EL DRENAJE PROFUNDO DE LA CIUDAD DE MEXICO

LA RED PRIMARIA

Ing Guillermo Guerrero V

Junio, 1977

INTRODUCCION

Primeramente me es grato agradecer en todo lo que vale, a las autoridades del

Departamento del Distrito Federal que con su anuencia y estrmulo hacen posible

la presentación de esta conferencia.

La construcción del drenaje profundo es en sr una obra de relevante importancia

en el medio nacional, debido a que representa un gran esfuerzo de las

autoridades en la solución del problema del drenaje en el Distrito Federal,

adems de ser indudablemente una obra de beneficio social de importancia vital

para la ciudad y sus habitantes. Por otra parte, dada su magnitud y los

problemas técnicos superados, es una de las obras ms importantes realizadas

en México en los últimos años, y ocupa un lugar preponderante en la ingenierra

mundial.

Nuestra intención es presentar un panorama de la problemática actual del

drenaje del Distrito Federal, por ello, adems de comentar brevemente el

Drenaje Profundo, se hace un análisis de la Red Primaria de Drenaje.

DRENAJE PROFUNDO

1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Como es sabido, durante el Cuaternario se cierra la llamada cuenca del

Valle de México, por la formación de la Sierra del Chichinautzin y

principia el nacimiento de los lagos y el consiguiente relleno del fondo de

los mismos durante el último millón de años; subsistiendo aún hoy vestigios

de esos lagos someros. La necesidad de protegerse contra inundaciones

N¡ Ll

II

2

L

obliga a los habitantes a efectuar obras hidru1icas de prevención cuya

importancia es manifiesta con el Albarradón de Netzahualcóyotl y el de San

Lázaro. Posteriormente se busca la salida de las aguas fuera de la cuenca,

bu y asr se construye de 1607 a 1608 un socavón cerca del pueblo de Huehuetoca,

[ que poco tiempo después queda obturado. Entre 1637 y 1796 se excava el

1 Tajo de Nochistongo, ms tarde, de 1856 a 1900 se construye el primer

ténel de Tequisquiac y el Gran Canal del desague, época en que el ingeniero

Roberto Gayol construye la primera red de drenaje por gravedad al canal.

Es hasta 1952 que se ampli'a el Gran Canal y se construye el segundo tónel

de Tequisquiac; sin embargo, ya el hundimiento de la ciudad habra provocado

que el drenaje proyectado por gravedad funcionara a base de bombeo.

Poco tiempo después el fenómeno de hundimiento llegó a tener proporciones

alarmantes, lo que obligó a las autoridades del DDE a restringir

1. severamente la extracción de agua del subsuelo. El Gran Canal habra

E perdido la pendiente original con la que fue proyectado, lo que obligaba a que

para desalojar el agua se elevara el nivel de ella en el canal, necesitndose

por tanto la construcción de muros de contención, asr como de grandes

M.

plantas de bombeo para desalojar las aguas de los colectores. En estas

circunstancias, y ante el crecimiento del área urbanizada que aumentaba año

con año la frecuencia y magnitud de las inundaciones, además de las pi

precarias condiciones de seguridad del Gran Canal, las autoridades del DDF

elaboraron un plan que contemplaba la construcción de tres interceptores,

r una gran planta de bombeo y un canal en el Norte, como una alternativa de

L 3

solución. Posteriormente, el ingeniero Raúl E Ochoa, Director General de

Obras Hidráulicas, proyectó construir un túnel que servirra como emisor L

central, que además de ofrecer máxima seguridad, sustituirra la planta de

bombeo cuya operación serra muy costosa; es por »ello que el sistema

quedari'a integrado por el Interceptor del Poniente, el Interceptor Central y

[

el Interceptor del Oriente. Los dos últimos se unirran al Norte de la ciudad

para formar el Emisor Central.

El Interceptor del Poniente desembocarra al Ri'o Hondo, y posteriormente del

Vaso del Cristo al Ri'o Cuautitln, saliendo las aguas del valle a través del

Tajo de Nochistongo; la construcción de este interceptor se terminó en 1961.

Para la construcción de los interceptores Central y Oriente, y del Emisor

Central al Norte, se contemplaron varias alternativas de su trazo. Las

caracterrsticas de las formaciones geológicas fueron las que determinaron que

el emisor fuera por la Sierra y Valle de Tepotzotln, cruzando la Sierra del

Sincoque hasta llegar al rro El Salto.

En contraposición al proyecto del emisor del Norte, ya descrito, destacaban

entre otras alternativas: la ampliación del Gran Canal, la construcción de

otro túnel en Tequisquiac, e incrementar cada vez ms los gastos de bombeo

- de aguas negras por una parte, y por otra, construir el túnel hacia el Sur.

La primera de ellas se descartó debido a su alto costo de operación y los

riesgos que implicarra; la segunda presentaba varios inconvenientes que

obligaron a desecharla, entre los que destacan los siguientes: r, 1

L

El tmnel aunque ms corto, tendrra lumbreras muy profundas, y por la

alta permeabilidad de las sierras al Sur, se presentarran grandes

[

aportaciones de agua durante la construcci6n, lo que aumentaria los

costos y el tiempo de ejecuci6n.

[ . El llevar agua al Sur serra restar agua al Valle del Mezquital, donde se

aprovechan para riego las aguas del Gran Canal.

[ II DESCRIPCION DEL PROYECTO

Como se ha mencionado, el drenaje profundo consistirra de un emisor central

[ con longitud aproximada de 50km, dimetro interior de 6. 50m, pendiente de

0.002, con profundidad de lumbreras de 50 a 225m, y los interceptares

Central y Oriente de Sm de diámetro interior, pendientes del orden de 0.0005

y profundidad de 25 a 50m. El Central, de la lumbrera O ubicada cerca de

u Tenayuca, irra por la Av de los 100 Metros, Insurgentes Norte, Guerrero,

Av Cuauhtémoc, Av México-Coyoacán, para interceptar al Rro Churubusco, y

finalmente hasta la Av Miguel Angel de Quevedo, longitud total de con una

21.6km. El Oriente, de la lumbrera O pasari'a por atrs de la Villa para

interceptar al Gran Canal en Oriente 157, proseguir por Av Eduardo Molina,

Av Fco del Paso y Troncoso, y aliviar al Rro Churubusco a la altura de la

calle Contralores, con tina longitud total de 28.4km.

El Emisor Central, de lumbrera O seguirra en direcci6n de Barrientos y

atravesarra la autopista México-Querétaro; después el trazo serra

sensiblemente paralelo a ella, atravesndola nuevamente hacia el Oriente en

el tramo de lumbreras 14A-14, a un costado del Cerro del Sincoque entre

5

las lumbreras 15 y 16 cruzarra el parteaguas de las cuencas del Valle de

México y del Ri'o Pnuco, de ahr su trazo es recto, sufriendo una pequeña

deflexi6n hasta el Portal de Salida en el cauce del rro El Salto.

El drenaje profundo cuenta con varias obras complementarias, descargas de

colectores y rros, obra de toma del Gran Canal, y Portal de Salida; este

i:iltimo esta previsto para conducir el agua hacia el canal El Salto-Tlamaco

para su aprovechamiento en riego.

Hoy la obra construida en su primera etapa, comprende el emisor central y

24km de longitud en los interceptores (7.8 en el Central y 10.2 en el Oriente)

contndose con las descargas de los siguientes conductos: en el Central, los

rros de Los Remedios, Tlalnepantla, San Javier y Cuautepec, los colectores

- Progreso Nacional, 15, 11, Héroes y Humboldt, y Rro Consulado. En el

Oriente, se cuenta con la obra de toma del Gran Canal.

Estudios realizados

Hidrol6gicos

El anlisis hidráulico del sistema se hizo con el método de caracterrsticas,

el mejor procedimiento disponible hace doce años, en el cual la capacidad

reguladora es tenida encuenta con razonable exactitud. No obstante lo

anterior, se busc6 una comprobaci6n experimental por medio de un modelo

frsico reducido, y los resultados obtenidos fueron satisfactorios.

El drenaje profundo puede almacenar un volumen de 2'600,000 m3 de agua,

el cual serra comparable con el originado por una tormenta generalizada con

6 L MI

intensidad de 1 cm/hora durante 2.5 horas en un área de 240 km2. Esta

sola consideración da una idea clara de la importancia que tiene el

almacenamiento de esta estructura hidráulica.

Actualmente, el proyecto ha sido revisado utilizando técnicas modernas de

análisis. En efecto, se han realizado simulaciones del funcionamiento del

sistema bajo diferentes condiciones hidrológicas de excitación, constatndose

r que la capacidad evacuadora de cada uno de los interceptores es del orden

de 100 m3/seg, y la correspondiente al emisor central es de 200 m3/seg.

[ Por otra parte, las captaciones provistas de espirales para amortiguar el

impacto del agua, la obra de toma del Gran Canal y otras estructuras,

representaron cada una un problema hidru1ico completo a resolver.

Geológicos

Se realizaron varios sondeos iniciales para determinar las caracterrsticas de

r las formaciones geológicas por las que atravesarra el tinel; esta información

se fue incrementando a medida que la construcción avanzaba. El hundimiento

de la ciudad condicionó a alojar los interceptores en la proximidad de la

llamada primera capa dura, aproximadamente a 30m de profundidad.

Las formaciones por las que los tóneles crizan pueden agruparse dentro de

seis grupos:

Depósitos aluvio-lacustres de la cuenca del Valle de México (formaciones

Tarango y Tacubaya).

Depósitos volcánicos de riolitas, andesitas y tobas en la zona de la

Sierra de Guadalupe.

L Dep6sitos aluviales y fluviales de los valles de Tepotzotln, consistentes

en tobas y arenas medianamente cementadas y sueltas.

[ Riolitas y zonas de alteraci6n hidrotermal en la Sierra de Tepotzotlán,

con alta permeabilidad y expansividad muy importante en las zonas de

alteraci6n.

S. Basaltos amigdaloides y fracturados, con intercalaciones de conglomerados

con grandes aportaciones de agua.

6. Arcillas Requena, clasificadas geol6gicamente como margas, con una

gran velocidad de intemperizaci6n, rrgidas y saturadas.

Estructurales

En el anlisis estructural del revestimiento definitivo de los trieles que

forman el drenaje profundo, para cada tramo distinto y para cada formaci6n

geol6gica, se consider6 la combinaci6n ms desfavorable de las solicitaciones

siguientes:

del • peso propio revestimiento

• material (suelo o roca) que gravita sobre la clave

• presi6n hidrostática exterior e interior del tmnel -

• reacci6n horizontal del suelo o roca, debida a las deformaciones del

r revestimiento por las solicitaciones anteriores, considerando interacci6n

roca-revestimiento.

rl • Flexi6n por ondas srsmicas de cortante que inducen en el tinel una

curvatura longitudinal.

• efectos srsmicos en la proximidad de la superficie en las lumbreras y

en el Portal de Salida.

8

Los estudios para determinar las caracterrsticas frsicas del suelo o roca y

definir las cargas que gravitan sobre la clave, se apoyaron en:

información técnica a nivel mundial sobre experiencias en túneles

mediciones directas mediante pruebas de resistencia en laboratorio,

( pruebas de placa en el túnel y mediciones geosi'smicas de refracción.

información sobre el comportamiento del material durante el proceso de

excavación.

información geológica del interior del túnel y de la superficie, asr como

de los sondeos efectuados.

L.

EPara el análisis estructural del revestimiento, se usó el método del elemento

finito para la condición de deformación plana, teniendo en cuenta la incapacidad

de la roca para absorber tensión. Se analizaron varios tramos trpicos con

el criterio asf establecido, y considerando estos resultados como preliminares,

se instrumentaron varias secciones del túnel para medir cargas y deformacio

E nes en la excavación; estas mediciones permitieron constatar que las

u hipótesis iniciales eran aceptables, y con base en ello se analizó el resto del

- túnel.

ru III DESARROLLO DE LA OBRA

Las autoridades del DDF decidieron iniciar la construcción del drenaje

profundo en mayo de 1967. Se empezaron la mayorra de las lumbreras y

algunos tramos de túneles; por razones de rndole financiera la obra sufrió

L.

una disminución en el ritmo de sus trabajos, y no fue hasta enero de 1971

en que al constituirse la Comisión Tócnica de Supervisión del Drenaje

L 9

Profundo, y crearse el consorcio de las empresas constructoras que habran

participado en la primera etapa, que se intensificó la construcción,

inaugurndose en mayo de 1975.

En lo que sigue se hace una breve descripción de las principales etapas del

proceso constructivo, resaltando algunos casos, particulares por su

importancia técnica.

Excavación y ademe

La magnitud de la excavación queda definida por las siguientes cifras:

volumen excavado en tóneles: 3.5 millones de metros cibicos

marcos metálicos de ademe: 21,000 toneladas

madera de retaque para ademe: 27 millones de pies-tablón

concreto lanzado: 250,000 metros cibicos

Dada la heterogeneidad de las formaciones por las que atraviesa el timnel los

procedimientos de excavación fueron muy variados; a continuación se

describen los principales:

Excavación con escudos

Dentro del subsuelo de la Ciudad de México, se procedió a excavar los

tiineles con escudo de frente abierto en sección circular de 6. lüm de

diámetro, en total se tuvieron en operación seis escudos. Se lograron

avances del orden de 7m/dra trabajando los tres turnos. Se utilizó como

revestimiento primario en la excavación, dovelas precoladas de concreto.

El escudo se encajaba mediante el empuje de 16 gatos hidráulicos que se

apoyaban en el ultimo anillo de dovelas empujando hacia el frente del túnel;

L 10

el material producto de excavación se sacaba a la superficie por

procedimientos convencionales.

[ Excavación convencional en suelos y rocas

En más de 40km del emisor central se emplearon explosivos para excavar el

túnel. En frentes de roca muy fracturada o del tipo tepetate, se utilizó

excavación a media sección dejando un banco de material. En muchos frentes

fue de gran ayuda el empleo del túnel piloto, el cual en la mayorra de los

casos se construyó para determinar con anticipación la cantidad de agua y el

tipo de terreno por el cual el frente completo iba a ser excavado.

El ademe primario del tiínel fue de muy diversos tipos y combinaciones,

entre estos destacan fundamentalmente: las dovelas de concreto utilizadas en

los tramos de arcilla, los marcos m-etlicos y el concreto lanzado empleados

bu en los tramos de roca poco competente.

La cantidad de agua procedente de filtraciones en el túnel, tuvo mximas

proporciones sobre todo en la Sierra de Tepotzotln; únicamente en este

tramo se utilizaron 28 galerras de bombeo equipadas con 155 bombas con una 1

potencia total de ms de 50,000 HP. En la época de mximo bombeo, este

llegó a ser del orden de 9,000 lt/seg a lo largo de todo el túnel; la mayor

parte de este gasto se elevaba un promedio de lOOm a la superficie, de ahr

la gran cantidad de energra necesaria para el bombeo. Se presentaron

aportaciones puntuales del orden de 200 lt/seg y tramos de ms de lOOm de 6,1

longitud con aportaciones superiores a 4 lt/seg/m de túnel.

L 11

R e ves ti mi ent o

Por razones de disefio, en los interceptores y en un corto tramo del emisor

se utilizó concreto reforzado, en tanto que en el resto se empleó concreto

hm simple. El volumen total de concreto empleado en el revestimiento fue de

£ 1)400,000 m3, 510,000 toneladas de cemento, 11800,000 m3 de agregados y

mil sólo 7,000 toneladas de acero de refuerzo. El volumen mximo colado fue

de 3, lOO m3/dra en toda la obra, y se llegó a colar 60.Om lineales de tiínel

en un solo frente/dra.

• Se utilizaron diversos tipos de cimbra, entre los cuales destaca la cimbra

telescópica o autotrasportable, la cual se empleó en la mayor parte del

revestimiento. La cimbra de los grandes trenes de colado tenra una longitud

de 66m formada por nueve módulos y permitra el colado ininterrumpido, ya

que se tenra el tiempo suficiente para retirar el íiltimo módulo, trasportarlo

dentro de la misma cimbra y colocarlo al frente del colado. Para su

operación se contaba con una plataforma de 140m de longitud, la cual sobre

ruedas metálicas se desplazaba a la misma velocidad con que la cimbra se

iba colocando; sobre la plataforma subran los carros trasportadores de

concreto, se descargaban a las tolvas de recepción, y mediante bandas

trasportadoras a las bombas o cañones, y de estos hacia las cimbras ya

colocadas. En otros procedimientos de colado se llegó a bombear hasta una

distancia de 350m, los cuales induran una carda de 30m.

Se llevó un riguroso control de calidad que además de la verificación normal

era preventivo, lo que minimizó los problemas de resistencia y calidad a tal

grado que se evitaron demoliciones o refuerzo del revestimiento.

rl

12

Inyecciones

Para cumplir con las hip6tesis del diseño y debido a que el adema y la

imperfecci6n de la superficie de excavaci6n deja huecos entre el revestimiento

y el terreno Msicamente en la clave del timnel, se rellenaron estos con

inyecciones de contacto formadas por cemento, arena, bentonita y agua;

dependiendo de la magnitud de los huecos se dosificaba la mezcla aumentando

o disminuyendo la cantidad de arena o el cemento; adems, se veriíic6 esta

hí

inyecci6n para garantizar el contacto entre revestimiento y terreno. El

volumen empleado en estas inyecciones fue de 350,000 rn3.

Adicionalmente a la inyecci6n de contacto, se llevaron a cabo inyecciones de

sello de filtraciones y relleno en galerras y crcamos, inyecciones de relleno

entre dovelas y terreno para evitar el desplazamiento de la arcilla, y las

inyecciones a profundidad y alta presi6n para impedir que el agua fluyera

alrededor del tiínel de una cuenca a otra de las que atraves6 el emisor

El central.

p Independientemente de estos tipos de inyecci6n realizados en forma continua a

lo largo del tmnel, se hicieron tratamientos para consolidaci6n del terreno,

impermeabilizaci6n y relleno de grietas. Estos tratamientos se realizaron en

varios sitios, siendo los principales: la lumbrera 3 y el tramo 8A-8C del

Interceptor Oriente; asimismo, para la excavaci6n de las lumbreras se

hicieron tratamientos en las numero 13, 14A y 9 del emisor central.

Casos especiales r - Uno de los tramos que produjo polémicas sobre la factibilidad de excavar el

mi

bu

13

tónel, fue el comprendido entre lumbreras 8-9A del emisor central. El timnel

se excavó en tobas, materiales de consistencia media tipo tepetate con

intercalaciones de arena y muy baja cohesión; en este tramo se excavaba

mediante el procedimiento de media sección, teniendo fuertes aportaciones de

agua. Ocurrió un cardo invadiendo la sección completa del tónel con un

volumen estimado en ms de 2,000 m3 de material. Se hizo un desvro para

evitar el paso del tónel bajo el convento y pueblo de Tepotzotln, empleando

un tó.nel piloto para observación de los materiales y de las filtraciones. En

estas condiciones se observó un fuerte arrastre de material por el agua de

filtración a pesar de los barrenos de drenado que se tenran en el frente del

tcinel; por las filtraciones se provocaron fuertes tubificaciones del material

formndose cavidades de dimensiones semejantes a la sección del tiínel. Se

proyectó un sistema de bombeo a ambos lados del eje del tónel, con pozos

perforados desde la superficie hasta lOm abajo de la plantilla del mismo; el

objeto fue abatir los niveles piezométricos a nivel de plantilla, evitando con

ello el flujo de agua y su consiguiente arrastre de arena utilizando ademe con

marcos circulares.

El revestimiento de concreto se coló por etapas, principiando por la cubeta,

limitando la distancia del frente de excavación al de colado para evitar

deformaciones excesivas de lo ya excavado y limitar el uso del bombeo. En

esta forma se reanudó la excavación logrando avances de hasta 6 m/dra.

El tramo de lumbreras 8A y 8C del Interceptor Oriente, cuyo trazo está

obligado para lograr una longitud de tónel menor en arcillas, atraviesa una

14 L pi

zona urbana con casas habitaci6n y algunos edificios de cuatro niveles. Por

la investigaci6n previa del subsuelo se identific6 un dep6sito de arcila de

taita plasticidad sobre el que se desplantan las construcciones superficiales.

El contacto entre estos dep6sitos y la roca por la que atraviesa el tinei está

constituido por grava y roca de escaso un metro de espesor, en tal forma,

Oft

que la clave del túnel se excav6 en algunos tramos dentro de las gravas y

roca intemperizada. Con el fin de evitar que la arcilla fluyera al túnel con

L. los daños consecuentes a las casas, se emple6 un procedimiento constructivo

a base de inyecciones de cemento para consolidar la roca alterada y la grava;

en estas condiciones el t'ínel avanzaba 6m a media secci6n y se paraba el

frente para realizar un tratamiento de inyecci6n de 6m de longitud, y asr

pi

sucesivamente. Para lograr mayor rapidez en la excavaci6n, en una de las

calles desde la superficie, se realizó la inyección del depósito de gravas.

Mediante este procedimiento fue posible excavar el timnel bajo las

construcciones, presentándose movimientos muy pequeños en la superficie,

que en ningiín momento provocaron daños de consideración en las casas y

edificios de la zona urbana.

En el tramo entre lumbreras 9 y 10 del Interceptor Central, además de

utilizar un escudo para la excavación, se empleó, por vez primera en el

mundo a una altitud de 2240m SNM, el aire comprimido. El procedimiento

constructivo consistió básicamente en una serie de instalaciones especiales

que induran una mampara que con el tinel formó una cámara hermética en la

cual se inyect6 aire a una presión mxima de 0.7 kg/cmz con objeto de

mantener la estabilidad del frente de arcilla. En este tramo se llevó un

15

control médico muy riguroso para la selecci6n de técnicos y trabajadores, en

tal forma que de 1000 candidatos a trabajar en el aire comprimido,

imnicamente se admiti6 al 43%. Adems, se realizaron investigaciones

I médicas en la cmara hiperMrica, para presiones hasta de 2.0 kg/cm2,

observando que a medida que se incrementa la presi6n se debe disminuir

importantemente la jornada de trabajo y aumentar el tiempo de descompresi6n.

Durante el proceso de excavaci6n también se llev6 un control médico riguroso

logrando con ello que el personal no presentara ms que molestias leves

eventualmente, y en ningin caso se presentara intolerancia al aire comprimido

Eo enfermedad. Las tablas de descompresi6n estudiadas hasta la fecha, son

aplicables hasta presiones de 1.2 kg/cm2. Para presiones ms altas ser

necesario efectuar pruebas con lapsos de descompresi6n ms grandes.

Los mantos de arcilla blanda excavados en este tramo no presentaron

problemas de estabilidad, inicamente delgadas lentes de arena provocaron

pequeños escurrimientos hacia el timnel, mismos que se manejaron con

bombas neumáticas.

Para conducir el agua de los colectores al Interceptor Central, se

construyeron diversas estructuras desplantadas a profundidades del orden de

l2m a base de muros colados in situ" en zanjas estabilizadas por lodos

bentoniicos, los que formaban cajones estructurales. Entre este tipo de

estructuras destaca la construcci6n de la lumbrera de la obra derivadora del

Rro Consulado, que se localiza cerca del monumento a La Raza, excavada a r 38m de profundidad utilizando muros colados in situ hasta 16m de profundidad

16

y el resto excavándolo con herramientas manuales neumticas, colocando

anillos de dovelas de concreto de 0.75cm de ancho, formando un crrculo de

6. lm de diímetro; estos elementos una vez fijos, se inyectaban para evitar

desplazamientos del terreno recién excavado y garantizar el contacto entre

dovelas y terreno. Para auxiliar la excavaci6n se instalaron cinco pozos

alrededor de la lumbrera para abatir los niveles piezométricos. Con objeto

de llevar un control de los movimientos del terreno en la lumbrera y

alrededor de la misma, se instalaron bancos de nivel, referencias superficia

les e inclin6metros. La lumbrera se excav6 en 33 dras hbiles y representa

un récord en cuanto a profundidad y procedimiento de excavaci6n en esta zona.

En las mismas obras de captaci6n hubo necesidad de construir tiíneles de 3

y 4m de dimetro a l2m de profundidad, atravesando los dep6sitos de mayor

compresibilidad cuyos contenidos de agua en promedio llegan a valores de

300%. La excavaci6n de estos conductos por medio de escudos, se decidi6

con base en el intenso tráfico de la zona y en la gran cantidad de instalacio

nes superficiales. Se lograron tener avances de 4m/dra utilizando como

ademe provisional charolas metálicas unidas por tornilleri'a e inyectados para

garantizar el contacto entre suelo y dovelas.

En ningln momento hubo necesidad de cortar o reparar instalaciones

superficiales ni suspender o desviar el trnsito de vehrculos. El

revestimiento definitivo de estos ti5neles se hizo a base de concreto lanzado,

reforzndolo con varrilla corrugada.

1! 17

LA RED PRIMARIA

1 ANTECEDENTES

La construcción del drenaje profundo ha significado un alivio en cuanto al

peligro de inundaciones de magnitud considerable en la ciudad, a la vez que

ha permitido a las autoridades derivar recursos para conocer el estado actual

de la red primaria de drenaje y poder jerarquizar las obras de mejoramiento

de la misma. Es por ello que se ha llevado a cabo un estudio de la red

primaria con este objetivo.

Como es sabido, la red de drenaje de la Ciudad de Móxico es de tipo mixto

y está formada por conductos que principalmente van del Poniente al Oriente

de la población, siguiendo aproximadamente las pendientes del terreno.

Trasversal a este sistema, en la parte Centro-Poniente de la ciudad, existe

un segundo sistema que escurre de Sur a Norte y que descarga en uno de los

conductos que van de Poniente a Oriente.

En la parte Sur de la población la red tiene una tendencia similar a la del

resto de la ciudad, aunque no tan claramente definida. Al construirse el

Sistema de Drenaje Profundo, se hanllevado a cabo una serie de descargas

de alivio de la red original, que en adición a las interconexiones de los

sistemas de drenaje, han conducido a la integración de un conjunto bastante

complejo, detectndose que 39 sistemas y subsistemas componen la Red

Primaria. Esta situación implica que un anlisis integral del drenaje de la

r Ciudad de M6xico debra satisfacer previamente dos requisitos: el primero

L 18

fue el conocimiento detallado de la geomtrra de la red actual con todas sus

peculiaridades; y el segundo, fue la elaboración de un método especial para

el anlisis del funcionamiento de la red.

Para satisfacer el primer requisito, fue necesario, después de analizar la

información disponible, realizar trabajos topogrficos de apoyo que implicaron

la nivelación de 500km, la instalación de 380 bancos de nivel adicionales a

los ya existentes, el levantamiento de 1,115km de colectores, 940km con

personal provisto de mascarillas de flujo de aire constante y 175km con

equipos de hombre-rana. Además, se inspeccionaron colectores y estructuras

•1 mediante el descenso en 19,000 pozos de visita y se levantaron 40 plantas de

bombeo y 20 tanques de tormenta. Esta información se yació en 174 planos

de las plantas de los colectores levantados y 348 de los perfiles respectivos,

15 planos con información sobre las plantas de bombeo y 23 planos con

detalles de conexión de los colectores principales. Adicionalmente se

preparó un plano general del sistema en escala 1:20,000 con toda la

información relevante.

Por lo que respecta al segundo requisito puede decirse que mientras los

métodos clsicos para an1isis de redes de drenaje, como el gráfico alemn,

de utilidad comprobada en sistemas sencillos, no resultaban aplicables al

E caso. Métodos ms elaborados, como los llamados de Los Angeles,

Cincinatti o Chicago, no eran aplicables a la Ciudad de México, ya que la

mayor parte de ellos estn basados en caracterrsticas peculiares de cada

localidad.

19

Segin se ha mencionado, el sistema de drenaje de la ciudad es extenso y

complejo, caracterizado por tener sistemas superpuestos, plantas de bombeo,

tramos en contrapendiente, conexiones mtltiples, estructuras de alivio, etc;

es por ello que para el estudio realizado se tuvo que desarrollar un m&odo

basado en un mrnimo de hip6tesis simplificatorias que permitieran reproducir

el funcionamiento de los diferentes sistemas de drenaje que integran la red

primaria bajo condiciones hidrol6gicas cambiantes. El m&odo consiste

esencialmente en la integraci6n simu].tnea de las ecuaciones dinmica y de

continuidad por diferencias finitas linearizadas para intervalos reducidos,

aplicadas a los tramos o celdas en que se ha subdividido previamente la red

analizada; con ello se obtiene para cada intervalo de simulaci6n, un sistema

de ecuaciones lineales no homogéneo cuya soluci6n permite conocer la

evoluci6n de cargas y gastos en diferentes puntos de la misma.

Las caracteristicas principales del método, desarrollado en colaboraci6n con

el Instituto de Ingenierra, son las siguientes:

Efectia el tránsito de avenidas en sistemas de tubos donde pueden existir

conexiones, circuitos cerrados y ramales abiertos, con posibilidad de

funcionar como canales o como tubos forzados.

Permite analizar redes de drenaje con condiciones de frontera militiples

y variables, tales como plantas de bombeo, descargas libres y de carga

constante.

No se requiere de condiciones iniciales de funcionamiento precisas

Los hidrogramas de ingreso a la red analizada se pueden proporcionar

en cualquier tramo de la misma.

LO 20

Considera el efecto de regulación adicional de la red secundaria de

drenaje a partir de que entra én carga la primaria.

Para cada instante de simulación se obtiene la evolución de cargas y

gastos en los diferentes tramos que integran el sistema.

[ . Se determinan los valores máximos de carga y gasto asociados a cada

Itramo de la red, cuantificando los volrnenes derramados que tienen

lugar y su distribución en el sistema.

Objetivos

Siendo el diagnóstico de las condiciones actuales de funcionamiento de la red

el primer objetivo del estudio, hubo necesidad de incluir en el método de

análisis la determinación de los indicadores que permitieran sistematizar el

diagnóstico. Por lo dems, un segundo objetivo del estudio fue dar

recomendaciones concretas para el mejoramiento de la red.

tá

Metodologra

En la figura mostrada se presentan las actividades Msicas desarrolladas

para el estudio de la red de drenaje, las cuales se pueden agrupar en tres

etapas: la primera de ellas consistió en el procesamiento y anlisis de la

información básica obtenida para definir las subcuencas de cada sistema,

coeficientes de escurrimiento, alturas de precipitación puntual, gastos base,

etc; todo ello para determinar los hidrogramas de ingreso de cada sistema

para diferentes periodos de retorno. Con respecto a esto ultimo, cabe

mencionar por su importancia las siguientes consideraciones:

La duración de la lluvia se obtuvo del análisis de las tormentas ms

E 21

desfavorables. Resultó en promedio, de 2. 5 horas, con un altó porcenta

je de aportación en la primera hora.

E. El gasto mximo que se admitió fue un promedio de los gastos mximos

obtenidos con la fórmula racional para diferentes intensidades, y el

resultante de un hidrograma triangular. Se adoptó un hidrograma dado

[ por dos parbo1as que se intersectan en el gasto mximo. El tiempo

para la rama de ascenso hasta el gasto mximo fue de una hora, y para

[

la de descenso fue de dos horas, con un tiempo base total de tres horas.

[ La segunda etapa correspondió al análisis del funcionamiento hidráulico de

cada sistema de drenaje mediante el modelo matemtico desarrollado con el

fin de analizar su capacidad de conducción, almacenaje y la posible

insuficiencia bajo diferentes condiciones hidrológicas de excitación, suponien

do la red libre de azolve. El grado de complejidad de la red diíicultó aun

L más su anlisis en el caso de los subsistemas superpuestos con estructuras

vertedoras de alivio con descarga a otros sistemas, obligando a realizar en

ocasiones un análisis secuencial de la misma, ya que las descargas de

algunos sistemas resultan ser parte de los ingresos de otros, pero

ónicamente bajo ciertas condiciones de carga.

Finalmente, la tercera etapa consistió en realizar un diagnóstico de las

condiciones actuales de cada sistema de drenaje de la Ciudad de México,

obteniendo una serie de indicadores que permitirán jerarquizar las obras

tendientes a mejorar el funcionamiento actual de cada sistema y auxiliar a

las autoridades correspondientes en la toma de decisiones.

L 22

p

El criterio de diagn6stico empleado para cada sistema de drenaje, se

describe a continuaci6n:

[ A partir de los resultados obtenidos de la simulaci6n de cada sistema de

colectores para diferentes periodos de retorno (1,2,3,5 y 10 años) se elabor6

la curva de frecuencias contra derrames totales correspondiente, el rea

bajo esta curva representa la esperanza de derrame del sistema en

Econdiciones actuales, esto es, el volumen probable de derrame a que está

expuesto el sistema. Con base en esto y considerando diferentes incrementos

E en la capacidad evacuadora actual del sistema, ya sea mediante ampliaciones,

alivios o rectificaciones, etc, se generaron varias curvas similares de

volumen derramado contra frecuencia. Estas curvas sirvieron de base para

va construir la grfica de incremento de capacidad del sistema contra rndice de

mejoramiento obtenido, representando este uultimo un porcentaje del volumen

derramado del sistema que se logra disminuir al aumentar la capacidad del

mismo respecto al volumen derramado en condiciones originales.

Este resultado permite conocer de una manera objetiva el estado general de

los sistemas, dependiendo ello de la pendiente y concavidad que observe la

curva. Por otra parte, a partir de ella pueden iníerirse las ventajas

resultantes que se obtendrian en cada sistema si se llevaran a cabo obras

r de diferente tipo para incrementar su capacidad evacuadora actual. La

superposici6n de las curvas anteriores correspondientes a cada uno de los

sistemas de la red, permite identificar los problemas ms relevantes y

jerarquizar las obras necesarias para su soluci6n. Como una parte del

L 23

lo

diagnóstico individual de cada uno de los sistemas de drenaje analizados, se

presentó una planta esquemtica indicando la subdivisión de tramos o celdas

realizada, asr como las capacidades f porcentaje respecto al derrame total

km que tiene lugar en cada una de ellas, para una tormenta de cinco años de

[ periodo de retorno. En el caso de aquellos tramos en los que el nivel

[ piezométrico alcanzado por el agua se mantuvo por debajo del nivel de la

calle, el gasto consignado en el esquema para esas celdas corresponde al

r mximo detectado para las diferentes, simu'aciones realizadas del sistema.

Esto i5ltimo, generalmente correspondió a periodos de retorno de 10 años.

Anexo a los esquemas de diagnóstico de cada sistema se proporcionó

información general referente a alturas de precipitación consideradas,

volmenes en exceso derramados para cada periodo de retorno analizado, asr

como la magnitud del rea drenada e información relativa a los coeficientes

de escurrimiento considerados.

La utilidad de la información contenida en las plantas esquemticas de cada

sistema, referente a capacidades de tramos y porcentajes de derrames, se

pone de manifiesto al seguir para cada colector la secuencia de estos valores

en el sentido del escurrimiento, ya que permite detectar problemas de

insuficiencia local debidos fundamentalmente a estrangulamientos de los

FU colectores o a depresiones existentes de la superficie del terreno en el área

urbana.

Con objeto de obtener información adicional de cada sistema en lugares

especilicos, se cuenta con los listados de computadora correspondientes a

bu

mi

L 24

las simulaciones realizadas para diferentes periodos de retorno.

Ahora bien, cabe mencionar que los resultados obtenidos con el modelo

matemtico de simulación han sido constatados de manera cualitativa con la

E

información disponible del funcionamiento de los sistemas de drenaje de la

ciudad; no obstante, es necesario llevar a cabo una etapa de mediciones en

111 sitios clave con el fin de calibrar dicho modelo, y de esta manera

incrementar aun ms el grado de confiabilidad del mismo. Con ello se

logrará un método para la Ciudad de México, que por oposición a los de

Chicago o Los Angeles, sr serra aplicable al anlisis de las ampliaciones

del sistema de drenaje de nuestra ciudad.

[O

E 1 r

25

N

CONCLUSIONES

La ciudad cuenta hoy con tres conductos mediante los cuales se desaloja el agua

negra y pluvial fuera del valle: el Interceptor del Poniente, el Gran Canal y el

Emisor Central. Las autoridades, con la información actualizada de la red

primaria de drenaje y los elementos y herramientas para detectar problemas de

insuficiencias, pueden jerarquizar las obras necesarias para mejorar las

condiciones actuales; a simismo, pueden proyectar ampliaciones o modificaciones

conociendo las implicaciones que ellas tendrran en el funcionamiento de la red.

Del diagnóstico de la red primaria puede concluirse lo siguiente:

A pesar de que los colectores están muy deformados, tanto como los ha

obligado el hundimiento del subsuelo, las tuberi'as coladas in situ como las

juntas de tubos precolados se encuentran en buenas condiciones estructurales.

Por otra parte, el ataque de las aguas negras al concreto de los colectores

es en general muy reducido.

Dado los problemas técnicos y el alto costo que implica la operación por

bombeo y la rectificación de la red, es indispensable restringir en lo posible

la extracción de agua del subsuelo.

Se detectan insuficiencias locales en gran parte de los sistemas, ya sea por

las condiciones topogrficas, el azolve, o por la magnitud del rea que

drenan actualmente. Debido a estas condiciones se hace indispensable la

rectificación de los colectores de acuerdo a las prioridades fijadas por los

técnicos del DDF. Por otra parte, es indispensable continuar e incrementar

el desazolve de la red.

26

m

Las interferencias de las vras de comunicación urbana con el drenaje

existente, obligan a soluciones que complican cada vez ms el funcionamiento

de la red. Derivar esfuerzos y recursos adicionales a la solución óptima de

Eestos problemas, parece ser indispensable en el futuro.

El análisis de una red tan extensa y compleja como la de la Ciuda,d de

México, requiere de una metodologra muy elaborada, con la cual cuenta el

r DDF. No obstante, este tipo de herramienta es perfectible en la medida en

que se disponga de mediciones para efectuar su calibración, por ello es

aconsejable instrumentar el área urbana de la ciudad a fin de complementar

la información hidrológica e hidromgtrica necesaria para tal efecto.

Asimismo, ello representará un apoyo muy importante para la operación del

sistema.

La información actual de la red primaria con que cuenta la DGOH, facilitar

consignar cualquier modificación o ampliación futura, y con ello mantenerla

L. permanentemente actualizada.

El Gran Canal en sus primeros 18.0km ha dejado de ser un peligro de

inundación para la ciudad, ya que actualmente está aliviado por la obra de

toma del Interceptor Oriente y las descargas de los colectores 15, 11 y Rro

Consu]ado al Interceptor Central; aun asr requerirá de mantenimiento

- constante en muros, bordos y plantas de bombeo.

El crecimiento urbano del Poniente de la ciudad ha originado que el

i. Interceptor del Poniente en ocasiones no sea capaz de evacuar los vo1imenes

generados en esa zona, motivando que existan derrames mayores a los

1 27

previstos a la parte baja de la ciudad a través de los antiguos rros hoy

entubados, tales como el Churubusco, La Piedad y Consulado, creando

insuficiencia en ellos para drenar su propia área. Con base en lo anterior,

es conveniente contar con obras de control de avenidas y de erosión, asr

como restringir el crecimiento urbano de la parte alta de esta zona, ya que

de no ser asi', la solución para aumentar la capacidad de estos rros para

manejar los voliírnenes adicionales serra inaceptable desde el punto de vista

económico.

Las descargas de los rros de Los Remedios, Tlalnepantla y San Javier al

drenaje profundo, podrn seguir operando mientras prevalezca la condición

r de que el írea actualmente drenada por este sea menor que para la que fue

r proyectado.

Casi toda la zona Sur de la ciudad depende para su drenaje del Rro

Churubusco, conducto hoy insuficiente; esta situación aunada al crecimiento

urbano del Sur y Oriente de la ciudad, plantea la necesidad por una parte de

aumentar su capacidad, y por otra, aliviarlo tan pronto sea posible con la

prolongación de los interceptores Central y Oriente. Esto traerá consigo,

ademas, el permitir descargar los grandes colectores ubicados al Sur del

Rio Consulado, eliminando paulatinamente el bombeo al Gran Canal.

r La prolongación de los interceptores plantea la necesidad de desarrollar

técnicas especiales para poder excavar los tneles en las arcillas blandas

existentes en particular en la zona Oriente, a pesar de la técnica empleada

con éxito del aire comprimido. Debido a que no se pueden posponer por

mucho tiempo las obras de ampliación por lo expuesto precedentemente, es

Nw

urgente iniciar a la brevedad el desarrollo de estas técnicas, as]" como

continuar al Sur con el Interceptor Central, en donde por las condiciones del

subsuelo de esa zona, se pueden usar las técnicas de excavación actualmente

estudiadas y probadas.

La construcción del canal El Salto.-Tlamaco es indispensable para evitar las

consecuencias que se derivan de la conducción de las aguas provenientes del

emisor al Rro Tula, adems por el beneficio que ello implicarfa en el riego

del Valle del Mezquital.

Finalmente, se debe insistir en usar sistemas de drenaje separados y plantas de

tratamiento en los futuros desarrollos urbanos que se construyan, para permitir

la regulación de avenidas en las pocas reas disponibles actualmente para ello, lo

que implica que estas deben reservarse para tal fin evitando su invasión urbana.

La solución del drenaje de la Ciudad de México a largo plazo, contempla

inversiones de magnitud considerable, por ello se deben analizar alternativas

diferentes a las planteadas a la fecha, las cuales estarán condicionadas al avance

tecnológico, adems de que implicarn un cambio de pollUca en el desarrollo urbano.

En virtud de que los problemas de drenaje del Distrito Federal no pueden

desligarse de los del área metropolitana y en general de los del valle, las

soluciones que se propongandebern contemplarse dentro del marco integral del

drenaje del Valle de México.

Junio, 1977

METODOLOGIA DEL ESTUDIO INTEGRALDEL DRENAJE DE LA CD. DE

MEX ICO

LEVANTAMIENTO DE LA RED

PRIMARIA DE DRENAJE

PLAN TAS

PERFILES

----1-- ------- ---- ------ - 1 PROCESAMIENTO Y ANALISIS -

1 COEFICIENTES DE DEFINICION DE 1 GASTOS BASE

SUBCUENCAS J ESCURRIMIENTO

L:I:::E:: 1111 T:Ii SIMULACION DEL FUNCIONAMIENTO DE 1 CADA SISTEMA DE DRENAJE PARA

DIFERENTES CONDICIONES HIDROLOGICAS

1 DE EXCITACION 1

DIAGNOSTICO

VOLUMENES 1 1 DETECCION DE CAPACIDADES POR 1

ZONAS DE TRAMOS DERRAMADOS j

\b- JERARQUIZACION DE PROBLEMAS INDICE DE MJORA-

MIENTO DEL SISTEW GEPERACION DE ALTERNATIVAS DE

DE DRENAJE SOLUCION PRELIMINARES

L ______ - ------- ----------- -----------