1. Ingeniería

XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L
AMH
DE
H I D R Á U LI C A
PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014
AMH
EMBOVEDAMIENTO DEL BRAZO MUERTO DEL RÍO DE LOS REMEDIOS
Carmona Paredes Rafael B.1, Leal Báez Guillermo2, Cabrera Delgadillo Manuel2 y
Peña Pedroza Tomás Ch.2
1
Comisión Nacional del Agua. Avenida Insurgentes Sur 1228, Col. Tlacoquemecatl del Valle, Del. Benito Juárez,
México D.F., México. C.P. 03200
2
Inesproc, S.A. de C.V. Calle 1857 No. 26, Col. El Parque, Del. Venustiano Carranza, México D.F.,
México. C.P. 15960
1
[email protected], [email protected]
Introducción
El Río de los Remedios es uno de los principales cauces que
drenan y conducen los escurrimientos desde la sierra del
poniente del Valle de México hacia la zona Oriente donde se
encuentra el Vaso del Lago de Texcoco. El cauce inicia en el
Vaso de Regulación “El Cristo” y termina en el “Dren General
del Valle”, tiene una longitud aproximada de 21 km y en su
recorrido cruza zonas densamente pobladas del Distrito
Federal, en la Delegación Gustavo A. Madero, y del Estado de
México, en los municipios de Tlalnepantla, Ecatepec y
Nezahualcóyotl. Del total de su longitud aproximadamente 4.1
km se encuentran en el Distrito Federal y el resto en el Estado
de México.
A lo largo de su desarrollo, el cauce recibe las aportaciones de
los Ríos Hondo, Tlalnepantla y San Javier que no son
derivadas al Emisor del Poniente ni al Emisor Central,
llevándolas hasta la confluencia con el Gran Canal del
Desagüe sitio donde inicia un último tramo, prácticamente sin
pendiente, que termina en el Dren General del Valle, Tramo
denominada Brazo Muerto del Río de Los Remedios (BMRR).
Para efectos del presente trabajo, se considera como zona de
estudio este último tramo cuya longitud es de
aproximadamente 7 km.
Durante la temporada de estiaje el Río de Los Remedios en la
zona de estudio, desaloja las aguas residuales que descargan
las Plantas de Bombeo San Felipe de Jesús, PB 9, PB 10 y
Plaza de Las Tres Culturas. Durante la temporada de lluvias
además de las descargas de las plantas antes mencionadas,
recibe también las aportaciones que ingresan al cauce
producto de los escurrimientos que confluyen en la
intersección del Gran Canal del Desagüe con el propio Río de
Los Remedios al final de su tramo comprendido entre el Vaso
el Cristo y Gran Canal.
Por otra parte en diversos puntos, su zona federal ha sido
invadida y el cauce de este río ha sido alterado por el azolve y
las enormes cantidades de desechos sólidos que le depositan,
lo que sin duda, ha propiciado la disminución de su capacidad
de conducción. Aunado a lo anterior, el hundimiento regional
de la zona provoca que cada día sea más difícil drenar las
aportaciones que recibe, ya que las Curvas de Igual Velocidad
de Hundimiento Anual (para el Valle de México), registran los
valores más altos hacia la zona donde se encuentra la
Lumbrera 4 del Túnel Interceptor Río de Los Remedios
(TIRR), es decir, cerca de su confluencia con el Dren General
del Valle, lo que implica que para dirigir el escurrimiento
hacia su descarga en el Gran Canal del Desagüe, se requiere
que el conducto cuente con elevaciones del agua altas,
trayendo como consecuencia el estancamiento de las aguas
residuales y un tiempo de tránsito largo que ocasiona
reacciones anaerobias y desprendimiento de metano y dióxido
de carbono, que además de ser Gases de Efecto Invernadero
(GEI), provocan molestias a la población avecindada en sus
márgenes, representando también un alto riesgo para la salud
de los habitantes.
Por sus condiciones físicas actuales, en la zona de estudio, el
Río de Los Remedios prácticamente funciona como un
elemento regulador, ya que al no existir descarga hacia el Dren
General del Valle, el funcionamiento hidráulico de este tramo
depende de la operación que se ejecute en la Obra de Toma
del Gran Canal (que descarga hacia el Interceptor Oriente); de
las captaciones hacia el TIRR (que conduce las aguas hacia el
primer tramo del TEO); y de la Planta de Bombeo Gran Canal
11+600 (que traspalea el caudal para dirigirlo hacia la Planta
de Bombeo Gran Canal 18+600).
Considerando las experiencias de cauces como el Río
Churubusco, Río Becerra, Río Piedad, Río Consulado, Gran
Canal del Desagüe, que al ser entubados, sirvieron para
circunscribir vialidades que en lo futuro resultaron
importantes para la comunicación vehicular de los capitalinos,
se induce la posibilidad de que a este cauce le suceda lo
mismo en el futuro, por lo que en el presente documento
independientemente de analizar y proponer geometrías que
resuelvan una condición de regulación para el sistema
superficial de drenaje de la Zona Metropolitana del Valle de
México (ZMVM), también se considera sanear la zona,
discutiendo el diseño de un conducto que puede ser utilizado
solo para conducir aguas residuales.
Es importante mencionar que en el desarrollo del presente
trabajo, se consideran las condiciones de operación asociadas
a la época de estiaje y a la temporada de lluvias, que son
necesarias para cumplir con el funcionamiento general del
Sistema Principal de Drenaje de la ZMVM, ya que durante el
estiaje, forzosamente el agua debe ser conducida por la
superficie con el fin de sacar de operación el TIRR y así, estar
en condiciones de darle el correspondiente mantenimiento
preventivo y/o correctivo, mientras que en lluvias, el conducto
puede regular o conducir ciertos volúmenes de agua cuyos
valores dependen de la condición analizada.
Es innegable que durante la temporada de lluvias de cada año,
se mantiene latente el peligro de desbordamientos de sus
márgenes, que pueden provocar inundaciones principalmente
en los municipios de Ecatepec y Nezahualcóyotl, como los
ocurridos el 4 de febrero de 2010 y el 30 de junio de 2011. Por
esta razón el presente trabajo busca proponer un conducto que
cuente con la geometría y estructuras hidráulicas necesarias
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que disminuyan los riesgos de desbordamiento y mejore las
condiciones ambientales de la zona.
De esta manera se presentan diferentes soluciones
conceptuales, que varían entre conservar el funcionamiento
hidráulico actual (conducción y regulación de escurrimientos),
y cambiar completamente el funcionamiento del cauce a través
de la propuesta de un conducto para conducir solamente aguas
residuales.
Resulta importante mencionar que en el presente trabajo solo
se analizan y presentan propuestas de solución, en virtud que a
la fecha, los trabajos de ingeniería básica y los de detalle se
encuentran en ejecución.
Objetivo
Plantear, analizar y discutir, sobre las alternativas de solución
para el saneamiento del Río de Los Remedios en su tramo del
Gran Canal del Desagüe al Dren General del Valle, mediante
las cuales se cumplan con distintas condiciones de
funcionamiento hidráulico, atendiendo las condiciones de
operación generales del Sistema de Drenaje de la ZMVM.
Antecedentes
La Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) a través de la
Gerencia de Ingeniería de la Coordinación General de
Proyectos Especiales de Abastecimiento y Saneamiento
(CGPEAyS), es la responsable de la ejecución del Proyecto
Ejecutivo del Embovedamiento del Río de los Remedios, en el
tramo comprendido entre el Gran Canal y el Dren General del
Valle, mediante el apoyo financiero del Comité Técnico del
Fideicomiso “Fondo para el Financiamiento de Estudios para
Proyectos de Infraestructura (FEPI)” y tiene el objetivo de
contribuir a mejorar el sistema de desalojo y regulación de
aguas residuales de la zona oriente del Valle de México,
coadyuvando al saneamiento ambiental ocasionado por el
almacenamiento de agua residual y la concentración de
desechos sólidos en ese tramo.
El presente artículo describe el análisis y estudio hidráulico
alcanzado a la fecha de elaboración de este documento,
comunicando los retos que enfrenta la ejecución de esta
estratégica obra que permitirá cumplir con la línea de acción
del Objetivo 4.4 y estrategia 4.4.2 del Plan Nacional de
Desarrollo 2013-2018, que a la letra dice: “Incrementar la
cobertura y mejorar la calidad de los servicios de agua
potable, alcantarillado y saneamiento”.
Asimismo, en la Estrategia Nacional de Cambio Climático, se
establece la necesidad de “Contar con políticas y acciones
climáticas transversales, articuladas, coordinadas e incluyentes
y alinear la planeación y las políticas de desarrollo urbano,
suelo, edificaciones sustentables, vivienda, energía, transporte,
movilidad, áreas verdes, costas, gestión integral de residuos y
agua para reducir la huella de carbono de los centros de
población”.
Por lo que con el desarrollo de este trabajo, se atiende la
necesidad urgente de saneamiento de la zona, y se cumplen
también los objetivos antes citados.
Desarrollo
Desde el inicio de la operación del Sistema de Drenaje
Profundo en el año 1975, la política de operación general para
AMH
el desalojo de las aguas de la ZMVM, se basó en desalojar los
escurrimientos de la época de estiaje mediante el sistema
superficial que en un principio estaba conformado por el Gran
Canal del Desagüe y el Emisor del Poniente, mientras que
durante la temporada de lluvias, el desalojo de las aguas se
planteó realizarlo por el Túnel Emisor Central con la
flexibilidad que para ciertos eventos, también se utilizara
como apoyo el sistema superficial. Con esta política era
posible durante el estiaje, darle mantenimiento preventivo y/o
correctivo a los túneles que conformaban hasta ese momento
el sistema profundo.
Con el paso del tiempo y debido al hundimiento regional de la
ciudad, el sistema superficial fue perdiendo su capacidad de
conducción y desalojo, hasta el grado que el Sistema de
Drenaje Profundo se convirtió en el elemento principal de
drenaje de las aguas en época de estiaje, lo cual significó que
durante casi 10 años, se dejara de dar mantenimiento a los
túneles de sistema profundo. Esta situación derivó en el diseño
y construcción de diferentes estructuras hidráulicas con las
cuales se hizo posible por una parte; aumentar la capacidad de
desalojo del Gran Canal del Desagüe; y por otra, mejorar el
funcionamiento hidráulico del sistema superficial en su
conjunto, recuperando así, la capacidad de desalojo de las
aguas en el sistema superficial, lo que permitió sacar de
operación los túneles y con ello, posibilitar su revisión y las
labores de mantenimiento. De esta manera se construyó en el
año 2000 la Planta de Bombeo Gran Canal 18+600 y en los
años posteriores las Plantas de Bombeo Vaso del Cristo, Gran
Canal 11+600, Canal de Sales y Casa Colorada Superficial.
Con la construcción de estas importantes obras, se recuperó la
política de operación implementada al inicio de la operación
del drenaje profundo, no obstante, los hundimientos regionales
siguen afectando de manera continua el sistema y aun con las
obras antes descritas, día con día se pierde la capacidad de
desalojo. Una posibilidad para mantener operando
correctamente el sistema superficial, es incrementar el número
de plantas de bombeo para el traspaleo de las aguas, sin
embargo, esta solución representa costos muy elevados por la
construcción, operación y mantenimiento de las mismas, de
esta manera, la tendencia a futuro, es manejar el desalojo de
las aguas residuales a través del sistema profundo, lo que
representaría sacar de operación las plantas de bombeo y con
ello, lograr un importante ahorro en el consumo de energía, y
costos de operación y mantenimiento.
Lo antes descrito será posible una vez que el Túnel Emisor
Oriente (TEO), esté concluido y así, alternar las descargas de
la cuenca a través de utilizar en un periodo de estiaje el
Emisor Central y en el siguiente año el TEO.
En el caso que nos ocupa y debido a que el TEO a la fecha no
está concluido, es necesario que la política de operación para
el embovedamiento del Río de Los Remedios, siga los
lineamientos de la actual condición de operación, es decir, que
durante el estiaje las descargas de las Plantas de Bombeo San
Felipe de Jesús, PB 9, PB 10 y PB Plaza de las Tres Culturas
se sigan manejando de manera superficial, mientras que en la
temporada de lluvias las descargas se realicen al TIRR
mediante las captaciones existentes a sus lumbreras 3, 4 y 5.
De esta manera el presente trabajo se compone de dos análisis
diferentes, el primero denominado Análisis en Estiaje y el
segundo Análisis en Temporada de Lluvias.
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Consideraciones Especiales
Los 7 km planteados a resolver del Brazo Muerto del Rio de
los Remedios (BMRR), presentan una problemática particular,
ya que enfrenta desde secciones irregulares; pendiente natural
que va de Poniente a Oriente; hundimientos regionales a favor
de la pendiente y diversa infraestructura tanto hidráulica como
de Puentes Vehiculares. Cabe aclarar que la descarga actual
del BMRR es hacia el Gran Canal, por lo que la pendiente
natural y los hundimientos mencionados, afectan el adecuado
funcionamiento hidráulico del conducto.
Poniente a Oriente, van desde los 20 a 28 cm anuales, con un
importante incremento de hasta 30 cm/año en la zona
alrededor del Cruce del BMRR y la Av. Central Carlos Hank
Gonzalez; resaltando en este lugar la ubicación de la Estación
Rio de los Remedios de la Línea B del Metro de la Cd. de
México y la Lumbrera 4 del TIRR. Ver Figura 1.
Refiriéndose a la estructura de Puentes, éstos asientan sus
estribos y cimentaciones justo en los bordos de las márgenes
del BMRR y en muchos casos reducen el área hidráulica. En
el tramo comprendido entre el Gran Canal al Dren General del
Valle se localizan los siguientes puentes:
1.- Cruce Puente Refugio Vilchis (2 Puentes Vehiculares).
Respecto a la infraestructura hidráulica existente en las
inmediaciones al BMRR, resalta que el TIRR en su recorrido
paralelo al BMRR y en sentido Poniente a Oriente, cuenta con
las siguientes estructuras:
1.- Lumbrera 2 del TIRR, donde inicia el TEO, estructura
también conocida como Lumbrera 0 (cero) del TEO
2.- Lumbrera 3 del TIRR o Captación 12 al TIRR, la cual es
una descarga del cauce del BMRR directamente al TIRR
Análisis en Estiaje
Actualmente el BMRR es el dren por el cual se le da salida a
las descargas sanitarias y pluviales de la zona Norte de
Netzahualcóyotl mediante la operación de las Plantas de
Bombeo San Felipe de Jesús, PB 9 y Plaza de las Tres
Culturas, y en la parte Sur de Ecatepec, mediante la Planta de
Bombeo 10, ver Figura 2.
3.- Lumbrera 4 del TIRR o Captación 11 al TIRR
Respecto de la infraestructura hidráulica que infiere
directamente en la operación del BMRR, se tienen las
descargas de las:
1.- PB San Felipe de Jesús
2.- PB 9
3.- PB 10; y
4.-. P.B. Plaza de las Tres Culturas.
Infraestructura que se considera para los análisis hidráulicos,
incluidos en el presente trabajo.
Es importante resaltar el fenómeno de hundimiento regional
que incide sobre la infraestructura superficial y directamente
al BMRR. Al respecto el Sistema de Aguas de la Ciudad de
México (SACMEX), cuenta con un registro de bancos de nivel
que data de 1992 al 2005, de donde se obtuvieron Curvas de
Igual Velocidad de Hundimiento Anual. Destaca que las
velocidades de hundimiento que se presentan en el sentido
CA
RIO
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5.- Lumbrera 6, P.B. Casa Colorada Profunda, que también
recibe escurrimientos del Dren General Del Valle y de la
Laguna de Regulación Casa Colorada.
NA
4.- Lumbrera 5 del TIRR o Captación 8 al TIRR; y
P.B.
G.C. KM 11+600
P.B.
SAN FELIPE
DE JESÚS
CIRCUITO EXTERIOR
MEXIQUENSE
8.- Cruce Puente Circuito Exterior Mexiquense (Puente
Vehicular).
RIO
RE DE LO
ME
DIO S
S
DREN GENERAL DEL
VALLE
7.- Cruce Puente Periférico (Puente Vehicular).
Para el análisis del funcionamiento del BMRR, se utilizó el
Software de simulación Modelling Of Urban Sewer
(MOUSE), desarrollado por el Danish Hydraulic Institute
(DHI), siendo un paquete de software profesional de
ingeniería muy útil para la simulación de la escorrentía
superficial y en conductos cerrados.
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ZAL
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6.- Cruce Puente C. Josefa Ortiz de Domínguez (Puente
Peatonal).
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5.- Cruce Puente Av. Central Carlos Hank Gonzalez (Puentes
Vehiculares, Ferrocarril y Línea del Metro).
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4.- Cruce Puente Av. Valle se Santiago (Puentes Vehicular).
Estos hundimientos pueden incidir favorablemente en la
solución buscada, si el sentido del escurrimiento del BMRR se
considera de Poniente a Oriente, a diferencia de la mayoría de
la infraestructura hidráulica de la Capital que lucha en contra
de este fenómeno.
AV
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3.- Cruce Puente C. Puebla (2 Puentes Peatonales).
Figura 1. Hundimiento promedio anual.
LD
EL
DE
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GÜ
E
2.- Cruce Puente C. Tamazula (2 Puentes Peatonales).
P.B. 10
P.B. 9
S
RIO DE LO
REMEDIOS
P.B.
PLAZA DE LAS
TRES CULTURAS
Figura 2. Ubicación de Plantas de Bombeo al BMRR.
En este análisis el embovedamiento del BMRR se plantea para
que desaloje las aguas residuales y permita que se realice el
mantenimiento del TIRR y en general del Sistema de Drenaje
Profundo.
En atención al saneamiento de la zona vecina al BMRR se
considera en el análisis, una estructura hidráulica de sección
cerrada que conduzca las aguas servidas provenientes de las
plantas de bombeo antes citadas.
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Conceptualmente se proponen tres alternativas principales de
operación de la estructura cerrada o embovedada del BMRR
en estiaje, siendo:
Con inicio en la PB de la Plaza de las Tres Culturas y
trazo en sentido de Oriente a Poniente hasta llegar a la
confluencia con el Gran Canal, para en este sitio cambiar
su trazo en sentido Sur a Norte descargando en la Planta
de Bombeo 11+600 de Gran Canal. Ver Figura 3.
CA
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DREN GENERAL DEL
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SAN FELIPE
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1.
P.B. 10
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RIO DE LO
REMEDIOS
P.B.
PLAZA DE LAS
TRES CULTURAS
Figura 3. Propuesta Alternativa 1, Estiaje.
Inicio del conducto en la PB Plaza de las Tres Culturas
con trazo igualmente por el cauce del BMRR y descarga
en la confluencia con el Gran Canal. Ver Figura 4.
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P.B.
PROPUESTA
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2.
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PLAZA DE LAS
TRES CULTURAS
H I D R Á U LI C A
DREN GENERAL DEL
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SAN FELIPE
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P.B. 10
P.B. 9
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REMEDIOS
P.B.
PLAZA DE LAS
TRES CULTURAS
P.B.
PROPUESTA
Figura 5. Propuesta Alternativa 3, Estiaje.
En Temporada de Lluvias el desalojo de las aguas pluviales se
considera realizarlo a través de las Captaciones existentes al
TIRR de cada Planta de Bombeo, por lo que el conducto de
estiaje no requiere considerar un caudal de lluvias para su
dimensionamiento.
Para la alternativa 1 de estiaje, se debe establecer una
pendiente para el conducto en contra sentido a la que se tiene
naturalmente (favorecida por los hundimientos regionales de
la zona), y estará limitada por: el nivel o elevación de plantilla
del cauce justamente en el sitio de descarga de la PB Plaza de
las Tres Culturas; la estructura de cruce del BMRR con el
Metro y la Avenida Central; 6 puentes vehiculares; 1 puente
de ferrocarril; y finalmente por el valor de elevación de la
succión mínima requerida por lo equipos de bombeo
instalados en la PB 11+600.
La alternativa 2, sigue el trazo y mantiene una contrapendiente
similar a la alternativa 1, resolviendo el desnivel entre la PB
Plaza de las Tres Culturas y el Gran Canal, evitando así el
nivel de plantilla que restringe la pendiente que se le puede
dar al conducto, debido al Puente Vehicular que se ubica
aguas arriba de la PB 11+600, lo que implica cruzar solo 5
puentes vehiculares, traduciéndose esto en una opción más
económica a la alternativa 1. En este punto podría ser
necesaria la construcción de una planta de Bombeo en la
descarga del conducto estudiado, ya que al ligarlo con el Gran
Canal, es posible que cuando éste último cuente con niveles
altos para provocar el escurrimiento hacia la PB 11+600, el
agua reconozca hacia el embovedamiento e impida la libre
descarga del caudal conducido.
El planteamiento de la alternativa 3, aprovecha la pendiente
natural y en favor de los hundimientos regionales que se
tienen en la zona, toma en cuenta el punto más alto del cauce
que se ubica en las inmediaciones de la PB San Felipe de
Jesús, y con ayuda de una Planta de Bombeo descarga hacia el
Dren General Del Valle, lo que permite salvar el dique
existente que impide el Ingreso del flujo del DGV al BMRR.
Para revisar el funcionamiento hidráulico de las alternativas
planteadas se consideraron los siguientes gastos de aguas
residuales:
- PB 10; 0.360
Con inicio en la PB San Felipe de Jesús y en sentido de
Poniente a Oriente con descarga al Dren General Del
Valle (DGV) mediante una Planta de Bombeo de
Proyecto. Ver Figura 5.
P.B.
G.C. KM 11+600
AMH
- P.B. Plaza de las Tres Culturas, 0.366
Figura 4. Propuesta Alternativa 2, Estiaje.
3.
DE
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- PB 9, 0.541
- PB San Felipe de Jesús, 0.418
La suma resulta en un caudal medio de 1.685
el cual
afectado por un factor de variación diaria se estima tener un
gasto de diseño de 2.528
, que se pueden resolver con un
cajón de dimensiones de 4.0 m de base x 2.0 m de alto o una
sección de 2.5 m x 2.5 m. Las dimensiones dependerán de los
trabajos de ingeniería básica de topografía.
Independientemente de la sección final del cajón que se
obtenga se debe considerar para las alternativas 1 y 2, evitar el
ingreso de los caudales pluviales al conducto de estiaje, por lo
que se deberá implementar una compuerta en la descarga para
impedir el flujo que pudiera mantener lleno el conducto sin
posibilidad de vaciarse, dejando ver la probabilidad de que en
estiaje los niveles del Gran Canal impidan una descarga
eficiente, situación que derivará en una solución
conceptualmente distinta, y como se comentó quizá la
implementación de una planta de bombeo. La alternativa 3
tiene el inconveniente de requerir forzosamente la
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La segunda posibilidad de funcionamiento hidráulico, se
refiere a utilizar el BMRR para conseguir conducir las aguas
de lluvia que en un momento dado puedan descargar las
Plantas de Bombeo localizadas en su trazo, pero sobretodo, ser
empleado para apoyar la regulación de los escurrimientos de
lluvia que provienen de las zonas Centro y Poniente de la
ciudad, para ello, es necesario pensar en maximizar la sección
hidráulica y diseñar el conducto de tal manera que éste pueda
ser vaciado en su totalidad en un tiempo corto, permitiendo
que se encuentre con la capacidad total de almacenamiento
para recibir la tormenta del día siguiente.
Con el fin de saber antes de contar con la topografía actual, si
la condición de regulación planteada es posible llevarla a
cabo, se utilizó en el armado del modelo matemático
topografía levantada en años anteriores, sin embargo, es
suficiente para tener un diagnóstico confiable y conocer si la
operación es correcta o definitivamente resulta improcedente
pensar en llenar y vaciar el conducto en un ciclo de 24 horas.
Por otra parte analizando las Curvas de Igual Velocidad de
Hundimiento Anual, se observó que para facilitar el vaciado
del conducto y aprovechar la evolución de los hundimientos
regionales, se propone que la pendiente de éste sea compuesta,
es decir, seccionar por tramos el conducto para que con mayor
facilidad reconozca hacia la descarga más próxima, evitando
así, que la pendiente de conducto tenga que ser muy grande
para lograr que el agua que se almacenará en las
Del tramo de Gran Canal a la L3 del TIRR la pendiente es en
dirección Poniente a Oriente
Del tramo de la L3 a la L4, la pendiente se determina de igual
manera de Poniente a Oriente
Del tramo de la L4 a la L5, la pendiente cambia de sentido, es
decir, de Oriente a Poniente
Del tramo de la L5 al DGV a la pendiente es de Oriente a
Poniente.
Z)
P.B.
G.C. KM 11+600
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Lo anterior atiende claramente a que la zona que se hunde con
mayor velocidad (de acuerdo con los registros), es
precisamente en las inmediaciones de la L4 del TIRR. Ver
Figura 6.
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Obviamente la primera posibilidad requiere de realizar un
análisis integral del funcionamiento del sistema de drenaje de
ZMVM, ya que al perder la capacidad de almacenamiento que
actualmente tiene el BMRR, ese volumen de agua debe
dirigirse hacia otros conductos, los cuales van a cambiar su
funcionamiento hidráulico y es probable que alguno de ellos
refleje niveles del agua que comprometan su adecuado
desempeño, sin embargo, para los efectos del presente trabajo,
este análisis no se presenta por estar fuera de los alcances del
mismo.
Por lo anterior para facilitar el escurrimiento del agua hacia las
propuestas nuevas captaciones, se determinó que lo más
apropiado es diseñar la pendiente del conducto de la siguiente
manera:
DE
Para el análisis en la Temporada de Lluvias, existen dos
posibilidades para la solución del funcionamiento del BMRR,
la primera; es cerrar el cauce en la intersección del Gran Canal
con el Río de Los Remedios y derivar todas las aportaciones
de las plantas de bombeo de Ecatepec y Nezahualcoyotl hacia
sus correspondientes captaciones al TIRR, por lo cual el
conducto no tendría la necesidad de ser diseñado para
conducir agua de lluvia, lo que implicaría que el diseño se
basara solo en la solución de la conducción y desalojo de las
aguas residuales de la Época de Estiaje y la segunda;
corresponde a buscar una geometría del conducto que permita
en algún momento recibir las descargas de las plantas de
bombeo de Ecatepec y Nezahualcoyotl, (cuando el TIRR se
encuentre comprometido), pero principalmente apoyar la
regulación de los escurrimientos que generan las aportaciones
del Poniente de la ciudad a través del Río de Los Remedios y
de los caudales que conduce el Cajón del Gran Canal hacia la
PB 11+600.
De esta manera se propone en los análisis realizados, que
existan nuevas captaciones que deriven los caudales del
interior del BMRR a las Lumbreras 4 y 5 del TIRR.
DE
L
Análisis en Temporada de Lluvias
inmediaciones de la confluencia con el DGV deba recorrer del
orden de 5 km para ser descargada en la Captación de la
Lumbrera 3 de TIRR.
CA
NA
L
construcción, operación y mantenimiento de una planta de
bombeo con capacidad de 2
más el respaldo
correspondiente, pero con la ventaja de no ir contra el
hundimiento regional, lo que disminuiría la pérdida de
capacidad de conducción en el corto plazo.
GR
AN
AMH
L-5 TIRR
Figura 6. Propuesta de Pendientes en el Conducto de Estudio.
En el armado del modelo de simulación matemática y de
acuerdo con las políticas de operación, se considera lo
siguiente:
a)
b)
c)
En operación el Túnel Emisor Oriente (TEO) hasta la
Planta de Bombeo El Caracol, donde se bombean las
aguas al Gran Canal;
El Túnel Interceptor del Rio de los Remedios (TIRR)
opera desde la Lumbrera 7 del Interceptor Oriente (IO)
sin el Tapón que hoy obstruye el flujo del IO al TIRR; y
La implementación de
nuevas captaciones del
embovedamiento del BMRR al TIRR, en las Lumbreras 4
y 5.
Se realizaron 6 simulaciones de las condiciones probables de
funcionamiento del BMRR, bajo dos opciones de operación,
siendo:
1.
Operación 1. Llenado del BMRR por el Gran Canal con
seccionamiento y vaciando al TIRR. Se considera la
implementación de un seccionamiento ubicado al inicio
del embovedamiento del BMRR que permanece abierto
durante la tormenta, mientras las compuertas hacia las
captaciones del TIRR se mantienen cerradas, procurando
de esta forma un almacenamiento. Doce horas después
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2.
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DE
H I D R Á U LI C A
del inicio de lluvia, se cierra el seccionamiento ubicado al
inicio del embovedamiento mientras se abren las
compuertas que controlan el ingreso de agua a las
captaciones del TIRR, consiguiendo de esta manera;
captar el mayor volumen; vaciar el embovedamiento en
ese periodo de tiempo; y estar en condiciones de recibir
la siguiente tormenta.
Operación 2. Llenado del BMRR por el Gran Canal sin
seccionamiento y vaciando al TIRR. El cauce del BMRR
permanece abierto para el ingreso y retorno de las aguas
al Gran Canal, doce horas después del inicio de la
tormenta, se abren las compuertas dirigidas hacia las
captaciones del TIRR, y doce horas después se vuelven a
cerrar.
como H-2 corresponde a la ubicación del Hidrograma de
tránsito para el Gran Canal, el caudal del Rio de los Remedios
proveniente de las cuencas del Poniente de la ciudad, se indica
como H-3 y finalmente se ubica el Hidrograma transitado a la
salida del Cajón del Gran Canal indicado como H-4.
[m]
RR-15-15.PRF
Standard - RR-10-10.PRF
2157150.0
2157100.0
2157050.0
2157000.0
2156950.0
2156900.0
2156850.0
2156800.0
H-3
2156750.0
2156700.0
H-2
2156650.0
2156600.0
2156550.0
2156500.0
H-1
2156450.0
2156400.0
2156350.0
H-4
2156300.0
Cada una de estas condiciones de operación, establece la
forma de ingreso de las aguas al BMRR. Para evaluar los
caudales de vaciado se implementó la operación de las
Lumbreras 3, 4 y 5 del TIRR, considerando la combinación de
gastos siguientes:
A.
B.
C.
-
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PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014
Condición Vaciado
Lumbrera 3 del TIRR, gasto limitado a 30
Lumbrera 4 del TIRR, gasto limitado a 10
Lumbrera 5 del TIRR, gasto limitado a 10
Condición Vaciado
Lumbrera 3 del TIRR, gasto limitado a 30
Lumbrera 4 del TIRR, gasto limitado a 12
Lumbrera 5 del TIRR, gasto limitado a 12
Condición Vaciado
Lumbrera 3 del TIRR, gasto limitado a 30
Lumbrera 4 del TIRR, gasto limitado a 15
Lumbrera 5 del TIRR, gasto limitado a 15
El grupo de Simulaciones correspondiente a la opción de
Operación 1 y Condiciones de Vaciado A, B y C, arrojan que
las combinaciones 1A y 1B, muestran una insuficiencia en la
capacidad de la descarga de las Lumbreras 4 y 5, puesto que
sus respectivos Hidrogramas revelan una operación de gasto
constante de 10
y 12
por más de 2 horas;
mientras que, para el gasto de 15
solo se mantiene en
operación como máximo un tiempo menor a los 30 minutos.
La operación de la Lumbrera 3 considerando las Condiciones
de Vaciado A, B y C, es con un gasto máximo de 16.24
,
valor que no alcanza la capacidad real con que cuenta la
estructura, ya que está construida para un gasto máximo de 30
.
2156250.0
2156200.0
2156150.0
2156100.0
2156050.0
2156000.0
2155950.0
2155900.0
2155850.0
490900.0
491000.0
491100.0
491200.0
491300.0
491400.0
491500.0
491600.0
491700.0
491800.0
491900.0
492000.0
492100.0
492200.0
492300.0
492400.0
492500.0
492600.0
492700.0
492800.0
492900.0
[m]
Figura 7. Ubicación de Hidrogramas, confluencia Gran Canal-Río
de los Remedios.
En el armado del modelo de simulación para determinar cómo
es el sentido del escurrimiento en los conductos, para el
Hidrograma H-1 correspondiente al caudal transitado en el
ingreso al BMRR, se tiene un sentido positivo al proponerse
su escurrimiento de Oriente a Poniente y con dirección al Gran
Canal; el Hidrograma H-2 que corresponde al caudal
transitado en el Gran Canal tiene un valor positivo al escurrir
en sentido Sur a Norte en dirección a la Planta de Bombeo
11+600; el H-3 que corresponde al Rio de los Remedios
tendrá valores positivos al aportar gasto a la intersección
estudiada, mismo concepto usado en el H-4 del Cajón del
Gran Canal por aportar flujo a la confluencia.
Los Hidrogramas resultantes en la concurrencia del Brazo
Muerto del Rio de los Remedios, Gran Canal, Rio de los
Remedios y Cajón Gran Canal, se muestran en la Figura 8.
[m3/s]
DISCHARGE BRANCHES
BM52 -- BM0 26.29
9+667 -- 9+700 16.61
RI15439 -- RI15489 22.79
9+351 -- 9+483 33.05
Time Series DISCHARGE BRANCHES
22.82
22.74
22.8206
22.0
H-2
20.0
22.7480
H-4
18.0
16.0
H-3
14.0
12.77
12.7729
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
Estos resultados fijan las capacidades de gasto de vaciado de
las Lumbreras 3 de 30
; Lumbrera 4 de 15
y
Lumbrera 5 de 15
.
Las simulaciones correspondientes a las opción de Operación
2, con las Condiciones de Vaciado A y B, permiten confirmar
los valores de gasto de vaciado.
2.74
2.0
2.7475
0.0
-2.0
-4.0
-7.67
-8.01
-8.0135
-6.0
-7.6719
-8.0
-10.0
-13.62
-13.6259
-12.0
H-1
-14.0
Se describen a continuación los resultados de la Operación 2
Condición de Vaciado C, que corresponde al BMRR abierto
para el ingreso y retorno de las aguas al Gran Canal y
captando al TIRR, con gasto de vaciado en las Lumbreras 3 de
máximo 30
; Lumbrera 4 con un máximo de 15
y
Lumbrera 5 de 15
.
Se presenta en la Figura 7, la ubicación de Hidrogramas que
representan el comportamiento de los caudales estudiados,
debiéndose leer en contra de las manecillas del reloj desde el
sitio de ingreso al BMRR indicado como H-1; el sitio indicado
00:00:00
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Figura 8. Hidrogramas en Confluencia Gran Canal y BMRR.
Puede notarse en los tres trenes de lluvia, que el Hidrograma
H-1 correspondiente al BMRR, presenta valores negativos, lo
que indica que el flujo ingresa al cauce, al tiempo en que se
presentan los máximos ingresos a la intersección,
correspondientes a los Hidrogramas H-3 del Rio de los
Remedios y H-4 del Cajón del Gran Canal, mientras que el H2 muestra que el Gran Canal recibe y conduce el caudal
correspondiente al H-4.
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El máximo valor de gasto del Hidrograma H-2 es de 22.82
presentándose en cada cresta de las ondas de los trenes
de lluvia; mientras que el H-4 presenta como máximo en la
cresta un gasto de 22.75
, en fase con la onda del Gran
Canal (H-2), lo mismo que H-3 con un gasto máximo de 12.78
; en oposición a la fase, H-1 presenta un flujo contrario
al sentido supuesto, es decir un ingreso de hasta 8.01
.
Pasando el pico máximo de escurrimiento y debido a la
energía de la conducción del Gran Canal, ocurre un fenómeno
de decremento de los gastos, llegando a valores negativos en
el Hidrograma, lo que indica un retorno del flujo en H-2 y H-4
principalmente, manteniéndose en descarga H-3, pero casi sin
cambios H-1, lo que indica un estancamiento en la entrada al
BMRR y retorno de las aguas hacia la Obra de Toma de Gran
Canal.
En las zonas de valle H-4 presenta un mínimo de -13.63
y H-2 de -7.67
, H-1 presenta en oposición a los valles
un máximo de 2.75
, como valor máximo de descarga
del BMRR por un lapso máximo de 1 hora y estabilizándose o
manteniéndose sin movimiento el resto del tiempo hasta el
tránsito de la siguiente avenida.
El comportamiento del H-1 pasada la lluvia, muestra la
posibilidad de implementar la opción de Operación 1 cerrando
el ingreso al BMRR y vaciando lo almacenado al TIRR, 12
horas después del inicio de lluvia, sin afectar el
funcionamiento que presentan tanto el Gran Canal como el
Cajón del Gran Canal, dirigiéndose las aguas a éste último.
Como ejemplo de la operación de vaciado, se presenta el
análisis de la Lumbrera 3, que funciona actualmente como una
captación al TIRR, la Figura 9, muestra la ubicación de los
Hidrogramas H-7 correspondiente al tránsito del gasto que
ingresa a la L3, mientras que el H-5 se ubica aguas arriba de la
Obra de Toma de la L3, y H-6 aguas abajo.
El Hidrograma de tránsito de la Lumbrera 3, presenta en la
Figura 10, un gasto máximo de 12.20
y no sobre pasa la
máxima capacidad existente de 30
.
[m]
máximo de 5.99
, y H-5 solo es influenciado por la
operación de la Lumbrera 3 con un gasto de -4.5
, sin ser
simultáneos en el tiempo, ver Figura 10.
[m3/s]
DISCHARGE BRANCHES
CAPT-12 -- BM2001 24.94
CAPT-12 -- 2T-L-3 18.74
BM2502 -- CAPT-12 28.61
Time Series DISCHARGE BRANCHES
13.36
13.0
13.3625
12.0
H-7
11.0
10.0
9.0
8.0
7.0
H-6
5.99
6.0
5.9915
5.0
4.0
3.0
2.20
2.0
2.2021
1.0
0.0
-1.0
-2.0
-3.0
H-5
-4.0
-5.0
-6.0
-7.48
-7.60
-7.6057
-7.0
-7.4810
-8.0
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Figura 10. Hidrogramas en Lumbrera 3.
Para las nuevas captaciones propuestas en las Lumbreras 4 y 5
el comportamiento de los Hidrogramas es similar a lo
presentado en la Lumbrera 3, salvo que los gastos máximos
de ingreso a las captaciones son de 15
en cada caso.
Adicional a los análisis mediante simulaciones de los
conductos superficiales, se revisa el funcionamiento hidráulico
del Sistema de Drenaje Profundo en el TIRR y TEO, para esto
se establecen los puntos de referencia que a continuación se
identifican:
H-8, Gran Canal del Desagüe aguas abajo de la descarga de la
Planta de Bombeo el Caracol;
H-9, Túnel Emisor Oriente aguas arriba de la Planta de
Bombeo el Caracol;
H-10, Túnel Interceptor Rio de los Remedios en los
alrededores de la Planta de Bombeo Casa Colorada Profunda;
H-11, Aguas arriba de la derivación del TIRR al TEO;
Standard - RR-10-10.PRF
RR-15-15.PRF
2156150.0
2156100.0
2156050.0
H-12, Aguas abajo de la derivación del TIRR al TEO;
BM1001
2156000.0
2T4500
2155950.0
La ubicación de estas referencias se muestra en la Figura 11,
cabe recordar que los Hidrogramas mostrados consideran la
operación del TEO, representado por el Hidrograma H-9.
2155900.0
BM1501
2155850.0
2155800.0
H-5
2T4964 BM1662
2T5000
2155750.0
2155700.0
BM2001
2155650.0
CAPT-12
2T-L-3
2T54002T5450
2T5500
2155600.0
H-6
2155550.0
2T5550
[m]
Standard - RR-15-15.PRF
RR-10-10.PRF
H-8
2165500.0
2155500.0
BM2502
2155450.0
2155400.0
2164500.0
H-7
2155350.0
2165000.0
2T6000
BM2732
BM2745
2164000.0
H-9
2163500.0
2155300.0
BM3002
2155250.0
2163000.0
2155200.0
2162500.0
2T6500
2155150.0
2162000.0
2155100.0
2161500.0
2155050.0
2161000.0
2155000.0
2160500.0
2154950.0
2160000.0
2154900.0
2159500.0
2154850.0
"
"
2159000.0
492800.0
492900.0
493000.0
493100.0
493200.0
493300.0
493400.0
493500.0
493600.0
493700.0
493800.0
493900.0
494000.0
494100.0
494200.0
494300.0
494400.0
494500.0
494600.0
494700.0
494800.0
[m]
"
2158500.0
2158000.0
Figura 9. Ubicación de Hidrogramas en Lumbrera 3.
2157500.0
H-12
H-11
2157000.0
2156500.0
Los Hidrogramas H-5 y H-6 muestran en las zonas de valle
antes de la puesta de operación de la L3 un valor de gasto
negativo de -7.60
y -7.48
, lo que confirma un
flujo contrario al sentido supuesto con descarga en el Gran
Canal, haciéndolo hacia el Dren General del Valle; al
momento de entrar en operación la captación de la Lumbrera
3, se presenta un cambio en la dirección de flujo, que en las
tres ondas de escurrimiento se aprecia el ingreso del flujo de
aguas arriba a la Lumbrera 3, valor positivo de H-6 con un
2156000.0
"
2155500.0
2155000.0
2154500.0
H-10
2154000.0
2153500.0
2153000.0
2152500.0
484000.0
485000.0
486000.0
487000.0
488000.0
489000.0
490000.0
491000.0
492000.0
493000.0
494000.0
495000.0
496000.0
497000.0
498000.0
499000.0
500000.0
501000.0
502000.0
503000.0
[m]
Figura 11. Ubicación de Hidrogramas sobre sistema profundo
TIRR y TEO.
H-12 es el resultado de la operación planteada en las
captaciones del embovedamiento del BMRR al TIRR, en
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donde se aprecia claramente cómo se modifica el
funcionamiento hidráulico del TIRR cuando se abren las
compuertas, manifestándose esto en la Figura 12 como un
Hidrograma negativo. Lo que se interpreta como un regreso
del flujo hacia el inicio del TIRR con dirección hacia el TEO,
este funcionamiento se repite en cada tren de tránsito de
avenida.
Aguas arriba de la derivación del TIRR al TEO, el
Hidrograma H-11 con un valor máximo de gasto de 39.45
(para la primera onda de tránsito), no se ve seriamente
afectado por el flujo de las aguas redireccionadas hacia el
TEO, presentando un remanso que al paso del tiempo recupera
su tendencia de decaimiento del gasto. En cuanto a los gastos
máximos el comportamiento muestra una tendencia a la baja
para las ondas posteriores, manteniéndose el fenómeno de
remanso en la curva de descenso.
El Hidrograma H-9 presenta el comportamiento del flujo en el
TEO, tiene un gasto máximo de 26.87
que se presenta
en la cresta de la primera onda de tránsito, en su desarrollo en
dirección al valle muestra un crecimiento súbito, formando
una nueva cresta con valor máximo de 16
, resultado del
funcionamiento descrito para los Hidrogramas H-12 y H-11.
Se presenta en el H-10 un primer máximo de gasto cercano a
los 11
, que crece a una nueva cresta con valor de 21.18
, resultado de la apertura de compuertas hacia el TIRR
una vez que pasó la avenida en el Sistema de Drenaje
Profundo, con lo que se logra aliviar el funcionamiento
hidráulico de este conjunto de conductos.
En el caso del H-8 que representa el funcionamiento en el
Gran Canal del Desagüe aguas abajo de la descarga del Planta
de Bombeo El Caracol, se confirma que superficialmente es
complicado dar salida a los escurrimientos pluviales por este
cauce, ya que por la forma de los Hidrogramas se manifiesta
su falta de capacidad de desalojo.
Es por esto que para no comprometer el funcionamiento del
drenaje profundo, es conveniente contar con una regulación a
nivel de superficie, que permita retener agua mientras los
túneles de drenaje profundo dan salida a los escurrimientos
pluviales, que por la configuración del sistema se desalojan de
manera inmediata sin haber sido regulados éstos en estructura
alguna.
[m3/s]
46.90
H-11
44.0
46.9059
H-8
Conclusiones
De acuerdo con los resultados de las propuestas que hasta la
fecha se tienen analizadas, es posible concluir que el
embovedamiento del Río de Los Remedios es factible
realizarlo, bajo cualquiera de las condiciones que en este
documento se plantean y que corresponden principalmente a
resolver la conducción solo para el desalojo de las aguas
residuales, o bien, para la regulación de escurrimientos de
lluvia que provienen del Poniente y Centro de la ciudad, más
el desalojo de las aguas residuales que generan las cuencas
propias del Brazo Muerto del Rio de Los Remedios.
Se estima que el conducto para el desalojo de las aguas
residuales puede tener dimensiones entre cajones de 2.5 x 2.5
m y 4.0 x 2.0 m, y que lo más adecuado sería construir un
conducto que partiera de las inmediaciones de la Planta de
Bombeo San Felipe de Jesús y terminara en una nueva
estación de bombeo localizada en la confluencia con el Dren
General del Valle, con una capacidad aproximada de
2.0
más su correspondiente respaldo. Este trazo del
conducto, obedece a que los hundimientos regionales tienden
a ser mayores hacia el oriente, lo que significa que de esta
manera, no se perdería en el corto plazo su capacidad de
conducción, además de que se evita que las aguas que conduce
el Gran Canal puedan ingresar a éste y provocar su llenado
evitando el desalojo de las aguas que principalmente debe
drenar.
En el caso de optar por diseñar un conducto que además de
desalojar las aguas residuales de la zona, pueda contribuir a la
regulación de los escurrimientos del sistema superficial que
confluyen en el Río de Los Remedios y el Gran Canal del
Desagüe, se concluye que éste conducto debe maximizar la
capacidad de regulación a través de implementar un cajón de
entre 30 y 40 m de base por aproximadamente 4.0 m de altura,
el cual se encontraría abierto en su inicio en el Gran Canal del
Desagüe, y contaría con dos captaciones adicionales al TIRR
ubicadas en las Lumbreras 4 y 5, con capacidad de descarga
de 15
cada una. Asimismo el conducto de aguas
residuales podría estar alojado por abajo de su plantilla como
se muestra de manera esquemática en la siguiente Figura.
DISCHARGE BRANCHES
19+930 -- 20+074 35.95
TG9700 -- L-10035 55.66
2T-L-2 -- 2T3421 25.45
2T2665 -- 2T-L-2 50.33
2T10000 -- 2T10500 50.00
Time Series DISCHARGE BRANCHES
48.0
46.0
Por lo que la propuesta de incorporar las aguas del BMRR al
TIRR después del paso de una tormenta, mediando una
regulación y procurando el vaciado del BMRR, se fundamenta
con estos resultados.
42.0
40.0
39.44
39.4496
38.0
40 m
36.0
34.0
32.0
H-9
30.0
5m
28.0
26.87
26.0
26.8794
24.0
22.0
21.11
20.0
21.1128
H-10
18.0
16.0
14.0
12.00
12.0
12.0096
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
-2.0
-4.0
H-12
-6.0
-11.30
-11.3045
-8.0
-10.0
-12.0
00:00:00
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18:00:00
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Figura 12. Hidrogramas sobre sistema profundo TIRR y TEO.
Existen diferentes alternativas para cubrir el cajón propuesto
mismas que se encuentran en discusión entre el Personal
Técnico de la CONAGUA, sin embargo, esta solución se
determinará una vez que se concluyan los trabajos de
ingeniería relacionados con mecánica de suelos, geotecnia y
estructuras. Con la implementación de la tapa o bóveda, se
cumple con el objetivo de sanear la zona, disminuyendo los
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XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L
DE
H I D R Á U LI C A
PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014
malos olores; los riesgos de enfermedades en la población; la
suspensión del tiro o depósito de basura que afecta sobre todo
al medio ambiente y su capacidad hidráulica.
Referencias
FEPI - CONAGUA. “Proyecto Ejecutivo para la Embovedamiento
del Río de Los Remedios, en los Límites de Nezahualcoyotl y
Ecatepec”. México. (2014).
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