Proyecto de Titulación Ing. Ramón Rosales.

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ Instituto de Ingeniería y Tecnología Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental Programa de Ingeniería Civil

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD TÉCNICA DE UN SISTEMA PROFUNDO DE CAPTACIÓN PLUVIAL PARA EL CONTROL DE INUNDACIONES EN LA ZONA CENTRO DE CIUDAD JUÁREZ, CHIHUAHUA.

Proyecto de titulación presentado por: Ramón Omar Rosales Espinoza En requerimiento parcial para obtener el título de: Licenciado en Ingeniería Civil

Director: Dr. José Osiris Vidaña Bencomo Ciudad Juárez, Chih. Noviembre del 2014

PROYECTO DE TITULACIÓN:

“ESTUDIO DE FACTIBILIDAD TÉCNICA DE UN SISTEMA PROFUNDO DE CAPTACIÓN PLUVIAL PARA EL CONTROL DE INUNDACIONES EN LA ZONA CENTRO DE CIUDAD JUÁREZ, CHIHUAHUA.”

RAMÓN OMAR ROSALES ESPINOZA

Asesor: Dr. José Osiris Vidaña Bencomo

Ciudad Juárez, Chih. Noviembre 2014

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Revisión de documento de Proyecto de Titulación por asesor.

(Requisito para enviarlo al Comité de Evaluación)

Después de haber revisado los aspectos técnicos, la estructura y formato del documento en general con título “ESTUDIO DE FACTIBILIDAD TÉCNICA DE UN SISTEMA PROFUNDO DE CAPTACIÓN PLUVIAL PARA EL CONTROL DE INUNDACIONES EN LA ZONA CENTRO DE CIUDAD JUÁREZ, CHIHUAHUA.” considero que se cumplen al menos los requerimientos mínimos necesarios para que se proceda a la evaluación final ante el comité que designe la Coordinación del Programa de Ingeniería Civil.

ATENTAMENTE:

Asesor de Proyecto de Titulación

Firma

Fecha

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ INSTITUTO DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

Los miembros del comité de evaluación nombrados por la academia de Ingeniería Civil, habiendo realizado la evaluación del proyecto “ESTUDIO DE FACTIBILIDAD TÉCNICA DE UN SISTEMA PROFUNDO DE CAPTACIÓN PLUVIAL PARA EL CONTROL DE INUNDACIONES EN LA ZONA CENTRO DE CIUDAD JUÁREZ, CHIHUAHUA.” que presenta el C. RAMÓN OMAR ROSALES ESPINOZA como requisito parcial para acreditar la materia de Proyecto de Titulación II, manifiestan que ha sido:

Comité evaluador

Nombre y firma Aprobado

No aprobado

Nombre y firma Aprobado

No aprobado

Nombre y firma Aprobado

No aprobado

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“¿Qué es el éxito?

Es poder irte a la cama cada noche con el alma en paz.”

- Paulo Coelho -

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Dedicatoria.

A Ramón Rosales, Ingeniero Civil.

Porque este proyecto significó trabajo, dedicación, pasión, emoción, sueños, ilusiones, amor al arte y la gran intención de ayudar a tu comunidad.

Procura que a tus proyectos y metas no les falten nunca esos mismos detalles.

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CONTENIDO. Agradecimientos. ......................................................................................................................................... xii Resumen. ..................................................................................................................................................... xiii

1. INTRODUCCIÓN. ...................................................................................................................................... 14 1.1. MARCO HISTÓRICO. ......................................................................................................................... 14 1.1.1. Antecedentes y estado actual de Ciudad Juárez. ...................................................................... 14 1.1.2. Casos de estudio y referencias. ................................................................................................. 19 1.1.3. Tanques de tormenta. ............................................................................................................... 22 1.1.4. Perforación de túneles mediante TBM (Tunnel Boring Machine). ............................................ 23 1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. .................................................................................................. 27 1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. ............................................................................................ 27 1.4. OBJETIVOS. ....................................................................................................................................... 28 1.4.1. Objetivo general. ....................................................................................................................... 28 1.4.2. Objetivos específicos. ................................................................................................................ 28 1.5. HIPÓTESIS. ........................................................................................................................................ 29 2. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................................... 30 2.1. Hidrología. ........................................................................................................................................ 30 2.1.1. Delimitación de las cuencas. ..................................................................................................... 31 2.1.2. Obtención de los puntos de desembocadura de las subcuencas. ............................................ 31 2.1.3. Cálculo del gasto máximo probable (q). .................................................................................... 32 2.1.4. Cálculo del volumen de escorrentías. ....................................................................................... 35 2.2. Métodos de prospección geofísica................................................................................................... 38 2.2.1. Tomografía Eléctrica Resistiva (TER). ........................................................................................ 38 2.2.2. Sondeos Electromagnéticos en el Dominio del Tiempo (TDEM). .............................................. 40 2.2.3. Tipos de arreglos para el método de Tomografía Eléctrica Resistiva (TER). ............................. 42 2.3. Hidráulica para diseño de un sistema de drenaje de sección circular. ............................................ 48 2.3.1. Velocidad de flujo. ..................................................................................................................... 50 2.3.2. Número de Froude. ................................................................................................................... 51 3. METODOLOGÍA. ....................................................................................................................................... 53 3.1. Hidrología. ........................................................................................................................................ 54 3.1.1. Obtención de elevaciones de terreno natural de la Zona Centro de Ciudad Juárez mediante vuelo LIDAR. ........................................................................................................................................ 54 3.1.2. Obtención de las curvas de nivel por medio del programa ArcGIS. .......................................... 56 vii

3.1.3. Definición de las subcuencas..................................................................................................... 57 3.1.4. Cálculo del gasto máximo probable generado por cada subcuenca. ........................................ 58 3.1.5. Cálculo del volumen de agua acumulado en las subcuencas. ................................................... 64 3.1.6. Determinación previa de la ubicación de los sistemas de captación y el trazo de las líneas de conducción. ......................................................................................................................................... 66 3.2. Geotecnia. ........................................................................................................................................ 68 3.2.1. Localización de sondeos ya existentes en la zona de estudio. .................................................. 68 3.2.2. Obtención de estratigrafía mediante método de prospección geofísica TER. .......................... 69 3.3. Hidráulica.......................................................................................................................................... 74 3.3.1. Velocidad de flujo. ..................................................................................................................... 74 3.3.2. Número de Froude. ................................................................................................................... 78 3.3.3. Cálculo de la diferencia de gastos en los sistemas de almacenamiento. .................................. 79 4. RESULTADOS............................................................................................................................................ 80 4.1. Resultados en área de hidrología. .................................................................................................... 80 4.1.1. Ubicación de los puntos de salida de las subcuencas. .............................................................. 80 4.1.2. Gasto máximo probable de las subcuencas. ............................................................................. 82 4.1.3. Volumen generado por las escorrentías. .................................................................................. 82 4.1.4. Volumen a almacenar por los sistemas de captación. .............................................................. 83 4.2. Interpretación de la Tomografía Eléctrica Resistiva. ........................................................................ 84 4.2.1. Interpretación litoestratigráfica de la Línea Sur. ....................................................................... 84 4.2.2. Interpretación litoestratigráfica de la Línea Norte. ................................................................... 87 4.2.3. Interpretación litoestratigráfica de la Línea Central. ................................................................ 89 4.3. Resultados en área de hidráulica. .................................................................................................... 92 4.4. Determinación definitiva de la ubicación de los sistemas de captación y descripción de los sistemas de conducción. ......................................................................................................................... 93 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS. ...................................................................................................................... 96 5.1. Análisis de resultados hidrológicos. ................................................................................................. 96 5.2. Análisis de resultados geotécnicos. .................................................................................................. 97 5.3. Análisis de resultados hidráulicos. ................................................................................................... 98 6. CONCLUSIONES. .................................................................................................................................... 100 7. RECOMENDACIONES. ............................................................................................................................ 101 8. ANEXOS.................................................................................................................................................. 102 9. BIBLIOGRAFÍA. ....................................................................................................................................... 129

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CONTENIDO DE ILUSTRACIONES. Figura 1. Ubicación de la zona de estudio en la Zona Centro de Ciudad Juárez. ........................................ 16 Figura 2. Calles límites de la zona de estudio.............................................................................................. 17 Figura 3. Zonas de inundación en el área de estudio. ................................................................................. 18 Figura 4. Diámetros de las tuberías de drenaje en la zona de estudio. ...................................................... 19 Figura 5. Esquema de funcionamiento del G-Cans Project. ........................................................................ 20 Figura 6. "La Catedral" del sistema G-Cans Project. .................................................................................... 21 Figura 7. Túnel Emisor Oriente. ................................................................................................................... 23 Figura 8. Tuneladora EPB de diámetro de 6 m. ........................................................................................... 24 Figura 9. Presiones manejadas por la tuneladora y tornillo transportador. ............................................... 25 Figura 10. Esquema de las partes de un sistema de dovelas. ..................................................................... 26 Figura 11. Relación entre precipitación y profundidad de escorrentía dada por número de curva. .......... 37 Figura 12. Flujo eléctrico en una TER. ......................................................................................................... 40 Figura 13. Creación de campos electromagnéticos mediante TDEM. ........................................................ 41 Figura 14. Variaciones en la resistividad de un suelo analizado mediante TDEM. ..................................... 42 Figura 15. Configuración de electrodos bajo arreglo general. .................................................................... 43 Figura 16. Acomodo del arreglo Wenner. ................................................................................................... 44 Figura 17. Acomodo del arreglo Schlumberger........................................................................................... 45 Figura 18. Configuración de los electrodos bajo el arreglo Polo-Dipolo. .................................................... 45 Figura 19. Configuraciones de los electrodos de acuerdo al arreglo establecido....................................... 46 Figura 20. Distribución de la señal eléctrica para (A) Wenner, (B) Schlumberger y (C) Dipolo-Dipolo. Los números indican las aportaciones relativas que hacen elementos de volumen en la superficie a la diferencia total de potencial medida por los electrodos P1 y P2........................................................ 47 Figura 21. Secciones geométricas de secciones de canal. .......................................................................... 49 Figura 22. Zona delimitada según el PMCHCJ. ............................................................................................ 55 Figura 23. Zonas de inundación según la JMAS........................................................................................... 56 Figura 24. Delimitación de cuencas y sus puntos de desfogue. .................................................................. 57 Figura 25. Tabla de información de cada una de las cuencas. .................................................................... 58 Figura 26. Puntos de salida de subcuencas y agrupación en los puntos denominados TT. ........................ 67 Figura 27. Puntos de salida de cada subcuenca. ......................................................................................... 69 Figura 28. Puntos de salida de cada subcuenca y puntos donde se realizaron sondeos previos. .............. 69 Figura 29. Líneas de sondeos mediante Tomografía Eléctrica Resistiva. .................................................... 70 Figura 30. Arreglo Polo-Dipolo. ................................................................................................................... 71 Figura 31. Modelo de resistividad en la Línea Sur....................................................................................... 73 Figura 32. Modelo de resistividad en la Línea Norte................................................................................... 73 Figura 33. Modelo de resistividad en la Línea Central. ............................................................................... 74 Figura 34. Puntos de salida de subcuencas y agrupación en los puntos denominados TT. ........................ 81 Figura 35. Estratigrafía de Línea Sur. ........................................................................................................... 84 Figura 36. Interpretación Litoestratigráfica de la Línea Sur. ....................................................................... 86 Figura 37. Estratigrafía de Línea Norte........................................................................................................ 87 ix

Figura 38. Interpretación Litoestratigráfica de la Línea Norte. ................................................................... 89 Figura 39. Estratigrafía de Línea Central. .................................................................................................... 90 Figura 40. Interpretación Litoestratigráfica de la Línea Central.................................................................. 92 Figura 41. Ubicación definitiva de las lumbreras, los tanques de tormenta y los túneles.......................... 94

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CONTENIDO DE TABLAS. Tabla 1. Valores representativos de resistividad. ....................................................................................... 39 Tabla 2. Resultados del tiempo de concentración (Tc) para cada subcuenca. ............................................ 61 Tabla 3. Valores de intensidad de lluvia obtenidos para cada subcuenca. ................................................. 63 Tabla 4. Gasto máximo probable calculado para cada una de las subcuencas........................................... 63 Tabla 5. Volumen de agua generado por cada subcuenca.......................................................................... 65 Tabla 6. Cálculo de volúmenes de entrada y salida para cada tanque de almacenamiento. ..................... 77 Tabla 7. Comprobación de la velocidad de flujo a 1/3 de la capacidad de la tubería. ................................ 77 Tabla 8. Cálculo de velocidades de flujo de acuerdo a tirantes bajo condiciones reales. .......................... 78 Tabla 9. Cálculo del número de Froude para cada tubería. ........................................................................ 78 Tabla 10. Diferencia de volúmenes por cada sistema de almacenamiento. ............................................... 79 Tabla 11. Gastos máximos probables. ......................................................................................................... 82 Tabla 12. Gastos máximos de salida de cada TT. ........................................................................................ 82 Tabla 13. Volúmenes de escorrentía para cada subcuenca. ....................................................................... 83 Tabla 14. Volúmenes de escorrentía para cada TT. .................................................................................... 83 Tabla 15. Volúmenes de almacenamiento. ................................................................................................. 84 Tabla 16. Descripción del material encontrado en sondeo de Línea Sur. ................................................... 85 Tabla 17. Descripción del material encontrado en sondeo de Línea Norte. ............................................... 88 Tabla 18. Descripción del material encontrado en sondeo de Línea Central. ............................................ 91 Tabla 19. Ubicación de los sistemas receptores. ........................................................................................ 94

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Agradecimientos.

A Dios, por haberme regalado una de sus estrellas.

A mis papĂĄs, mis dos gigantes, por ese par de hombros con vista al infinito.

Por poner todo horizonte al alcance de mis manos.

A mis hermanos, por haber recorrido tantos caminos juntos y por los que aĂşn nos faltan por recorrer.

A mis amigos ingenieros, por ser parte de esta gran etapa de mi vida.

A mis profesores, por impulsar en mĂ­ el deseo de aprender y mostrarme la belleza de la IngenierĂ­a Civil.

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Resumen.

En este documento se presenta una propuesta de solución al problema de inundaciones dentro de la Zona Centro de Ciudad Juárez, Chihuahua, mediante el análisis de los datos hidrológicos y geotécnicos de esta área, así como una propuesta básica de diseño hidráulico para este sistema basada en el concepto de drenaje profundo perforado mediante tuneladora.

La selección de la Zona Centro se basó en el Plan Maestro de Desarrollo Urbano del Centro Histórico de Ciudad Juárez, publicado en enero del año 2014, el cual plantea una renovación arquitectónica de esta zona sin tomar en cuenta propuestas bien definidas para drenaje pluvial. Es por eso que este proyecto pretende formar un complemento de dicho documento, para comenzar a generar una propuesta de carácter holístico.

El área hidrológica fue analizada utilizando la fórmula racional para obtener el gasto máximo probable generado por las cuencas obtenidas mediante el programa ArcMap 10, para después calcular los volúmenes de agua de las escorrentías realizando los cálculos con la metodología propuesta por el Servicio de Conservación de Suelos.

El análisis dentro del área geotécnica se basó en la aplicación de ingeniería geofísica mediante la realización de una Tomografía Eléctrica Resistiva (TER) a tramos definidos dentro del polígono de la Zona Centro. Se analizaron los resultados obtenidos de dicho sondeo y se obtuvo la formación litoestratigráfica que permitió definir las características generalizadas del suelo encontrado.

Finalmente se presenta un diseño hidráulico básico del sistema, pues solamente se propone un diámetro para el túnel y un volumen de captación para los sistemas de captación de agua dentro de la Zona Centro de Ciudad Juárez.

Este documento se propone como la base de varios proyectos que pueden ser realizados para dar solución a la problemática de inundación en el centro histórico de Ciudad Juárez y que juntos pueden llegar a la elaboración de un proyecto ejecutivo en su totalidad.

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1. INTRODUCCIÓN. 1.1. MARCO HISTÓRICO. 1.1.1. Antecedentes y estado actual de Ciudad Juárez.

Ubicada al norte de México, en las coordenadas geográficas 31º44’22”N, 106º29’13”O y con una altitud de 1,120msnm (1); Ciudad Juárez, Chihuahua es una ciudad que no detiene el ritmo de su acelerado crecimiento. Según el Plan de Desarrollo Urbano generado por el Ayuntamiento de Juárez en el año 2010 (2), desde 1950 y hasta el 2008 la población de la ciudad se ha visto incrementada de 122,566 habitantes a 1’371,494 habitantes que viven dentro de la mancha urbana; siendo un total de 12,608 los habitantes que al 2008 viven fuera de la misma. Manejando estos datos en porcentajes, tenemos que al año 2008 existe un 99.09% del total de la población del municipio que vive en la ciudad. Ante tal crecimiento poblacional, la cuestión de infraestructura debe ser considerada en todo momento. El mismo documento menciona las características del sistema de alcantarillado existente en la ciudad, el cual establece la base de la problemática a tratar dentro de este trabajo.

La red de drenaje de Ciudad Juárez tiene una fecha de construcción que data de los años de 1949, 1964 y 1983. Los materiales de construcción que se utilizaron para construir este sistema fueron el barro, el concreto simple y, en fechas posteriores, el concreto armado (2). La antigüedad, la falta de mantenimiento y la falta de capacidad del sistema de desalojo de agua pluvial y residual en la ciudad provocaron que, desde el año 2005 y hasta el año 2008, se hayan presentado múltiples hundimientos a lo largo y ancho de la zona urbana. Sumando un total de 959 hundimientos en este periodo de tres años, se comienza a plantear el rediseño y la implementación de mejoras para la red de alcantarillado, pues existe un total de 3,800 kilómetros de drenaje sanitario que tiene problemas cuando llueve porque no está preparado para recibir agua pluvial que lo someta a altas presiones (2; 3).

Actualmente, el promedio anual de precipitación en Ciudad Juárez es de 260mm (1) y la descarga que se hace al drenaje por cuestiones de agua de servicio es de 4.22m3/s (2). Sin embargo, el día 12 de 14

septiembre del 2013 se registró una precipitación de 24mm en 24 horas, lo que provocó que los diques de la colonia Las Flores, del Eje Vial Juan Gabriel y del Boulevard Zaragoza se vieran rebasados por el agua (4). En este mismo sentido, diversas calles de la ciudad se vieron obstruidas debido a la inundación provocada por la mencionada cantidad de agua precipitada en el tiempo tan corto. Debido a esta serie de eventos, surge la necesidad de encontrar una solución viable, efectiva y perdurable para este tipo de inclemencias. Es indispensable analizar la capacidad que tiene el sistema de drenaje actual, definir y delimitar las características geológicas que presenta la ciudad y proponer un nuevo diseño de un sistema de captación de aguas pluviales que Ciudad Juárez requiere.

Por cuestión de tiempo, alcance y el costo que implicaría un trabajo de grandes dimensiones, el proyecto se verá enfocado al área de la Zona Centro únicamente (Figura 1). De suma importancia es mencionar que en esta parte de la ciudad se está desarrollando lo que se denomina “Plan Maestro de Desarrollo Urbano del Centro Histórico de Ciudad Juárez”, documento en ciernes a la fecha que presenta un análisis del estado actual y de las necesidades de esta área de la localidad.

El Plan Maestro de Desarrollo Urbano del Centro Histórico de Ciudad Juárez, abreviado como PMCHCJ, enmarca las necesidades, los estudios y los objetivos buscados dentro de siete categorías principales: social, económica, histórica, de uso de suelo, vialidad y transporte, infraestructura y ambiental (5).

El área contemplada por el PMCHCJ se encuentra ubicada al norte de la ciudad y está definida por el Blvd. Ing. Bernardo Norzagaray al norte, continuando por la calle Oro hacia el sur hasta el cruce con la calle Mariano Samaniego. De ahí corre en dirección oriente para cruzarse con la calle Otumba y corre nuevamente al sur hasta la calle Joaquín Terrazas. Luego corre hacia el oriente para tomar la Av. de los Insurgentes y, al cruzarse con la calle Emilia Calvillo, se dirige en dirección norte cambiando en la Av. 16 de septiembre para tomar la calle Justo Sierra aún en dirección norte. De ahí toma la dirección poniente para cruzarse con la calle Ignacio Mejía, donde continúa hasta la Av. Lerdo. De ésta última continúa al norte hasta el Blvd. Ing. Bernardo Norzagaray, siguiendo por esta avenida hasta el punto de inicio (5).

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Las calles límites conforman un polígono de 165.74 hectáreas de superficie, dentro del cual se ubican las colonias Chamizal, Centro, Bellavista, Monumento, Cuauhtémoc, Barreal, Chaveña, Partido Romero y Barrio Alto (5).

E.U.A.

JUÁREZ

Zona de estudio.

Escala: 1:200,000 Figura 1. Ubicación de la zona de estudio en la Zona Centro de Ciudad Juárez.

Fuente. Junta Municipal de Agua y Saneamiento (5).

Como un tema contenido en las categorías en las que será desarrollado el centro histórico de la ciudad, un sistema de control de inundaciones debe estar contemplado en lo concerniente a infraestructura.

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Efectivamente, en el PMCHCJ encontramos que dentro de esta categoría se ha destinado un espacio para los temas relativos al desalojo de agua pluvial. El documento menciona que las inundaciones provocadas por el agua de origen pluvial y los anegamientos son los principales problemas que se deben resolver en la zona.

Figura 2. Calles límites de la zona de estudio.

Fuente. (5).

Actualmente la ciudad cuenta con sistemas de canales denominados “acequias” construidos por los colonizadores españoles en el año 1700 con el fin de utilizar el agua del Río Bravo para las tierras de cultivo. Por la Zona Centro se encuentra el paso de la Acequia Madre y de la Acequia del Pueblo. Sin embargo, no están funcionando en su totalidad, por lo que dentro del Plan Maestro se propone un sistema que esté interconectado con estos dos canales y, de igual forma, con el Río Bravo (5).

La Junta Municipal de Agua y Saneamiento ha realizado sondeos y estudios en el centro de la ciudad con el fin de proveer los servicios de agua potable y alcantarillado a los habitantes de dicha zona.

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Los datos obtenidos fueron las zonas de inundación más importantes y el registro total del sistema de alcantarillado que ahí se encuentra. La Figura 3 y la Figura 4 nos muestran estos detalles informativos.

Ante la situación descrita, el nuevo sistema de captación de agua pluvial deberá cumplir con los estándares requeridos por las grandes ciudades a nivel mundial. Existen diversas ciudades en el mundo que ya se han encontrado con la misma problemática. Debido a la incapacidad de los sistemas de desalojo de aguas de servicio y aguas pluviales, se generan inundaciones, hundimientos y demás problemas derivados de los flujos descontrolados de agua. Por esta razón, los nuevos sistemas propuestos no vendrán a presentar algo completamente nuevo para la ingeniería o para la ciencia, pues se tomarán diseños que ya han dado solución en otras partes del mundo, pero sí se presentarán avances y beneficios para la ciudad.

Zona de estudio.

Zonas de inundación.

09 Gardenias y Mariscal (Bomberos).

10 Zona Centro (V. Guerrero de Constitución a Miguel Ahumada Mina y M. Ahumada, Paso a desnivel, Paso del Norte y Mina).

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Tlaxcala y Constitución.

Escala: 1:16,700 Figura 3. Zonas de inundación en el área de estudio.

Fuente. Junta Municipal de Agua y Saneamiento.

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Zona de estudio.

Diámetros de drenaje:

Escala: 1:20,000 Figura 4. Diámetros de las tuberías de drenaje en la zona de estudio.

Fuente. Junta Municipal de Agua y Saneamiento.

1.1.2. Casos de estudio y referencias.

De la misma manera que Ciudad Juárez, pero en dimensiones que superan por mucho la cantidad de agua a desalojar, está la ciudad de Tokio, Japón. Con una precipitación anual promedio de 1,405.5mm (6), y con un alto riesgo ante tsunamis y tifones, esta ciudad japonesa ha construido un sistema de drenaje pluvial de acuerdo a sus necesidades, es decir, un sistema de drenaje colosal. El proyecto, llamado Metropolitan Area Outer Underground Discharge Channel , mejor conocido como G- Cans Project, es la

instalación de distribución del flujo subterráneo más grande del mundo. Con una capacidad de drenado de 200m3/s (7), el G-Cans Project se convierte en un ejemplo fehaciente de que el flujo del agua, por más grande que sea, puede ser controlado. Con una longitud de 6.4km, este proyecto se inició en el año 2002 y se terminó en el año 2009. Cuenta con tanques de almacenamiento de más de 65 metros de alto y más de 30 metros de diámetro (Figura 5). El elemento a destacar en este proyecto, debido a sus dimensiones y su 19

importancia de almacenamiento de agua es “La Catedral” (Figura 6), una bóveda de 175m de longitud y 77m de ancho, soportada por 60 columnas que le proveen capacidad de carga y baja resistencia al flujo de agua (8).

Con un costo de 2,000 millones de dólares, el objetivo principal de este proyecto es el de cambiar el flujo del agua de una curso a otro, manteniendo el balance y regulando las corrientes para asegurar que los picos en el flujo y los desbordes de los ríos se mantienen en lo mínimo posible (8). Para lograr esto, el proyecto cuenta con un sistema de bombeo de 10 megaWatts de potencia, lo que permite bombear más de 200m3/s de agua hacia la corriente del río Edo, evitando así, las inundaciones que pueden ser provocadas por lluvias y tifones.

Figura 5. Esquema de funcionamiento del G-Cans Project.

Fuente. http://4.bp.blogspot.com/_EvPVnUPXRbE/SCPC-awdOMI/AAAAAAAAAVc/0fpv4T0BjPE/s1600-h/untitledghvx.bmp

Bajo el mismo concepto de construcción de grandes obras de drenaje, en la Ciudad de México Distrito Federal, se encuentra uno de los mejores sistemas de drenaje profundo que se ha construido en el siglo XX. Este sistema presenta una última adición que sigue en construcción hasta lo que llevamos del siglo XXI: el Túnel Emisor Oriente, el cual está planeado con la finalidad de prevenir inundaciones y duplicar la capacidad de drenaje de la cuenca del Valle de México durante la temporada de lluvias (9).

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Figura 6. "La Catedral" del sistema G-Cans Project.

Fuente. http://paulhartrick.com/wordpress/wp-content/uploads/gcans1.jpg

El Túnel Emisor Oriente consiste en un sistema de drenaje profundo que, al momento de concluirse, tendrá una longitud total de 62 kilómetros, un diámetro de siete metros y una capacidad de desalojo de hasta 150m3/s (10). De igual forma, cuenta con una serie de 24 lumbreras con profundidades de entre 30 y 150 metros, cuatro de éstas tendrán un diámetro de 16 metros y las restantes un diámetro de 12 metros. Estas lumbreras son respiraderos destinados a permitir el fácil ingreso al túnel y poder llevar a cabo el mantenimiento del mismo.

Los objetivos del TEO, siglas correspondientes a Túnel Emisor Oriente (10), son: - Evitar las inundaciones del Valle de México.

- Disminuir el riesgo de fallas en el sistema de drenaje.

- Implementar un procedimiento que permita inspeccionar el drenaje sin suspender su funcionamiento.

- Mejoramiento ambiental.

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El factor más importante dentro de los sistemas de captación de aguas pluviales se conforma por los tanques de almacenamiento.

En la ciudad de Madrid, España, se desarrolló un proyecto en el que se ejecutó la construcción de un sistema de solución a los problemas de inundación mediante una red de alcantarillado con sistemas de almacenamiento denominados tanques de tormenta.

El funcionamiento de este sistema es en paralelo (término que será definido más adelante) al sistema de drenaje pluvial y residual ya existente. A este nuevo sistema se le ha denominado Colector B con sus sistemas tributarios y presentan una combinación de métodos para el sistema de tuneleo, que es la excavación mediante tuneladora y por el método de mina tradicional a una profundidad de 30 y 12 metros respectivamente. Ambos con diámetros del orden de los 3.5 metros.

De esta forma, se da solución al problema de inundaciones generado por la precipitación excedente a la capacidad del previo sistema de drenaje con que se contaba en la ciudad de Madrid (11).

1.1.3. Tanques de tormenta.

Los tanques de tormenta se definen como estructuras encargadas de almacenar temporalmente los excesos de volumen de escorrentía durante el fenómeno de precipitación. Esto se hace con el fin de evitar la saturación del sistema de alcantarillado. Una vez que las tuberías o los sistemas de conducción tienen la capacidad de desalojar nuevamente el volumen almacenado, los tanques de tormenta liberan la totalidad de su contenido inyectándolo al sistema de drenaje nuevamente (12).

Los sistemas constructivos de las redes de alcantarillado con tanques de tormentas como estructuras receptoras se pueden ejecutar de manera paralela al sistema de drenaje residual o de manera interconectada con éste. Sin embargo, la gran recomendación es la ejecución de trabajos que resulten en el servicio independiente con el fin de evitar la contaminación de los escurrimientos pluviales y la saturación del sistema de alcantarillado actual (12).

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1.1.4. Perforación de túneles mediante TBM (Tunnel Boring Machine).

La relación que se pretende establecer entre este trabajo de investigación y el proyecto del Túnel Emisor Oriente, es el sistema y los procesos con el que éste último está siendo construido: perforación mediante tuneladora.

El método de perforación llevado a cabo en el TEO mediante Tuneladora o TBM (Tunnel Bearing Machine), tiene otra característica importante llamada EPB (Earth Pressure Balance), que traducido al español es Equilibrio de Presión de Tierra.

Figura 7. Túnel Emisor Oriente.

Fuente. http://www.conagua.gob.mx/sustentabilidadhidricadelvalledemexico/tunelemisororiente.aspx

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La perforación de túneles mediante una tuneladora EPB se lleva a cabo en un rango de características del suelo que van desde suelos blandos hasta roca sedimentaria. Además, este método es llevado a cabo cuando la zona de perforación se encuentra debajo de un área urbanizada, permitiendo la ejecución de los trabajos sin causar inconvenientes en la superficie (13).

La característica especial de las tuneladoras EPB es que utilizan el suelo excavado directamente como un medio de soporte. El cabezal circular rotatorio está equipado con herramientas cortadoras y recibe una presión a través de cilindros hidráulicos contra el suelo y va perforando el túnel. El suelo producto de la excavación entra a una cámara posterior al cabezal a través de aberturas y se mezcla con una pasta ya formada por el mismo suelo que se encuentra dentro de esta cámara. Ya cuando la textura del material mezclado es homogénea, una mampara que se encuentra en la cámara de mezclado, se encarga de transferir la presión ejercida por los cilindros hidráulicos hacia la mezcla de suelo recién creada. Cuando

Figura 8. Tuneladora EPB de diámetro de 6 m.

Fuente. http://www.herrenknecht.com/en/products/core-products/tunnelling-pipelines/epb-shield.html

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la presión de esta mezcla que se encuentra dentro de la cámara de excavación es equivalente a la presión ejercida por el suelo que se está perforando, es cuando se alcanza el balance de presión de suelo que se buscaba para evitar descompensación de presiones.

Detrás del cabezal de corte de una tuneladora EPB y en la parte inferior de la cámara de presión se encuentra un tornillo transportador que sube el material excavado, que no se utiliza para generar presión, desde la cámara hasta una cinta transportadora (14).

Un tercer componente de la máquina tuneladora es el revestimiento inicial, que consiste en dovelas de concreto. Las dovelas son elementos de concreto prefabricados que son colocados mediante un mecanismo automático dentro de la misma tuneladora. El mecanismo consiste en un brazo que coloca de manera secuencial cada dovela en un espacio definido previamente. Este sistema permite reforzar inmediatamente la excavación y evita problemas generados por la descompensación de presiones. (15).

Figura 9. Presiones manejadas por la tuneladora y tornillo transportador.

Fuente. http://www.herrenknecht.com/en/products/core-products/tunnellingpipelines/epb-shield.html

El método de perforación de túneles por medio de la tuneladora EPB, que a su vez incluye el revestimiento por medio de dovelas es, pues, una herramienta que permite ejecutar los trabajos sin afectar 25

el desarrollo cotidiano de las actividades en la ciudad. Mientras se está realizando la perforación y el recubrimiento con dovelas, las presiones ejercidas por el suelo se llevan al punto de equilibrio, lo que evita la generación de hundimientos del terreno bajo el que se está construyendo.

Una de las pocas limitantes de la tuneladora es el radio de curvatura que debe tener el túnel a excavar, pues debe ser mayor a 200m (16). Mientras que el diámetro no genera problema alguno, pues hay compañías como Robbins (17) que manejan escudos desde 1.6m hasta 15m de diámetro.

Una vez conocidas las generalidades del método de perforación mediante tuneladora EPB, se debe mencionar que lo que se busca es llevar a cabo un diseño del sistema de control de inundaciones mediante la aplicación de este método. Así, los inconvenientes generados a la población que habita en la zona de afectación serán mínimos y se permitirá un flujo más continuo de los trabajos de construcción.

En conclusión, en Ciudad Juárez se conocen ya las necesidades fundamentales y los problemas que más afectaciones provocan a la población. Se han hecho los estudios de suelo, de hidrología, censos, levantamientos topográficos de las zonas afectadas y las alternativas de solución han comenzado a crearse.

Figura 10. Esquema de las partes de un sistema de dovelas.

Fuente. (39).

26

En este documento se pretende aportar una propuesta de solución más. La serie de propuestas que han sido vertidas en busca de solución a la problemática de las inundaciones en la ciudad no ha mostrado esa solución efectiva, por lo que en este proyecto se propone la base de una propuesta que remediará los problemas provocados por la naturaleza torrencial de las lluvias en esta localidad.

1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. El sistema de drenaje actual en la Zona Centro de Ciudad Juárez presenta deficiencias en su mantenimiento, diseño y desempeño de acuerdo a las necesidades actuales de la población.

La cantidad de agua precipitada con características torrenciales, sumada a la cantidad de aguas residuales generadas diariamente por la población, ocasiona el colapso de la red de alcantarillado, provocando inundaciones, estancamientos prolongados de agua y hundimientos del terreno.

1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. Las lluvias en Ciudad Juárez son un tema de gran delicadeza. A pesar de que la época de precipitaciones presenta una corta y esporádica presencia en la ciudad, causa un sinfín de problemas a sus habitantes. El sistema de drenaje existente no presenta la capacidad para captar las aguas de origen pluvial. Las inundaciones, estancamientos prolongados de agua, y la saturación del sistema de drenaje son situaciones a las que aún no se ha podido dar solución.

El gobierno municipal está desarrollando un plan maestro para la rehabilitación del Centro Histórico de Ciudad Juárez, por lo que se considera conveniente implementar un sistema eficiente de control de inundaciones justo ahora que se presenta una renovación en esta zona de la ciudad. Sin embargo, dicho sistema no se contempla dentro de la rehabilitación de esta zona, motivo que genera la propuesta de este proyecto.

27

Desarrollar una alternativa que permita captar el agua de lluvia en el centro de la ciudad, permitirá a los juarenses realizar sus actividades habituales sin inconvenientes, no importando la cantidad de agua precipitada. Evitará el golpe económico al gobierno municipal en cuanto a damnificaciones se refiere.

Evitará las enfermedades provocadas por los prolongados estancamientos de agua. Los hundimientos y las inundaciones no serán un agente causante de accidentes ni de fatalidades. Las lluvias dejarán de ser un problema para la Zona Centro de Ciudad Juárez.

1.4. OBJETIVOS. 1.4.1. Objetivo general.

Generar el análisis de factibilidad técnica en base a estudios hidrológicos y geotécnicos para la construcción de un sistema profundo de captación de agua de lluvia que permita un eficiente control de las inundaciones en la Zona Centro de Ciudad Juárez.

1.4.2. Objetivos específicos. 

Analizar las zonas de inundación pertenecientes al área de estudio.



Calcular la cantidad de agua que captará el sistema.



Obtener el perfil estratigráfico del área de estudio.



Definir la factibilidad del sistema en base a los resultados obtenidos de los estudios hidrológicos y geotécnicos.



Diseño de una propuesta hidrológica básica conformada por sistemas de almacenamiento y conducción de agua de origen pluvial.

28

1.5. HIPÓTESIS. En base a la estratigrafía e hidrología de la Zona Centro de Ciudad Juárez, se analizará la factibilidad de construir un sistema profundo de captación de agua de lluvia para el control de inundaciones en la Zona Centro de Ciudad Juárez y se calculará un diseño básico del sistema de drenaje; evitando en su totalidad los problemas generados por el agua de origen pluvial.

29

2. MARCO TEÓRICO Desarrollar un sistema profundo de captación de agua de lluvia abarca más de un área de la Ingeniería Civil. Realizar la exploración del terreno o de la zona donde será efectuado el proyecto, así como el diseño y la ejecución de las excavaciones nos remite al área de la ingeniería geotécnica; mientras que el diseño del sistema de captación y el sistema de conducción de acuerdo al gasto que se desalojará nos introduce ya en el área de hidráulica. Conocer la factibilidad de la construcción de un sistema de esta naturaleza involucra tomar en cuenta los tiempos, la maquinaria y los costos que se generarán. Esto nos adentra en el área de la administración de la construcción. Sin embargo, por cuestión de tiempos y alcance, en este proyecto se realizarán únicamente los análisis hidrológicos, geotécnicos y, de manera básica, los involucrados dentro del área hidráulica.

2.1. Hidrología.

Un primer paso, para cualquier nueva propuesta que se presente en base a una problemática conocida, es el estudio de la situación actual. En este caso específico, conocer las condiciones y las características que presentan las escorrentías y las precipitaciones en Ciudad Juárez es el primer paso a realizar.

La Hidrología, según lo citan los autores Breña y Jacobo en su publicación “Principios y Fundamentos de la Hidrología Superficial” (18), es la serie de variaciones espaciales y temporales del agua en todas sus etapas del ciclo hídrico. Así también, incluye el estudio del movimiento del agua sobre y debajo de la superficie terrestre.

Los elementos hidrológicos que deben ser calculados y analizados, entre otros, son la delimitación de cuencas, obtención de los puntos de desembocadura de las cuencas, intensidad de lluvia, gasto pico y cálculo del volumen de escorrentías.

30

2.1.1. Delimitación de las cuencas.

Para la delimitación de las cuencas, es necesaria la utilización del programa ArcMap, que es un programa de análisis de información geográfica. Sin embargo, debido al enfoque hidrológico que requiere este análisis, debe realizarse la adecuación de dicho programa mediante herramientas que permitan obtener los datos requeridos. Estas herramientas, son ofrecidas por la extensión del programa HECGeoHMS creada por el Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos instalada en ArcMap y permiten obtener los siguientes datos (19): 

Redes de arroyos y subcuencas.



Dirección y ubicación de la acumulación del flujo de cada uno de los arroyos encontrados.



Dirección de la corriente en base a un umbral de celdas evaluadas de acuerdo a un umbral de valores definido por el usuario y la segmentación de los causes.



Delimitación de las subcuencas en base a los causes encontrados y analizados.

Una vez obtenidos todos estos datos mediante la utilización ordenada del software, como lo indica

el manual “Terrain Processing and HMS-Model Development using GeoHMS” (20), se podrá ver que las cuencas ya cuentan con un área definida y con los flujos de corriente establecidos para cada una de ellas.

Una vez definidas las cuencas y tabuladas de manera automática con el software ya mencionado, se continua con el análisis de los puntos de desembocadura para cada una de las cuencas ya establecidas.

2.1.2. Obtención de los puntos de desembocadura de las subcuencas.

De acuerdo a la Real Academia Española, una desembocadura se define como el paraje por donde un río, un canal, etc., desemboca en otro, en el mar o en un lago.

En base a esta definición y a la literatura encontrada sobre otros proyectos realizados (19), la desembocadura de cada una de las subcuencas estará definida como el punto del cauce principal con la elevación más baja, ya habiendo recibido el volumen aportado por sus correspondientes afluentes.

La ubicación de los puntos de desembocadura de cada una de las cuencas mediante el uso de la extensión HEC-GeoHMS en el programa ArcMap, según el manual de Merwade (20), nos permitirá 31

asignar los puntos mĂĄs bajos de acuerdo a la observaciĂłn que se tenga sobre las redes de flujo y corriente en la cuenca seleccionada.

Una vez asignados los puntos bajos, se tiene la opciĂłn de continuar con el cĂĄlculo de volĂşmenes generados para cada cuenca por medio del programa HEC-GeoRAS, un programa mĂĄs del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos; o continuar mediante un mĂŠtodo diferente para cĂĄlculo de gastos y volĂşmenes generados de agua.

Sin embargo, hay factores hidrolĂłgicos como son el gasto mĂĄximo probable y el volumen de escorrentĂ­as, que deben de ser calculados mediante otros mĂŠtodos en base a datos obtenidos de la zona de estudio y que podrĂ­an, de igual forma, ser ingresados en el programa para su anĂĄlisis, o bien, tomados en cuenta para calcular dichos factores de manera teĂłrica mediante mĂŠtodos ya establecidos.

2.1.3. CĂĄlculo del gasto mĂĄximo probable (q).

El gasto pico de escorrentĂ­a estĂĄ definido como el gasto mĂĄximo que se generarĂĄ en una cuenca en m3/s en base a un periodo de retorno especĂ­fico, a un coeficiente de escorrentĂ­a dado por el uso de suelo establecido en la zona de estudio, el ĂĄrea de la cuenca y la intensidad de lluvia. Este factor es determinado mediante la fĂłrmula racional, que estĂĄ determinada como sigue (21): đ?‘ž = 0.0028 đ??śđ??źđ??´

donde:

(Ec. 1)

đ?‘ž = caudal mĂĄximo de escorrentĂ­a [m3/s]. đ??ś = coeficiente de escorrentĂ­a. đ?‘– = intensidad de lluvia [mm/h], Para un periodo de retorno dado y para una duraciĂłn igual al tiempo de concentraciĂłn (Tc) de la cuenca. đ??´ = superficie de la cuenca [ha].

El mĂŠtodo racional para cĂĄlculo del gasto pico de escorrentĂ­a tiene caracterĂ­sticas que lo hacen ser Ăştil para cuencas con parĂĄmetros que se encuentren bajo ciertas limitantes. Es por eso que, segĂşn Schwab 32

(21), al igual que la normativa mexicana de la CONAGUA (22), el mÊtodo establece la veracidad de sus resultados bajo las siguientes recomendaciones: 

Las cuencas a estudiar deben de tener un ĂĄrea menor a 800 hectĂĄreas.



La precipitaciĂłn se debe presentar de manera uniforme y debe de ser al menos durante una duraciĂłn mayor o igual al tiempo de concentraciĂłn (Tc) de la cuenca.



La precipitaciĂłn debe presentarse bajo una intensidad uniforme sobre la totalidad de la superficie de la cuenca.

Como puede observarse, el listado de recomendaciones toma en cuenta un nuevo factor a la hora

de calcular el gasto mĂĄximo probable, que es el tiempo de concentraciĂłn (Tc).

El tiempo de concentraciĂłn (Tc) es definido como el tiempo que requiere el agua para fluir desde el punto mĂĄs alejado del ĂĄrea hacia el punto de salida de la cuenca (21). A su vez, la bibliografĂ­a consultada sugiere que el mĂŠtodo mĂĄs preciso que se ha utilizado para el cĂĄlculo de esta variable es el mĂŠtodo de Kirpich (1940), que establece lo siguiente: đ?‘‡đ?‘? = 0.0195 đ??ż0.77 đ?‘†đ?‘”−0.385

donde:

(Ec. 2)

đ?‘‡đ?‘? = tiempo de concentraciĂłn [min] đ??ż = longitud mĂĄxima del flujo [min] đ?‘†đ?‘” = pendiente de la cuenca [m/m]

La longitud mĂĄxima del flujo (L), es definida por las tabulaciones que se ejecuten en los programas de anĂĄlisis de informaciĂłn geogrĂĄfica ya descritos en las secciones 2.1.1 y 2.1.2.

Por otra parte, la pendiente de la cuenca es un factor que debe de ser calculado en base a las elevaciones entre el punto mĂĄs alejado de la cuenca y el punto de salida de la misma (21).

Retomando las variables que componen la fĂłrmula racional, la definiciĂłn del coeficiente de escorrentĂ­a (C) es la relaciĂłn existente entre el volumen de escorrentĂ­as de un ĂĄrea especĂ­fica y el promedio de la cantidad de lluvia precipitada en esa misma ĂĄrea (23).

33

En el Anexo 2 se puede encontrar la tabla de valores para los coeficientes de escorrentĂ­a en base a un porcentaje de impermeabilidad que dependerĂĄ del uso de suelo que se tenga en la zona, mismo que se especifica en el Anexo 1.

Una variable mĂĄs que debe de ser calculada para obtener el gasto mĂĄximo probable, es la intensidad de lluvia (i) para un periodo de retorno especĂ­fico y para un tiempo de concentraciĂłn definido.

Es importante recalcar que no es lo mismo intensidad de lluvia (i) que altura del agua (I), el cual serĂĄ explicado mĂĄs adelante.

La intensidad de lluvia (i) es una variable definida como la cantidad de lluvia que cae en determinado tiempo, es expresada en mm por hora (mm/h) y es una caracterĂ­stica que representa gran importancia por ser la que afecta directa y rĂĄpidamente a las poblaciones en las que se presente.

La intensidad no se presenta de manera constante a lo largo de la duraciĂłn de la tormenta, sino que sus valores mĂĄs altos se dan al principio de la misma y, conforme ĂŠsta se alarga, la intensidad disminuye.

Las precipitaciones con alta intensidad no ocurren Ăşnicamente donde hay grandes volĂşmenes de precipitaciĂłn anuales. La intensidad se presenta, de manera generalizada, por cortos periodos de lluvia y en ĂĄreas pequeĂąas. Las tormentas que presentan intensidad mĂĄs baja, ocurren en la mayorĂ­a de las ocasiones durante una duraciĂłn de varios dĂ­as y en ĂĄreas de mayor superficie. La combinaciĂłn menos frecuente es en la que se presente una lluvia de alta intensidad y que tenga una duraciĂłn de varios dĂ­as, lo que provoca grandes volĂşmenes de agua (21; 24).

La intensidad estĂĄ definida por la siguiente fĂłrmula: đ?‘–=

donde:

đ??ź đ?‘Ą

(Ec. 3)

đ?‘– = intensidad de lluvia (mm/h). đ??ź = altura del agua (mm). đ?‘Ą = duraciĂłn de la lluvia (min/min).

34

Como se mencionĂł anteriormente, la altura del agua, denominada con la variable I, no es lo mismo que la intensidad de lluvia (i). La altura del agua se refiere, segĂşn Schwab en su referencia a Weiss (1962), a la altura que generarĂĄ una serie de valores referenciados directamente a los datos estadĂ­sticos que se tengan en la ciudad sobre las precipitaciones que se dan de acuerdo a los periodos de retorno y a la duraciĂłn que presente la precipitaciĂłn (21).

La altura del agua estĂĄ definida por la siguiente fĂłrmula (21): đ??ź = 0.0256(đ??ś − đ??´)đ?‘Ľ + 0.000256[(đ??ˇ − đ??ś) − (đ??ľ − đ??´)]đ?‘Ľđ?‘Ś + 0.01(đ??ľ − đ??´)đ?‘Ś + đ??´

donde:

(Ec. 4)

đ??ź = altura del agua (mm). đ?‘Ľ = variable de acuerdo al periodo de retorno, ver Anexo 4. đ?‘Ś = variable de acuerdo a la duraciĂłn de la lluvia, ver Anexo 4. đ??´ = cantidad de lluvia en una hora en un periodo de retorno de 2 aĂąos. đ??ľ = cantidad de lluvia 24 horas en un periodo de retorno de 2 aĂąos. đ??´ = cantidad de lluvia en una hora en un periodo de retorno de 100 aĂąos. đ??ˇ = cantidad de lluvia 24 horas en un periodo de retorno de 100 aĂąos.

Concluyendo, el gasto mĂĄximo probable estarĂĄ definido por una serie de variables que van mĂĄs allĂĄ de las tres mostradas en la fĂłrmula racional. A su vez, estas variables, se definen mediante otras variables mĂĄs que deben de ser calculadas.

Sin embargo, aĂşn con la fĂłrmula racional no se obtiene un volumen de escorrentĂ­as para diseĂąar un sistema de captaciĂłn de agua pluvial, lo que lleva a ejecutar un mĂŠtodo mĂĄs, definido en la siguiente secciĂłn.

2.1.4. CĂĄlculo del volumen de escorrentĂ­as.

Como se explicĂł en la secciĂłn anterior, el cĂĄlculo del volumen de escorrentĂ­as no es dado por la fĂłrmula racional, sino que debe ser calculado por otros mĂŠtodos que la complementen.

35

Para calcular esta variable, es necesario utilizar el mĂŠtodo del Servicio de ConservaciĂłn del Suelo (SCS por sus siglas en inglĂŠs) desarrollado por los Estados Unidos (21), el cual marca el cĂĄlculo de la profundidad de la escorrentĂ­a generada, como muestra la siguiente expresiĂłn:

đ?‘„= donde:

(đ??ź − 0.2đ?‘†)2 (đ??ź + 0.8đ?‘†)

(Ec. 5)

Q = profundidad de la escorrentĂ­a generada (mm). (Ă rea debajo del hidrograma).

I = precipitaciĂłn (mm).

S = diferencia de potencial mĂĄximo entre precipitaciĂłn y escorrentĂ­a, comenzando en el momento en que comienza la tormenta (mm).

Este mismo mĂŠtodo basado en los datos histĂłricos de lluvia, condiciones del suelo, usos de suelo y actividades desarrolladas, define la diferencia de potencial (S) como sigue:

�= donde:

25 400 − 254 đ?‘

(Ec. 6)

S = diferencia de potencial (mm).

N = nĂşmero de curva.

El nĂşmero de curva (N) es una variable que varĂ­a de acuerdo a la clasificaciĂłn que se ha dado al suelo por parte del Servicio de ConservaciĂłn de Suelos de los Estados Unidos. Dicha clasificaciĂłn comienza con la tipificaciĂłn del suelo de acuerdo a sus caracterĂ­sticas granulares y fĂ­sicas (21; 25).

Los cuatro tipos de suelos son los siguientes (21; 25): Tipo A:

Potencial de escorrentĂ­a bajo. Incluye arenas profundas con poco limo o arcilla, tambiĂŠn incluye loess profundo y de alta permeabilidad.

Tipo B:

Potencial de escorrentĂ­a moderadamente bajo. Material mayormente arenoso, mĂĄs superficial que los el tipo A y loess mĂĄs compacto que el de tipo A. Una vez humedecido, el material

36

presenta una infiltración por encima de la promedio.

Tipo C:

Potencial de escorrentía moderadamente alto. Comprende suelos superficiales y que contienen una cantidad considerable de arcillas. Los suelos presentan una infiltración por debajo del promedio después de la saturación.

Tipo D:

Potencial de escorrentía alto. Incluye arcillas con alto porcentaje de variación volumétrica en presencia de humedad. Este tipo también agrupa los suelos superficiales de naturaleza prácticamente impermeable en sus zonas más superficiales.

Una vez que ha sido identificado el tipo de suelo dentro de uno de los cuatro grupos ya definidos, es indispensable determinar el uso de suelo que posee la zona en la que se está realizando el estudio. Para determinar el número de curva, se hace la relación cruzada entre el tipo de suelo y entre el uso de suelo dado, para lo que utiliza la tabla en el Anexo 5.

Figura 11. Relación entre precipitación y profundidad de escorrentía dada por número de curva.

Fuente. (21).

37

La Figura 11 nos muestra de manera gráfica los conceptos ya descritos y que son requeridos para el cálculo del volumen de agua generado por las escorrentías.

2.2. Métodos de prospección geofísica.

Los métodos de exploración de suelo son empleados para conocer las características físicas, geológicas, geotécnicas e ingenieriles del suelo. Entre estos métodos se encuentran los estudios previos mediante fotointerpretación y teledetección. Otros son los sondeos geotécnicos que consisten en la perforación mecánica del suelo a una profundidad de hasta 150m. Los métodos de prospección geofísica, que son técnicas no destructivas, permiten la interpretación geológica, grado de alteración, cubicación de materiales, contenido de agua, salinidad, fracturas y otras características que varían de acuerdo al tipo de estudio que se realice con estos métodos (26).

Los métodos de prospección geofísica son los que se llevarán a cabo para obtener la caracterización del suelo y de las capas inferiores del mismo en la Zona Centro. Esto debido a que son métodos no destructivos y porque permiten alcanzar a definir las características del suelo a una profundidad de más de 200m, permitiendo un mayor conocimiento de la zona donde se llevará a cabo el estudio.

Existen varios métodos geofísicos que pueden ser utilizados bajo las condiciones del análisis que se pretende realizar. Sin embargo, únicamente se seleccionaron dos de ellos como los más factibles por la disponibilidad del equipo en el Centro de Información Geográfica de la UACJ. Estos dos métodos serán el de Tomografía Eléctrica Resistiva (TER) y el método de sondeos Electromagnéticos en el Dominio del Tiempo (TDEM).

2.2.1. Tomografía Eléctrica Resistiva (TER).

El método de Tomografía Eléctrica Resistiva (TER) es aquel que permite conocer la respuesta del terreno cuando se crea un flujo de corriente eléctrica a través de él por medio de una serie de electrodos interconectados (27; 26; 28; 29). La resistividad eléctrica del suelo (ρ) está definida por: 38

đ?œŒ=

đ?‘…đ??´ đ??ż

(Ec. 7)

đ?œŒ = resistividad elĂŠctrica del suelo [ohm¡m]

donde:

R = resistencia elĂŠctrica [ohm] A = ĂĄrea de secciĂłn transversal [m2] L = longitud [m]

La resistividad estarå definida por la unidades ohm¡centímetro u ohm¡metro y este valor variarå de acuerdo a la presencia de agua y los iones elÊctricos que compongan el material a travÊs del cual estå circulando la corriente elÊctrica. Para los distintos tipos de suelos, los valores de la resistividad elÊctrica los encontramos en la Tabla 1.

Material Arena Arcilla, limo saturado Arena arcillosa Grava Roca intemperizada Roca sana

Resistividad (ohm¡m) 500-1500 0-100 200-500 1500-4000 1500-2500 >5000

Tabla 1. Valores representativos de resistividad.

Fuente. (28).

En este propĂłsito, la TomografĂ­a ElĂŠctrica Resistiva tiene como objetivo determinar el valor de la resistividad elĂŠctrica real y su distribuciĂłn en el subsuelo, obteniendo como resultado una secciĂłn distancia-profundidad como muestra la Figura 12.

39

Figura 12. Flujo eléctrico en una TER. Fuente. (15).

2.2.2. Sondeos Electromagnéticos en el Dominio del Tiempo (TDEM).

Otro método utilizado para obtener una interpretación geológica del suelo, el grado de alteración, el contenido de agua y la salinidad a grandes profundidades es mediante sondeos Electromagnéticos en el Dominio del Tiempo (TDEM, por sus siglas en inglés Time-Domain Electromagnetic Method) (27). Esta técnica, al igual que el método TER, detecta las variaciones de la resistividad eléctrica del terreno, permitiendo determinar igualmente la alteraciones y las propiedades físicas y químicas de la zona de estudio (30).

El funcionamiento del TDEM consiste en mediciones electromagnéticas medidas por la transmisión de corriente alterna a través de un cable aislado colocado en la superficie del terreno en forma de cuadrado. La corriente no se transmite de manera ininterrumpida, sino bajo intervalos iguales de tiempo donde una serie de frecuencias que oscilan dentro del rango de 3 a 75 Hz, producen un campo electromagnético en la zona (30; 31).

40

Cuando el sistema entra en el intervalo de tiempo en el que no trasmite frecuencias, es decir, cuando se apaga el sistema, la corriente no se corta de tajo sino que ocurre un desfase de tiempo (microsegundos) en el que la corriente se termina. Este desfase de tiempo es conocido como variante del tiempo.

La variante del tiempo del primer campo electromagnético crea un segundo campo por debajo del primero de igual magnitud. Cuando el segundo campo crea su propia variante del tiempo, genera un tercer campo electromagnético por debajo de él y, al mismo tiempo, hacia afuera de él, abarcando un área más grande. De esta forma se va generando una serie de campos electromagnéticos más profundos y de mayor superficie tal como se muestra en la Figura 13. La intensidad de las corrientes inducidas bajo intervalos de tiempo estará determinada por las características de conductividad eléctrica que presente el suelo.

El resultado que se obtiene es la información de un perfil vertical que muestra la resistividad del terreno encontrada a cierta profundidad (Figura 14).

Figura 13. Creación de campos electromagnéticos mediante TDEM. Fuente. (19).

41

Figura 14. Variaciones en la resistividad de un suelo analizado mediante TDEM. Fuente. (18).

2.2.3. Tipos de arreglos para el método de Tomografía Eléctrica Resistiva (TER).

El factor del arreglo geométrico bajo el cual estará definido el sistema de Tomografía Eléctrica Resistiva es fundamental al momento de realizar este sondeo, pues en base al arreglo definido, se obtendrá una mayor o menor profundidad de perforación y una mayor o menor densidad en los datos obtenidos (32).

Para comprender los arreglos que existen en las tomografías eléctricas, es necesario conocer las definiciones de los términos que se ven involucrados en el desarrollo de dicha actividad.

42

Los electrodos son los elementos metĂĄlicos o varillas que son dispuestas en el arreglo para transmitir la corriente elĂŠctrica al suelo. Dichos electrodos estĂĄn dispuestos de manera que dos de ellos sean transmisores de corriente y otros dos sean receptores o sumidero de la misma. De esta forma, se puede establecer el tiempo que tardarĂĄ en recibir un sumidero el flujo de corriente elĂŠctrica trasmitido por el electrodo de corriente.

De esta forma, para una corriente y un sumidero dados, el potencial Vp en cualquier punto P del suelo es igual a la suma de los voltajes de los dos electrodos colocados en el arreglo dispuesto. De esta forma, la expresiĂłn queda de la siguiente manera (32): đ?‘‰đ?‘? = đ?‘‰đ??´ + đ?‘‰đ?‘?

donde:

(Ec. 8)

đ?‘‰đ?‘? = potencial elĂŠctrico đ?‘‰đ??´ , đ?‘‰đ??ľ = contribuciĂłn de potencial de ambos electrodos conectados en el arreglo.

Para mostrar de manera mĂĄs grĂĄfica la explicaciĂłn de los arreglos, la Figura 15 muestra los elementos que componen una tomografĂ­a elĂŠctrica bajo un arreglo generalizado. Donde las letras A y B representan los dispositivos de emisiĂłn de corriente elĂŠctrica y las letras M y N corresponden a los dispositivos de potencial o de recepciĂłn.

Figura 15. ConfiguraciĂłn de electrodos bajo arreglo general.

Fuente. (20).

43

Se dice que existe una cantidad de alrededor de 102 tipos diferentes de arreglos que son más específicos e incluso algunos de ellos muy raramente utilizados (32). Sin embargo, los tres tipos mayormente utilizados son: 

Wenner



Schlumberger



Dipolo-Dipolo El arreglo Wenner consiste en la instalación de los electrodos separados a igual distancia, es decir,

los electrodos de corriente tendrán una separación entre ellos que será exactamente igual a la separación que existe entre los electrodos receptores de la corriente. Entre los electrodos de corriente y los receptores existe una distancia n veces la distancia de cada uno ellos (33). De manera más gráfica la Figura 16 muestra el acomodo que lleva el arreglo electródico Wenner.

Figura 16. Acomodo del arreglo Wenner.

Fuente. (29).

Por otra parte, el arreglo Schlumberger es un dispositivo que presenta una distribución de electrodos simétrica y una distancia mucho menor entre los elementos receptores (lp) que los elementos transmisores de corriente (lc) (33). En la Figura 17 se muestra la gráfica de la disposición de los electrodos en el arreglo Schlumberger.

44

Figura 17. Acomodo del arreglo Schlumberger.

Fuente. (29).

En el caso del arreglo Dipolo-Dipolo, se encuentran muchas variantes de disposición de los electrodos, sin embargo, por cuestiones de simplificación el arreglo que toma importancia en esta investigación es el arreglo Polo-Dipolo.

El arreglo Polo-Dipolo (Figura 18) consiste en la colocación de los electrodos de generación de corriente eléctrica A y B a una distancia ∞ (infinito) entre ellos, que comúnmente es de 5 a 10 veces la profundidad de sondeo que se quiere obtener, y los electrodos receptores M y N se colocan cerca de uno de los electrodos de corriente (A o B).

Figura 18. Configuración de los electrodos bajo el arreglo Polo-Dipolo.

Fuente. (21).

Las ventajas que produce el tener un electrodo de generación de corriente tan alejado del otro es que permite la penetración más profunda de la corriente eléctrica en el suelo y la obtención de datos menos superficiales. Mientras que los arreglos Schlumberger y Wenner son recomendados para sondeos no mayores a 2m de profundidad (32; 34).

45

La Figura 19 muestra la diferencia entre la configuración de los electrodos de acuerdo al arreglo seleccionado. Por su parte, la Figura 18 muestra la configuración de los electrodos bajo el arreglo PoloDipolo.

Figura 19. Configuraciones de los electrodos de acuerdo al arreglo establecido.

Fuente. (20).

Como se explicó ya, el flujo de corriente eléctrica no se dará de igual forma en todos arreglos de los dispositivos. El dispositivo Wenner, por ejemplo, muestra una alta densidad de datos en bajas profundidades, lo que permite obtener datos precisos y más exactos en sondeos que son superficiales (menores a 2 metros).

Por su parte, el dispositivo Schlumberger es un arreglo que permite llegar a profundidades mayores en distancias horizontales más cortas. Pues el traslape que existe entre el electrodo de corriente y el electrodo receptor permite una mayor diversidad de datos en distancias más cortas.

En cuanto a los flujos de corriente generados por el dispositivo Polo-Dipolo, son redes generadas a altas profundidades, lo que permite poca invasión en la superficie al requerir de distancias horizontales cortas para generar valores del orden de los 200 metros de profundidad (33). En la Figura 20 se muestra la diferencia entre la señal eléctrica emitida entre cada uno de los arreglos principales.

46

Figura 20. Distribución de la señal eléctrica para (A) Wenner, (B) Schlumberger y (C) Dipolo-Dipolo. Los números indican las aportaciones relativas que hacen elementos de volumen en la superficie a la diferencia total de potencial medida por los electrodos P1 y P2.

Fuente. (20).

47

2.3. Hidráulica para diseño de un sistema de drenaje de sección circular.

Los canales abiertos son estructuras

que poseen generalmente la característica de no estar

cubiertos, teniendo la superficie libre a la presión de la atmósfera. Un canal de sección circular es tomado en cuenta como drenaje abierto, debido a que no trabaja bajo presión, sino a cierta capacidad determinada por el diseñador (35).

La sección de un canal tiene ciertos elementos que deben ser bien conocidos con el fin de identificar las variables que se utilizarán al momento de realizar cualquier diseño. Estos elementos se listan a continuación y se muestran de manera gráfica en la Figura 21 (35): Tirante hidráulico, y

Distancia vertical desde el fondo del canal hasta la superficie libre del agua.

Profundidad de la sección, d

Profundidad medida de manera perpendicular a la plantilla del canal. La relación entre d y y es d=ycosθ.

Superficie libre del agua, T

Ancho de la sección del canal abierta a la superficie.

Perímetro mojado, P

Perímetro del canal cubierto por el agua.

Área hidráulica, A

Área de la sección transversal del flujo de agua.

Profundidad hidráulica, D

Área hidráulica dividida entre la superficie libre del agua, D = A/T.

Radio hidráulico, R

Área hidráulica dividida entre el perímetro mojado, R = A/P.

Pendiente de plantilla, S0

Es la pendiente longitudinal del canal.

En base a los elementos mencionados, se calcula una serie de variables indispensables para el diseño de cualquier canal abierto, entre las que se encuentran: 

Velocidad de flujo.



Gasto.



Número de Froude.

Estas tres variables se calculan para todos los tipos de canales, sin embargo, en base a la propuesta

presentada para la problemática de esta investigación, se centrará el análisis en canales de sección circular.

48

Figura 21. Secciones geomĂŠtricas de secciones de canal.

Fuente. (35).

l

49

2.3.1. Velocidad de flujo.

La velocidad de flujo estĂĄ determinada mediante la fĂłrmula de Manning (36), que estĂĄ definida como:

�= donde:

(�ℎ2/3 �1/2 ) �

(Ec. 9)

V = velocidad de flujo en el canal (m/s).

Rh = radio hidrĂĄulico (m).

S = pendiente del canal. n = coeficiente de rugosidad.

Dentro de las variables que se encuentran en la soluciĂłn de esta fĂłrmula, el coeficiente de rugosidad n es una constante que se otorga de acuerdo al material con que estĂĄ construido el tĂşnel. Los datos de esta variable se encuentran en el Anexo 8.

Por otra parte, la pendiente del canal (S) serĂĄ la diferencia de elevaciĂłn entre el punto de entrada y el punto de salida de la tuberĂ­a dividida por la distancia entre estos dos puntos (37).

Finalmente, el radio hidrĂĄulico (Rh), definido como la relaciĂłn existente entre el ĂĄrea hidrĂĄulica (A) y el perĂ­metro mojado (P) se define mediante la siguiente fĂłrmula (35):

đ?‘…â„Ž = donde:

1 đ?‘ đ?‘–đ?‘›2đ?œƒ (1 − ) đ?‘‘đ?‘œ 4 2đ?œƒ

(Ec. 10)

Rh = radio hidråulico (m). θ = ångulo que forma la bisectriz del punto medio del canal con la superficie del agua (rad). do = diåmetro propuesto (m).

Es importante notar que en cuanto al gasto hidrĂĄulico, no es el mismo cĂĄlculo que se hizo en la secciĂłn de hidrologĂ­a, puesto que el cĂĄlculo generado por las cuencas se hace mediante la fĂłrmula racional y el gasto generado por una tuberĂ­a se calcula mediante la siguiente ecuaciĂłn: 50

đ?‘„=

đ??´ 2/3 1/2 đ?‘… đ?‘† đ?‘›

(Ec. 11)

Q = gasto (m3/s).

donde:

A = ĂĄrea de la secciĂłn (m2).

R = radio hidrĂĄulico (m).

S = pendiente del canal.

Finalizando el cĂĄlculo de todas las variables involucradas dentro de la ecuaciĂłn de la velocidad del agua, se puede determinar si dicha velocidad corresponde a las indicadas como mĂ­nimas para drenajes pluviales.

Estas velocidades mĂ­nimas corresponden a un valor de 0.75 m/s cuando la tuberĂ­a estĂĄ trabajando a un 30% de su capacidad total si se pretende que el sistema de drenaje realice un procedimiento de autolimpieza, evitando dejar azolves que se vayan acumulando dentro de la tuberĂ­a (38).

2.3.2. NĂşmero de Froude.

El nĂşmero de Froude es el factor que determina el tipo de flujo que se puede presentar dentro de la tuberĂ­a al hacer una relaciĂłn entre la fuerza de gravedad y la y la fuerza de inercia. La clasificaciĂłn de los resultados indica: Fr < 1 ď&#x192; Flujo subcrĂ­tico.

Fr = 1 ď&#x192; Flujo crĂ­tico.

Fr > 1 ď&#x192; Flujo supercrĂ­tico.

Si Fr < 1, significa que el flujo ocurre a baja velocidad debido a que la fuerza de gravedad es mayor que la fuerza de inercia.

Si Fr = 1, significa que el flujo se encuentra dentro del lĂ­mite mĂĄximo para poder determinarse con parĂĄmetros aceptables al momento de diseĂąar un sistema de drenaje pluvia.

Si Fr > 1, la inercia del flujo excede la fuerza de gravedad, lo que indica que se lleva una gran velocidad y turbulencia en el trayecto del agua (19).

51

AsĂ­ pues, para determinar quĂŠ tipo de flujo se tiene dentro de una tuberĂ­a, se utiliza cualquiera de las siguientes fĂłrmulas (35):

đ??šđ?&#x2018;&#x; = donde:

đ?&#x2018;&#x2030; â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x201D;đ??ˇ

=

đ?&#x2018;&#x2030; â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x201D;(đ??´/đ?&#x2018;&#x2021;)

=

đ?&#x2018;&#x201E; â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x201D;(đ??´3 /đ?&#x2018;&#x2021;)

(Ec. 12)

Fr = nĂşmero de Froude.

V = velocidad del flujo (m/s). g = valor de la aceleraciĂłn de la gravedad (m/s2) D = Profundidad hidrĂĄulica (m).

A = ĂĄrea hidrĂĄulica (m2).

T = ancho de la superficie del agua (m).

Q = gasto hidrĂĄulico (m3/s).

AsĂ­ se concluye que el nĂşmero de Froude va a determinar el comportamiento del flujo dentro de una tuberĂ­a o en cualquier canal abierto.

52

3. METODOLOGÍA. Como ya se ha indicado en la sección introductoria de este proyecto, el objetivo de la investigación fue conocer las características geotécnicas, hidrológicas e hidráulicas que presenta el suelo en la Zona Centro de Ciudad Juárez para determinar si es posible realizar la construcción de un sistema subterráneo profundo de captación de escurrimientos de origen pluvial que afectan por inundaciones a la mencionada zona de la ciudad.

Las actividades que fueron ejecutadas con el fin de llegar al cumplimiento de los objetivos propuestos, se dividieron en dos áreas: hidrológica, geotécnica e hidráulica. Dentro de estas dos áreas, las actividades fueron las siguientes: 1. Hidrología.

1.1. Obtención de elevaciones de terreno natural de la Zona Centro de Ciudad Juárez mediante vuelo LIDAR. 1.2. Obtención de las curvas de nivel por medio del programa ArcGIS en base a los datos de elevación obtenidos del vuelo LIDAR. 1.3. Definición de las subcuencas por medio de la extensión HEC-GeoHMS dentro de ArcMAP. 1.4. Cálculo del gasto máximo probable generado por cada subcuenca.

1.5. Cálculo del volumen de agua acumulado en las subcuencas.

1.6. Determinación previa de la ubicación de los sistemas de captación y el trazo de las líneas de conducción.

2. Geotecnia.

2.1. Localización de sondeos ya existentes en la zona de estudio.

2.2. Obtención de estratigrafía en la zona donde se ubica el sistema de captación y en los trayectos por donde se extienden las obras de conducción. Estudio a una profundidad de 100m mediante método TER (Tomografía Eléctrica Resistiva).

3. Hidráulica 3.1. Propuesta teórica de una estructura hidráulica de almacenamiento y conducción de agua pluvial.

La realización de estas actividades se rigió por tiempos bien definidos y estructurados de acuerdo a la magnitud de cada una de ellas. Si bien existieron las que se llevaron a cabo en un par de días,

53

estuvieron también aquellas en las que fue imperativo asignar un par de semanas para su realización. El desglose de actividades en sub-actividades o actividades alternas fue también un factor que ayudó en la planeación y en la realización de las mismas, pues se trabajó de manera más específica y puntual en comparación a si se hubieran realizado de manera general y extensa.

A continuación se menciona cada actividad realizada con el fin de comprender su magnitud, su alcance y los procedimientos seguidos de manera puntual dentro del proyecto.

3.1. Hidrología.

La metodología dentro del área de hidrología fue la que llevó el análisis de los datos desde el momento en el que comienza el fenómeno de precipitación, seguido por la división de la zona en subcuencas, y por la determinación del flujo que sigue a lo largo y ancho de cada una de las subcuencas obtenidas y concluyendo finalmente con la identificación de los puntos de salida de las mismas.

De igual forma, al final del procedimiento se presentó una propuesta previa de ubicación de los puntos de recepción y el trazo del sistema que unirá dichos puntos. Esto con el fin de generar los datos y antecedentes para la realización de la metodología dentro del área de la geotecnia.

3.1.1. Obtención de elevaciones de terreno natural de la Zona Centro de Ciudad Juárez mediante vuelo LIDAR. LIDAR es el acrónimo en inglés de Light Detection and Ranging, cuyo significado es Detección por Luz y Distancia. Es un método utilizado para detectar las elevaciones de una zona determinada y generar lo que se conoce como Modelos Digitales de Elevación. Este procedimiento se lleva a cabo mediante un sensor transportado por un avión que emite pulsos de luz hacia el terreno. Dichos pulsos presentan cierta variación en la intensidad en que fueron lanzados en un principio. La variación es medida por el sensor y permite obtener la elevación del terreno y formar una nube de puntos (39).

La nube de puntos es el elemento creado después de haber lanzado todos los pulsos en la superficie del terreno por completo. Sin embargo, la cuestión de la vegetación o elementos que no 54

pertenecen al terreno natural pueden presentar un error en la toma de elevaciones, por lo que debe realizarse una serie de correcciones con el fin de tener una nube de puntos que represente de manera fidedigna la superficie de estudio (39; 40).

Las correcciones en la nube de puntos se llevan a cabo mediante reconocimientos terrestres simultáneos al vuelo LIDAR. Así, cuando existe más de una medición o más de un retorno de luz, se definirá cada uno de ellos gracias a los datos que se tengan del estudio terrestre.

Conocido esto, el método del vuelo LIDAR para obtención de elevaciones es el que se utilizó para definir la nube de puntos en la Zona Centro de Ciudad Juárez. El vuelo LIDAR en esta ciudad se realizó en el año 2008 según comenta el personal del Centro de Información Geográfica (CIG) de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez (UACJ).

Los datos que ya fueron obtenidos son sectorizados y catalogados para poder procesar únicamente las elevaciones del terreno natural. Así, se delimitó la obtención de datos a la zona que fue descrita

Figura 22. Zona delimitada según el PMCHCJ. Fuente. (5).

55

anteriormente en este documento, abarcando el polígono elegido para el desarrollo del Plan Maestro de Desarrollo Urbano del Centro Histórico de Ciudad Juárez y también las zonas de inundación identificadas por la Junta Municipal de Agua y Saneamiento, tal como se puede ver en la Figura 22 y en la Figura 23.

3.1.2. Obtención de las curvas de nivel por medio del programa ArcGIS. Los datos que ya fueron obtenidos mediante el vuelo LIDAR se procesaron para obtener el Modelo Digital de Elevaciones, el cual es utilizado para crear las curvas de nivel dentro del programa ArcGIS. El procesamiento se hace de tal manera que se obtenga una separación de 50cm entre ellas. Esto para generar mayor exactitud al momento de analizar las escorrentías que ocurren en una zona urbanizada, pues las pendientes han sido disminuidas debido a las obras ejecutadas en la zona, es decir, las nivelaciones del terreno utilizando rellenos, cortes y terraplenes han alterado la naturaleza de la superficie

Zona de estudio.

Zonas de inundación.

09 Gardenias y Mariscal (Bomberos).

10 Zona Centro (V. Guerrero de Constitución a Miguel Ahumada Mina y M. Ahumada, Paso a desnivel, Paso del Norte y Mina).

16

Tlaxcala y Constitución.

Escala: 1:16,700 Figura 23. Zonas de inundación según la JMAS. Fuente. Junta Municipal de Agua y Saneamiento.

56

y de igual forma sus arroyos naturales, generando zonas planas que no permiten el flujo del agua, sino al contrario, reteniéndola y formando cuencas que generan el estancamiento del fluido.

Por esta razón, el análisis debió de hacerse a una distancia tan disminuida entre curvas de nivel, para permitir conocer el flujo del agua, por más pequeño que éste sea, y conocer los puntos más bajos en donde el agua se concentra.

El CIG de la UACJ es el poseedor de las bases de datos necesarias para llegar hasta este punto del proyecto. La obtención de elevaciones ya fue realizada con anterioridad por otras instancias municipales y el Modelo Digital de Elevación fue entregado a este centro. Teniendo estos elementos, las curvas de nivel fueron obtenidas a partir de dicha información, y con ayuda del personal del CIG, para generar posteriormente los modelos raster y tin correspondientes a los datos de elevación de la zona de estudio.

3.1.3. Definición de las subcuencas.

Las zonas de inundación proporcionadas por la Junta Municipal de Ciudad Juárez (Figura 23) están delimitadas en base a datos históricos y levantamientos realizados por este mismo organismo. Sin

10

8 11

7 9

2 3 4

5

1 6

Figura 24. Delimitación de cuencas y sus puntos de desfogue.

Fuente. Propia.

57

embargo, y como ya se mencionรณ en el capรญtulo del Marco Teรณrico, mediante la extensiรณn del programa HEC-GeoHMS dentro del programa ArcMap se dividiรณ toda el รกrea de estudio en 11 subcuencas diferentes con un punto de salida especรญfico para cada una. Esto con el fin de conocer la direcciรณn del flujo y el punto de acumulaciรณn del agua. La zonificaciรณn quedรณ delimitada como se muestra en la Figura 24.

Una vez que se ejecutรณ la divisiรณn de la zona de estudio en subcuencas, se obtuvo la informaciรณn sobre la superficie de cada una de ellas. Dicha informaciรณn se obtiene de manera automรกtica al definir una cuenca nueva. En la Figura 25 se muestra la tabla informativa que muestra todas las subcuencas que fueron creadas para la zona de estudio.

Figura 25. Tabla de informaciรณn de cada una de las cuencas.

Fuente. Propia.

3.1.4. Cรกlculo del gasto mรกximo probable generado por cada subcuenca.

Una vez que se obtuvieron las subcuencas dentro del รกrea de estudio, se prosiguiรณ con el cรกlculo del gasto mรกximo generado por cada una de ellas. Este cรกlculo se llevรณ a cabo mediante la fรณrmula racional.

58

La fĂłrmula racional fue el mĂŠtodo seleccionado para realizar el cĂĄlculo del gasto mĂĄximo probable en base a la recomendaciĂłn de la ComisiĂłn Nacional de Agua en la secciĂłn 5.11.3 de la norma PROY-NMX-AA-168-SCFI-2012, titulada como â&#x20AC;&#x153;Drenaje pluvial urbano - Especificaciones para el manejo de agua pluvial en zonas urbanasâ&#x20AC;? (22).

La fĂłrmula racional, como ya fue definida en el capĂ­tulo del Marco TeĂłrico, se expresa de la siguiente manera: đ?&#x2018;&#x17E; = 0.0028 đ??śđ??źđ??´

donde:

(Ec. 13)

đ?&#x2018;&#x17E; = caudal mĂĄximo de escorrentĂ­a [m3/s] đ??ś = coeficiente de escorrentĂ­a đ?&#x2018;&#x2013; = intensidad de lluvia [mm/h], Para un periodo de retorno dado y para una duraciĂłn igual al tiempo de concentraciĂłn (Tc) de la cuenca. đ??´ = superficie de la cuenca [ha]

Esta fĂłrmula se utiliza normalmente para cuencas con ĂĄreas menores a 800 hectĂĄreas. El caso particular de este proyecto, la cuenca general del ĂĄrea de estudio que se maneja es de aproximadamente 347 hectĂĄreas, por lo que sĂ­ fue factible utilizar este procedimiento.

Si bien la fĂłrmula racional fue el mĂŠtodo seleccionado para obtener el volumen de agua generado por las escorrentĂ­as en cada subcuenca, fue necesario desarrollar cada una de las variables que la componen. La primera de estas variables es el coeficiente de escorrentĂ­a (C).

El coeficiente de escorrentĂ­a (C) es una constante ya establecida de acuerdo al grado de impermeabilidad que presenta el ĂĄrea de estudio, el tipo de suelo y el periodo de retorno con el cual se estĂĄ calculando la obra a desarrollar.

59

El tipo de suelo puede ser de tipo A, B, C o D. En este caso en particular es de tipo C, de acuerdo al sistema ya establecido por el Servicio de Conservación de Recursos Naturales de Estados Unidos (NRCS, por sus siglas en inglés) (41).

El grado de impermeabilidad está dado por el Manual de Criterios para el Drenaje de Tormentas Urbanas (23) (ver Anexo 1). De acuerdo al uso de suelo que presenta la Zona Centro de Ciudad Juárez, el grado de impermeabilidad corresponde a áreas comerciales y zonas habitacionales, por lo que se tomó la decisión de asignar el valor mayor de los dos, en este caso, un 95% correspondiente a las áreas comerciales, bajo la premisa de modelar el drenaje bajo las condiciones más extremas que se encuentren dentro de los parámetros establecidos por la normatividad correspondiente.

Continuando con el desarrollo de las variables que componen la fórmula racional, un factor más que se debió de tomar en cuenta antes de determinar el valor del coeficiente de escorrentía que presentará la cuenca, es el periodo de retorno de las precipitaciones. Dicho periodo de retorno variará de acuerdo al tipo de obra que se quiere realizar.

La obra a ejecutar en este caso es un sistema de drenaje pluvial, por lo que, de acuerdo a la literatura (42; 43) debe ser entre 10 y 25 años. Sin embargo, según la CONAGUA, en su norma PROYNMX-AA-168-SCFI-2012 indica que para terrenos con pendientes menores al 0.5% debe de extenderse este periodo de retorno a 50 años, por lo que así se hizo (22). Ver Anexo 3.

Resumiendo lo visto hasta este punto, se sabe que el tipo de suelo según la clasificación hidrológica es Tipo C, que presenta un 95% de impermeabilidad y que se tomó el periodo de retorno de 50 años como base. Así pues, se procedió a determinar el coeficiente de escorrentía (C) de acuerdo a la tabla contenida en el Drainage Criteria Manual que se incluye en el Anexo 2. Obteniendo así, un coeficiente con un valor de 0.88.

Coeficiente de escorrentías (C) = 0.88.

60

El siguiente valor a determinar fue el tiempo de concentraciĂłn (Tc), el cual es necesario para calcular la intensidad de lluvia (đ?&#x2018;&#x2013;).

El tiempo de concentraciĂłn fue definido previamente en el capĂ­tulo de Marco TeĂłrico. Retomando estos datos, esta variable se define como: đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;? = 0.0195 đ??ż0.77 đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x201D;â&#x2C6;&#x2019;0.385

donde:

(Ec. 14)

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;? = tiempo de concentraciĂłn [min] đ??ż = longitud mĂĄxima del flujo [min] đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x201D; = pendiente de la cuenca [m/m]

Calculando el tiempo de concentraciĂłn para cada una de las cuencas, se obtuvo la Tabla 2, que muestra los tiempos de concentraciĂłn en minutos para cada una de las subcuencas: Nombre DescripciĂłn Sg (m/m) L (m) Cuenca1 Insurgentes 0.0070 995.15 Cuenca2 Plaza Toros 0.0071 1,444.15 Cuenca3 H. Galeana y R. Corona 0.0017 862.46 Cuenca4 20 Nov. y Bolivia 0.0007 1,140.99 Cuenca5 Insurgentes y Colombia 0.0066 1,067.14 Cuenca6 MĂŠrida, 2 abr y Plan Ayala 0.0013 946.91 Cuenca7 Estacionamiento rutas 0.0051 877.24 Cuenca8 Hoyos 1 0.0014 1,428.00 Cuenca9 Hoyos 2 0.0015 1,302.76 Cuenca10 Cuenca extra 1 0.0008 596.67 Cuenca11 Cuenca extra 2 0.0026 486.78 Tabla 2. Resultados del tiempo de concentraciĂłn (Tc) para cada subcuenca.

Tc (min) 17.89 23.83 16.02 19.87 18.87 17.21 16.23 23.62 22.01 12.06 10.31

Como siguiente paso, se procediĂł a determinar la intensidad de lluvia (đ?&#x2018;&#x2013;). Dicha intensidad estĂĄ dada por la siguiente fĂłrmula (24):

đ?&#x2018;&#x2013;= donde:

đ??ź đ?&#x2018;Ą

(Ec. 15)

đ?&#x2018;&#x2013; = intensidad de lluvia (mm/h) đ??ź = altura del agua (mm) đ?&#x2018;Ą = duraciĂłn de la lluvia (min/min) 61

Por lo tanto, aparecieron dos factores nuevos que hubo que calcular, la altura del agua (đ??ź) y la duraciĂłn de la lluvia (đ?&#x2018;Ą).

La altura del agua se determinĂł mediante la fĂłrmula de Weizz (21): đ??ź = 0.0256(đ??ś â&#x2C6;&#x2019; đ??´)đ?&#x2018;Ľ + 0.000256[(đ??ˇ â&#x2C6;&#x2019; đ??ś) â&#x2C6;&#x2019; (đ??ľ â&#x2C6;&#x2019; đ??´)]đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ś + 0.01(đ??ľ â&#x2C6;&#x2019; đ??´)đ?&#x2018;Ś + đ??´ donde:

(Ec. 16)

đ??ź = altura del agua (mm). đ?&#x2018;Ľ = variable de acuerdo al periodo de retorno, ver Anexo 7. đ?&#x2018;Ś = variable de acuerdo a la duraciĂłn de la lluvia, ver Anexo 7. đ??´ = cantidad de lluvia en una hora en un periodo de retorno de 2 aĂąos. đ??ľ = cantidad de lluvia 24 horas en un periodo de retorno de 2 aĂąos. đ??´ = cantidad de lluvia en una hora en un periodo de retorno de 100 aĂąos. đ??ˇ = cantidad de lluvia 24 horas en un periodo de retorno de 100 aĂąos.

Sustituyendo los valores en la fĂłrmula por los siguientes datos: đ?&#x2018;Ľ = 32.1 đ?&#x2018;Ś = 73.4 đ??´ = 20.69 mm

đ??ś = 56.09 mm

đ??ľ = 41.37 mm

đ??ˇ = 112.17 mm Fuente de variables A, B, C y D. (44) Ver anexo 6.

Altura del agua (I)= 86.31 mm.

El valor de la variable x corresponde al periodo de retorno de 50 aĂąos. Mientras que el valor de la variable y es el referente a 12 horas de precipitaciĂłn.

El referente que se utilizĂł para asignar las 12 horas de duraciĂłn al anĂĄlisis de la altura del agua calculada, se basa en el tipo de tormenta que se presenta en la ciudad. Esto es, tormentas de corta duraciĂłn pero de alta intensidad, ya que es a las 12 horas de lluvia acumulada cuando se presenta la mayor variaciĂłn en la altura respecto a la medida anterior, que es la de 6 horas (ver Anexo 6).

DespuĂŠs de obtener el resultado de la altura del agua, se calculĂł la intensidad de lluvia, sustituyendo en la (Ec. 15) como sigue: 62

đ??ź = 36.82 mm đ?&#x2018;Ą=

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;?

60

Se obtuvo la siguiente tabla: Nombre DescripciĂłn Sg (m/m) L (m) Tc (min) Cuenca1 Insurgentes 0.0070 995.15 26.74 Cuenca2 Plaza Toros 0.0071 1,444.15 35.50 Cuenca3 H. Galeana y R. Corona 0.0017 862.46 41.02 Cuenca4 20 Nov. y Bolivia 0.0007 1,140.99 74.01 Cuenca5 Insurgentes y Colombia 0.0066 1,067.14 28.99 Cuenca6 MĂŠrida, 2 abr y Plan Ayala 0.0013 946.91 49.02 Cuenca7 Estacionamiento rutas 0.0051 877.24 27.41 Cuenca8 Hoyos 1 0.0014 1,428.00 65.74 Cuenca9 Hoyos 2 0.0015 1,302.76 59.13 Cuenca10 Cuenca extra 1 0.0008 596.67 40.92 Cuenca11 Cuenca extra 2 0.0026 486.78 22.73 Tabla 3. Valores de intensidad de lluvia obtenidos para cada subcuenca.

I (mm)

86.31

i (mm/h) 193.63 145.87 126.24 69.97 178.63 105.65 188.96 78.77 87.58 126.56 227.84

Una vez obtenidas las intensidades de lluvia para cada una de las subcuencas, ya Ăşnicamente restĂł calcular el caudal mĂĄximo de escorrentĂ­a con el que iniciamos esta secciĂłn. AsĂ­ pues, utilizando la (Ec. 13) y sustituyendo de acuerdo a los datos ya obtenidos, se obtuvo la siguiente tabla:

3

Nombre DescripciĂłn i (mm/h) A (ha) C q ( m /s) Cuenca1 Insurgentes 193.63 41.30 19.70 Cuenca2 Plaza Toros 145.87 34.48 12.39 Cuenca3 H. Galeana y R. Corona 126.24 37.51 11.67 Cuenca4 20 Nov. y Bolivia 69.97 35.62 6.14 Cuenca5 Insurgentes y Colombia 178.63 48.02 21.13 Cuenca6 MĂŠrida, 2 abr y Plan Ayala 105.65 13.86 0.88 3.61 Cuenca7 Estacionamiento rutas 188.96 24.66 11.48 Cuenca8 Hoyos 1 78.77 38.31 7.44 Cuenca9 Hoyos 2 87.58 79.47 17.15 Cuenca10 Cuenca extra 1 126.56 15.59 4.86 Cuenca11 Cuenca extra 2 227.84 7.60 4.27 Tabla 4. Gasto mĂĄximo probable calculado para cada una de las subcuencas.

De esta forma se concluye el procedimiento para obtener el gasto mĂĄximo probable que puede generar cada una de las subcuencas ubicadas dentro de la zona de estudio.

63

El siguiente procedimiento fue el cĂĄlculo del volumen de agua que se acumula en cada una de estas mismas subcuencas, procedimiento que se explica en la siguiente secciĂłn.

3.1.5. CĂĄlculo del volumen de agua acumulado en las subcuencas.

El cĂĄlculo del volumen de agua que se genera por las escorrentĂ­as en cada una de las subcuencas estĂĄ dado, como ya se mencionĂł anteriormente, por el mĂŠtodo del Servicio de ConservaciĂłn del Suelo (SCS por sus siglas en inglĂŠs) desarrollado por los Estados Unidos, que denota:

đ?&#x2018;&#x201E;= donde:

(đ??ź â&#x2C6;&#x2019; 0.2đ?&#x2018;&#x2020;)2 (đ??ź + 0.8đ?&#x2018;&#x2020;)

(Ec. 17)

Q = profundidad de la escorrentĂ­a generada (mm). (Ă rea debajo del hidrograma).

I = precipitaciĂłn (mm).

S = diferencia de potencial mĂĄximo entre precipitaciĂłn y escorrentĂ­a, comenzando en el momento en que comienza la tormenta (mm).

Este mismo mĂŠtodo basado en los datos histĂłricos de lluvia, condiciones del suelo, usos de suelo y actividades desarrolladas, define la diferencia de potencial (S) como sigue:

đ?&#x2018;&#x2020;= donde:

25 400 â&#x2C6;&#x2019; 254 đ?&#x2018;

(Ec. 18)

S = diferencia de potencial (mm).

N = nĂşmero de curva.

El primer dato que debiĂł conocerse fue el nĂşmero de curva (N) y se hizo mediante los datos obtenidos de la OrganizaciĂłn de Agricultura y Alimentos de las Naciones Unidas (FAO, por sus siglas en inglĂŠs) que se muestran en el Anexo 5.

64

En base al tipo de suelo, que ya habĂ­a sido determinado anteriormente como Tipo C, y a la naturaleza de la zona que se estĂĄ estudiando, que en este caso se designĂł como zona de caminos, el nĂşmero de curva tiene un valor de 90.

NĂşmero de curva (N)= 90.

Sustituyendo este valor en la fĂłrmula para el cĂĄlculo de la variable S, se obtuvo: đ?&#x2018;&#x2020;=

25 400 â&#x2C6;&#x2019; 254 90 Diferencia de potencial (S) = 28.22

Una vez obtenido el valor de la variable S y con el valor ya previamente calculado de la altura del agua, se sustituyeron ambos valores en la (Ec. 17), quedando de la siguiente manera: S = 28.22 I = 86.31 (đ??ź â&#x2C6;&#x2019; 0.2đ?&#x2018;&#x2020;)2 đ?&#x2018;&#x201E;= (đ??ź + 0.8đ?&#x2018;&#x2020;)

â&#x2020;&#x2019;

(86.31 â&#x2C6;&#x2019; 0.2(28.22)]2 đ?&#x2018;&#x201E;= (86.31 + 0.8(28.22)]

Profundidad de la escorrentĂ­a generada (Q) = 59.76 mm Una vez que se obtuvo el valor de la profundidad Q ya solamente se multiplicĂł por la superficie de cada una de las subcuencas con el fin de obtener el volumen que se acumula por acciĂłn de las escorrentĂ­as. Obteniendo la siguiente tabla: Nombre DescripciĂłn I (mm) S Q (mm) Cuenca1 Insurgentes Cuenca2 Plaza Toros Cuenca3 H. Galeana y R. Corona Cuenca4 20 Nov. y Bolivia Cuenca5 Insurgentes y Colombia Cuenca6 MĂŠrida, 2 abr y Plan Ayala 86.31 28.22 59.76 Cuenca7 Estacionamiento rutas Cuenca8 Hoyos 1 Cuenca9 Hoyos 2 Cuenca10 Cuenca extra 1 Cuenca11 Cuenca extra 2 Tabla 5. Volumen de agua generado por cada subcuenca.

Ă rea de la cuenca (m2) 412,995.60 344,794.49 375,106.08 356,161.34 480,163.35 138,555.00 246,626.23 383,114.54 794,732.36 155,949.75 76,037.34

A (ha) 41.30 34.48 37.51 35.62 48.02 13.86 24.66 38.31 79.47 15.59 7.60

3

Vol (m ) 24,679.85 20,604.28 22,415.64 21,283.54 28,693.67 8,279.79 14,737.93 22,894.21 47,491.73 9,319.27 4,543.85

65

Con la obtención de los volúmenes generados por cada una de las subcuencas, se encontró el primer punto para determinar si es factible la construcción de un sistema profundo de drenaje como solución a los problemas de inundaciones en esta zona.

3.1.6. Determinación previa de la ubicación de los sistemas de captación y el trazo de las líneas de conducción.

La propuesta que se está desarrollando en este proyecto es la construcción de infraestructura que capte y dé flujo dirigido a los volúmenes de agua generados por las lluvias en la zona centro de la ciudad, donde se generan grandes problemas de inundación a pocos minutos de comenzado el fenómeno de precipitación.

Siguiendo la línea de este objetivo, se maneja una hipótesis de que marca que la mejor manera de solucionar el problema por medio de tuneleo no invasivo, que es aquel ya descrito en el capítulo del Marco Teórico de este documento. Sin embargo, para poder desarrollar este método de la manera más eficiente posible, debe de contarse con grandes cantidades de agua en un solo punto de recepción, con el fin de crear grandes estructuras que den solución a superficies más extensas.

Construir lumbreras de acceso en puntos estratégicos que, a su vez, funcionen como elementos estructurales receptores de agua, es la propuesta que se maneja de manera previa (pues hasta este punto no se conocen los detalles geotécnicos de la zona), por lo que aún no se presentan las dimensiones de profundidad ni de diámetro de estos elementos.

Así pues, para determinar la ubicación estratégica de estos puntos de acceso se hizo un análisis previo de la ubicación de los puntos de salida de cada una de las subcuencas con el fin de agrupar los que estuvieran más cercanos entre ellos y dirigir el flujo de esas subcuencas hacia un solo punto.

En la Figura 26 se muestra agrupación que se realizó para las subcuencas, quedando de la manera siguiente:

66

Nombre Subcuencas TT1 4, 5, 6 TT2 1, 3 TT3 11 TT4 2, 7 TT5 8, 9, 10

Los términos TT fueron asignados como propuesta de nombre bajo la abreviación de “Tanques de Tormenta”, concepto definido anteriormente en el capítulo Marco Teórico.

Figura 26. Puntos de salida de subcuencas y agrupación en los puntos denominados TT. Fuente. Propia.

El objetivo de definir estos 5 puntos y la traza que los liga, fue el de definir dónde se haría el trabajo de campo correspondiente a la tomografía eléctrica resistiva. De esta forma, se evitaría la realización de trabajo que no resultara útil o que estuviera fuera de la zona de interés.

67

Concluyendo pues, con estos datos, los procedimientos correspondientes a la metodología enfocada a la hidrología de la zona, se procedió con la ejecución de la metodología dentro del área geotécnica, explicada en la siguiente sección.

3.2. Geotecnia.

La metodología correspondiente al área de geotecnia incluyó principalmente el trabajo de campo, que comprende la realización de la Tomografía Eléctrica Resistiva en base a los puntos dados por la metodología dentro del área hidráulica. Sin embargo, existen sondeos que ya han sido realizados previamente por laboratorios y empresas especializadas en la mecánica de suelos que se tomaron en cuenta para la complementación del trabajo de campo realizado.

3.2.1. Localización de sondeos ya existentes en la zona de estudio.

Para poder definir de manera definitiva el número de puntos receptores que conformarán el sistema de captación, así como la ubicación de los mismos y las líneas de drenaje que los interconectarán, fue necesario, en primer lugar, acudir al CIG UACJ con el fin de conocer la disponibilidad del equipo para realizar la prospección a la zona.

De igual forma, se solicitaron sondeos que ya hubiesen sido realizados con anterioridad. Dichos sondeos son Ensayos de Penetración Estándar (SPT por sus siglas en inglés) proporcionados por el Ing. Sergio Velázquez, las cuales permitieron definir el trazo de las líneas de sondeo de manera más eficiente.

En la Figura 27 se pueden apreciar los puntos de salida de cada subcuenca calculados mediante el programa ArcMap, los cuales fueron exportados al programa de Google Earth con el fin de conocer la posición exacta de cada uno de ellos en la zona de estudio.

En la Figura 28 se observan los Ensayos de Penetración Estándar otorgados por el Ing. Velázquez.

Dichos sondeos manejan profundidades desde los 4.5m hasta los 20.0m (Ver anexo 9). Así pues, debían definirse los trazos para la realización del TER de la manera más estratégica posible con el fin de no realizar trabajo innecesario y provocar utilizaciones innecesarias del equipo.

68

Figura 27. Puntos de salida de cada subcuenca.

Fuente. Propia.

Figura 28. Puntos de salida de cada subcuenca y puntos donde se realizaron sondeos previos.

Fuente. Propia.

3.2.2. Obtención de estratigrafía mediante método de prospección geofísica TER. La obtención de la estratigrafía se obtuvo mediante la realización del método TER (Tomografía Eléctrica Resistiva), que consiste en la generación de perfiles del subsuelo generados por medio de la inyección de corriente eléctrica y la respuesta obtenida por el tipo de suelo que compone la zona en términos de resistencia eléctrica (45).

69

La prospección geofísica fue realizada utilizando el equipo ABEM Terrameter SAS4000 (27) mediante tres tendidos ubicados de la manera siguiente: El sondeo ubicado al sur de la zona se realizó a lo largo de la Av. Insurgentes, desde la calle Libertad en el poniente hasta la calle Ferrocarril, ubicada al oriente.

El sondeo ubicado al norte fue menos complicado de realizar, pues se efectuó a lo largo de las jardineras de las banquetas de la Av. Malecón comenzando a en la calle 5 de mayo y terminando a la altura de la calle Costa Rica al oriente.

2

3

1

Figura 29. Líneas de sondeos mediante Tomografía Eléctrica Resistiva.

Fuente. Propia.

El sondeo central, con dirección Norte-Sur, se efectuó a lo largo de la Av. Francisco Villa.

Comenzando en la el cruce con la Av. Malecón al norte, cruzando la calle Ignacio Mejía y terminando sobre el trazo que define la acequia madre, alrededor de 150 metros al sur de la calle Ignacio Mejía, siempre sobre la Av. Francisco I. Madero.

En la Figura 29 se muestran de manera gráfica las tres líneas de sondeo que fueron realizadas. Con el número 1 está señalada la Línea Sur, a lo largo de la Av. Insurgentes. Con el número 2 se indica la

70

Línea Norte, a lo largo de la Av. Malecón y, finalmente, con el número 3 se indica la Línea Central, que se ejecutó a lo largo de la Av. Francisco Villa.

El arreglo que fue utilizado para los tres sondeos consistió en el arreglo llamado Polo-Dipolo, el cual consiste en la colocación de un electrodo de corriente a una gran distancia, de los otros tres electrodos, tomando en cuenta que un arreglo se forma a partir de cuatro electrodos conectados en el mismo sistema (45).

La Figura 30 muestra gráficamente la disposición de 3 de los electrodos en un arreglo PoloDipolo. Entre los electrodos A y B, que son los electrodos de corriente, se genera el campo eléctrico. Por su parte, los electrodos M y N son los electrodos de potencial entre los cuales se mide la diferencia de potenciales en el campo eléctrico generado por A y B. En la Figura no se aprecia el electrodo B, pues se encuentra colocado a una distancia teóricamente infinita (45).

Figura 30. Arreglo Polo-Dipolo.

Fuente. (39).

Volviendo a los trazos realizados en campo, en referencia a la Línea Sur, correspondiente al sondeo sur, indicado con el número 1; se ejecutó un trazo de dos tendidos de diferente longitud. El cable tendido en el extremo oriente constó de una longitud de 200 metros con un espaciamiento de electrodos a cada 10 metros, logrando la inserción de 20 electrodos y un dipolo ubicado a una distancia de 300 metros a partir del último electrodo conectado.

En cuanto al tendido ubicado en el extremo poniente del sistema, se logró solamente una longitud de 50 metros, con una separación de 10 metros entre cada electrodo, lo que permitió la conexión de 5

71

electrodos únicamente. A partir de dicha longitud, y con el arreglo geofísico Polo-Dipolo que fue ya explicado, se logró insertar electricidad y generar respuesta por parte del subsuelo a una profundidad del orden de los 80 metros.

El segundo sondeo que se realizó fue el ubicado a lo largo de la Línea Norte, en la Av. Malecón.

En esta ocasión, debido a las facilidades ofrecidas por el terreno (jardineras ubicadas en las banquetas a lo largo de toda la avenida) y a la inexistencia de cruces, se logró tender una longitud total de 800 metros, lo que es, cuatro tendidos de 200 metros cada uno, sumando una distancia de 400 metros a cada extremo de la fuente de energía.

Al igual que en el sondeo de la Línea Sur, se dispusieron los electrodos con un espaciamiento de 10 metros bajo el mismo arreglo Polo-Dipolo en los cables centrales. Sin embargo, con el fin de obtener las lecturas a una profundidad mayor, en los tendidos de los cables extremos se dispuso una separación de 20 metros entre cada electrodo. Con este sistema se consiguió generar una respuesta del subsuelo a una profundidad del orden de los 350 metros.

Finalmente, en el sondeo de la Línea Central, a lo largo de la Av. Francisco Villa, se ejecutaron dos tendidos de 200 metros cada uno, logrando una longitud total de 400 metros. Bajo la misma metodología del sondeo de la Línea Sur, es decir, con electrodos espaciados a una distancia de 10 metros y bajo el arreglo Polo-Dipolo, se logró obtener un resultado a una profundidad del orden de los 150 metros.

Una vez recabada toda la información de campo, con la colaboración del Ing. Jesús Leyva, del Centro de Información Geográfica de la UACJ, se procedió a corregir geográficamente las resistencias generadas por el suelo al paso de la corriente eléctrica, mediante el paquete computacional ERICGRAPH©. Posteriormente la resistividad verdadera del subsuelo se obtuvo a partir de la resistividad aparente mediante el programa RES2DINV, generando las gráficas mostradas en la Figura 31, Figura 32 y en la Figura 33.

72

Figura 31. Modelo de resistividad en la LĂ­nea Sur. Fuente. Propia.

Figura 32. Modelo de resistividad en la LĂ­nea Norte.

Fuente. Propia.

73

Figura 33. Modelo de resistividad en la Línea Central.

Fuente. Propia.

3.3. Hidráulica.

El procedimiento hidráulico seguido para el diseño de una propuesta básica de almacenamiento y conducción de aguas de origen pluvial se siguió de acuerdo a tres variables que debían ser satisfechas según la bibliografía consultada (19; 35; 36): 1. Velocidad de flujo.

2. Número de Froude.

3. Diferencia entre gasto de salida y gasto de entrada para los sistemas de almacenamiento.

Una vez satisfechas estas tres variables, se logró el diseño del sistema hidráulico básico que proporciona el eficiente manejo de las aguas de origen pluvial dentro de la zona de estudio.

3.3.1. Velocidad de flujo.

La velocidad de flujo, como ya se mencionó en el Marco Teórico, está determinada mediante la fórmula de Manning, que se define como:

74

(đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D;2/3 đ?&#x2018;&#x2020;1/2 ) đ?&#x2018;&#x2030;= đ?&#x2018;&#x203A; donde:

(Ec. 19)

V = velocidad de flujo en el canal (m/s).

Rh = radio hidrĂĄulico (m).

S = pendiente del canal. n = coeficiente de rugosidad.

El coeficiente de rugosidad n es una constante que se otorga de acuerdo al material con que estĂĄ construido el tĂşnel. Los datos de esta variable se encuentran en el Anexo 8.

Coeficiente de rugosidad del concreto liso (n) = 0.012 Por otra parte, la pendiente del canal (S) fue propuesta de manera que respetara las limitantes mencionadas en el capĂ­tulo del Marco TeĂłrico. Siendo asĂ­, se asignĂł un valor de 0.002 o en su valor porcentual, una pendiente del 0.2%.

Pendiente propuesta para el canal = 0.002 = 0.2% Finalmente, la variable que requiriĂł un poco mĂĄs de cĂĄlculo fue la del radio hidrĂĄulico (Rh), que es definida mediante la siguiente fĂłrmula:

đ?&#x2018;&#x2026;â&#x201E;&#x17D; = donde:

1 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;2đ?&#x153;&#x192; (1 â&#x2C6;&#x2019; ) đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x153; 4 2đ?&#x153;&#x192;

(Ec. 20)

Rh = radio hidråulico (m). θ = ångulo que forma la bisectriz del punto medio del canal con la superficie del agua (rad). do = diåmetro propuesto (m).

Para poder determinar la variable del radio hidrĂĄulico se requiriĂł proponer un diĂĄmetro a la tuberĂ­a por donde correrĂĄ el flujo de un tanque de almacenamiento a otro. Esto se hizo mediante el principio de generar el mismo gasto de salida que el gasto de entrada.

75

Como ya se vio en el procedimiento hidrolĂłgico, el gasto mĂĄximo probable fue calculado para cada uno de los tanques o sistemas de almacenamiento. En base a dicho cĂĄlculo se utilizĂł la siguiente fĂłrmula para determinar el gasto que sale de los tanques buscando igualarlo al tanque que ingresa:

đ?&#x2018;&#x201E;= donde:

đ??´ 2/3 1/2 đ?&#x2018;&#x2026; đ?&#x2018;&#x2020; đ?&#x2018;&#x203A;

(Ec. 21)

Q = gasto (m3/s).

A = ĂĄrea de la secciĂłn (m2).

R = radio hidrĂĄulico (m).

S = pendiente del canal.

AsĂ­ pues, utilizando la fĂłrmula de la (Ec. 20).para el cĂĄlculo de los radios hidrĂĄulicos con el fin de conocer, a su vez, completamente las variables mostradas en la (Ec. 21) para el cĂĄlculo de los gastos de salida de cada sistema de almacenamiento, se determinaron los gastos que deben ser tomados en cuenta para el diseĂąo de la tuberĂ­a y son mostrados en la Tabla 6.

De igual forma, en base a la (Ec. 20), se determinĂł la velocidad de flujo que, como indica la bibliografĂ­a (36), debe de ser mayor a 0.75 m/s cuando el drenaje estĂĄ funcionando a un tercio de su capacidad. Es decir, el ĂĄrea ocupada por la cantidad de agua debe de ser 1/3 del ĂĄrea total de la secciĂłn de la tuberĂ­a. Para esto, mediante las fĂłrmulas (Ec. 22) y (Ec. 23) se determinĂł que el tirante que generaba 1/3 de la capacidad del drenaje, correspondĂ­a a un valor de 1.838 metros.

đ??´=

1 (2đ?&#x153;&#x192; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;2đ?&#x153;&#x192;)đ?&#x2018;&#x2018;02 8

đ?&#x153;&#x192; = đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;?đ??śđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; [(đ?&#x2018;Ś â&#x2C6;&#x2019; donde:

đ?&#x2018;&#x2018;0 đ?&#x2018;&#x2018;0 ) / ( )] 2 2

(Ec. 22)

(Ec. 23)

d0 = diĂĄmetro propuesto (m). y = tirante hidrĂĄulico (m).

Tirante hidrĂĄulico para 1/3 de la capacidad = 1.83757 m

76

Nombre Cuencas TT1 TT2 TT3 TT4 TT5

4, 5, 6 1, 3 11 2, 7 8, 9, 10

TT anterior TT1 TT2, TT3 TT4

3

3

V (m ) V (m ) TT cuencas anterior 58,257.004 0.000 47,095.496 58,257.004 4,543.851 0.000 35,342.206 51,639.347 79,705.217 35,342.206

3

q (m /s) cuencas 30.881 31.372 4.269 23.875 29.449

3

q (m /s) TT anterior 0.000 30.999 0.000 66.884 90.760

q (m3/s) entrada 30.881 62.371 4.269 90.760 106.879

d0 propuesto (m) 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00

y

θ (rad)

2.090 3.190 0.770 3.750 4.500

1.406 1.850 0.807 2.094 2.498

sin θ (rad) 0.986 0.961 0.722 0.866 0.600

A

Rh

7.777 13.223 1.919 15.796 18.613

1.106 1.429 0.476 1.508 1.490

q salida 3 (m /s) 30.999 62.527 4.358 77.430 90.499

Tabla 6. Cálculo de volúmenes de entrada y salida para cada tanque de almacenamiento.

Como resultado, la Tabla 7 muestra que efectivamente la velocidad de flujo estuvo por encima de los 0.75 m/s que indica se indicó anteriormente. Obteniendo una velocidad de flujo de 3.78 m/s para las tuberías funcionando al 30% de su capacidad total, bajo un diámetro propuesto de 5 metros.

Nombre TT1 TT2 TT3

d0 propuesto (m) 5.00 5.00 5.00

y 1.838 1.838 1.838

θ (rad) 1.303 1.303 1.303

θ (grados) 74.635 74.635 74.635

sin θ(rad) 0.964 0.964 0.964

5.00 1.838 1.303 74.635 0.964 TT4 5.00 1.838 1.303 74.635 0.964 TT5 Tabla 7. Comprobación de la velocidad de flujo a 1/3 de la capacidad de la tubería.

A 6.545 6.545 6.545

Rh 1.005 1.005 1.005

Vel (m/s)

6.545

1.005

6.545

1.005

3.7387 3.7387

3.7387 3.7387 3.7387

Velocidad de flujo al 30% de la capacidad de las tuberías = 3.7387 m/s

77

3.3.2. NĂşmero de Froude.

Como ya se dijo en el capĂ­tulo de Marco TeĂłrico, el nĂşmero de Froude determinarĂĄ mediante cualquiera de las fĂłrmulas mostradas en la (Ec. 13), de las cuales se decide tomar la siguiente:

đ??šđ?&#x2018;&#x; = donde:

đ?&#x2018;&#x2030;

(Ec. 24)

â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x201D;(đ??´/đ?&#x2018;&#x2021;)

Fr = nĂşmero de Froude.

V = velocidad del flujo (m/s). g = valor de la aceleraciĂłn de la gravedad (m/s2) A = ĂĄrea hidrĂĄulica (m2).

T = ancho de la superficie del agua (m).

Con el fin de obtener el nĂşmero de Froude exacto bajo un rendimiento del sistema que se tomĂł como probable dado el caso donde se alcance el gasto mĂĄximo generado por la precipitaciĂłn, se adecuaron los tirantes de cada una de las tuberĂ­as para obtener el gasto de salida igual al gasto de entrada de cada sistema de almacenamiento. Para este efecto se calculĂł nuevamente la velocidad del flujo dentro del sistema, quedando como lo describe la Tabla 8.

Nombre

d0 propuesto (m) y θ (rad) θ (grados) sin θ(rad) A 5.00 2.090 1.406 80.561 0.986 7.777 TT1 5.00 3.190 1.850 106.022 0.961 13.223 TT2 5.00 0.770 0.807 46.211 0.722 1.919 TT3 5.00 3.750 2.094 120.000 0.866 15.796 TT4 5.00 4.500 2.498 143.130 0.600 18.613 TT5 Tabla 8. Cålculo de velocidades de flujo de acuerdo a tirantes bajo condiciones reales.

Rh 1.106 1.429 0.476 1.508 1.490

Vel (m/s) 3.9861 4.7286 2.2713 4.9018 4.8621

AsĂ­ pues, en base a las nuevas velocidades obtenidas, el cĂĄlculo del NĂşmero de Froude se muestra en la Tabla 9.

Nombre

d0 propuesto (m)

Vel (m/s)

T

TT1

5.00

3.99

4.932

g

5.00 4.73 4.806 TT2 5.00 2.27 3.609 9.810 TT3 5.00 4.90 4.330 TT4 5.00 4.86 3.000 TT5 Tabla 9. CĂĄlculo del nĂşmero de Froude para cada tuberĂ­a.

A

Fr

7.777

1.014

13.223

0.910

1.919 15.796 18.613

0.995 0.819 0.623

78

Una vez obtenidos los números de Froude de cada tubería, se procedió al cálculo de gastos de cada uno de los sistemas de almacenamiento.

3.3.3. Cálculo de la diferencia de gastos en los sistemas de almacenamiento.

Este procedimiento se realizó con el fin de conocer la cantidad de captación que se tendría en cada uno de los puntos de almacenamiento. La Tabla 10 muestra el siguiente análisis de desarrollo: Se calculó la diferencia entre el gasto de entrada y el gasto de salida generados por cada una de las cuencas de manera acumulada, es decir, incluyendo las escorrentías y el gasto generado por la cuenca inmediata anterior.

Una vez calculada la diferencia, al volumen calculado por medio de la fórmula del SCS mencionada en el área hidrológica del capítulo de la Metodología de este proyecto se le restó esa misma cantidad pero multiplicada por la diferencia ente los gastos. Así, se asume que si la diferencia de los gastos es de un 14.7% como en el caso del TT4, la diferencia del volumen que ingresa y que sale será ese mismo porcentaje.

Cuando este cálculo fue concluido, se obtuvo en la Tabla 10 un volumen restante que debe de considerarse para el dimensionamiento de los tanques de tormenta en los puntos TT4 y TT5.

Vol entrante (12 horas)

Vol saliente (12 horas)

Diferencia

30.999 0.00 58,257.004 TT1 4, 5, 6 30.881 62.527 0.00 105,352.500 TT2 1, 3 62.371 4.358 0.00 4,543.851 TT3 11 4.269 77.430 14.70 140,694.706 TT4 2, 7 90.760 90.499 15.30 220,399.923 TT5 8, 9, 10 106.879 Tabla 10. Diferencia de volúmenes por cada sistema de almacenamiento.

58,257.004 105,352.500 4,543.851 120,030.709 186,622.696

0.000 0.000 0.000 20,663.998 33,777.228

Nombre

Cuencas

q entrada 3 (m /s)

q salida 3 (m /s)

Diferencia

En conclusión, con este procedimiento se finaliza la metodología que permitió la recopilación de la información hidrológica y geotécnica de la Zona Centro de Ciudad Juárez y la realización de un diseño hidrológico básico compuesto de lumbreras, tanques de tormenta y túneles de drenaje.

79

4. RESULTADOS. En este capítulo se concentran los resultados obtenidos en las áreas hidrológica, geotécnica e hidrológica. En base al análisis de cada una de ellas, en esta misma sección del proyecto se propone el sistema preliminar de solución al problema de inundación en la Zona Centro de Ciudad Juárez.

4.1. Resultados en área de hidrología.

Como se pudo observar, a lo largo del seguimiento de la metodología hidrológica, para poder llevar a un resultado en concreto, se requirió del cálculo de un número extenso de variables, lo que pudiera interpretarse como una serie amplia de resultados para esta área. Sin embargo, es importante recalcar que los únicos resultados que se buscaban con la realización de una metodología hidrológica, eran los siguientes: 

Ubicación de los puntos de salida de las subcuencas.



Gasto máximo probable que generaba cada una de las subcuencas.



Volumen generado por las escorrentías.

La ubicación de los puntos se haría de manera previa, debido a que los resultados obtenidos

mediante los procedimientos geotécnicos complementarían este resultado.

4.1.1. Ubicación de los puntos de salida de las subcuencas.

La ubicación específica de cada punto de salida de las subcuencas se ejecutó mediante el programa ArcMap, como ya ha sido señalado a lo largo de todo este documento.

Los puntos de salida, pertenecientes a cada una de las subcuencas definidas, representaron un número muy extenso para poder tomarse en cuenta de manera individual, por lo que se decidió agruparlos y proponer las obras de captación como se muestra en la Figura 34, en la que se observa la agrupación de los puntos de salida de las subcuencas 4, 5 y 6 en el TT1. Luego el TT2 agrupa las salidas de las subcuencas 1 y 3, al igual que el gasto generado por las escorrentías que llegan al TT1, pero que ahora llevan dirección mediante el túnel hacia el TT2. El TT3, por su parte, recibe únicamente las escorrentías 80

generadas por le subcuenca 11, llevando este gasto hacia el TT4, quien a su vez recibe el gasto del TT2, el TT1 más las escorrentías superficiales generadas por la subcuenca 2 y la subcuenca 7. Finalmente el TT5 será el dispositivo receptor de los gastos de todos los demás, incluyendo las escorrentías de las subcuencas 8, 9 y 10.

Figura 34. Puntos de salida de subcuencas y agrupación en los puntos denominados TT. Fuente. Propia.

81

4.1.2. Gasto máximo probable de las subcuencas.

El gasto máximo probable obtenido para cada una de las subcuencas es el siguiente:

Nombre Descripción Cuenca1 Insurgentes Cuenca2 Plaza Toros Cuenca3 H. Galeana y R. Corona Cuenca4 20 Nov. y Bolivia Cuenca5 Insurgentes y Colombia Cuenca6 Mérida, 2 abr y Plan Ayala Cuenca7 Estacionamiento rutas Cuenca8 Hoyos 1 Cuenca9 Hoyos 2 Cuenca10 Cuenca extra 1 Cuenca11 Cuenca extra 2 Tabla 11. Gastos máximos probables.

i (mm/h) 193.63 145.87 126.24 69.97 178.63 105.65 188.96 78.77 87.58 126.56 227.84

A (ha) 41.30 34.48 37.51 35.62 48.02 13.86 24.66 38.31 79.47 15.59 7.60

C

0.88

3

q (m /s) 19.70 12.39 11.67 6.14 21.13 3.61 11.48 7.44 17.15 4.86 4.27

Una vez que fueron agrupadas las subcuencas para dar lugar a los TT’s, los gastos máximos probables tuvieron que sufrir modificaciones, sumándose de acuerdo a la agrupación en la que fueron asignados, quedando de la siguiente manera:

q cuencas ( q TT anterior q entrada ( 3 3 3 m /s) ( m /s) m /s) 30.881 TT1 4, 5, 6 30.881 0.000 62.371 TT2 1, 3 TT1 31.372 30.999 4.269 TT3 11 4.269 0.000 90.760 TT4 2, 7 TT2, TT3 23.875 66.884 106.879 TT5 8, 9, 10 TT4 29.449 90.760 Tabla 12. Gastos máximos de salida de cada TT. Nombre Cuencas

TT anterior

q salida ( 3 m /s) 30.999 62.527 4.358 77.430 90.499

4.1.3. Volumen generado por las escorrentías.

Como se vio durante la metodología, el volumen generado por las escorrentías fue calculado de manera independiente y mediante otro método diferente al cálculo de los gastos máximos probables.

Siendo así, los resultados obtenidos para el volumen generado por las escorrentías se muestran en la Tabla

82

13, mientras que los volúmenes generados por cada TT en un lapso de 12 horas de lluvia (no necesariamente continuas) se muestran en la Tabla 14.

Nombre Descripción I (mm) S Q (mm) Cuenca1 Insurgentes Cuenca2 Plaza Toros Cuenca3 H. Galeana y R. Corona Cuenca4 20 Nov. y Bolivia Cuenca5 Insurgentes y Colombia Cuenca6 Mérida, 2 abr y Plan Ayala 86.31 28.22 59.76 Cuenca7 Estacionamiento rutas Cuenca8 Hoyos 1 Cuenca9 Hoyos 2 Cuenca10 Cuenca extra 1 Cuenca11 Cuenca extra 2 Tabla 13. Volúmenes de escorrentía para cada subcuenca.

3

Área de la cuenca (m2) 412,995.60 344,794.49 375,106.08 356,161.34 480,163.35 138,555.00 246,626.23 383,114.54 794,732.36 155,949.75 76,037.34

3

V(m ) V(m ) TT anterior cuencas TT anterior TT1 4, 5, 6 58,257.004 0.000 TT2 1, 3 TT1 47,095.496 58,257.004 TT3 11 4,543.851 0.000 TT4 2, 7 TT2, TT3 35,342.206 51,639.347 TT5 8, 9, 10 TT4 79,705.217 35,342.206 Tabla 14. Volúmenes de escorrentía para cada TT.

Nombre Cuencas

A (ha) 41.30 34.48 37.51 35.62 48.02 13.86 24.66 38.31 79.47 15.59 7.60

3

Vol (m ) 24,679.85 20,604.28 22,415.64 21,283.54 28,693.67 8,279.79 14,737.93 22,894.21 47,491.73 9,319.27 4,543.85

3

Vol total acumulado ( m ) (12 horas) 58,257.004 105,352.500 4,543.851 86,981.553 115,047.423

A manera de conclusión y como recordatorio, las 12 horas con las que se hace el análisis de acumulación del volumen de agua se debió a la naturaleza de tormenta intermitente que tienen las precipitaciones en la ciudad. En un periodo de 24 horas, los hidrogramas nos mostraron el mayor incremento en la altura del agua en el lapso entre las 6 y las 12 horas, razón por la que se tomó como referencia este factor de tiempo.

De esta forma se concluye con el área de los resultados hidrológicos, permitiendo continuar con los resultados originados a partir del procedimiento geotécnico.

4.1.4. Volumen a almacenar por los sistemas de captación.

Los volúmenes de escorrentía generados en el transcurso de 12 horas se generan para cada uno de los tanques de tormenta. Sin embargo, no todos los tanques llevarán a cabo la tarea de almacenamiento, 83

sino únicamente la de captación. Estos tanques son el TT1, TT2 y TT3, por lo que el análisis de almacenamiento se hizo para los tanques TT4 y TT5. Como lo muestra la tabla Tabla 15.

Nombre

Cuencas

q entrada 3 (m /s)

q salida 3 (m /s)

30.999 TT1 4, 5, 6 30.881 62.527 TT2 1, 3 62.371 4.358 TT3 11 4.269 77.430 TT4 2, 7 90.760 90.499 TT5 8, 9, 10 106.879 Tabla 15. Volúmenes de almacenamiento.

Diferencia (%)

Vol entrante (12 horas)

Vol saliente (12 horas)

Diferencia 3 (m )

0.00 0.00 0.00 14.69 15.33

58,257.004 105,352.500 4,543.851 140,694.706 220,399.923

58,257.004 105,352.500 4,543.851 120,030.709 186,622.696

0.000 0.000 0.000 20,663.998 33,777.228

4.2. Interpretación de la Tomografía Eléctrica Resistiva.

La interpretación de la Tomografía Eléctrica Resistiva se realizó en base a una definición previa de las características del suelo definidas por los modelos de resistividad encontrados. Dicha definición se particularizó para cada uno de los tres sondeos y, a su vez, se realizó en base a estudios realizados anteriormente con el mismo método, con el mismo equipo y en zonas relativamente cercanas a la zona que este proyecto estudia (27; 33).

4.2.1. Interpretación litoestratigráfica de la Línea Sur. El primer par de tendidos realizado fue el de la Línea Sur, ubicada en la Av. Insurgentes, a lo largo de una dirección Oeste-Este, tal como lo muestra la Figura 35.

Figura 35. Estratigrafía de Línea Sur. Fuente. Propia.

84

La particularización de los datos obtenidos o la división de Unidades Geoeléctricas, como se les llama de acuerdo a la bibliografía consultada, se describe en la Tabla 16.

Los datos de resistividad obtenidos nos muestran valores muy variados. Sin embargo, se pueden definir tres grupos litoestratigráficos generales en los que se pueden incluir varios valores de los encontrados.

El primer grupo encontrado es el perteneciente a la unidad geoeléctrica UG-A, el cual contiene material que presenta resistividades con valores que van desde el orden de los 70 Ω-metro, lo que representa la presencia de material arcilloso con presencia de agua. Bajo esta capa, se encuentra material con valores mayores que 200 Ω-metro pero menores a los 500 Ω-metro, datos que pertenecen a las arenas.

Finalmente, en este mismo grupo estratigráfico encontramos resistividades mayores a 4000 Ω-metro, lo que evidencia la presencia de roca intemperizada y roca sana en la parte más profunda del sondeo en la Línea Sur, profundidad del orden de los 80 metros.

Dominio Geoeléctrico (Ω·metro)

Descripción del material

UG-A

> 76

Unidad compuesta de manera equitativa por roca sana y roca intemperizada a mayor profundidad, seguidas por arenas, gravas y arcillas húmedas en capas más superficiales.

UG-B

0 - 20

Unidad compuesta de manera muy generalizada por arcillas con presencia de humedad.

UG-C

20 -200

Unidad Geoeléctrica

Unidad compuesta por arenas arcillosas, arenas gruesas y con presencia de gravas en puntos específicos.

Tabla 16. Descripción del material encontrado en sondeo de Línea Sur.

El segundo grupo que se identificó en el primer sondeo, es el grupo denominado como unidad geoeléctrica UG-B, con material de características resistivas que van desde resistividades tan bajas que

85

son casi cercanas a 0 Ω-metro hasta los 100 Ω-metro, lo que indica una presencia de arcilla en sus concentraciones más húmedas y compactas.

Finalmente, el grupo perteneciente a la unidad geoeléctrica UG-C, fue probablemente el más difícil de definir dentro de un intervalo de valores debido a la amplia gama de valores que presenta en su configuración estratigráfica. Tenemos como los valores de resistividad más bajos, los pertenecientes al material de tipo arcilla de alto contenido de humedad, con valores resistivos de 20 Ω-metro. Continuamos con el material de tipo arena con presencia de arcilla cuyos valores de resistividad rondan los 100 Ω-metro y cuya presencia predomina en esta ocasión. También, de manera aislada, se encuentra un grupo de resistividades altas, con valores que van desde los 1000 Ω-metro hasta valores mayores a 16000 Ω-metro.

En la Figura 36 se muestran las divisiones litoestratigráficas correspondientes a las unidades Geoeléctricas correspondientes al sondeo en la Línea Sur.

Tomografía Eléctrica Resistiva Línea Sur Orientada Oeste-Este Interpretada Litoestratigráficamente.

UG-C

UG-A UG-B

Unidad compuesta de manera equitativa por roca sana y roca intemperizada a mayor profundidad, seguidas por arenas, gravas y arcillas húmedas en capas más superficiales.

Unidad compuesta por arenas arcillosas, arenas gruesas y con presencia de gravas en puntos específicos

Unidad compuesta de manera muy generalizada por arcillas con presencia de humedad.

Figura 36. Interpretación Litoestratigráfica de la Línea Sur. Fuente. Propia.

86

4.2.2. Interpretación litoestratigráfica de la Línea Norte.

El segundo conjunto de tendidos corresponde a la Línea Norte, ubicada en la Av. Malecón, en un sentido Oeste-Este, tal como lo muestra la Figura 37.

Repitiendo nuevamente el mismo análisis realizado con los resultados obtenidos del sondeo de la Línea Sur, se ejecutó el análisis de los resultados arrojados para el sondeo de la Línea Norte. Sin embargo, debido a que se generan valores diferentes para cada sondeo, fue necesario hacer una nueva clasificación para la Línea Norte. Esta identificación de resistividades se englobó en los tres grupos litoestratigráficos descritos en la Tabla 17.

Figura 37. Estratigrafía de Línea Norte.

Fuente. Propia.

Los tipos de materiales encontrados en la Unidad Geoeléctrica UG-A de este segundo sondeo, corresponden a valores dentro de un rango muy amplio, yendo desde los 80 Ω-metro, que representan material arcilloso en la parte más superficial de la unidad, subyaciendo una capa de material con resistividades del orden de los 300 Ω-metro, con lo que se identifica la mezcla entre arena y arcilla, con la 87

arena como material predominante. Después se encuentra una capa de material arenoso con resistividades mayores a los 700 Ω-metro y, finalmente, se encontró la roca sana con valores del orden de los 3500 Ωmetro.

Correspondientes a la unidad geoeléctrica UG-B, se encontraron zonas que van desde valores resistivos tan bajos como 1 Ω-metro, que representan arcillas con alto grado de humedad; hasta valores de 80 Ω-metro, que siguen representando arcillas, pero con un grado más bajo de humedad. Esto indica una presencia generalizada de arcillas en esta unidad geoeléctrica.

Finalmente, dentro del sondeo de la Línea Norte, se clasificó la unidad geoeléctrica UG-C, que es la que se encuentra en la parte más superficial del sondeo. Aquí se encontraron valores resistivos que están por encima de los 100 Ω-metro, lo que representa mezclas de arcilla y arena. De igual manera, pero en cantidades mucho mayores, se identificaron valores resistivos más altos, del orden de los 800 Ω-metro, lo que representa las arenas. Finalmente, los valores más altos que se encontraron en esta unidad geoeléctrica, son valores representativos de las gravas, que son del orden de 2000 Ω-metro.

Dominio Geoeléctrico (Ω·metro)

Descripción del material

80 - 5000

Unidad compuesta en su parte superior por una capa de arcilla, a la que subyace una serie mayor de capas de arenaarcillosa con presencia de humedad.

UG - B

1 - 80

Unidad compuesta por un material arenoso con presencia de arcilla, destacando zonas puntuales donde se encuentra una cantidad mayor de humedad en el material.

UG - C

100 - 800

Unidad compuesta por arena en su gran mayoría, conteniendo agregados calizos en pequeñas cantidades.

Unidad Geoeléctrica

UG - A

Tabla 17. Descripción del material encontrado en sondeo de Línea Norte.

88

En la Figura 38 se muestra el seccionamiento del perfil del sondeo de la Línea Norte, mostrando las tres unidades geoeléctricas recién descritas.

Tomografía Eléctrica Resistiva Línea Norte Orientada Oeste-Este Interpretada Litoestratigráficamente.

UG-C

UG-B

UG-A

Unidad compuesta en su parte superior por una capa de arcilla, a la que subyace una serie mayor de capas de arenaarcillosa con presencia de humedad.

Unidad compuesta por un material arenoso con presencia de arcilla, destacando zonas puntuales donde se encuentra una cantidad mayor de humedad en el material.

Unidad compuesta por arena en su gran mayoría, conteniendo agregados calizos en pequeñas cantidades.

Figura 38. Interpretación Litoestratigráfica de la Línea Norte.

Fuente. Propia.

4.2.3. Interpretación litoestratigráfica de la Línea Central.

El tercer y último par de tendidos fue el que corresponde a la Línea Central, ubicada en la Av. Francisco Villa, a lo largo de un sentido Norte-Sur. Los valores resistivos encontrados en este sondeo se muestran en la Figura 39.

La división de las unidades que se encontraron en este sondeo, se encuentra descrita de manera general en la Figura 39.

89

Figura 39. Estratigrafía de Línea Central.

Fuente. Propia.

La unidad geoeléctrica más profunda fue designada como UG-A, y contiene material que presenta valores resistivos que van desde los 500 Ω-metro, pertenecientes a las arenas; hasta valores del orden de los 8000 Ω-metro y mayores, lo que muestra la existencia de material calizo perteneciente a roca sana y roca intemperizada, siendo la primera la que predomina.

En la unidad geoeléctrica inmediata superior a la UG-A, denominada UG-B, se encontró poca cantidad de material identificado bajo valores resistivos de 40 Ω-metro, que son representativos de la arcilla saturada. El tipo de suelo con valores de entre 100 Ω-metro y 350 Ω-metro, fue el que se encontró de manera predominante por sobre los demás, siendo éste identificado como arena arcillosa.

Siendo definidas de manera general, pero encontradas separadas por la unidad geoeléctrica UG-B, se encuentran las unidades geoeléctricas UG-C1 y UG-C2.

La unidad geoeléctrica UG-C1 presenta valores que no sobrepasan resistividades de 80 Ω-metro, lo que representa arcillas saturadas. Por su parte la unidad geoeléctrica UG-C2 también presenta este tipo 90

de material de manera predominante, sin embargo, se encontraron valores todavía más bajos, cercanos a los 0 Ω-metro, lo que indica una alta presencia de humedad en esta unidad.

Unidad Geoeléctrica

UG - A

Dominio Geoeléctrico (Ω·metro)

> 500

Descripción del material Unidad compuesta por arenas y calizas, siendo las calizas las predominantes en mayores profunidades, tanto caliza intemperizada como roca sana.

UG - B

40 - 500

Unidad compuesta de manera predominante por arena arcillosa, encontrando presencia de arcilla saturada.

UG - C1

10 - 40

Unidad compuesta por arcillas saturadas.

UG - C2

10 - 40

Unidad compuesta por arcillas saturadas con presencia alta de humedad en zonas puntuales.

UG - D1

40 - 200

Unidad compuesta por arcillas con presencia de arenas.

UG - D2

40 - 200

Unidad compuesta por arcillas con presencia de arenas y arcillas saturadas de resitividad baja.

Tabla 18. Descripción del material encontrado en sondeo de Línea Central.

Finalmente, separadas de igual forma por la unidad geoeléctrica UG-B, se encuentran las unidades UG-D1 y UG-D2 en la parte más superficial del perfil estratigráfico.

La unidad geoeléctrica UG-D1 se encuentra ubicada al Norte del sondeo y es una pequeña zona con valores resistivos del orden de los 40 a los 150 Ω-metro, valores pertenecientes a un material de tipo arcilloso con presencia de arenas, por tener resistividades más altas que la arcilla saturada. De igual forma, en esta misma unidad se encontraron valores poco mayores a los 500 Ω-metro, lo que es indicio de presencia de arenas.

Por su parte la unidad geoeléctrica UG-D2, es una unidad más grande en tamaño y tiene una mayor presencia de resistividades bajas. Si bien sí se encontraron valores del orden de los 50 Ω-metro, que 91

representan las arcillas saturadas y valores muy puntuales del orden de los 500 Ω-metro, que pertenecen a las arenas; la diferencia que presenta esta unidad para con su similar UG-D1, es la presencia de resistividades todavía más bajas a las del orden de los 50 Ω-metro, lo que indica presencia de arcillas saturadas, es decir, arcillas con alto grado de humedad.

En la Figura 40 se muestran las secciones de acuerdo a las resistividades en del perfil del sondeo de la Línea Central, mostrando las unidades geoeléctricas descritas en este punto.

Tomografía Eléctrica Resistiva Línea Central Orientada Norte-Sur Interpretada Litoestratigráficamente.

UG-D2

UG-C2 UG-D1 UG-B UG-C1

UG-A

Unidad compuesta por arenas y calizas, siendo las calizas las predominantes en mayores profundidades, tanto caliza intemperizada como roca sana.

Unidad compuesta de manera predominante por arena arcillosa, encontrando presencia de arcilla saturada.

Unidad compuesta por arcillas saturadas y con presencia alta de humedad en zonas puntuales.

Unidad compuesta por arcillas con presencia de arenas y arcillas saturadas de resistividad baja.

Figura 40. Interpretación Litoestratigráfica de la Línea Central.

Fuente. Propia.

4.3. Resultados en área de hidráulica.

En base a los cálculos realizados para el diseño hidráulico del sistema de captación y conducción, se obtuvieron los resultados que permitieron diseñar una propuesta con las siguientes características: 

Pendiente del sistema de conducción = 0.002



Diámetro de las tuberías de conducción = 5 metros 92

En cuanto a los tanques de almacenamiento y de captación, quedaron distribuidos de la siguiente manera: Debido a que el volumen que pueden desalojar es igual o incluso mayor que el volumen que se capta del tanque anterior y de las escorrentías, los tanques TT1, TT2 y TT3 fueron determinados como tanques captadores de agua, mas no de almacenamiento.

Por otra parte, los tanques TT4 y TT5 sí funcionarán como tanques de tormenta que almacenarán las siguientes cantidades de agua en un lapso de 24 horas (con una precipitación intermitente de 12 horas): TT4 = 20,663.998 m3 TT5 = 33,777.228 m3 4.4. Determinación definitiva de la ubicación de los sistemas de captación y descripción de los sistemas de conducción.

La Tomografía Eléctrica Resistiva (TER) mostró la estratigrafía con que se cuenta en la zonas por donde se tiene contemplado trazar el túnel que interconecta los diferentes sistemas de almacenamiento. De igual forma, los sondeos SPT que ya habían sido realizados en el área o en lugares colindantes, mostraron información muy valiosa sobre las características del material existente en el subsuelo.

Lo primero que se debe de mencionar, es la ubicación del manto freático con el fin de conocer la ubicación de la perforación y saber si atravesará o no este cuerpo de agua. Así pues, en base a los resultados obtenidos, no hay existencia de manto freático en las profundidades de hasta 200m, por lo que no es una cuestión con la que se tiene que lidiar en ninguna de las perforaciones a realizar.

Por otra parte, la naturaleza del material encontrado muestra que el túnel y las perforaciones verticales estarían en contacto, en gran parte, con suelo de naturaleza arenosa y, en algunos casos muy particulares, con una baja presencia de arcillas y gravas.

En lo referente a la ubicación precisa que se propone para los 5 sistemas de captación es la mostrada en la Tabla 19: 93

Sistema receptor TT1

Lumbrera

31.732821°

-106.469418°

Av. Insurgentes y C. Colombia

Descripción del terreno Lote baldío

TT2

Lumbrera

31.735201°

-106.479600°

Monumento a Benito Juárez

Parque

TT3

Lumbrera

31.747933°

-106.488832°

Blvd. Fronterizo a la altura de C. Oro

Lote baldío

TT4

Tanque de tormenta

31.741868°

-106.482577°

Calle internacional al Oriente de Plaza de Toros "Antonio Balderas"

Lote baldío

Av. Malecón y C. Paraguay

Terreno de "Los Hoyos"

TT5

Descripción

Coordenadas

Tanque de tormenta y planta 31.749986° -106.461795° de bombeo Tabla 19. Ubicación de los sistemas receptores.

Descripción de la ubicación

Como se puede observar, la ubicación de los terrenos no se encuentra en propiedad privada o en avenidas y calles. De esta forma, se consigue la construcción del sistema de captación sin provocar alteraciones al desarrollo de las actividades cotidianas de los habitantes de la ciudad.

Figura 41. Ubicación definitiva de las lumbreras, los tanques de tormenta y los túneles.

Fuente. Propia.

En cuanto a los sistemas de conducción, se propone un túnel de diámetro de 5m construido mediante el método de tuneleo por tuneladora que una las lumbreras TT1, TT2, TT4 y TT5 con una longitud de 4.16 km y con geometría curva.

De manera independiente, la lumbrera TT3 se propone ser conectada mediante el método de mina tradicional al tanque de tormenta TT4 con una longitud de 827 metros en línea recta, completando así, un

94

diseño preliminar sistema de captación y conducción de agua de lluvia desde la Zona Centro hacia el Río Bravo. En la Figura 41 se ve de manera gráfica esta disposición.

En lo referente a los desniveles provocados por la pendiente y por la longitud del sistema de conducción de agua, se obtiene una diferencia de 8.32 metros del TT1 al TT5 y una diferencia de 1.65 metros del TT3 al TT4.

Diferencia de nivel TT1-TT5 = 8.32m Diferencia de nivel TT3 – TT4 = 1.65m

95

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS. El objetivo de este proyecto consistió en determinar la factibilidad técnica para la construcción de un sistema de captación de aguas pluviales bajo los enfoques hidrológico y geotécnico, así como generar una propuesta de diseño hidráulico del drenaje. Ya que se obtuvieron resultados en estas tres áreas, se realizó un análisis independiente de los datos para cada una de ellas.

5.1. Análisis de resultados hidrológicos.

La serie de resultados hidrológicos se resume en la cantidad de agua que se genera en Ciudad Juárez después de un evento pluvial de magnitudes correspondientes a un periodo de retorno de 50 años.

Esto es, el volumen de agua generado en la ciudad, específicamente en la Zona Centro, representa un daño tangible y ya experimentado por la ciudadanía durante muchos años.

Se obtuvo un volumen total de 20,663.998m3 de agua en un tiempo estimado de lluvia de 12 horas para el TT4 y de 33777.228 m3 para el TT5, así como un gasto pico de 106.879 m3/s para el este último, que es el que recibe el escurrimiento de toda la zona. Estas cantidades, como ya se ha dicho, se calcularon en base a un periodo de retorno de 50 años por presentarte en zonas con bajas pendientes. El volumen de agua que se genera provoca que en los lugares de menor elevación, como lo es el paso a desnivel de la Av. Insurgentes, se acumule una cantidad de agua con tirantes del orden de los 2.5m, lo que evidencia la existencia de un problema que se debe de resolver.

Inicialmente, se puede asumir que es indispensable la construcción de un nuevo sistema de drenaje o la regeneración del sistema de drenaje residual ya existente para, de esta forma, evitar las inundaciones generadas en la Zona Centro de la ciudad. Sin embargo, la cantidad de agua generada mostró que esta última no es factible debido a la saturación que se generaría en el sistema actual.

Es por esto que se concluye que en base a la bibliografía consultada (12) y con la cantidad de agua que se obtuvo para almacenar, lo recomendable es la construcción de un nuevo sistema que funcione de manera independiente al sistema de drenaje residual que ya existe. Esto, por dos razones: 96

1. El estado actual del sistema de drenaje no permitiría un incremento en el volumen de agua manejado, pues ya se ha presentado una saturación del mismo, provocando su desgaste.

2. Al construir un sistema de drenaje pluvial, se permitirá el drenado completo de las avenidas y calles pertenecientes a la zona de estudio sin provocar daños al sistema actual.

En conclusión, la construcción del sistema profundo de drenaje pluvial se muestra como factible en cuanto al área hidrológica se refiere. Se tiene una cantidad de agua que sobrepasa la capacidad del sistema de drenaje actual y que los acondicionamientos de éste tendrían que ser de gran escala para poder dar solución al problema de inundación de la Zona Centro de Ciudad Juárez.

5.2. Análisis de resultados geotécnicos.

Según la bibliografía (46), el suelo encontrado en la Zona Centro de Ciudad Juárez corresponde a la clasificación generalizada de suelos sueltos granulares. Este factor representa el empleo de métodos especializados de construcción, ya que las paredes requieren el soporte continuo a lo largo de la perforación.

La utilización de lodos bentoníticos, lechadas de concreto y productos químicos variados, permiten la conglomeración de las partículas y evitan el desmoronamiento, por lo que son métodos ampliamente utilizados para la estabilidad de las paredes y del frente de excavación en este tipo de suelos.

La propuesta, en base a los resultados obtenidos en materia de geotecnia y como se puede apreciar en la Tabla 19, es la excavación de 3 lumbreras y dos tanques de tormenta a una profundidad del orden de los 30 metros, donde no influyen las cimentaciones de los edificios existentes, ni aquellas de los pasos a desnivel, ni la presencia de drenaje sanitario existente o las instalaciones de servicios de agua o luz. Se contempla que el túnel, al encontrarse a una profundidad de 30 metros, no interferirá con la ejecución de futuras obras de pasos a desnivel que se tienen contempladas para la Zona Centro (5).

97

5.3. Análisis de resultados hidráulicos.

El análisis utilizado para esta sección se basó en la selección de los tipos de tanques que habrían de ser cada uno de los sistemas de almacenamiento.

Los tanques de captación TT1, TT2 y TT3 permitirán recopilar los gastos generados por las escorrentías de las cuencas pertenecientes a la zona de cada uno de ellos. Por su parte, los tanques TT4 y TT5 serán sistemas bajo el funcionamiento de tanque de tormenta.

Sin embargo, los volúmenes de captación que resultaron del cálculo hidrológico e hidráulico, son demasiado elevados como para pretender ejecutar una construcción que almacene dicha cantidad de agua en un solo evento.

Lo que puede variar para dar solución a este detalle, es la alternancia en el funcionamiento del sistema de bombeo del TT5 y del sistema de desagüe del TT4. Si bien, la recomendación es vaciar los tanques de tormenta cada 24 horas (12), la naturaleza intermitente de las lluvias en Ciudad Juárez permitirían realizar este drenado dos veces al día, mientras no se presenta precipitación, logrando así un decremento de las dimensiones de estas estructuras en un 50%.

En cuanto al sistema de conducción del gasto generado por las escorrentías de las 11 subcuencas pertenecientes a la Zona Centro, se propone una excavación mediante tuneladora que comience en la lumbrera TT5, donde se tiene el espacio para hacer la construcción de una bóveda para el armado de la máquina tuneladora. Luego se continúa con la excavación hacia el tanque de tormenta TT4 y luego se continúa hacia la lumbrera TT2, finalizando en la lumbrera TT1 que funcionará como espacio de extracción de la máquina tuneladora. La pendiente a lo largo de la excavación es del 0.2%, lo que otorga una diferencia de elevaciones entre el TT5 y el TT1 del orden de los 12m.

En cuanto al diámetro de 5 metros del túnel, se observa que es una dimensión demasiado grande para las tuberías que conectan la lumbrera TT1 hacia TT2 y ésta misma hacia TT3. Sim embargo, resulta más eficiente utilizar una sola tuneladora con este diámetro y dejar que funcionen a muy baja capacidad en

98

comparación con el manejo de dos diámetros diferentes que representen el uso de dos tuneladoras distintas.

En cuanto al túnel excavado de la lumbrera TT3 al tanque de tormenta TT4, se propone el empleo de un método diferente debido a que es un trayecto que se sale de la ruta original y que sale de las limitantes de funcionamiento de una tuneladora. Este procedimiento se propone ser analizado y propuesto en una nueva investigación.

99

6. CONCLUSIONES. La factibilidad de la construcción de un sistema de captación pluvial fue determinada de acuerdo a los volúmenes de agua que se generan en las épocas de lluvia intensa y en base al tipo de suelo que se encontró en la zona.

Los volúmenes obtenidos generados por los fenómenos pluviales del orden de los 20,000 a los 34,000m3 representan un volumen que debe de ser drenado mediante la construcción de un sistema con el que actualmente no se cuenta en la ciudad y que puede ser construido en los espacios disponibles ubicados dentro de la zona sin provocar grandes intervenciones al desarrollo cotidiano de las actividades de los habitantes de la ciudad.

En cuanto a la naturaleza del suelo encontrado, se asume que las arenas son el material que se encuentra de manera generalizada en el subsuelo de la zona de estudio y que puede representar complicaciones en el momento de la perforación del túnel por el riesgo que se corre de ocurrir material caído y desestabilidad de los taludes. Sin embargo, ya se han mencionado los métodos que son utilizados para dar solución a estos problemas mediante el tuneleo con excavadora y armado del túnel utilizando dovelas de concreto prefabricadas.

De esta forma, en base a la metodología utilizada y a los resultados obtenidos, se concluye que sí es factible la construcción de un sistema de drenaje profundo como solución al problema de inundaciones en la Zona Centro de Ciudad Juárez.

100

7. RECOMENDACIONES. 1. La finalidad de realizar este proyecto es la de incluirlo dentro del Plan Maestro de Desarrollo Urbano del Centro Histórico de Ciudad Juárez, el cual carece de las soluciones a las problemáticas de drenaje que ocurren en dicha zona y en toda la ciudad en general. El análisis llevado a cabo en esta investigación contiene los datos que deben de ser contemplados una vez que se decida poner en marcha el plan de desarrollo. Pues es de esta forma como se podrá dar solución a la problemática de las inundaciones de manera definitiva.

2. Este documento no se debe considerar como proyecto estructural, hidráulico o ejecutivo, debido a que faltan muchos elementos que no alcanzarían a ser desarrollados dentro de los tiempos marcados para la fecha de entrega. Por esta razón, se hace la recomendación de llevar a cabo los proyectos que sean necesarios para generar una propuesta completa y efectiva a la problemática aquí planteada. Entre estos proyectos pueden encontrarse el relativo al análisis estructural, diseño hidráulico, análisis de costos, estudios de impacto ambiental, factibilidad de reutilización del agua captada, etc.

3. El conjunto de proyectos especializados dentro de un área específica de la Ingeniería Civil puede llevar a la complementación mutua entre ellos. Este proyecto es la base de lo que se contempla como un proyecto ejecutivo que incluya una serie de investigaciones dentro de todas las áreas de esta profesión, por lo que se busca que se continúe con lo aquí planteado con el objetivo de lograr la realización de un proyecto que signifique la solución efectiva y aplicada a una problemática real que se sufre en Ciudad Juárez.

101

8. ANEXOS.

102

Anexo 1.

Tabla de valores de porcentaje de impermeabilizaci贸n recomendados.

Fuente. (23).

103

Anexo 2.

Tabla de valores para el coeficiente de escurrimiento (C).

Fuente. (23).

104

Anexo 3.

Fuente. (42).

105

Anexo 4.

Tablas de valores de las variables đ?&#x2018;Ľ y đ?&#x2018;Ś para el cĂĄlculo de đ??ź.

Fuente. (21).

106

Anexo 5.

Números de curva de acuerdo a la clasificación del suelo y al uso de suelo.

Uso cobertura de la tierra

Tratamiento o práctica agrícola

Estado hidrológico

Grupo hidrológico de suelo A

B

C

D

Barbecho

En surcos rectos

-

77

86

91

94

Cultivos en surcos

En surcos rectos

Malo

72

81

88

91

En surcos rectos

Bueno

67

78

85

89

En curvas de nivel

Malo

70

79

84

88

En curvas de nivel

Bueno

65

75

82

86

En terrazas

Malo

66

74

80

82

En terrazas

Bueno

62

71

78

81

En surcos rectos

Malo

65

76

84

88

En surcos rectos

Bueno

63

75

83

87

En curvas de nivel

Malo

63

74

82

85

En curvas de nivel

Bueno

61

73

81

84

En terrazas

Malo

61

72

79

82

En terrazas

Bueno

59

70

78

81

En surcos rectos

Malo

66

77

85

89

En surcos rectos

Bueno

58

72

81

85

En curvas de nivel

Malo

64

75

83

85

En curvas de nivel

Bueno

55

69

78

83

En terrazas

Malo

63

73

80

83

En terrazas

Bueno

51

67

76

80

Malo

68

79

86

89

Regular

49

69

79

84

Bueno

39

61

74

80

En curvas de nivel

Malo

47

67

81

88

En curvas de nivel

Regular

25

59

75

83

En curvas de nivel

Bueno

6

35

70

79

Pradera (permanente)

Bueno

30

58

71

78

Bosques (explotación de parcelas)

Malo

45

66

77

83

Regular

36

60

73

79

Bueno

25

55

70

77

Granjas

-

59

74

82

86

Caminos

-

74

84

90

92

Cereales secundarios

Leguminosas sembradas densas o pradera en rotación

Praderas naturales o artificiales

Fuente. (47).

107

Anexo 6.

Alturas de agua en Ciudad Ju谩rez de acuerdo a los periodos de retorno y a la duraci贸n de la precipitaci贸n.

Fuente. (36).

108

Anexo 7.

Mapa de los sondeos SPT realizados en la zona de estudio.

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

109

Anexo 8.

Coeficientes de rugosidad (n) para la f贸rmula de Manning en el c谩lculo de velocidad del agua. .

Fuente. (43).

110

Anexo 9.

Sondeos de penetración estándar (SPT’s) realizados previamente en la Zona Centro de Ciudad Juárez y áreas colindantes.

Fuente. Ing. Sergio Velázquez.

111

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

112

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

113

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

114

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

115

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

116

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

117

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

118

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

119

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

120

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

121

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

122

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

123

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

124

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

125

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

126

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

127

Fuente. Ing. Sergio Velรกzquez.

128

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