1. Educación

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ACCIONES PARA LA RECUPERACIÓN DE EMISORES Y COLECTORES
EN LA CIUDAD DE MÉXICO
Leal Báez Guillermo1, Ávila Luna Fernando Alonzo2, García Fernández Galicia2 y
Cabrera Delgadillo Manuel M.1
1
Inesproc, S.A. de C.V. Calle 1857 No. 26, Col. El Parque, Del. Venustiano Carranza, México D.F.,
México. C.P. 15960
2
Sistema de Aguas de la Ciudad de México. Nezahualcóyotl No. 109, Col. Centro, Del. Cuauhtémoc, México D.F.,
México. C.P. 06080
1
[email protected], [email protected]
Introducción
La Ciudad de México tiene un contexto muy singular y nada
equiparable al resto del mundo, al rivalizar el entorno físico
natural que resulta de una cuenca endorreica que alojó un
sistema de lagos, con las necesidades propias de una gran urbe
y la población que la habita en constante crecimiento,
teniéndose que resolver a partir del avance tecnológico y de
los individuos visionarios que impulsan su progreso.
En el contexto de los servicios de Agua Potable y
Alcantarillado, la Ingeniería Hidráulica Mexicana ha marcado
pautas de solución ante los problemas que exigen la
sustentabilidad hídrica y el futuro desarrollo de la capital del
país, que desde la fundación de Tenochtitlán, ha luchado por
el abastecimiento del recurso agua, la disminución del peligro
latente de inundaciones, el desalojo de las aguas y el
saneamiento de la cuenca.
Actualmente el Gobierno del Distrito Federal, mantiene la
constante preocupación de desarrollar todo tipo de esfuerzos
que le conducen a eficientar los servicios y aumentar la
seguridad de los ciudadanos. Respecto del Sistema de Drenaje
de la Ciudad, desde hace muchos años cada administración ha
sumado en la ampliación, mejora y mantenimiento de su
infraestructura, que en conjunto con el Gobierno Federal, han
ampliado las opciones de solución del drenaje lo que hoy
permite vislumbrar un futuro promisorio en ese sentido; sin
embargo, las existentes y futuras estructuras hidráulicas tienen
el reto de mantenerse operables en el largo plazo, esto es, ante
el continuo embate de los hundimientos regionales del Valle
de México y el deterioro continuo de la resistencia de los
materiales que por su propia naturaleza no son eternos, y que
al actuar de manera individual o combinada, derivan en la
progresiva pérdida de capacidad de conducción y desalojo.
Objetivo
Presentar las acciones principales del programa “Agua para el
Futuro CDMX”, aplicables a los colectores y emisores de la
Red Primaria de Drenaje y Redes de Atarjeas a cargo del
Sistema de Aguas de la Ciudad de México (SACMEX).
conductos seleccionados para este trabajo y con mayor
relevancia o prioridad para el SACMEX.
Antecedentes
El sistema general de drenaje de la Ciudad de México está
compuesto por las redes secundaria y primaria, colectores
semiprofundos, cauces a cielo abierto, ríos entubados, plantas
de bombeo, presas y lagunas de regulación y el Sistema de
Drenaje Profundo. En la Tabla 1, se resumen de manera
general las longitudes totales de la infraestructura de drenaje
actualmente en operación.
Tabla 1. Infraestructura de Drenaje de la Ciudad de México.
TIPO DE CONDUCTO
LONGITUD/UNIDAD
Red primaria de drenaje
2,087 Km
Red secundaria de drenaje
10,237 Km
Plantas de Bombeo
91 plantas
Presas y Lagunas
15.4’ m3
Cauces a cielo abierto
133.3 Km
Ríos entubados
49.3 Km
Drenaje Profundo y
Semiprofundo
165 Km
La red primaria de drenaje de la Ciudad de México está
compuesta por colectores con diámetros que van desde 61
hasta 244 centímetros, el sentido de escurrimiento general es
de Poniente a Oriente y de Sur a Norte. Los puntos de
descarga final se localizan en las lumbreras de captación del
Sistema de Drenaje Profundo, Plantas de Bombeo del Sistema
Gran Canal y el entubamiento del Río Churubusco. Tiene una
extensión aproximada de 2,087 Km y se encuentra integrado
por 106 subsistemas de colectores, agrupados de acuerdo al
dren principal que recibe sus aportaciones.
Compartir las experiencias y estudios realizados sobre el
deterioro acelerado de conductos de concreto y las
recomendaciones que resultan de experiencias observadas en
diversos colectores y emisores en el norte del país.
Debido a la problemática que representa la operación y
mantenimiento de la red de drenaje, el Gobierno del Distrito
Federal a través del SACMEX ha implementado las acciones
necesarias para solucionar los problemas de encharcamientos
e inundaciones que se registran en diversas zonas de la Ciudad
de México, sin embargo el desalojo de las aguas de lluvia se
ha visto comprometido debido a las condiciones hidrológicas,
topográficas y de hundimientos regionales.
Describir los criterios de solución por aplicar para la
recuperación del Drenaje de la Ciudad de México,
considerando el tipo y grado de deterioro presentado en los
Es innegable reconocer que el Sistema Principal de Drenaje de
la Ciudad de México, compuesto principalmente por
conductos de concreto, que desalojan los escurrimientos
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pluviales y sanitarios, presentan alguno o varios fenómenos
que en combinación impiden su eficiente funcionamiento.
Normalmente dichos fenómenos se manifiestan como:
contrapendientes; funcionamiento en carga durante la
temporada de lluvias (generando brotes sobre sus registros);
degradación en las paredes de los conductos, registros y
conexiones de descargas de tuberías secundarias;
azolvamiento y taponamiento con materiales sólidos o basura
y; en los casos más graves, el colapso de alguno de sus
tramos.
Además de lo anterior, se tiene un entorno adverso debido a:
un suelo que está en constante hundimiento, un medio
ambiente exterior e interior agresivo hacia las tuberías y
finalmente, el paso de la vida útil.
Estas condiciones han orillado al SACMEX a realizar un plan
ambicioso, factible y de histórica inversión económica,
propuesto por la Dirección General, Dirección Ejecutiva de
Planeación y Construcción y su Dirección de Construcción,
anunciado por el Jefe de Gobierno, aplicable en un plan
transexenal denominado “Agua para el Futuro CDMX”, que
se enfoca tanto para el Sistema de Suministro de Agua Potable
de la ciudad; como para el Sistema Principal de Drenaje. De
éste último, se plantean acciones puntuales y prioritarias para
mejorar el funcionamiento hidráulico y prolongar la vida útil
de los colectores.
Diagnóstico de Colectores del SACMEX
Durante los años 2012 y 2013 el SACMEX efectuó diversos
estudios de evaluación de colectores tanto de funcionamiento
hidráulico como de su estado físico y estructural.
Entre estos estudios destaca la inspección mediante una
cámara de circuito cerrado, la que se realizó en horarios
nocturnos a fin de observar los colectores con un caudal bajo
y no obstaculizar el tránsito en vialidades.
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Un coeficiente de rugosidad n = 0.02 aplicable a la
ecuación de velocidad de Manning. Es importante
mencionar que este valor fue determinado por personal
de SACMEX como resultado de diferentes estudios
realizados con anterioridad.
En concordancia con el Manual de Agua Potable,
Alcantarillado y Saneamiento (MAPAS) de la Comisión
Nacional del Agua (CONAGUA), se consideró para
cualquier material de tubería una velocidad mínima de
0.60 m/s y máximas permisibles de 3.5 m/s para tuberías
de concreto y 5.0 m/s para tuberías plásticas, como uno
de los elementos de juicio.
De los resultados obtenidos, en general se encontró que tan
solo el 20% del conjunto de tuberías analizadas conserva un
estado estructural considerado como bueno, según el estado de
desgaste de las paredes interiores y la presencia o no del acero
de refuerzo interior expuesto de las tuberías y estructuras;
colapsos en sus tramos o deflexiones no permisibles para
tuberías plásticas (establecida como máxima aceptable del 8%
de su valor diametral).
Los gastos determinados de operación para estos colectores,
van desde los 0.11
a 5.50
, valor determinado
para cada tramo de colector a partir de un aforo con las
condiciones mínimas de gasto (efectuado en horario nocturno)
y extrapolando su valor de gasto máximo probable según el
área tributaria, población estimada y su tasa de crecimiento
anual, valor de Aportación de aguas negras con relación al
tipo de población servida, sea habitacional, industrial y/o
servicios, acorde a la información disponible de reportes del
SACMEX sobre el suministro de agua potable.
El conjunto de población servida por los colectores se estima
en 586,549 habitantes, lo que significa un importante grupo de
población susceptible de beneficiarse, elevando los niveles de
seguridad y saneamiento de una importante área de la Ciudad
de México.
Los colectores revisados son vitales para las Delegaciones
Benito Juárez, Azcapotzalco, Venustiano Carranza,
Cuauhtémoc, Tlalpan y Coyoacán, y fueron seleccionados
porque; se encuentran en funcionamiento con una edad entre
los 40 y 70 años de operación; cuentan con múltiples reportes
de encharcamientos promovidos por la ciudadanía en el
Centro de Atención a Usuarios y; debido a que la propia
dependencia detectó la falla de estructuras, erosión en la
pared, hundimientos y contrapendientes en ciertos tramos.
El total de los colectores analizados, presentan tramos en
contrapendiente con su consecuente azolvamiento, por lo que
la reducción del área hidráulica, confirma que la operación de
estos conductos es con carga de presión en temporada de
lluvias.
Se detallan para el cumplimiento de los objetivos de este
documento, los análisis y resultados obtenidos de 15
colectores,
correspondientes
a
las
demarcaciones
delegacionales antes mencionadas, seleccionados por ser los
más representativos de las acciones planificadas para toda la
Ciudad de México en el marco del capítulo de drenaje del plan
“Agua para el Futuro CDMX”.
2.
En consecuencia se realizó la verificación de la pendiente
mediante el levantamiento topográfico de los niveles de sus
pozos; la video inspección de su estado físico y; un análisis
hidráulico a 49 383 m de conductos, que van desde los 0.60 m
hasta 2.44 m de diámetro (un gran porcentaje de los conductos
analizados está compuesto de tuberías de concreto armado),
por lo que para su estudio se consideraron los siguientes
escenarios:
5.
1.
Diferentes porcentajes de llenado 30%, 60%, y 100%;
A continuación se enlistan los colectores con sus respectivos
tramos de análisis y a la delegación que corresponden:
1.
3.
4.
6.
7.
8.
COLECTOR 2, Ayuntamiento y República del Salvador,
entre Balderas y Talavera, Del. Cuauhtémoc;
COLECTOR 6, Colima, entre Veracruz y Tonalá, Del.
Cuauhtémoc;
COLECTOR 8, Coahuila, entre Insurgentes y Tonalá,
Del. Cuauhtémoc;
AV. DEL TALLER, Av. del Taller, entre Eje 3 Fco. del
Paso y Troncoso y Fernando Iglesias Calderón, Del.
Venustiano Carranza;
EMILIANO ZAPATA, Emiliano Zapata, entre Av. del
Peñón a Eje 2 Norte Transval, Del. Venustiano Carranza;
GALICIA, Galicia esquina Correspondencia , Del. Benito
Juárez;
GRANJAS, Av. Granjas, entre Eje 5 Nte. Deportivo
Reynosa y Rabaul, Del. Azcapotzalco;
HERREROS, Herreros, entre Eje 3 Eduardo Molina y
Av. Del Peñón y Estampado, Del. Venustiano Carranza;
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IZTAPALAPA 2, Carlos L. Gracida y Sta. Cruz
Meyehualco, entre Guelatao y Av. de las Torres, Del.
Iztapalapa;
LUIS M. ROJAS, Periférico Oriente (Canal de Garay)
entre Estrella y Av. Tláhuac, Del. Iztapalapa;
MIRAMONTES, Miramontes, entre Av. Acoxpa y
Calzada Del Hueso, Del. Tlalpan y Coyoacán;
NICOLÁS LEÓN, Nicolás León, entre Fray Servando
Teresa de Mier y Av. Del Taller, Del. Venustiano
Carranza;
PAILEROS, Paileros, entre Eje 3 Eduardo Molina y
Canal del Desagüe, Del. Venustiano Carranza;
PEDRO MORENO, Pedro Moreno, entre Héroes y
Zarco, Del. Cuauhtémoc;
STAND DE TIRO, Stand de Tiro, entre Congreso de la
Unión, Oriente 26 y Sur 11, Del. Venustiano Carranza;
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y corresponde a uno de varios casos acontecidos en este
último quinquenio, con el común de ubicarse en ciudades de
más de 500 mil habitantes y al norte de México.
Puede observarse en la Tabla 2, por Colector, los valores de
gasto estimado máximo, velocidad media de flujo, rango de
diámetros presentes en el colector y longitud del colector.
Tabla 2. Características Hidráulicas de los Colectores.
Q
V
D
L
Nombre
Colector 2
2.96
1.64
0.76 - 1.83 5 950
Colector 6
0.93
1.24
1.52 - 1.83 2 800
Colector 8
3.64
1.12
0.60 - 2.13 6 900
Av. Del Taller
0.16
0.77
Emiliano Zapata
0.36
0.69
Galicia
2.21
1.13
Granjas
2.09
1.31
Herreros
0.27
0.8
Iztapalapa 2
2.39
1.7
0.61 - 2.44 8 929
Luis M. Rojas
2.14
1.1
1.52 - 2.44 6 500
Miramontes
3.54
1.46
2.13
2 050
Nicolás León
0.11
0.63
0.60
454
Paileros
0.36
1.08
0.60
415
Pedro Moreno
10.03
5.54
Stand De Tiro
0.33
1.1
1.83
1 240
0.76 - 1.07 1 600
1.83
609
1.83 - 2.13 4 860
0.60
490
0.61 - 1.83 6 000
0.60
583
Deterioro acelerado de las paredes en tuberías
de concreto
En el mes de junio de 2013 los autores participan en un
dictamen de motivos de falla de un Emisor Sanitario, ubicado
en una importante ciudad al norte de la República Mexicana,
nombrado para este artículo como Emisor Norte, construido
con una Tubería de Concreto Reforzado de 1.52 m de
diámetro interior, Grado 1; el cual sufrió del colapso de 55 m
en el tramo inicial de un total de 7.071 km de desarrollo, ver
Fotografía 1. Este conducto va desde las afueras de la ciudad
hasta una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR),
Fotografía 1. Aspecto en la superficie del colapso inicial del
emisor.
Resalta de los casos analizados y del presente en particular, el
detrimento acelerado del espesor de las paredes, especialmente
de la parte media superior hasta la clave de las tuberías de
concreto, ocurridos en un lapso de 10 años, aun cuando la
esperanza de vida útil es cercana a los 25 años, y aunque se
realizan mantenimientos y reparaciones cíclicas, no es común
una falla de este tipo en un tiempo tan corto.
Con la intención de estudiar el motivo del colapso,
comprendido entre el cadenamiento 0+309.14 al 0+380.17, del
emisor sanitario, se revisó el proyecto ejecutivo, su condición
física, su operación hidráulica y la calidad del agua conducida.
Con la ayuda de un levantamiento topográfico, se identificó
una diferencia de valores de plantilla de los pozos de visita
entre proyecto y la realidad, derivado de hundimientos que
formaron una depresión, que impidió un flujo continuo entre
el cadenamiento 0+000 al 0+531.68, lo que provocó una
retención hidráulica del flujo, presentándose un remanso
importante llegando incluso a la clave de la tubería, es decir el
flujo se presenta a tubo lleno y en ciertos puntos estancado.
Se revisó el estado interior de 10 pozos de visita ubicados en
el tramo del cadenamiento 0+000.00 al 2+704.53, donde se
midió topográficamente el nivel de plantilla, terreno y nivel
del agua, se tomaron lecturas de pH del agua , y se revisó el
estado interior del cono de tabique, encontrando que el citado
tramo tenía un fuerte olor a sulfuro de hidrógeno, además se
detectó el depósito en forma de polvo de color amarillo,
presumiblemente de un sulfoaluminato de calcio en paredes y
espacios horizontales de la estructura de los pozos, aunque
proviene de materia orgánica en descomposición, se encuentra
evidencia de que en el tramo ocurre una digestión anaerobia,
que hace disminuir los niveles de DQO en 30%.
La fuerte presencia de malos olores, ha obligado a los vecinos
a “cubrir” los orificios de las tapas de los pozos de visita,
agravando el fenómeno al producir una ausencia total de
oxígeno en el emisor, a pesar de contar con una chimenea de
respiración en el Pozo 3.
De la inspección a los pozos de visita, se concluye que por lo
menos el tramo del 0+000.00 al 1+000.00, se encuentra bajo
un ambiente de digestión anaeróbica, inmerso en un ambiente
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de vapores o gas de sulfuro, en evidente ataque a las
estructuras de concreto, ver Fotografía 2.
Se realizó la medición del pH del agua conducida con el fin de
recabar evidencia sobre una calidad de agua residual que
resultara en una condición adversa al tubo de Concreto
Reforzado, esta información se comparó con los valores de
acidez que provocan deterioro a los drenajes sanitarios cuyo
valor oscila entre 5 y 1. Los valores de pH obtenidos
proporcionan la evidencia de una digestión microbiana en este
tramo, produciendo agua residual de pH NEUTRO no
agresiva al conducto de concreto. Por lo que el origen de la
falla no se debe al agua conducida.
Fotografía 2. Deterioro del recubrimiento interior del pozo de
visita.
Del sitio de colapso se logran rescatar 4 muestras de los restos
de las tuberías de concreto que colapsaron, por el reporte del
personal que las obtuvo, formaron parte de las primeras
tuberías que se dañaron por el deterioro del espesor.
Como antecedente se conoce por el proyecto, la especificación
de la tubería que corresponde a un tubo de concreto reforzado
con junta hermética para alcantarillado sanitario Grado 1,
fabricado conforme la Norma Mexicana NMX-C-402ONNCCE vigente.
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acero remanente. Se aprecia que el armado de acero y el
espesor de concreto interior fueron totalmente corroídos por el
ataque químico. Únicamente se conserva parte del armado
exterior de acero de 6.25 mm de diámetro, incrustado en una
sección de concreto con dimensiones de 10 x 25cm y espesor
de 5 cm.
En la Fotografía 3, se marcan sobre la muestra con líneas de
color azul la traza del armado del acero de refuerzo con el fin
de obtener una referencia.
Fotografía 3. Muestra 1.
Muestra 2; sección correspondiente a un costado de la tubería,
con unas dimensiones de 50 x 55cm y un espesor de 15cm.
Debido a que forma parte de uno de los costados del tubo, no
fue atacado de manera severa por los gases como las otras
muestras, por lo que se alcanza a apreciar perfectamente el
espesor real de la tubería y el doble armado. El diámetro del
acero del armado interior es de 7.81 mm y el del exterior es de
6.25 mm. Ver Fotografía 4.
A continuación se describe cada una de las muestras
analizadas, y se observa en la Figura 1, la posible ubicación
que tendrían en una tubería de concreto armado, es importante
mencionar que se desconoce si las muestras corresponden a un
mismo tubo.
Fotografía 4. Medición de espesores de la Muestra 2.
Muestra 3; sección correspondiente al lomo de la tubería en el
extremo campana de la tubería, tiene unas dimensiones de 60
x 65cm y un espesor de 4.5cm. Presenta el ataque más severo,
debido a que ambas armaduras fueron completamente
corroídas. Ver Fotografía 5.
Figura 1. Ubicación de muestras estudiadas.
Muestra 1; sección correspondiente al lomo de la tubería, con
unas dimensiones de 60 x 49cm considerando el armado de
Muestra 4; corresponde al lomo de la tubería, tiene unas
dimensiones de 20 x 30cm y un espesor de 7cm. El armado
interior al igual que el concreto fue totalmente corroído.
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El ácido ataca al concreto disolviendo los productos de
hidratación del cemento o a través de reacciones químicas
ácido-base. El hidróxido de calcio, componente de los
agregados del concreto, es el producto de reacción que se
disuelve más rápidamente y es atacado aún por las
concentraciones suaves o bajas de soluciones de ácido. Los
ácidos más fuertes y más concentrados atacan a todos los
hidratos de silicato de calcio. En el caso de ataque por ácido
sulfúrico, el deterioro resultante es más rápido o mayor, dado
que el sulfato de calcio resultante de la reacción ataca al
concreto, fenómeno conocido como carbonatación del
concreto o descalcificación del mismo.
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Independientemente de su composición, ningún concreto
hidráulico puede soportar durante mucho tiempo un agua
fuertemente ácida (pH menor o igual que 5.5).
Fotografía 6. Prueba de rocío de Ácido Muriático sobre la
muestra 4.
Fotografía 5. Muestra 3.
Para apreciar la resistencia del concreto de los tubos que
conforman el Emisor Norte se hace una prueba de rocío de
Ácido Muriático sobre la muestra 4, con el fin de valorar la
calidad de los agregados y su resistencia química. El Ácido
muriático es ácido clorhídrico concentrado entre 26 a 28%.
Contiene Fe (fierro) para actuar como catalizador, es decir
acelerando las reacciones en que participa, eliminando
residuos de caliza.
La caliza es una roca sedimentaria compuesta
mayoritariamente por carbonato de calcio (
),
generalmente calcita. También puede contener pequeñas
cantidades de minerales como arcilla, hematita, siderita,
cuarzo, etc., que modifican (a veces sensiblemente) el color y
el grado de cohesión de la roca. El carácter prácticamente
mono mineral de las calizas, permite reconocerlas fácilmente
gracias a dos características físicas y químicas fundamentales,
ya que es menos dura que el cobre (su dureza en la escala de
Mohs es de 3) y reacciona con efervescencia en presencia de
ácidos tales como el ácido clorhídrico.
Obsérvese de la Fotografía 6, la baja efervescencia de la
Muestra 4, que reacciona moderadamente con el contenido de
concreto, mientras que lo rociado al suelo, ha reaccionado
fuertemente por la presencia de arcilla; lo que demuestra que
los agregados de la tubería son resistentes a los sulfatos y
ataque por ácidos.
Sin embargo, en todos los casos el tiempo de exposición a los
ácidos se debería minimizar tanto como sea posible y se
debería evitar la inmersión.
Se revisan las condiciones de flujo a la PTAR, encontrándose
que el caudal de operación medio diario y promedio mensual,
tiene un valor de 460 l/s, y que los tirantes de flujo resultantes
para las condiciones de pendiente de proyecto arrojan
relaciones de llenado y/D menores del 40%; mientras que la
pendiente media resultante de la topografía arroja un flujo con
una relación de llenado y/D menor al 60%, en todos los casos
la velocidad media es inferior de 1.0 m/s, en un régimen de
flujo subcrítico o lento, propiciando tiempos de permanencia
en el primer tramo de 1,000 m de 20 a 38 minutos, que
hidráulicamente son valores dentro de norma o de la práctica
normal de diseño de estas conducciones; sin embargo, por la
baja relación de llenado y/D, el flujo al interior del Emisor
Norte propicia una amplia zona de formación de gases.
Los resultados de los análisis realizados a la muestra del agua
residual en los pozos, arroja que tienen un pH superior a 5.5,
que es el mínimo recomendado, incluso el agua presente en el
emisor es de un valor neutro en promedio 7.3; lo que
representa un flujo adecuado a la resistencia del concreto, no
así su atmosfera interior.
Se determina que el flujo es lento en el emisor, por lo que se
incrementa el tiempo de retención y se estima que la velocidad
media es de 0.766 m/s, lo que arroja un promedio de 22
minutos de permanencia en el tramo de mil metros
inspeccionado, mismo que presenta fuerte deterioro de las
paredes de concreto y presencia de azolves; con la presencia
de azolves el tiempo de tránsito se incrementa
aproximadamente a 38 minutos.
Tomando en cuenta el ataque químico, es importante notar que
el consumo del material de concreto que forman las tuberías,
según las muestras rescatadas, arrojan una pérdida de pared en
la zona de la clave de la tubería de 10 cm, resultando en una
tasa de consumo promedio de 1 cm/año, ante ese ritmo y
agresividad del ambiente, ninguna tubería de concreto
certificado, aún de Grado 3 con contenido de cemento
resistente a los sulfatos, puede resistir en el largo plazo.
Ante este caso en especial, se recomienda rectificar el Emisor
Norte, desde su inicio al cadenamiento 0+531.68, con el fin de
eliminar el total de los tramos en contrapendiente, utilizando
tubería de Concreto Reforzado Grado 3 con Cemento Portland
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Compuesto Resistente a los Sulfatos CPC RS ó Cemento
Portland Puzolánico CPP RS, con la pendiente de 0.7
milésimas compatible con el resto del emisor. Adicionalmente
deben construirse Pozos Caja de visita de concreto estructural
intermedios entre los existentes para ventilar correctamente el
conducto, eliminando la concentración de gases que deterioren
rápidamente el mismo, de igual manera deben sustituirse los
pozos de visita existentes por Pozos Caja iguales a los antes
mencionados.
Como alternativa a la tubería de Concreto se propone el uso de
Tubería Corrugada de Polietileno de Alta Densidad de 1.05 a
1.50 m (42 a 60 in) de diámetro interior, 100% hermética,
certificada bajo NOM-001-CONAGUA-2011, inmune a los
sulfatos y resistencia a valores de pH < 1.5.
Es importante señalar que en el Reglamento de
Construcciones del Distrito Federal, sus Normas Técnicas
Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras
de Concreto en el apartado Diseño por Durabilidad y el
Manual de Diseño Estructural de Drenaje Sanitario de
CONAGUA, especifican que el cemento que se usa en los
concretos de estructuras hidráulicas sujetas a ambientes
altamente agresivos, con contenido de sulfatos, se debe
elaborar con Cemento Portland Compuesto Resistente a los
Sulfatos CPC RS ó Cemento Portland Puzolánico CPP RS, de
acuerdo con ASTM C150, además el concreto deberá ser
estructural Clase 1 con una resistencia mínima a la
compresión de 34 MPa (350
) y cuando el concreto es
colado sobre o contra el terreno, el mínimo recubrimiento para
la superficie en contacto con el terreno será 75 mm, o 50 mm
si se emplea plantilla o membrana impermeable entre el
terreno y el concreto por colar, valores que por igual son
recomendables mantener al interior de las estructuras de
concreto sumergidas.
Cabe aclarar que actualmente estas especificaciones son
aplicadas para el diseño de obras hidráulicas destinadas al
drenaje sanitario, no así de manera automática para la
fabricación comercial de las tuberías de concreto que
conforman al mismo sistema.
Como resultado de esta omisión los sistemas de drenaje
sanitario cuentan con estructuras tales como Pozos Caja,
Pozos de Caída, Derivaciones, etc., resistentes a los ambientes
agresivos, pero con tuberías de inferior resistencia, lo que trae
como consecuencia que fallen los conductos antes que las
estructuras, por lo que la vida útil del sistema en general se ve
severamente disminuida en su conjunto.
Programa
colectores
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de
inspección
preventiva
a
Considerando la experiencia descrita respecto de los
resultados de los estudios realizados por el SACMEX y del
Deterioro Acelerado de Colectores, es conveniente programar
revisiones periódicas de forma preventiva consistentes en:
• Revisión topográfica del estado de conservación del trazo y
pendientes, para detectar sus modificaciones por hundimientos
y evaluar su efecto en el flujo, recomendando hacerse una vez
cada 5 años.
• Inspección visual con la ayuda de un sistema móvil de video
para inspección interna del estado de tubería y pozos de visita,
para ubicar problemáticas en la estructura física interior,
recomendando hacerse una vez cada 5 años.
• Efectuar una campaña de estudio físico y químico de la
calidad del agua, en especial de DQO y pH, para detectar
condiciones adversas a la tubería de Concreto Reforzado,
específicamente valores de acidez de 5 a 4 de PH o menores,
recomendando hacerse una vez cada 3 años.
• Efectuar una campaña de aforo de verificación de gastos y
niveles de operación del drenaje sanitario, para valorar la
saturación o no de la capacidad hidráulica de la conducción y
estudiar su evolución al paso de su vida útil, recomendada
efectuarse cada 5 años.
• Se recomienda un monitoreo cada seis meses de testigos de
placas de concreto de 10x10 cm y 1 cm de espesor, visibles y
fechados al interior de los pozos de visita, con una separación
aproximada de 500 m entre ellos, para el monitoreo de su
deterioro, con el objetivo de detectar la presencia de una
atmósfera adversa y la tasa de daño hacia el concreto.
• Desazolve de la conducción en lo posible cada año.
Estas recomendaciones y los resultados que se obtengan ponen
en manos de los responsables de la operación y mantenimiento
de los sistemas de drenaje tanto sanitario como pluvial, de
información que les permitirá tomar decisiones sobre
mantenimientos preventivos y predictivos, para la extensión
de la vida útil de la infraestructura a su responsabilidad.
Acciones para la recuperación de tuberías
primarias
Con base en los resultados del diagnóstico realizado a los 15
colectores, y la finalidad de mejorar las condiciones de
operación de la Red Primaria de Drenaje y Redes de Atarjeas
a cargo del Sistema de Aguas de la Ciudad de México
(SACMEX) y considerando las distintas problemáticas que se
encontraron en las inspecciones se plantean dos esquemas de
solución teniendo presente que la trayectoria de los colectores
se presenta en vialidades importantes y el incremento de la
capacidad hidráulica para solventar la temporada de lluvias:
Alternativa 1: Construcción de colectores paralelos a los que
ya existen, considerando zanja abierta. Manteniendo los
tramos de buena condición estructural, recubriendo o
revistiendo el interior del conducto existente con una manga
de material flexible para la mejoría del rendimiento hidráulico.
Alternativa 2: Construcción de nuevos colectores con
diámetros mayores instalados paralelos al existente o
remplazándolo aprovechando su actual trayectoria, mediante
el hincado de tubería.
La solución propuesta para cada colector fue la siguiente:
Tabla 3. Propuesta de rehabilitación de colectores.
Nombre del
Colector
Colector 2
Propuesta de
solución
Colector 6
Hincado (Tuneleo)
Hincado (Tuneleo)
Colector 8
Hincado (Tuneleo)
Av. del Taller
Emiliano Zapata
Galicia
Colector Paralelo
Colector Paralelo
Hincado (Tuneleo)
Granjas
Hincado (Tuneleo)
Herreros
Colector Paralelo
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Nombre del
Colector
Propuesta de
solución
Iztapalapa 2
Hincado (Tuneleo)
Luis M. Rojas
Hincado (Tuneleo)
Miramontes
Hincado (Tuneleo)
Nicolás León
Colector Paralelo
Paileros
Colector Paralelo
Pedro Moreno
Colector Paralelo
Stand de tiro
Colector Paralelo
El Hincado de Tuberías o Tuneleo es un método para instalar
tuberías subterráneas con una mínima ruptura de la superficie,
aplicable en donde son necesarias instalaciones profundas o en
donde no son posibles las excavaciones abiertas
convencionales ni los métodos de relleno. En este proceso se
utilizan cilindros hidráulicos para empujar las tuberías
especialmente diseñadas para hincado, ubicándolas detrás de
una máquina perforadora de túneles (MPT). Las opciones de
hincar tuberías incluyen tuberías conductoras (paso único),
como tubería de concreto reforzada (TCR), y tubería de
poliéster reforzado de fibra de vidrio (PRFV) o de acero.
Tratándose de tuberías de concreto deben cumplir la norma
NMX-C-402-ONNCCE-2004, con una resistencia a la
compresión no menor de 40
.
El recubrimiento interior con una manga de material flexible,
se compone de un tejido o fieltro con un revestimiento plástico
flexible por una de sus caras, la cara de tejido de la manga se
impregna con una mezcla de resina epoxy de dos
componentes, que se adhiere a la tubería, mientras la manga
impregnada se introduce por inversión en el interior de la
tubería a rehabilitar, quedando adaptada y pegada en su
interior. El endurecimiento de la resina se acelera mediante
recirculación de agua caliente para finalmente proporcionar
una pared de tubería renovada y de acabado tan liso como lo
proporciona una tubería de PVC o PEAD. Proceso ejecutable
entre tramos de pozo a pozo de visita, sin trabajos exteriores
como zanjas y en un periodo relativamente rápido de
ejecución.
Como solución seleccionada se definió que esta sea la
combinación de las dos alternativas antes descritas,
considerando para ello que estas se apliquen de la siguiente
forma:
En sitios donde el tráfico es constante o ser una vialidad
importante o que cruce instalaciones de servicios de transporte
urbano, trátese del sistema de transporte colectivo como
metro, metro bus o vialidad primaria, se recomienda que se
considere el procedimiento mediante hincado de tubería. Así
mismo cuando se proyecte usar un diámetro mayor 1.22 m.
Con el propósito de mantener en operación la línea existente
durante la etapa de construcción, se propone construir el
colector de proyecto paralelo al existente y rellenar este último
una vez que se haya hecho la conexión y desvió y entre en
operación el colector construido.
Como resultado de los estudios de evaluación del estado físico
de los colectores, se realizaron anteproyectos de
rehabilitación, que llegaron al detalle incluso de proponer
recomendaciones de procesos constructivos y políticas de
operación, a partir de los cuales el SACMEX está
AMH
desarrollando los correspondientes proyectos ejecutivos de
cada colector incluido en el programa “Agua para el Futuro
CDMX”.
Debe destacarse el carácter histórico que tienen algunos
colectores a modernizarse, como es el caso del Colector 2, que
en su tramo entre Balderas y el Callejón de Santo Tomás,
presenta una sección tipo bóveda de ladrillo rojo junteado con
mortero cemento-arena y dimensiones de 1.78 metros; su
descarga la realiza en el Colector Morazán. Por el trabajo
artesanal del colector en la sección herradura o bóveda,
probablemente su construcción date de la época de los años
cincuenta, es decir su vida útil rebasa los sesenta años. A pesar
del grado de afectación que tiene el colector, no representa un
riesgo potencial de falla inmediata, sin embargo, por
cuestiones de mal funcionamiento hidráulico es necesario que
se programe su rehabilitación. Cabe señalar que al ser
construido con una tecnología hasta cierto punto flexible, ha
absorbido los severos hundimientos regionales característicos
del Valle de México, no obstante, la pérdida de pendiente
hidráulica ha afectado paulatinamente su capacidad de
conducción.
Su inspección permite reconocer el grado de compromiso y
avance tecnológico de sus constructores, lo que deriva en
ratificar la necesidad de mantener un enfoque global en el
diseño de las estructuras y conducciones de drenaje,
proponiendo desde secciones hidráulicas adecuadas al
crecimiento de su servicio, por sanidad y lluvias; materiales
resistentes al ambiente atmosférico interior y medio acuoso, y
la inevitable perdida de pendiente ante el fenómeno de
hundimiento regional, lo que exige la suma de proyectistas,
proveedores de materiales, constructores, supervisores y
personal de mantenimiento, responsables de esta
infraestructura.
Lo que hace necesario observar la Norma Oficial Mexicana
NOM-001-CONAGUA-2011, Sistemas de agua potable, toma
domiciliaria y alcantarillado sanitario -HermeticidadEspecificaciones y métodos de prueba. Que tiene por
objetivos:


Establecer especificaciones mínimas de desempeño para
los productos que integran los sistemas de agua potable,
toma domiciliaria y alcantarillado sanitario, para asegurar
la hermeticidad de éstos a largo plazo.
Establecer las condiciones y métodos de prueba para
asegurar una instalación hermética de los productos que
integran los sistemas de agua potable, toma domiciliaria y
alcantarillado sanitario.
Esta NOM compromete a fabricantes de materiales,
instaladores y constructores, personal de operación y
mantenimiento, y finalmente responsables de la infraestructura
y población, en sumar esfuerzos para garantizar una vida útil
suficiente de los sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial,
además que esta norma es de observancia obligatoria.
Como importantes retos que se presenta al realizar los
proyectos ejecutivos, se tienen: (1) la consideración de la
infraestructura existente, que limita el espacio disponible para
el trazo de los nuevos ductos;
(2) derivado de los
hundimientos, los niveles de inicio y de descarga obligados,
limitan el valor de la pendiente que se le puede dar a los
ductos que se quieren diseñar, acotando la capacidad de
conducción o de desalojo; (3) resolver la necesidad de
desalojar los crecientes caudales pluviales, producto del
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cambio y evolución del uso del suelo, dado que esta
componente es la de diseño principal de un drenaje
combinado; (4) optimizar la selección de materiales y el costo
de inversión debido al proceso constructivo.
Conclusiones
Ante la problemática del funcionamiento de la red primaria, el
SACMEX realizó los estudios de evaluación de colectores en
sus condiciones hidráulicas, físicas y de operación, ubicados
en varias delegaciones de la ciudad, detectando colapsos,
fallas estructurales importantes, erosión en la pared,
principalmente la clave de la tubería, hundimientos y
contrapendientes en ciertos tramos, lo que genera azolve y
disminución de la capacidad hidráulica.
Las alternativas constructivas planteadas para la sustitución de
los colectores existentes, exigen procesos constructivos que
parecen una solución radical y de alto costo; sin embargo las
condiciones físicas de los sitios determinan para la mayoría de
los colectores, el uso del hincado de tubería de concreto, que
por sí mismo tiene sus propias exigencias de: espacio,
pendiente de construcción, diámetros mínimos y máximos,
tipo de tubería y resistencia estructural, lo que también limita
al diseño.
El SACMEX está desarrollando los proyectos ejecutivos de 15
colectores incluidos en el programa “Agua para el Futuro
CDMX”, como resultado de los estudios de evaluación del
estado físico de los colectores, y sus anteproyectos de
rehabilitación.
Es importante considerar un enfoque global en el diseño de las
estructuras y conducciones de drenaje, lo que exige la suma de
proyectistas, constructores, personal de mantenimiento, y
sobre todo proveedores de materiales principalmente tuberías
de concreto resistentes al ambiente atmosférico interior y
medio líquido que se transporta en los conductos.
Sobre el contexto de la vida útil del material de los colectores,
se hace la aportación sobre la experiencia de los autores de
dictaminar el origen de la falla por colapso de una Tubería de
Concreto Reforzado de 1.52 m de diámetro, encontrando un
fenómeno de consumo acelerado del concreto.
El consumo acelerado de las paredes superiores de la tubería
de concreto, es debido a la evidente y clara presencia de un
medio atmosférico de gas o vapores de ácido sulfúrico, que es
capaz de consumir las paredes de la tubería de concreto
reforzado a un ritmo de 1 cm/año, dañado o eliminado incluso
el repellado de los pozos de visita; motivado por un medio
acuoso del agua residual en plena digestión anaeróbica, falto
de oxígeno, de luz de sol, alta temperatura y considerables
tiempos de permanencia en el conducto; cabe mencionar que
el medio de agua puede no ser agresivo a la tubería de
concreto.
Observando los resultados relacionados con el deterioro y
colapso de las tuberías, se puede asegurar que uno de los
principales motivos que la provocan, es que su fabricación no
cumple con el Reglamento de Construcciones del Distrito
Federal, en el que se estipula que las características para la los
concretos utilizados en obras hidráulicas deben cumplir con
tener una resistencia mínima de 350 kg/cm²; ser resistente a
los sulfatos y contar con un recubrimiento del acero de
refuerzo mínimo de 7 cm tanto al interior como al exterior de
las estructuras, por lo que es necesario que esta
reglamentación sea impuesta como obligatoria en todo
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conducto utilizado para el desalojo de aguas residuales y de
lluvia, con el fin de lograr que el deterioro de pozos caja de
visita, estructuras de control, cajas derivadoras, cajas de
conexión, cajas de descarga, etc,, sea el mismo que se presente
en las tuberías utilizadas en la propia red, y con ello evitar que
algunos tramos de tuberías se colapsen o deterioren antes que
el resto de las estructuras, igualando así, su vida útil, y
disminuyendo los costos por reparación y mantenimiento.
Es importante llevar a cabo con la periodicidad recomendada,
las acciones descritas dentro del programa de inspección
preventiva a colectores, observando la evolución de niveles de
plantilla mediante topografía, video inspecciones al interior
del conducto, aforo, revisión de la calidad del agua, monitoreo
de testigos de desgaste del concreto y el desazolve continuo de
la conducción, con la intención de programar mantenimientos
predictivos, preventivos y correctivos.
La inclusión de los 15 colectores mencionados en el programa
“Agua para el Futuro CDMX”, beneficiará a más de 500 mil
habitantes, de las Delegaciones Benito Juárez, Azcapotzalco,
Venustiano Carranza, Cuauhtémoc, Tlalpan y Coyoacán,
elevando los niveles de seguridad y saneamiento de una
importante área de la Ciudad de México.
Finalmente EL Jefe del Gobierno Capitalino, anunció el 24 de
marzo 2014, la construcción de nuevas obras de drenaje en
quince colonias catalogadas con algún tipo de riesgo y que
están en las demarcaciones de las delegaciones mencionadas,
como una meta al 2018.
Con el desarrollo e implementación de este tipo de acciones,
el SACMEX aporta de manera importante a la sustentabilidad
hídrica de la Cuenca del Valle de México, otorgando
seguridad en el servicio de drenaje de la ciudad, protegiendo
así, a las personas y el patrimonio de los habitantes de la
Ciudad de México.
Referencias
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Concr. Inst. Committee 515, USA.1966.
ACI. Durability of Concrete in Service. Am. Concr. Inst.
Committee 201. USA. 1971.
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Potable Alcantarillado y Saneamiento (MAPAS), México.
2009
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al Concreto, ACI, Capítulo Peruano sobre Corrosión en
Estructuras de Concreto”, Perú. 1991
ONNCE. Norma Mexicana NMX-C-402-Onncce-2011
Industria de la Construcción - Tubos De Concreto Reforzado
Con Junta Hermética para Alcantarillado Sanitario y Drenaje
Pluvial - Especificaciones y Métodos de Ensayo. SECOFI,
DGN, México. 2011.
LEAL, G. CABRERA, M. PEÑA, C. GUTIÉRREZ, A.
Deterioro Acelerado De Emisores Y Colectores En México.
XXVI Congreso Latinoamericano de Hidráulica, ALHSUDSOCHID. Chile. 2014
SISTEMA DE AGUAS DE LA CIUDAD DE MÉXICO.
Proyecto Ejecutivo De Evaluación De Colectores En Sus
Condiciones Hidráulicas, Así Como Sus Condiciones De
Operación Y Azolve Que Disminuye Su Capacidad De
AMH
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PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014
Conducción, Varias Delegaciones. Tomos I al V. México.
2013
SOTELO, GILBERTO. Hidráulica de Canales. F.I. UNAM,
D.F., México. 2009.
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