El NAICM y el manejo del agua pluvial

Luis Francisco Robledo Cabello. Coordinador del Comité de Peritos en Ingeniería Hidráulica del CICM.

En 1928, cuando aún no se conocía la relación entre la sobreexplotación de los acuíferos y el hundimiento del suelo, comenzó a operar el denominado Puerto Aéreo Central, en el sitio donde actualmente se ubica el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México (AICM), un predio sujeto a hundimientos diferenciales y regionales que hoy en día se encuentra varios metros por debajo de los niveles del Gran Canal del Desagüe.

Figura 1. Alternativa de drenaje pluvial para el NAICM.

En 1952 se inauguró la terminal 1 del AICM y en 1994, debido a la saturación de sus pistas y edificios, se decidió enviar a otros aeropuertos todas las operaciones de aviones privados y taxis aéreos. En 2007 entró en operación la terminal 2, con lo que se logró dar una mejor atención a los pasajeros pero sin que mejorara sustancialmente la capacidad de las pistas, la cual llegó en ese año a su límite.

La red del drenaje pluvial del actual aeropuerto tiene una importante longitud de colectores ubicados a poca profundidad que conducen los escurrimientos hacia cuatro plantas de bombeo interiores; una de ellas, localizada en el extremo norte del predio, descarga sus aguas al brazo izquierdo del río Churubusco, el cual presenta severos problemas de pérdida de pendiente y de capacidad hidráulica debido a los importantes hundimientos experimentados sobre todo en su parte sur.

El brazo izquierdo del río conduce los escurrimientos hacia lagunas de regulación con capacidad insuficiente y en seguida éstos son depositados en el Dren General del Valle, estructura que tiene los mismos graves problemas de pérdida de pendiente y restringida capacidad hidráulica que el primer tramo del Gran Canal para atender las demandas de la ciudad, por los acentuados hundimientos.

En el año 2004 se presentaron frecuentes e importantes inundaciones tanto en las pistas como en la terminal 1 que obligaron a suspender la operación del aeropuerto por muchos días durante varias horas. Después de cuidadosos estudios hechos por ingenieros hidráulicos y geotecnistas mexicanos, se concluyó que las inundaciones eran provocadas por la deformación de los sistemas de colectores debida a los hundimientos diferenciales y regionales que experimenta el predio del aeropuerto; estas deformaciones redujeron drásticamente la capacidad hidráulica de los colectores, por lo que conducían gastos menores a los de diseño hacia las plantas de bombeo aun cuando éstas tenían capacidad suficiente.

Sabiendo las autoridades aeroportuarias que en el mediano plazo se construiría un nuevo aeropuerto para la Zona Metropolitana del Valle de México, en 2005 se optó por una solución temporal consistente en ampliar los sistemas de rejillas para mejorar la captación de lluvia en pistas y edificios, y construir un nuevo colector de 1.83 m de diámetro que cruzara las dos pistas y las calles de rodaje, a una profundidad no mayor de 5 m, así como una nueva planta de bombeo y una línea de conducción a presión para depositar un caudal de 5 m³/s en el brazo izquierdo del río Churubusco fuera del predio del aeropuerto.

El objetivo de esta solución de emergencia fue incrementar por algunos años la capacidad del antiguo e insuficiente sistema de colectores y plantas de bombeo. Sin embargo, se previó que el nuevo colector hincado experimentaría gradualmente deformaciones similares a las que se presentaron en el sistema original; se analizaron las perspectivas de deformaciones por los hundimientos del suelo y se estimó que en un plazo de entre 12 y 15 años se reduciría su capacidad hidráulica de conducción. Se esperaba que en ese plazo entrara en operación el nuevo aeropuerto internacional.

Drenaje pluvial del NAICM

En vista de la ubicación del nuevo aeropuerto en terrenos del Lago de Texcoco, es evidente que los dos principales problemas relacionados con el desarrollo de su infraestructura serán los suelos y el agua pluvial.

El aeropuerto contará con seis pistas, dispuestas en pares equidistantes para permitir tres operaciones simultáneas. Las pistas 1 y 2 estarán ubicadas al poniente de la terminal de pasajeros; las pistas 3 y 4, al oriente de ésta; las pistas 5 y 6 estarán también al oriente, pero alejadas del edificio terminal.

La primera fase de desarrollo del aeropuerto se llevará a cabo en el espacio comprendido entre los pares de pistas 1-2 y 3-4. El edificio terminal quedará localizado en la parte sur de la franja comprendida por estos dos pares de pistas, precisamente en la zona topográfica más baja del Lago de Texcoco, donde en la actualidad se concentran los escurrimientos superficiales del predio.

La primera fase de desarrollo del NAICM se llevará a cabo en el espacio comprendido entre los pares de pistas 1-2 y 3-4. El edificio terminal quedará ubicado en la parte sur de la franja comprendida por estos dos pares de pistas, precisamente en la zona topográfica más baja del Lago de Texcoco, donde en la actualidad se concentran los escurrimientos superficiales del predio.

El nivel del terreno desciende de norte a sur, de sur a norte y de oriente a poniente, con lo que el sitio más bajo está casi en el centro-poniente del predio, muy cerca de la terminal de pasajeros. Esto se consideró al desarrollar la ingeniería conceptual del drenaje pluvial para aprovechar los desniveles naturales y minimizar el costo de construcción de la infraestructura de drenaje.

Desde el punto de vista geotécnico, la formación arcillosa superior tiene menor espesor en la parte norte y mayor espesor en la parte sur, por lo que se prevén mayores hundimientos del terreno en la parte sur. Lo anterior también fue tomado en cuenta en el prediseño hidráulico del drenaje pluvial, a fin de garantizar que a pesar de la pérdida de pendiente los colectores funcionen con eficiencia durante una vida útil de 50 años del aeropuerto, por lo menos.

Los estudios hidrológicos condujeron a estimar para un tren de tormentas de ocho días consecutivos, una duración de tormentas de ocho horas, altura de lluvia de proyecto de 60 mm y periodo de retorno de 50 años, en un área del predio de 48 km², un gasto instantáneo máximo del orden de 40 m³/s y un volumen máximo de las avenidas de aproximadamente 4 millones de metros cúbicos, sin considerar la capacidad de regulación del sistema de drenaje profundo. Estos resultados deberán verificarse y ajustarse con los correspondientes estudios hidrológicos e hidráulicos definitivos para el desarrollo del proyecto ejecutivo.

Una condición ineludible para conceptualizar el drenaje pluvial del aeropuerto es priorizar la atención de los escurrimientos pluviales provenientes de la zona metropolitana y evitar cualquier posible interferencia entre ellos y los escurrimientos del aeropuerto; es decir, el drenaje del aeropuerto no debe interferir de ninguna manera con el drenaje de la zona urbana, y viceversa.

Se acordó con la Conagua que el sistema de drenaje pluvial del aeropuerto tendrá una conexión con el Túnel Dren General del Valle, en el que descargará durante la mayor parte del año por gravedad a través de una lumbrera que funcionará como estructura de control. En el caso de que este túnel estuviera saturado por los escurrimientos de la zona metropolitana, el drenaje pluvial del aeropuerto se canalizaría hacia la laguna de regulación a través de una única planta de bombeo.

Se tomó en cuenta que las precipitaciones previstas dentro del aeropuerto podrían coincidir con lluvias similares generalizadas en el resto de la ciudad, por lo que las actuales estructuras de alejamiento, particularmente el Dren General del Valle y el nuevo Túnel Dren General del Valle, podrían saturarse y no recibir el gasto y los volúmenes procedentes del aeropuerto. Por ello se acordó con la Comisión Nacional del Agua (Conagua) que ésta construiría una laguna de regulación al sur, fuera de los terrenos del aeropuerto, con capacidad suficiente para regular el volumen total procedente de éste; tal volumen no será descargado en el Túnel Dren General del Valle hasta que pase el pico de las avenidas y ese conducto cuente con capacidad para recibirlo.

La Conagua construirá el nuevo túnel profundo denominado Túnel Dren General del Valle, de 7 m de diámetro, que correrá paralelamente al Dren General del Valle desde un sitio ubicado en las cercanías con el cruce de la carretera Peñón-Texcoco hasta descargar en alguna lumbrera del Túnel Emisor Oriente (TEO), a través del cual se manejarían los caudales para su desalojo fuera del Valle de México. Se acordó con la Conagua que el sistema de drenaje pluvial del aeropuerto tendrá una conexión con el Túnel Dren General del Valle, en el que descargará durante la mayor parte del año por gravedad a través de una lumbrera que funcionará como estructura de control. En el caso de que este túnel estuviera saturado por los escurrimientos de la zona metropolitana, el drenaje pluvial del aeropuerto se canalizaría hacia la laguna de regulación a través de una única planta de bombeo con capacidad aproximada de 40 m³/s, y se esperaría para vaciar la laguna hasta que pase el pico de las avenidas de la ciudad y las estructuras de alejamiento tengan la capacidad suficiente para recibir y conducir los gastos y volúmenes del aeropuerto.

Para la ingeniería conceptual del proyecto se establecieron las siguientes premisas:

1. Sólo puede haber cuerpos de agua de regulación en la parte sur del aeropuerto.
2. No se permite ninguna regulación superficial (encharcamientos) dentro del perímetro del aeropuerto para escurrimientos correspondientes a un periodo de retorno de hasta 50 años.
3. Desde el punto de vista geotécnico, no es permisible cruzar las pistas con colectores pluviales.
4. No son aceptables instalaciones pluviales, superficiales o subterráneas que puedan afectar la planeación del desarrollo futuro de la ciudad aeroportuaria.

De acuerdo con esas premisas, se analizaron, entre otras, las dos alternativas siguientes para el drenaje pluvial del aeropuerto.

1. Colectores paralelos a las pistas y a los edificios, a poca o mediana profundidad (del orden de 7 m máximo), con plantas de bombeo ubicadas al final de cada uno de dichos colectores que llevarían el agua a la laguna de regulación mediante tuberías a presión, cruzando los terrenos de la futura ciudad aeroportuaria, y de ahí a las estructuras de alejamiento del drenaje del Valle de México.
2. Un sistema de drenaje profundo con colectores formados por tuberías hincadas paralelos a las pistas y a los edificios, y un sistema de túneles profundos; el sistema funcionaría totalmente por gravedad dentro de los terrenos del aeropuerto, con una sola planta de bombeo ubicada fuera de éste al final del último túnel. Descargaría sus aguas directamente, por gravedad, al Túnel Dren General del Valle o bien a la laguna de regulación y de ahí se llevarían a las estructuras de alejamiento. Esta opción incluye la interconexión del sistema de túneles con el futuro Túnel Dren General del Valle; así se lograría que más de 90% de los escurrimientos del aeropuerto salieran del predio por gravedad y menos del 10% por bombeo, con ahorros importantes en el consumo de energía eléctrica de la planta de bombeo.

Análisis general de la primera alternativa

En las arcillas blandas del Lago de Texcoco, con niveles freáticos que varían entre 50 y 100 cm de profundidad, los procedimientos de construcción para alojar las tuberías del sistema de colectores en zanjas que llegarían a profundidades de hasta 7 m implican importantes costos de construcción; además se requeriría bombeo para controlar los niveles freáticos, así como para instalar el ademe profundo necesario con el fin de asegurar la estabilidad de las zanjas y prevenir las fallas de fondo.

Adicionalmente, se prevé que los hundimientos futuros del terreno deformarían los colectores, los cuales perderían capacidad hidráulica después de algunos años, como ha sucedido en el aeropuerto actual. Esto obligaría posteriormente a la construcción de un sistema de túneles cuando el aeropuerto se encuentre en plena operación, lo que dificultaría dicha tarea.

En esta primera alternativa de colectores superficiales la posibilidad de que se presenten inundaciones parciales por fallas en el sistema se da en función del número de plantas de bombeo; un mayor número de plantas de bombeo conlleva un mayor riesgo de falla en cualquiera de ellas, con las consecuentes inundaciones en el aeropuerto.

Se construirían sistemas de colectores que funcionen por gravedad y crucen las pistas, lo cual no es aceptable desde el punto de vista de la seguridad de éstas, y la descarga se haría en varias plantas de bombeo a partir de las cuales se construirían líneas de conducción a presión alojadas a poca profundidad para conducir el agua hacia la laguna de regulación de la Conagua al sur del aeropuerto; tales líneas de conducción atravesarían los terrenos de la ciudad aeroportuaria y provocarían interferencias para el desarrollo de las construcciones en esta superficie que en el futuro tendrá gran importancia.

Análisis general de la segunda alternativa

La segunda alternativa consiste en un drenaje superficial que descargaría por gravedad en un sistema de colectores hincados, y éstos a su vez en un sistema profundo de túneles ubicados cerca de la primera capa dura.

Esta solución es similar al Sistema de Drenaje Profundo de la Ciudad de México desarrollado por la ingeniería civil mexicana, con excelentes resultados en los últimos 50 años, que ha evitado inundaciones catastróficas de la zona urbana, aunque existen encharcamientos derivados de la deformación de los colectores ubicados a poca profundidad que les impide descargar en los túneles profundos. Tal situación se evitará en el drenaje pluvial del aeropuerto.

Esta segunda alternativa consiste en tres sistemas de drenaje, ubicados a diferentes profundidades y con comportamientos geotécnicos distintos, que se describen a continuación (véase figura 1).

Sistema superficial

El primer sistema consistirá en la captación de las aguas de las pistas, calles de rodaje, estacionamientos, vialidades y todo tipo de edificios, incluida la terminal de pasajeros, mediante sistemas de canaletas; de éstas se desprenderán subcolectores formados por tuberías de pequeño diámetro hechas con materiales resistentes a la agresividad de los suelos. Los subcolectores depositarán las aguas por gravedad en estructuras de captación (lumbreras) que forman parte del sistema pluvial siguiente.

Sistema de profundidad media

Esquemáticamente, el segundo sistema consistirá en más de 100 lumbreras que funcionarán como estructuras receptoras del drenaje superficial. Las lumbreras tendrán una segunda función: serán utilizadas para la construcción de un sistema de colectores a profundidades medias de entre 7 y 10 m, mediante el hincado de tuberías de concreto resistente a los sulfatos y a los cloruros del suelo del Lago de Texcoco, fabricadas con cemento y aditivos especiales.

Las lumbreras y los colectores tendrán un trazo paralelo a las pistas, calles de rodaje y edificios, sin cruzar ninguna de las pistas.

Este sistema de colectores depositará las aguas por gravedad en otras estructuras de captación (lumbreras de túnel) correspondientes al tercer y último sistema, formado por los siguientes túneles ubicados hasta 24 metros de profundidad.

Sistema profundo

El tercer sistema consistirá en lumbreras que recibirán por gravedad las aguas del sistema de profundidad media y a su vez permitirán la construcción de un sistema de túneles a profundidades de entre 14 y 24 m, mediante la excavación con máquinas tuneleras de altos rendimientos.

Se consideran dos túneles: el primero con orientación oriente-poniente, de 5 m de diámetro, con capacidad aproximada de 30 m³/s; recibirá en sus lumbreras las aguas de todos los sistemas de colectores de profundidad media y se interconectará por gravedad con un segundo túnel.

El segundo túnel, con orientación norte-sur, de 5 m de diámetro y capacidad para 40 m³/s, recibirá los 30 m³/s de la superficie del aeropuerto a través del túnel oriente-poniente, así como los escurrimientos que se generen en la futura ciudad aeroportuaria. Este túnel conducirá los escurrimientos totales del aeropuerto y de la ciudad aeroportuaria hasta la única planta de bombeo con capacidad para 40 m³/s, formada por una lumbrera de rejillas y dos lumbreras de bombeo, de la cual arrancan líneas de conducción a presión superficiales para descargar los caudales en la laguna de regulación de la Conagua; este segundo túnel se interconecta por gravedad con el nuevo Túnel Dren General del Valle para descargar por gravedad la mayor parte de los escurrimientos del año.

Algunas consideraciones sobre la evolución futura de la capacidad hidráulica

La segunda alternativa para el NAICM asegura que el agua que llueva en toda la superficie del aeropuerto se incorpore casi inmediatamente por gravedad al sistema de drenaje pluvial profundo; así se evita cualquier posible encharcamiento en las instalaciones para lluvias con un periodo de retorno de hasta 50 años. En este modelo se considera que los hundimientos del suelo deformarán con el transcurso de los años los colectores hechos a base de tuberías hincadas y ubicados en el plano de profundidad media, por lo que éstos perderán pendiente gradualmente y en algunos tramos se reducirá su capacidad hidráulica.

A fin de superar esta pérdida de capacidad, todas las estructuras de captación (lumbreras) serán diseñadas para que el nivel del agua pueda subir en su interior, de tal manera que los colectores ubicados a profundidad media puedan entrar en carga y trabajar a presión; así se alcanzará su capacidad hidráulica, con lo cual se asegura un eficiente funcionamiento del sistema de drenaje pluvial durante toda la vida útil del aeropuerto. Se garantizará de esta manera que la infraestructura de la primera fase del aeropuerto quede libre de inundaciones para precipitaciones con el periodo de retorno de 50 años considerado.

No se estiman deformaciones importantes en el sistema de túneles que pudieran modificar su capacidad hidráulica de conducción.