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El acueducto de Delaware y la infraestructura hidráulica de Nueva York Agua para el futuro

Infraestructura Hidráulica

Diseño y simulación hidráulica del conducto bidireccional para el entubamiento del Río de Los Remedios

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El pozo de San Patricio en Orvieto: el artificio de la industria

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La captación de lluvia Parte estratégica para solucionar los problemas de agua

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Los servicios de agua en la Ciudad de México: entre la escasez y las inundaciones

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Vector

Nº 91 Julio 2016 Costo

$ 50.00


Ventilación provisional para la construcción de acueductos subterráneos

KFT Alta eficiencia Eficiencia de hasta 85% para ventiladores unidireccionales y de 75% para ventiladores reversibles.

Ventilador de túnel axial Unidireccional Disponibilidad en diámetros desde 1 120 hasta 3 150 mm, presión estática hasta de 5000 Pa, poder vehicular de hasta 450 m3/s. Reversible Disponibilidad en diámetros desde 1 120 hasta 2 240 mm, presión estática hasta de 2500 Pa, poder vehicular de hasta 160 450 m3/s.

Operación libre de pérdidas Un diseño que evita la entrada en pérdida asegura una operación libre de pérdidas y protege a los ventiladores y a su equipo de daño potencial

Ángulo de las aspas ajustable El ángulo de las aspas puede ser ajustado para adecuarse a las necesidades de control y desarrollo. Aspas altamente resistentes. Aspas de perfil aerodinámico especialmente diseñadas en aleación de aluminio con alta eficiencia son perfectas para usos en alta presión (de hasta 5 000 Pa) y choques térmicos.

Diseño robusto y duradero Los componentes principales están hechos de acero de alta resistencia.

KJF Reversión asegurada Reversibilidad del 97 a l 100%.

Ventilador de túnel a chorro Disponibilidad en diámetros desde 560 hasta 1 600mm, con empuje máximo de 3,800 N.

Fácil Mantenimiento Las puertas y paneles de acceso e inspección están diseñados para ofrecer un camino sencillo hacia los componentes principales como motores y rodetes. La lubricación a base de cobre externa permite la relubricación constante y asegura una vida útil considerable a los rodamientos.

Soler & Palau México Blvd. A-15 Apdo. Postal F-23 Parque Industrial Puebla 2000 Puebla, Pue. México C.P. 72310

Tel. 52 (222) 2 233 911, 2 233 900 Fax. 52 (222) 2 233 914, (800) 2 291 500 e-mail: comercialmx@solerpalau.com

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Índice

Vector JULIO 2016 En portada AMIVTAC

•Ingeniería Civil del Siglo XXI Agua para el Futuro El acueducto de Delaware y la infraestructura hidráulica de Nueva York/4

Instituto Mexicano de la Construcción en Acero

• Empresas y Empresarios —ROTOPLAS—Rotoplas innova en el desarrollo de tecnologías sustentables/8 —DYCUSA—Proyecto Hidroeléctrico Chicoasén II/10 —VAG—Válvulas de mariposa favorables al flujo para aplicaciones exigentes en la economía hidráulica/12 —COMEX—Protegiendo hogares de la lluvia y el calor/26

• Suplemento Especial —INESPROC— Diseño y simulación hidráulica para el entubamiento del Río de Los Remedios/17

del

conducto

bidireccional

• Maravillas de la Ingeniería Civil

—El pozo de San Patricio en Orvieto: el artificio de la industria/30

• Tecnologías —ISLA URBANA—La captación de lluvia Parte estratégica para solucionar los problemas de agua/32

• Ingeniería Civil Mexicana —Los servicios de agua en la Ciudad de México: entre la escasez y las inundaciones/36

comunicar para servir

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Editorial Cozumel # 63-A • Col. Roma Norte C.P. 06700 México, D.F. Tel. (55) 5256 1978

Carlos Arnulfo López López Leopoldo Espinosa Benavides José Rafael Giorgana Pedrero Roberto Avelar López Manuel Linss Luján Jorge Damián Valencia Ramírez Enrique Dau Flores CONSEJO EDITORIAL Raúl Huerta Martínez DIRECTOR GENERAL Daniel Anaya González DIRECTOR EJECUTIVO Patricia Ruiz Islas DIRECTORA EDITORIAL Daniel Amando Leyva González JEFE DE INFORMACIÓN Ana Silvia Rábago Cordero COLABORACION ESPECIAL Historia de la ingeniería civil

Alfredo Ruiz Islas CORRECCIÓN DE ESTILO Iman Publiarte Nallely Morales Luna DISEÑO

Ernesto Velázquez García DIRECTOR DE DISTRIBUCIÓN Aide Celeste Cruz Martínez WEB MASTER

Agua, alimento de la civilización Es, desgraciadamente, muy fácil pasar por alto el valor y el significado de esos servicios de primera necesidad que tenemos casi siempre al alcance de la mano. Su inmediata disponibilidad, sin lugar a dudas, ha creado en muchos de nosotros –sobre todo, los habitantes de las grandes ciudades– la percepción de que son ubicuos e inagotables. Este es un hecho que los realizadores de las películas de James Bond explotaron muy bien para darle a la trama de su cinta de 2008 un inesperado giro que seguramente sorprendió a la gran mayoría del público, cuando se puso de manifiesto que el objetivo de la diabólica corporación Quantum no era monopolizar la producción petrolera de un país como habíamos supuesto desde el principio, sino algo mucho más siniestro: acaparar sus reservas de agua. Si reflexionamos un poco en qué es lo que hace particularmente inquietante el prospecto de perder el control del suministro del agua, pronto caeremos en cuenta que, desde los albores de la civilización, este líquido ha sido el recurso estratégico por antonomasia: casi sin exagerar, incontables han sido las grandes civilizaciones que han prosperado sin hidrocarburos, e incluso sin el uso extensivo de herramientas de metal, sin embargo, no hay ninguna que lo haya hecho sin haber desarrollado, al menos, una rudimentaria infraestructura hidráulica. Quizás, ésa es la razón por la cual esta añeja rama de la ingeniería civil no ha cesado de alumbrar descubrimientos y de perfeccionar sus métodos a lo largo de su ya milenaria historia. Y eso es algo que hay que celebrar y, sobre todo, valorar. En la época presente, a la vista de tantos retos relacionados con el adecuado manejo y distribución del muy bien llamado ‘vital líquido’, asediados por un lado por el cambio climático y por la sobrepoblación, por el otro, es necesario cuidar como nuestro más preciado tesoro todo el conocimiento nuevo y acumulado acerca de cómo aprovechar las reservas de agua del planeta de manera sustentable. Asimismo, es necesario asegurarnos de incrementar gradualmente los recursos, humanos y monetarios, dedicados a enriquecer ese caudal de conocimientos técnicos invaluables.

Carlos Hernández Sánchez DIRECTOR DE PROYECTOS ESPECIALES Herminia Piña González DIRECTORA COMERCIAL Myrna Contreras García DIRECTORA DE ADMINISTRACIÓN Dimensiona Artes Gráficas, S.A. de C.V. IMPRESIÓN

"Cuando trates con el agua consulta primero la prác tica, y luego la teoría"

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L eo na rd o d a V i nc i

SUSCRIPCIONES

Búscanos en Facebook: Vectordelaingenieriacivil REVISTA VECTOR, Año 9, Número 91, Julio 2016, es una publicación mensual editada, diseñada y distribuida por Comunicaciones La Labor, S. A. de C.V. Cozumel 63 – A, Col. Roma Norte, Delegación Cuauhtémoc, C.P. 06700, Tel. 5256 – 1978, www.revistavector.com.mx, daniel.anaya@revistavector.com.mx •Editor responsable: Daniel Anaya González. Reservas de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2011- 010512575900-102, ISSN: (En trámite) Licitud de Título y contenido: Certificado No. 15819 Expediente CCPRI/3/TC/13/19755, ambos otorgados por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso SEPOMEX No. IM09- 0754. Impresa por Dimensiona S. A. de C. V., Francisco Álvarez de Icaza No. 9, Col. Obrera, C.P. 06800, Delegación Cuauhtémoc, México, D. F., Tel. 5761- 5440.. Este número se terminó de imprimir el 5 de Julio 2016 con un tiraje de 8,000 ejemplares. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Queda estrictamente prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor.

Índice

(55) 5256.1978 www.revistavector.com.mx


Ingeniería civil del siglo XXI

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Agua para el Futuro El acueducto de Delaware y la infraestructura hidráulica de Nueva York Patricia Ruiz Islas

E

l agua que se consume en la ciudad de Nueva York es famosa por su pureza. Tanto, que se le conoce como «el champán del agua potable» y no requiere filtración alguna. ¿Cuál es el secreto? Los diecinueve embalses de donde proviene, que proveen mil millones de galones de agua a nueve millones de neoyorkinos. Las obras hidráulicas para llevar agua a Nueva York comenzaron en 1842, con la construcción del acueducto Croton. Antes de esta obra, el agua era un lujo para los habitantes de Nueva York: las epidemias de cólera y otras enfermedades viajaban libremente por los cuerpos de agua que rodeaban Manhattan, lo que amenazaba continuamente la salud de una población que no dejaba de crecer. Como si esto no fuera suficiente, cuando había incendio, la ciudad no contaba con una reserva de agua para apagarlo. El acueducto, de 51.5 km, que contaba con capacidad para 100 millones de galones al día, proporcionó una solución temporal y menos de cincuenta años después de su construcción ya resultaba insuficiente, por un lado debido al crecimiento poblacional y, por otro lado, gracias a la popularización del uso del inodoro de agua corriente alrededor de la década de 1880. Hacia 1890 se terminó su primera ampliación, con lo cual adquirió una capacidad de distribución de 290 millones de galones de agua por día. Cuando Brooklyn se incorporó a la ciudad de Nueva York, en 1898, se hizo necesaria la construcción de un nuevo acueducto, ubicado en los montes Catskill, el cual fue construido entre 1917 y 1924, gracias al cual logró trasladarse el líquido hasta Nueva York a partir de los reservorios localizados a 263 km de la ciudad.


Alrededor de 1905 se conformó la Comisión de la Ciudad de Nueva York para el Aprovisionamiento de Agua —en inglés, New York City Water Board Supply—, que establecía las tasas de agua y alcantarillado para la ciudad, de tal forma que permitía la obtención de fondos suficientes para pagar los costes de explotación y la financiación del sistema. La construcción del acueducto, junto con la conformación de este nuevo cuerpo burocrático, permitió la adquisición de tierras para la construcción de una serie de represas, reservorios y acueductos en una zona que inicialmente estaba dedicada a los cultivos y a la maderería. Las canteras de piedra azul, que dieron forma posteriormente el puente de Brooklyn, junto con el resto de los terrenos adyacentes, terminaron sumergidos bajo las aguas.

5 Ingeniería civil del siglo XXI

Durante el proceso de construcción del acueducto de Catskill se reubicaron dos mil personas, habitantes de los pueblos adyacentes al reservorio de Ashkoan, por lo cual treinta y dos cementerios fueron desalojados para evitar la contaminación en el agua. En tanto, a los habitantes de Boiceville, Olive City, Oliveville y West Hurley se les ofrecieron quince dólares para desenterrar a sus muertos y alojarlos en otro sitio, con el fin de evitar cualquier posible contaminación acuífera. De igual forma, edificios industriales, árboles y arbustos fueron removidos del sitio en el que se alojaría el embalse. Debido a lo variopinto de la fuerza laboral empleada en el sitio, conformada principalmente por negros e inmigrantes italianos, se creó el Departamento de Protección Ambiental de la Ciudad de Nueva York — nycdep por sus siglas en inglés—, agencia que, a pesar de su nombre, se encargó en un principio de vigilar el orden en los sitios de trabajo. Se dice que cuando se terminaron las obras y el reservorio estaba a punto de ser llenado, los sonidos de los silbatos de vapor llenaron el aire por espacio de una hora para prevenir de la inminente llegada de las aguas a quienes se hubieran quedado atrás.


Ingeniería civil del siglo XXI

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En 1927, el Consejo de Aprovisionamiento de Aguas sometió a consideración un plan para el desarrollo del sistema Delaware, que proveería de agua a Nueva York. No fue sino hasta diez años después, en 1937, que se resolvió la disputa entre los estados de Nueva York y Nueva Jersey en torno al uso de los tributarios del río Delaware. La construcción del acueducto, que en realidad es la segunda línea del acueducto de los montes Catskill, empezó en 1937, con un discurso inaugural por parte del célebre alcalde de Nueva York Fiorello La Guardia, en el que exponía la acuciosa necesidad de agua para la ciudad. La obra sería finalizada en 1945. Si bien en la construcción del primer acueducto se empleó poca maquinaria y mucha mano de obra, en el segundo tramo las obras se llevaron a cabo a la inversa, es decir, con más maquinaria y menos mano de obra. Esto se debió a que el primer acueducto se construyó casi a ras de suelo, mientras que el segundo requirió excavaciones más profundas. Para lo que la construcción necesitaba, se construyó una planta de mezcla de concreto en el pueblo de Gardiner, cerca del cual corría una línea ferroviaria. El acueducto distribuye agua desde cuatro reservorios: Cannonsville, Pepacton, Neversink y Rondout. Se conforma por tres túneles a presión que conectan el embalse de Rondout con el de Hillview, atraviesa el río Hudson a una profundidad de 183 m y se convierte en una intrincada red de casi 10 000 km de tuberías, pozos y pasos subterráneos que tienen como finalidad distribuir 850 millones de galones de agua por día a la ciudad, lo que representa entre 50 % y 80 % del total del agua que consumen a diario los neoyorkinos. En su momento, dada su extensión y complejidad, fue considerada

la joya de la corona de la infraestructura hidráulica en la que, posteriormente, sería considerada la ciudad de los rascacielos. La historia de este acueducto, sin embargo, es similar a la de su antecesor, en tanto que costó, igualmente, la reubicación de más de 5 000 personas, la destrucción de veinticinco comunidades y que cuatro pueblos quedaran sumergidos en su totalidad. Igualmente, la mitad de las vías de la línea del ferrocarril de Delaware, así como del Northern Railway, quedaron sumergidas. En años recientes, sin embargo, la magna obra ha presentado problemas y en los últimos diez años se han presentado fugas en algunos tramos de la tubería. Esto presenta, aparte de un grave peligro para las propias tuberías —que corren el riesgo de colapsar—, la pérdida diaria de entre treinta y tres y treinta y siete millones de galones de agua. Todo comenzó cuando los habitantes del poblado de Wawarsing, ubicado en el condado de Ulster —que era el paso de la construcción—, notaron algo extraño: en temporada de lluvias, los sótanos de las casas se inundaban. Con el paso de los años, el problema empeoró, pues el nivel de las aguas superaba el metro de altura. En Newburgh, un pueblo situado a más de 50 km de Wawarsing, la gente notó que, de pronto, había un surtidor de agua que, supusieron, era un pozo artesiano. En un principio, las autoridades se negaron a conectar ambos hechos con los túneles del acueducto; sin embargo, pronto tuvieron que cambiar de parecer y proceder a inspeccionar las posibles fugas, ya que, si se seguían negando a ello, las consecuencias podían ser catastróficas.

Lo que encontró el Departamento de Protección Ambiental fueron dos fugas. Cuando se construyeron los túneles, las excavaciones pasaron a través de esquisto, roca que resiste la excavación y la presión de los túneles; sin embargo, algunas zonas eran de caliza. En su momento, se decidió forrar esas secciones con acero para evitar futuros problemas, ya que este tipo de piedra absorbe el agua. Sin embargo, según pusieron en evidencia las fugas encontradas, la medida no se replicó en todo el terreno de caliza. Con el paso de los años, el concreto empezó a presentar fisuras y filtraciones, que posteriormente derivaron en las fugas. Para atacar el problema, el primer paso fue la creación del programa Water for the Future —Agua para el futuro—, que se ocupa no solamente de la reparación de las fugas —que costarán la friolera de 1 500 millones de dólares—, sino también de implementar programas de conservación de agua para ahorrar hasta cincuenta millones de galones al día. Como parte de las muy complejas obras que tendrán que llevarse a cabo para las reparaciones, para este año se contempla la rehabilitación del acueducto de Catskill, además del Queens Groundwater System, que proporcionará treinta y tres millones de galones de agua al día. La rehabilitación de las antiguas tomas de la ciudad ha supuesto un nuevo reto: implementar sistemas de filtración y potabilización para asegurar que el líquido sobrepase los estándares de calidad existentes. En 2014 se terminó la construcción de la planta de filtración de agua de Croton, lo que permitirá a la ciudad volver a usar el agua proveniente de Putnam y Westchester a razón de trescientos millones de galones al día.


La parte más importante de las reparaciones del acueducto será la construcción de un túnel de poco más de 4 km, que correrá de Newburgh a Wappinger. Este túnel rodeará la zona de la fuga, pues atravesará al Hudson a una profundidad similar a la de la tubería ya existente, conectando los tramos al inicio y fin de este, ya que la fuga principal, situada en Roseton, era tan grave que se creyó que ya no tenía reparación. Cuando el túnel esté terminado, en 2021, el acueducto tendrá que cerrar por seis meses para efectuar la reconexión correspondiente.

El plan Water for the Future es más que un programa destinado a hacer las reparaciones pertinentes en un sistema de distribución de agua que estuvo al borde del desastre. Es más que un programa para rehabilitar las tomas de agua ya existentes y potabilizarlas para ponerlas a disposición de la población: es parte de un movimiento que, desde las instancias del gobierno, trata de crear consciencia e incentivar un uso más racional del recurso más preciado y, como lo demostraron las filtraciones y fugas en el acueducto de Delaware, más costoso y más volátil con el que cuenta el ser humano: el agua.


Rotoplas innova en el desarrollo de tecnologías sustentables La construcción sustentable es amigable con el medio ambiente y se perfila como un elemento de desarrollo económico y social.

que se encuentran presentes en el agua residual sanitaria, dando cumplimiento a las normas oficiales mexicanas: NOM-001-SEMARNAT-1996, NOM-002-SEMARNAT-1996 Y NOM-003-SEMARNAT-1997. Son fabricadas usando tanques industriales Rotoplas de polietileno

Rotoplas impulsa el cuidado responsable del medio ambiente como parte de su compromiso de llevar más y mejor agua a la población,

reforzado, gracias a ello destaca su gran versatiliad al ser adaptables, modulables por etapas y movibles.

esto a través del desarrollo de diversas soluciones que hacen viable el manejo y cuidado del vital líquido.

Una de las características innovadoras de las plantas Rotoplas es la adopción de la tecnología anaerobia que consiste en la degradación del

Desde hace ya 35 años, Rotoplas ha acompañado al agua con

material biodegradable en ausencia de oxígeno para dar como resul-

innovación e investigación. Acompañar el agua es aprovecharla desde

tado dos productos principales: biogás (compuesto mayoritariamente

la lluvia, conducirla sin desperdiciar una gota, abastecer hogares y

por metano) y lodo estabilizado.

edificios enteros; almacenarla, conservarla intacta, tratarla para reutilizarla y purificarla para consumo humano. Es decir, una amplia

Las Plantas de Tratamiento están diseñadas bajo tecnología

línea de soluciones integrales diseñadas para resolver cada necesidad

UASB (reactores de manto de lodos de flujo ascendente) y FAN

relacionada con el cuidado del agua.

(filtros anaerobios) en donde los parámetros son controlados para favorecer la remoción eficiente de altas concentraciones de conta-

El cuidado del agua es sinónimo de sustentabilidad ya que este

minantes presentes en el agua residual, su funcionamiento puede ser

recurso se encuentra en el centro del desarrollo económico y social,

a gravedad lo que optimiza el consumo de energía eléctrica donde

debido a que es un recurso limitado e insustituible que es clave para el

además el proceso facilita la operación al no necesitar de manteni-

bienestar humano y solo actúa como recurso renovable si es tratado de

miento constante.

forma responsable. Rotoplas impulsa así el uso eficiente del agua promoviendo su Para el mejoramiento y aseguramiento de la calidad del agua, la solución que se brinda son las Plantas de Potabilización y Purificación

reutilización a través del manejo eficiente de aguas residuales, donde algunos de sus beneficios son:

de Agua (PPA’s), sistemas amigables con el medio ambiente ya que fun-

• Bajos costos de inversión y operación.

cionan con membranas de ósmosis inversa o ultrafiltración, tecnologías

• Requieren una menor área de instalación.

que eliminan los contaminantes presentes en el agua (sales, metales,

• Al ser reactores cerrados no se emiten malos olores.

dureza, patógenos, etc.).

• No requiere de grandes inversiones de obra civil al ser equipos prefabricados.

Para solucionar el problema en zonas donde no hay drenaje, Rotoplas desarrolló una solución patentada de saneamiento, el Bio-

• Al ser un proceso anaerobio no se requiere de equipos electromecánicos de aireación.

digestor Autolimpiable que además de recibir las aguas residuales

• Bajo o nulo consumo de energía eléctrica, si el sistema funciona

domésticas y separar los lodos del agua negra, realiza un tratamiento

solo por la acción de la gravedad, ya que los reactores pueden ser

primario por lo que su desempeño es mucho más eficiente que una fosa

semienterrados.

séptica convencional, evitando la contaminación de mantos freáticos.

• Se generan cantidades de lodo muy inferiores a las producidas

Aunado a esto, el Biodigestor también puede ser instalado en viviendas

en procesos aerobios y en un mayor grado de mineralización,

que cuentan con alcantarillado, ya que el agua tratada se puede canali-

concentración y fácil deshidratación.

zar al mismo drenaje ayudando a que su tratamiento posterior sea mucho más rápido y a que la red de drenaje sea más eficiente.

Con estas soluciones, Rotoplas refuerza su vinculación e impacto positivo con la sociedad, generando tecnologías innovadoras y

Otra de las soluciones sustentables que ha desarrollado Rotoplas

productos que protegen el medio ambiente a través de la mejora en

son sus Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR’s), sistemas

la calidad del agua, cuyo objetivo principal es que cada vez más fami-

que tienen como finalidad tratar los contaminantes físicos y biológicos

lias gocen de una mejor calidad de vida y salud.


Rotoplas ofrece al sector de la construcción, soluciones para la potabilización, purificación y tratamiento de agua residuales desarrollando proyectos acorde a sus necesidades, con el fin de salvaguardar el patrimonio de generaciones futuras.

Biodigestor Autolimpiable Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

Planta de Tratamiento de Aguas Resuduales con Tecnología Anaerobia


Empresas y Empresarios

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Proyecto Hidroeléctrico

Chicoasén II Desarrollo y Construcciones Urbanas, S.A. DE C.V. Empresa mexicana dedicada a la industria de la construcción desde 1980, año en que se fundó la Sociedad en Monterrey, Nuevo León. DYCUSA es de las primeras empresas que logra la certificación en la Norma ISO 9001 en todos sus procesos, lo cual les permite competir a nivel nacional e internacional al ofrecer seguridad y confianza a sus clientes. Han realizado importantes obras en la República Mexicana en donde conjugan la experiencia adquirida con la tecnología y las estrategias de vanguardia, así como modernos procesos constructivos y de control para satisfacer las demandas de la industria en la actualidad, con lo que han obtenido proyectos constructivos de gran prestigio.

E

l Proyecto Hidroeléctrico Chicoasén II es un proyecto con el cual se busca satisfacer la demanda de energía eléctrica en la región sureste del país. Esta se ubicará en el estado de Chiapas, en el municipio de Chicoasén, a 41 km al noreste de Tuxtla Gutiérrez. Chicoasen está conformado por 13 comunidades que albergan alrededor de cinco mil habitantes; dicho proyecto abarcará 323 hectáreas, lo que equivale a 461 campos de futbol. El Proyecto Hidroeléctrico Chicoasén II será la quinta presa en el complejo eléctrico del río Grijalva; esta se ubicará en medio de las cuatro presas ya existentes que son: Chicoasén I, La Angostura (aguas arriba), Malpaso y Peñitas (aguas abajo), todas en el estado de Chiapas, las cuales generan el 44% de la energía hidroeléctrica disponible en el país. La presa hidroeléctrica generará una media anual de 591 gigavatios, con lo cual la producción media anual de energía eléctrica en Chiapas, se elevará de 11,457 a 12,048 gigavatios.


El Proyecto Hidroeléctrico estará compuesta por los siguientes elementos: • Canal de desvío a cielo abierto (de 933.62 m de longitud. y 25 m de ancho) • Ataguías aguas arriba y aguas abajo • Área de obra de generación (con 3 turbinas tipo bulbo con 81.64 MW de potencia cada una, las primeras en su tipo en México). • Área de obra de excedencias (con un canal vertedor de tres vanos) • Subestación

La segunda etapa consiste en la construcción de las estructuras de obra de generación y de excedencia (la altura de la cortina será de 57 m aproximadamente por 280 m de largo), una vez terminadas las estructuras se iniciarían inician los trabajos de montaje del equipo electromecánico, conformadas por grúas, compuertas, turbinas, etcétera.

La tercera etapa consistirá en la remoción de las ataguías naturales del cauce del río, para la puesta en servicio de la obra de generación.

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Empresas y Empresarios

En la primera etapa se construirán los caminos de acceso a la presa, así como la excavación del recinto para alojar la obra de desvío – vertedor (933 m de largo, 27 m de profundidad y 25 m de ancho) en el margen izquierdo del río Grijalva; la estanqueidad para el área de la presa se lograría mediante ataguías naturales (20 m de altura, 65 m de ancho y 230 de largo aproximadamente) a la entrada y salida del canal.


Empresas y Empresarios

12 Válvulas de mariposa favorables al flujo para aplicaciones exigentes en la economía hidráulica Introducción Las exigencias de planificadores y operadores de plantas de abastecimiento de agua se rigen, además de por los factores económicos, por la seguridad funcional y la confiabilidad de los componentes utilizados. Las exigencias más elevadas en calidad y facilidad de operación son vitales en la elección de válvulas. Todos los componentes deben garantizar una operación absolutamente libre de fallas y completamente automática de los sistemas de abastecimiento de agua. Las válvulas de VAG cumplen con estos requerimientos, lo que facilita una operación perfecta a través de décadas de uso. Con este fin, se utilizan los más diversos tipos de válvulas según los requerimientos.

Válvulas de mariposa Figura 1: Válvulas de mariposa VAG EKN® DN 3500

Las válvulas de mariposa se fabrican desde hace décadas en diversos modelos y han probado su eficacia a nivel mundial en las condiciones de aplicación más diversas. Sin ellas, la economía hidráulica de hoy en día sería impensable. Se emplean en sistemas comunales de abastecimiento de agua, en embalses, en conductos de transporte, en sistemas de refrigeración de centrales eléctricas, además de en la industria, las válvulas de mariposa son utilizadas allí donde el agua se acumula, se extrae, se trata y se distribuye. Con el objetivo de ofrecer la solución ideal para cada cliente y cada caso de aplicación, la gama de válvulas de mariposa de VAG ha sido ampliada y optimizada según las aplicaciones complejas, además de presentarla de manera más transparente para cada cliente.

Figura 2: La nueva válvula de mariposa VAG EKN® H300


Sobre la base de una experiencia de décadas y tecnología de vanguardia, VAG ha concentrado, con la nueva gama de válvulas de mariposa EKN®, todas las características importantes para los más diversos casos de aplicación. El enfoque claro en cada aplicación facilita enormemente la elección de una válvula de mariposa, además de considerar la elección de los materiales más apropiados, sistemas de recubrimiento y otras opciones técnicas.

Seguridad funcional y durabilidad en el abastecimiento de agua potable

Las válvulas de mariposa optimizadas al flujo reducen los costos energéticos en estaciones de bombeo

La seguridad funcional más elevada durante toda la vida útil es indispensable en el abastecimiento de agua potable, en vista de que, tanto el cambio como la renovación de válvulas de toneladas de peso, como es el caso de tuberías subterráneas o de abastecimiento de grandes dimensiones, son considerablemente costosos. Por otra parte, una interrupción en el abastecimiento tiene una repercusión incómoda para la población y es por eso que debe evitarse.

Especialmente en la instalación de redes de agua potable, las válvulas tienen que cumplir con los requisitos higiénicos más elevados. El agua potable no puede contaminarse de ninguna manera mediante piezas (como en el caso de las válvulas) y debe mantenerse siempre libre de agentes patógenos, además de ser pura y apta para el consumo humano. La confianza del consumidor en el abastecimiento de agua potable es alta y, con productos aprobados por la DVGW, se aseguran los elevados estándares de rendimiento para el abastecimiento de agua en Alemania. Por otro lado, la aprobación de los elastómeros utilizados (para el anillo perfilado de EPDM) según la guía DVGW W 270, garantiza una calidad microbacteriológica inofensiva. La nueva válvula de mariposa VAG EKN® H300 cumple con todos estos requerimientos.

En numerosas aplicaciones, como por ejemplo en estaciones de bombeo o como válvula de entrada a la turbina, un diseño con eficiencia energética de la válvula de mariposa tiene una gran importancia, ya que el arrastre producido en la tubería está vinculado directamente con los costos energéticos. Mientras más favorable al flujo sea el diseño de la válvula, menor resistencia se producirá en el sistema. La válvula de mariposa VAG EKN® H300 tiene un nuevo diseño con disco patentado, el cual ha sido optimizado hidrodinámicamente, además que posee un diámetro interno ampliado en el asiento hermético. Los canales compensadores de presión en los ojos del cojinete del disco proporcionan una menor resistencia de flujo y menor turbulencia. El coeficiente de resistencia se reduce hasta en un 40% en comparación con las válvulas de mariposa convencionales. Para calcular el ahorro energético resultante en comparación con otras válvulas de mariposa, VAG pone a disposición del cliente interesado un medio para el cálculo respectivo.

Una buena protección anticorrosiva es igualmente vital. La válvula de mariposa VAG EKN® H300 ha sido diseñada con una optimización anticorrosiva y protegida integralmente a través de la tecnología de recubrimiento epóxico. Las válvulas con el sello de calidad RAL cumplen con los requerimientos generales para la “protección contra la corrosión intensiva”, la cual garantiza al usuario la calidad perfecta y comprobada de recubrimiento a base de epóxico y con ella, un recubrimiento seguro y confiable apropiado para el uso en sistemas de agua potable. El sello de calidad RAL sólo es otorgado a los fabricantes que cumplen con los altos requerimientos de un amplio aseguramiento de calidad.

El diseño hidrodinámicamente optimizado del disco ofrece, además de arrastres mínimos, otras ventajas. De esta manera, el riesgo de daños por cavitación en velocidades de flujo elevadas se reduce notoriamente. Del mismo modo, el flujo laminar genera una distancia significativamente reducida hacia las piezas del lado de salida en la tubería.

La nueva válvula de mariposa VAG EKN® H300 ha sido optimizada con respecto al fluido mediante cálculos en CFD (mecánica de fluidos computacional, CFD por sus siglas en inglés). El asiento del cuerpo, resistente a la corrosión y al desgaste, con una geometría amplificada en el asiento, mecanizado a alta precisión, lo que proporciona la mayor confiabilidad de todo el sistema de sellado. Tanto el nuevo sistema de sellado, como el nuevo diseño de buje, con una capa de deslizamiento de PTFE, proporcionan torques de accionamiento menores –incluso después de muchos años de operación o ciclos. La moderna unión de clavija cónica hace posible una unión duradera y exenta de juego entre el eje de la válvula y el disco.

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Empresas y Empresarios

Los dispositivos de cierre deben hacer frente a los más diversos requerimientos. Dependiendo del caso de aplicación, la seguridad funcional a través de las décadas, la resistencia mínima al flujo, la durabilidad o un diseño personalizado son simplemente imprescindibles. En muchos casos, las válvulas de mariposa son sometidas a cargas físicas muy elevadas, como por ejemplo, presiones elevadas de agua, velocidades críticas de flujo o a un sinnúmero de ciclos de accionamiento. Por otro lado, se deben considerar diversas normas y estándares locales en mercados a nivel mundial. La elección óptima desde el punto de vista técnico y económico – considerando todos los criterios – puede resultar en consecuencia una tarea compleja para planificadores y usuarios.


Empresas y Empresarios

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Válvulas de mariposa en centrales eléctricas

Figura 3: Disco hidrodinámicamente optimizado de la válvula de mariposa VAG EKN® H300

Válvulas de mariposa para agua de mar La válvula de mariposa VAG EKN® H400 ha sido especialmente diseñada para el uso con agua de mar y otros medios corrosivos. Además del buje de optimización anticorrosiva, otros componentes importantes, como la unión de clavija cónica entre el eje de la válvula y el disco, permanecen libres de contacto con el medio. El eje de la válvula y el anillo de retención para el sello circunferencial son construidos con acero inoxidable de alta resistencia anticorrosiva. Las superficies internas de contacto con el medio, tanto del cuerpo de la válvula como del disco, poseen una protección anticorrosiva integral con un revestimiento de goma dura, el cual se compone de una capa de goma de 3mm de espesor de tejido sintético de alta calidad o caucho natural. La adherencia del engomado al material del cuerpo hecho de hierro fundido dúctil de alta calidad EN-GJS-400-15 (GGG40) se efectúa mediante vulcanizado. El engomado acabado se caracteriza por su gran dureza y excelente resistencia química, además de estar absolutamente exento de poros. La prueba final del engomado se realiza en fábrica mediante una prueba de penetración por chispas de 15kV.

Las válvulas de mariposa de doble excéntrica de VAG se utilizan frecuentemente en sistemas de agua refrigerante de centrales eléctricas, las mismas que, por motivos de inspección, deben ser transitables, incluso con las válvulas de cierre bajo presión por un lado. Para asegurar que ninguna persona se exponga a daños, como consecuencia de una operación defectuosa de las válvulas de cierre, los sistemas de tuberías deben bloquearse de manera segura. Para este caso de aplicación, la válvula de mariposa VAG EKN® H600 está disponible con anclaje UVV. Los pernos de enclavamiento pueden atornillarse al cuerpo desde afuera, con lo cual se bloquea el disco en la posición de cierre. Estas válvulas cumplen con las normas de prevención de accidentes (UVV) y permite el cierre desde el exterior. Una central termoeléctrica a base de lignito en el este de Alemania utiliza, para asegurar los sistemas de agua refrigerante, 43 de estas válvulas de mariposa de VAG con un diámetro nominal DN 2000. Para satisfacer los elevados requerimientos en seguridad en centrales eléctricas o nucleares, la válvula de mariposa VAG EKN® H600 se construye con frecuencia como versión de forjado completo. En el caso de válvulas de centrales eléctricas, se realizan, a petición del cliente, pruebas especiales durante y posterior a la producción. En estos casos se tratan con pruebas de penetración de esmalte no destructivas (PT), pruebas ultrasónicas (UT) o pruebas radioscópicas. Otras aplicaciones especiales para las válvulas de mariposa en centrales eléctricas, se encuentran en las tuberías de calefacción a distancia o tuberías en el área de conFigura 4: Válvula de mariposa VAG EKN® DN densadores refrigerados por aire. En el 2000 en una central termoeléctrica a base de caso de conductos de calefacción a dislignito tancia, es especialmente necesaria una elevada resistencia a la temperatura. La válvula de mariposa VAG EKN® M800, optimizada para la calefacción a distancia, tiene un sistema de obturación resistente a las temperaturas elevadas, formado por un anillo perfilado de PTFE compuesto, además de un muelle espiral plano interno. Gracias al recubrimiento de bronce de aluminio del cuerpo y del disco, este modelo puede utilizarse con temperaturas de servicio de hasta 200°C. La válvula de mariposa VAG EKN® M700 ha sido explícitamente diseñada para el uso en condensadores refrigerados por aire (ACC), a prueba de vacío, lo que la hace apropiada para velocidades de vapor de hasta 150 m/s.

Figura 5: Válvula de mariposa VAG EKN® DN 250 en versión de forjado completo para central nuclear


40% más ahorro de energía. Liderazgo Tecnológico. Maxima Confianza. Canales de compensación de presión Pérdida de presión menor

Nuevo disco hidrodinámico Ahorro de energía

Geometría optimizada del asiento Sello duradero con recubrimiento de alta aleación soldada

La válvula VAG EKN mariposa serie H, M y B son la perfecta opción para todas las aplicaciones: máxima confianza, mayor eficiencia energética, y larga vida útil. Diversos sistemas de recubrimiento y opciones personalizadas permiten su uso en casi todos los campos de aplicación: distribución de agua, tratamiento de agua, aguas residuales, presas y plantas de energía.

Tu representante de VAG estará contento de encontrar las dimensiones perfectas para su Aplicación; incluso explicará como otros clientes satisfechos utilizan nuestras válvulas. Pregunta a tu representante o visita nuestra página www.vag-group.com · movemos agua Erika Villarreal: E.Villarreal@vag-group.com Director office Monterrey Tel 01 (81) 12-53-86-10


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Diámetros nominales y niveles de presión

Empresas y Empresarios

Válvulas de mariposa como válvula de entrada a la turbina En el caso de válvulas de entrada a la turbina se deben considerar con mucha frecuencia situaciones de montaje específicas del cliente, además de condiciones hidráulicas extremas. Por otro lado, el coeficiente de resistencia de la válvula de entrada a la turbina debe ser muy bajo para poder operar la turbina de la forma más eficaz posible, energéticamente. Con la válvula de mariposa VAG EKN® H1200, VAG ha diseñado a una válvula que cumple con estas condiciones de la mejor manera. Desde la fase de planificación, se utilizan el software más moderno y métodos de construcción de vanguardia. Con el cálculo CFD, se pueden analizar y visualizar de manera muy exacta los flujos en la válvula y en el sistema de tuberías subsiguiente, además de calcular los coeficientes de resistencia. A través de los métodos de elementos finitos (FEM, por sus siglas en inglés) se simulan, de manera virtual, efectos dinámicos en los diversos elementos de las válvulas, mediante los cuales se pueden dimensionar de manera segura, además de cuerpos de válvulas y discos, ejes de válvula o uniones de clavija. El profesionalismo tecnológico de VAG ha demostrado su eficacia en numerosos proyectos a nivel mundial, tanto en asesoramiento, diseño, dimensionado, producción, así como en el servicio en el lugar durante las puestas en marcha. La válvula de mariposa VAG EKN® H1200 siempre se construye de acuerdo con el pedido y según los requerimientos individuales del cliente, como es el caso de un proyecto de hidroelectricidad en Escocia, en el cual, el mayor reto era construir una válvula de mariposa con resistencia la más mínima resistencia al flujo; al mismo tiempo, debía ser capaz de transmitir torques muy elevados que pudiesen producirse limitadamente mediante las velocidades de flujo elevadas (de hasta 20 m/s). Por otro lado, se tuvo que garantizar una alta seguridad funcional incluso en temperaturas ambientales muy bajas de hasta -27°C. En la construcción del sistema oleohidráulico de palanca y contrapeso se consideraron, además, el espacio muy limitado en la sala de compuertas disponible en el lugar. Estos requerimientos individuales pudieron calcularse de manera inteligente con la ayuda del software más moderno. Las cuatro válvulas de mariposa de diámetro nominal DN 2000 fueron entregadas e instaladas en el verano de 2015, siendo diseñadas para un tiempo de vida útil de 70 años.

La válvula de mariposa VAG EKN®, de comprobada eficacia a través de los años, está disponible en todos los diámetros nominales usuales de DN 100 a DN 4000. Además de la acreditada línea F4, también está disponible una serie muy compacta short pattern en longitudes cortas de construcción (según la EN 558-1, línea base 13) hasta el DN 1500, además de una serie AWWA, conforme a los estándares estadounidenses. Con el diseño como válvula de mariposa de doble brida, la posibilidad de montaje universal de la válvula, incluso con presión diferencial total, está garantizada. La estanqueidad en ambas direcciones de flujo está garantizada mediante el anillo perfilado de presión asistida. En función al diámetro nominal y a la situación de montaje, la válvula de mariposa VAG EKN® también puede utilizarse con presiones de servicio de hasta 50 bares.

Más información y detalles sobre la plataforma de válvulas de mariposa VAG EKN® los podrá encontrar visitando la página web del fabricante.

Autores

Merten Venjacob Gerente Global de Productos del Grupo VAG Email: m.venjacob@vag-group.com Peter Oppinger Gerente de Marketing del Grupo VAG Carl-Reuther Strasse 1 68305 Mannheim – Alemania Teléfono: +49 621/ 749-2106 Email: p.oppinger@vag-group.com Internet: www.vag-armaturen.com

Bibliografía

VAG on site R. Heiler, válvulas en el abastecimiento de agua – 1994 Prospectos de VAG sobre válvulas de mariposa

Índice de leyendas

Figura 6: Simulación de flujo CFD de una válvula de mariposa VAG EKN® H1200

Figura 1: Válvulas de mariposa VAG EKN ® DN 3500 Figura 2: Válvula de mariposa VAG EKN ® H300 Figura 3: Disco hidrodinámicamente optimizado de la válvula de mariposa VAG EKN ® H300 Figura 4: Válvula de mariposa VAG EKN ® DN 2000 en una central termoeléctrica a base de lignito Figura 5: Válvula de mariposa VAG EKN ® DN 250 en versión de forjado completo para central nuclear Figura 6: Simulación de flujo CFD de una válvula de mariposa VAG EKN ® H1200


Proyectos Hídricos Diseño y simulación hidráulica del conducto bidireccional para el entubamiento del Río de Los Remedios

Guillermo Leal Báez Manuel M. Cabrera Delgadillo Rafael B. Carmona Paredes

INTRODUCCIÓN

Prácticamente todos los ríos de la ciudad han pasado a formar parte del sistema de drenaje urbano y, en consecuencia, han sufrido diversas modificaciones destinadas a darles mayor capacidad de conducción, sanear el cauce y sus alrededores y proporcionar mayor seguridad contra inundaciones. Dichas modificaciones van desde simples rectificaciones hasta el entubamiento y, por lo tanto, la desaparición total del río. Claro ejemplo de lo anterior, es el Río de Los Remedios que constituye uno de los elementos superficiales más importantes del drenaje de la ciudad. Anteriormente, el trazo de este cauce fue modificado para proteger la ciudad e incluso se construyó el Túnel Interceptor Río de Los Remedios (TIRR), para mejorar su funcionamiento; sin embargo, en los últimos años, ha ido en constante aumento la problemática relacionada con él, que básicamente consiste en la falta de capacidad para el desalojo de las aguas, así como los peligros y riesgos asociados a ello. Como solución, se llevó a cabo el Proyecto ejecutivo del entubamiento del Río de Los Remedios (ERR), en el tramo comprendido entre el Gran Canal del Desagüe y el Dren General del Valle (conocido como Brazo Muerto del Río de Los Remedios, BMRR). Aunque se analizaron diferentes alternativas, la solución definitiva destaca por ser única respecto al diseño habitual de

colectores de aguas residuales, dado que éste fue analizado y diseñado para operarse de manera bidireccional. Con el proyecto, se resolvió la problemática particular del cauce que, en general, presenta secciones transversales irregulares, pendiente natural contraria al funcionamiento, presencia de infraestructura hidráulica, fuertes hundimientos regionales y la necesidad de sanear una de las zonas más pobladas del Valle de México. Con la solución adoptada, además se da la oportunidad de utilizar el área que actualmente ocupan los bordos para construir la vialidad principal que comunicará el norponiente de la ciudad con el Nuevo Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México (NAICM). El funcionamiento hidráulico del BMRR, depende principalmente de las plantas de bombeo (PB) San Felipe de Jesús, 9, 10 y Plaza de las Tres Culturas, así como de los niveles de agua en el Gran Canal del Desagüe y de la operación de sus estructuras especiales como la PB 11+600 y de la obra de toma del Gran Canal al Interceptor Oriente. Por lo que fue indispensable, para este proyecto, implementar un modelo de simulación hidráulica que permitió representar las políticas reales de operación del Sistema Principal de Drenaje de la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM) y, con ello, analizar de forma integral los resultados del funcionamiento para las distintas geometrías y trazos propuestos. Por lo anterior, se llevó a cabo un exhaustivo estudio de funcionamiento hidráulico de las alternativas de solución, que generó un número importante de simulaciones, realizadas mediante el programa MOUSE (Modelling for Urban Sewer), desarrollado por el DHI (Danish Hydraulic Institute).

17

Suplemento Especial

E

l crecimiento acelerado de la Ciudad de México, ha obligado a una búsqueda de soluciones cada vez más complejas, con el fin de proporcionar a la población los servicios básicos, como el abastecimiento de agua y el drenaje de aguas residuales y pluviales.


Suplemento Especial

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ANTECEDENTES El Río de Los Remedios, ubicado al norte de la ZMVM, permite dirigir los escurrimientos generados en el surponiente del valle, hacia el oriente, al igual que los ríos Churubusco, de La Piedad y Consulado. Con el objetivo de evitar que el Río de Los Remedios descargara en la zona urbana oriente-centro de la ciudad, el trazo original de éste fue modificado; su cauce actual se dirige hacia el lago de Texcoco por el límite entre los municipios de Nezahualcóyotl y Ecatepec (estado de México); de modo que es posible dirigir su caudal hacia afuera de la cuenca a través del Gran Canal del Desagüe (GC), o bien, mediante el Emisor Central (EC), utilizando el GC y el Interceptor Oriente (IO). A pesar de la construcción del TIRR, como apoyo para el Río de Los Remedios, hoy en día la infraestructura hidráulica no cuenta con la capacidad suficiente para el desalojo inmediato de las aguas superficiales y pluviales, lo que expone al peligro de inundación a los habitantes de los municipios de Nezahualcóyotl (al sur del Río de Los Remedios) y Ecatepec (al norte), que son dos de los más densamente poblados en la ZMVM. De hecho, ya han ocurrido eventos en los que se han tenido importantes daños y pérdidas en servicios de salud, viviendas, comercios e infraestructura pública.

del gobierno mexicano de establecer dentro de la Zona Federal del Lago de Texcoco el NAICM; lo que obliga a utilizar el área que hoy ocupan los bordos del cauce para construir la principal vialidad que comunicará el norponiente de la ciudad con este nuevo puerto aéreo. Además, en el marco de la planeación y construcción del NAICM, se creó el Plan Hidráulico Integral para Mitigar Riesgos de Inundaciones y Recuperar Cuerpos de Agua de la Zona Oriente del Valle de México, el cual se vería complementado al ejecutar el proyecto del ERR. Cabe recordar que en este proyecto se considera sólo el entubamiento del tramo comprendido entre el GC y el Dren General del Valle (DGV), el cual se puede observar en la Figura 2. Tiene una longitud aproximada de 7 km y desaloja de forma superficial las aguas residuales que traspalean las Plantas de Bombeo (PB) San Felipe de Jesús, 9, 10 y Plaza de Las Tres Culturas. En temporada de lluvias, los caudales que llegan a las plantas de bombeo se derivan al TIRR, que corre de manera paralela al cauce, a 28 m de profundidad; pudiendo conducir los escurrimientos hacia la PB Casa Colorada Profunda, al Túnel Emisor Oriente (TEO) o al IO.

De no haber tomado la decisión de intervenir el Brazo Muerto del Río de Los Remedios, el peligro de inundación se vería aumentado a largo plazo por la imposibilidad de darle mantenimiento al TIRR, al no contar con un conducto que permita el desalojo de las aguas residuales y pluviales en temporada de estiaje. En la actualidad, la conducción de aguas residuales ha ocasionado la presencia de malos olores y fauna nociva (roedores e insectos), lo que representa un riesgo sanitario para los habitantes de la zona y ha degradado totalmente la panorámica visual y estética del sitio (Figura 1).

Figura 1. Condiciones actuales del tramo en estudio del Río de Los Remedios.

Debido a lo anterior, se planteó la necesidad de una solución que derivara en un manejo responsable de los recursos hídricos, que logre la sustentabilidad hídrica de la zona de estudio y aumente la seguridad y el bienestar de sus habitantes. Pero la relevancia del proyecto ERR radica no sólo en la imperante necesidad de sanear y disminuir el peligro de desbordamiento del cauce; sino que también está relacionada con la decisión

Figura 2. Tramo de entubamiento del Río de Los Remedios y curvas de velocidad de hundimiento anual.

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), fue la institución responsable de la elaboración del proyecto, con el objetivo de mejorar el sistema de desalojo y regulación de aguas residuales de la zona oriente del Valle de México, en complemento al Plan Hidráulico Integral para Mitigar Riesgos de Inundaciones. Por otra parte, el proyecto del entubamiento del Río de Los Remedios, constituye el compromiso No. 43 de la campaña electoral de 2012 del actual Presidente de México.


PROBLEMÁTICA El tramo en estudio presenta una problemática muy particular al estar afectado por la subsidencia regional del suelo. En la Figura 2, se muestran las curvas de igual velocidad de hundimiento anual, que varían desde los 16 cm/ año, en el extremo poniente, hasta los 28 cm/año, en el extremo oriente. La velocidad alcanza, incluso, los 30 cm/ año en la zona aledaña al cruce del BMRR con la Av. Central Carlos Hank González, zona en la que se ubican una

estación del Metro de la Ciudad de México y la Lumbrera 4 (L-4) del TIRR. Cabe recalcar que los hundimientos regionales representan un factor adverso mientras el conducto se opere de oriente a poniente, que es la condición de operación actual; no obstante, éstos incidirán favorablemente en la condición de operación futura que se desea establecer, en la que el agua fluirá de poniente a oriente.

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN Antes de determinar cuál sería la solución definitiva, se plantearon diversas alternativas que consideraban no sólo geometrías diferentes, sino tipos de conductos e, incluso, condiciones de operación distintas. A continuación se describen las alternativas analizadas, en el orden cronológico en el que fueron desarrolladas.

Canal de Regulación Cuando se comenzó a buscar una solución a la problemática presente en el BMRR, se planteó embovedar el tramo en estudio del Río de Los Remedios y continuar los lineamientos de su actual condición de operación. Durante el estiaje, las descargas de las PB San Felipe de Jesús, 9, 10 y Plaza de Las Tres Culturas se seguirían manejando de manera superficial; mientras que en la temporada de lluvias, las descargas se realizarían al TIRR, mediante las captaciones existentes en las lumbreras 3, 4 y 5. Esta solución consistía en un canal de 40.0 m de ancho y 3.0 m de profundidad; considerando una cubierta de lámina a manera de domo en toda su longitud (Figura 3). De esta manera se creaban cuatro principales parteaguas en la plantilla del canal, que drenarían el agua a las tres lumbreras del TIRR comprendidas en el tramo. Esto con la intención de regular en temporada de

lluvias 0.8 millones de metros cúbicos, durante 12 horas; lo que permitiría la descarga de un gasto total de 18.5 m³/s al TIRR, en las siguientes 12 horas. Los tramos de regulación propuestos eran: 1) Gran Canal-L3 y 2) L3-L4, ambos con sentido de escurrimiento poniente a oriente; mientras que escurrirían de oriente a poniente, los tramos 3) DGV-L5 y 4) L5-L4. Al revisar las elevaciones de las plantillas para el 2040, considerando los hundimientos regionales, se apreció una seria modificación en el fondo del canal; dado que éstos serían mayores hacia el centro del BMRR, lo que provocaría que en las inmediaciones de la L4 se incrementara el tirante. En consecuencia, se descartó la posibilidad de una conducción superficial y, con el fin de evitar desbordamientos, se planteó un canal de estaje.

Figura 3. Propuesta de Embovedamiento del Río de Los Remedios.

Suplemento Especial

19


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Canal de estiaje

Tuberías en paralelo

Se analizó un conducto cerrado con sección de 2.5 x 2.5 m, para conducir el gasto de estiaje estimado en 2.5 m³/s, que además admitía la posibilidad de resistir carga de presión. Se propusieron dos alternativas: la primera, en sentido contrario a la pendiente, de oriente a poniente, que iniciaba en la PB Plaza de Las Tres Culturas y descargaba en el GC mediante una planta de bombeo; la segunda, en el sentido de la pendiente, que iniciaba en la PB San Felipe de Jesús y descargaba mediante una PB en el DGV. Sin embargo, al considerar la deformación del conducto debido a los hundimientos, se observó que la capacidad de bombeo requeriría de un incremento gradual para ambas opciones; lo que derivó en el análisis de una tercer alternativa: el conducto partía de los extremos y se dirigía hacia un dique ubicado en la L4 (centro del tramo del BMRR), donde se bombearía el gasto de estiaje más el gasto probable de lluvia fuera de temporada (calculado como 12.5 m³/s), y se conduciría a través de dos tuberías de 1.60 m de diámetro hacia el DGV.

En esta alternativa se consideró el análisis de conductos en paralelo. Se planteó un conducto para ser usado en estiaje, con diámetro de 1.07 m (42 pulgadas), y un segundo conducto con diámetro de 2.08 m (82 pulgadas), que operaría junto con el conducto de estiaje, de manera que entre ambos se desalojara el gasto probable de lluvia fuera de temporada. Además se consideraba la exigencia de funcionar bajo carga de presión, dado que en este análisis se obligaba a llevar los caudales de puntos bajos hasta el punto más alto de elevación del cauce, ubicado en la descarga al GC (al poniente).

A partir del análisis anterior, en los subsecuentes se consideró una lluvia fuera de temporada, tal y como se describe en la tercera alternativa. El incremento al gasto de diseño, propició que se analizara entonces un cajón sencillo de 4.5 x 3.5 m y uno doble de 4.0 x 4.0 m; propuesta que se basó en la experiencia previa del encajonamiento del GC. Cuando se planteó una reducción del ancho útil de conducción, al pasar de una plantilla de cauce de 40.0 m a una menor, se posibilitó el uso de los bordos para alojar la autopista antes descrita, lo que obligó a un replanteamiento del alcance del funcionamiento hidráulico. Se llegaron a considerar dos trazos de la conducción: uno ubicaba el conducto dentro de la cárcava del cauce (planteamiento original); el otro en el área que ocupa el bordo del lado norte. Esta última, supone dos niveles de desplante del conducto: 1) el nivel de plantilla que coincide con la elevación del fondo del cauce y 2) el nivel de la corona del bordo, a fin de evitar la construcción de plantas de bombeo, así como economizar los trabajos de excavación y relleno del mismo. Debido a la infraestructura complementaria existente en las lumbreras del TIRR; las descargas de las PB San Felipe de Jesús, 9, 10 y Plaza de las Tres Culturas y la existencia de nueve puentes vehiculares que cruzan el cauce (incluyendo las vías de ferrocarril y del Metro de la Ciudad de México, así como la Avenida Central Carlos Hank González), se concluyó que el trazo debía ser al centro del cauce, de manera que pase por debajo de la infraestructura referida. Por ello, se descartaron las opciones que consideraban un encajonamiento y se planteó la necesidad de analizar la implementación de tuberías. Las simulaciones realizadas tanto para las opciones de canal de regulación como de cajón de estiaje, sumaron 17 corridas. En ellas se incluyó la revisión del comportamiento hidráulico del canal en estiaje y lluvia, para diferentes escenarios, considerando los cambios en las plantillas debidos a los hundimientos regionales: 2015, que corresponde a las condiciones actuales; 2025, que sería la prospección a 10 años y 2040, considerado como término de la vida útil del proyecto.

Ante la factibilidad de entubar con un conducto doble, y al considerar la futura infraestructura de drenaje pluvial para el NAICM, se comenzó a evaluar la posibilidad de operar el BMRR de manera bidireccional. Condición de operación en sentido poniente a oriente. Bajo la cual se considera que el entubamiento descargará en un futuro en el Túnel Dren General del Valle (TDGV) o en el Túnel Semiprofundo Dren General del Valle (TSDGV); conductos que por el momento se encuentran en proyecto, correrán paralelos al DGV y conducirán el caudal hacia la L5 del TEO. Esta sería la condición deseable, por favorecerse del hundimiento regional con un funcionamiento a superficie libre. Condición de operación en sentido oriente a poniente. Condición actual de operación y futura, en el supuesto de que no se llegaran a construir los conductos TDGV y TSDGV. En este caso el entubamiento del BMRR deberá operar en sentido oriente a poniente y descargar en el GC, condición que obliga a un funcionamiento a presión. Para el análisis de funcionamiento hidráulico de estas condiciones se realizaron 24 simulaciones, con el propósito de determinar los diámetros de cada tramo y cada conducto. Es importante mencionar que en estos análisis se consideraron tuberías de concreto, hierro dúctil, PRFV y PEAD.


Conducto de 3.0 m Solución definitiva para el entubamiento del Río de Los Remedios y analizada mediante 14 simulaciones, consiste en un conducto de polietileno corrugado y 3.0 m de diámetro, diseñado para operar de manera bidireccional. Esto en virtud de que actualmente la única salida del BMRR se ubica en su extremo poniente, GC; sin embargo, con la construcción del TSDGV y el TDGV, se contaría con una salida en el extremo oriente. Por lo tanto, se establecieron dos políticas de operación: Política de operación 1. El conducto opera en el sentido de poniente a oriente, de la PB San Felipe de Jesús al TSDGV, con flujo a superficie libre y tirante máximo que alcanza el 80% de llenado de la tubería de 3.0 m de diámetro (Figura 4). Este sentido de flujo será favorecido por la acción de los hundimientos regionales, que cada año mejorarán el funcionamiento hidráulico, dado que se incrementará de manera natural la pendiente y, en consecuencia directa, la velocidad de flujo; reduciéndose paulatinamente la relación de llenado de la tubería.

Figura 4. Perfil de flujo en la política de operación 1, con lluvia fuera de temporada (2015).

Etapa 2. En caso de concluirse la construcción del ERR antes que el TDGV, el Río de Los Remedios estará obligado a operar en sentido oriente a poniente, desde la PB Plaza de Las Tres Culturas hasta el GC (Figura 5). Esto implica un flujo a presión desde la PB Plaza de Las Tres Culturas hasta la PB San Felipe de Jesús, sitio donde el funcionamiento cambiaría a flujo a superficie libre, hasta el GC. Esta condición de operación se vería afectada por un crecimiento de la carga de presión debido a los hundimientos regionales, lo que limitaría su vida útil.

Figura 5. Perfil de flujo en la política de operación 2, en estiaje (2015).

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Suplemento Especial

22

INGENIERÍA DEL CONDUCTO EN ESTUDIO Con base en el análisis de alternativas se establecieron las siguientes bases para diseño y solución geométrica del proyecto: • Operará en estiaje, lo que permitirá realizar labores de mantenimiento anualmente, tanto al ERR como al TIRR, sin poner en riesgo al personal y equipo que efectúe las actividades de conservación. Es decir, el conducto dejará de operarse en temporada de lluvias y, en su lugar, operará el TIRR. • El conducto deberá tener capacidad para conducir una lluvia fuera de temporada. • La capacidad de conducción estará sujeta solamente a las aportaciones de las plantas de bombeo que descargan actualmente al cauce. • El conducto deberá operar a una velocidad de flujo superior a 0.60 m/s. La velocidad máxima está definida por el material seleccionado finalmente. • Deberá poder soportar una carga de presión de 1.5 kg/ cm²; es decir, 15 mca, para funcionar adecuadamente bajo la política de operación 2, cubriendo el horizonte del proyecto. • La tubería deberá ser de alta resistencia a la corrosión, debido a la calidad de las aguas negras o servidas del entorno urbano-industrial. Asimismo, su resistencia deberá ser adecuada para el tipo de suelo, clasificado como arcilloso con alto contenido de salinidad. • Los gastos de operación para las dos posibles condiciones de proyecto se presentan a continuación, en la Tabla 1.

orgánicos sulfurados de las aguas residuales (como el sulfuro de hidrógeno y sulfuros orgánicos volátiles) atacan a las tuberías de concreto, suprimiendo la adherencia entre la pasta y el agregado, formando sulfato de calcio y sulfoaluminato de calcio (etringita). En cuanto a la tubería de poliéster reforzada con fibra de vidrio (PRFV), fabricada con resinas ortoftálica e isoftálica y catalogada “de usos generales”, no cumple con los requerimientos del proyecto, por lo que de igual manera fue descartada su aplicación. Por lo tanto, se determinó utilizar tubería de PEAD corrugado resistente a las aguas residuales y al suelo colindante a la tubería. Los gastos de aportación por planta de bombeo para las dos condiciones de operación, con flujo a superficie libre o a presión, se describen en la Tabla 2. Se establecieron los gastos mínimos de estiaje (QMinE), para la condición de las aguas residuales en esa época; y los gastos máximos de estiaje (QMaxE), para el caso de presentarse una lluvia extraordinaria fuera de temporada. Por otra parte, en la Tabla 3, se detalla el diámetro y longitud de cada tramo del conducto en estudio.

Tabla 2.- Gastos por tramos.

TRAMO

Tabla 1. Capacidad de conducción para el diseño del ERR.

QMinE

QMaxE

[m³/s]

[m³/s]

Descarga a GC

Caudal de aguas residuales (mínimo en estiaje)

2.50 m³/s

PB PTC A PB 9 Y 10

0.70

3.60

Capacidad de máxima de diseño (máximo en estiaje)

12.50 m³/s

PB 9 Y 10 A PB SFJ

2.10

10.60

PB SFJ A GC

2.50

12.50

Para seleccionar el material de la tubería, se consideró que el suelo del sitio contiene lixiviados (ácidos orgánicos), dado que el cauce aloja una gran cantidad de desechos sólidos.

Descarga a TDGV

La tubería de concreto fue descartada dado que se ha encontrado que el recubrimiento de alquitrán de hulla epóxico no es resistente a los ácidos; es sabido que los sulfatos y compuestos

PB SFJ A PB 9 y 10

0.40

1.80

PB 9 Y 10 A PB PTC

1.80

8.80

PB PTC A DGV

2.50

12.50

Tabla 3. Diámetros y longitudes de los tramos. Gran

PB

PB

PB

Av.

Av.

PB

PB

Canal

SFJ

SFJ

9 y 10

Central

Central

PTC

PTC

0+020

1+580

1+580

3+500

3+660

5+470

5+470

Tramo en estudio Cadenamiento de proyecto Longitud del tramo [m] Conducto [m]

TSDGV 3+500

3+660

7+098.8

1560.00

1920.00

160.00

1810.00

1628.80

3.00

3.00

1.20 (4)

3.00

3.00

En la Tabla 3, en el tramo 3+500 al 3+660, se observa una disminución del diámetro que deriva de aprovechar los cuatro vanos de la alcantarilla existente en la Av. Central para la libranza de la infraes-

tructura de vías de Ferrocarril, de la Línea B del Metro de la Ciudad de México y de la Av. Central Carlos Hank González, mediante cuatro conductos de 160 m de longitud y 1.20 m de diámetro.


Adicionalmente, para el análisis hidráulico se empleó la ecuación de Manning para la estimación del perfil de flujo a superficie libre, en régimen permanente; así como la ecuación de Darcy-Weisbach, para la determinación de las pérdidas de energía, en el caso del análisis del flujo a tubo lleno sometido a presión, con el ajuste del coeficiente de fricción mediante la expresión de Swamme y Jain. Ante la falta de información bibliográfica y experimental relativa al valor del coeficiente de fricción (f) o el valor de rugosidad absoluta (ε), empleado en la ecua-

ción de Darcy-Weisbach, se hizo auxilio del conocimiento del valor del coeficiente de fricción (n) de la ecuación de Manning. Para la tubería de PEAD corrugado, de 3.0 m de diámetro, se tomó el valor de n = 0.0105; considerando ambas expresiones válidas para determinar un mismo valor de pérdida de energía (hf), se determinaron los valores de ε=0.035 y , f=0.0095 empleados en el cálculo hidráulico para tubo nuevo. Este ejercicio y uno similar para tubería de concreto, se muestran en las Tablas 4 y 5.

Tabla 4. Variables del cálculo hidráulico empleando la ecuación de Darcy-Weisbach. Q Material

D

A

Rug ε

ε/D

V

ν

Re

f

L

hf

S

[m³/s]

[m]

[m²]

[mm]

[0]

[m/s]

[m²/s]

[0]

[0]

[m]

[m]

[m/m]

PEAD corrugado

14.85

3.00

7.07

0.0350

1.17E-05

2.10

1.01E-06

6.26E+06

0.0095

100

0.071

0.0007

Concreto

14.84

3.00

7.07

0.7615

2.54E-04

2.10

1.01E-06

6.26E+06

0.0146

100

0.109

0.0011

Tabla 5. Variables del cálculo hidráulico empleando la ecuación de Manning. Q

D

A

P

Rh

V

n

L

hf

S

[m³/s]

[m]

[m²]

[m]

[m]

[m/s]

[0]

[m]

[m]

[m/m]

PEAD corrugado

14.85

3.00

7.07

9.42

0.75

2.10

0.0105

100

0.071

0.0007

Concreto

14.84

3.00

7.07

9.42

0.75

2.10

0.0130

100

0.109

0.0011

Material

Para determinar el grado de cambio del coeficiente de fricción (f) al manejar aguas residuales, se realizó una serie de pasos con la suposición de que la salmuera (NaCl diluido al 10%) tiene semejanza con las aguas residuales, lo que resulta en un incremento del 4% a usar en la estimación de f para el análisis hidráulico de la tubería. Con respecto al envejecimiento, se estimó un porcentaje de 156% para los siguientes 15 años, consideraciones usadas en la estimación hidráulica de los escenarios del año 2025 (Tabla 6). Es importante mencionar que todos los valores antes descritos, se ingresaron al modelo de simulación matemática.

Tabla 6. Comparación viscosidad cinemática entre agua y salmuera. Viscosidad Cinemática [m²/s] Líquido/ Agua

Salmuera

0°C

1.70105E-06

1.85799E-06

20°C

1.00667E-06

1.29900E-06

Temperatura

El cálculo de la presión de trabajo, definida como “la máxima presión de agua que el tubo es capaz de soportar continuamente con una alta certeza de que no ocurrirá una falla” (ASTM D2837), fue calculada en función de tres factores: el SDR, que es una relación adimensional del diámetro interno y el espesor de pared; el HDS, que representa la resistencia hidrostática en servicio, y el PR, que es la presión de trabajo. En el caso del PEAD corrugado, la norma de referencia para calcular los espesores de pared y sus presiones es la ASTM F714, que en su apartado 5.2.5 Tamaños especiales hace referencia a diámetros superiores a los especificados en las tablas de dicha norma, lo cual se aplicó en este proyecto y se obtuvo un espesor de pared interna de 36 mm. Las consideraciones para el cálculo de resistencia al aplastamiento de la tubería, corresponden al diseño final de acostillamiento para la tubería de 3.0 m de diámetro nominal. Para ello se emplea grava de 1 ½ a 3 pulgadas de diámetro (clasificada como Suelo Clase I, roca triturada, conforme a la norma ASTM D2321) para el acostillamiento con forma piramidal a 0.5D ó 1.5 m alrededor de la tubería; el cual se coloca sobre una base de 9.0 m, cimentada con 40 cm de espesor de grava y apoyada en una capa de incrustación de tezontle de 8 pulgadas de diámetro medio (Figura 6). Esto resultó en un valor de carga muerta, para la condición de mínimo enterramiento, de Wc = 19 631.39 kg⁄m; así como de Wc = 42 978.18 kg⁄m, para la condición de máximo enterramiento. En el diseño de la tubería flexible enterrada, la rigidez del suelo se calculó tradicionalmente, usando el módulo de reacción del suelo E’. Este es un parámetro semi-empírico requerido como aporte a la fórmula de Iowa para la estimación de la deflexión; depende de varios factores como el tipo de suelo, contenido de finos y grado de compactación. Asimismo, el material se clasifica acorde a la ASTM D2487. Por lo tanto, se tiene un valor de E’ de 20 700 kPa. Para la tubería de polietileno de alta densidad de 3.0 m de diámetro (norma ASTM F894) se consideró un valor de rigidez de 118.659 kPa (17.21 psi). Se estimó una deflexión diametral de ∆y = 2.49% para la condición mínima de enterramiento; en tanto que, para la condición máxima, se obtuvo de ∆y = 4.21%.


Suplemento Especial

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Figura 6. Sección conceptual de instalación de tubería de 3.0 m de diámetro del ERR.

CONCLUSIONES Por lo anterior, la tubería seleccionada fue la de polietileno de alta densidad de perfil corrugado abierto de 3 000 mm de diámetro nominal (118 pulgadas interior), perfil PR-65-65.65MX, en tramos de 6 metros de longitud, con altura de perfil de 109 mm, con un espesor del waterway de 36 mm, campana de 140 mm de longitud, espiga de 147 mm de longitud, para unirse vía electrofusión, con resistencia integrada a la campana fabricada con alambre de CuZn37 de 2 mm de espesor, con co-extrusión en color amarillo interior (para operar a una presión interior de 1.5 kg/cm²). Se determinó que la tubería debe ser fabricada con resina virgen de polietileno de alta densidad, celda de PE445574C, según ASTM D3350 y clasificación PPI TR4. La tubería para su instalación deberá estar certificada por la norma ASTM F894-13 y ser probada la unión a presión hidrostática, bajo plan de pruebas en concordancia con la NOM-001-CONAGUA–2011, utilizando equipo de pruebas Test-Join, en cada unión o junta hasta 1.5 kg/cm².

Después del análisis del funcionamiento hidráulico de distintas alternativas bajo escenarios tanto actuales, como de prospección de hundimientos a 10 y 25 años, se determinó como solución definitiva emplear un conducto de polietileno corrugado de 3.0 m de diámetro. Cuya característica más destacable es que está diseñado para operar de manera bidireccional y a presión, lo que lo hace único respecto al diseño convencional de este tipo de conductos. Este diseño considera todos los factores que conforman la problemática actual del tramo en estudio del Río de Los Remedios, en especial, el referente a la subsidencia del suelo que se presenta a lo largo del cauce. El análisis del gran número de alternativas realizadas, en el corto periodo que duró el proyecto, sólo fue posible por medio de la implementación del modelo matemático. Con éste, se logró el óptimo diseño del conducto. Asimismo, se cumplieron los objetivos de Conagua de disminuir el riesgo de inundación en la zona y mejorar las condiciones ambientales, en beneficio de la salud de los habitantes de las inmediaciones del cauce. Por medio de este proyecto, se logrará separar el manejo de las aguas en estiaje y lluvias, lo que permitirá realizar mantenimiento periódico al TIRR. Por último, se contará con un área para la construcción de la vialidad que comunicará las zonas poniente y norte de la ZMVM con el NAICM.

REFERENCIAS CONAGUA-FEPI-INESPROC. (2015). “Proyecto Ejecutivo para el Embovedamiento del Río de Los Remedios, en los Límites de Netzahualcóyotl y Ecatepec”. México.


Moctezuma presente en las grandes obras de MĂŠxico Torre Diana Ciudad de MĂŠxico


Empresas y Empresarios

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Protegiendo hogares de la lluvia y el calor

E

l clima extremo que estos últimos años se ha intensificado, trae consigo la preocupación por proteger las edificaciones de los daños por intemperismo, así como por emplear materiales que sean amigables con el medio ambiente. TOP con el compromico de brindar soluciones integrales que ayuden a conservar y alargar la vida util de los hogares en México, ha desarrollado aislantes térmicos e impermeabilizantes con la mayor tecnología en protección contra el calor y la humedad ofreciendo una amplia gama de productos diferenciados como:

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Productos especiales de alta tecnología Top Cemento Flexible. Cemento impermeable de dos componentes, de gran flexibilidad para colocarse en superficies con movimientos estructurales como fachadas prefabricadas y losas monolíticas. No se agrieta y evita el paso de humedad. Top One Coat. Impermeabilizante asfáltico base agua, de consistencia pastosa y gran adherencia ideal para proteger charolas de baños, albercas y terrazas. Requiere una sola capa de aplicación para proteger las superficies de la humedad, seca en solo 7 horas y por su adherencia se puede aplicar directamente sobre cerámico vidriado. Top Alta Resistencia. Impermeabilizante acrílico base agua en pasta, ideal para proteger de la humedad cimentaciones, muros de contención o cualquier elemento constructivo que este bajo tierra. Tiene alta resistencia a impactos y punzonamiento. Para su aplicación no requiere mano de obra especializada, ni materiales de refuerzo, solo se aplica una sola capa de producto.

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Empresas y Empresarios

Aislantes térmicos e impermeabilizantes


Maravillas de la Ingeniería Civil

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El pozo de San Patricio en Orvieto:

el artificio de la industria

S

obre un amplio basamento de roca volcánica, en la provincia italiana de Terni, se alza la ciudad de Orvieto, «la urbe vetusta» de acuerdo con la etimología clásica, cuyos orígenes se remontan posiblemente al segundo milenio antes de nuestra era. Dado que fue fundada sobre una escarpada colina de magma volcánico que se eleva cincuenta metros sobre el terreno circundante, la ciudad tuvo desde sus orígenes la ventaja de ser una fortaleza natural. Este factor fue determinante para el desarrollo económico de la región, la cual alcanzó un periodo de gran prosperidad hacia el siglo VIII antes de nuestra era, época de apogeo del Fanum Voltumnae, el templo de Voltumna, principal centro político y religioso de la dodecápolis etrusca —cinturón conformado por las doce ciudades principales de este pueblo— en el cual se llevaban a cabo las festividades dedicadas al dios. La prosperidad de esta primera parte de la historia de la ciudad se vio interrumpida cuando, hacia el siglo III antes de nuestra era, la ciudad vivió encarnizadas luchas sociales. Mientras las clases populares tomaban el control político de la región, la nobleza buscó el apoyo de Roma y todo terminó con el saqueo de los templos etruscos. Fue hasta la Edad Media, durante el apogeo del Imperio Bizantino, que la zona volvió a florecer, hecho que se vio reflejado en las ampliaciones realizadas a las diversas obras hidráulicas que proveían de agua a la ciudad por medio de ductos, galerías subterráneas, pozos y cisternas. Sin embargo, la obra de ingeniería que inmortalizaría el nombre de Orvieto no sería realizada sino hasta el siglo XVI, en otro momento de gran turbulencia política.

Itzel González C.

En 1527, tras el deterioro de las relaciones entre el papa Clemente VII y el poderoso Carlos V, la península fue invadida por las fuerzas del Sacro Imperio Romano Germánico las cuales, amotinadas, tomaron y saquearon la Ciudad Eterna en mayo de ese año. Tras un escape novelesco del Castillo Sant’Angelo, donde se había refugiado durante el saqueo de la ciudad —conocido como «el Saco de Roma»—, el papa llegó a la plaza fuerte de Orvieto e inmediatamente ordenó la construcción de un nuevo pozo para proveer a la ciudad en caso de un asedio prolongado. Orvieto, es cierto, nunca había padecido de escasez de agua; sin embargo, no contaba con abastecimiento autónomo del recurso. Antonio da Sangallo el Joven —quien poco tiempo después, a la muerte de Rafael, sería nombrado el arquitecto jefe encargado de dirigir la edificación de la basílica de San Pedro— fue elegido para ejecutar dicha construcción.


Maravillas de la Ingeniería Civil

30

En primer lugar, Da Sangallo llevó a cabo una perforación en la zona más baja de la ciudad, área que colindaba con una antigua acrópolis etrusca, de tal forma que fuese posible la extracción directa del manantial de San Zeno. Luego, para acarrear el agua desde el fondo del pozo, diseñó una construcción cilíndrica de trece metros de diámetro y cincuenta y cuatro de profundidad equipada con dos escaleras helicoidales de 248 escalones

cada una. La edificación, de hecho, está formada por dos enormes cilindros: el interior, continuo y hueco, cuya finalidad es la de proveer ventilación e iluminación a través de 72 ventanas, y el exterior, que contiene las dos escaleras que forman una doble hélice, disposición pasmosamente parecida a una cadena de ADN. Lo fundamental de ese intricado diseño es que permite dedicar una escalera al tránsito descendente y otra, idéntica pero independiente, al ascendente, lo cual agiliza enormemente el tráfico. Y aunque muchos visitantes modernos sospechan que Da Sangallo cometió un error al diseñar sus «incómodos» escalones, la verdad es que no fueron pensados para personas, sino para permitir el paso de las mulas encargadas de extraer el líquido y por eso son inusualmente amplios y poco profundos. Sin lugar a dudas, las escaleras de Da Sangallo son la principal razón de la popularidad actual del pozo en tanto atractivo turístico, pues le da la impresión a quien las transita y se asoma por sus ventanas de estar dentro de una arquitectura imposible, similar a las imaginadas por Maurits Cornelis Escher. Al finalizar la construcción, el pontífice le solicitó a Benvenuto Cellini la fundición de una medalla (que actualmente se conserva en el Vaticano) que reza Quod natura munimento inviderat industria adiecit. Aquello que no provea la naturaleza será adquirido a través de la industria. Así se consagra la magnificencia del ingenio ante los escenarios más adversos. El nombre del santo patrono de Irlanda, por cierto, fue añadido al del pozo tiempo después del término de la obra. En el siglo XIX, los monjes del convento de las Siervas de María establecieron una conexión simbólica, posiblemente, debido a que la profundidad de la construcción evocaba aquella legendaria cueva de Lough Derg que, supuestamente, fue otorgada a San Patricio por Cristo con el fin de que en ella les mostrase a los infieles el abismo del Purgatorio. Y así se erige en medio de la torva volcánica una de las obras arquitectónicas más importantes de Orvieto para recordar que, ante la escasez de recursos naturales, la ingeniería se hará presente para proveer mediante el artificio.


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La captación de lluvia

Tecnologías

Parte estratégica para solucionar los problemas de agua

Ing. Hiram García Dirección de Ingeniería de Isla Urbana​ www.islaurbana.org

E

Fotografía Isla Urbana

l agua es un recurso natural renovable primordial para la humanidad y los demás seres vivos. En la actualidad la sociedad enfrenta un complejo y creciente problema con el agua, ya sea por contaminación, mal manejo, deforestación, sobreexplotación, fugas y otras actividades humanas, los modelos hidráulicos se están enfrentando a su propia insostenibilidad. Esta catástrofe ataca de igual manera a grandes ciudades como a pequeños poblados, no importando su clima ni aparente acceso al recurso.

Si se aprovechara de manera masiva una parte de la lluvia que llega del cielo directo a las casas, industrias y demás edificios, se podría abastecer a miles de personas que no cuentan con una fuente confiable de agua, además de reducir la distribución ineficiente con pipas, disminuir las inundaciones y bajar el costo por bombeo e infraestructura. Incluso los que no captan lluvia se verían beneficiados, pues cada litro de lluvia se tendría que extraer del acuífero o traer de otras cuencas.

Un caso paradójico de gran escala ocurre en la Ciudad de México, que se inunda cada año con lluvia mezclada con drenaje, mientras una población cercana al 35 % sufre algún grado de desabasto de agua potable. Además, 30 % del agua se tiene que importar con el sistema Lerma-Cutzamala, que además de representar un problema social es muy costoso e ineficiente, ya que implica bombear agua más de 200 km de distancia y 1 km de altura. El acuífero sobre explotado ha alertado a diversos sectores de la sociedad porque no hay certeza de cuánta agua queda para continuar con el ritmo actual.

La captación de lluvia ha dado pasos importantes en México y hay un creciente interés en diversos sectores de la población por detonar modelos que contemplen este recurso tanto a nivel individual como de manera colectiva. Es el caso del proyecto Isla Urbana, que en 6 años ha logrado la implementación de más de 2600 sistemas de captación de lluvia a nivel doméstico y escuelas, para consumo humano, principalmente en la Ciudad de México y estados como Hidalgo, Oaxaca, Jalisco, Puebla, Edo. Méx., Durango y Guerrero. El objetivo de Isla Urbana es detonar una cultura de captación de lluvia masiva para demostrar el impacto que tiene.

Muchos autores coinciden que este complejo problema de la humanidad, sólo podrá resolverse a partir de un modelo integral que tome en cuenta la paulatina minimización de fugas, el tratamiento del agua residual, la separación y tratamiento del agua gris, el uso eficiente del agua potable, la separación y aprovechamiento del agua de lluvia, y sobre todo, del manejo del agua en la misma cuenca donde se extrae y se consume.

El sistema de captación de lluvia que propone Isla Urbana ha pasado por un proceso que responde al contexto urbano y rural de México. Actualmente, el sistema urbano se puede resumir en 6 pasos sencillos para ofrecer agua con calidad dentro de la NOM-127-SSA1-1994 para agua potable:


Tecnologías

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Fotografía Cate Cameron

Fotografía Cate Cameron

Fotografía Camaroni Producciones

El techo. El agua de lluvia es limpia por naturaleza, sólo puede contaminarse con la atmósfera y principalmente con el techo por donde escurre. Si se elige y mantiene un techo limpio, el agua de lluvia tendrá poca oportunidad de contaminarse. Un techo común de una casa puede ser buena opción para captar la lluvia si permite que el agua corra libremente, pueda ser conducida y no tenga agentes contaminantes puntuales. Los canales y tubería del sistema. El agua debe ser centralizada y conducida a los elementos del sistema, al tratamiento y almacenamiento. El filtro de hojas. Con una malla sencilla se pueden colar los contaminantes más grandes como hojas, ramas, piedras e insectos. El separador de primera lluvia. Es el elemento medular de este sistema, ya que retira los primeros litros de lluvia por ser los que arrastran la mayor concentración de contaminantes del aire y del techo, reduciendo así en un 75 % la contaminación total. El tanque de almacenamiento. Además de contener el agua captada, sirve como sedimentador de sólidos. Con una pichancha flotante se evita que los sedimentos continúen hacia el resto del sistema. Aquí se puede agregar cloración o plata para desinfectar el agua. El tren de filtración. Con un sencillo proceso que se instala entre el equipo de bombeo y el tinaco que está en la parte superior, se complementa el tratamiento. El tren de filtración incluye un filtro de sólidos mayores a 50 micras y uno más de carbón activado.

Diagrama Isla Urbana

Este sistema está adaptado para viviendas de autoconstrucción, pero puede implementarse en escuelas, industrias, edificios y residencias. El concepto es que es modular, escalable y también se puede integrar a la infraestructura básica de una construcción de manera sencilla desde el diseño. El sistema rural es una síntesis del sistema urbano, pues en el medio rural la calidad del agua de lluvia se eleva y requiere menos tratamiento. Los principales retos técnicos del sistema están en los edificios construidos que no fueron planeados para captar lluvia. Las limitantes más comunes son cuando la tubería que baja la lluvia está mezclada con el drenaje; cuando no hay acceso a las tuberías para modificar trayectorias, cuando las tuberías no tienen dirección correcta hacia el tanque de almacenamiento; cuando existe un foco de contaminación puntual; o cuando simplemente no es posible centralizar y recuperar la lluvia para darle tratamiento previo al tanque de almacenamiento. Por otro lado, hay retos mucho más complejos que superar que caen dentro del aspecto social y político. El verdadero impacto de la captación de lluvia es tangible cuando se hace de manera masiva. Conseguir que las partes involucradas en un proyecto de masificación se engranen de manera exitosa es complicado pues incluye desde el financiamiento, la selección de beneficiarios, la instalación y parte técnica, la capacitación y la adopción de los beneficiarios, por mencionar algunos. Aprovechar la lluvia tiene diversos beneficios económicos, sociales y ambientales. En general se debe destacar la alta calidad fisicoquímica de la lluvia si se compara con otras fuentes, el bajo consumo de energía y costo por distribución, tratamiento y operación, el empoderamiento de las familias que aprovechan este recurso, y el uso de materiales y mano de obra local.


Ingeniería Civil Mexicana

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Los servicios de agua en la

Ciudad de México: entre la escasez y las inundaciones

Silvia Rábago

E

l agua ha estado ligada a la Ciudad de México desde antes de ser nombrada de esta forma. Conviene recordar que, en la época prehispánica, Tenochtitlan se ubicaba en medio de un conjunto de lagos, situación que obligó a sus habitantes a adoptar formas de vida íntimamente ligadas al agua. A pesar de la cantidad de agua que rodeaba a sus antiguos habitantes, no toda era adecuada para el consumo humano a causa de sus niveles de sal que poseía. Una solución consistía en distribuir agua dulce por medio de canoas que llevaban el líquido para su venta; sin embargo, el abasto era insuficiente, por lo que se hicieron algunas obras hidráulicas tempranas, como un acueducto construido principalmente con barro que llevaba el agua desde Chapultepec hasta el centro de la naciente urbe. Asimismo, se construyó otro acueducto que tomaba agua de Churubusco y Coyoacán, pero este provocó una gran inundación en la ciudad. Durante la conquista, Hernán Cortés mandó destruir parte del acueducto de Chapultepec para evitar que el agua llegara a la ciudad y provocar su rendición, acción que sirve para recordar la importancia estratégica del servicio. Además de los acueductos, otra

forma de obtención de agua dulce que pervivió hasta el siglo XIX fue la captación de la lluvia, el producto de la cual se reunía en recipientes colocados bajo los techos de las casas o en depósitos construidos con tal fin. A principios de la época novohispana, el acueducto que había sido dañado por Cortés fue restaurado, pero era necesario llevar más agua a nuevos destinos dentro de la ciudad, debido a su cambiante y creciente disposición. Por lo anterior, comenzaron a otorgarse mercedes de agua, que eran concesiones de parte del gobierno para que algún particular llevara agua a su propiedad por medio de una tubería de barro. Una de las primeras mercedes fue concedida a petición de fray Toribio de Benavente para el convento de San Francisco. La gente que tenía mayores recursos y podía comprar uno de estos títulos estaba obligada a construir una fuente que podía ubicarse fuera de la propiedad o en el patio de esta, de modo que el resto de las personar pudieran ir a abastecerse. Por otra parte, en caso de no tener una fuente al alcance, los vecinos podían adquirir el vital líquido por medio de aguadores que recorrían distintos puntos de la ciudad.


administraciÓn integral de residuos sÓlidos urbanos y de manejo especial INSTRUCTOR:

M. EN I. JORGE SÁNCHEZ GÓMEZ

PROGRAMA DEL CURSO

FECHA: 20, 21, Y 22 DE OCTUBRE

° LA GESTIÓN INTEGRAL DE LOS RESIDUOS EN

HORARIO: 20 OCTUBRE 8:00 am a 14:00 pm Receso 16:00 pm a 18:00 pm

MÉXICO: SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS. ° IMPORTANCIA AMBIENTAL Y SANITARIA DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS. ° NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-083/SEMARNAT-2003 ° BARRIDO, RECOLECCIÓN Y TRANSFERENCIA

21 OCTUBRE 8:00 am a 14:00 pm Receso 16:00 pm 18:00 pm

DE RESIDUOS SÓLIDOS. ° TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS. ° DISPOSICIÓN FINAL DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS

22 DE OCTUBRE 10:00 am a 14:00 pm

MANEJO Y CONTROL DEL BIOGÁS. ° MANEJO Y CONTROL DE LOS LIXIVIADOS. ° COSTOS, INVERSIONES Y

General Estudiantes

ASPECTOS FINANCIEROS A

SEDE: Aula CENEVAL de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí

CONSIDERAR EN LOS PROYECTOS SOBRE EL MANEJO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS. GERENCIAMIENTO Y ORGANISMOS OPERADORES. ° PLANES DE MANEJO PARA LA GESTIÓN INTEGRAL DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS Y DE MANEJO ESPECIAL.

COSTO: $2,000.00 + IVA $1,000.00 + IVA

er

Curso de Orientación y Capacitación Municipal

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FECHA LÍMITE DE INSCRIPCIÓN:

05 DE OCTUBRE 2016


38 Ingeniería Civil Mexicana

insuficiencia del líquido. De momento se construyeron numerosas fuentes públicas, los aguadores continuaron realizando su labor —de hecho, se emitieron reglamentos para evitar que contaminaran las fuentes al tomar el agua— y se creó una comisión de aguas para buscar nuevas alternativas al problema del abasto. A pesar de ello, la constante crisis económica y la inestabilidad política impidieron la realización de obras hidráulicas que mejoraran las condiciones de vida de una población que vivía, paradójicamente, entre la carencia de agua potable y las frecuentes inundaciones ocasionadas por la lluvia.

Durante el virreinato el agua llegaba a la ciudad por medio de diversos acueductos como eran los de Churubusco, Guadalupe, Santa Fe —que terminaba en la fuente de la Tlaxpana— y Chapultepec —que lo hacía en la del Salto del Agua—. En esta época la ciudad sufrió de numerosas inundaciones que pusieron claramente en evidencia la necesidad de construir obras que evitaran la acumulación de agua en la época de lluvias. Durante el siglo XIX la Ciudad de México fue abastecida de agua gracias a las obras hidráulicas construidas durante el virreinato. Sin embargo, la gente siguió padeciendo el problema de la

Solo la mitad de la población tenía fácil acceso al agua y quienes podían obtenerla conseguían en promedio cinco litros por persona. Una de las consecuencias más dramáticas de la contaminación del agua y la carencia de ella en algunas zonas fue una epidemia de cólera que estalló en 1833. Además, la extracción de agua por medio de pozos ocasionó otro problema de consideración: el hundimiento de la ciudad. Para la década de 1840, la ciudad comenzaba a presentar un hundimiento de cinco centímetros por año, por lo que se pensó en remediar la situación continuando la construcción del desagüe de la Ciudad de México que se había proyectado desde la época novohispana, pero la guerra contra Estados Unidos entre 1846 y 1848, la Guerra de Reforma a finales de la década de 1850 y la Intervención Francesa impidieron que esta obra continuara.


Ingeniería Civil Mexicana

40

No fue sino hasta el último cuarto del siglo XIX que las obras hidráulicas fueron retomadas e impulsadas por el gobierno de Porfirio Díaz que, al haber reestablecido la paz pública y mejorado la economía, pudo buscar soluciones a los problemas relacionados con el agua. El gobierno otorgó incentivos y concesiones para quienes construyeran infraestructura hidráulica; además, en 1891 se crearon la Secretaría de Fomento y la Dirección de Aguas para buscar alternativas al problema de la falta de agua y las inundaciones en la ciudad, así como para encontrar soluciones relacionadas con el abasto del líquido en el resto de la república, sobre todo a los sembradíos. El agua comenzó a llegar a los domicilios durante el siglo XIX, pero fue durante la segunda mitad de esa misma centuria que se convirtió en uno de los servicios más exigidos al gobierno. El acueducto de la Tlaxpana funcionó hasta finales del siglo XIX, cuando el agua de los manantiales de Santa Fe se agotó. La falta de agua o la contaminación de la misma llevaron a que se buscaran otras fuentes de suministro y estimuló la construcción de obras hidráulicas, entre las cuales destaca el acueducto de Xochimilco, que estuvo en funcionamiento hasta mediados del siglo XX. Este acueducto, que fue la solución al problema del agua durante varias décadas, fue planeado para abastecer las colonias fundadas a principios del siglo XX —la Roma, la Condesa y la Hipódromo serían algunas de ellas—. Sin embargo, era necesario pensar en una obra de mayor magnitud que abasteciera a la mayor parte de la ciudad. Desde 1914, el ingeniero Miguel Marroquín y Rivera propuso la construcción de una obra que extrajera el agua del río Cutzamala, pero con el estallido de la Revolución Mexicana el proyecto fue olvidado. Años después, la idea fue retomada, y en 1942 se proyectó y comenzó a construirse el sistema Lerma–Cutzamala. Para administrar los recursos hídricos del país se han creado numerosas instituciones, como la Dirección de Aguas, Tierras y Colonización en 1917, la Comisión Nacional de Irrigación en 1926, la Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos en 1976 y, en 1986, la Comisión Nacional del Agua. En tanto, para la administración del agua en la Ciudad de México se creó la Dirección General de Construcción y Operación Hidráulica y la Comisión de Aguas del Distrito Federal, las cuales se fusionaron en el 2003 dando como resultado el Sistema de Aguas de la Ciudad de México, que actualmente se encarga del abastecimiento de este líquido en la capital así como del cobro por el uso del mismo. Actualmente, el sistema Lerma–Cutzamala abastece tanto a la mayor parte de la Ciudad de México como a una porción del Estado de México y es considerado una de las obras hidráulicas más importantes de la ingeniería mexicana, debido a las soluciones que se implementaron para salvar los problemas que provoca el terreno en lo relacionado con la construcción y el mantenimiento del propio sistema. A pesar de la obra monumental que representa, actualmente es necesario pensar en nuevas opciones para el abasto de agua, que sigue siendo insuficiente en amplias zonas de la ciudad —la Delegación Iztapalapa, por ejemplo—. Además, uno de

los mayores retos es poder resolver el problema del agua de manera sustentable, problema que ha persistido desde la época prehispánica. La falta de agua potable y las inundaciones estacionales son hechos que nos recuerdan que, en materia hidráulica, aún queda mucho por hacer.

Manuel Marroquín y Rivera. Nació en la ciudad de Querétaro en 1865, se trasladó a la Ciudad de México donde ingresó a la Escuela Nacional de Ingeniería de la que se graduó en 1890. Fue uno de los ingenieros más importantes durante el gobierno de Porfirio Díaz. Proyectó la desecación de la Ciénega de Chapala y fue propuso que se utilizaran los manantiales de Xochimilco para abastecer de agua a la ciudad, realizó estudios y exploraciones en la zona, además elaboró el proyecto y encabezó la construcción del acueducto de Xochimilco. Estudio y trajo al país nuevas técnicas de construcción de Estados Unidos y Europa, además propuso al gobierno la construcción de una gran obra hidráulica para aprovechar el río Lerma y terminar con la escasez de agua en la capital, sin embargo a causa del estallido de la Revolución Mexicana la obra no fue aprobada. En 1914 publicó un plano de la Ciudad de México en la que se plasmaban todas las obras hidráulicas del momento. Falleció en la capital en 1927


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R 91 julio 2016 "Infraestructura hidráulica"  

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