AMH XXII CONGRESO NACIONAL DE HIDRÁULICA

ACAPULCO, GUERRERO, MÉXICO, NOVIEMBRE 2012 AMH

Introducción

Entre los motivos por los que la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) elabora el Anteproyecto de Norma Mexicana NMX-Drenaje Pluvial Urbano – Criterios Generales para el Diseño de Proyectos (DT-NMX-Drenaje Pluvial), destacan el cumplimiento del Plan Nacional de Desarrollo 2007-2012 y el Programa Nacional Hídrico 2007-2012, que en conjunto mencionan los grandes retos que México debe de enfrentar derivados del crecimiento, la demanda, la sobreexplotación y escasez del agua, y finalmente la abundancia repentina de agua, los cuales de no atenderse, pueden imponer límites al desarrollo económico y al bienestar social del país.

También establecen como objetivo el incrementar el acceso y calidad de los servicios de agua potable, drenaje y saneamiento, para lo cual se señala entre otras acciones, que es indispensable que los organismos operadores de agua potable, alcantarillado y saneamiento del país, implanten sistemas adecuados que permitan ampliar, renovar y dar mantenimiento a la infraestructura hidráulica.

Como instrumento al cumplimiento de los objetivos planteados se propone una norma NMX, que de acuerdo con la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, es instrumento jurídico de carácter voluntario, para establecer los criterios de calidad y que la calidad puede ser implementada y evaluada en la administración de los servicios de agua potable, drenaje y saneamiento, pero susceptibles de ser verificadas por organismos acreditados de tercera parte, que no tienen intereses o relación jerárquica con los sujetos de la norma.

El DT-NMX-Drenaje Pluvial aplica a la infraestructura de organismos responsables del diseño, construcción, operación y mantenimiento de los sistemas de agua potable, drenaje y saneamiento estatal y municipal, desarrolladores, fraccionadores y proyectistas de drenaje pluvial urbano, tanto para rehabilitaciones de sistemas de drenajes existentes, de vivienda, industria y comercio; instrumento con el cual finalmente se aborda la necesidad de comenzar a fijar los criterios de sustentabilidad en el sector público y en el privado que se deben cumplir para el diseño de proyectos ejecutivos de drenaje pluvial urbano.

Objetivos

I. Describir los antecedentes y base técnica de los requerimientos más importantes solicitados por el DT-NMX-Drenaje Pluvial.

II. Difundir los trabajos y alcances logrados al momento de presentar este artículo, del Documento de Trabajo del

Anteproyecto de Norma Mexicana NMX-Drenaje Pluvial Urbano.

III. Justificar la importancia que tiene el DT-NMX-Drenaje Pluvial para al desarrollo económico y al bienestar social del país.

IV. Detallar los compromisos que asumirán los diseñadores y autoridades, para resolver el alcance exigido por el DT-NMX-Drenaje Pluvial.

Antecedentes

Existen pocos documentos normativos para el diseño de drenajes pluviales en México, lo que existe en su mayoría son manuales, lineamientos técnicos, siendo los dos principales:

A.- Libro 1, Alcantarillado Pluvial, del Manual de Agua Potable Alcantarillado y Saneamiento (MAPAS) de CCONAGUA; que es el principal referente que sobre el diseño de estos sistemas que existe en México.

B.- Normas y Lineamientos Técnicos para las instalaciones de Agua Potable, Agua Tratada, Drenaje Sanitario y Drenaje Pluvial de los Fraccionamientos y Condominios de las Zonas Urbanas del Estado de Querétaro, de la Comisión Estatal de Aguas del Estado de Querétaro (CEA Querétaro), que es un normativo local con buen sustento y solicitudes muy precisas para las necesidades locales.

C. Norma OS-060 Drenaje Pluvial Urbano del Instituto de la Construcción y Gerencia del Perú; que dicta las dimensiones de las estructuras destinadas a resolver el drenaje pluvial, y criterios de diseño para un ámbito urbano.

D. NRF-140-PEMEX-2011-Sistemas de Drenajes del Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios, enfocada al ámbito de la seguridad industrial con respeto al medio ambiente.

Los alcances de las citadas publicaciones no satisfacen en conjunto la totalidad de necesidades actuales para México, que acorde con los varios desafíos principales identificados en los foros nacionales, regionales y especiales realizados para construir la Agenda del Agua 2030 (AA2030), se destacan:

I. ¿Cómo aprovechar con eficiencia, equidad y justicia recursos hídricos finitos, muy sensibles a la contaminación y desigualmente distribuidos en el espacio y en el tiempo?

II. ¿Cómo manejar el riesgo asociado a la incidencia de fenómenos hidrometeorológicos extremos, como las sequías, los huracanes y las lluvias y avenidas torrenciales, que pueden verse agravados por el cambio climático global?

III. ¿Qué papel deben desempeñar los gobiernos federal, estatales y municipales, los agentes privados, los grandes

NORMA PARA EL DISEÑO DEL DRENAJE PLUVIAL URBANO, ALCANCES Y OPORTUNIDADES

(1) Cabrera Delgadillo M. Manuel

(2) Méndez Hernández Ernesto

(1)Tododren S.A. de C.V., Camino a Encarnación km 1.1 S/N, Apodaca, C.P.66615, Nuevo León, México. (2)CONAGUA, Av. de los Insurgentes Sur No. 2416, 3 piso, Col. Copilco El Bajo, Del. Coyoacán, CP. 04340,

México, D.F.,

manuelcabrera@tododren.com; ernesto.mendez@conagua.gob.mx

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usuarios directos de aguas nacionales y los ciudadanos en los procesos de gestión de los recursos hídricos y en la administración de servicios asociados?

IV. ¿Cómo incorporar efectivamente la sustentabilidad hídrica a la cultura nacional?

Es importante considerar que el 75% de la población mundial vive en grandes urbes, y que incluso este entorno se va modificando día con día y concentrado aún más en pequeñas porciones de terreno, como son las grandes torres urbanas, el Consejo de Rascacielos y Hábitat Urbano (CTBUH por sus siglas en inglés) indica, que el número de edificios con más de 200 metros de altura construidos en el mundo aumentó de 286 a 602 en los últimos 10 años, pero sólo están concentrados en 32 países.

Las grandes torres dictan la tendencia de infraestructura hidráulica y eléctrica mundial, se ubican en la vanguardia arquitectónica, crean 7.9 Millones de puestos de trabajo en el mundo, contribuyen en 396 Mil Millones de Dólares en sueldos, ahorran 6 Mil Millones de Dólares en energía, incluso definen la identidad de su entorno o un país.

Figura 1. Burj Khalifa de 828 m de altura.

En la Cd. de México tenemos varias torres altas iconos de la modernidad pública y desarrollo privado y en el resto del país el entorno urbano sigue una tendencia de crecimiento plano de grandes extensiones territoriales, lo que modifica el uso de suelo y finalmente el ciclo hidrológico original.

El DT-NMX-Drenaje Pluvial se enfoca al ambiente urbano, donde la sustentabilidad hídrica se ha perdido y es importante recuperarla tomando en cuenta el uso del suelo, identificando si es para uso de vivienda, industria o comercio.

Sin embargo en el mundo es toda una tendencia resolver la sustentabilidad hídrica con distintos enfoques y criterios, principalmente para el ambiente urbano se consultaron:

E. Leadership in Energy and Environmental Design (LEED®) for New Construction & Major Renovations del U.S. Green

Building Council; que establece un sistema de calificación a los edificios denominados verdes en base a un puntaje logrado.

F. The Protocol for Stormwater Best Management Practices (BMPs) Demonstrations por el Technology Acceptance Reciprocity Partnership (TARP) states of: California, Massachusetts, Maryland, New Jersey, Pennsylvania, and Virginia, que establece los criterios para evitar la contaminación de las aguas pluviales, especialmente en áreas urbanas desarrolladas y prevenir la degradación de la calidad del agua en los ríos, lagos, arroyos y otras aguas superficiales de Estados Unidos.

G. The Texas Manual on Rainwater Harvesting del Texas

Water Development Board, que dicta los criterios para reusar el agua de lluvia en recarga de acuíferos y consumo humano.

H. The Green Streets and Green Alleys Design Guidelines for

The Rainwater Harvesting Program de la Ciudad de Los

Angeles, CA.; que es una herramienta para ayudar a los desarrolladores, planificadores, diseñadores e ingenieros a identificar y seleccionar las mejores prácticas apropiadas de gestión (BMPs) para mejor manejo las aguas pluviales y la escorrentía urbana en proyectos de infraestructura verde.

Descripción del DT-NMX-Drenaje Pluvial.

Comprendiendo que se trata de un documento que dicte el diseño del drenaje pluvial, se determina por el Grupo de Trabajo (GT) que se aplicarán los métodos de cálculo y diseño conocidos y especificados por los actuales manuales de diseño del drenaje pluvial vigentes, la referencia bibliográfica que especifique el DT-NMX-Drenaje Pluvial y para los casos necesarios, promover el enriquecimiento del libro Alcantarillado Pluvial del MAPAS, dejándose de especificar o explicar en el cuerpo de la norma.

Por lo que el documento se enfoca en establecer las recomendaciones para plasmar en el diseño del drenaje pluvial, tres mejores prácticas globales para el manejo del agua de lluvia, los tipos de proyectos, la forma de constituir la infraestructura con base en éstas prácticas y los requisitos mínimos para cumplir por tipo de proyecto de drenaje pluvial urbano.

Controles Globales (CG) del agua de lluvia

El DT-NMX-Drenaje Pluvial pide al responsable del diseño de proyectos ejecutivos de drenaje pluvial urbano, considerar un control cuantitativo, cualitativo y al exterior del predio del escurrimiento del agua de lluvia, buscando el mantener o mejorar las condiciones hidrológicas y de los escurrimientos naturales del sitio en urbanización, de acuerdo a lo siguiente:

a) Control Cuantitativo

I. Mantener el valor del coeficiente de escurrimiento natural, se deben reducir zonas o vialidades impermeables, mantener los escurrimientos del predio como arroyos y cauces, conservando o mejorando sus condiciones originales (pasado histórico a 50 años), observando la franja federal de protección establecida en la Ley de Aguas Nacionales y su reglamento (dimensiones);

II. Aprovechar los volúmenes generados por la precipitación para aplicaciones de consumo de agua no potable utilizados, pero no limitados a los siguientes géneros: habitacional, comercial, industrial, equipamiento, recreación y descanso, irrigación de áreas verdes y otras aplicaciones permisibles conforme a la normatividad vigente;

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III. Promover la infiltración conforme a la Norma Oficial Mexicana NOM-015-CONAGUA vigente;

IV. Controlar la formación y salida de escurrimientos causados por la precipitación que provoquen daños o inundaciones en el sitio y su zona de influencia aguas abajo, se debe evitar que el gasto máximo calculado del proyecto, en las condiciones de urbanización del sitio, no supere el gasto máximo calculado para las condiciones naturales del predio;

b) Control Cualitativo

I. Reducir o eliminar la contaminación por residuos sólidos o líquidos que se sume al agua de lluvia al escurrir sobre vialidades, canales, conductos y demás infraestructura de escurrimiento de aguas pluviales;

II. Evitar el ingreso de grasas y aceites, así como de sólidos arrastrados sobre vialidades o canales abiertos, que se introduzcan en la infraestructura de conducción, de infiltración, de control de crecientes y finalmente al cuerpo receptor, observando para ello la normatividad vigente aplicable.

III. Eliminar al menos el 80% de sólidos suspendidos totales (SST) del agua designada para infiltración o de descarga en cuerpo de agua receptor;

c) Control al Exterior del Predio

Cuando las acciones de control cuantitativo y cualitativo previstas por la norma, para la solución de la captación, infiltración, escurrimiento, conducción y la disposición de las aguas pluviales, sean insuficientes para el control de crecientes, la autoridad debe autorizar acciones fuera del predio consistente en:

I. Reforestación aguas arriba; con la intención de repoblar de árboles y arbustos endémicos zonas que en el pasado histórico reciente (50 años) estaban cubiertas de bosques que han sido eliminados por explotación, cambio de uso de suelo, incendios forestales, siempre que sea posible por acción conjunta de la autoridad y el dueño del predio, modificando el coeficiente de escurrimiento.

II. Estructuras de control aguas arriba; con el objetivo de evitar el paso de volúmenes de agua de lluvia a través del predio y en cauces cercanos, se permita el establecimiento de estructuras rompepicos de tormentas y de control de azolves, que retengan un volumen excedente de escurrimiento en un corto plazo del tiempo, que no pongan en riesgo las condiciones hidrológicas de la zona de influencia, así como de personas y bienes de terceros.

III. Evitar el desalojo de excedencias; con el objeto de limitar el escurrimiento de cauces hacia el predio de forma importante, el proyectista debe proponer el establecimiento de estructuras de control de excedencias aguas arriba del predio, siempre con la participación de la autoridad competente, para la garantía de no impactar el medio ambiente, las personas y sus bienes al controlar los escurrimientos.

Infraestructura solicitada

Como complemento y apoyo a los CG, el DT-NMX-Drenaje Pluvial define y dimensiona los siguientes elementos de infraestructura pluvial:

A. Escurrimientos superficiales en vialidades. Se considera el primordial elemento de la captación del agua de lluvia en un

drenaje urbano, pues además de permite el escurrimiento superficial dándole sentido y dirección, colecta el volumen de escurrimiento para dirigirlo a los elementos de captación viales tales como cunetas o bocas de tormenta.

B. Captación en bocas de tormenta. Son utilizados como estructuras de captación y tratamiento primario.

C. Conexiones o descargas domiciliarias. Son los sitios donde se vierta el agua de lluvia que cae en techos y patios, y que se conectan directamente a la red de drenaje pluvial. Donde se colocarán rejillas o coladeras para evitar el ingreso de objetos que obstruyan los conductos.

D. Conducción en red subterránea y/o canales superficiales. Transportan el agua recolectada por las estructuras de captación hacia el sitio de tratamiento o vertido. Representan la parte medular del sistema de drenaje pluvial y se conciben con un mínimo de arrastre de sedimentos.

E. Estructuras para infiltraciones. Es un equipamiento de infraestructura que permite la recarga artificial del acuífero, permitiendo que el agua precipitada atraviese la superficie del terreno y pase a ocupar total o parcialmente los poros, fisuras y oquedades del suelo, con la intención de aprovechar el agua pluvial y de escurrimientos superficiales para aumentar la disponibilidad de agua subterránea a través de la infiltración artificial y proteger la calidad del agua de los acuíferos. En el caso de estructuras con un caudal superior a 60 litros por segundo (lps) de infiltración, se solicita cumplir con lo establecido en la norma oficial mexicana NOM-015-CONAGUA vigente.

F. Estructura para el control de crecientes. Permiten un almacenamiento temporal y retraso del escurrimiento, con el propósito de reducir el gasto pico de una avenida, ya que son diseñadas para retener cierta cantidad de agua durante la avenida y luego permitir su descarga más lenta hacia aguas abajo.

H. Estructuras de descarga en cuerpo receptor. Es la estructura considerada al final del sistema del drenaje pluvial que asegura una descarga continua a una corriente receptora.

I. Estructura para el control de contaminantes. Necesarias para retener elementos extraños o no deseados en la conducción pluvial, como sólidos de gran tamaño, arenas, sólidos suspendidos totales, grasas y aceites; materiales que son retirados mediante un tratamiento primario de rejillas, tamices gruesos, trampas de arenas y desnatadoras.

Análisis del DT-NMX-Drenaje Pluvial.

Como aspectos relevantes de los Controles Globales, resaltan:

1.- Mantener el valor natural del coeficiente de escurrimiento.

Medida propuesta para reducir el impacto al ciclo hidrológico del sitio de proyecto, aunque es deseable y alcanzable, no es del todo compensatoria, si lo que se busca es la reducción del impacto de un gasto en exceso aguas abajo del sitio de análisis

Como ejemplo al impacto de la urbanización de un predio o terreno, debemos de usar como referencia la ecuación del Método Racional:

� = 0.277�� (1)

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donde, � es el gasto del escurrimiento superficial en � �⁄ , �, coeficiente de escurrimiento ponderado para el área tributaria por analizar, adimensional, �, intensidad de lluvia en �⁄ , para una duración igual al tiempo de concentración de la cuenca, , Área tributaria del drenaje por analizar en ��, y 0.277, factor de conversión de unidades.

Si se supone una condición de suelo inicial del sitio como área boscosa, se considera un valor de coeficiente de escurrimiento � de 0.20 de forma aproximada, que sustituyendo en la ecuación (1) resulta:

� = 0.0554� (2)

para una situación del predio antes de la urbanización.

Si al urbanizar el predio el valor del coeficiente de escurrimiento se modifica a un valor de 0.70, la ecuación (1) asume el valor de:

� = 0.1939� (3)

lo que implica incrementar el escurrimiento 3.5 veces el valor original, incremento sin tomar en cuenta el efecto sobre el tiempo de concentración de la cuenca.

Si consideramos que al cambio del tipo suelo, también se modifica la velocidad de escurrimiento superficial, por ejemplo al mostrado en la Figura 1, pasando de un tiempo de 120 a 60 minutos de concentración, la intensidad de lluvia se incrementa de 34 �⁄ a 50 �⁄ .

Figura 1. Curva i-d-T.

Por lo que el paso de la condición original boscosa a una urbanización, provocará finalmente el cambio gasto unitario por kilómetro cuadrado de � = 1.884 a � = 9.695 � ��⁄ �, lo que involucra la necesidad de aplicar mayores controles para evitar un efecto nocivo aguas abajo por un cambio de uso de suelo.

Razón por la que se suma la oportunidad de aprovechar los volúmenes generados por la precipitación para aplicaciones de consumo de agua no potable y la infiltración.

2.- Almacenamiento para aplicaciones de consumo de agua

no-potable e Infiltración

Se propone en el DT-NMX-Drenaje Pluvial que todo volumen de precipitación para eventos de duración de 60 min y periodo de retorno (�) de 2 años, deben almacenarse para aplicaciones de consumo de agua no-potable tales como irrigación de áreas verdes, incendio, uso en sanitarios, y otras aplicaciones permisibles por la normatividad vigente que sustituyan el uso de agua potable, mientras que para la infiltración se solicita el volumen entre un � de 2 a 5 años.

Figura 2. Fotografía de inundación de calles y avenidas.

Por ejemplo si se trata de la ciudad de México, el referente de cálculo de la altura de precipitación es la Ecuación de Bell corregida por el Instituto de Ingeniería de la UNAM, siendo:

��� = �0.2��� � 0.52 �0.54!".�# $ 0.50 �%"

&" (4)

donde ��� , es la altura de precipitación máxima en , para

una duración ! en ��, y periodo de retorno � en 'ñ)�, �%"&",

altura de precipitación en , para una duración ! = 60 en ��, y periodo de retorno � = 10 en 'ñ)�.

La Tabla 1, muestra los valores de altura de precipitación (�) en , intensidad de lluvia (�) en �⁄ , obtenida mediante la expresión � = � *⁄ , y la ecuación (4), para una duración de tormenta * en �� y distintos periodos de retorno � en 'ñ)�.

Tabla 1. Valores de precipitación para el DF

T d P i

años min h mm mm/h

2 60 1.00 39.6 39.63

5 60 1.00 50.7 50.66

10 60 1.00 59.0 59.00

20 60 1.00 67.3 67.34

50 60 1.00 78.4 78.37

100 60 1.00 86.7 86.71

Para un caso de urbanización en la ciudad de México y resolviendo con la ecuación (1), se obtiene que el gasto de almacenamiento para aplicaciones de consumo de agua no-potable resulta de:

���� &" = 0.1939�39.63 A = 7.704 � ��⁄ �,

Mientras que para infiltrar es de:

���# &" $ ����

&" = 0.1939�50.66 $ 39.63 A

���# &" $ ����

&" = 2.144� ��⁄ �.

Si estimamos con la ecuación (1) un cálculo de excedencias en las condiciones originales del ejemplo considerando los valores de precipitación de la Tabla 1, se tendrá para un � de 10 años y * = 60 min.

���%" &" = 0.0554�59.00 = 3.277� ��⁄ �

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Comparando las mismas condiciones de lluvia para un predio urbanizado y reteniendo los volúmenes de almacenamiento para aplicaciones de consumo de agua no-potable e infiltración, se obtiene:

���%" &" $ ���#

&" = 0.1939�59.00 $ 50.66 ���#

&" $ ���� &" = 1.622� ��⁄ �

lo que en teoría implica una notable reducción del volumen de escurrimiento en exceso.

La implementación de la infiltración es un medio para reducir el volumen de escurrimiento, permita la recarga local del acuífero previendo no contaminarlo y minimice el aumento del gasto base de un escurrimiento.

La infraestructura para la infiltración del proyecto de drenaje pluvial urbano para gastos de escurrimiento de las aguas pluviales inferiores a los 60 litros por segundo, se puede resolver resuelve mediante el uso de: a) campos de infiltración, b) zonas con pavimentos porosos o adoquinadas, c) subdrenes de percolación; para gastos de escurrimiento mayores o igual a 60 litros por segundo, se puede resolver resuelve mediante: a) pozos de infiltración, b) trincheras de infiltración, y c) estanques de infiltración, donde se deberá observar lo establecido en la norma NOM-015-CONAGUA-(vigente)-Infiltración artificial de agua a los acuíferos.- Características y especificaciones de las obras y del agua.

Todo acceso del flujo a la infraestructura de infiltración debe equiparse para la retención de sólidos grandes, sólidos en suspensión y aceites o grasas, debiéndose prever una capacidad de almacenamiento de contaminantes para cubrir como mínimo un mantenimiento anual, considerando los accesos necesarios para maquinaria y personas con todos sus implementos de seguridad y labor.

Todo acceso para personal y maquinaria de mantenimiento a la infraestructura de infiltración y para la retención de contaminantes, debe estar señalado indicando el riesgo de ser atrapado por una inundación repentina.

3.- Control, reducción o eliminación de contaminantes

La solicitud de un control de los sólidos arrastrados por el escurrimiento superficial en calles y avenidas, además de lo que aporten las conexiones o descargas domiciliarias, aún y considerando un drenaje pluvial separado del drenaje sanitario, es por motivos de mantener libres de contaminación los almacenamientos propuestos para aplicaciones de consumo de agua no-potable, infiltración y descarga final al cuerpo de agua receptor de las excedencias.

Considerando las características de los contaminantes, se establecen, cinco categorías: a) materiales flotantes, b) disueltos, c) suspendidos, d) sedimentables y e) grasas y aceites. Así para fines del buen diseño de bocas de tormenta la fuente de contaminantes son las vialidades según sea para áreas habitacionales, comerciales o industriales.

En mucha de la bibliografía consultada se reconoce el daño que hacen los contaminantes a la infraestructura de drenaje y los estudios muestran que ante un evento pluvial:

- Sobre las vialidades urbanas escurrirán importantes cantidades de contaminantes;

- En su mayoría los contaminantes son inorgánicos, minerales, arenas y limos.

- Una gran porción de los contaminantes se encuentran asociados con los sedimentos.

- En base a observaciones prácticas las bocas de tormenta con sedimentador son efectivas para remover una buena porción de sedimentos gruesos y menor cantidad de finos u orgánicos.

- Los aceites y grasas estarán presentes en casi cualquier vialidad o zona urbana.

- Los sólidos flotantes si tienen una relación directa con las prácticas de limpieza de vialidades.

El estudio indica que si en el drenaje hay presencia de objetos flotantes, es debido a una nula o escaza la limpieza de vialidades y que los sólidos sedimentables son una constante en alcantarillas y bocas de tormenta, que al final propician la reducción de la capacidad hidráulica y la vida útil de la infraestructura de drenaje pluvial.

Figura 3. Aspecto de los residuos orgánicos urbanos posteriores a

un evento de tormenta.

Figura 4. Aspecto de los residuos de la limpieza de una boca de

tormenta del drenaje pluvial.

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La Figura 3 muestra restos orgánicos derivados de un evento de tormenta de granizo, razón por la cual las hojas no escurrieron a las alcantarillas, que finalmente fueron removidas por los servicios de limpia pública; sin embargo en un evento normal de lluvia una importante cantidad de contaminantes entran dentro al sistema de drenaje.

Se observa en la Fotografía 4, el típico montón de residuos de limpieza de una alcantarilla, servicio proporcionado por simples ciudadanos a cambio de una propina, sin control, soporte e incluso interés por parte de la autoridad de la Ciudad de México.

Es importante reconocer que en México existen pocos programas de mantenimiento a la infraestructura hidráulica, y lejos quedan el separar y operar los drenajes, solo interesa la construcción que le de lucimiento al servidor público en turno, por lo que prever el mantenimiento de un sistema de drenaje pluvial desde una norma es todo un reto.

Un estudio de arrastre de sedimentos en 5 ciudades norteamericanas, Milwaukee en Winsconsin; Bucyrus, Ohio, Baltimore, Maryland; Atlanta, Georgia y Tulsa en Oklahoma, aporto una medición sobre el tipo y cantidad de contaminantes por � de guarnición. Valores que van de los 94 �- �⁄ hasta 760 �- �⁄ ; donde cerca del 92% corresponden a arenas con tamaño de partícula desde 4800 a 43 �./'�, 7% de 43 a 4 �./'� como finos y limos menos del 1%.

Con la misma muestra y clasificadas por tipo se tiene para zonas residenciales 338 �- �⁄ promedio, las industriales 790 �- �⁄ y las comerciales 102 �- �⁄ , gran promedio 395 �- �⁄ . Como resultados del muestreo, se detalló que la acumulación de los contaminantes medido desde la distancia a la guarnición se tiene que el 78% de los sólidos estuvieron de 0 a 15 ., el 10% desde 15 a 30 ., 9% de 30 a 100 . y el 3% desde 100 . hasta el centro de calle.

Como consecuencia de la presencia de limos y finos se tiene la colmatación de los pozos de infiltración, principal argumento para evitar su instauración en las grandes ciudades mexicanas para la recarga de acuíferos.

Ante la problemática en el DT-NMX-Drenaje Pluvial se hace la propuesta de dimensionar las bocas de tormenta en función de una captación controlada y una detención del flujo mediante diseño de elementos como bafles, compartimentos separados, vertedores y orificios para control de flujo, lo que permitirá una retención de sedimentos, acorde a un ciclo de limpieza programable y viable.

Figura 5. Dimensiones mínimas recomendables para la Boca de

Tormenta.

La Figura 5 muestra en función del diámetro de descarga 0� las dimensiones mínimas para la Boca de Tormenta recomendada por el estudio EPA600/2-77-051, mismo que desde 1977 es el modelo recomendado por el U.S.

Environmental Protection Agency (EPA) para el control de los sedimentos arrastrados por los escurrimientos en vialidades y aplicable para el DT-NMX-Drenaje Pluvial. La figura 6 indica los volúmenes de detención de sólidos sedimentables asociados con la profundidad de depósito, donde conforme la altura 1�se reduce también lo hace la eficiencia de captación hasta el valor límite de agotamiento con 0.561�.

Figura 6. Capacidad de detención de sólidos sedimentables para la

Boca de Tormenta.

La Figura 7 muestra la curva de descarga para el caso una boca de tormenta con un 0� = 32.3., curvatura que da cuenta de la variación del gasto bajo una carga 12 en relación con el diámetro de descarga 0�, mostrando la variación de operación como vertedor, 12 0� 3 1.0⁄ y a presión o como un orificio �� = 3.15 � �⁄ .

Figura 7. Curva de descarga para la Boca de Tormenta.

Para la presencia de grasas y aceites se solicita la ubicación de bafles de contención para funcionar como trampas, para cumplir la intención de que la conducción del agua de lluvia al cuerpo receptor sea lo más limpia y libre de contaminantes posible, por eso la consideración de que las bocas de tormenta

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sean utilizadas como estructuras de captación y tratamiento primario.

4.- La conducción

Los Colectores, Emisores y Atarjeas, así como todos los componentes de conducción del proyecto de drenaje pluvial urbano, deben ser herméticos y en concordancia con la exigencia de la norma NOM-001-CONAGUA (Vigente). Con la excepción de que las pruebas de hermeticidad no serán verificadas en campo. Para fines de diseño se deben especificar productos certificados en términos de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización.

El periodo de retorno (Tr) para estimar el gasto de diseño de las conducciones se debe aplicar acorde con el uso de suelo, según la Tabla 2, que muestra los periodos de retorno recomendables para el cálculo del gasto máximo probable según el uso de suelo.

Tabla 2. Periodos de retorno de acuerdo al tipo de uso de suelo

TIPO DE USO Tr

(años)

Zona de actividad comercial 15

Zona de actividad industrial 15

Zona de edificios públicos 15

Zona residencial multifamiliar de alta densidad

10

Zona residencial unifamiliar y multifamiliar de baja densidad

5

Zona recreativa de alto valor e intenso uso por el publico

5

Otras áreas y recreativas 3

Una aportación importante que se hace en el DT-NMX-Drenaje Pluvial es un redimensionamiento de los pozos de visita y pozos caja, de acuerdo a su localización y diámetro de la tubería; que considera un espacio suficiente de maniobra segura para el personal de inspección y equipos, el ancho mínimo para pozo tipo chimenea o uno tipo caja dimensiones mínimas mostradas en la Tabla 3.

Tabla 3. Dimensiones de los pozos de visita

Diámetro

nominal DP Tipo Descanso

cm in cm cm

30 12 120 Chimenea 45

38 15 120 Chimenea 45

45 18 135 Chimenea 45

60 24 150 Chimenea 60

75 30 150 Caja 75

90 36 180 Caja 90

105 42 210 Caja 105

120 48 240 Caja 120

150 60 300 Caja 150

184 72 335 Caja 150

213 84 365 Caja 150

244 96 395 Caja 150

También se solicita que el pozo de visita y pozo caja deben mantener su estructura vertical sin reducir el diámetro desde el fondo hasta una altura de 2,10 m, donde se estructurará una losa tapa o se forma formará un cono estructural hasta la superficie, además que en pozos de visita y pozos caja con profundidades mayores a 6 m, se debe construir una antecámara a los 3 m de profundidad con una sobre losa y una apertura mínima de 90 x 90 cm y tapa de rejilla. Para profundidades mayores la cámara se debe repetir a cada 3 m.

Figura 8. División por antecámaras de los pozos de visita.

Otro aspecto importante de la norma es la solicitud de revisión para los sitios de ubicación de pozos de visita que de acuerdo a las características del proyecto, aún y previendo efectuar conexiones de las tuberías haciendo coincidir las claves, los ejes o las plantillas de los tramos de diámetro diferente, se realice:

a) Un análisis de energía específica (E-y) para el cálculo de transiciones y desniveles, que demuestre que no hay variaciones importantes al régimen de flujo, y se evite el ahogamiento de las conducciones.

b) Evitar la presencia de saltos hidráulicos debido al cambio de régimen de flujo de supercrítico a subcrítico, mediante la comparación de número de Froude entre los tramos aguas arriba y aguas abajo de la ubicación del pozo de visita; en el caso de no poder evitar su formación, se debe deberá diseñar un tanque amortiguador y estructurarlo adecuadamente.

Finalmente y no menos importante solicitar que todo acceso y descarga de las conducciones pluviales deberá evitar el ingreso de personas ajenas al sistema y de fauna nociva, mediante rejillas metálicas con sistema de apertura controlado.

5.- Control de crecientes

Para el proyecto de drenaje pluvial urbano, el control de crecientes se refiere a la mitigación del incremento de los gastos máximos probables causados por factores como lluvias

AMH XXII CONGRESO NACIONAL DE HIDRÁULICA

ACAPULCO, GUERRERO, MÉXICO, NOVIEMBRE 2012 AMH

extraordinarias, condiciones de cuenca hidrológica aguas arriba, y el grado de urbanización del predio en proyecto.

El proyecto de drenaje pluvial urbano puede resolver el control de crecientes mediante las siguientes alternativas o una combinación de ellas: a) áreas de retraso; b) tanques tormenta; c) estanques de detención; d) embalses sobre cauces; y e) planicies de inundación; cuyo objetivo es reducir el gasto pico de un hidrograma de entrada y provocar un tiempo de retraso.

El responsable del diseño del drenaje pluvial urbano debe de estimar hidrogramas de crecientes para 5, 20, 50 y 100 años de periodo de retorno y calcular perfiles de la superficie libre en diversas secciones transversales del proyecto, con las que dibujará planicies de inundación sobre cauces, depresiones y terrenos bajos dentro del predio, para: a) Condición sin urbanizar y b) Condición urbana.

Para la condición sin urbanizar se deben clasificar las zonas probables de inundación acorde a una estimación del riesgo considerando la vida útil de la infraestructura y equipamiento urbano acorde a la ecuación siguiente:

4 = 1 $ 51 $ %�67

8 (5)

donde; 4, riesgo; �/, periodo de retorno (5, 20, 50 y 100 años), �, número de años sucesivos o vida útil.

Si R > 75%, se considerará una zona de riesgo alto de inundación; si 50 <R < 75 %, es una zona de riesgo medio, si R < 50 %, será de riesgo bajo.

El proyecto de drenaje pluvial urbano debe demostrar la disminución de las zonas de riesgo de inundación mediante el tránsito sobre cauces, depresiones y terrenos bajos dentro del predio en condición urbana.

Conclusiones

Las ciudades representan el medio de subsistencia para ¾ partes de los 115 millones de mexicanos, impactando su vidas y la salud del planeta. Las ciudades consumen una tercera parte del total de energía que se produce a nivel mundial, dos tercios de la producción de energía eléctrica, una octava parte del agua, y transforman la tierra y con ello también modifican el ciclo hidrológico. Este esfuerzo por consumar una norma para el diseño del drenaje pluvial representa una ayuda y guía para los profesionales de todo el país para mejorar la calidad de nuestras ciudades y su impacto sobre el medio ambiente

Un importante avance en la propuesta de infraestructura que hace el DT-NMX-Drenaje Pluvial es la recolección de agua lluvia, y entre los varios beneficios que se obtienen, resaltan; la reducción del el flujo de a los drenajes pluviales, reduciendo también las fuentes no puntuales de contaminación, economía en el uso final del agua cosechada al proponerse situarse cerca de la fuente, eliminando la necesidad de complejas y costosos sistemas de distribución, proporcionando una fuente de agua cuando el agua subterránea es inaceptable o no disponible.

Es importante continuar con los trabajos para que salga a la luz como norma mexicana el DT-NMX-Drenaje Pluvial, porque no solo permitirá un mejor uso del recurso limitado pero renovable que es el agua de lluvia o aliviar los eventos de inundaciones urbanas; servirá para reducir la brecha sobre los criterios de diseño de infraestructura para las ciudades y

edificaciones, con que en casos como el diseño y especificaciones de drenaje pluvial para vialidades y carreteras es de más de 30 años de atraso con respecto a los EUA. Si se toma en cuenta el criterio de edificación sustentable, en México los edificios certificados LEED se cuentan por decenas mientras que en el resto del mundo se cuentan por cientos, como ejemplo en paralelo a esta norma se realiza la consulta para elaborar la NMX de Edificación sustentable.

Es recomendable actualizar el Libro 1 alcantarillado Pluvial del MAPAS de CONAGUA, para mantenerlo como el referente de diseño a nivel nacional para organismos públicos y privados responsables de los sistemas de agua potable y alcantarillado, coincidiendo con los aportes que hace esta norma.

Se debe dar un impulso al documento y contenido de la norma por la CONAGUA e interesados en la norma, para ser comunicada a colegios de profesionistas, universidades e instituciones de educación superior, para que incorporen los criterios de diseño en base a la sustentabilidad hídrica en sus planes y programas de estudio, no es recomendable seguir distanciando el desarrollo de infraestructura del respeto por el medio ambiente.

Referencias

1.- CONAGUA, (2012). DT-NMX-Drenaje Pluvial. México D.F., México.

2.- U.S. Green Building Council (USGBC), (2007),

Leadership in Energy and Environmental Design (LEED®)

for New Construction & Major Renovations. Version 2.2, 3a Ed. Octubre 2007, Washington DC, USA.

3.- Environmental Protection Agency (EPA), Preliminary

Data Summary of Urban Storm Water Best Management

Practices, United States Office of Water (4303) EPA-821-R-99-012. Washington, DC. Agosto 1999.

4.- Environmental Protection Agency (EPA), Catchbasin

Technology Overview and Assessment, Environmental Protection Technology Series, EPA-600/2-77-051, Cincinnati, Ohio. Mayo 1977.

5.- Sanitation Department of Public Works, City of Los Angeles. (2009). Green Streets & Green Alleys Design Guidelines Standards. 1a Edicicón. Septiembre 2009.

6.- Texas Rainwater Harvesting Evaluation Committee (2006). Rainwater Harvesting Potential and Guidelines for Texas, Report to the 80th Legislature, Texas Water Development Board, Austin Texas. Noviembre, 2006.