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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES

ARAGÓN

EFECTOS HIDRÁULICOS CAUSADOS POR LA

REHABILITACIÓN DEL SISTEMA DE DRENAJE PROFUNDO DE LA CIUDAD DE MÉXICO (INTERCEPTOR

CENTRAL EN ESPECÍFICO EN EL TRAMO LUMBRERA 13-LUMBRERA 0B)

TESIS QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO CIVIL PRESENTA:

EDGAR RIVAS HERNÁNDEZ ASESOR: INGENIERO RUBÉN PINEDA MIGUELES

San Juan de Aragón Edo. De México a 14 de noviembre del 2013

UNAM – Dirección General de Bibliotecas

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AGRADECIMIENTOS

A Dios, a la Virgen María por la vida, a mi familia por su apoyo incondicional.

A mi padre Alfredo Rivas Arredondo por enseñarme que el trabajo, la honradez y la dedicación

son el camino correcto.

A mi madre María de Lourdes Hernández Hernández por ayudarme a tener fe y darme la fuerza

necesaria para no rendirme nunca.

A mis Hermana Dulce Paola Rivas Hernández, Cristian Johana Rivas Hernández, María de

Lourdes Rivas Hernández y Monserrat de Jesús Rivas Hernández por su cariño mostrado.

Al ingeniero Rubén Pineda Migueles por brindarme las facilidades y apoyarme en la realización de

esta tesis.

A todos mis Profesores que me brindaron sus enseñanzas sin esperar nada a cambio.

Al SACMEX por las facilidades brindadas de ingresar a sus instalaciones.

INDICE AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................................ 3

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 3

CAPITULO I. ANTECEDENTES .............................................................................................................. 5

I.1 Necesidad de drenar las aguas de la Cuenca del Valle de México. ....................... 5

I.1.1 Época prehispánica.............................................................................................................. 5

I.1.2 Época colonial...................................................................................................................... 6

I.1.3 Época independiente .......................................................................................................... 9

I.2 Reseña historia del Sistema Drenaje Profundo de la Ciudad de México. ........... 13

CAPITULO II. CONDICIONES HIDRÁULICAS INICIALES (1975). ......................................................... 17

II.1 Consideraciones de los Túneles Respecto al Hundimiento del Suelo .................... 18

II.2Estudios hidrológicos ......................................................................................................... 18

II.3 Estudio hidráulico .............................................................................................................. 21

II.4 Proyecto definitivo ............................................................................................................ 22

II.5 Localización Emisor Central ............................................................................................ 28

II.6 Localización Interceptor Central .................................................................................... 32

II.7 Localización Interceptor Oriente: .................................................................................. 36

CAPITULO III. NECESIDAD DE REHABILITACIÓN ............................................................................... 37

III.1 Efectos de la falta de rehabilitación al Sistema de Drenaje Profundo ............... 37

III.2 Inspecciones Realizadas ................................................................................................. 40

III.3 Daños encontrados en los túneles del Sistema de Drenaje Profundo ................. 43

CAPITULO IV. CONDICIONES HIDRÁULICAS ENCONTRADAS ANTES DE SU REHABILITACIÓN (2006-

2008). ................................................................................................................................................ 51

IV.1 Memoria de cálculo para el Emisor Central ............................................................... 54

IV.2 Memoria de cálculo para el Interceptor Central ...................................................... 57

IV.3 Memoria de cálculo para el Interceptor Oriente ...................................................... 60

CAPITULO V. MÉTODOS DE REHABILITACIÓN ................................................................................. 63

V.1. Métodos de Rehabilitación Empleados. ...................................................................... 63

VI.1.1 Concreto lanzado en zona de clave y protección de concreto contra gases utilizando

productos químicos. .................................................................................................................. 63

V.1.2 Revestimiento definitivo utilizando cimbra telescópica y protección de concreto contra

gases utilizando liners y productos químicos (L13-L0B). ........................................................... 65

V.1.3 Reparación de cubetas y protección del concreto con productos químicos. .................. 69

CAPITULO VI. ANÁLISIS HIDRÁULICO POR MEDIO DE UN MODELO MATEMÁTICO ...................... 70

VI.1 Descripción del programa SWMM v.5.0 ..................................................................... 70

VI.2 Calculo del Hidrograma Unitario a descargar en los Interceptores y ejemplo

del Colector Moyabamba. ....................................................................................................... 72

CAPITULO VII. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES EFECTUADAS EN LAS

CONDICIONES ACTUALES (2012). ..................................................................................................... 82

VII.1 Memoria de cálculo para el Emisor Central ............................................................. 82

VII.2 Memoria de cálculo para el Interceptor Central ..................................................... 85

VII.3 Memoria de cálculo para el Interceptor Oriente .................................................... 88

VII.4 Resultados obtenidos mediante la simulación realizada en el programa

SWMM en las diferentes condiciones en las cuales se encontró el Drenaje Profundo

....................................................................................................................................................... 94

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................................................... 107

Bibliografía ...................................................................................................................................... 110

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INGENIERÍA CIVIL 3

INTRODUCCIÓN

Mediante el siguiente trabajo, se establece la importancia que tiene para la Ciudad de México y la

zona conurbada el Sistema de Drenaje Profundo de la Ciudad, en especial la rehabilitación realizada

en el Interceptor Central y sobre todo en el tramo de la lumbrera 13 a la lumbrera 0B, debido a que

este tramo es de suma importancia para el sistema, debido a que se une con el Emisor Central y su

rehabilitación es importante para el buen funcionamiento del túnel por ser el último tramo de su

recorrido, además fue uno de los tramos que presentaban más daño en su estructura, lo que influye

para su buen funcionamiento de todo el Interceptor.

La importancia de este trabajo radica en determinar el funcionamiento hidráulico, principalmente

por la sobreelevación de los niveles de agua en las lumbreras, indicios de que se tenían problemas de

capacidad en los túneles para desalojar las aguas. En estos trabajos de rehabilitación se utilizaron

diferentes métodos, el que más me llamo la atención fue el desarrollado en los tramos de la

lumbrera 13 a la lumbrera 0B del Interceptor Central, el cual por su grado de afectación al conducto

se vio en la necesidad de hacer una reducción en su diámetro, lo que representa aparentemente un

factor determinante para la reducción de la capacidad del túnel por lo que se analizaron si los

efectos hidráulicos son de consideración o simplemente el conducto sigue trabajando dentro de los

límites de eficiencia que se esperaban antes de ser rehabilitados, para esto se realizaron cálculos

basándose en fórmulas de diversos autores y en cuatro simulaciones, una de las condiciones

iniciales del conducto, antes de realizar la rehabilitación, con las condiciones actuales, está

considerando que no se hubiera reducido el diámetro y otra considerando dicha reducción, lo

anterior se realizó mediante un programa de computo de simulación matemática hidráulica de

acceso libre de nombre Storm Wáter Management Model que en español significa Modelo de

Gestión para Aguas Pluviales, (SWMM), en el cual se analizó las condiciones hidráulicas que guarda el

sistema permitiendo obtener conclusiones interesantes para realizar algunas recomendaciones.

En el Capítulo I, se revisan los antecedentes de las condiciones de la cuenca del valle de México y se

explican las necesidades de desalojar las aguas que se precipitan sobre ella, además de hacer un

resumen de la historia de cómo se ha ido solucionando este problema, además de un breve

resumen de la historia del Drenaje Profundo de la Ciudad.

En el Capítulo II, se revisan las condiciones hidráulicas de cómo se encontraba el Emisor Central, el

Interceptor Oriente y el Interceptor Central al inicio de operaciones (1975) revisando con mayor

énfasis las condiciones Hidráulicas tramo por tramo del Interceptor Central para así verificar las

condiciones del tramo de mi interés.

En el Capítulo III, se revisan la necesidad que tenía el Sistema de Drenaje Profundo para realizar la

rehabilitación y los daños encontrados en ellos, además de las causas por las cuales algunos tramos

resultaron más dañados que otros.

En el Capítulo IV, se revisan las condiciones hidráulicas de cómo se encontraba el Emisor Central, el

Interceptor Oriente y el Interceptor Central antes de realizar la rehabilitación (2006-2008) revisando

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INGENIERÍA CIVIL 4

con mayor énfasis las condiciones hidráulicas tramo por tramo del Interceptor Central, para así

verificar las condiciones del tramo por analizar.

En el Capítulo V, se revisan los diferentes métodos de cómo se realizó la rehabilitación en los

diferentes tramos, haciendo énfasis en el método utilizado en el tramo de interés, además de

describir brevemente los métodos constructivos utilizados.

En el Capítulo VI, se describe brevemente el programa de análisis matemático (SWMM), además del

método para calcular el hidrograma unitario de cada colector que descarga al Interceptor Central, los

cuales me sirvieron para introducirlos al programa de cómputo y así poder generar posteriormente

las simulaciones.

En el Capítulo VII, se revisan las condiciones hidráulicas de cómo se encuentra el Emisor Central, el

Interceptor Oriente y el Interceptor Central después de realizar la rehabilitación (2012) revisando

con mayor énfasis las condiciones Hidráulicas tramo por tramo del Interceptor Central, para así

verificar las condiciones del tramo de interés, además de revisar los resultados de la simulación, en

este caso, solo del Interceptor Central tanto de los gastos alcanzados y de los niveles de las

lumbreras aguas arriba de dicho Interceptor.

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INGENIERÍA CIVIL 5

CAPITULO I. ANTECEDENTES

I.1 Necesidad de drenar las aguas de la Cuenca del Valle de México .

I.1.1 Época prehispánica

El Valle de México, que comprende cerca de 8,058 kilómetros cuadrados de superficie, está

situado en la parte meridional y más alta de la Meseta1 Central y geográficamente está limitado por

cordilleras enlazadas entre sí, por lo que no existe una salida directa para las aguas que precipitan las

lluvias, las que escurren superficialmente. Siglos atrás, al no encontrar salida éstas formaron grandes

depósitos en forma de lagos (Figura.-1) al oriente el de Texcoco, al sur los de Xochimilco y Chalco y

hacia el norte los de Zumpango, Xaltocan y San Cristóbal.

Figura.-1 Cuenca del Valle de México en el año 1519

1 Es una planicie extensa situada a una determinada altura sobre el nivel del mar.

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INGENIERÍA CIVIL 6

Estas características han provocado que a lo largo de la historia se hayan realizado diversas obras

hidráulicas, con el fin de evitar inundaciones catastróficas, provocando la desecación de los lagos.

Desde que los Mexicas fundaron su ciudad en 1325, construyeron calzadas2 y diques3 para moderar

el flujo de las aguas de lagos y ríos, con el fin de prevenir inundaciones y evitar que los lagos de

Chalco y Xochimilco se mezclaran con las aguas saladas de el lago Texcoco. Una de las obras más

notables de esta época, fue el Albarradón4 de Nezahualcóyotl, dique realizado hacia 1450 con una

longitud de 22 kilómetros, cuatro metros de alto y 6.7 metros de ancho. Fue construido por

Nezahualcóyotl durante el reinado de Moctezuma Ilhuicamina y corría desde el cerro de la Estrella

en Iztapalapa, hasta Atzacoalco, al pie de la sierra de Guadalupe. Éste cumplió la función de

contener las aguas del lago de Texcoco, que anteriormente ya habían causado graves

inundaciones y además, la de separar las aguas dulces de las salobres. La importancia de este

sistema radica en que permitió la vida urbana, la comunicación lacustre, pero sobre todo, la

construcción de chinampas5.

Las chinampas o jardines flotantes constituyeron una de las obras hidráulicas con mayor

importancia, vitales para el desarrollo de imperios como el Mexica, ya que estos islotes de tierra

cultivable, permitieron la actividad agrícola dentro del lago.

También se tenía una cultura de convivencia con la flora y fauna del lugar, ya que de los lagos

proveían de peces y vegetales los cuales eran consumidos por los habitantes de la región y estos no

alteraban el orden ecológico del lugar.

I.1.2 Época colonial

Las obras hidráulicas realizadas por los Mexicas mantuvieron a México-Tenochtitlán casi sin

inundaciones, situación que cambió con la llegada de los españoles, quienes durante el sitio de la

ciudad, la privaron de agua potable, cegaron los canales que la cruzaban y desaguaban6 en el lago de

Texcoco y destruyen el albarradón además de algunos diques y calzadas.

Todo esto ocasionó que al fundarse la capital de la Nueva España, no se contara con protección

alguna contra las aguas de los lagos, por lo que a partir de 1553 sufrió de constantes inundaciones.

Con el fin de evitarlas, a lo largo de la Colonia se presentaron varios proyectos que intentaron

terminar con el problema, pero que muy pocos llegaron a concluirse.

2 Las calzadas fueron elevaciones artificiales de un ancho promedio de 15 metros hechas con piedra, arcilla,

argamasa, plantadas en el fondo del lago con pilotes de madera. 3 Es un terraplén para evitar el paso del agua, puede ser natural o artificial.

4 Es un dique de contención, un muro hecho de piedra u otros materiales impermeables.

5Es una antigua manera de armazón hecha con troncos y varas, en ocasiones de considerables dimensiones,

sobre la que se deposita tierra vegetal debidamente seleccionada. 6 Extraer o hacer salir el agua de un lugar.

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INGENIERÍA CIVIL 7

En 1604 se construyó bajo la dirección de Jerónimo de Zárate, un dique-calzada que corría de San

Cristóbal Ecatepec a Venta de Carpio en Chiconautla, Estado de México. (Figura.-2) Conocido como

Albarradón de Ecatepec, tenía la intención de evitar los derrames de los lagos del norte en el lago de

Texcoco. A pesar de ser una obra arquitectónica muy importante, requería de un constante

mantenimiento y continuas reparaciones.

Figura.-2 Vestigios del Albarradón de Ecatepec

Una de las obras más importantes de esta época fue la realizada por Enrico Martínez7 en 1607, que

pretendía sacar las aguas fuera de la cuenca, mediante la construcción de un túnel y una abertura

entre los cerros, conocido como Tajo8 de Nochistongo, en el municipio de Huehuetoca, Estado de

México.

En el primer año de trabajo, Martínez logró que las aguas del lago de Zumpango empezaran a

drenar9 por el tajo de Nochistongo (Figura.-3) hacia el valle de Tula, pero la capacidad fue

insuficiente y no disminuyó el volumen de agua requerido. Durante todos esos años las críticas hacia

el cosmógrafo fueron muy duras, se consultaron a otros especialistas y en ocasiones, las autoridades

ordenaron suspender los trabajos. El problema más grave se suscitó en 1629, cuando tuvo lugar una

de las peores inundaciones.

7 Cosmógrafo del rey de España, intérprete de la Santa Inquisición e ingeniero hidráulico.

8 Corte vertical producido en un terreno por causas naturales o artificiales

9 Hacer salir el agua acumulada en una zona, especialmente en un terreno.

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INGENIERÍA CIVIL 8

Figura.-3 Tajo de Nochistongo

Ante tal acontecimiento, Enrico Martínez decidió cegar la entrada del canal del desagüe, pues temía

que no resistiera la avenida de las aguas del río Cuautitlán y que todo lo construido se destruyera. Tal

decisión fue catastrófica, las aguas del río llegaron a la Ciudad de México, alcanzaron considerable

altura y las pérdidas fueron cuantiosas: muertes, emigración, propiedades destruidas y parálisis

económica. Fray Luis Alonso Franco escribió al respecto: ¨en canoas se llevaban los cuerpos de los

difuntos a las iglesias y en barcos curiosos y con mucha decencia se llevaba el Santísimo Sacramento

a los enfermos.¨ Se dice que aún después de diez años, los daños eran perceptibles.

El famoso cosmógrafo fue acusado de negligencia y encarcelado, aunque finalmente fue puesto en

libertad pues sin duda, en aquel entonces era quien más sabía del problema y por lo cual, las

autoridades decidieron que se reiniciaran las obras. Esa fue la última etapa en la que participó

Martínez entonces propuso que el canal se continuara a cielo abierto, lo que fue rechazado. El

cosmógrafo murió en 1630, sin haber logrado lo que se había propuesto.

En los años siguientes, las obras del desagüe fueron motivo de preocupación de las autoridades

novohispanas, sobre todo cuando arreciaban las lluvias y la amenaza de nuevas inundaciones

estaban en puerta.

En 1637 se continuaron los trabajos a tajo abierto, ya en el siglo XVIII se pensó en la necesidad de

hacer un desagüe general. Cuando el barón de Humboldt visitó México, opinó que el problema sólo

podría resolverse mediante la construcción de un canal que se dirigiera hacia el lago de Texcoco.

Hasta que en 1774 Joaquín Velázquez de León continuó con los proyectos de Humboldt, pero solo

realizo la nivelación de todo el trayecto del canal.

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INGENIERÍA CIVIL 9

Sin embargo, en años subsecuentes la falta de revestimiento en la galería del túnel de Nochistongo

ocasionó varios derrumbes que lo dejaron inservible por muchos años. En 1789 se retomó el

proyecto, y en lugar de reparar el túnel se realizó un tajo a cielo abierto. Aunque sirvió durante algún

tiempo para librar a la ciudad de las inundaciones, pronto comenzó a ser insuficiente.

I.1.3 Época independiente

Al situarnos en la época de la Independencia, la Ciudad de México aún no contaba con obras

adecuadas que pudieran alejar las aguas pluviales y de desecho de la zona urbana. Hasta entonces,

el desagüe de la ciudad se efectuaba a través de imperfectas atarjeas y conductos desaguadores que

componían el sistema de caños de cajas con pendientes mal calculados, con capacidad insuficiente y

que eran muy difíciles y costosas de mantener sin azolvarse. Este sistema conducía las aguas por el

canal de la Merced hacia el lago de Texcoco, donde no tenían otra salida sino la evaporación natural.

Los problemas de salud que ocasionaban las inundaciones eran ya demasiado graves, por lo que en

1856 la Secretaría de Fomento convocó a un concurso para realizar un proyecto que resolviera el

problema, resultando ganador el Ingeniero Francisco de Garay.

La propuesta consistía en la apertura de un canal que empezaría en la Ciudad de México, en San

Lázaro, y se conectaría a un túnel con un gasto de 33 m3/s, desembocando en el arroyo de Ametlac,

confluente del Tequixquiac, al norte de Zumpango, Estado de México. (Figura.-4) (DISTRITO

FEDERAL, 1975)

Las obras no fueron iniciadas sino hasta 1858, y se vieron constantemente interrumpidas por la falta

de recursos económicos y por los conflictos políticos que se presentaban en el país.

Después de que las abundantes lluvias de 1865 inundaran la ciudad, las autoridades se preocuparon

de nuevo, por lo que el ingeniero Miguel Iglesias fue comisionado para realizar las obras del desagüe.

Este decidió que el túnel desembocaría en la barranca de Tequixquiac, es decir, por Acatlán, en lugar

de Ametlac. Pronto comenzaron las obras y se obtuvieron avances significativos, pero las constantes

revueltas militares y los distintos pronunciamientos seguían paralizando los trabajos, hasta que en

1869 se abandonan por completo.

Es hasta la presidencia de Porfirio Díaz cuando la Secretaría de Fomento se concretó de nuevo en dar

salida a las aguas negras, por lo que en 1878 nombró como Director Interino de las Obras de

Desagüe al Ingeniero Luis Espinosa, quien al siguiente año presentó el proyecto completo y definitivo

del desagüe del valle, que fue aprobado por el Presidente de la República.

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INGENIERÍA CIVIL 10

Figura.-4 Trazo del Gran Canal del Desagüe Ciudad de México

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PLAN"O

PARTE DE LOS LAGOS OH VAlLE DE MÉXICO _ . tur.t .. __

EL 6RAH CANAL Y EL TUNEL DEL DESA6(/E

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Las obras comenzaron hasta 1885, cuando se nombró a Espinosa como titular de la Junta Directiva

del Desagüe. En 1894 quedó concluido el túnel, y a principios de 1900 se terminó el Gran Canal; por

lo que el 17 de marzo del mismo año, Porfirio Díaz inauguró oficialmente el Sistema de Desagüe del

Valle.

En esta obra se aplicaron cuantiosos recursos humanos y económicos, tanto federales como locales,

que se caracterizaron por su modernización y por la utilización de las técnicas más avanzadas de la

época. Sin embargo, su potencia y resistencia apenas eran adecuadas para las condiciones de la

cuenca a principios del siglo XX. Para hacerlo operable, requería de fuertes gastos de mantenimiento

y de constantes trabajos de reparación, mejoramiento y ampliación.

A partir de 1930 los fenómenos sociales, como el acelerado crecimiento de la población, que llegaba

a un millón de habitantes, la extracción de agua de los mantos freáticos, el asentamiento del terreno

y el hundimiento diferencial, ocasionaron que la ciudad de México volviera a padecer de constantes

inundaciones, que se hacían cada vez más frecuentes y más desastrosas. Todo el sistema de drenaje

tuvo que ser reestructurado, se buscaron diversas soluciones, una de ellas consistió en aliviar el

gasto que soportaba el túnel de Tequixquiac, mediante la construcción de un segundo túnel, cuya

construcción comenzó en 1937.

Este Nuevo Túnel de Tequixquiac desemboca en la Barranca de Acatlán, tal como lo había sugerido

Francisco de Garay en 1856, tiene una longitud de 11.2 kilómetros, es de sección circular y permite

un caudal o gasto máximo de 60 m3/s. Su construcción contó con innumerables contratiempos,

desde la falta de presupuesto, la selección de materiales inadecuados, el cambio de instituciones

encargadas de su construcción, hasta las prisas por entregar las obras; por lo que fue hasta 1954

cuando se concluye y lo inaugura el presidente Adolfo Ruiz Cortines. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

Otra de las soluciones, fue la Desviación Combinada, que es un conjunto de estructuras hidráulicas

presas y túneles de interconexión construidas sobre los ríos de la vertiente oriental de la Sierra de las

Cruces para regularizar las aguas, desviando sus cursos al norte de la Ciudad de México hasta llegar

al Lago de Texcoco. Algunos de los ríos afectados fueron: Mixcoac, Tacubaya, San Joaquín,

Tlalnepantla y San Javier.

Para 1961 se comenzó la construcción del Interceptor del Poniente, y quedó terminado en nueve

meses. Su función es la de auxiliar al Gran Canal y a la red de colectores, conduciendo sus descargas

a través del vaso de cristo la Emisor Poniente Que es túnel Circular de capacidad de 30 m3/s.

Una de estas obras se realizó en 1962 en el kilómetro 9.5 del Gran Canal para la descarga del río de

los Remedios; se le conoce con el nombre de Puente-canal.

Entre 1963 y 1964 el Emisor Poniente se prolongado 32.3 kilómetros en forma de canal y se

aumentó su capacidad a 80 m3 /s, pero solo esto en la sección del canal, llevando las aguas hacia el

río Cuautitlán, la Laguna de Zumpango y el Tajo de Nochistongo.

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Inevitablemente la ciudad de México siguió hundiéndose, haciendo inoperable el sistema de drenaje,

por lo que se pensó que la mejor solución fue construir un desagüe lo suficientemente seguro para

que, por más que se hundiera la ciudad, aquél jamás fuera afectado. Bajo el nombre de Drenaje

Profundo, el plan definitivo de esta gigantesca obra fue aprobado e iniciado en 1967.

Esta obra estaba compuesta en el proyecto original por dos Interceptores10: el Central de ocho

kilómetros de longitud, y el Oriente, de 10 kilómetros y ambos; confluyen en un Emisor que tiene 50

kilómetros de largo, lo que en conjunto forma un túnel de 68 kilómetros de longitud hasta el año de

1975.

El diámetro interior de los Interceptores es de cinco metros, su capacidad máxima de 85m3/s para el

Interceptor Oriente y su profundidad varía de 20 a 50 metros. Mientras que el Interceptor Central su

capacidad máxima es de 90 m3/s y su profundidad varía de 22 a 41 metros. Ambos confluyen con el

Emisor Central, el cual descarga en el río El Salto, afluente11 del Rio Tula, y continúa hasta el Distrito

de Riego 03, del Valle del Mezquital, Estado de Hidalgo. El anterior tiene un diámetro interior de 6.5

metros y una capacidad máxima de 200 a 220 m3/s según los cálculos del proyecto original, su

profundidad mínima es de 40 metros y su máxima de 217. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

A partir de los setenta, se continuó la construcción, de todas las obras necesarias para reparar,

ampliar y modernizar los sistemas de drenajes existentes, y de nuevas redes para satisfacer la

demanda de estos servicios, causada por el aumento de la población.

Al año 2011 el Gran Canal del Desagüe, drena la parte baja de la ciudad de México, con el auxilio de

18 plantas de bombeo situadas a lo largo de su recorrido dos de ellas en el Estado de México (no

todas en operación), y descarga sus aguas; a través de los dos túneles de Tequixquiac, hacia la

cuenca del río Tula, en donde se aprovechan para el riego agrícola. Recibe además aguas del río de

los Remedios y del Lago de Texcoco; este último funciona a su vez como estructura reguladora de las

aportaciones de los ríos del oriente y del río Churubusco, el cual constituye la estructura más

importante para drenar el sur y el oriente de la Ciudad de México.

10

Es un conducto abierto o cerrado que capta en forma parcial o total el caudal o gasto de dos o más colectores. 11

Es un curso de agua, también llamado tributario, que no desemboca en el mar sino en otro río más importante.

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I.2 Reseña historia del Sistema Drenaje Profundo de la Ciudad de México.

En los primeros años de 1900, la capital de la República contaba con una población estimada en 350

mil habitantes ocupando una superficie de 21.1 Km2. Cincuenta años más tarde, la población había

aumentado ocho y media veces, alcanzando los 3 millones de residentes, además de que la mancha

urbana se extendía sobre 257 km2; había rebasado al Distrito Federal incorporando al municipio de

Tlalnepantla en su zona metropolitana. Para 1980 La Zona Metropolitana de la Ciudad de México

albergaba a 13.9 millones de personas y ocupaba 838 km2. Para el año 2005 la (ZMCM) alberga a 19

millones de personas en una superficie estimada en 1,560 km2. Para el año 2011, la población es del

orden de 20, 019, 381 habitantes ocupando una superficie del orden de 1,620 km2. (Figura.-5)

(INEGI, 2010)

El crecimiento desmedido de la población del Distrito Federal y la (ZMCM), en los últimos tres

decenios incrementó a la misma escala la demanda de agua potable. Para satisfacerla, entre otras

soluciones se recurrió a la perforación de numerosos pozos en la zona urbana, lo que aceleró el

hundimiento general del terreno, hundimiento que en algunos puntos ha llegado a 9.00 m. Una de

las consecuencias de esto es el dislocamiento de la red de atarjeas y colectores, produciéndose

columpios y contrapendientes en los conductos que, finalmente, debían desaguar al Gran Canal por

gravedad. Este estado de la red provocó serias inundaciones en la ciudad y obliga a las autoridades

del Distrito Federal a reconstruir gran parte de ella y a auxiliar el sistema de desagüe con bombeo.

Esto requirió la operación de 94 plantas de bombeo, incrementando así considerablemente los cos-

tos de operación y de mantenimiento del sistema.

Debido a la extracción de agua del subsuelo y a los hundimientos resultantes, que han disminuido sin

llegar a desaparecer, fue necesario efectuar obras constantes de rectificación, reconstrucción de

atarjeas, colectores y de mantenimiento de los cárcamos de las plantas de bombeo al Gran Canal.

(Figura.-6) Cuando en un inicio trabajaba con gastos máximos de hasta de 150 m3/s, disminuyo

hasta 8 m3/s para recupera parte de su capacidad, ha sido necesario efectuar numerosas y costosas

obras provisionales, que no podrían considerarse como definitivas para la seguridad de la ciudad,

debido a la naturaleza del terreno y del crecimiento urbano. (SACMEX, 2009)

Para atender esta problemática, en 1952 se creó la Comisión Hidrológica del Valle de México,

dependiente de la Secretaría de Recursos Hidráulicos. Por su parte, el Distrito Federal creó, en 1953,

la Dirección General de Obras Hidráulicas; esta última dio a conocer un plan general con el propósito

de hacer frente al hundimiento, a las inundaciones y al abastecimiento de agua potable. Pero no fue

hasta 1959, cuando se pensó que la solución del problema sería la realización de un Sistema de

Drenaje Profundo.

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Figura.-5 Crecimiento Urbano de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México

o

,

2005 -1560 KnI

ti!I! 1980 .. 838 KIri

1960 - 380 Km'

1910 - 21 Knl

~-" .. ,

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Durante los años siguientes se llevaron a cabo las investigaciones encaminadas a emprender la tarea

señalada: posibles trazos, estudios hidrológicos e hidráulicos, análisis geológicos de estratigrafía y de

sismicidad. El proyecto comprende la construcción de un Emisor Central y la de dos Interceptores

profundos: el Central y el Oriente. La profundidad de estos últimos permite el desagüe por gravedad

a través de túneles, desde la ciudad hasta la desembocadura del sistema, en el río del Salto, cercano

a la presa Requena, en Hidalgo. Así se puede mantener en servicio la red de alcantarillado y

aprovechar las aguas negras para riego y usos industriales.

En el nuevo proyecto se contempló y realizaron estudios complementarios, en esta tarea participó el

Instituto de Ingeniería de la UNAM. Con el objetivo de garantizar y comprobar todos los cálculos

teóricos se solicitó a la institución un modelo de Emisor, para verificar el funcionamiento hidráulico y

el de las descargas de los colectores a los interceptores profundos, y se tomó en cuenta y atendieron

también los aspectos económicos y financieros. Finalmente, en 1967 se dio inicio a esta importante

obra.

Los trabajos comenzaron en las lumbreras y posteriormente se atacaron los frentes del túnel. En

1971 se creó el consorcio Túnel, S. A., conocido como TUSA; éste agrupó a los contratistas de la obra

bajo un solo mando. Sobre la marcha tuvieron que enfrentar diversas dificultades, lo que produjo el

desarrollo de distintas técnicas para lograr el éxito final. Particularmente, en la Ciudad de México, el

túnel tenía que atravesar suelos de muy poca resistencia, pero también el avance fue difícil cuando

se hicieron perforaciones en zonas de roca sólida.

Figura.-6 Origen de la Pérdida de Capacidad del Gran Canal

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Los túneles que forman parte del Sistema de Drenaje Profundo alcanzaron 68 km de longitud y se

revistieron de concreto armado y concreto simple. Las obras concluyeron en el año de 1975,

solucionando por fin un ancestral problema de nuestra capital. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

Es indudable que, a lo largo de los años, se fueron acumulando experiencias de trabajo

fundamentales para el proyecto final. En el Sistema de Drenaje Profundo se pusieron en juego

avanzados conocimientos y novedosas técnicas, frutos del desarrollo de la ingeniería mexicana.

El drenaje profundo de la Ciudad de México está constituido por un túnel de 6.50 metros de

diámetro. Diseñado originalmente para desalojar aguas residuales y pluviales, solo en temporada de

lluvias, en la actualidad alcanza una longitud global de 166.15 kilómetros, pues en él confluyen una

serie de Interceptores los cuales mencionaremos en capítulos posteriores.

En el año 2006 personal del Sistema de Aguas de la Ciudad de México, efectúo inspecciones en el

interior de los túneles que presentaban un funcionamiento hidráulico inadecuado, visualizando un

deterioro de su revestimiento y exposición del acero de refuerzo; por la presencia de gases causados

por la descomposición de la materia orgánica, que transportan las aguas residuales (Ácido

Sulfhídrico) en la Clave (Techo del Túnel Emisor) y daños en la Cubeta (Piso del Túnel emisor),

ocasionado por el arrastre de sólidos y el paso de agua a velocidades no recomendadas, la

reparación de los túneles, así como los beneficios o maleficios, que son parte de este trabajo en el

que se verá, más adelante en los siguientes capítulos.

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CAPITULO II. CONDICIONES HIDRÁULICAS INICIALES (1975).

El Sistema de Drenaje Profundo, es parte medular de la historia hidráulica de la Ciudad de México,

de finales del siglo XX. Ante una mancha urbana, en permanente crecimiento y la infraestructura12

de drenaje superficial disminuyendo en su capacidad, el drenaje profundo es la más acertada

alternativa, para el desalojo oportuno de grandes volúmenes de agua pluvial (como fue diseñada en

un principio); pero sin embargo es utilizada también para el desalojo de aguas sanitarias.

Así, el Drenaje Profundo no requiere de bombeos, porque funciona por gravedad y no es afectado

por los hundimientos del subsuelo. Además, fue diseñado para aprovechar la infraestructura

primaria existente la cual; por otra parte, se ha ampliado y conservado para garantizar a la población

su seguridad contra las inundaciones.

El Sistema de Drenaje Profundo se ha construido por etapas, la primera de ellas cubrió la

construcción del Emisor Central y los primeros tramos de los Interceptores Central y Oriente, cuyo

inició fue el 17 de marzo de 1967, primeramente fijándose los sitios para lumbreras. Éstas desde

luego se sitúan siempre en puntos estratégicos, fácilmente accesibles, y de tal manera que su

profundidad fuera mínima (40-220 m). De todos los posibles puntos para lumbreras se eligió los que

resultaron del estudio de la ruta crítica, tomando en cuenta datos de sondeos, consideraciones

hidrológicas y avances teóricos. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

A partir de 1975, año en que se concluyó la primera etapa del drenaje profundo, éste se convirtió en

uno de los componentes más importantes del sistema de desagüe.

El Sistema de Drenaje Profundo en su primera etapa como se ha mencionado anteriormente está

constituido por el Interceptor Central, el Interceptor Oriente y el Emisor Central los cuales tenían

como objetivo principal los siguientes:

1.- El Interceptor Central que desaloja los escurrimientos de la zona central de la Ciudad.

2.- El Interceptor del Oriente, que junto con el Central conducirán por gravedad los escurrimientos

de la zona oriente de la población.

3.- El Emisor Central que recogerá las aguas de los dos interceptores profundos para enviarlas por

gravedad hasta la Presa Requena. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

12

Conjunto de elementos o servicios que se consideran necesarios para el funcionamiento de una organización o para el desarrollo de una actividad

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II.1 Consideraciones de los Túneles Respecto al Hundimiento del Suelo

El proyecto incluyó tres túneles interceptores, corriendo de sur a norte debajo de la ciudad. Uno, el

Interceptor del Poniente, ya se había construido previamente al pie de las Lomas para colectar

principalmente las aguas pluviales que descienden en las barrancas. Los otros dos interceptores

consisten en túneles que cortan la planicie de la ciudad, uno en el centro y el otro en su límite

oriente. Ambos avanzan a la Sierra de Guadalupe, el primero directamente a Ticomán y el segundo

pasando primero al sitio donde el Rio de los Remedios cruza el Gran Canal del Desagüe y después de

aquí al oeste en la planicie aluvial hasta Ticomán.

La construcción de los Interceptores Central y Oriente se concibió excavándolos a profundidades de

40 m con el fin de situarlos debajo de lo que se conoce en la Cuenca como la primera capa dura el

estrato bajo de arcillas lacustres.

Esto se hacía deliberadamente, pues el estrato inferior ya había pasado por la fase de consolidación

y asentamientos, inducidos por la extracción de agua desde los acuíferos subyacentes, se concluía

que los túneles ya no sufrirían consecuencias graves de futuros hundimientos de la ciudad, ahora ya

confinados principalmente al estrato superior de arcillas lacustres.

Todo esto fue diseñado tomando en cuenta diversos estudios de mecánica de suelos y sondeos a lo

largo del proyecto con lo que fue decidida la construcción como ahora se encuentra, estos estudios

concluyeron que los túneles no pueden sufrir deformaciones por hundimientos diferenciales pero

Habría que comprobarlo.

II.2Estudios hidrológicos

La ciudad de México tiene un sistema de drenaje combinado de aguas negras y pluviales, lo que

quiere decir que por él se desalojan tanto las aguas negras producidas en la ciudad, como los

escurrimientos superficiales producto de precipitaciones pluviales en las zonas urbanas. El gasto de

aguas negras se considera directamente proporcional a la dotación de agua potable de la ciudad; en

cambio, para el cálculo del gasto de agua pluvial intervienen diversos factores que implican un

análisis más detallado.

El gasto de aguas negras propio de cada interceptor, se calculó con base a las áreas tributarias de

cada uno de ellos y al crecimiento futuro probable de la ciudad, considerando una densidad de

población de 200 habitantes/ha. Una aportación de 290 litros/día (80% de la dotación). Para calcular

el gasto máximo en función del gasto medio diario, se afectó éste de un coeficiente de dos. En esta

forma se obtuvo un gasto de aguas negras para el Emisor Central de 47.00 m3/s (DISTRITO FEDERAL,

1975)

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La determinación de los gastos de escurrimientos pluviales superficiales captados por los diferentes

tramos de los interceptores, se efectuó con la fórmula racional Q = A C i.

De la formula anterior tenemos que:

Q= caudal o gasto máximo de la avenida (m3/s)

A= área de la cuenca (m2)

C=coeficiente de escurrimiento

i= intensidad de la precipitación mm/hr

Siguiendo estos pasos:

1.- Se dividieron los colectores en zonas tributarias para cada diámetro y se calculó el área de

influencia de cada uno, en hectáreas.

2.- Se determinó el tiempo de concentración para cada tramo independiente, o sea el instante

en donde el caudal es máximo, de acuerdo con el tiempo de entrada que se estimó el promedio de

15 minutos, y el tiempo de escurrimiento del agua en el colector, desde el parte-aguas13 al punto

de desfogue al interceptor.

3.- Se supuso una lluvia con duración de una hora en toda el área tributaria y con un valor de

intensidad 41mm/hora (correspondiente a la frecuencia de 5 años). En este método se emplea

un solo valor de i para toda el área.

4.- Se determinó el valor del coeficiente C que resultó variable entre 0.39 y 0.50 según la varia-

ción de usos del suelo en cada área (datos de 11 años de volumen escurrido entre volumen llo-

vido).

5.- Con estos valores se calculó el valor de Q (del gasto) en cada tramo del colector.

Se presentan los hidrogramas de los interceptores Central y Oriente y del Emisor Central, en donde

se observan las concentraciones máximas de escurrimientos y los elementos que las integran para el

proyecto. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

Con el Método Racional, se obtuvo un gasto pluvial de 107.00 m3/s para el Emisor Central, que

sumado al gasto de aguas negras de 47.00 m3/s da un total de 154.00 m3/s. (DISTRITO FEDERAL,

1975)

Los resultados obtenidos aplicando los diferentes métodos de cálculo, fueron los siguientes:

1.-Análisis con la Fórmula Racional y el Método Gráfico Alemán.

13

Línea de las cumbres o línea divisoria de las aguas, el cual es el punto con mayor elevación que delimita una cuenca.

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Gasto Pico = 154.00 m3/s. Duración del hidrograma: coincidió con el obtenido por el método del

hidrograma unitario.

2.-Análisis con el Método del Hidrograma Unitario. Gasto del Pico = 200.00 m3/s. Duración del

hidrograma = 45 horas.

3.-Análisis con métodos estadísticos (para una frecuencia de 1,000 años). Gastos del Pico =

200.00 m3/s. Duración del hidrograma = 32 horas. (Figura.-7)

Se decidió que, en forma conservadora, el hidrograma de diseño fuera el de 200.00 m3/s, de gasto

en el pico y de 45 horas de duración. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

Figura.-7 Hidrograma para diferentes frecuencias para el Drenaje Profundo de la Ciudad de México

0102030405060708090

100110120130140150160170180190200210

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

GA

STO

EN

m3

/s

TIEMPO EN Hrs

Hidrograma para diferentes frecuancias y duraciones de lluvia

5 años

10 años

20 años

50 años

100 años

1000 años

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II.3 Estudio hidráulico

Considerando los hidrogramas y los caudales o gastos máximos pico en distintos puntos tanto del

Interceptor Central como del Oriente, estarán formados por un tramo de diámetro, constante al

igual que el Emisor Central es un solo tubo de diámetro constante. Los cuales se describen a

continuación:

El Túnel Emisor Central. Está formado por una sección circular de 6.5m de diámetro y 50.0 km de

longitud con una pendiente geométrica igual 0.00195. Tiene un gasto máximo de diseño de 220.00

m3/s. (DISTRITO FEDERAL, 1975) Según las referencias bibliográficas y los textos. Y el cual recibe

aportaciones de los Interceptores Central y Oriente los cuales tienen las siguientes características:

El Túnel Interceptor Central. Está formado por un tramo de sección circular de 5.00 m de diámetro y

de 8.00 km de longitud, con una pendiente geométrica igual a 0.0005.

Se utilizaron los resultados del estudio hidrológico efectuado con la fórmula Racional y el Método

Gráfico Alemán, y se aplicó la fórmula Q = 0.27851 Cd2.63 S0.54 de Hazen-Willíams con un coeficiente

C= 16014 (para grandes tuberías de concreto liso) para calcular el gasto máximo, y mínimo además

de la fórmula de Manning con n = 0.01015. También se consideraron las fórmulas de Kozeny,

Colebrook y otras.

Para obtener un gasto máximo de diseño de 90.00 m3/s. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

El túnel Interceptor Oriente. Está formado por un tramo de sección circular de 5.00 m de diámetro y

10.00 km de longitud; la plantilla del conducto tiene en este tramo una pendiente de 0.0007.

Se utilizaron los resultados del estudio hidrológico efectuado con la fórmula Racional y el Método

Gráfico Alemán, y se aplicó la fórmula Q = 0.27851 Cd2.63 S0.54 de Hazen-Willíams con un coeficiente

C= 160 (para grandes tuberías de concreto liso) para calcular el gasto máximo, y mínimo además la

fórmula de Manning con n = 0.010. También se consideraron las fórmulas de Kozeny, Colebrook y

otras.

Para obtener un gasto máximo de diseño de 85.00m3/s. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

Para todos cálculos anteriores se tomó en cuenta una serie de hidrogramas de los colectores que

descargan en el drenaje profundo, tanto de los que descargaran al inicio de operaciones como los

que se creen que descargaran en el futuro; debido a que este trabajo trata meramente de las causas

hidráulicas pero tomando en cuenta las condiciones hidrológicas, solo mencionamos los colectores

que descargan, a la parte del drenaje profundo de interés, y los hidrogramas son calculados en

capítulos posteriores.

14

Coeficiente de fricción en tuberías de Hacen-Williams. 15

Coeficiente de rugosidad en tuberías de Manning.

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II.4 Proyecto definitivo

El proyecto finalmente aprobado y construido por la Dirección de Obras Hidráulicas del Distrito

Federal, para completar las obras de desagüe requirió, una inversión del orden de 5,400 millones de

pesos (1975). Trabaja enteramente por gravedad y consiste básicamente de las siguientes partes.

1.- Interceptor Central.

2.-Interceptor del Oriente.

3.-Emisor Central.

Con este sistema se eliminaron todas las estructuras provisionales, se evita el tener que bombear, se

elimina el riesgo de una falla en los primeros 20 Km del Gran Canal y, sobre todo, no será afectado

en su funcionamiento por el hundimiento general del Valle. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

Tratando de aprovechar las obras existentes de la mejor manera posible, los interceptores se

proyectaron en la dirección norte-sur, seccionando convenientemente la red de colectores existente

y tomando en cuenta que en la parte alta de la Ciudad, el ya construido Interceptor del Poniente

recoge las aguas de los lomeríos a una altura conveniente las envía fuera de la Ciudad.

En el siguiente cuadro A se muestra como ha quedado constituido, el Emisor Central, en sus

condiciones hidráulicas, las cuales revisaremos mediante una serie de cálculos y simulaciones.

Se observan las condiciones del diseño hidráulico del túnel Emisor Central, los cuales si concuerdan

las con las condiciones hidráulicas calculadas por las fórmulas, de Manning, Hazen-Williams y

continuidad (Kutter, Bazin y Manning-Strickler), considerando que trabaje a tubo lleno o con una

relación de llenada variable y considerando los coeficientes de rugosidad y de fricción del texto que

son de 0.010 Manning y 160 para Hacen-Williams que no son las reales al término de la obra pero

son consideradas para estos cálculos.

CUADRO. A EMISOR CENTRAL

Es de sección circular con las siguientes características:

Diámetro 6.50 m

Longitud 50 Km

Área Transversal 33.2 m2

Pendiente geométrica 0.00195

Gasto máximo 220 m3/seg.

Velocidad máxima 6.4 m/seg.

Profundidad media 120 m

Profundidad máxima 220 m

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Utilizando las siguientes formulas:

Fórmula 1.-Manning

Dónde:

V= velocidad (m/s)

n= coeficiente de rugosidad de Manning. (Adimensional)

Rh= radio hidráulico. = área mojada/perímetro mojado

S= pendiente.

A= área mojada. (m2)

Q= caudal o gasto. (m3/s)

Fórmula 2.-Continuidad

Dónde:

Q= gasto o caudal. (m3/s)

V= velocidad. (m/s)

A= área mojada. (m2)

Fórmula 3.-Chezy

√

Dónde:

V= velocidad. (m/s)

Rh= radio hidráulico =área mojada/perímetro mojado.

S= pendiente.

C= coeficiente de fricción. (Manning-Strickler,Bazin,Kutter)

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Fórmula 3.1 - Manning-Strickler

Fórmula 3.2 - Bazin

√

Fórmula 3.3- Kutter

√

√

Fórmula 4.-Hazen-Williams

C)

Dónde:

V= velocidad. (m/s)

D= diámetro interior de la tubería.

S= pendiente.

C= coeficiente de rugosidad.

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Cuadro 1.- Cálculos del Emisor Central según Manning a tubo lleno con varias relaciones de llenado

Y/D Q A

N Rh S V

(m3/s) (m2) (m/s)

0.10 10.547 1.728 0.010 0.413 0.00195 2.448

0.25 27.732 6.485 0.010 0.953 0.00195 4.276

0.50 101.268 16.592 0.010 1.625 0.00195 6.104

0.75 184.678 26.694 0.010 1.961 0.00195 6.918

0.80 195.982 28.460 0.010 1.947 0.00195 6.886

0.90 215.838 31.455 0.010 1.937 0.00195 6.862

0.94 217.935 32.372 0.010 1.882 0.00195 6.732

0.95 217.597 32.562 0.010 1.862 0.00195 6.683

1.00 202.536 33.183 0.010 1.625 0.00195 6.104

En el cuadro 1.-, se pueden observar los cálculos respecto a la velocidad y el gasto que se obtuvieron,

a través de la fórmula 1 de Manning, con la finalidad de llevar acabo la corroboración de los datos

que se presentan en la bibliografía consultada, dicho análisis, nos muestra que tanto la velocidad

como la capacidad del conducto, considerando diferentes relaciones (Y/D) de llenado, son

consistentes con los datos obtenidos mediante la bibliografía, en esta investigación.

Cuadro 2.- Cálculos del Emisor Central según ecuación de Continuidad a tubo lleno y con varias relaciones de llenado

Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.728 0.413 0.00195 2.448 4.230

0.25 6.485 0.953 0.00195 4.276 27.732

0.50 16.592 1.625 0.00195 6.104 101.268

0.75 26.694 1.961 0.00195 6.918 184.678

0.80 28.460 1.947 0.00195 6.886 195.982

0.90 31.455 1.937 0.00195 6.862 215.838

0.94 32.372 1.882 0.00195 6.732 217.935

0.95 32.562 1.862 0.00195 6.683 217.597

1.00 33.18315 1.625 0.00195 6.104 202.537

Manning-Strickler (n= 0.010 concreto hidráulico pulido)

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A diferencia que el cuadro 1, el cuadro 2 de igual manera los cálculos de la velocidad y gasto; solo

que estos se obtuvieron con la fórmula 2 (continuidad), para hacer uso de esta fórmula, es necesario

usar la fórmula 3 (Chezy), donde se utilizó la fórmula 3.1 para obtener el coeficiente de fricción

(Manning-Strickler), dicho valor se sustituye en la en la fórmula 3 y se obtiene la velocidad, la cual a

su vez se sustituye en la fórmula 2, para así obtener finalmente el gasto.


Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.728 0.413 0.00195 1.839 3.177

0.25 6.485 0.953 0.00195 3.061 19.848

0.50 16.592 1.625 0.00195 4.177 69.296

0.75 26.694 1.961 0.00195 4.650 124.113

0.80 28.460 1.947 0.00195 4.631 131.800

0.90 31.455 1.937 0.00195 4.617 145.230

0.94 32.372 1.882 0.00195 4.543 147.053

0.95 32.562 1.862 0.00195 4.514 146.984

1.00 33.183 1.625 0.00195 4.177 138.592

Bazin (B=0.22 concreto pulido)

A diferencia que el cuadro 2, el cuadro 3 muestra de igual manera los cálculos de la velocidad y

gasto; solo que estos se obtuvieron con la fórmula 2 (continuidad), para hacer uso de esta fórmula,

es necesario usar la fórmula 3 (Chezy), donde se utilizó la fórmula 3.2 para obtener el coeficiente de

fricción (Bazin), dicho valor se sustituye en la en la fórmula 3 y se obtiene la velocidad, la cual a su

vez se sustituye en la fórmula 2, para así obtener finalmente el gasto.


Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.728 0.413 0.00195 2.164 3.739

0.25 6.485 0.953 0.00195 3.578 23.202

0.50 16.592 1.625 0.00195 4.866 80.731

0.75 26.694 1.961 0.00195 5.411 144.441

0.80 28.460 1.947 0.00195 5.390 153.393

0.90 31.455 1.937 0.00195 5.374 169.029

0.94 32.372 1.882 0.00195 5.288 171.176

0.95 32.562 1.862 0.00195 5.255 171.107

1.00 33.183 1.625 0.00195 4.866 161.461

Kutter (m=0.20 concreto pulido)

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fricción (Kutter), dicho valor se sustituye en la en la fórmula 3 y se obtiene la velocidad, la cual a su

vez se sustituye en la formula 2, para así obtener finalmente el gasto.

Cuadro 5.- Cálculos del Emisor Central según Hazen- Williams

D A S C Rh

V Q

(m) (m2) (m/s) (m3/s)

6.5 33.18 0.00195 160 1.625 6.348 210.671

Hazen-Williams(c= 160 concreto excelente terminación)

El cuadro 5, a diferencia que los anteriores, hace uso de la fórmula 4 (Hazen – Williams), donde

igualmente se obtiene la velocidad y sustituyendo el resultado, en la fórmula 2 (continuidad) se

obtiene el gasto.

Se puede notar, tomando en cuenta los diferentes autores, que tanto la fórmula de Manning como

la de continuidad, nos brindan los mismos resultados siempre y cuando el coeficiente de fricción sea

el mismo con Hazen – Willians disminuye a igual que con Kutter, y siendo el más castigado los

cálculos considerados con Bazin.

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II.5 Localización Emisor Central

Comienza en Cuautepec, en la delegación Gustavo A. Madero, hasta la autopista México-Querétaro

a la altura de Cuautitlán y continúa paralelamente a ésta al puente de Jorobas, donde la vuelve a

atravesar. Ahí se dividen las cuencas del Valle de México y del río El Salto. Descarga en este último

río a través del portal de salida y las aguas se conducen hasta la presa Requena o al canal El Salto-

Tlamaco y posteriormente al río Tula y a la presa Endó, que satisface las demandas de riego de la

zona. El río Tula es afluente del Moctezuma y éste, a su vez, del Pánuco, que descarga en el Golfo de

México.

En el anterior cuadro B se observa las condiciones del diseño hidráulico del túnel Interceptor Central,

los cuales no concuerdan con las condiciones hidráulicas expresadas en la bibliografía y las calculadas

por las fórmulas, de Manning, Hazen-Willians y continuidad (Kutter, Bazin y Manning-Strickler),

considerando que trabaje a tubo lleno o con una relación de llenada variable y considerando los

coeficientes de rugosidad y de fricción del texto que son de 0.010 Manning y 160 para Hazen-

Willians que no son las reales pero bajo otras condiciones.

CUADRO. B INTERCEPTOR CENTRAL Es un conducto circular de concreto con las siguientes características

Obra en (1975) Con prolongación

Longitud 7.8 Km 25 Km

Diámetro 5.00 m

Pendiente 0.0005 0.0005

Gasto máx. 90 m3/s para 5 m de

diám. 90 m3/s para 5 m de

diám.

Velocidad máx. 4.6 m/s para 5 m de

diám. 4.6 m/s para 5 m de

diám.

Área drenada 11 217 Has

Profundidad media de la Plantilla 30 m 30 m

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Cuadro 6.- Cálculos del Interceptor Central según Manning a tubo lleno con varias relaciones de llenado

Y/D Q A

N Rh S V

(m3/s) (m2) (m/s)

0.10 2.653 1.023 0.010 0.318 0.00050 1.041

0.25 6.976 3.838 0.010 0.733 0.00050 1.818

0.50 25.474 9.818 0.010 1.250 0.00050 2.595

0.75 46.455 15.795 0.010 1.509 0.00050 2.941

0.80 49.299 16.840 0.010 1.498 0.00050 2.927

0.90 54.293 18.613 0.010 1.490 0.00050 2.917

0.94 54.821 19.155 0.010 1.448 0.00050 2.862

0.95 54.736 19.268 0.010 1.432 0.00050 2.841

1.00 50.947 19.635 0.010 1.250 0.00050 2.595

En el cuadro 6, se pueden observar los cálculos respecto a la velocidad y el gasto que se obtuvieron,



como la capacidad del conducto, considerando diferentes relaciones (Y/D) de llenado, no son


Cuadro 7.- Cálculos del Interceptor Central según ecuación de Continuidad a tubo lleno y con varias relaciones de llenado

Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0005 1.041 1.064

0.25 3.838 0.733 0.0005 1.818 6.976

0.50 9.818 1.250 0.0005 2.595 25.474

0.75 15.795 1.509 0.0005 2.941 46.455

0.80 16.840 1.498 0.0005 2.927 49.299

0.90 18.613 1.490 0.0005 2.917 54.293

0.94 19.155 1.448 0.0005 2.862 54.821

0.95 19.268 1.432 0.0005 2.841 54.736

1.00 19.635 1.25 0.0005 2.595 50.947


A diferencia que el cuadro 6, el cuadro 7 nos muestra de igual manera los cálculos de la velocidad y



fricción (Manning-Strickler), dicho valor se sustituye en la en la fórmula 3 y se obtiene la velocidad, la

cual a su vez se sustituye en la fórmula 2, para así obtener finalmente el gasto.

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Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0005 0.788 0.806

0.25 3.838 0.733 0.0005 1.325 5.085

0.50 9.818 1.250 0.0005 1.817 17.842

0.75 15.795 1.509 0.0005 2.026 32.006

0.80 16.840 1.498 0.0005 2.018 33.987

0.90 18.613 1.490 0.0005 2.012 37.449

0.94 19.155 1.448 0.0005 1.979 37.910

0.95 19.268 1.432 0.0005 1.966 37.888

1.00 19.635 1.25 0.0005 1.817 35.684








Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0005 0.930 0.951

0.25 3.838 0.733 0.0005 1.552 5.955

0.50 9.818 1.250 0.0005 2.121 20.819

0.75 15.795 1.509 0.0005 2.362 37.304

0.80 16.840 1.498 0.0005 2.352 39.614

0.90 18.613 1.490 0.0005 2.345 43.650

0.94 19.155 1.448 0.0005 2.307 44.195

0.95 19.268 1.432 0.0005 2.293 44.174

1.00 19.635 1.25 0.0005 2.121 41.639







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Cuadro 10.- Cálculos del Interceptor Central según Hazen- Williams

D A S C Rh

V Q

(m) (m2) (m/s) (m3/s)

5 19.63 0.0005 160 1.25 2.580 50.670



obtiene el gasto.

Ahora presentamos los cálculos por tramo para verificar el funcionamiento del tramo de la L13-

L0B

Cuadro 11.- Cálculos de gasto y velocidad por tramo del Interceptor Central

TRAMO n S A

Rh V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

L4A-L5 0.010 0.0003 19.635 1.250 2.013 39.521

L5-L5A 0.010 0.0003 19.635 1.250 1.888 37.070

L5A-L6 0.010 0.0013 19.635 1.250 4.234 83.140

L6-L7 0.010 0.0008 19.635 1.250 3.224 63.299

L7-L8 0.010 0.0005 19.635 1.250 2.595 50.961

L8-L9 0.010 0.0005 19.635 1.250 2.594 50.933

L9-L10 0.010 0.0005 19.635 1.250 2.603 51.118

L10-L11 0.010 0.0005 19.635 1.250 2.586 50.771

L11-L13 0.010 0.0005 19.635 1.250 2.592 50.890

L13-L0 (CERO E.C.) 0.010 0.0005 19.635 1.250 2.558 50.225

De acuerdo con los cálculos realizados mediante las formulas ya mencionadas, la capacidad de

conducción (gasto) del Interceptor Central varea entre, 54.82 m3/s y 44.48 m3/s en promedio.

Mientras que en el tramo de interés es de 50.22 m3/s, el cual tiene una diferencia de 39.78 m3/s

con respecto a la capacidad considerada originalmente que es de 90 m3/s.

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II.6 Localización Interceptor Central

Este conducto se encuentra construido actualmente desde la lumbrera 4 Dr. Ma. José Vertiz a la

altura de la calle obrero Mundial, donde capta al semi-profundo del mismo nombre y prosigue por la

calle del mismo nombre hasta la lumbrera 5, donde se conecta con el Interceptor Centro-Centro,

para conducir las aguas hasta la lumbrera 9, que pasa por abajo de la avenida Insurgentes Norte, y

antes de cruzar por la avenida Cuitláhuac se inicia una curva que termina en la Av. de los 100 Metros

y continua paralela a esa avenida hasta la lumbrera 0 ubicada, en Cuautepec. Beneficia a las

delegaciones Gustavo A. Madero, Azcapotzalco, Cuauhtémoc y parte del Benito Juárez.

CUADRO. C INTERCEPTOR ORIENTE Es también de sección circular con las siguientes característica:

Obra en (1975) Con prolongación

Longitud 10.2 Km 27.0 Km

Diámetro 5.00 m

Pendiente 0.0007 0.0007 a 0.0005

Gasto máximo 85 m3/s (para 5 m de

diámetro.) 85 m3/s (para 5 m de

diámetro)

Velocidad máx. 5.6 m/s para 5.0 m de

diámetro. 5.6 m/s para 5.0 m de

diámetro

Área Total Drenada 20346 Has

Profundidad media de la plantilla

30 m 30 m

En el anterior cuadro C se observan las condiciones del diseño hidráulico del túnel Interceptor

Oriente, los cuales no concuerdan las con las condiciones hidráulicas calculadas por las fórmulas, de

Manning, Hazen-Willians y continuidad (Kutter, Bazin y Manning-Strickler), considerando que trabaje

a tubo lleno o con una relación de llenado variable y considerando los coeficientes de rugosidad y de

fricción del texto que son de 0.010 Manning y 160 para Hazen-Willians que no son las reales al

término de la obra pero son consideradas para estos cálculos.






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Cuadro 12.- Cálculos del Interceptor Oriente según Manning a tubo lleno con varias relaciones de llenado

Y/D Q A

N Rh S V

(m3/s) (m2) (m/s)

0.10 3.139 1.023 0.010 0.318 0.00070 1.231

0.25 8.254 3.838 0.010 0.733 0.00070 2.151

0.50 30.141 9.818 0.010 1.250 0.00070 3.070

0.75 54.967 15.795 0.010 1.509 0.00070 3.480

0.80 58.331 16.840 0.010 1.498 0.00070 3.464

0.90 64.241 18.613 0.010 1.490 0.00070 3.451

0.94 64.865 19.155 0.010 1.448 0.00070 3.386

0.95 64.764 19.268 0.010 1.432 0.00070 3.361

1.00 60.282 19.635 0.010 1.250 0.00070 3.070

Cuadro 13.- Cálculos del Interceptor Oriente según ecuación de Continuidad a tubo lleno y con varias relaciones de llenado

Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0007 1.231 1.259

0.25 3.838 0.733 0.0007 2.151 8.254

0.50 9.818 1.250 0.0007 3.070 30.141

0.75 15.795 1.509 0.0007 3.480 54.967

0.80 16.840 1.498 0.0007 3.464 58.331

0.90 18.613 1.490 0.0007 3.451 64.241

0.94 19.155 1.448 0.0007 3.386 64.865

0.95 19.268 1.432 0.0007 3.361 64.764

1.00 19.635 1.25 0.0007 3.070 60.282


A diferencia que el cuadro 12 el cuadro 13 nos muestra de igual manera los cálculos de la velocidad

y gasto; solo que estos se obtuvieron con la fórmula 2 (continuidad), para hacer uso de esta fórmula,




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Cuadro 14.- Cálculos del Interceptor Oriente según ecuación de continuidad a tubo lleno y con varias relaciones de llenado

Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0007 1.248 1.276

0.25 3.838 0.733 0.0007 1.921 7.373

0.50 9.818 1.250 0.0007 2.524 24.778

0.75 15.795 1.509 0.0007 2.777 43.868

0.80 16.840 1.498 0.0007 2.767 46.605

0.90 18.613 1.490 0.0007 2.760 51.370

0.94 19.155 1.448 0.0007 2.720 52.103

0.95 19.268 1.432 0.0007 2.705 52.114

1.00 19.635 1.25 0.0007 2.524 49.555

Bazin (B=0.22 túneles de concreto pulido)







Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0007 1.440 1.472

0.25 3.838 0.733 0.0007 2.213 8.494

0.50 9.818 1.250 0.0007 2.906 28.530

0.75 15.795 1.509 0.0007 3.197 50.504

0.80 16.840 1.498 0.0007 3.186 53.655

0.90 18.613 1.490 0.0007 3.177 59.141

0.94 19.155 1.448 0.0007 3.132 59.987

0.95 19.268 1.432 0.0007 3.114 59.999

1.00 19.635 1.25 0.0007 2.906 57.060

Kutter (m=0.20 túneles de concreto pulido)






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Cuadro 16.- Cálculos del Interceptor Oriente según Hazen- Williams

D A S C Rh

V Q

(m) (m2) (m/s) (m3/s)

5 19.63 0.0007 160 1.25 3.094 60.767



obtiene el gasto.

De acuerdo a estas consideraciones se puede determinar que en todos los casos analizados, no se

alcanza la capacidad de diseño acepto en el Emisor Central donde sí se alcanza su capacidad de

diseño, vareando según la formula con la cual se analizó, esto se puede atribuir a una elección no

muy acertada en los coeficientes de rugosidad aplicados en cada fórmula utilizada y en los

diferentes autores analizados.

Sin embargo lo que se quiere demostrar o verificar es la capacidad del tramo en estudio y las

afectaciones o beneficios que pudo traer esta rehabilitación realizada sobre todo, cuando estos

conductos trabajan en condiciones críticas y así poder darnos cuenta que en esas condiciones no

pueden transitar mayores caudales a los de su diseño.

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II.7 Localización Interceptor Oriente:

Este principia en Su tramo norte, en las calles de Aglabampo y Troncoso lumbrera 1; por esta calle se

va hacia el norte hasta la calzada Zaragoza. A partir de aquí, el túnel se deflexiona para continuar en

forma paralela al Gran Canal hasta la calzada San Juan de Aragón, donde el túnel se dirige hasta el

oriente para alcanzar la Av. Eduardo Molina y así llegar hasta la lumbrera 8C ubicada en la colonia

Salvador Díaz Mirón, y termina en la lumbrera 0 del Emisor Central, en Cuautepec.

La función principal de este tramo del túnel es aliviar al Gran Canal de Desagüe a través de la obra

de toma del cual depende su drenaje gran parte del centro y norte del Distrito Federal, aunque

también cuenta con una captación en la lumbrera 13 ubicada en la colonia La Pastora, para el

desagüe de la laguna de regulación. El Arbolillo en Cuautepec, con la que se beneficia una parte de

la delegación Gustavo A. Madero.

Además de lo anterior mencionado se construyó el Portal de Salida, (Figura.-8) una estructura de

descarga la cual encauzara en forma segura las aguas provenientes del Sistema de Drenaje

Profundo, la cual tiene una capacidad de conducir un gasto de 240.00m3/s que es mayor al

máximo considerado, para el Emisor Central.

Figura.-8 Vista de la descarga del Emisor Central al Río del Salto.

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CAPITULO III. NECESIDAD DE REHABILITACIÓN

III.1 Efectos de la falta de rehabilitación al Sistema de Drenaje Profundo

La capacidad total de descarga fuera del Valle de México ha disminuido de manera significativa.

El Gran Canal, que todavía en 1988 condujo un gasto medio anual de cerca de 20 m3/s, con un

gasto máximo instantáneo de 68 m3/s, en el año 2000 sólo pudo descargar 8 m3/s como gasto

máximo instantáneo y para ello fue necesario mantener tirantes16 altos cerca del río de Los-

Remedios y en los lagos de Texcoco, por lo que se ocupó gran parte de su capacidad de regulación

(SACMEX, EL SISTEMA DE DRENAJE PROFUNDO, INFRAESTRUCTURA VITAL PARA LA CIUDAD,

2009).

Un ejemplo de que el Sistema de Drenaje Profundo está trabajando de manera deficiente a como

estaba considerado, es lo siguiente los hechos ocurridos el 15 de junio de 2000, fecha en que se

presentó escurrimientos de la lumbrera 3 del Interceptor Oriente-Oriente del Drenaje Profundo

causando una inundación en la Unidad Ejército de Oriente, esto permite ejemplificar las condiciones

de funcionamiento de dicho sistema.

El nivel que alcanzó esta inundación en algunas partes fue de hasta 1.60 m, pero sólo esto es parte

de las consecuencias, por falta de mantenimiento al Sistema de Drenaje Profundo de la Ciudad de

México.

El Emisor Central entró en carga lo cual causó un remanso en todo Sistema de Drenaje Profundo

derramando en la parte más baja, de Interceptor Oriente-Oriente en su lumbrera 3 por otra parte, el

Interceptor Oriente estuvo a punto de derramar, a la altura de la Unidad Habitacional Ejército de

Oriente la cual tiene una elevación de terreno de 2228.21msnm.

De la descripción anterior, conviene destacar que:

a) Tormentas como la ocurrida el 15 de junio o mayores se presentan varias veces al año en la

Ciudad de México.

b) El volumen de agua que se derramó en la lumbrera 3 no fue mayor porque los operadores,

cuando observan que el Sistema de Drenaje Profundo entra en carga, restringen los ingresos de las

captaciones a dicho Sistema, lo cual provoca "encharcamientos" en varias zonas de la Ciudad.

c) El derrame ocurrió en la lumbrera 3 del Interceptor Oriente-Oriente por ser éste el sitio donde

el nivel del terreno es más bajo.

16

Es la profundidad del agua que paso por un caudal

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d) Si se sobre elevan las lumbreras ubicadas en sitios donde el nivel del terreno es bajo, lo más

probable es que se presenten derrames en otras lumbreras, porque el incremento de la capacidad

de descarga por el Emisor Central sería muy pequeño (solamente 12.80 m3/s para un incremento

de 10 m en el nivel del agua en la lumbrera 0).

Dado que la capacidad del Gran Canal es limitada, toda el área ubicada al oriente del Interceptor del

Poniente y al sur de la sierra de Guadalupe depende prácticamente de una sola salida: el Emisor

Central.

Todos estos factores afectaron el Sistema de Drenaje Profundo, además que impidieron darle

mantenimiento a la infraestructura, en especial al Emisor Central, principal ducto del sistema que

desde su construcción, se diseñó para conducir solo agua de lluvia.

Dada la pérdida de eficiencia del Gran Canal, el Emisor Central se utilizó para desalojar tanto aguas

de lluvia como residuales de manera continua, con el agravante de que durante 15 años no fue

posible darle mantenimiento. Esto último provocó el deterioro acelerado de su estructura y una

pérdida de eficiencia que resultó en la reducción de su capacidad de drenaje de 200.00 a 120.00

m3/s provocando serios problemas de inundaciones en diferentes zonas de la Ciudad de México.

Debido al crecimiento y la urbanización en la parte poniente de la ciudad fue necesario construir el

Interceptor Centro-Poniente para derivar parte de los escurrimientos que se captan en el

Interceptor Poniente, el conduce 40.00 m3/s al Emisor Central descargando en la lumbrera 1 con lo

cual se ve aumentado el caudal o gasto recibido por este el cual no era considerado en el proyecto

original.

A todo lo anterior debemos sumarle el incremento de los escurrimientos que llegan al Sistema de

Drenaje Profundo, principalmente provienen por el Interceptor Oriente, ya que ha aumentado su

área de aportación17 al extenderse hacia el suroriente con los Interceptores Oriente-Sur, Oriente-

Oriente, Iztapalapa y Canal Nacional Canal de Chalco.

Lo anterior ha provocado que los túneles del Sistema de Drenaje Profundo trabajen con carga (a

tubo lleno) varias veces al año. (Cuadro D) En la Lumbrera 0 (cero) se dio el seguimiento a los

niveles de operación mostrando para el periodo 1999-2008, una evolución contraria al correcto

funcionamiento del Emisor Central, ya que al pasar de los años se incrementó el número de veces

en que trabajaba a tubo lleno.

La mayor preocupación acerca de la seguridad del sistema se derivaba de la pérdida de su

capacidad de desalojo de las aguas en las temporadas de lluvias. La medición del flujo cerca de la

salida indicaba que los gastos máximos apenas alcanzaban 60% del proyecto. Adicionalmente, el

número de veces en que el túnel del Emisor Central entraba en carga (tubo lleno) durante la

temporada de lluvias fue aumentando año con año.

17

Superficie de terreno que vierte agua hacia un mismo punto de desagüe.

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Cuadro D Ocasiones en que el Emisor Central trabajó a tubo lleno

AÑO

NUMERO DE OCACIONES A TUBO LLENO

AÑO

NUMERO DE OCACSIONES A

TUBO LLENO

1999 1 2004 5

2000 2 2005 9

2001 2006 15

2002 6 2007 MAS DE 5

2003 4 2008 11

Se midieron alturas de agua en lumbreras, de hasta 18 m. Esto hizo temer que existiese una falla

estructural en el túnel, o alguna obstrucción de grandes dimensiones, con lo que se pudo

presentar en algún momento un taponamiento total del conducto, lo que conduciría a una

inundación de consecuencias catastróficas.

En 1975 cuando la población de la Ciudad de México era de 7,511,066 habitantes, pero se

registraba un crecimiento desmedido en la Zona Conurbada de la Ciudad de México lo cual sin

duda repercute en la Ciudad, y en su infraestructura de drenaje la cual tenía una capacidad total

de desalojo del sistema de 310 m3/s y para el año 2006 este se había reducido a solo 165 m3/s

(CONAGUA, 2011) con la población de la zona metropolitana aumentando como se muestra en el

siguiente cuadroE.

Cuadro. E Pérdida de la capacidad del sistema de drenaje (m3/s)

AÑO 1975 2006 2008 2012 2014

GRAN CANAL 80 15 15 15 15 OBRAS DE

MEJORAMIENTO - - 30 30 30

EMISOR PONIENTE 30 30 30 30 30 EMISOR CENTRAL 200 120 120 120 120

EMISOR ORIENTE - - - 40

(Primer tramo)

150

TOTAL 310 165 165 195 345 MILLONES DE

HABITANTES EN LA ZMCM

10 19 19.9 21

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A inicios del 2008, el Sistema de Aguas de la Ciudad de México realizó una nueva inspección al

Emisor Central, en esta ocasión fue personal técnico del SACMEX19 y empresas supervisoras y

constructoras; para llevar a cabo este recorrido dentro del Emisor Central y los Interceptores fue

necesario realizar una serie de trabajos previos que impidieran las aportaciones de aguas

residuales a los conductos como fueron la implementación de cierres herméticos en las

compuertas de obra de toma y captaciones, así como la rehabilitación de los conductos principales

para evitar que hubiera aportaciones al interior de los túneles de la misma forma en que se

implementaron diferentes alternativas para regular las aguas para lo cual se construyeron 4

plantas de bombeo para ayudar a evacuar las aguas por los conductos superficiales. (Casa

Colorada superficial con capacidad de 20 m3/s, Canal de Sales con capacidad de 10 m3/s, Gran

Canal KM 11+600 con capacidad de 21 m3/s y Vaso de Cristo con capacidad de 9 m3/s)

Los daños que se encontraron en el túnel fueron en el recubrimiento de concreto observándose el

acero de refuerzo expuesto en algunos sitios, (Foto.7) además de filtraciones localizadas en las

boquillas de inyección y en las juntas de colado. También las lumbreras presentan daños

ocasionados por el ataque de los gases que emanan del túnel.

Foto. 5 Inspección al Emisor Central por personal del SACMEX. Descenso del personal

Foto. 6 Inspección al Emisor Central, se observa el desgaste en clave y costados del túnel

19

Sistema de Aguas de la Ciudad de México

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Foto.7 Desgaste del concreto en la unión de los Interceptores Oriente y Central

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III.3 Daños encontrados en los túneles del Sistema de Drenaje Profundo

Debido a la falta de mantenimiento como ya se mencionó anteriormente, provoco múltiples daños

a lo largo de toda la infraestructura del Drenaje Profundo, teniendo un mayor daño El Emisor y los

Interceptores tanto el Central como el Oriente como era de esperarse, debido a que estos llevan

en funcionamiento al año 2012 un total de 37 años de los cuales los últimos 15 años no se había

bajado a verificar sus condiciones, al momento de realizar dicha inspección (2006) presentaron

diferentes tipos de daños en su estructura lo cual había causado una baja en su funcionamiento,

(Figura. 8) para lo cual estaban diseñados se encontraron los siguientes 5 tipos de daños

principales en los túneles del Sistema de Drenaje Profundo:

Figura. 8 Clasificación de tramos del Drenaje Profundo según el tipo de daño

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TIPO DE DAÑOS EN EL DRENAJE PROFUNDO

Daño tipo 1: Daño en la media sección superior.

Requiere sustitución de acero y recubrimiento en el revestimiento definitivo

Foto. 8 Daño en el tramo de la lumbrera 13 a la lumbrera 0 B del Interceptor Oriente

Daño tipo 2: Daño en 1/3 de la sección superior.

Requiere sustitución de acero y recubrimiento del revestimiento definitivo

Foto. 9 Daño en el tramo L-8C a L-8B Interceptor Oriente

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Daño tipo 3: Daño menor a 1/3 de la sección del diámetro de la clave. Requiere limpieza del

acero expuesto y recubrimiento en el revestimiento definitivo

Foto. 10 Daño en tramo L-8B a L-12 Interceptor Central.

Daño tipo 4: Daño perimetral en el concreto, con gravas expuestas sin cementante. Requiere

recubrimiento de los agregados del revestimiento

Foto. 11 Daño en tramo L-11 a L-13 Interceptor Central

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Daño tipo 5: Daño en la cubeta con degradación en el concreto y acero expuesto. Requiere

sustitución de acero y colado con concreto resistente a la abrasión.

Foto. 12 Daño en cubeta Tramo L-4 a L-5 Interceptor Centro Poniente

Para ello se calificaron los daños en cinco tipos, dependiendo principalmente de la amplitud del

sector afectado por la degradación del revestimiento de concreto. El cuadro F ilustra la

clasificación de los daños y los tipos de rehabilitación realizados para cada caso.

Cuadro. F Clasificación de Tipos de Daño y de Rehabilitación

Daño Descripción y alcance del deterioro Tipo de Rehabilitación

Tipo 1 Severo en media sección superior

(1800 ) Reposición acero y nuevo revestimiento

Tipo 2 Severo en un tercio sección superior

(1200) Reposición acero y nuevo revestimiento

Tipo 3 Moderado en un tercio sección

superior (1200) Limpieza acero y nuevo revestimiento

Tipo 4 Daño moderado en 2350 grava

expuestas Lanzar capa de concreto

Tipo 5 Daño en cubeta con acero expuesto Abrir caja y colar revestimiento con refuerzo

Los daños observados anteriormente se pueden clasificar principalmente en dos, daños en la clave

del túnel (techo del túnel) y en la cubeta (piso del túnel), mientras que el revestimiento en su

totalidad de los túneles fue diseñado para cumplir los requisitos de resistencia estructural,

durabilidad, estabilidad volumétrica y baja permeabilidad, además necesitaba tener una

trabajabilidad adecuada a las condiciones de manejo, transporte y colocación en su posición final.

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Desde el punto de vista hidráulico debería tener una superficie terminada lisa y debido a que

estaría en contacto con aguas negras, era necesario mejorar su resistencia al ataque de sulfatos

utilizando cementos con bajo contenido de aluminato tricálcico todo esto considerado en su

diseño.

Las resistencias de proyecto fijadas por el diseño estructural estaban comprendidas entre 220 y

320 kg/cm2 (1975) considerando que solo conduciría agua pluvial lo cual no ocurre actualmente

como ya se había mencionado. (DISTRITO FEDERAL, 1975)

El desgaste alcanzado en la cubeta (piso del túnel), (Foto. 13) se debe a la intensa y constante

abrasión del concreto, ocasionada por el arrastre de sólidos contenidos en el agua, en el caso de

los costados del túnel, el desgaste se debe al material que se encuentra en suspensión.

Foto. 13 Acero de refuerzo expuesto en cubeta Foto. 14 Desgaste de concreto y filtración

Mientras que el desgaste en la clave (techo del túnel) es un tipo de corrosión20 (Foto. 14) del

concreto, ocurre por la acción de ácidos que se generan por las aguas residuales que circulan en el

drenaje. El compuesto que con mayor frecuencia se ve involucrado en este tipo de proceso es el

ácido sulfhídrico 21(H2S). La corrosión ocurre en dos etapas.

En la primera, los sulfatos22 contenidos en el agua residual y en ausencia de oxígeno disuelto son

reducidos a sulfuros23 por la acción de bacterias. Estas bacterias se encuentran formando

biopelículas24 en la pared del drenaje por debajo del nivel del agua.

20

Corrosión es el ataque destructivo de un material por reacción química con su medio ambiente. 21

Es un hidrácido de fórmula H2S. Este gas, es más pesado que el aire, es inflamable, incoloro, tóxico, odorífero, su olor es el de materia orgánica en descomposición. 22

Sal de ácido sulfúrico resultante de la sustitución de átomos de hidrógeno por átomos de un radical mineral u orgánico. 23

Sal resultante de la combinación de azufre con un metal derivado del ácido sulfhídrico. 24

Población de varios microorganismos, contenidos en una capa de productos de excreción, unida a una superficie.

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Foto. 18 Medición del pH del concreto Figura. 9 Valor promedio del H2S (ácido sulfhídrico) a lo largo

del Emisor Central

TÚNEL

Unidades de filtro de carbón activado

EMISOR CENTRAL 11

INTERCEPTOR CENTRAL 4

INT. CENTRO PONIENTE 6

INTERCEPTOR ORIENTE 8

INTERCEPTOR GRAN CANAL 1

INTERCEPTOR IZTAPALAPA 1

INT. CANAL NAC.- CANAL DE 3

INTERCEPTOR DEL PONIENTE 3

INTERCEPTOR ORIENTE SUR 4

INTERCEPTOR CENTRO-CENTRO

INTERCEPTOR ORIENTE-

CAPTACIÓN IZTACIHUATL 1

ZÓCALO

ALAMEDA CENTRAL

BELLAS ARTES

TOTAL 42

Cuadro .10 Instalaciones para evitar los malos olores

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Esto provocó un aumento en la concentración de los gases dentro de los túneles los cuales se vieron

con una mayor afectación al paso de los años, y en especial el tramo de la lumbrera 13 a la lumbrera

0B este tramo recibe aportaciones del rio Tlalnepantla el cual tiene un alto grado de contaminantes

provenientes de la industrias como la automotriz, hulera y la química entre otras, la cual contienen

en sus descargas de aguas residuales metales pesados como (plomo, mercurio, cromo, arsénico,

etc.) estas al fluir al drenaje de la Ciudad de México incrementan el nivel de contaminación y al no

contar estas empresas con tratamiento de las aguas, que vierten al sistema y que llegan de manera

directa a este tramo del Drenaje Profundo, se observó una mayor afectación, la cual alteraba en

forma considerable la correcta operación de todo el sistema, también considero que el efecto que

provoco el desgaste (erosión) mayor en el tramo de interés, se debe a que en ese tramo se presenta

una mayor cantidad de gases (ácido Sulfhídrico) debido a las turbulencias generadas por las

confluencias de las aguas del Interceptor Oriente y Central al Emisor Central por lo que el daño fue

mayor, otro de los tramos afectados por esta problemática fue el tramo de la lumbrera 8A a la

lumbrera 8B de Interceptor Oriente, este fue afectado por las descargas de aguas residuales de la

zona industrial de la villa, además de las aportaciones recibidas por la obra de toma del gran canal

que de igual forma provoca el mismo efecto ya que este obra de toma presenta una pendiente

pronunciada lo cual provoca que se generen un número mayor de gases los cuales son los que

provocan el mayor daño a los conductos, con la finalidad de recuperar la capacidad de conducción

de los diferentes túneles que se vieron afectados, y que conducen los caudales del agua pluvial y

sanitaria del centro y oriente de la ciudad, estos tramos se rehabilitaron de una manera diferente al

de los demás tramos, esto para aumentar su vida útil, los métodos se mencionaran en el capítulo VI

tomándole un mayor énfasis los método usado en dichos tramos haciendo notar que el tramo de la

lumbrera 13 a la lumbrera 0B tiene un mayor efecto en todo el sistema, ya que es el tramo donde se

une con el Emisor Central.

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CAPITULO IV. CONDICIONES HIDRÁULICAS ENCONTRADAS ANTES DE SU REHABILITACIÓN (2006-2008).

Después de haber estudiado en el capítulo III las condiciones físicas en las que se encontraba el

Sistema de Drenaje Profundo, ahora estudiaremos las condiciones hidráulicas y las compararemos

con las condiciones hidráulicas, con las que fue diseñado las cuales ya hemos revisado en el capítulo

II, para esto nos basaremos en un estudio realizado por el Instituto de Ingeniería de la UNAM26 que

señala al respecto: cuando se tiene una sección de canal que tiene porciones del perímetro mojado

con rugosidades distintas, como es el caso de los túneles del drenaje profundo, debe considerarse

que se presentarán diferentes valores de n para cada porción.

Para estos casos es posible aplicar la expresión de Manning para calcular la velocidad V o el gasto Q,

siempre que se determine un valor de n equivalente (nc) y que se considera como representativa de

todo el perímetro mojado de la sección. (SACMEX, EL SISTEMA DE DRENAJE PROFUNDO,

INFRAESTRUCTURA VITAL PARA LA CIUDAD, 2009).

Para lo anterior, retomaremos los cálculos realizados en el capítulo II, de lo cual notamos que los

gastos mencionados por las referencias bibliográficas no son consistentes con los calculados

mediante las formulas antes mencionadas, además que en este capítulo realizaremos los cálculos

con las condiciones en las que se encontraron los túneles del Sistema de Drenaje Profundo, en

especial los Interceptores Central y Oriente además del Emisor Central los cuales desde el año 1975,

a la fecha se han unido como ya lo mencionamos a una serie de Interceptores que se han ido

construyendo en fechas posteriores.

En la actualidad el sistema de drenaje profundo consta de las siguientes estructuras, las cuales se

ven reflejadas en la figura 10 y se ven resumidas sus características más importantes en el cuadro 11,

además de mencionar tres estructuras las cuales no están construidas aun, se unirán en un futuro al

Sistema de Drenaje Profundo.

Mediante los datos del cuadro G obtenemos la longitud total del Sistema de Drenaje Profundo de la

Ciudad de México, que es de 166.07 km esto hasta el año 2012, haciendo notar que los túneles

mayormente dañados son Interceptor Central y el Interceptor Oriente, como lo mencionamos ya

anteriormente.

Para tratar de entender las condiciones en que se encontraron dichos túneles, se realizaran una serie

de cálculos y así compara su funcionamiento para el cual estaban diseñados y las condiciones en

como operaban antes de su rehabilitación para lo cual se utilizaron las mismas fórmulas usadas en el

capítulo II para así poder comparar los resultados.

26

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Fig. 10 Sistema de Drenaje Profundo

'\ . T. \. ~ \ .

\ \ .

\ .. \ \ . \ .

\ \ \~7; , ~ "-J\

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Cuadro.G SISTEMA DE DRENAJE PROFUNDO DE LA CIUDAD DE MÉXICO.

Nombre del Túnel

Diámetro

(m)

Capacidad de conducción

(m3/s)

Profundidad

promedio (m)

Longitud proyecto

(km)

Longitud

operación (km)

Período de

construcción

No. de

lumbreras

Emisor Central 6.5 200 40 -220 50.00 50.00 1967 – 1975 23

INTERCEPTORES

Central 5.0 90 22-41 22.28 16.10 1967 - 1975 15

Oriente 5.0 85 20-50 28.00 28.00 1967 - 1975 1975 - 1985 22

Oriente -Sur 5.0 80 20-25 13.80 13.80 1990 - 1997 9

Centro - Poniente

4.0 40 22-51 16.00 16.00 1975 - 1982 9

Poniente 4.0 25 12-35 16.20 16.20 1960 27

Centro - Centro 5.0 90 26 3.70 3.70 1986 - 1988 4 Oriente - Oriente 5.0 90 20 7.30 3.33 1997 6

Iztapalapa 3.2 20 10-16 5.50 5.50 1994 6

Canal Nacional -Canal de

Chalco 3.1-3.2 20 10-18 16.30 11.64 1987 10

Obrero Mundial 3.1 20 16 0.80 0.80 1987 3

Gran Canal 3.2 90 1.01 1.00 Indios Verdes 3.1 15-28 2.76 —

Ermita 3.1 12-16 6.58 —

Cuautepec 3.1 1.82 —

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IV.1 Memoria de cálculo para el Emisor Central

De acuerdo con las condiciones en las que se encuentra el túnel (2006), se presenta la memoria de

cálculo para determinar la velocidad y gasto en condiciones distintas de llenado.


Y/D Q A

n Rh S V

(m3/s) (m2) (m/s)

0.10 5.860 1.728 0.018 0.413 0.00195 1.360

0.25 15.407 6.485 0.018 0.953 0.00195 2.376

0.50 56.260 16.592 0.018 1.625 0.00195 3.391

0.75 102.599 26.694 0.018 1.961 0.00195 3.844

0.80 108.879 28.460 0.018 1.947 0.00195 3.826

0.90 119.910 31.455 0.018 1.937 0.00195 3.812

0.94 121.075 32.372 0.018 1.882 0.00195 3.740

0.95 120.887 32.562 0.018 1.862 0.00195 3.713

1.00 112.520 33.183 0.018 1.625 0.00195 3.391

n=0.018 equivalente al desgaste de las tres partes.

En el cuadro17, se pueden observar los cálculos respecto a la velocidad y el gasto que se obtuvieron,





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Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.728 0.413 0.00195 1.360 2.350

0.25 6.485 0.953 0.00195 2.376 15.407

0.50 16.592 1.625 0.00195 3.391 56.260

0.75 26.694 1.961 0.00195 3.844 102.599

0.80 28.460 1.947 0.00195 3.826 108.879

0.90 31.455 1.937 0.00195 3.812 119.910

0.94 32.372 1.882 0.00195 3.740 121.075

0.95 32.562 1.862 0.00195 3.713 120.887

1.00 33.18315 1.625 0.00195 3.391 112.520

Manning-Strickler (n= 0.018 concreto erosionado)

A diferencia que el cuadro17, el cuadro 18 muestra de igual manera los cálculos de la velocidad y






Y/D A Rh S V Q

(m2)

(m/s) (m3/s)

0.10 1.728 0.413 0.00195 1.452 2.508

0.25 6.485 0.953 0.00195 2.567 16.647

0.50 16.592 1.625 0.00195 3.620 60.055

0.75 26.694 1.961 0.00195 4.072 108.686

0.80 28.460 1.947 0.00195 4.054 115.374

0.90 31.455 1.937 0.00195 4.040 127.094

0.94 32.372 1.882 0.00195 3.969 128.489

0.95 32.562 1.862 0.00195 3.942 128.351

1.00 33.18315 1.625 0.00195 3.620 120.110

Bazin (B=0.45 concreto erosionado)


gasto solo que estos se obtuvieron con la fórmula 2 (continuidad), para hacer uso de esta fórmula, es

necesario usar la fórmula 3 (Chezy), donde se utilizó la fórmula 3.2 para obtener el coeficiente de



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Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.728 0.413 0.00195 1.410 2.437

0.25 6.485 0.953 0.00195 2.588 16.782

0.50 16.592 1.625 0.00195 3.728 61.856

0.75 26.694 1.961 0.00195 4.224 112.740

0.80 28.460 1.947 0.00195 4.204 119.647

0.90 31.455 1.937 0.00195 4.189 131.775

0.94 32.372 1.882 0.00195 4.111 133.081

0.95 32.562 1.862 0.00195 4.081 132.883

1.00 33.18315 1.625 0.00195 3.728 123.712

Kutter (m=0.65 concreto erosionado)






Utilizando un C=120 (concreto erosionado)


D A S C Rh

V Q

(m) (m2) (m/s) (m3/s)

6.5 33.18 0.00195 120 1.625 4.76156605 158.003391

El cuadro, 21 a diferencia que los anteriores, hace uso de la fórmula 4 (Hazen – Williams), donde


obtiene el gasto.

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IV.2 Memoria de cálculo para el Interceptor Central




Y/D Q A

n Rh S V

(m3/s) (m2) (m/s)

0.10 1.474 1.023 0.018 0.318 0.00050 0.578

0.25 3.876 3.838 0.018 0.733 0.00050 1.010

0.50 14.152 9.818 0.018 1.250 0.00050 1.442

0.75 25.808 15.795 0.018 1.509 0.00050 1.634

0.80 27.388 16.840 0.018 1.498 0.00050 1.626

0.90 30.163 18.613 0.018 1.490 0.00050 1.621

0.94 30.456 19.155 0.018 1.448 0.00050 1.590

0.95 30.409 19.268 0.018 1.432 0.00050 1.578

1.00 28.304 19.635 0.018 1.250 0.00050 1.442

n=0.018 equivalente al desgaste de las tres partes y los daños encontrados en la longitud

inspeccionada.

En el cuadro 22 se pueden observar los cálculos respecto a la velocidad y el gasto que se obtuvieron,






Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0005 0.578 0.591

0.25 3.838 0.733 0.0005 1.010 3.876

0.50 9.818 1.250 0.0005 1.442 14.152

0.75 15.795 1.509 0.0005 1.634 25.808

0.80 16.840 1.498 0.0005 1.626 27.388

0.90 18.613 1.490 0.0005 1.621 30.163

0.94 19.155 1.448 0.0005 1.590 30.456

0.95 19.268 1.432 0.0005 1.578 30.409

1.00 19.635 1.25 0.0005 1.442 28.304

Manning-Stlikler (n=0.018 concreto erosionado)



es necesario usar la fórmula 3 (Chezy), donde se utilizó la fórmula 3.1 para obtener el coeficiente de -

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Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0005 0.609 0.623

0.25 3.838 0.733 0.0005 1.092 4.189

0.50 9.818 1.250 0.0005 1.551 15.225

0.75 15.795 1.509 0.0005 1.749 27.620

0.80 16.840 1.498 0.0005 1.741 29.317

0.90 18.613 1.490 0.0005 1.735 32.293

0.94 19.155 1.448 0.0005 1.704 32.636

0.95 19.268 1.432 0.0005 1.692 32.596

1.00 19.635 1.25 0.0005 1.551 30.450

Bazin (B=0.45 concreto erosionado)

A diferencia que el cuadro 23 el cuadro 24 muestra de igual manera los cálculos de la velocidad y






Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0005 0.585 0.598

0.25 3.838 0.733 0.0005 1.088 4.176

0.50 9.818 1.250 0.0005 1.581 15.520

0.75 15.795 1.509 0.0005 1.796 28.367

0.80 16.840 1.498 0.0005 1.787 30.101

0.90 18.613 1.490 0.0005 1.781 33.150

0.94 19.155 1.448 0.0005 1.747 33.464

0.95 19.268 1.432 0.0005 1.734 33.409

1.00 19.635 1.25 0.0005 1.581 31.041







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C=100 concreto erosionado

Cuadro 26.- Cálculos del Interceptor Central según Hazen- Williams

D A S C Rh

V Q

(m) (m2) (m/s) (m3/s)

5 19.63 0.0005 100 1.25 1.612 31.669



obtiene el gasto.

Ahora los cálculos son por tramo (de lumbrera a lumbrera) a tubo lleno, con pendientes calculadas

en base a levantamientos topográficos, realizados durante temporada de estiaje y plasmados en un

plano de 1989, de nombre Sistema General de la Red de Drenaje Profundo de la Ciudad de México

que son los últimos datos que se tienen hasta la fecha y proporcionados por el SACMEX.


TRAMO n S A

Rh V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

L4A-L5 0.019 0.0003 19.635 1.250 1.059 20.801

L5-L5A 0.019 0.0003 19.635 1.250 0.994 19.510

L5A-L6 0.019 0.0013 19.635 1.250 2.229 43.758

L6-L7 0.019 0.0008 19.635 1.250 1.697 33.315

L7-L8 0.020 0.0005 19.635 1.250 1.298 25.480

L8-L9 0.020 0.0005 19.635 1.250 1.297 25.466

L9-L10 0.019 0.0005 19.635 1.250 1.370 26.904

L10-L11 0.020 0.0005 19.635 1.250 1.293 25.386

L11-L13 0.020 0.0005 19.635 1.250 1.296 25.445

L13-L0 (CERO E.C.) 0.022 0.0005 19.635 1.150 1.100 21.595

En el cuadro 27 podemos observar que en el tramo de nuestro interés, disminuyo de manera

considerable la eficiencia del tramo en estudio, al pasar de tener una capacidad de diseño calculado

anteriormente en este trabajo, de 47.51 m3/s a 21.59 m3/s según los cálculos realizados. Y esto

debido a los severos daños presentados en este tramo; antes ya mencionados sin tomar en cuenta

que el gasto de diseño es de 90m3/s.

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IV.3 Memoria de cálculo para el Interceptor Oriente




Y/D Q A

n Rh S V

(m3/s) (m2) (m/s)

0.10 1.570 1.023 0.020 0.318 0.00070 0.616

0.25 4.127 3.838 0.020 0.733 0.00070 1.075

0.50 15.070 9.818 0.020 1.250 0.00070 1.535

0.75 27.483 15.795 0.020 1.509 0.0 0070 1.740

0.80 29.165 16.840 0.020 1.498 0.00070 1.732

0.90 32.120 18.613 0.020 1.490 0.00070 1.726

0.94 32.432 19.155 0.020 1.448 0.00070 1.693

0.95 32.382 19.268 0.020 1.432 0.00070 1.681

1.00 30.141 19.635 0.020 1.250 0.00070 1.535

n=0.020 equivalente al desgaste de las tres partes y los daños encontrados en la longitud

inspeccionada.







Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0007 0.721 0.737

0.25 3.838 0.733 0.0007 1.292 4.957

0.50 9.818 1.250 0.0007 1.835 18.015

0.75 15.795 1.509 0.0007 2.069 32.680

0.80 16.840 1.498 0.0007 2.060 34.688

0.90 18.613 1.490 0.0007 2.053 38.210

0.94 19.155 1.448 0.0007 2.016 38.615

0.95 19.268 1.432 0.0007 2.002 38.568

1.00 19.635 1.25 0.0007 1.835 36.029

Manning-Strickler (n=0.020 concreto erosionado)




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Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0007 0.721 0.737

0.25 3.838 0.733 0.0007 1.292 4.957

0.50 9.818 1.250 0.0007 1.835 18.015

0.75 15.795 1.509 0.0007 2.069 32.680

0.80 16.840 1.498 0.0007 2.060 34.688

0.90 18.613 1.490 0.0007 2.053 38.210

0.94 19.155 1.448 0.0007 2.016 38.615

0.95 19.268 1.432 0.0007 2.002 38.568

1.00 19.635 1.25 0.0007 1.835 36.029

Bazin (B=.045 concreto erosionado)







Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0007 0.692 0.708

0.25 3.838 0.733 0.0007 1.288 4.941

0.50 9.818 1.250 0.0007 1.871 18.364

0.75 15.795 1.509 0.0007 2.125 33.564

0.80 16.840 1.498 0.0007 2.115 35.616

0.90 18.613 1.490 0.0007 2.107 39.223

0.94 19.155 1.448 0.0007 2.067 39.596

0.95 19.268 1.432 0.0007 2.052 39.530

1.00 19.635 1.25 0.0007 1.871 36.728







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C=90 concreto erosionado


D A S C Rh

V Q

(m) (m2) (m/s) (m3/s)

5 19.63 0.0007 90 1.25 1.740 34.181



obtiene el gasto.

En los cálculos anteriores, se puede notar, como el deterioro del túnel afecta principalmente, las

condiciones hidráulicas de los tres túneles, los cuales comparándolos con las condiciones que tenían

al inicio de operaciones, perdieron un rango importante de eficiencia, y esto sin considerar las

afectaciones que sufrieron por trabajan con carga; sobre todo en el tramo de interés el cual sufre

una baja muy sensible lo cual afecta el resto del sistema.

De acuerdo a estas consideraciones se puede determinar que en todos los casos analizados, no se

alcanza la capacidad de diseño acepto en el Emisor Central donde sí se alcanza su capacidad de

diseño, vareando según la formula con la cual se analizó, esto se puede atribuir a una elección no

muy acertada en los coeficientes de rugosidad aplicados en cada fórmula utilizada y en los

diferentes autores analizados.

Sin embargo lo que se quiere demostrar o verificar es la capacidad del tramo en estudio y las

afectaciones o beneficios que pudo traer esta rehabilitación realizada sobre todo, cuando estos

conductos trabajan en condiciones críticas y así poder darnos cuenta que en esas condiciones no

pueden transitar mayores caudales a los de su diseño.

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Una vez limpia la superficie del concreto y el acero de refuerzo del revestimiento original, se

colocaron anclas de varilla corrugadas para la sujeción de la nueva parrilla de refuerzo. (Foto. 20) La

colocación de acero de refuerzo se inició, en los tramos identificados en malas condiciones, con

acero de refuerzo de 5/8", en sentido longitudinal y transversal a cada 30 cm, En caso de no existir

nuevo refuerzo, las anclas terminaban en forma de estrella y servían como conectores entre el

concreto original y el lanzado.

Foto. 20 Colocación de adhesivo sobre la superficie existente, previamente al lanzado

Previamente al lanzado se aplicaba sobre la superficie del concreto original un producto adhesivo, el

concreto lanzado se aplicó en dos capas, una hasta el interior de la parrilla de refuerzo y la siguiente

hasta alcanzar el espesor requerido. Para reducir las ondulaciones y rugosidades de la superficie

final, ésta se emparejaba con llana. El lanzado se realizó por vía húmeda para reducir el polvo en el

ambiente y para obtener una mayor densidad y un menor desperdicio por rebote.

Se realizaron pruebas para determinar las propiedades del concreto lanzado y la adhesión de éste

con el concreto original. (SACMEX, EL SISTEMA DE DRENAJE PROFUNDO, INFRAESTRUCTURA VITAL

PARA LA CIUDAD, 2009)

El concreto fue con agregado grueso30, de tamaño máximo de 10 mm y con aditivos acelerantés para

lograr una mayor adhesión con el concreto existente, (Foto. 21) (Foto. 22) se dosificó para una

resistencia a la compresión de 250 kg/cm2.

Foto. 21 Trabajos de concreto lanzado vía húmeda en la media sección superior

30

Grava.

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Foto. 22 Trabajos de concreto lanzado con robot en la clave del túnel.

Limpieza final del túnel. (Foto. 23) Una vez concluidos los trabajos del lanzado de concreto se realizó

el retiro del material producto del rebote de dicho concreto conforme avanzaba en sus trabajos para

dejar libre de obstáculos en el túnel. Posteriormente procedió al retiro de todas las instalaciones.

Foto. 23 Trabajos de limpieza final.

Foto. 24 Túnel terminado en concreto lanzado y con producto para protección contra ataques

químicos

V.1.2 Revestimiento definitivo utilizando cimbra telescópica y protección de concreto contra

gases utilizando liners y productos químicos (L13-L0B).

Este método fue el utilizado en los tramos más dañados como lo es el de lumbrera 13 a la lumbrera

0B, para esto el SACMEX adquirió dos cimbras con cinco módulos de 6 m de longitud cada una, y de

5 m de diámetro, para realizar el colado integral de los tramos más dañados de los dos interceptores.

La cimbra se bajó al túnel, donde se armaba y se ponía en posición, para colar los cinco tramos-

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Simultáneamente, después se iban avanzando los módulos empezando de atrás hacia adelante. El

colado se realizó bombeando el concreto e inyectándolo por un orificio con- tapones colocados en la

-parte inferior y superior de cada módulo. Se emplearon vibradores de contacto aplicados sobre la

cimbra metálica.

Además se protegió la mitad superior de la sección del túnel en un ángulo que varió entre 135 y 270

grados según la extensión del deterior que se había presentado en el tramo específico del túnel, con

un liner31 y se procedía a los siguientes trabajos.

Limpieza inicial del túnel: (Foto. 25) Dado que el acero de refuerzo del revestimiento original se

encontraba expuesto y en muchas ocasiones suelto en la clave de túnel lo cual origina la retención

de basura y obstrucción al paso libre de agua, se determinó retirarlo, ya que no era posible su

recuperación o rehabilitación.

Foto. 25 Limpieza y retiro de azolve

Se procedió a realizar una hidroescarificacion de la zona de la clave del túnel con hidrolavadoras de

alta presión (20,000-36000 PSI), de agua y vapor a 1400C todo esto con la finalidad de estabilizar el

PH de las paredes del túnel a 7 u 8 al igual que en el método anterior.

Posteriormente se procedió al relleno de oquedades y sellado de filtraciones: Con base en la

inspección realizada al túnel, se encontraron una serie de oquedades y filtraciones, las cuales fue

necesario eliminar para poder realizar el revestimiento, las oquedades se resolvieron por medio de

la aplicación de mortero de cemento, grout. (Es un mortero listo para usar, compuesto de cemento,

arena de granulometría controlada y aditivos adecuadamente dosificados para controlar los cambios

de volumen en el mortero y selladores usado en relleno de oquedades, reparación estructural de

concreto, etc.)

Colocación de acero de refuerzo: (Foto. 26) para la colocación del acero de refuerzo del

revestimiento en el túnel en los 360°, para un espesor del concreto nominal a 20 cm, se utilizó varilla

corrugada del N.5 (diámetro 5/8´´) y fy=4200kg/cm2, en un lecho al centro del espesor, con una

separación en el armado de 30 cm en ambos sentidos.

31

Material plástico de alta resistencia a la abrasión de los gases presentados en los túneles.

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Foto. 26 Colocación de acero de refuerzo

Colocación del concreto hidráulico con cimbra metálica telescópica colapsable: para este tipo

de colado, se bajó, armó y se instaló una cimbra metálica telescópica colapsable, (Foto. 27)

proporcionada por el SACMEX, a la cuál antes de colocarla en su posición para el colado, se coloca en

la parte superior cubriendo un área de 235° una membrana plástica (liner) llamada T-LOCK, la cual

protegerá al concreto de los efectos de los gases dándole una durabilidad mayor; este material trae

de fabricación un tipo de anclaje en forma de "T" invertida del mismo material en toda su superficie,

el cual sirve para quedar fijo al concreto una vez que este fragüe, la resistencia del concreto utilizado

para este revestimiento fue de fc´ = 350 kg/cm2.

Cuando la reposición del revestimiento se realiza en toda la sección del túnel, con una cimbra

completa de tipo modular, como en este caso, no es posible especificar concretos diferentes en la

parte superior de la sección expuesta a un ataque químico severo y en la inferior expuesta a una

fuerte abrasión. Así que en los tramos del Interceptor Central y Oriente que se colaron con cimbra,

se especificó un concreto de baja permeabilidad32 y de buena resistencia a la abrasión33 para toda la

sección y se colocó un recubrimiento polimérico (PVC)34 adicional en la media sección superior para

mayor protección contra el ataque químico.

Se decidió asociar a estas cimbras el sistema de protección a base de láminas bandas de PVC con

anclas (T-Lock) es un producto que presenta ventajas importantes por ser una la lámina flexible de

PVC (T-Lock) que se tiene que colocar sobre la cimbra modular para quedar integrado a la nueva

capa de revestimiento de concreto.

32

Capacidad del cuerpo que deja pasar el agua u otro líquido a través de él. 33

Desgaste superficial que ejercen sobre un elemento diversos agentes externos. 34

El Policloruro de Vinilo o PVC, es una combinación química entre carbono, hidrógeno y cloro (membrana plástica).

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Foto. 27 Retiro de la cimbra telescópica Foto. 28 Instalación y colocación del recubrimiento en la

cimbra metálica T-Lock.

Para esto último fue necesario hacer adaptaciones a las cimbras para la colocación de la membrana y

para el tensado de la misma. (Foto. 28).

Colocación del recubrimiento final: donde no se colocó membrana de PVC (T-Lock) se procedió a

realizar trabajos de hidrolavado para dejar libre de polvo y grasa la zona para la colocación del

producto químico que sirve como acabado final para proteger el concreto contra los

ataques químicos de los gases y prolongar su durabilidad.

Foto. 29 Túnel terminado con la protección del T-LOCK para ataques químicos

Limpieza final del Túnel y desmantelamiento de las instalaciones: posterior a la terminación de las

actividades de los trabajos de la rehabilitación del túnel del drenaje profundo, se llevó a cabo lo que

es el desmantelamiento y retiro de todas las instalaciones ocupadas en el túnel, (Foto. 29) en la

lumbrera y en la superficie durante los trabajos correspondientes, así también se llevó a cabo la

reparación o reposición de elementos dañados, la reinstalación de elementos removidos para dejar

la superficie en las mismas condiciones iniciales.

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V.1.3 Reparación de cubetas y protección del concreto con productos químicos.

La reposición del revestimiento de la cubeta de los túneles, enfrenta condiciones especiales por la

dificultad de eliminar el tirante de agua para que el fondo esté seco, y permita realizar las

operaciones de preparación y ejecución del refuerzo. La presencia de agua se debe a las filtraciones

que se llegan a tener por la falta de sellado total de las compuertas de los túneles, y de los conductos

afluentes, y también por las filtraciones a través del revestimiento. Se requiere un desvío local del

efluente para poder trabajar en la cubeta. La primera acción es la inspección de la superficie del

fondo, el descubrimiento del acero de refuerzo y la limpieza del área afectada.

Como se ha mencionado anteriormente, la reposición del revestimiento de la cubeta se dio

principalmente en el Emisor. En los Interceptores se colocó revestimiento adicional en los tramos en

que fueron colados con cimbra; en éstos se colocó refuerzo en toda la sección y el colado se hizo

con un concreto resistente a la abrasión.

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CAPITULO VI. ANÁLISIS HIDRÁULICO POR MEDIO DE UN MODELO MATEMÁTICO

Con la finalidad de poder determinar las condiciones de funcionamiento del Interceptor Central

antes y después de su rehabilitación, así como determinar si la reducción del túnel fue la elección

más adecuada para la rehabilitación del tramo de interés se consideró la utilización de un modelo

de simulación hidráulica matemática con el cual se pueda simular las condiciones que se

presentan en el tramo de interés.

En el siguiente capítulo se describe brevemente el programa de análisis hidráulico matemático a

utilizar y el método del hidrograma unitario el cual me permitió introducir los datos adecuados para

realizar las simulaciones está apoyándonos de un programa de computo utilizado en la actualidad

para el análisis de redes de drenaje, dicho programa de nombre SWMM v.5.0 de acceso libre del cual

trataremos de explicar brevemente sus características de las cuales nos apoyamos para tratar de ser

más certeros en mis conclusiones.

VI.1 Descripción del programa SWMM v.5.0

Las siglas SWMM provienen de la abreviatura Storm Wáter Management Model que en español

significa Modelo de Gestión para Aguas Pluviales, el cual es un modelo dinámico de simulación de

precipitaciones, que se puede utilizar para simular un único acontecimiento o para una simulación

continua en un periodo extendido, este programa permite calcular la cantidad y la calidad de agua

evacuada, en una o varias cuencas y está enfocado principalmente para alcantarillados urbanos,

funciona como una o varias cuencas en las cuales cae el agua proveniente de la precipitaciones y se

generan los escurrimientos, y en el cual el programa es capaz de analizar el recorrido de estas aguas

a través de un sistema compuesto por tuberías, canales, dispositivos de almacenamiento y

tratamiento, bombas y elementos reguladores.

Este programa se desarrolló por primera vez en 1971 y a la fecha a experimentando varias mejoras la

versión de la que hago referencia es la SWMM 5.0, la cual fue desarrollada por Nacional Risk

Management Research Laboratory (Laboratorio Nacional de Investigación y Gestión de Riesgos) de

los Estados Unidos con la colaboración de empresa Camp y Dresser Mc Kee Inc. (CDM Inc.)

En este caso además de tomar en cuenta el aspecto hidrológico el cual proporciona la mayor

cantidad de gasto escurrido hacia los colectores, que conectan y descarga directamente al Drenaje

Profundo la principal característica que tomaremos en cuenta es el funcionamiento hidráulico de los

conductos que conforman este Interceptor.

SWMM está gobernado por las ecuaciones de conservación de la masa y de la cantidad de

movimiento tanto para el flujo gradualmente variado como para el flujo transitorio. (es decir, las

ecuaciones de Saint Venant)

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Además uno como usuario de este programa puede seleccionar el nivel de sofisticación con que

desea resolver estas ecuaciones por ello existen tres modelos hidráulicos de transporte:

- Flujo uniforme

- La Onda Cinemática

- La onda Dinámica

El modelo de flujo uniforme: representa la forma más simple de reproducir el comportamiento del

agua en el interior de los conductos, para ello toma en cuenta que en cada uno de los incrementos

de tiempo el flujo es uniforme, de esta manera el modelo simplemente traslada los hidrogramas de

entrada en el nudo (en nuestro caso un nudo será una lumbrera) aguas arriba el nudo final del

mismo, con un cierto retardo y cambio en el aspecto del mismo para relacionar el caudal con el área

y el tirante en el conducto se emplea la ecuación de Manning.

-No toma en cuenta el almacenamiento de agua que se produce en los conductos.

-Los fenómenos de salto hidráulico.

-Las pérdidas a la entrada y a la salida de los pozos.

-El remanso (flujo inverso).

-Los fenómenos de flujos a presión.

El modelo de Onda cinemática este modelo resuelve la ecuación de continuidad junto con una forma

simplificada de la ecuación de cantidad de movimiento en cada una de las condiciones esta última

requiere que la pendiente de la superficie libre del agua sea igual a la pendiente de fondo del

conducto este método está restringido a redes con ramificaciones.

No obstante este modelo de trasporte no puede considerar efectos como:

-Salto hidráulico.

-Perdidas en las entradas o salidas de los pozos.

-Remansos.

-Flujos a presión.

El modelo de onda Dinámica resuelve las ecuaciones completas Unidimensionales de Saint Venant y

por lo tanto teóricamente genera los resultados más precisos. Estas ecuaciones suponen la

aplicación de la ecuación de continuidad y de cantidad de movimiento en las condiciones y la

continuidad de los volúmenes en los nudos.

Con este tipo de modelo es posible representar los flujos a presión en condiciones cerradas, cuando

se encuentran completamente llenos de forma que el caudal que circula por la misma puede

exceder del valor a tubo completamente lleno obtenido mediante la ecuación de Manning.

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Con lo cual podrían ocurrir inundaciones ya que el volumen del agua podría exceder la profundidad

de los pozos, y en nuestro caso podrían exceder la profundidad de las lumbreras.

Además que este modelo si puede tomar en cuenta efectos como:

-Almacenamiento en los conductos

-Saltos hidráulicos

-Perdidas en las entradas y salidas de los pozos.

-Remansos.

Y flujos a presión los cual ya habíamos mencionado.

Uno de los inconvenientes en la aplicación de este método es la necesidad de utilizar incrementos de

tiempo de cálculo pequeños del orden de 1 min o menos.

Por todo lo expuesto anteriormente el método más conveniente para nuestro cálculo en el

Interceptor Central es de la onda dinámica.

VI.2 Calculo del Hidrograma Unitario a descargar en los Inte rceptores y

ejemplo del Colector Moyabamba.

Para el cálculo de la aportación de los colectores que descargan al Interceptor Central, el método a

utilizar es el de el Hidrograma Unitario el cual fue uno de los métodos usado en los cálculos de

diseño de 1975 para el diseño del Drenaje Profundo, por lo tanto es el utilizado en nuestro modelo

debido a los datos obtenidos en campo con lo cual nos facilita este análisis y el cual describimos a

continuación, (DGCOH, 1982) y en el cual consideramos las condiciones de la cuenca del valle de

México y la capacidad que presente el drenaje profundo de drenar las aguas que hasta él escurren,

claro apoyándose de los sistemas de regulación como lo son las presas del poniente, los vasos

reguladores, los canales y plantas de bombeo que hasta la fecha operan ordinariamente.

Existen dos tipos de métodos para el cálculo de hidrogramas unitarios:

Tradicional: A partir de datos de precipitación y aforos

Sintéticos: Soil Conservation Service35 (SCS) o método del número de curva, Snyder y Tiempo-Area

(Clark, 1945), el que vamos a utilizar en este cálculo es el de Soil Conservation Service (SCS), el cual

se basa en lo siguiente.

El hidrograma unitario adimensional, fue desarrollado como su nombre lo indica por el Soil

Conservation Service de los E.U.A. y su ventaja estriba en el hecho de que permite definir la forma

del hidrograma.

35

Servicio de conservación del suelo

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Se basa principalmente en la hipótesis de que para cualquier gasto del hidrograma (q) existe un

gasto asociado definido como gasto pico que se produce en un tiempo pico (Tp), que guarda una

proporción lineal con el tiempo (t) que produce el escurrimiento (q).

Y los pasos a seguir para su cálculo son los siguientes basados en el método estipulado por el manual

de hidráulica urbana, (DGCOH, 1982) para el cálculo de colectores.

1.- Se determina el área de influencia de la zona de estudio.

3.- Se corrobora la información en campo, complementando lo faltante con levantamientos

topográficos de la red.

2.- Se delimitan las áreas de aportación dependiendo que tipo de análisis se realice en la red a nivel

de red secundaria o primaria, esto con el fin de determinar los hidrogramas de aportación al sistema,

se considera la topografía de la red, obteniendo los siguientes datos: longitud, pendiente, área

urbana, no urbana y natural.

4.- Se obtienen los siguientes datos para poder calcular los hidrogramas, coeficientes de

escurrimiento de la zona de pendiendo el tipo de terreno. Mediante la siguiente ecuación:

(

) (

)

Dónde:

Ce = Coeficiente de escurrimiento.

An = Área no urbana.

Au = Área urbana.

At = Área total.

Cn = Coeficiente de escurrimiento del área no urbanizada.

Iu = Índice de urbanización.

0.45 = Coeficiente de escurrimiento urbano base.

El cálculo del coeficiente no urbano (Cn) se obtiene basándose en la Figura 11.

Cuadro H

Área urbana 7.44 km2

Área no urbana 0.83 km2

Área total 8.27 Km2

Iu (índice de urbanización) 0.67

Cn 0.15

Ce 0.288

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Para la obtención del índice de urbanización (Iu) se obtiene de un plano general de índices de

urbanización realizado para el Plan Maestro de Drenaje del Área Metropolitana de la Ciudad de

México 1994 donde se ubica la zona y se determina el valor del Índice de urbanización.

Fig. 11 plano general de coeficientes de escurrimientos no urbano

\10:$0 El Cnsto

N

• ESTACION HIOROMETRICA

1 Son LorenlO 2 Los Arboledos 3 El Salltr, 4 EtcheQOray :1 Totollco 6 El Conde 7 El Mollnlto 8 Rro Hondo 9 Río Bec.rra

10 Rro hhxcooc 1 1 R(o MOQdoltno 12 Vertedor T.cÓtTu t I 13 Vtrtedor Milpa Alfo 14 Son LUIs 11 1:1 Son Lucas 16 Son Morco, 17 El T' JOCot' 18 Son Moteo 19 ChaPIRQo 20 Tucoco 21 Son Andr.s 22 Ateneo

23 Lo Gronde 2 4 T,pexpon

I

i )

Sierro dt Guodolupt Cn · O. I~

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111

IV

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EMISORES O

INTERCEPTORES

EmISor Centrol

EmiSor Pon.en'e

Int,rceptor Centro· POI·uente

In1trcep' or Pon .. nle

In'erc,plor Certrol

In!"ceplor Onlnle

CANALES ORlOS "

o Gran Conol del desoQuI

b Río dI lo ComP~1Ó

c Gron Conol

d Río Cuouhlld'n

_._ . _ . _ . PorltoQuos dI lo cutnCO

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5.- Para el cálculo de la precipitación se utiliza la siguiente figura donde se representan las curvas de

las isoyetas36 para una tormenta de 30 min y un periodo de retorno de 5 años. Figura 12 que esto va

depender del tipo de red hidráulica a diseñar, (en este caso colectores).

Fig. 12 Isoyetas para una tormenta de 30 min y un periodo de retorno de 5 años.

36

Es una línea que une los puntos, en un plano cartográfico, que presentan la misma precipitación en la unidad de tiempo considerada

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Pero de acuerdo al manual de hidráulica urbana se tiene que recalcular la altura de precipitación

mediante la siguiente fórmula:

Dónde:

hp = altura de precipitación obtenida de la figura 12

Ftr = factor de ajuste por periodo de retorno

Ftd = factor de ajuste por duración

Fa = factor de ajuste por área

Y para lo cual se deben utilizar la siguientes graficas Fig. 13 en la cuales se obtienen los factores de

ajuste

Fig. 13 Graficas de factores de ajuste duración, área y periodo de retorno (DGCOH, 1982)

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Con la altura de precipitación afectada por los tres factores se obtiene la intensidad de lluvia en la

cuenca analizada, para la duración de tormenta analizada.

Se calcula la precipitación en exceso mediante la siguiente formula:

Para el cálculo del Hietograma37 de acuerdo con el Manual de Hidráulica Urbana del Distrito Federal,

los valores recomendados para la construcción del hietograma, (Fig. 14) (para una lluvia de 2 horas

en intervalos de 7.5 minutos) son los mostrados en la siguiente figura, ordenados de tal manera que

la precipitación máxima coincida con el centro de la tormenta.

Fig. 14 valores recomendados para la construcción de hietogramas

37

Diagrama en el que se representa la curva de intensidad de un lluvia o aguacero según los datos registrados por el pluviómetro.

0.04 0.048

0.088

0.222

0.378

0.122

0.057 0.045

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

1 2 3 4 5 6 7 8

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Se calculó el hietograma de lluvia efectiva multiplicando el valor de la precipitación efectiva por cada

una de las barras del hietograma.

0.040(8.507)= 0.3403

0.048(8.507)= 0.4083

0.088(8.507)= 0.7486

0.222(8.507)= 1.8885

0.378(8.507)= 3.2155

0.122(8.507)= 1.0378

0.057(8.507)= 0.4849

0.045(8.507)= 0.3828

El tiempo de concentración se obtuvo aplicando la fórmula de KIRPICH. Considerando los siguientes

datos.

(

√ )

Dónde:

Tc = Tiempo de concentración (Hrs.)

L = Longitud del cauce principal (m)

S = Pendiente del cauce

En este caso como no obtuvimos los datos de pendiente y longitud el dato es tomado de un estudio

que es de 45 min

Tiempo Pico del Hidrograma Unitario.

(

)

Dónde:

Tp = Tiempo pico del hidrograma (Hrs)

DD = Duración efectiva de la lluvia de diseño (Hrs)

Tc = Tiempo de concentración (Hrs.)

N = Número de barras del hietograma

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(

)

Cálculo del gasto pico del hidrograma unitario.

Dónde:

A = Área de la cuenca (Km2)

qu = Gasto unitario pico

Tp = Tiempo pico (Hrs)

Para determinar la forma del hidrograma es necesario utilizar los resultados obtenidos por el Soil

Conservation Service utilizando las figuras siguientes: la Tabla de la Figura 15.

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Fig. 15 resultados obtenidos por el Soil Conservation Service

Para definir la forma del hidrograma determinado Tp y qu se escogieron relaciones entre t/Tp y q/qu

despejando t y q y utilizando la tabla anterior.

Para estimar los hidrogramas que ingresan a cada sistema es necesario realizar el hidrograma

unitario adimensional, para lo cual se utilizó la tabla anterior tomando los valores a cada 7.5

minutos que es la duración de cada una de las barras del hietograma anterior, por lo cual se

obtienen el hidrogramas de escurrimiento directo.

Se multiplican toda la columna de los gastos obtenidos (qu) de la tabla ejemplo, por cada altura de

precipitación efectiva (Hpe) obteniendo con cada una de las barras del hietograma ya calculadas,

obteniéndose el hidrograma de escurrimiento directo por último, los resultados se ordenan y se

desfasan cada una de las barras 7.5 minutos y se suman en forma horizontal como se muestra en la

siguiente tabla, obteniéndose así el hidrograma para cada una de las áreas de aportación.

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Cuadro I

Barra 1 Barra2 Barra 3 Barra 4 Barra 5 Barra 6 Barra 7 Barra 8 Q tiempo 0.3403 0.4083 0.7486 1.8885 3.2155 1.0378 0.4849 0.3828 (m3/s) (min)

0.000

0.000 0

0.154 0.000

0.154 7.5

0.581 0.185 0.000

0.766 15

1.059 0.697 0.338 0.000

2.095 22.5

1.204 1.271 1.278 0.853 0.000

4.607 30

1.020 1.445 2.330 3.224 1.453 0.000

9.473 37.5

0.733 1.224 2.649 5.879 5.490 0.469 0.000

16.445 45

0.503 0.880 2.244 6.684 10.010 1.772 0.219 0.000 22.311 52.5

0.353 0.603 1.613 5.661 11.380 3.231 0.828 0.173 23.843 60

0.000 0.424 1.106 4.070 9.640 3.673 1.509 0.654 21.076 67.5

0.000 0.777 2.790 6.930 3.111 1.716 1.192 16.516 75

0.000 1.961 4.751 2.237 1.454 1.355 11.757 82.5

0.000 3.340 1.533 1.045 1.148 7.065 90

0.000 1.078 0.716 0.825 2.619 97.5

0.000 0.504 0.566 1.069 105

0.000 0.398 0.398 112.5

0.000 0.000 120

La obtención de los hidrogramas de cada uno de las subcuencas de aportación al sistema analizado,

es uno de los datos necesarios para el modelo de simulación matemática SWMM, entre otros datos

se obtienen directamente de los levantamientos de la red ya sea existentes, el intervalo de tiempo

de tiempo es el indicado en los cálculos anteriores realizados por la DGCOH y por lo tanto son los

recomendados.

Fig. 16Hidrograma obtenido mediante el método anteriormente descrito

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CAPITULO VII. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES EFECTUADAS EN LAS CONDICIONES

ACTUALES (2012).

En este capítulo se interpretaran los resultados obtenidos mediante las simulaciones realizadas

además de compararlos con los cálculos realizados mediante las fórmulas utilizadas en capítulos

anteriores a las condiciones actuales de cómo se encuentran los túneles del Sistema de Drenaje

Profundo de la ciudad de México e identifique si su rehabilitación afecto en forma considerable el

funcionamiento del sistema.

Considerando las reparaciones que se realicen al Sistema en especial al Emisor Central, al Interceptor

Central y al Interceptor Oriente cabe esperar que el coeficiente de rugosidad varíe entre 0.014 y

0.015, lo que me permitiría realizar los cálculos ahora con estas condiciones, además de realizar el

cálculo en el tramo L13-L0B tomando en cuenta además la disminución del diámetro.

VII.1 Memoria de cálculo para el Emisor Central




Y/D Q A

n Rh S V

(m3/s) (m2) (m/s)

0.10 7.534 1.728 0.014 0.413 0.00195 1.749

0.25 19.809 6.485 0.014 0.953 0.00195 3.054

0.50 72.335 16.592 0.014 1.625 0.00195 4.360

0.75 131.913 26.694 0.014 1.961 0.00195 4.942

0.80 139.987 28.460 0.014 1.947 0.00195 4.919

0.90 154.170 31.455 0.014 1.937 0.00195 4.901

0.94 155.668 32.372 0.014 1.882 0.00195 4.809

0.95 155.427 32.562 0.014 1.862 0.00195 4.773

1.00 144.669 33.183 0.014 1.625 0.00195 4.360

n=0.014 equivalente al coeficiente actual después de su rehabilitación.






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Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

|0.10 1.728 0.413 0.00195 1.749 3.022

0.25 6.485 0.953 0.00195 3.054 19.809

0.50 16.592 1.625 0.00195 4.360 72.335

0.75 26.694 1.961 0.00195 4.942 131.913

0.80 28.460 1.947 0.00195 4.919 139.987

0.90 31.455 1.937 0.00195 4.901 154.170

0.94 32.372 1.882 0.00195 4.809 155.668

0.95 32.562 1.862 0.00195 4.773 155.427

1.00 33.18315 1.625 0.00195 4.360 144.669

Manning- Strickler (n=0.014 concreto pulido)



es necesario usar la fórmula 3 (Chezy), donde se utilizó la fórmula 3.1 para obtener el -coeficiente de




Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.728 0.413 0.00195 1.757 3.036

0.25 6.485 0.953 0.00195 2.961 19.206

0.50 16.592 1.625 0.00195 4.068 67.490

0.75 26.694 1.961 0.00195 4.538 121.123

0.80 28.460 1.947 0.00195 4.519 128.615

0.90 31.455 1.937 0.00195 4.505 141.713

0.94 32.372 1.882 0.00195 4.431 143.448

0.95 32.562 1.862 0.00195 4.403 143.364

1.00 33.18315 1.625 0.00195 4.068 134.980







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Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.728 0.413 0.00195 2.065 3.569

0.25 6.485 0.953 0.00195 3.460 22.439

0.50 16.592 1.625 0.00195 4.737 78.599

0.75 26.694 1.961 0.00195 5.279 140.919

0.80 28.460 1.947 0.00195 5.258 149.642

0.90 31.455 1.937 0.00195 5.242 164.885

0.94 32.372 1.882 0.00195 5.157 166.929

0.95 32.562 1.862 0.00195 5.124 166.841

1.00 33.18315 1.625 0.00195 4.737 157.198







C=140 concreto pulido


D A S C Rh V Q

(m) (m2)

(m/s) (m3/s)

6.5 33.18 0.00195 140 1.625 5.555 184.337

El cuadro, 37 a diferencia que los anteriores, hace uso de la fórmula 4 (Hazen – Williams), donde


obtiene el gasto.






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VII.2 Memoria de cálculo para el Interceptor Central




Y/D Q A

n Rh S V

(m3/s) (m2) (m/s)

0.10 1.895 1.023 0.014 0.318 0.00050 0.743

0.25 4.983 3.838 0.014 0.733 0.00050 1.298

0.50 18.196 9.818 0.014 1.250 0.00050 1.853

0.75 33.182 15.795 0.014 1.509 0.00050 2.101

0.80 35.213 16.840 0.014 1.498 0.00050 2.091

0.90 38.781 18.613 0.014 1.490 0.00050 2.084

0.94 39.158 19.155 0.014 1.448 0.00050 2.044

0.95 39.097 19.268 0.014 1.432 0.00050 2.029

1.00 36.391 19.635 0.014 1.250 0.00050 1.853








Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0005 0.743 0.760

0.25 3.838 0.733 0.0005 1.298 4.983

0.50 9.818 1.250 0.0005 1.853 18.196

0.75 15.795 1.509 0.0005 2.101 33.182

0.80 16.840 1.498 0.0005 2.091 35.213

0.90 18.613 1.490 0.0005 2.084 38.781

0.94 19.155 1.448 0.0005 2.044 39.158

0.95 19.268 1.432 0.0005 2.029 39.097

1.00 19.635 1.25 0.0005 1.853 36.391

Manning-Strickler (n=0.014 concreto pulido)






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Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0005 0.750 0.767

0.25 3.838 0.733 0.0005 1.278 4.903

0.50 9.818 1.250 0.0005 1.765 17.324

0.75 15.795 1.509 0.0005 1.972 31.146

0.80 16.840 1.498 0.0005 1.964 33.071

0.90 18.613 1.490 0.0005 1.958 36.437

0.94 19.155 1.448 0.0005 1.925 36.873

0.95 19.268 1.432 0.0005 1.912 36.848

1.00 19.635 1.25 0.0005 1.765 34.649








Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0005 0.884 0.903

0.25 3.838 0.733 0.0005 1.495 5.738

0.50 9.818 1.250 0.0005 2.058 20.206

0.75 15.795 1.509 0.0005 2.297 36.288

0.80 16.840 1.498 0.0005 2.288 38.532

0.90 18.613 1.490 0.0005 2.281 42.455

0.94 19.155 1.448 0.0005 2.243 42.971

0.95 19.268 1.432 0.0005 2.229 42.944

1.00 19.635 1.25 0.0005 2.058 40.412







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Utilizando un C=140 concreto pulido

Cuadro 42.- Cálculos del interceptor Central según Hazen- Williams

D A S C Rh

V Q

(m) (m2) (m/s) (m3/s)

5 19.63 0.0005 140 1.25 2.258 44.337






Ahora los cálculos son por tramo (de lumbrera a lumbrera) a tubo lleno, con pendientes calculadas

en base a levantamientos topográficos, realizados durante temporada de estiaje y plasmados en un

plano de 1989, de nombre Sistema General de la Red de Drenaje Profundo de la Ciudad de México

que son los últimos datos que se tienen hasta la fecha y proporcionados por el SACMEX.


TRAMO n S A

Rh V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

L4A-L5 0.014 0.0003 19.635 1.250 1.438 28.229

L5-L5A 0.014 0.0003 19.635 1.250 1.349 26.478

L5A-L6 0.014 0.0013 19.635 1.250 3.024 59.386

L6-L7 0.014 0.0008 19.635 1.250 2.303 45.214

L7-L8 0.014 0.0005 19.635 1.250 1.854 36.401

L8-L9 0.014 0.0005 19.635 1.250 1.853 36.380

L9-L10 0.014 0.0005 19.635 1.250 1.860 36.513

L10-L11 0.014 0.0005 19.635 1.250 1.847 36.265

L11-L13 0.014 0.0005 19.635 1.250 1.851 36.350

L13-L0 (CERO E.C.) 0.014 0.0005 16.619 1.150 1.728 28.723

En el cuadro 43 podemos observar que en el tramo de nuestro interés, disminuyo de manera

considerable la eficiencia del tramo en estudio al pasar de tener una capacidad de diseño calculado,

de 47.51 m3/s (1975) a 21.59 m3/s (2006-2008), según los cálculos realizados pero posterior a la

rehabilitación se recuperó su eficiencia al pasar a tener un gasto de diseño de 28.72 m3/s (2012), que

representa un 60.45 % del gasto de diseño calculado con las condiciones iniciales y considerando

todo el Interceptor Central, el gasto es de 71.03% del gasto que es de 90 m3/s.

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VII.3 Memoria de cálculo para el Interceptor Oriente




Y/D Q A

n Rh S V

(m3/s) (m2) (m/s)

0.10 2.242 1.023 0.014 0.318 0.00070 0.880

0.25 5.896 3.838 0.014 0.733 0.00070 1.536

0.50 21.529 9.818 0.014 1.250 0.00070 2.193

0.75 39.262 15.795 0.014 1.509 0.00070 2.486

0.80 41.665 16.840 0.014 1.498 0.00070 2.474

0.90 45.886 18.613 0.014 1.490 0.00070 2.465

0.94 46.332 19.155 0.014 1.448 0.00070 2.419

0.95 46.260 19.268 0.014 1.432 0.00070 2.401

1.00 43.058 19.635 0.014 1.250 0.00070 2.193








Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0007 0.880 0.899

0.25 3.838 0.733 0.0007 1.536 5.896

0.50 9.818 1.250 0.0007 2.193 21.529

0.75 15.795 1.509 0.0007 2.486 39.262

0.80 16.840 1.498 0.0007 2.474 41.665

0.90 18.613 1.490 0.0007 2.465 45.886

0.94 19.155 1.448 0.0007 2.419 46.332

0.95 19.268 1.432 0.0007 2.401 46.260

1.00 19.635 1.25 0.0007 2.193 43.058

Manning-Strickler (n=0.014 concreto pulido)




UNAM FES ARAGÓN





Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0007 0.887 0.907

0.25 3.838 0.733 0.0007 1.512 5.801

0.50 9.818 1.250 0.0007 2.088 20.498

0.75 15.795 1.509 0.0007 2.333 36.853

0.80 16.840 1.498 0.0007 2.324 39.130

0.90 18.613 1.490 0.0007 2.316 43.113

0.94 19.155 1.448 0.0007 2.278 43.629

0.95 19.268 1.432 0.0007 2.263 43.599

1.00 19.635 1.25 0.0007 2.088 40.997








Y/D A

Rh S V Q

(m2) (m/s) (m3/s)

0.10 1.023 0.318 0.0007 1.045 1.069

0.25 3.838 0.733 0.0007 1.769 6.789

0.50 9.818 1.250 0.0007 2.435 23.908

0.75 15.795 1.509 0.0007 2.718 42.936

0.80 16.840 1.498 0.0007 2.707 45.591

0.90 18.613 1.490 0.0007 2.699 50.233

0.94 19.155 1.448 0.0007 2.654 50.843

0.95 19.268 1.432 0.0007 2.637 50.812

1.00 19.635 1.25 0.0007 2.435 47.817







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Utilizando un C=140 concreto pulido


D A S C Rh

V Q

(m) (m2) (m/s) (m3/s)

5 19.63 0.0007 140 1.25 2.707 53.171






En los cálculos, anteriores se muestra una mejoría con respecto a las condiciones como se

encontraban los tres conductos; pero no se llega a tener la eficiencia que se tenía en un principio, y

por lo cual se procedió a realizar una simulación de las tres condiciones revisadas anteriormente,

para así los resultados estén más apegados a la realidad y nos proporcione un parámetro de

comparación, entre las tres condiciones revisadas y con lo cual poder sacar deducciones y

conclusiones correspondientes, sobre las condiciones en las que opera y opero el drenaje profundo.

A continuación los cuadros 49, 50, 51, 52, 53 ,54 realizan un comparativo de las condiciones que

guardaba el Interceptor Central que es el túnel donde se localiza el tramo de interés realizando la

comparativa con todos los autores revisados.

Cuadro 49.- EMISOR CENTRAL

Y/D

Condiciones iniciales Antes de rehabilitación Después de rehabilitación

Q V Q V Q V

(m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s)

0.10 2.653 1.041 1.474 0.578 1.895 0.743

0.25 6.976 1.818 3.876 1.010 4.983 1.298

0.50 25.474 2.595 14.152 1.442 18.196 1.853

0.75 46.455 2.941 25.808 1.634 33.182 2.101

0.80 49.299 2.927 27.388 1.626 35.213 2.091

0.90 54.293 2.917 30.163 1.621 38.781 2.084

0.94 54.821 2.862 30.456 1.590 39.158 2.044

0.95 54.736 2.841 30.409 1.578 39.097 2.029

1.00 50.947 2.595 28.304 1.442 36.391 1.853

Manning

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Cuadro 50.- INTERCEPTOR CENTRAL

Y/D


Q V Q V Q V

(m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s)

0.10 1.064 1.041 0.591 0.578 0.760 0.743

0.25 6.976 1.818 3.876 1.010 4.983 1.298

0.50 25.474 2.595 14.152 1.442 18.196 1.853

0.75 46.455 2.941 25.808 1.634 33.182 2.101

0.80 49.299 2.927 27.388 1.626 35.213 2.091

0.90 54.293 2.917 30.163 1.621 38.781 2.084

0.94 54.821 2.862 30.456 1.590 39.158 2.044

0.95 54.736 2.841 30.409 1.578 39.097 2.029

1.00 50.947 2.595 28.304 1.442 36.391 1.853

Manning-Strickler


Y/D


Q V Q V Q V

(m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s)

0.10 0.806 0.788 0.623 0.609 0.767 0.750

0.25 5.085 1.325 4.189 1.092 4.903 1.278

0.50 17.842 1.817 15.225 1.551 17.324 1.765

0.75 32.006 2.026 27.620 1.749 31.146 1.972

0.80 33.987 2.018 29.317 1.741 33.071 1.964

0.90 37.449 2.012 32.293 1.735 36.437 1.958

0.94 37.910 1.979 32.636 1.704 36.873 1.925

0.95 37.888 1.966 32.596 1.692 36.848 1.912

1.00 35.684 1.817 30.450 1.551 34.649 1.765

Bazin


Y/D Condiciones iniciales Antes de rehabilitación Después de rehabilitación

Q V Q V Q V

(m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s)

0.10 0.951 0.930 0.598 0.585 0.903 0.884

0.25 5.955 1.552 4.176 1.088 5.738 1.495

0.50 20.819 2.121 15.520 1.581 20.206 2.058

0.75 37.304 2.362 28.367 1.796 36.288 2.297

0.80 39.614 2.352 30.101 1.787 38.532 2.288

0.90 43.650 2.345 33.150 1.781 42.455 2.281

0.94 44.195 2.307 33.464 1.747 42.971 2.243

0.95 44.174 2.293 33.409 1.734 42.944 2.229

1.00 41.639 2.121 31.041 1.581 40.412 2.058

Kutter

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Q V Q V Q V

(m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s)

50.670 2.580 31.669 1.740 44.337 2.258


TRAMO


V Q V Q V Q

(m/s) (m3/s) (m/s) (m3/s) (m/s) (m3/s)

L4A-L5 2.013 39.521 1.059 20.801 1.438 28.229

L5-L5A 1.888 37.070 0.994 19.510 1.349 26.478

L5A-L6 4.234 83.140 2.229 43.758 3.024 59.386

L6-L7 3.224 63.299 1.697 33.315 2.303 45.214

L7-L8 2.595 50.961 1.298 25.480 1.854 36.401

L8-L9 2.594 50.933 1.297 25.466 1.853 36.380

L9-L10 2.603 51.118 1.370 26.904 1.860 36.513

L10-L11 2.586 50.771 1.293 25.386 1.847 36.265

L11-L13 2.592 50.890 1.296 25.445 1.851 36.350

L13-L0 (CERO E.C.) 2.558 50.225 1.100 21.595 1.728 28.723

Considerando los resultados que se obtuvieron al comparar las diferentes condiciones que se

tenían en el túnel al inicio de su operación, antes de la rehabilitación y después de haberse

realizado, por las diferentes fórmulas aplicadas se puede observar que en el Interceptor Central,

presenta en sus condiciones iniciales de operación los gastos más favorables en todos los casos,

no así antes de la rehabilitación ya que la eficiencia del túnel, se reduce prácticamente a la mitad

de su capacidad de desalojo debido a las condiciones que se presentan en el túnel a causa de los

daños sufridos, sin embargo se considera que una vez rehabilitado el túnel se debiesen alcanzar

las mismas condiciones con que inicio su operación, no siendo así debido principalmente a la

reducción en el diámetro.

Sin embargo estos resultados motivaron a realizar un análisis de forma dinámica por medio de un

modelo matemático de simulación hidráulica, que permitió visualizar las condiciones de

funcionamiento del Interceptor Central en forma más real.

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De la misma forma se puede observar que el análisis realizado en cada uno de los tramos que

comprenden al Interceptor Central, utilizando exclusivamente la fórmula de Manning y haciendo

cambios específicamente en el coeficiente de fricción, de acuerdo a las condiciones que se

presentaban en el túnel, es decir condiciones iniciales, antes de realizar la rehabilitación y después

de ser rehabilitada.

En este caso se observa también que las eficiencias en los diferentes tramos se relacionan

específicamente con las condiciones en cómo se encontraba el túnel, pero principalmente se

observa una diferencia en el tramo de la lumbrera 13 a la lumbrera 0 del Emisor Central, ya que

con este tipo de ecuaciones el factor del cambio de diámetro de la tubería se vuelve más

importante que el mismo coeficiente de fricción.

Por lo anterior se considera como ya se dijo la necesidad de realizar simulaciones con un modelo

matemático, que nos permitiera observar los fenómenos hidráulicos más cercanos a la realidad,

permitiendo con ello conocer el efecto en las diferentes circunstancias como se encontraba el

túnel así determinar y proponer soluciones más convenientes para la reparación del túnel.

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VII.4 Resultados obtenidos mediante la simulación realizada en el programa

SWMM en las diferentes condiciones en las cuales se encontró el Drenaje

Profundo

Aquí continuara la explicación de resultados en SWMM para las tres condiciones antes

mencionadas al inicio de operaciones, antes de su rehabilitación y después de realizada la misma.

Figura. 17 Localización del tramo lumbrera 13 lumbrera 0B en el programa SWMM.

Como lo he revisado anteriormente mediante fórmulas hidráulicas, los cuales nos arrogan resultados

los cuales hemos visto plasmados en capítulos pasados, en este capítulo explicaremos los resultados

obtenidos mediante la simulación realizada, la cual ya explicamos la metodología utilizada para el

cálculo de los hidrogramas unitarios los cuales realizaran su descarga directamente al Drenaje

profundo, y las consideraciones tomadas para la realización de la misma.

En dicha simulación, se consideró principalmente los caudales o capacidades máximas que los

conductos pueden desalojar, además de las alturas máximas alcanzadas en las lumbreras en este

caso para la simulación solo se tomó en cuenta el Interceptor Central, que es donde se localiza el

tramo en estudio se puede observar la localización de las lumbreras en el programa en la Figura. 17

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Figura. 19 Vista general de los Interceptores y parte del Emisor Central programa SWMM.

Figura. 20 Perfil del Interceptor Central programa SWMM.

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Figura. 21 Ejemplos de los Resultados del gasto Interceptor Central programa SWMM.

Figura. 22 Ejemplos de los Resultados de niveles Interceptor Central programa SWMM.

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Los resultados obtenidos mediante la corrida de esta simulación son más apegados a los datos

encontrados en la bibliografía consultada, Figura. 22 y 23de la cual ya hemos hecho referencia con

anterioridad esto es debido a que la simulación considera no solo el aspecto hidráulico como lo

habíamos considerado en los cálculos presentados en los capítulos anteriores, sino que también

considera el aspecto hidrológico, para tener un punto de comparación se realizó la simulación de las

tres situaciones en las que se encontraban los conductos (túneles) en 1975 al inicio de operaciones,

antes de realizada la rehabilitación (2006 –2008) y después de realizada la rehabilitación (2012),

además de realizar la simulación considerando que el diámetro del túnel no hubiera reducido esto

solo para observar las repercusiones o consecuencias que conlleva dicha reducción del diámetro, y a

si observar si el método aplicado fue el más conveniente y correcto.

Dichas simulaciones se realizaron considerando las condiciones hidráulicas e hidrológicas obtenidas

en los métodos anteriormente mencionados, además de visitas realizadas durante y después de la

rehabilitación, estas visitas permitidas por las autoridades del SACMEX en la cual pude constatar en

propia persona las condiciones en las cuales se encontraba los conductos, además de observar los

trabajos realizados durante la rehabilitación, además se pudo percibir la rugosidad que tenían los

conductos además de aspectos que de no haber realizado dichos recorridos hubiera sido muy difícil

poder imaginar, sobretodo en la visita realizada al tramo en estudio de la lumbrera13 –lumbrera0B

Figura. 20 la cual presento el mayor daño y los motivos ya fueron mencionados en capítulos

anteriores.

Para la obtención de dichos resultados las descargas que se tomaron en cuenta son las que se

presentan en la siguiente tabla, donde además se indica el punto de descarga de los interceptores,

en la simulación la descarga se realizó en forma directa para tratar de simular las condiciones de la

cuenca al máximo, ya que para la obtención de los datos topográficos de cada cuenca se complicó ya

que a la fecha a vareado debido a los hundimientos diferenciales que se presentan en las diferentes

zonas de la Ciudad de México y la información más reciente encontrada en documentos encontrados

en la biblioteca del SACMEX es del año 2001 por lo cual se tomó la decisión de realizar las descargas

en forma directa alas lumbreras.

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Cuadro J

NOMBRE DE COLECTORES

Punto de descarga

C.PESTALOZI LUMBRERA N.4

COLECTOR 6 LUMBRERA N.6


C. HEROES LUMBRERA N.8

C.SAN JUAN DE LETRAN LUMBRERA N.9

C. CONSULADO LUMBRERA N.9 A

COLECTOR 11 LUMBRERA N.9 B


C. MAYOBAMBA LUMBRERA N.11

COLECTOR 3A LUMBRERA N.12

C.TEMOLULCO 1 LUMBRERA N.12

C.TEMOLULCO 2 LUMBRERA N.13

Generado de las simulaciones anteriores se obtuvieron los siguientes datos de los cálculos realizados

y presentados en los capítulos anteriores son cálculos realizados con datos extraídos de informes

técnicos y aplicando las formulas antes señaladas, mientras que los presentados a continuación son

el resultado de una simulación los cuales se presentan en las tablas comparativas y en graficas

obtenidas mediante la introducción de los datos al simulador obteniendo lo siguiente lo cual

trataremos de explicar lo más claro posible a continuación.

Estos resultados nos amplía el panorama del cómo está operando el sistema de Drenaje Profundo

en la actualidad y más adelante trataremos de expresar los pro y los contras que obtuvieron luego de

la rehabilitación y los trabajos de mejoras realizados en dicho sistema, cabe mencionar que la

rehabilitación realizada no abarco la totalidad del drenaje ya que existen túneles los cuales tienen

un menor tiempo de operación por lo cual su daño es considerablemente menor y su rehabilitación

se realizaría en años posteriores.

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CUADRO 55.- INTERCEPTOR CENTRAL (MISMOS TIEMPOS)

TRAMO

Condiciones al inicio de

Operaciones (1975)

Antes de la rehabilitación

Después de realizada(D=4.60)


Gasto máximo

alcanzado con las descargas

Gasto máximo alcanzado con las

descargas


descargas


descargas

(m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s)

L4 - L5 18.872 10.390 10.769 10.728

L4 - L5A 10.670 12.930 11.551 11.285

L5A - L6 10.547 16.700 12.600 12.272

L6 - L7 17.523 27.650 18.174 16.579

L7 - L8 24.670 30.850 25.260 24.848

L8 - L9 34.965 39.930 32.128 32.145

L9 - L9A 39.822 32.260 36.590 36.385

L9A - L9B 44.252 31.620 40.015 39.680

L9B- L10 49.416 33.840 43.342 43.951

L10 - L11 54.218 36.320 45.696 48.908

L11 - L12 66.321 45.170 59.341 63.635

L12 - L13 84.788 65.270 78.922 82.680

L13 - L0B 91.369 75.930 89.870 90.528

L0B - L0 E. C. 100.000 68.963 91.655 93.581

En cuadro 55 podemos observar el comparativo de los resultados obtenidos en cuestión de gasto

máximo, que puede circular por los diferentes tramos, esto se observa en el mismo tiempo dentro

de la simulación, generados del total de las descargas antes mencionadas y cuando se alcanza dicho

gasto máximo, además se puede notar que los gastos máximos presentados en 1975 al (inicio de

operaciones) son consistentes con los presentados en la bibliografía consultada, en el tramo en

estudio se puede observar que la capacidad del conducto se redujo en 15.439 m3/s lo cual nos

representa una reducción del 16.9% de su capacidad inicial, mientras que después de realizada la

rehabilitación se recuperó en 13.94 m3/s lo cual representa un recuperación al 97.7% con respecto a

su capacidad inicial, si no se hubiese reducido el diámetro la capacidad se hubiera podido recuperar

al 99.14% todo lo anterior se puede observar más claro en la siguiente grafica donde se representan

la tabla anterior de las diferentes condiciones simuladas.

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Fig. 23 Caudales máximos alcanzados por el Interceptor Central

A continuación podemos observar en el cuadro 56 de niveles máximos presentados en las lumbreras

del Interceptor Central, estos niveles de igual forma se presentan en el mismo tiempo dentro de la

simulación, los cuales representan las cuatro situaciones en las cuales operaban dichas lumbreras los

cuales se presentan a continuación:

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CUADRO 56.- INTERCEPTOR CENTRAL (MISMOS TIEMPOS)

LUMBRERA

Condiciones al inicio de operaciones

(1975)




Cota máxima alcanzada (msnm)



Cota máxima alcanzada

(msnm)

L4 2209.34 2211.04 2209.67 2209.53

L5 2208.41 2210.98 2209.49 2209.37

L5A 2208.24 2210.89 2209.52 2209.33

L6 2208.16 2210.86 2209.11 2208.98

L7 2208.05 2223.41 2209.02 2208.82

L8 2207.9 2234.17 2208.81 2208.59

L9 2210.09 2220.4 2216.64 2215.54

L9A 2210.08 2220.7 2216.86 2215.77

L9B 2210.15 2221.88 2217.12 2215.99

L10 2210.84 2220.76 2216.78 2214.42

L11 2211.23 2218.37 2215.28 2212.36

L12 2204.87 2212.84 2211.85 2210.54

L13 2203.7 2210.23 2208.99 2203.8

L10B 2201.6 2202.62 2201.56 2201.5

L10E.C. 2201 2201.58 2201.2 2201

En el cuadro 56 se puede observar como los niveles de las lumbreras en condiciones iniciales eran

bajos, mientras que antes de realizar la rehabilitación los niveles se elevan considerablemente

mientras que después de realizada la rehabilitación disminuyo, en la lumbrera de nuestro interés 13

en condiciones iniciales se presentaban niveles de 2203.7msnm y aumento en 6.53 m

(2210.23msnm) antes de realizada la rehabilitación y después de realizada disminuyo hasta

2208.99msnm lo cual representa un disminución en el nivel de 1.24m y si no se hubiese reducido el

diámetro del conducto se tendría una recuperación a 2203.8msnm lo cual representa una

recuperación del 99.99% en cuanto a los niveles máximos alcanzados en esta lumbrera en específico

en la tabla anterior se puede observar el comportamiento de todo el Interceptor Central el cual de

igual forma se puede ver reflejado más clara mente en la siguiente grafica donde se representan

todos los valores de la tabla anterior.

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Fig. 24 Niveles Máximos alcanzados en las lumbreras del Interceptor Central

En el cuadro 57 se observan los datos de los Gastos máximos alcanzado por los diferentes tramos

que conforma el Interceptor Central pero a diferencia de los datos anteriores estos gastos se

presentas en diferentes tiempos al presentarse la saturación del tramo de L11 - L12 (1975) en un

tiempo de 00:59:00 mientras que se saturarse el mismo tramo (ANTES DE REHABILITACION) en

un tiempo de 01:01:00 también se satura este mismo tramo(DESPUES DE REHABILITACION) en un

tiempo de 00:57:00 y si se considera que no se redujera el diámetro este mismo tramo L11 – L12 se

presenta la saturación a los 00:58:00 de iniciada, la simulación además de nos proporciona los datos

de todos los conductos del Interceptor Central.

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CUADRO 57.- GASTOS MAXIMOS ALCANZADOS (DIFERENTES TIEMPOS)

Interceptor Central


operaciones (1975)




tramo m3/s m3/s m3/S m3/S

L4 - L5 6.55 5.25 5.92 5.92

L5 - L5A 5.15 3.87 4.47 4.47

L5A -L6 4.45 0.33 3.59 3.59

L6 -L7 7.86 2.03 5.68 5.68

L7 - L8 19.55 14.68 17.89 17.90

L8 - L9 32.14 24.44 28.90 28.88

L9 -L9A 25.41 16.43 19.24 19.37

L9A - L9B 30.94 21.10 24.34 25.07

L9B - L10 31.78 13.40 16.19 17.64

L10 - L11 49.02 20.47 42.94 44.85

L11 - L12 62.13 34.16 53.38 54.20

L12 - L13 76.20 48.53 59.38 59.73

L13 -L0B 77.39 41.35 58.69 59.89

L0B - L0 E.C. 71.94 34.97 54.18 54.70

En el tramo de nuestro interés se observa que al inicio de operaciones y bajo las condiciones

señaladas este tramo de la lumbrera, su capacidad era de 77.39 m3/s mientras que antes de

realizada la rehabilitación tenía una capacidad de 41 .35 m3/s lo cual representa una pérdida de

capacidad de 36,04 m3/s y en porcentaje representa 53.43% de pérdida de capacidad y después de

realizada la rehabilitación incremento su capacidad a 58.69m3/s lo cual representa que opera al

75.83% de su capacidad original, si se considerar que su diámetro no se redujera aumentaría al

77.38% de su capacidad original lo cual pareciera que no es un aumento significativo pero como lo

veremos a continuación en la gráfica de niveles alcanzados en la lumbreras es una reducción la cual

daría un mayor margen de seguridad sobre todo en las lumbreras más bajas la siguiente grafica nos

muestra los datos de la tabla anterior.

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Fig. 25 Caudales máximos alcanzados por el Interceptor Central

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El cuadro 58 como lo mencionamos anteriormente observamos los niveles máximos alcanzados en

las lumbreras de Interceptor Central detallaremos los resultados de la lumbrera 13 la cual es la de

nuestro mayor interés.

CUADRO 58.- NIVELES MAXIMOS ALCANZADOS

Interceptor Central


operaciones (1975)




LUMBRERA (msnm) (msnm) (msnm) (msnm)

L4 2208.92 2209.40 2209.64 2209.64

L5 2208.41 2208.74 2208.50 2208.50

L5A 2207.81 2208.44 2207.85 2207.85

L6 2207.50 2208.22 2207.79 2207.79

L7 2207.08 2207.94 2207.42 2207.42

L8 2206.80 2207.66 2207.17 2207.17

L9 2205.95 2219.78 2206.29 2206.29

L9A 2206.17 2219.00 2206.35 2206.35

L9B 2206.36 2218.87 2206.57 2206.50

L10 2206.54 2219.25 2209.48 2208.36

L11 2209.48 2215.35 2208.08 2205.76

L12 2204.20 2209.44 2204.10 2203.99

L13 2203.19 2206.61 2202.96 2202.71

L0B 2201.09 2201.20 2200.66 2200.65

L0 E.C. 2200.46 2200.74 2200.33 2200.32

De igual forma se puede observar como los niveles al inicio de operaciones en la lumbrera 13 que

era de 2203.19 msnm mientras que antes de realizar la rehabilitación se elevó a 2206.61msnm lo

cuales un aumento de 3.42m de sobre elevación mientras que después de realizada la rehabilitación

disminuyo a 2202.96msnm es una disminución de 3.65m y tiene una diferencia con respecto a las

condiciones iniciales de 0.23m lo cual representa una mejora y si el diámetro del conducto de la L13

– L0B no disminuyera habría una diferencia de 0.48m con respecto al resultado con el diámetro

reducido lo cual es una mejora mayor, pero a continuación la gráfica se pueden observar los efectos

causados aguas arriba del Interceptor central.

Lo anterior nos indica según los datos arrojados por la simulación que la reducción del diámetro

afecto en la elevación que se presentan en las lumbreras lo cual puede dar un mayor margen de

seguridad en la operación de dicho sistema.

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Fig. 26 Niveles Máximos alcanzados en las lumbreras del Interceptor Central

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Este trabajo considera un análisis que permite vislumbrar en forma objetiva las diferentes

condiciones de operación en el Sistema de Drenaje Profundo, en particular el Interceptor Central

en su tramo de la lumbrera 13 a la lumbrera 0B, se realizó en tres diferentes condiciones de

operación, a) como operaba al inicio de su funcionamiento (1975); b) en operación bajo

condiciones de no haber recibido mantenimiento por más de 15 años lo que representaba que su

estructura estuviera dañada; c) con condiciones de operación favorables después de que recibió la

rehabilitación.

PRIMERO.-Las condiciones que presentaban los túneles después de haber trabajado por más de

15 años sin ser revisados ni reparados, eran complicadas desde el punto de vista hidráulico y

estructural, además cabe señalar que su diseño involucraba solo el poder trabajar en época de

lluvias y recibir mantenimiento en temporada de estiaje, lo cual implica que los túneles al trabajar

en forma continua y sobretodo en temporada de estiaje, donde se recibe exclusivamente aguas

residuales (gasto sanitario) que dañaron a los mismos en forma más severa propiciando

ineficiencia hidráulica.

SEGUNDO.-Esta problemática afecto los túneles propiciando diferentes daños en su estructura

afectando sus condiciones hidráulicas, en algunos casos debido a la forma en como venían

trabajando cada uno de ellos se puede deducir que los efectos del daño sufrido, llegó a

representar un mayor problema en los casos en que el efecto de las turbulencias del flujo es

mayor, mientras que en donde las condiciones de flujo son más estables el daño es menor así

tenemos que para los túneles Emisor Central, Interceptor Oriente e Interceptor Central se tuvieron

las siguientes condiciones.

TERCERO.-El Emisor Central de los tres túneles rehabilitados resultó el menos afectado, ya que

como se observó en las diferentes inspecciones del mismo no presentó grandes daños, por lo cual

la forma en la cual fue rehabilitado no se tuvo la necesidad de afectar su diámetro, por el

contrario se recuperó casi en su totalidad sus características de conducción, como son su gasto y

velocidad.

CUARTO.-El Interceptor Oriente este túnel resultó con graves daños, no fue posible realizar la

simulación matemática ya que los datos de la infraestructura que descarga a este fueron

insuficientes, además de que este Interceptor no presentaba sobrecargas que pudieran poner en

riesgo su operación.

QUINTO.-El Interceptor Central este túnel de igual forma resultó con graves daños, por lo cual me

vi en la necesidad de realizar cuatro simulaciones matemáticas, para verificar si este tipo de

rehabilitación no afecto el funcionamiento hidráulico del túnel estas simulaciones se realizaron

apoyándome en el programa de computo de libre acceso nombrado SWMM.

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SEXTO.-El interés de este trabajo surgió, debido a lo que representa el hecho de haber elegido

rehabilitar un tramo de túnel por medio de la reducción de su diámetro, ya que este tramo en

específico es de suma importancia para todo el Sistema de Drenaje Profundo, debido a que es él,

que se une con el Emisor Central y de verse afectado en su funcionamiento hidráulico afecta a una

porción muy importante del resto del sistema, además de que esto representa para mí el hecho de

perder capacidad de conducción inevitablemente a pesar de lograr por medio de un revestimiento

menos rugoso generar una mayor eficiencia en la velocidad del flujo. Sin embargo, esto pude ser

comprobado por medio de los resultados obtenidos en este trabajo y determinar a partir de estas

las recomendaciones, que considero deben ser tomadas en cuenta para posteriores trabajos de

rehabilitación desde el punto de vista hidráulico.

SEPTIMO.-De lo anterior se concluye, que el túnel Emisor Central fue el que presentó menor daño

en su estructura, ya que una vez que recibe las aguas que le aportan los Interceptores Central y

Oriente el flujo de estas ya no es tan turbulento lo cual implica que la generación de gases es

menor, sin embargo tuvo que ser reparado principalmente en los tramos cercanos a las

lumbreras.

OCTAVO.-El túnel Interceptor Oriente presento daños a través de la mayor parte de su longitud

acentuándose más a partir de la lumbrera 8 hasta la lumbrera 0A, sin embargo el tramo que

presentó una mayor afectación es el tramo de la lumbrera 8A lumbrera 8B debido sobre todo a las

aguas corrosivas que conduce, y a los gases generados en ese tramo y donde se vio reducido su

diámetro en 0.40 m. al pasar de 5.00 m a 4.60 m, donde según los cálculos hidráulicos realizados

mediante la utilización de las formulas antes mencionadas perdió un 5% de su capacidad

comparándola con su capacidad original.

NOVENO.-El túnel Interceptor Central presentaba daños generales en toda su longitud, iniciando

en la lumbrera 4 hasta llegar a la lumbrera 0A y acentuándose más en el tramo de la lumbrera 13

a la lumbrera 0B, el cual se reparó en por medio de la reducción del diámetro en 0.40 m. al pasar

de 5.00 m a 4.60 m, y del cual se observó por medio del modelo matemático de simulación,

realizado que en efecto el tramo de referencia antes de su rehabilitación provoca una disminución

de su capacidad. Disminuyendo en 16.89% su capacidad, es decir trabajaba al 83.11%, mientras

que después de realizada la rehabilitación logro recuperarse al 98.31% esto debido a la mejora en

la rugosidad de las paredes del túnel, lo cual aumentó la velocidad del flujo que se desplaza a

través de él al pasar de 4.28 m/s antes de la rehabilitación a 5.05 m/s posterior a ellas, lo cual

muestra una mejora del 18%, esta velocidad aumentaría el desgaste de las paredes del túnel lo

cual es un factor a favor de la decisión tomada para el tipo de rehabilitación realizada, mientras

que algunas lumbreras aguas arriba presentaron una mejora al disminuir sus cargas en las mismas

con respecto a las condiciones revisadas anterior a la rehabilitación realizada.

DECIMO.-Lo anterior nos muestra que las mejoras obtenidas mediante la rehabilitación, recuperan

en 15.2% las condiciones hidráulicas del tramo en estudio y mientras que en todo el Interceptor

Central se llegó a recuperar a un 95% de su capacidad total; pero aumenta los niveles de las

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lumbreras aguas arriba, por lo que se ve reducido el rango de seguridad con que trabaja este, sobre

todo cuando sus condiciones son similares a las de la simulación.

PRIMERO.- se requiere tener un levantamiento topográfico completo del Sistema de Drenaje

Profundo, ya que actualmente no se sabe con exactitud cuál es su estado real y si el hundimiento del

terreno lo ha afectado.

SEGUNDO.- realizar la simulación matemática de todo el Sistema de Drenaje Profundo, para

determinar su funcionamiento en conjunto y poder determinar el efecto que provoca el hecho de la

reducción en su diámetro.

TERCERO.- la reducción del diámetro causa un efecto de perdida hidráulica que se presenta hacia

aguas arriba del túnel Interceptor Central, por lo se recomienda no reducir los túneles para que la

perdida no sea representativa sobre todo una vez que se pierda la rugosidad del material en la zona

donde se redujo el diámetro del túnel.

CUARTO.- con la finalidad de que el Sistema de Drenaje Profundo pueda operar durante la

temporada de lluvias sin ningún problema, es necesario que en el estiaje reciba el mantenimiento

adecuado y permanente deje de operar en esta temporada para evitar mayores daños en su

estructura.

QUINTO.- sin duda la herramienta que representan los modelos matemático de simulación, para el

manejo de los problemas, desde el punto de vista operativo, así como de revisión brinda al ingeniero

una alternativa viable para resolver los problemas en formas más rápida y certera, por lo cual

considero deben ser cada vez más utilizados al momento de elegir alguna propuesta de solución.

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FEDERAL TOMOI Y TOMOII. MEXICO: DDF.

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Figuras

FIGURA 1

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FIGURA 2

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FIGURA 3

Tamargo, J. L. (15 de 11 de 2011). Colocio Juridico Internacional del Agua. Recuperado el 29 de 08 de 203, de Colocio Juridico Internacional del Agua: http://www.atl.org.mx/coloquio/index.php?option=com_content&view=article&id=135%3Acuenca-del-valle-de

FIGURA 4

HIDRAULICAS, D. G. (1975). SISTEMA DE DRENAJE PROFUNDO. MEXICO: JAC´S,S.A.

FIGURA 5

UNAM FES ARAGÓN


SACMEX 2011

FIGURA 6

CONAGUA. (2007 de 08 de 04). IMTA. Recuperado el 2013 de 07 de 13, de IMTA: http://www.imta.mx/gaceta/anteriores/g04-08-2007/sistema-drenaje-mexico.html

FIGURA 7

PROPIA

FIGURA 7

DISTRITO FEDERAL, R. R. (1975). MEMORIAS DE LAS OBRAS DEL SISTEMA DE DRENAJE PROFUNDO DEL DISTRITO FEDERAL TOMOI Y TOMOII. MEXICO: DDF.

FIGURA 8

SACMEX 2011

FIGURA 9

Imcyc (Instituto Mexicano del Cemento y Concreto)

FIGURA 10

SACMEX 2011

FIGURA 11


FIGURA 12


FIGURA 13


FIGURA 14

PROPIA

FIGURA 15


Fotos

NUMERO 1 ALA NUMERO 29 PRORCIONADAS POR EL SACMEX 2013

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