampliación y mantenimiento de las estructuras y conductos que conforman el complejo Sistema de Drenaje de la Ciudad de México, requieren indiscutiblemente de un análisis integral del funcionamiento hidráulico, en el momento en el que se necesita cambiar su política de operación. El realizar análisis separados de conductos específicos para la solución de un problema, muchas veces deriva en la creación de otros nuevos en conductos afluentes o efluentes de los analizados. Es por esa razón, que se presenta la importancia de contar con modelos matemáticos de simulación, que permitan conocer un panorama general de la influencia que tienen entre sí, todos aquellos conductos que se encuentran de alguna forma interconectados y que forman parte de un gran sistema, que como el de la Ciudad de México, son sensibles a cualquier cambio en su política de operación.

Se presenta un análisis del funcionamiento hidráulico del Sistema Principal de Drenaje de la Ciudad de México, realizado para determinar la altura de costaleras, y lograr el cierre provisional del Interceptor Central en su Lumbrera 0B, con el objeto de implementar compuertas de doble acción, que permitan aislar este conducto del sistema para su inspección física y mantenimiento preventivo y correctivo planeado a futuro.

Los resultados arrojaron importantes conclusiones y recomendaciones, ya que a través de la modelación matemática se pudo apreciar el comportamiento del sistema, identificándose que los remansos que provoca la descarga de la Obra de Toma del Gran Canal al Interceptor Oriente, deriva en saturación y cargas importantes en la Lumbrera 2 del Interceptor Centro-Centro (sitio propuesto de cierre), dejando fuera la propuesta de seccionar con costaleras este punto, para lograr el aislamiento del Interceptor Central.