TESIS DE MAESTRÍA
COMPARACIÓN ENTRE DISEÑOS DE RDUs PRESENTADOS EN EL
MECANISMO DE VIABILIZACIÓN DE PROYECTOS DEL MVCT Y LOS
DISEÑOS OPTIMIZADOS DE LAS MISMAS REDES
María Andrea Mendoza Orduz
Asesor: Juan G. Saldarriaga Valderrama
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
MAESTRÍA EN INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2019
AGRADECIMIENTOS
A Dios por la fuerza, la salud y mantener viva la fe,
A mis padres Martha y Oscar por su apoyo incondicional y por siempre creer más en
mis capacidades que yo misma,
A mis amigos César, Xilena, Mariela y Juri porque a pesar de la distancia su apoyo y
amor nunca me faltó,
A Andrés Aguilar por su guiarme y colaborarme siempre,
A mis compañeros por la complicidad y compañía en este camino,
A mi Asesor Juan Saldarriaga por sus aportes y dirección,
A todos los que alguna vez me dieron una palabra de aliento.
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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
i
TABLA DE CONTENIDO
1
Introducción ................................................................................................................................ 1
1.1
Objetivos ............................................................................................................................. 2
1.1.1
General ........................................................................................................................ 2
1.1.2
Específicos ................................................................................................................... 2
2
Marco teórico .............................................................................................................................. 3
2.1
Sistemas de alcantarillado en Colombia ............................................................................. 3
2.1.1
Ventanilla Única .......................................................................................................... 4
2.2
Optimización en diseños de redes de alcantarillado .......................................................... 5
2.3
Ecuaciones de costo ............................................................................................................ 7
2.3.1
Ecuación de Marchionni .............................................................................................. 7
2.3.2
Ecuación de Maurer .................................................................................................... 8
2.3.3
Ecuación de Moeini ..................................................................................................... 9
2.3.4
Ecuación de Salcedo .................................................................................................. 10
2.3.5
Ecuación de Peinado ................................................................................................. 13
2.4
Restricciones hidráulicas ................................................................................................... 16
3
Metodología .............................................................................................................................. 18
3.1
Base de datos .................................................................................................................... 18
3.2
Selección de Ecuaciones de diseño ................................................................................... 19
3.3
Archivos de entrada para UTOPÍA ..................................................................................... 19
4
Resultados ................................................................................................................................. 21
4.1
Red San Luis ....................................................................................................................... 22
4.2
Red El Encano .................................................................................................................... 26
4.3
Red El Molino .................................................................................................................... 31
4.4
Red San Ignacio ................................................................................................................. 36
4.5
Red La Peña ....................................................................................................................... 40
4.6
Red El Retén ...................................................................................................................... 45
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ii
4.7
Red Sibaté.......................................................................................................................... 50
4.8
Red Apulo .......................................................................................................................... 54
4.9
Red Beltrán ........................................................................................................................ 58
4.9.1
Colector 1 – Red Beltrán............................................................................................ 58
4.9.2
Colector 2 – Red Beltrán............................................................................................ 62
4.9.3
Colector 3 – Red Beltrán............................................................................................ 67
4.9.4
Colector 4 – Red Beltrán............................................................................................ 70
4.10 Red Soacha ........................................................................................................................ 74
4.10.1
Colector 1 – Red Soacha ............................................................................................ 75
4.10.2
Colector 2 – Red Soacha ............................................................................................ 78
4.10.3
Colector 3 – Red Soacha ............................................................................................ 82
4.10.4
Colector 4 – Red Soacha ............................................................................................ 85
4.10.5
Colector 5 – Red Soacha ............................................................................................ 88
4.10.6
Colector 6 – Red Soacha ............................................................................................ 92
4.10.7
Colector 7 – Red Soacha ............................................................................................ 94
4.10.8
Colector 8 – Red Soacha ............................................................................................ 98
4.11 Red Guáimaro .................................................................................................................. 102
4.12 Red Concordia ................................................................................................................. 106
4.12.1
Sector norte – Red Concordia ................................................................................. 107
4.12.2
Sector sur – Red Concordia ..................................................................................... 110
4.13 Red Caracolí ..................................................................................................................... 115
4.14 Red La Junta .................................................................................................................... 118
4.15 Resumen de resultados ................................................................................................... 124
5
Análisis de resultados .............................................................................................................. 126
6
Conclusiones............................................................................................................................ 130
7
Recomendaciones ................................................................................................................... 132
8
Referencias .............................................................................................................................. 133
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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Cobertura nacional de alcantarillado (2002 - 2013). Con soluciones alternativas (DNP, 2013) ... 4
Ilustración 2. Metodología de optimización UTOPIA. (Aguilar, 2016) ................................................................ 7
Ilustración 3. Ejemplo de archivo de entrada a UTOPIA................................................................................... 19
Ilustración 4. Topología de la red San Luis ....................................................................................................... 22
Ilustración 5. Topología de la red El Encano ..................................................................................................... 26
Ilustración 6. Topología de la red El Molino ..................................................................................................... 31
Ilustración 7. Topología de la red San Ignacio .................................................................................................. 36
Ilustración 8. Topología de la red La Peña ........................................................................................................ 40
Ilustración 9. Topología de la red El Retén ....................................................................................................... 45
Ilustración 10. Topología de la red Sibaté ........................................................................................................ 50
Ilustración 11. Topología de la red Apulo ......................................................................................................... 54
Ilustración 12. Topología de la red Beltrán ...................................................................................................... 58
Ilustración 13. Topología de la red Soacha ....................................................................................................... 74
Ilustración 14. Topología de la red Guáimaro ................................................................................................ 102
Ilustración 15. Topología de la red Concordia ................................................................................................ 106
Ilustración 16. Topología de la red Caracolí ................................................................................................... 115
Ilustración 17. Topología de la red La Junta ................................................................................................... 119
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ÍNDICE DE GRÁFICAS
Gráfica 1. Peso porcentual de cada ítem sobre el costo total de la red. Ecuación Salcedo ............................. 13
Gráfica 2. Peso porcentual de cada ítem sobre el costo total de la red. Ecuación Peinado............................. 15
Gráfica 3. Recubrimiento de excavación promedio diseño inicial según el límite mínimo. Red San Luis ........ 23
Gráfica 4. Diámetros internos de diseño inicial red San Luis............................................................................ 23
Gráfica 5. Valores del recubrimiento de la red San Luis ................................................................................... 24
Gráfica 6. Valores de la profundidad de excavación de la red San Luis ........................................................... 25
Gráfica 7. Valores de la velocidad de diseño de la red San Luis ....................................................................... 25
Gráfica 8. Valores de la relación de llenado de la red San Luis ........................................................................ 25
Gráfica 9. Valores del esfuerzo cortante de la red San Luis ............................................................................. 26
Gráfica 10. Recubrimiento de excavación promedio del diseño inicial según el límite mínimo. Red El Encano
................................................................................................................................................................. 27
Gráfica 11. Esfuerzo cortante del diseño inicial según el límite mínimo. Red El Encano ................................. 27
Gráfica 12. Diámetros internos de diseño inicial red El Encano ....................................................................... 28
Gráfica 13. Valores del recubrimiento de la red El Encano .............................................................................. 29
Gráfica 14. Valores de la profundidad de excavación de la red El Encano ....................................................... 29
Gráfica 15. Valores de la velocidad de diseño de la red El Encano .................................................................. 30
Gráfica 16. Valores de la relación de llenado de la red El Encano .................................................................... 30
Gráfica 17. Valores del esfuerzo cortante de la red El Encano ......................................................................... 30
Gráfica 18. Velocidad del diseño inicial según el límite mínimo. Red El Molino .............................................. 31
Gráfica 19. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red El Molino 32
Gráfica 20. Esfuerzo cortante del diseño inicial según el límite mínimo. Red El Molino.................................. 32
Gráfica 21. Diámetros internos de diseño inicial red El Molino ....................................................................... 33
Gráfica 22. Valores del recubrimiento de la red El Molino .............................................................................. 34
Gráfica 23. Valores de la profundidad de excavación de la red El Molino ....................................................... 34
Gráfica 24. Valores de la velocidad de diseño de la red El Molino ................................................................... 35
Gráfica 25. Valores de la relación de llenado de la red El Molino .................................................................... 35
Gráfica 26. Valores del esfuerzo cortante de la red El Molino ......................................................................... 35
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Gráfica 27. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red San Ignacio
................................................................................................................................................................. 36
Gráfica 28. Diámetros internos de diseño inicial red San Ignacio .................................................................... 37
Gráfica 29. Valores del recubrimiento de la red San Ignacio ........................................................................... 38
Gráfica 30. Valores de la profundidad de excavación de la red San Ignacio .................................................... 38
Gráfica 31. Valores de la velocidad de diseño de la red San Ignacio ................................................................ 39
Gráfica 32. Valores de la relación de llenado de la red San Ignacio ................................................................. 39
Gráfica 33. Valores del esfuerzo cortante de la red San Ignacio ...................................................................... 39
Gráfica 34. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red La Peña . 40
Gráfica 35. Esfuerzo cortante de diseño inicial según el límite mínimo. Red La Peña ..................................... 41
Gráfica 36. Relación de llenado de diseño inicial según el límite mínimo. Red La Peña .................................. 41
Gráfica 37. Diámetros internos de diseño inicial red La Peña .......................................................................... 42
Gráfica 38. Valores del recubrimiento de la red La Peña ................................................................................. 43
Gráfica 39. Valores de la profundidad de excavación de la red La Peña .......................................................... 43
Gráfica 40. Valores de la velocidad de diseño de la red La Peña ..................................................................... 44
Gráfica 41. Valores de la relación de llenado de la red La Peña ....................................................................... 44
Gráfica 42. Valores del esfuerzo cortante de la red La Peña ............................................................................ 44
Gráfica 43. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red El Retén . 45
Gráfica 44. Esfuerzo cortante de diseño inicial según el límite mínimo. Red El Retén .................................... 46
Gráfica 45. Velocidad de diseño inicial según el límite mínimo. Red El Retén ................................................. 46
Gráfica 46. Diámetros internos de diseño inicial red El Retén ......................................................................... 47
Gráfica 47. Valores del recubrimiento de la red El Retén ................................................................................ 48
Gráfica 48. Valores de la profundidad de excavación de la red El Retén ......................................................... 48
Gráfica 49. Valores de la velocidad de diseño de la red El Retén ..................................................................... 49
Gráfica 50. Valores de la relación de llenado de la red El Retén ...................................................................... 49
Gráfica 51. Valores del esfuerzo cortante de la red El Retén ........................................................................... 49
Gráfica 52. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red Sibaté .... 51
Gráfica 53. Diámetros internos de diseño inicial red Sibaté ............................................................................ 51
Gráfica 54. Valores del recubrimiento de la red Sibaté .................................................................................... 52
Gráfica 55. Valores de la profundidad de excavación de la red Sibaté ............................................................ 53
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Gráfica 56. Valores de la velocidad de diseño de la red Sibaté ........................................................................ 53
Gráfica 57. Valores de la relación de llenado de la red Sibaté ......................................................................... 53
Gráfica 58. Valores del esfuerzo cortante de la red Sibaté .............................................................................. 54
Gráfica 59. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red Apulo .... 55
Gráfica 60. Valores del recubrimiento de la red Apulo .................................................................................... 56
Gráfica 61. Valores de la profundidad de excavación de la Apulo ................................................................... 56
Gráfica 62. Valores de la velocidad de diseño de la red Apulo ........................................................................ 57
Gráfica 63. Valores de la relación de llenado de la red Apulo .......................................................................... 57
Gráfica 64. Valores del esfuerzo cortante de la red Apulo ............................................................................... 57
Gráfica 65. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 1 - Red
Beltrán ..................................................................................................................................................... 59
Gráfica 66. Diámetros internos de diseño inicial Colector 1 - Red Beltrán ...................................................... 59
Gráfica 67. Valores del recubrimiento del Colector 1 - Red Beltrán ................................................................ 60
Gráfica 68. Valores de la profundidad de excavación del Colector 1 - Red Beltrán ......................................... 61
Gráfica 69. Valores de la velocidad de diseño del Colector 1 - Red Beltrán ..................................................... 61
Gráfica 70. Valores de la relación de llenado del Colector 1 - Red Beltrán ...................................................... 61
Gráfica 71. Valores del esfuerzo cortante del Colector 1 - Red Beltrán ........................................................... 62
Gráfica 72. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 2 - Red
Beltrán ..................................................................................................................................................... 62
Gráfica 73. Esfuerzo cortante del diseño inicial según el límite mínimo. Colector 2 - Red Beltrán.................. 63
Gráfica 74. Profundidad de excavación según el límite máximo. Colector 2 - Red Beltrán ............................. 63
Gráfica 75. Diámetros internos de diseño inicial Colector 2 - Red Beltrán ...................................................... 64
Gráfica 76. Valores del recubrimiento del Colector 2 - Red Beltrán ................................................................ 65
Gráfica 77. Valores de la profundidad de excavación del Colector 2 - Red Beltrán ......................................... 65
Gráfica 78. Valores de la velocidad de diseño del Colector 2 - Red Beltrán ..................................................... 66
Gráfica 79. Valores de la relación de llenado del Colector 2 - Red Beltrán ...................................................... 66
Gráfica 80. Valores del esfuerzo cortante del Colector 2 - Red Beltrán ........................................................... 66
Gráfica 81. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 3 - Red
Beltrán ..................................................................................................................................................... 67
Gráfica 82. Diámetros internos de diseño inicial Colector 3 - Red Beltrán ...................................................... 67
Gráfica 83. Valores del recubrimiento del Colector 3 - Red Beltrán ................................................................ 69
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Gráfica 84. Valores de la profundidad de excavación del Colector 3 - Red Beltrán ......................................... 69
Gráfica 85. Valores de la velocidad de diseño del Colector 3 - Red Beltrán ..................................................... 69
Gráfica 86. Valores de la relación de llenado del Colector 3 - Red Beltrán ...................................................... 70
Gráfica 87. Valores del esfuerzo cortante del Colector 3 - Red Beltrán ........................................................... 70
Gráfica 88. Diámetros internos de diseño inicial Colector 4 - Red Beltrán ...................................................... 71
Gráfica 89. Valores del recubrimiento del Colector 4 - Red Beltrán ................................................................ 72
Gráfica 90. Valores de la profundidad de excavación del Colector 4 - Red Beltrán ......................................... 72
Gráfica 91. Valores de la velocidad de diseño del Colector 4 - Red Beltrán ..................................................... 73
Gráfica 92. Valores de la relación de llenado del Colector 4 - Red Beltrán ...................................................... 73
Gráfica 93. Valores del esfuerzo cortante del Colector 4 - Red Beltrán ........................................................... 73
Gráfica 94. Diámetros internos de diseño inicial red Soacha ........................................................................... 75
Gráfica 95. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 1 - Red
Soacha...................................................................................................................................................... 75
Gráfica 96. Valores del recubrimiento del Colector 1 - Red Soacha ................................................................. 77
Gráfica 97. Valores de la profundidad de excavación del Colector 1 - Red Soacha ......................................... 77
Gráfica 98. Valores de la velocidad de diseño del Colector 1 - Red Soacha ..................................................... 77
Gráfica 99. Valores de la relación de llenado del Colector 1 - Red Soacha ...................................................... 78
Gráfica 100. Valores del esfuerzo cortante del Colector 1 - Red Soacha ......................................................... 78
Gráfica 101. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 2 -
Red Soacha .............................................................................................................................................. 79
Gráfica 102. Valores del recubrimiento del Colector 2 - Red Soacha ............................................................... 80
Gráfica 103. Valores de la profundidad de excavación del Colector 2 - Red Soacha ....................................... 80
Gráfica 104. Valores de la velocidad de diseño del Colector 2 - Red Soacha ................................................... 81
Gráfica 105. Valores de la relación de llenado del Colector 2 - Red Soacha .................................................... 81
Gráfica 106. Valores del esfuerzo cortante del Colector 2 - Red Soacha ......................................................... 81
Gráfica 107. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 3 -
Red Soacha .............................................................................................................................................. 82
Gráfica 108. Valores del recubrimiento del Colector 3 - Red Soacha ............................................................... 83
Gráfica 109. Valores de la profundidad de excavación del Colector 3 - Red Soacha ....................................... 84
Gráfica 110. Valores de la velocidad de diseño del Colector 3 - Red Soacha ................................................... 84
Gráfica 111. Valores de la relación de llenado del Colector 3 - Red Soacha .................................................... 84
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Gráfica 112. Valores del esfuerzo cortante del Colector 3 - Red Soacha ......................................................... 85
Gráfica 113. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 4 -
Red Soacha .............................................................................................................................................. 85
Gráfica 114. Valores del recubrimiento del Colector 4 - Red Soacha ............................................................... 87
Gráfica 115. Valores de la profundidad de excavación del Colector 4 - Red Soacha ....................................... 87
Gráfica 116. Valores de la velocidad de diseño del Colector 4 - Red Soacha ................................................... 87
Gráfica 117. Valores de la relación de llenado del Colector 4 - Red Soacha .................................................... 88
Gráfica 118. Valores del esfuerzo cortante del Colector 4 - Red Soacha ......................................................... 88
Gráfica 119. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 5 -
Red Soacha .............................................................................................................................................. 89
Gráfica 120. Valores del recubrimiento del Colector 5 - Red Soacha ............................................................... 90
Gráfica 121. Valores de la profundidad de excavación del Colector 5 - Red Soacha ....................................... 90
Gráfica 122. Valores de la velocidad de diseño del Colector 5 - Red Soacha ................................................... 91
Gráfica 123. Valores de la relación de llenado del Colector 5 - Red Soacha .................................................... 91
Gráfica 124. Valores del esfuerzo cortante del Colector 5 - Red Soacha ......................................................... 91
Gráfica 125. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 6 -
Red Soacha .............................................................................................................................................. 92
Gráfica 126. Valores del recubrimiento del Colector 6 - Red Soacha ............................................................... 93
Gráfica 127. Valores de la profundidad de excavación del Colector 6 - Red Soacha ....................................... 93
Gráfica 128. Valores de la relación de llenado del Colector 6 - Red Soacha .................................................... 94
Gráfica 129. Valores del esfuerzo cortante del Colector 6 - Red Soacha ......................................................... 94
Gráfica 130. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 7 -
Red Soacha .............................................................................................................................................. 95
Gráfica 131. Valores del recubrimiento del Colector 7 - Red Soacha ............................................................... 96
Gráfica 132. Valores de la profundidad de excavación del Colector 7 - Red Soacha ....................................... 96
Gráfica 133. Valores de la velocidad de diseño del Colector 7 - Red Soacha ................................................... 97
Gráfica 134. Valores de la relación de llenado del Colector 7 - Red Soacha .................................................... 97
Gráfica 135. Valores del esfuerzo cortante del Colector 7 - Red Soacha ......................................................... 97
Gráfica 136. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 8 -
Red Soacha .............................................................................................................................................. 98
Gráfica 137. Profundidad de excavación de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 8 - Red Soacha.. 98
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Gráfica 138Valores del recubrimiento del Colector 8 - Red Soacha ............................................................... 100
Gráfica 139. Valores de la profundidad de excavación del Colector 8 - Red Soacha ..................................... 100
Gráfica 140. Valores de la velocidad de diseño del Colector 8 - Red Soacha ................................................. 100
Gráfica 141. Valores de la relación de llenado del Colector 8 - Red Soacha .................................................. 101
Gráfica 142. Valores del esfuerzo cortante del Colector 8 - Red Soacha ....................................................... 101
Gráfica 143. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red Guáimaro
............................................................................................................................................................... 102
Gráfica 144. Diámetros internos de diseño inicial red Guáimaro .................................................................. 103
Gráfica 145. Valores del recubrimiento de la red Guáimaro .......................................................................... 104
Gráfica 146. Valores de la profundidad de excavación de la red Guáimaro .................................................. 104
Gráfica 147. Valores de la velocidad de diseño de la red Guáimaro .............................................................. 105
Gráfica 148. Valores de la relación de llenado de la red Guáimaro ............................................................... 105
Gráfica 149. Valores del esfuerzo cortante de la red Guáimaro .................................................................... 105
Gráfica 150. Diámetros internos de diseño inicial red Concordia .................................................................. 106
Gráfica 151. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Sector norte -
Red Concordia........................................................................................................................................ 107
Gráfica 152. Esfuerzo cortante de diseño inicial según el límite mínimo. Sector norte - Red Concordia ...... 107
Gráfica 153. Valores del recubrimiento del Sector norte - Red Concordia .................................................... 109
Gráfica 154. Valores de la profundidad de excavación del Sector norte - Red Concordia ............................. 109
Gráfica 155. Valores de la velocidad de diseño del Sector norte - Red Concordia ......................................... 109
Gráfica 156. Valores de la relación de llenado del Sector norte - Red Concordia .......................................... 110
Gráfica 157. Valores del esfuerzo cortante del Sector norte - Red Concordia ............................................... 110
Gráfica 158. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Sector sur -
Red Concordia........................................................................................................................................ 111
Gráfica 159. Esfuerzo cortante de diseño inicial según el límite mínimo. Sector sur - Red Concordia .......... 111
Gráfica 160. Esfuerzo cortante de diseño inicial según el límite mínimo. Sector sur - Red Concordia .......... 112
Gráfica 161. Valores del recubrimiento del Sector sur - Red Concordia ........................................................ 113
Gráfica 162. Valores de la profundidad de excavación del Sector sur - Red Concordia ................................. 113
Gráfica 163. Valores de la velocidad de diseño del Sector sur - Red Concordia ............................................ 114
Gráfica 164Valores de la relación de llenado del Sector sur - Red Concordia................................................ 114
Gráfica 165. Valores del esfuerzo cortante del Sector sur - Red Concordia ................................................... 114
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Gráfica 166. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red Caracolí
............................................................................................................................................................... 115
Gráfica 167. Valores del recubrimiento de la red Caracolí ............................................................................. 117
Gráfica 168. Valores de la profundidad de excavación de la red Caracolí ..................................................... 117
Gráfica 169. Valores de la velocidad de diseño de la red Caracolí ................................................................. 117
Gráfica 170. Valores de la relación de llenado de la red Caracolí .................................................................. 118
Gráfica 171. Valores del esfuerzo cortante de la red Caracolí ....................................................................... 118
Gráfica 172. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red La Junta
............................................................................................................................................................... 119
Gráfica 173. Profundidad de excavación promedio de diseño inicial según el límite máximo. Red La Junta 120
Gráfica 174. Relación de llenado de diseño inicial según el límite máximo. Red La Junta ............................. 120
Gráfica 175. Diámetros internos de diseño inicial red La Junta ..................................................................... 121
Gráfica 176. Valores del recubrimiento de la red La Junta ............................................................................ 122
Gráfica 177. Valores de la profundidad de excavación de la red La Junta ..................................................... 122
Gráfica 178. Valores de la velocidad de diseño de la red La Junta ................................................................. 123
Gráfica 179. Valores de la relación de llenado de la red La Junta .................................................................. 123
Gráfica 180. Valores del esfuerzo cortante de la red La Junta ....................................................................... 123
Gráfica 181. Costo de las redes de acuerdo a la ecuación de Maurer (2010). ............................................... 124
Gráfica 182. Costo de las redes de acuerdo a la ecuación de Moeini (2012). ................................................ 124
Gráfica 183. Costo de las redes de acuerdo a la ecuación de Salcedo (2012). ............................................... 125
Gráfica 184. Costo de las redes de acuerdo a la ecuación de Peinado (2016). .............................................. 125
Gráfica 185. Valor porcentual de la diferencia de costo de las redes ............................................................ 127
Gráfica 186. Relación entre variación porcentual de costos per cápita y # de habitantes. ........................... 128
Gráfica 187. Relación entre variación porcentual de costos por unidad de caudal y caudal de descarga ..... 128
Gráfica 188. Relación entre variación porcentual de costos por unidad de tuberías y # de tuberías. ........... 129
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Parámetros de diseño como restricciones hidráulicas ....................................................................... 17
Tabla 2. Información necesaria de las redes para crear archivo .inp ............................................................... 18
Tabla 3. Identificación de los proyectos de la base de datos ........................................................................... 21
Tabla 4. Costos de la red San Luis con las diferentes ecuaciones .................................................................... 23
Tabla 5. Parámetros hidráulicos de la red San Luis .......................................................................................... 24
Tabla 6. Costos de la red El Encano con las diferentes ecuaciones .................................................................. 28
Tabla 7. Parámetros hidráulicos de la red El Encano........................................................................................ 28
Tabla 8. Costos de la red El Molino con las diferentes ecuaciones .................................................................. 33
Tabla 9. Parámetros hidráulicos de la red El Molino ........................................................................................ 33
Tabla 10. Costos de la red San Ignacio con las diferentes ecuaciones ............................................................. 37
Tabla 11. Parámetros hidráulicos de la red San Ignacio ................................................................................... 37
Tabla 12. Costos de la red La Peña con las diferentes ecuaciones ................................................................... 42
Tabla 13. Parámetros hidráulicos de la red La Peña ......................................................................................... 42
Tabla 14. Costos de la red El Retén con las diferentes ecuaciones .................................................................. 47
Tabla 15. Parámetros hidráulicos de la red El Retén ........................................................................................ 47
Tabla 16. Costos de la red Sibaté con las diferentes ecuaciones ..................................................................... 51
Tabla 17. Parámetros hidráulicos de la red Sibaté ........................................................................................... 52
Tabla 18. Costos de la red Apulo con las diferentes ecuaciones ...................................................................... 55
Tabla 19. Parámetros hidráulicos de la red Apulo ............................................................................................ 55
Tabla 20. Costos del Colector 1 - Red Beltrán con las diferentes ecuaciones .................................................. 59
Tabla 21. Parámetros hidráulicos del Colector 1 - Red Beltrán ........................................................................ 60
Tabla 22. Costos del Colector 2 - Red Beltrán con las diferentes ecuaciones .................................................. 64
Tabla 23. Parámetros hidráulicos del Colector 2 - Red Beltrán ........................................................................ 64
Tabla 24. Costos del Colector 3 - Red Beltrán con las diferentes ecuaciones .................................................. 68
Tabla 25. Parámetros hidráulicos del Colector 3 - Red Beltrán ........................................................................ 68
Tabla 26. Costos del Colector 4 - Red Beltrán con las diferentes ecuaciones .................................................. 71
Tabla 27. Parámetros hidráulicos del Colector 4 - Red Beltrán ........................................................................ 71
Tabla 28. Costos de la red Beltrán con las diferentes ecuaciones .................................................................... 74
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Tabla 29. Costos del Colector 1 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones .................................................. 75
Tabla 30. Parámetros hidráulicos del Colector 1- Red Soacha ......................................................................... 76
Tabla 31. Costos del Colector 2 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones .................................................. 79
Tabla 32. Parámetros hidráulicos del Colector 2- Red Soacha ......................................................................... 79
Tabla 33. Costos del Colector 3 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones .................................................. 82
Tabla 34. Parámetros hidráulicos del Colector 3- Red Soacha ......................................................................... 82
Tabla 35. Costos del Colector 4 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones .................................................. 85
Tabla 36. Parámetros hidráulicos del Colector 4- Red Soacha ......................................................................... 86
Tabla 37. Costos del Colector 5 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones .................................................. 89
Tabla 38. Parámetros hidráulicos del Colector 5 - Red Soacha ........................................................................ 89
Tabla 39. Costos del Colector 6 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones .................................................. 92
Tabla 40. Parámetros hidráulicos del Colector 6 - Red Soacha ........................................................................ 92
Tabla 41. Costos del Colector 7 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones .................................................. 95
Tabla 42. Parámetros hidráulicos del Colector 7 - Red Soacha ........................................................................ 95
Tabla 43. Costos del Colector 8 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones .................................................. 98
Tabla 44. Parámetros hidráulicos del Colector 8 - Red Soacha ........................................................................ 99
Tabla 45. Costos de la red Soacha con las diferentes ecuaciones .................................................................. 101
Tabla 46. Costos de la red Guáimaro con las diferentes ecuaciones ............................................................. 103
Tabla 47. Parámetros hidráulicos de la red Guáimaro ................................................................................... 103
Tabla 48. Costos del Sector norte - Red Concordia con las diferentes ecuaciones ........................................ 107
Tabla 49. Parámetros hidráulicos del Sector norte - Red Concordia .............................................................. 108
Tabla 50. Costos del Sector sur - Red Concordia con las diferentes ecuaciones ............................................ 112
Tabla 51. Parámetros hidráulicos del Sector sur - Red Concordia.................................................................. 112
Tabla 52. Costos de la red Caracolí con las diferentes ecuaciones ................................................................ 116
Tabla 53. Parámetros hidráulicos de la red Caracolí ...................................................................................... 116
Tabla 54. Costos de la red La Junta con las diferentes ecuaciones ................................................................ 121
Tabla 55. Parámetros hidráulicos de la red La Junta ...................................................................................... 121
Tabla 56. Total ahorro logrado con las diferentes ecuaciones de costo ........................................................ 127
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ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1. Ecuación de Marchionni .................................................................................................................. 8
Ecuación 2. Ecuación de Marchionni. (Coeficientes utilizados) ......................................................................... 8
Ecuación 3. Ecuación de Maurer ........................................................................................................................ 9
Ecuación 4. Ecuación de Maurer (Coeficientes utilizados) ................................................................................. 9
Ecuación 5. Ecuación de Moeini ....................................................................................................................... 10
Ecuación 6. Ecuación de Salcedo (Costos de tubería) ...................................................................................... 10
Ecuación 7. Ecuación de Salcedo (Costos de excavación) ................................................................................ 11
Ecuación 8. Ecuación de Salcedo (Costos de relleno) ....................................................................................... 11
Ecuación 9. Ecuación de Salcedo (costos de entibado) .................................................................................... 12
Ecuación 10. Ecuación de Salcedo (costos de las cámaras de inspección) ....................................................... 12
Ecuación 11. Ecuación de Peinado (costos de tubería) .................................................................................... 13
Ecuación 12. Ecuación de Peinado (costos de excavación manual) ................................................................. 14
Ecuación 13. Ecuación de Peinado (costos de excavación con maquina) ....................................................... 14
Ecuación 14. Ecuación de Peinado (Costo de relleno con arena) ..................................................................... 14
Ecuación 15. Ecuación de Peinado (Costo de relleno con material seleccionado de cantera) ........................ 14
Ecuación 16. Ecuación de Peinado (Costo de relleno con material propio de la excavación) .......................... 14
Ecuación 17. Ecuación de Peinado (costos de las cámaras de inspección) ...................................................... 15
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1
1 INTRODUCCIÓN
La ley 142 de 1994, donde se establece el régimen de los servicios públicos domiciliarios y se dictan
otras disposiciones, define como servicio público de alcantarillado a la recolección municipal de
residuos líquidos pluviales y residuales por medio de tuberías y conductos incluyendo las actividades
de transporte, tratamiento y disposición final. Pero también cabe mencionar que existen
alternativas para zonas rurales que por su ubicación no pueden ser parte de la red de tuberías. El
servicio de drenaje urbano y todo el sistema de alcantarillado del país se encuentra sujeto a la
capacidad de los gobiernos locales de suplir, mantener y actualizar la infraestructura de estos de
acuerdo a las necesidades de la comunidad. Es por esto que no es raro que buena parte del territorio
nacional no cuente con un mecanismo de evacuación de aguas residuales y pluviales que garanticen
la calidad de vida de sus habitantes, y es claro que el tema de aumentar la cobertura y la calidad de
todo lo competente a saneamiento básico debe ser de gran interés de los gobernantes del país en
las diferentes jerarquías.
El Estudio Sectorial de los servicios públicos domiciliarios de Acueducto y Alcantarillado (2016) de
la superintendencia de servicios públicos domiciliarios afirma que el planeamiento técnico,
institucional y financiero de los sistemas de alcantarillado en el país, busca aumentar la cobertura,
calidad y sostenibilidad de este servicio, debido a que el 65% de los municipios atendidos por los
prestadores de la muestra de su estudio cuentan con coberturas superiores al 90% y algunos
con menos del 50%, estos datos se firman con la salvedad de que el estudio se hizo alrededor de
cabeceras municipales y solo señala el acceso al servicio público domiciliario de alcantarillado que
proveen las empresas de servicios públicos y no es un indicador de acceso al saneamiento básico.
El CONPES aprobó, como consta en el documento DNP-2.532-UDU, el Plan del Sector de Agua
Potable y Saneamiento Básico PAS para elevar las coberturas de acueductos y alcantarillados del
país del 66% al 76% y del 51% al 57% respectivamente, reestructurar las instituciones sectoriales y
aumentar la potabilidad del agua.
Dentro de los gastos o inversiones elegibles con recursos de la nación, destinados a las diferentes
entidades territoriales, se encuentran establecidas actividades relacionadas con la formulación e
implantación de esquemas organizacionales para la administración y operación de los servicios
públicos domiciliarios de acueducto, alcantarillado y además la construcción, ampliación y
rehabilitación de los mismos. De manera que todos los proyectos del sector de Agua Potable y
Saneamiento Básico que pretendan acceder a recursos de la Nación, deben ser radicados y
viabilizados a través del mecanismo de la Ventanilla Única.
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2
Dicho el interés del gobierno y la necesidad de la población, el Viceministerio de Agua y Saneamiento
Básico se encarga de promover el desarrollo sostenible a través de la formulación y adopción de las
políticas, programas, proyectos, y dada la limitación de recursos el Ministerio de Vivienda, Ciudad y
Territorio reglamentó procesos de presentación, viabilización y aprobación de proyectos del sector
de agua potable y saneamiento básico que soliciten apoyo financiero de la nación a través de la
Resolución 1063 del 30 de diciembre del 2016. Por lo anterior esta investigación pretende
determinar si los recursos suministrados por el estado están siendo utilizados de la manera óptima
de modo que ejecuten proyectos de redes de drenaje urbano RDU tal que se puedan construir y
operar, con un nivel suficiente de confianza de manera que se pueda asegurar que los recursos
nación se invierten con la sufriente estrategia como para garantizar la excelencia del servicio y el
ahorro máximo de recursos. Esto será el resultado de la modelación de los diseños recolectados y
su respectiva optimización por medio de la herramienta computacional UTOPIA, desarrollada por el
Centro de Investigaciones de Acueductos y Alcantarillados CIACUA de la Universidad de Los Andes.
1.1 Objetivos
1.1.1 General
Comparar los costos de los diseños de RDUs presentados en el mecanismo de viavilización de
proyectos del ministerio de vivienda, ciudad y territorio con los diseños optimizados de las mismas
redes y de esta manera poder evaluar el valor de la optimización en este tipo de proyectos.
1.1.2 Específicos
• Crear una base de datos con proyectos que contengan en sus documentos los elementos
hidráulicos y topológicos necesarios para su respectiva optimización.
• Crear el archivo de entrada de datos de la red requerido por el software UTOPIA para
realizar la optimización.
• Realizar el diseño optimizado de las redes mediante el software UTOPIA basadas en la
minimización de costos y cumplimiento de restricciones hidráulicas.
• Identificar diferencias entre costos y parámetros hidráulicos de los diseños presentados en
el Mecanismo de Viabilización de Proyectos del MVCT y los diseños optimizados de esas
mismas redes.
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2 MARCO TEÓRICO
Las redes de evacuación de aguas residuales pluviales y sanitarias son necesarias dentro del
desarrollo de zonas urbanas debido a la constante interacción entre el hombre y el ciclo natural del
agua. Esto se presenta por la necesidad del hombre de abastecerse de agua para su consumo y por
el proceso de urbanización que desvía los sistemas de drenaje naturales originales, como producto
de lo anterior se producen aguas residuales y pluviales que deben ser canalizadas para
posteriormente recibir el tratamiento adecuado según su origen. EL propósito de las redes de
drenaje urbano es minimizar posibles problemas causados a seres humanos o al ambiente (Butler &
Davies, 2011). El desarrollo de las comunidades trae consigo densificación y nuevas tecnologías,
herramientas y demás componentes novedosos al sistema productivo que incentivan el consumo
de recursos naturales y por consiguiente mayor generación de residuos, tanto así que el ingenio de
alternativas de disposición final es actualmente un área de investigación y trabajo constante.
El mundo actual, cada vez más competitivo desde todas las perspectivas sociales, establece criterios
de desarrollo en los cuales se traduce el avance de una comunidad respecto a otra. La información
sobre el estado y las tecnologías utilizadas en los sistemas de saneamiento básico de una población
representan claramente un indicador muy aproximado a la calidad de vida de sus habitantes por lo
cual este tema es de vital importancia para los gobernantes en las diferentes jerarquías y es ahí
donde queda clara la importancia del correcto aprovechamiento de los recursos al momento de
invertir en sistemas de evacuación de aguas residuales.
2.1 Sistemas de alcantarillado en Colombia
Según el departamento nacional de planeación DNP, Colombia en el año 2013 alcanzaba una
cobertura en el servicio de alcantarillado de 91,18% en el área urbana y 69,93% para lo rural,
incluyendo soluciones alternativas (Ilustración 1). Para el 2018 según las bases para el plan de
desarrollo 2018-2022 es necesario proveer cobertura universal y garantizar el adecuado tratamiento
de las aguas residuales. Para cumplir con este propósito, son necesarias inversiones del orden de
$14,2 billones (DNP, Bases para El Plan Nacional de Desarrollo 2018- 2022 "Pacto por colombia,
pacto por la equidad", 2018).
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Ilustración 1. Cobertura nacional de alcantarillado (2002 - 2013). Con soluciones alternativas (DNP, 2013)
La Ley 142 de 1994, estableció que la prestación de los servicios debe llevarse a cabo a través de
empresas de servicios públicos (E.S.P.) constituidas por acciones y por organizaciones autorizadas
en zonas rurales o áreas urbanas específicas y el ritmo de construcción de sistemas de
alcantarillados en Colombia claramente está determinado por la capacidad de financiación que
tengan este tipo de proyectos los cuales pueden ser otorgados por la nación a través de figuras
como lo son los planes departamentales de agua PDAs considerados como la estrategia del Estado
para acelerar el crecimiento de las coberturas y mejorar la calidad de los servicios (DNP, 2007). Estos
planes son el resultado de recomendaciones hechas por el banco mundial las recomendaciones
del Banco Mundial. En dichas sugerencias “se planteó la necesidad de definir políticas para
promover la consolidación o agrupación de las empresas de menor tamaño por medio de empresas
regionales u operadores de mayor escala que ya tengan en su poder las economías de escala propias
del sector y puedan trasladar ese beneficio a los municipios” (Suárez & Cardona, 2009).
De esta manera la idea es que cada departamento formule su Plan Departamental de Agua y
Saneamiento Básico de acuerdo con los lineamientos dados por el Ministerio de Ambiente, Vivienda
y Desarrollo Territorial - MAVDT, el cual se presentará ante alcaldes, concejales y diputados. Las
Entidades territoriales formularán los proyectos de acuerdo con lo dispuesto en la Guía de acceso,
presentación y viabilización de proyectos del sector de agua potable y saneamiento a financiar
mediante el mecanismo de ventanilla única y los presentarán a la gerencia del Plan Departamental
de Agua y Saneamiento para su evaluación o quien haga sus veces. Si el proyecto cumple con lo
exigido en la guía, la gerencia lo remitirá a la Ventanilla Única del MAVDT para su evaluación y
viabilización.
2.1.1 Ventanilla Única
En Colombia se le denomina ventanilla unica al mecanismo de viabilización de proyectos que es el
proceso mediante el cual el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio a través del Viceministerio
de Agua y Saneamiento Básico, evalúa, aprueba y viabiliza los proyectos del sector de agua potable
y saneamiento básico presentados por las entidades territoriales que soliciten apoyo financiero de
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la Nación, así como las reformulaciones que estos requieran, de esta manera está definido en la
resolución 1063 de 2016 "Por la cual se establecen los requisitos de presentación, viabilización y
aprobación de proyectos del sector de agua potable y saneamiento básico que soliciten apoyo
financiero de la Nación, así como de aquellos que han sido priorizados en el marco de los Planes
Departamentales de Agua y de los programas que implemente el Ministerio de Vivienda, Ciudad y
Territorio, a través del Viceministerio de Agua y Saneamiento Básico, y se dictan otras disposiciones"
(MVCT, 2016).
Luego de iniciar el trámite de viabilización, según el cumplimiento de los requisitos solicitados y
establecidos en la resolución 1063 de 2016, esta misma en el artículo 15 determina que el estado
del proyecto puede ser:
Sin radicación: Es aquel que al momento de su presentación no cumple con los requisitos
señalados en la lista de verificación de documentos establecida en la Guía de Presentación
de Proyectos y será devuelto sin radicación ante el mecanismo de viabilización del
Ministerio.
En evaluación:
El proyecto que al momento de su presentación cumpla con los requisitos
señalados en la lista de verificación de documentos establecida en la Guía de Presentación
de Proyectos, pasará a reparto para su correspondiente evaluación.
En requerimiento:
Se asignará este estado al proyecto que una vez evaluado requiera ajustes
en su formulación.
Devuelto:
este estado indica que el proyecto requiere ajustes mayores en su formulación o
aquellos en los cuales el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio efectuó dos (2)
requerimientos y/o luego de seis (6) meses de enviado el último de ellos, la entidad
territorial no presentó los ajustes exigidos. En ningún caso la devolución de proyectos
significará el rechazo de los mismos.
2.2 Optimización en diseños de redes de alcantarillado
Dada la importancia de las redes de alcantarillado para una de terminada comunidad, introducir el
concepto de optimización en el diseño de este tipo de redes se concibe como tema de estudio por
lo que los costos de construcción implican una inversión significativa para las ciudades, y economizar
sin afectar eficiencia siempre será una meta que alcanzar. Algunos ejemplos de estos trabajos son:
Continuous Ant Colony Optimization Algorithm (CACOA) (Afshar, A parameter free continuous ant
colony optimization algorithm for the optimal design of storm sewer networks: constrained and
unconstrained approach, 2010), Cellular Automata (CA) (Afshar, Shahidi, Rohani, & Sargolzaei,
2011), Tabu Search (TS) y Simulated Annealing (SA) (Yeh, Chu, Chan, & Lin , 2013), entre otros. Los
procesos de optimización en el diseño de sistemas de alcantarillado tienen como resultado diseños
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que cumplen con todos los aspectos hidráulicos y cuyo costo de construcción es mínimo posible. Al
igual que otros problemas de optimización, en este problema existen cuatro componentes
importantes para el modelaje y solución: los parámetros, las variables de decisión, las restricciones
y la función objetivo. Los parámetros proporcionan la información necesaria, o conocida, que se
tiene de los problemas. Las variables de decisiones son los aspectos del problema sobre los cuales
el decisor tiene injerencia. Las restricciones limitan el problema estableciendo las reglas que se
deben cumplir en una solución de mismo. Finalmente, la función objetivo guía la búsqueda de la
solución que se quiere encontrar (Duque, METODOLOGÍA PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO DE
TUBERÍAS EN SERIE EN SISTEMAS DE ALCANTARILLADO, 2013).
El Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA de la Universidad de los
Andes, ha trabajado durante varios años en el desarrollo de una herramienta computacional que
permite encontrar el diseño óptimo de una red de alcantarillado de una manera rápida. UTOPIA,
Underground Topology for Optimal Pipe Infrastructure Assessment (Topología subterránea para la
evaluación óptima de la infraestructura de tuberías.) está basado en la metodología planteada por
(Duque, Duque , & Saldarriaga , 2016), donde el diseño de la red se divide en dos fases, selección
del trazado y diseño hidráulico (Ilustración 2).
La primera de estas fases se concibe como un modelo de programación entera mixta que se conoce
en la literatura como problema de diseño de redes (NDP en inglés). Los datos de entrada son la
topografía de la red, que se refiere a la ubicación de los pozos de inspección y los caudales de
entrada de aguas residuales correspondientes a cada uno. Así, es posible definir la dirección del
flujo, el tipo y el caudal de diseño de cada una de las tuberías de la red. De esta manera se transporta
el caudal que ingresa a la red por los pozos de inspección a través del conjunto de tuberías hacia un
único punto de descarga. Finalmente, resulta importante destacar que la solución de este modelo
de programación entera mixta se resuelve mediante una implementación en el software de
optimización lineal XPRESS-MP. Donde el objetivo es minimizar los costos asociados al caudal y el
tipo de las tuberías (Aguilar, 2016). La segunda fase, el diseño hidráulico, resulta de la aplicación
del algoritmo de ruta más corta: Bellman- Ford. Este problema busca encontrar el camino de mínimo
costo (distancia o tiempo de recorrido) desde un nodo específico inicial hasta un nodo final (Duque,
2013), lo cual resulta de la combinación de diámetro y pendiente posible para cada tramo de la red.
En esta metodología parte del mejor resultado de la selección del trazado de la red, donde se
empieza por determinar todos los nodos posibles que puede haber en cada cámara de inspección.
La cantidad combinaciones diámetro-pendiente posibles en cada pozo de inspección está definida
principalmente por las profundidades de excavación máximas y mínimas permitidas, pero también
depende de las demás restricciones hidráulicas que el diseñador considere pertinentes (velocidades,
pendientes, esfuerzo cortante, régimen de flujo etc.)
UTOPIA determina el diámetro 𝑑 de una lista de diámetros disponible y la pendiente 𝑠 que debe
tener cada tubería para poder transportar el caudal requerido. Para ello, el programa requiere los
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resultados de la primera sección: el tipo de tubería, dirección de cada tramo, caudal de cada tramo
de la red. Y adicionalmente, la lista de diámetros comerciales y el material de la tubería. Teniendo
todas las soluciones posibles, el programa selecciona la opción de menor costo de cada tramo,
siempre y cuando esta cumpla con las restricciones hidráulicas establecidas por el diseñador y
posteriormente suma los costos de todos los tramos. Finalmente, se obtiene como resultado el
trazado y topografía de la red, los caudales que son transportados por cada una de las tuberías y el
costo total de construcción de esta misma, el cual es el resultado de ecuaciones obtenidas de la
literatura.
Ilustración 2. Metodología de optimización UTOPIA. (Aguilar, 2016)
2.3 Ecuaciones de costo
Alrededor del interés de estimar mediante una ecuación el costo de construcción de una red, se han
desarrollado diferentes investigaciones que han tenido como resultado la estimación de este valor
en función del diámetro 𝑑 de las tuberías y las profundidades de excavación ℎ de cada una de ellas.
La mayoría de ecuaciones solo tienen en cuenta los costos de instalación de las tuberías, que
dependen netamente del material y la longitud del tramo, y los costos de excavación de cada
sección. Esto debido a que representan en promedio el 70% de los costos totales de construcción
de una red (Aguilar, 2016).
2.3.1 Ecuación de Marchionni
En el artículo “Sewer Systems Costs with Multiple Linear Regression” por (Marchionni, Lopes,
Mamouros, & Covas, 2014) se puede encontrar una ecuación en la que el valor de las variables
dependientes, CT
Pipe
y CT
MH
, viene dado por una suma de un conjunto de variables independientes
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relacionadas con varios ítems de costo y coeficientes de regresión (∝
𝑛
, 𝛽
𝑛
) que estimados por el
método de mínimos cuadrados. La ecuación para tuberías fluyendo por gravedad es:
𝐶𝑇
𝑃𝑖𝑝𝑒𝑠
=∝
𝑜
+∝
1
𝐷 +∝
2
𝐻 +∝
3
𝐷𝐻
𝐶𝑇
𝑀𝐻
= 𝛽
0
+ 𝛽
1
𝐻′
𝐶 = 𝐶𝑇
𝑃𝑖𝑝𝑒𝑠
+ 𝐶𝑇
𝑀𝐻
Ecuación 1. Ecuación de Marchionni
Donde:
∝
𝑛
, 𝛽
𝑛
:
Coeficientes de regresión
𝐷 :
Diámetro de la tubería
𝐻 :
de la profundidad de excavación
𝐻′ :
profundidad de los pozos
Esta ecuación define los costos como una función de las principales características físicas, tales
como, el material y el diámetro de la tubería, la profundidad de excavación. Luego de los cálculos y
pruebas con diferentes datos recolectados por los investigadores. La ecuación de tuberías fluyendo
por gravedad con los respectivos coeficiente corresponde a:
𝐶𝑇
𝑃𝑖𝑝𝑒𝑠
= −203.3111 + 0.1254𝐷 + 131.439𝐻 − 0.044𝐷𝐻
𝐶𝑇
𝑀𝐻
= 1.6928 + 3.623𝐻′
𝐶 = 𝐶𝑇
𝑃𝑖𝑝𝑒𝑠
+ 𝐶𝑇
𝑀𝐻
Ecuación 2. Ecuación de Marchionni. (Coeficientes utilizados)
2.3.2 Ecuación de Maurer
En el artículo “Factors affecting economies of scale in combined sewer systems” por (Maurer,
Wolfram, & Anja, 2010), se presenta una ecuación que permite calcular el costo de instalación de
un tramo de tubería en función del diámetro de la misma y la profundidad de excavación en la que
se encuentra. Además, se involucran las condiciones del terreno donde se esté realizando la
construcción (áreas verdes o bajo calles existentes). En el artículo se establecen los valores que
deben tomar las variables de la ecuación según sean las condiciones del caso donde se desee aplicar.
Dichas condiciones, en el desarrollo esta ecuación, van incluidas en el cálculo de los coeficientes 𝛼
y 𝛽 que posteriormente se utilizan para la estimación del costo total de construcción del tramo, con
resultados en USD.
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mismas redes
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Tesis II
9
𝛼 = 𝑚
𝛼
. 𝐷𝑁 + 𝑛
𝛼
𝛽 = 𝑓
𝑆𝐹1
. 𝑚
𝛽
. 𝐷𝑁 + 𝑓
𝑆𝐹2
. 𝑛
𝛼
𝐶 = 𝛼. 𝐷 + 𝛽
Ecuación 3. Ecuación de Maurer
Donde:
𝛼 :
Coeficiente de costos relacionados con la profundidad en función de diámetro de la
tubería (US$ m
-2
)
𝛽 :
Costo fijo en función del diámetro de la tubería y recubrimiento (US$ m
-1
)
𝑚
𝛼
, 𝑚
𝛽
:
Coeficientes relacionado con el diámetro (US$ m
-2
mm
-1
)
𝑛
𝛼
, 𝑛
𝛽
:
Coeficientes de costos independientes del diámetro (US$ m
-2
y US$ m
-1
respectivamente)
𝑓
𝑆𝐹1
, 𝑓
𝑆𝐹2
:
Factores de reducción considerando los costos reducidos para la construcción de
campo verde en comparación con construcción bajo la calle.
𝐷𝑁 :
Diámetro interno de la tubería (mm)
𝐷 :
Profundidad media de la tubería (m)
𝐶 :
Costo de construcción especifico (US$ m
-1
)
Las redes que se analizaran en este trabajo se encuentran bajo las mismas condiciones en cuanto a
los coeficientes utilizados por esta ecuación. Por lo cual muestra la ecuación de Maurer con el valor
de los coeficientes a utilizar en todos los escenarios de optimización.
𝛼 = 110 ∗ 𝐷𝑁 + 127
𝛽 = 1200 ∗ 𝐷𝑁 − 35
𝐶 = 𝛼. 𝐷 + 𝛽
Ecuación 4. Ecuación de Maurer (Coeficientes utilizados)
2.3.3 Ecuación de Moeini
En el artículo “Layout and size optimization of sanitary sewer network using intelligent ants” por
(Moeini & Afshar, 2012), se muestra el resultado de una investigación donde se indican la capacidad
del método propuesto para optimizar y resolver el problema de diseño y determinación de tamaño
de redes de alcantarillado. La Ecuación 5 es la relación explícita que se utiliza para el cálculo del
costo de la instalación de tuberías y los pozos de inspección. El valor del construcción de la tubería
es la suma de la instalación de tuberías más pozos de inspección, con resultado en IRR.
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10
𝐶
𝑡
= 10.93𝑒
3.43𝑑
+ 0.012. ℎ
𝑝
1.53
+ 0.437. ℎ
𝑝
1.47
. 𝑑
𝐶
𝑁
= 41.46. ℎ
𝑓
𝐶 = 𝐶
𝑡
+ 𝐶
𝑁
Ecuación 5. Ecuación de Moeini
Donde:
𝐶
𝑡
: Costo de instalación de tubería (IRR m
-1
)
𝐶
𝑁
: Costo de instalación de pozos de inspección (IRR m
-1
)
𝐶:
Costo especifico total de la construcción (IRR m
-1
)
𝑑:
Diámetro interno de la tubería (m)
ℎ
𝑝
: Profundidad promedio de la tubería (m)
ℎ
𝑓
: Profundidad del pozo final del tramo (m)
2.3.4 Ecuación de Salcedo
Esta ecuación representa los costos involucrados en el diseño de los sistemas de alcantarillado
considerados como criterio fundamental en el momento de seleccionar la mejor alternativa dentro
de un grupo de posibilidades donde todas son funcionales hidráulicamente hablando, es decir, son
utilizados como un criterio de optimización. Estos costos son los asociados a tubería, excavación,
relleno, entibado y cámaras de inspección, y se presenta brevemente la información utilizada por
(Salcedo, 2012) para su respectiva determinación.
• Costos de tubería
Este ítem hace referencia a los costos involucrados en el suministro e instalación de los conductos,
sin tener en cuenta el componente asociado con la excavación según el Instituto de Desarrollo
Urbano en el 2012. Para la obtención de esta función de costo, se utilizó el catálogo de precios de
PAVCO para tuberías NOVALOC y NOVAFORT publicada en Febrero de 2012 y vigente hasta la fecha.
De este catálogo se tomó el precio en pesos colombianos ($COP) sin I.V.A (Impuesto al Valor
Agregado) para un metro lineal de tubería de diferentes diámetros comerciales.
𝐶
𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎
= 𝐿 ∗ 622749𝑑
1.9799
Ecuación 6. Ecuación de Salcedo (Costos de tubería)
Donde:
𝐶
𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎
:
Costo total asociado a la tubería de un tramo de la red ($COP)
𝐿:
Longitud del tramo analizado (m)
𝑑:
Diámetro interno de la tubería (m)
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• Costos de excavación
Para el planteamiento de las funciones de costo asociada a los costos de excavación, se utilizaron
las cifras obtenidas del Listado de Precios de Referencia de Actividades de Obra del Instituto de
Desarrollo Urbano en su versión del 2012.
𝐶
𝐸𝑥𝑐
= 20119.53 ∗ 𝑎 + 25938.52 ∗ 𝑏 ∗ (𝑉
𝐸𝑥𝑐
+ 𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑜𝑠 (𝜃))
Ecuación 7. Ecuación de Salcedo (Costos de excavación)
Donde:
𝐶
𝐸𝑥𝑐
:
Costo total asociado a la excavación de un tramo de la red ($COP)
𝐿:
Longitud del tramo analizado (m)
𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
:
Profundidad de excavación promedio del tramo (m)
𝑎:
1 si 𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
< 2 𝑚
0 𝑑. 𝑙. 𝑐
𝑏:
1 si 𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
> 2 𝑚
0 𝑑. 𝑙. 𝑐
𝑉
𝑒𝑥𝑐
:
Volumen de tierra asociado a la instalación de la tubería (m
3
)
𝜃:
Ángulo formado por la tubería con la horizontal
• Costos de relleno
Esta ecuación utilizó la Lista de Precios de Referencia del Instituto de Desarrollo Urbano del año
2012 para plantear una expresión que describa los costos de llevar a cabo el proceso de relleno
empleado el mismo que fue extraído en la excavación.
𝐶
𝑅𝑒𝑙𝑙
= 18125.89 ∗ [𝑉
𝐸𝑥𝑐
+ 𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑜𝑠(𝜃) −
𝜋𝑑
2
4
∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑜𝑠(𝜃)]
Ecuación 8. Ecuación de Salcedo (Costos de relleno)
Donde:
𝐶
𝑅𝑒𝑙𝑙
:
Costo total asociado al relleno de un tramo de la red ($COP)
𝑑:
Diámetro interno de la tubería (m)
𝐿:
Longitud del tramo analizado (m)
𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
:
Profundidad de excavación promedio del tramo (m)
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𝑉
𝑒𝑥𝑐
:
Volumen de tierra asociado a la instalación de la tubería (m
3
)
𝜃:
Ángulo formado por la tubería con la horizontal
• Costos de entibado
El planteamiento de la función de costo asociada con esta actividad se hizo utilizando el Listado de
Precios de Actividades en Obra del IDU válido desde Agosto del 2012. Originalmente esta ecuación
plantea que se debe utilizar entibado cuando la profundidad de excavación supere 1.2 m pero para
efectos de este trabajo se aumentó este límite hasta 2 m, lo anterior mediante la constante 𝑍 de la
ecuación.
𝐶
𝐸𝑛𝑡
= 23033.89 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶𝑜𝑠(𝜃) ∗ 𝑍 ∗ 2 ∗ 𝑐
Ecuación 9. Ecuación de Salcedo (costos de entibado)
Donde:
𝐶
𝐸𝑛𝑡
:
Costo total asociado al entibado de un tramo de la red ($COP)
𝐿:
Longitud del tramo analizado (m)
𝑍:
𝐶𝑜𝑡𝑎 𝑇𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑡𝑎 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 + 0.15
𝑐:
1 si 𝑍 > 2 𝑚
0 𝑑. 𝑙. 𝑐
𝜃:
Ángulo formado por la tubería con la horizontal
• Costos de cámaras de inspección
Para lograr plantear una ecuación que describiera los costos asociados con las cámaras de
inspección se recopiló información de diferentes fuentes tales como Instituto de Desarrollo Urbano,
la Gobernación del Valle del Cauca y Construdata.
𝐶
𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎𝑠
= 1.043 ∗ (194014 ∗ 𝐻
2
− 194118 ∗ 𝐻 + 856764)
Ecuación 10. Ecuación de Salcedo (costos de las cámaras de inspección)
Donde:
𝐶
𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎
:
Costo de la Cámara de Inspección ($COP)
𝐻:
Profundad de excavación (m)
Al final, haciendo una repartición de manera porcentual, se puede afirmar que esta ecuación
distribuye los diferentes costos involucrados en el costo total de la red de la siguiente manera:
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Gráfica 1. Peso porcentual de cada ítem sobre el costo total de la red. Ecuación Salcedo
Con la suma de las anteriores ecuaciones se logra obtener el costo total de diseño para un tramo de
alcantarillado en pesos colombianos ($COP)
2.3.5 Ecuación de Peinado
Peinado en su trabajo logra establecer funciones de costo por unidad de longitud de tramo
construido acorde con los diseños obtenidos de las redes patrón seleccionadas. aclara que para
establecer las funciones de costo que a continuación se presentan solo se correlacionó la suma del
costo de Suministro e instalación de tuberías, excavaciones, rellenos y retiro de material sobrante
con el diámetro nominal 𝐷 y la profundidad promedio de instalación 𝐻𝑚 (Peinado, 2016). En el
documento original se tienen en cuenta 7 costos para calcular el valor total del costo de un tramo
construido, pero en el desarrollo de este trabajo se seleccionaron 4 de ellos, los cuales son; costos
por tubería, excavación, relleno y cámaras de inspección.
• Costos de tubería
𝐶
𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎
= 6.9474𝑑
1.6438
Ecuación 11. Ecuación de Peinado (costos de tubería)
Donde:
𝐶
𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎
: Costo de suministro e instalación de tubería en cada tramo ($COP)
𝑑:
Diámetro nominal de la tubería (mm)
• Costo de excavación
Tuberías
17%
Excavación
22%
Relleno
12%
Entibado
40%
Cámaras
9%
Peso porcentual de cada ítem sobre el costo total
de la Red
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Para el cálculo del costo de excavación, la metodología de peinado establece que pueden existir
excavaciones de tipo manual o con máquina, y dependiendo de esto se evaluaran los costos. Esto
va a estar condicionado a la profundidad de excavación promedio requerida, de tal manera que si
esta es menor o igual a 2 m será una excavación tipo manual y de lo contrario será necesario
implementar maquinaria.
𝐶
𝑒𝑥.𝑚𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙
= 17205 ∗ 𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
∗ (𝑑 + 2 ∗ 𝐸 + 0.4) ∗ 𝐿
Ecuación 12. Ecuación de Peinado (costos de excavación manual)
𝐶
𝑒𝑥.𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎
= 15468 ∗ 𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
∗ (𝑑 + 2 ∗ 𝐸 + 0.4) ∗ 𝐿
Ecuación 13. Ecuación de Peinado (costos de excavación con maquina)
Donde:
𝐶
𝑒𝑥.𝑚𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙
:
Costo de excavación manual en cada tramo ($COP)
𝐶
𝑒𝑥.𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎
:
Costo de excavación con maquina en cada tramo ($COP)
𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
:
Profundidad promedio de instalación (m)
𝑑:
Diámetro interno de la tubería (m)
𝐸:
Espesor de la tubería (m)
𝐿:
Longitud del tramo (m)
• Costos de relleno
Los costos de relleno involucran tres materiales (arena, material seleccionado de cantera y material
propio de la excavación) y cada uno de estos tiene su respectivo costo. Al final el costo asociado al
relleno será la suma de estos tres.
𝐶
𝑅.𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
= [0.1 ∗ (𝑑 + 2 ∗ 𝐸 + 0.4) ∗
𝐿
cos (tan
−1
(𝑠))
] ∗ 59075
Ecuación 14. Ecuación de Peinado (Costo de relleno con arena)
𝐶
𝑅.𝑚.𝑐
= [(𝑑 + 2 ∗ 𝐸 + 0.4) ∗ (𝑑 + 2 ∗ 𝐸) −
𝜋
4
∗ (𝑑 + 2 ∗ 𝐸)
2
] ∗
𝐿
cos (tan
−1
(𝑠))
∗ 42154
Ecuación 15. Ecuación de Peinado (Costo de relleno con material seleccionado de cantera)
𝐶
𝑅.𝑚.𝑒𝑥𝑐
= [𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
− (0.1 + (𝑑 ∗ 2 ∗ 𝐸))] ∗ (𝑑 + 2 ∗ 𝐸 + 0.4) ∗ 𝐿 ∗ 17310
Ecuación 16. Ecuación de Peinado (Costo de relleno con material propio de la excavación)
Donde:
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𝐶
𝑅.𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
:
Costo de relleno con arena ($COP)
𝐶
𝑅.𝑚.𝑐
:
Costo de relleno con material seleccionado de cantera ($COP)
𝐶
𝑅.𝑚.𝑒𝑥𝑐
:
Costo de relleno con material propio de la excavación ($COP)
𝐻
𝑝𝑟𝑜𝑚
:
Profundidad promedio de instalación (m)
𝑑:
Diámetro interno de la tubería (m)
𝐸:
Espesor de la tubería (m)
𝐿:
Longitud del tramo (m)
𝑠:
Pendiente de la tubería (m/m)
• Costos de cámaras de inspección
Los costos de las cámaras de inspección fueron el resultado de la comparación de diferentes tipos
de cámaras del mercado. Finalmente la siguiente expresión consolida el trabajo realizado por
(Peinado, 2016) sobre este ítem.
𝐶
𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎𝑠
= 183643 ∗ ℎ
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
2
− 354440 ∗ ℎ
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
+ 2253124
Ecuación 17. Ecuación de Peinado (costos de las cámaras de inspección)
Donde:
𝐶
𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎𝑠
:
Costo de la Cámara de Inspección ($COP)
𝐻
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
:
Profundad de excavación (m)
Al final, haciendo una repartición de manera porcentual, se puede afirmar que esta ecuación
distribuye los diferentes costos involucrados en el costo total de la red de la siguiente manera:
Gráfica 2. Peso porcentual de cada ítem sobre el costo total de la red. Ecuación Peinado
Tubería
39%
Excavación
16%
Relleno
21%
Cámaras
24%
Peso porcentual de cada ítem sobre el costo
total de la red
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Con la suma de las anteriores ecuaciones se logra obtener el costo total de diseño para un tramo de
alcantarillado en pesos colombianos ($COP)
2.4 Restricciones hidráulicas
En Colombia los temas relacionados con abastecimiento de agua y saneamiento básico están
pautados por el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS.
Específicamente en el titulo D se encuentra todo lo relacionado con los sistemas de recolección y
evacuación de aguas residuales domésticas y pluviales.
Las redes escogidas para este trabajo, a pesar de basarse en la misma normativa, fueron
desarrolladas bajo diferentes versiones de la misma. RAS 2000, 2016 y la resolución 0330 de 2017
en la cual se realizaron las últimas modificaciones. El titulo D ofrece las disposiciones en prácticas
de buena ingeniería en todas las etapas de proyectos que involucren este tipo de redes, desde la
conceptualización, diseño, construcción, puesta en marcha, operación, mantenimiento y
seguimiento, con el fin de garantizar la efectividad, seguridad, estabilidad, durabilidad, operación
adecuada, sostenibilidad y redundancia a lo largo de la vida útil del sistema de alcantarillado (MVCT,
Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico - RAS, 2016). Los parámetros
de diseño que establece este reglamento y que serán concebidos como restricciones hidráulicas en
este trabajo son los siguientes:
• Velocidad mínima y máxima: Se establecen respectivamente, con el fin de evitar la
acumulación de sedimentos en las tuberías y problemas de cavitación, daños estructurales
y demás problemas hidráulicos.
• Esfuerzo cortante: Con el fin de garantizar el criterio de auto-limpieza, se establece un valor
mínimo de esfuerzo cortante de tal manera que los sedimentos que ingresen al sistema
puedan moverse por acción del flujo hacia aguas abajo de las tuberías.
• Diámetros mínimos: dependiendo del tipo de agua que transite la tubería, la normativa
establece un diámetro interno mínimo con el objetivo de evitar obstrucciones que
posteriormente puedan conllevar al colapso de las tuberías.
• Recubrimiento mínimo de excavación: Este criterio se utiliza con el fin de proteger la
estructura. Debido al tipo de transito que exista sobre el terreno en el cual se encuentra
instalada la tubería, el terreno puede sufrir subsidencias que posiblemente podrían
provocar rupturas, la severidad de estas dependerán del material del que sea la tubería. Es
medido desde la cota terreno hasta la cota clave de la tubería.
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• Profundidad máxima de excavación: Esta restricción va ligada a la seguridad de la
construcción y de los trabajadores de la misma.
• Relación de llenado máxima: En el diseño se debe respetar y establecer una profundidad de
llenado máxima en cada una de las tuberías con el fin de permitir una adecuada aireación
para el flujo dentro de cada tramo (MVCT, Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable
y Saneamiento Básico - RAS, 2016). Este valor también se ajusta a la relación de llenado
máxima que permite el mejor funcionamiento hidráulico optimo dentro de una sección
circular
Tabla 1. Parámetros de diseño como restricciones hidráulicas
PARÁMETRO
RAS 2000
RAS 2016
0330 DE 2017
Sanitario
Pluvial
pluvial
sanitario
sanitario
Combinado y
pluvial
Diámetro
mínimo
200 mm
250 mm
215 mm
170 mm
170 mm
260 mm
150 mm
(N.C bajo)
200 mm
(N.C bajo y
medio)
170 mm
(N.C bajo y
medio)
145 mm
(medio y
bajo)
140 mm
(menores
2.500 ha)
Velocidad
mínima
0.45 m/s
0.75 m/s
0.75 m/s
0.45 m/s
Tao min
Tao min
Velocidad
máxima
5 m/s
10 m/s
10 m/s
5 m/s
5 m/s
5 m/s
Relación de
llenado
máxima
70-85 %
100%
100%
85%
85%
93%
Esfuerzo
cortante
mínimo
1 Pa
3 Pa
2.5 Pa <
450 mm
3 Pa > 450
mm
1 Pa
1 Pa
2 Pa
Rango de
profundidad
de excavación
1.2 a 5 m
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3 METODOLOGÍA
La metodología utilizada en este proyecto, dada la naturaleza y los objetivos del mismo, hace
necesario la recopilación de datos promedio de un trabajo de campo, para de esta manera crear
una base de datos con los documentos que contengan información hidráulica y topológica de
diseños de RDUs presentados ante el mecanismo de viabilización de proyectos del Ministerio de
Vivienda, Ciudad y Territorio - MVCT. Dichos proyectos serán aptos para ser utilizados en este
trabajo dependiendo de si contienen o no la información necesaria para crear los archivos de
entrada .inp, que son leídos por UTOPIA para realizar el respectivo diseño optimizado.
Posteriormente es necesario definir las ecuaciones de costos que se utilizaran para evaluar los
costos de los diseños viabilizados y los optimizados de esas mismas redes. Teniendo los costos
originales del proyecto y los costos optimizados es posible realizar un análisis comparativo de las
variaciones que se presenten en ellos, además, como se traduce la optimización en los parámetros
hidráulicos de la red.
3.1 Base de datos
Para obtener acceso a los proyectos radicados ante el mecanismo de ventanilla única del Ministerio
de Vivienda, Ciudad y Territorio – MVCT, fue necesario solicitar un permiso mediante la radicación
de un oficio dirigido Martha Lucía Duran Ortiz , directora de Proyectos MVCT. Una vez concedida la
autorización, se pudo consultar la información directamente en las oficinas del ministerio y obtener
aquellas disponibles en formato digital con la información necesaria, es decir, aquella información
topológica e hidráulica necesaria para construir el archivo que se le suministra a UTOPIA. Esta
información es pertinentes de tuberías y nodos como consta en la siguiente tabla
Tabla 2. Información necesaria de las redes para crear archivo .inp
Sección
Información
Pozos
Cantidad e identificación
de pozos
Coordenadas
Cota fondo y rasante
Tuberías
Material
Pendiente
Longitud
Diámetro
Caudal de diseño
Cotas clave y batea
Identificación de tramos
iniciales y continuos
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3.2 Selección de Ecuaciones de diseño
Luego de la revisión bibliográfica que permitió conocer las ecuaciones mencionadas en el apartado
2.3 y revisando los criterios de aplicabilidad de las mismas, además, de las condiciones de las redes
seleccionadas, no se utilizó la ecuación 2.3.1 debido a que el rango de diámetros que manejan las
redes de la base de datos no la hace aplicable.
Seleccionadas las ecuaciones fue posible evaluar el costo de cada una de las redes pertenecientes a
la base de datos, con las condiciones originales del proyecto. Este es el resultado base sobre el cual
se evaluara la variación que tenga el costo del diseño optimizado.
3.3 Archivos de entrada para UTOPÍA
La creación de los archivos de entrada .inp son el paso inicial al diseño optimizado por medio de
UTOPIA. Como es claro en la Ilustración 2 el problema es divido en dos partes: Selección del trazado
y diseño hidráulico. Para cumplir el objetivo inicial de esta investigación, la primera parte será
condicionada de tal manera que cumpla con lo establecido en el diseño inicial, es decir, que se
conserve la topología de la red en cuestiones de trazado, tuberías iniciales y continuas, caudales de
diseño y sentido del flujo. Para esto es necesario crear un archivo de texto .txt con la información
de las tuberías y pozos (manholes) como se puede ver en la Ilustración 3. En la primera fila se definen
la cantidad de manholes de la red, y en las siguientes la información de cada uno de los pozos, la id
con números enteros y las coordenadas X, Y y Z.
Ilustración 3. Ejemplo de archivo de entrada a UTOPIA
Seguidamente se digita la información de las tuberías (sections) indicando la conectividad mediante
los pozos. Luego es necesario definir el manhole de inicio y fin de cada una de las tuberías
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acompañado de la letra I o C, dependiendo si la tubería es un arranque o continua, además del
caudal de diseño de cada uno de los tramos.
Para que se realice la optimización de la red, es necesario suministrar una lista de diámetros
disponibles, esto será determinante del tiempo computacional necesario para realizar la
optimización. Cabe aclarar que estos diámetros serán todos los utilizados en cada uno de los
proyectos. Además de lo anterior, la ecuación hidráulica de diseño (Darcy-Weisbach o Manning) se
mantendrá como la original en cada red al momento de la optimización con los valores de los
coeficientes correspondientes.
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viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
21
4 RESULTADOS
Una vez revisados y seleccionados, los proyectos de RDUs utilizados para esta investigación en la
Tabla 3
se puede observar el nombre completo con el que fue radicado ante las oficinas del MVCT
y el nombre con el que se manejaran en esta investigación.
Tabla 3. Identificación de los proyectos de la base de datos
No.
Nombre del proyecto
ID
1
Construcción, optimización alcantarillado combinado y pluvial barrio San
Cristóbal entre cras 16 y 19 con calles 3a y 5d y barrio San Luis entre cras 13
y 15 con calles 2 y 3 m/pio De Piedecuesta Santander.
San Luis
2
Optimización del sistema de alcantarillado vereda el encano, municipio de
Buesaco, Nariño.
EL Encano
3
Construcción y optimización de las redes de alcantarillado sanitario del
barrio el millón, municipio de el molino-la guajira, caribe.
El Molino
4
Optimización del sistema de alcantarillado vereda San Ignacio, municipio de
Buesaco Nariño.
San Ignacio
5
Revisión, actualización y elaboración de estudios y diseños de los sistemas de
acueducto y alcantarillado de corregimientos pertenecientes a los municipios
de Riohacha, San Juan del Cesar, Fonseca, Manaure, Distracción, Maicao y
Barrancas.
La Peña
6
Diagnóstico, diseños y planes de obras e inversiones de los sistemas de
acueducto y alcantarillado del municipio de El Retén, Magdalena.
El Retén
7
Plan maestro de alcantarillado pluvial fase 1 del municipio de Sibaté,
Cundinamarca.
Sibaté
8 Diseño red pluvial urbanización volver a vivir en Apulo, Cundinamarca
Apulo
9
Ajuste, actualización, terminación o formulación de planes maestros de los
sistemas de acueducto y alcantarillado en zonas urbanas y centros nucleados
del departamento de Cundinamarca
Beltrán
10
Construcción de las redes de alcantarillado sanitario y pluvial de las etapas
17 y 18 barrio la florida 1, la florida2, la pradera 1, la pradera 2, cien familias,
bosques de cipi de la comuna 6 del municipio de Soacha, Cundinamarca
Soacha
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
22
No.
Nombre del proyecto
ID
11
Diagnóstico, diseño y planes de obras e inversiones de los sistemas de
acueducto y alcantarillado del corregimiento de Guáimaro- Magdalena
Guáimaro
12
Diagnóstico, diseño y planes de obras e inversiones de los sistemas de
acueducto y alcantarillado para el municipio de Concordia, Magdalena
Concordia
13
Elaboración de los estudios y diseños de los planes maestros de acueducto y
alcantarillado de las zonas urbanas de los municipios del departamento de
Antioquia
Caracolí
14
Revisión, actualización y elaboración de estudios y diseños de los sistemas de
acueducto y alcantarillado de corregimientos pertenecientes a los municipios
de Riohacha, San Juan del Cesar, Fonseca, Manaure, Distracción, Maicao y
Barrancas
La Junta
4.1 Red San Luis
Este es una red diseñada para transportar aguas residuales combinadas. Cuenta con 14 tuberías y
11 nodos incluyendo la descarga. La red se localiza en el municipio de Piedecuesta, Santander y los
documentos del proyecto lo ubican en el año 2013. Esta red fue diseñada con la ecuación hidráulica
de Manning, con un coeficiente de 0.009 y según el estudio de los diseñadores el proyecto está
clasificado como de nivel de complejidad alto.
Ilustración 4. Topología de la red San Luis
Consultando las memorias del diseño hidráulico del proyecto de la red fue posible analizar las
condiciones de los parámetros que se compararan con el diseño optimizado de la misma. Según
esto y la normativa que rige al proyecto en condiciones de velocidad máxima y mínima, todas las
tuberías lo cumplen, de la misma manera que el esfuerzo cortante mínimo. En caso de la
profundidad de excavación el límite máximo se cumple contrario al límite mínimo, es decir, el
recubrimiento.
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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
23
Gráfica 3. Recubrimiento de excavación promedio diseño inicial según el límite mínimo. Red San Luis
Para el diseño optimizado de la red San Luis, se toma la misma lista de diámetros disponible para el
diseño inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por
la normativa bajo la cual se diseñó.
Gráfica 4. Diámetros internos de diseño inicial red San Luis
Tabla 4. Costos de la red San Luis con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 278,581 $ 278,349
99.92
Moeini (IRR)
$ 55,847 $ 54,356
97.33
Salcedo (COP) $ 100,023,097 $ 83,360,275
83.34
Peinado (COP) $ 83,793,919 $ 78,615,170
93.82
No cumple
43%
Cumple
57%
Recubirmiento de excavación promedio según
el límite mínimo
10
4
Diámetros internos de diseño inicial
284 mm
227 mm
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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24
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 5. Parámetros hidráulicos de la red San Luis
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.52
1.20
1.20
1.20
1.20
max
3.41
3.23
3.02
4.10
3.23
Profundidad de
excavación (m)
min
0.75
1.43
1.43
1.43
1.43
max
3.64
3.46
3.25
4.33
3.46
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.54
0.65
0.65
0.64
0.65
max
1.96
2.91
2.72
2.72
2.91
Relación de
llenado (%)
min
12%
12%
12%
24%
12%
max
82%
85%
83%
83%
85%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
3.39
1.03
1.03
1.00
1.03
max
10.02
16.42
13.79
13.79
16.42
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 5. Valores del recubrimiento de la red San Luis
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
4.80
Maurer
Moeini Salcedo Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
Universidad de los Andes
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Gráfica 6. Valores de la profundidad de excavación de la red San Luis
Gráfica 7. Valores de la velocidad de diseño de la red San Luis
Gráfica 8. Valores de la relación de llenado de la red San Luis
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini Salcedo Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
0.00
0.45
0.90
1.35
1.80
2.25
2.70
Maurer
Moeini Salcedo Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
17%
34%
51%
68%
85%
Maurer Moeini Salcedo Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
Universidad de los Andes
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Gráfica 9. Valores del esfuerzo cortante de la red San Luis
4.2 Red El Encano
Esta es una red diseñada para transportar aguas residuales. Cuenta con 60 tuberías y 52 nodos
incluyendo la descarga. La red se localiza en el municipio de El Encano, Nariño. Fue diseñada con la
ecuación hidráulica de Manning n= 0.009 y según lo establecido por los diseñadores, el proyecto
está clasificado con nivel de complejidad bajo.
Ilustración 5. Topología de la red El Encano
Según las memorias del diseño hidráulico de la red, los valores de los parámetros hidráulicos se
encuentran dentro de los límites establecidos por la norma, exceptuando esfuerzo cortante y
profundidad de excavación, ambos incumplidos en el valor mínimo permitido.
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
Maurer
Moeini Salcedo Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Gráfica 10. Recubrimiento de excavación promedio del diseño inicial según el límite mínimo. Red El Encano
Gráfica 11. Esfuerzo cortante del diseño inicial según el límite mínimo. Red El Encano
Para el diseño optimizado de la red se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
No cumple
28%
Cumple
72%
Recubrimiento de excavación promedio según
el límite mínimo
No cumple
85%
Cumple
15%
Esfuerzo cortante según el límite mínimo
Universidad de los Andes
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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28
Gráfica 12. Diámetros internos de diseño inicial red El Encano
Tabla 6. Costos de la red El Encano con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 1,221,408 $ 1,415,288
115.87
Moeini (IRR) $ 270,694 $ 288,486
106.57
Salcedo (COP) $ 399,256,516 $ 406,538,957
101.82
Peinado (COP) $ 325,016,862 $ 362,996,360
111.69
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 7. Parámetros hidráulicos de la red El Encano
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo
Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.75
1.21
1.21
1.21
1.21
max
3.54
3.29
3.29
4.81
3.29
Profundidad de
excavación (m)
min
0.89
1.39
1.39
1.39
1.39
max
3.69
3.47
3.47
4.99
3.47
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.50
0.57
0.57
0.57
0.57
max
1.69
2.09
2.09
1.83
2.09
Relación de
llenado (%)
min
2%
7%
7%
7%
7%
max
80%
53%
53%
53%
53%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
0.15
1.00
1.00
1.00
1.00
max
2.15
17.55
17.55
12.83
17.55
56
4
Diámetros internos de diseño inicial
182 mm
145 mm
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
29
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 13. Valores del recubrimiento de la red El Encano
Gráfica 14. Valores de la profundidad de excavación de la red El Encano
0.00
1.20
2.40
3.60
4.80
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
30
Gráfica 15. Valores de la velocidad de diseño de la red El Encano
Gráfica 16. Valores de la relación de llenado de la red El Encano
Gráfica 17. Valores del esfuerzo cortante de la red El Encano
0.00
0.45
0.90
1.35
1.80
2.25
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
17%
34%
51%
68%
85%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
31
4.3 Red El Molino
Esta es una red diseñada para transportar aguas residuales. Cuenta con 61 tuberías y 53 nodos
incluyendo la descarga. La red se localiza en el barrio El Millón del municipio El Molino, La Guajira.
Esta red fue diseñada con la ecuación hidráulica de Darcy-Weisbach con un valor del coeficiente de
rugosidad absoluta Ks igual a 0.00015 mm, el proyecto está clasificado con nivel de complejidad
medio.
Ilustración 6. Topología de la red El Molino
En las siguientes graficas se puede apreciar los parámetros en los cuales no se cumplen algunas
restricciones de diseño, pues luego de hacer las respectivas verificaciones pudo constatarse que el
valor de la velocidad, recubrimiento y esfuerzo cortante en muchos tramos se encuentran bajo el
límite mínimo permisible.
Gráfica 18. Velocidad del diseño inicial según el límite mínimo. Red El Molino
No cumple
3%
Cumple
97%
Velocidad de diseño según el límite minimo
Universidad de los Andes
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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
32
Gráfica 19. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red El Molino
Gráfica 20. Esfuerzo cortante del diseño inicial según el límite mínimo. Red El Molino
Para el diseño optimizado de la red se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
No cumple
57%
Cumple
43%
Recubriemiento promedio de excavación según
el límite minimo
No cumple
54%
Cumple
46%
Esfuerzo cortante según el límite mínimo
Universidad de los Andes
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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
33
Gráfica 21. Diámetros internos de diseño inicial red El Molino
Tabla 8. Costos de la red El Molino con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 2,878,762 $ 3,526,278
122.49
Moeini (IRR) $ 489,164 $ 640,040
130.84
Salcedo (COP) $ 757,039,270 $ 1,164,884,867
153.87
Peinado (COP) $ 813,564,675 $ 885,886,273
108.89
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente. El esfuerzo cortante,
a pesar de que la norma toma como valor mínimo 1 Pa, el proyecto en su documento recomendaba
1.5 Pa y sobre este último valor fue que se realizó la optimización.
Tabla 9. Parámetros hidráulicos de la red El Molino
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.92
1.20
1.20
1.20
1.20
max
3.50
4.12
4.12
4.47
4.47
Profundidad de
excavación (m)
min
1.15
1.43
1.43
1.43
1.43
max
3.69
4.35
4.35
4.7
4.7
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.34
0.65
0.65
0.73
0.73
max
3.15
2.44
2.44
2.34
2.85
Relación de
llenado (%)
min
7%
8%
8%
7%
7%
max
71%
85%
85%
85%
85%
27
5
31
Diámetros internos de diseño inicial
407 mm
284 mm
182 mm
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
34
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
0.33
1.50
1.50
1.50
1.50
max
15.61
13.24
13.24
8.87
12.82
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 22. Valores del recubrimiento de la red El Molino
Gráfica 23. Valores de la profundidad de excavación de la red El Molino
0.00
1.20
2.40
3.60
4.80
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
35
Gráfica 24. Valores de la velocidad de diseño de la red El Molino
Gráfica 25. Valores de la relación de llenado de la red El Molino
Gráfica 26. Valores del esfuerzo cortante de la red El Molino
0.00
0.45
0.90
1.35
1.80
2.25
2.70
3.15
3.60
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
17%
34%
51%
68%
85%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.50
3.00
4.50
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
36
4.4 Red San Ignacio
Esta red fue diseñada con la ecuación hidráulica de Manning (n=0.01) y según lo establecido por los
diseñadores, el proyecto está clasificado con nivel de complejidad bajo, cuenta con 48 tuberías y 48
nodos incluyendo la descarga.
Ilustración 7. Topología de la red San Ignacio
Según las memorias del diseño hidráulico de la red, los valores de los parámetros hidráulicos se
encuentran dentro de los límites establecidos por la norma, exceptuando el recubrimiento de
excavación mínima.
Gráfica 27. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red San Ignacio
Para el diseño optimizado de la red se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
No cumple
77%
Cumple
23%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
37
Gráfica 28. Diámetros internos de diseño inicial red San Ignacio
Tabla 10. Costos de la red San Ignacio con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 584,824 $ 619,382
105.91
Moeini (IRR) $ 110,722 $ 124,110
112.09
Salcedo (COP) $ 236,309,128 $ 245,131,997
103.73
Peinado (COP) $ 213,770,742 $ 211,499,857
98.94
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente. El esfuerzo cortante,
a pesar de que la norma toma como valor mínimo 1 Pa, el proyecto en su documento recomendaba
1.5 Pa y sobre este último valor fue que se realizó la optimización.
Tabla 11. Parámetros hidráulicos de la red San Ignacio
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.23
1.21
1.21
1.21
1.21
max
2.25
1.76
1.76
4.81
1.76
Profundidad de
excavación (m)
min
0.48
1.39
1.39
1.39
1.39
max
2.45
1.94
1.94
4.99
1.94
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.71
0.63
0.63
0.63
0.63
max
4.05
3.61
3.61
3.61
3.61
Relación de
llenado (%)
min
10%
7%
7%
7%
7%
max
25%
18%
18%
18%
18%
35
13
Diámetros de diseño inicial
227 mm
182 mm
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
38
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
0.71
1.52
1.52
1.52
1.52
max
4.05
53.83
53.83
53.83
53.83
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 29. Valores del recubrimiento de la red San Ignacio
Gráfica 30. Valores de la profundidad de excavación de la red San Ignacio
0.00
1.20
2.40
3.60
4.80
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
39
Gráfica 31. Valores de la velocidad de diseño de la red San Ignacio
Gráfica 32. Valores de la relación de llenado de la red San Ignacio
Gráfica 33. Valores del esfuerzo cortante de la red San Ignacio
0.00
0.45
0.90
1.35
1.80
2.25
2.70
3.15
3.60
4.05
4.50
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
17%
34%
51%
68%
85%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo Cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
40
4.5 Red La Peña
Esta red fue diseñada con la ecuación hidráulica de Manning (n=0.01) y según lo establecido por los
diseñadores, el proyecto está clasificado con nivel de complejidad bajo, cuenta con 75 tuberías y 71
nodos incluyendo la descarga.
Ilustración 8. Topología de la red La Peña
En las siguientes gráficas se puede apreciar los parámetros hidráulicos en los cuales no se cumplen
algunas restricciones de diseño, pues luego de hacer las respectivas verificaciones pudo constatarse
que el valor del recubrimiento de excavación mínima, esfuerzo cortante en muchos tramos se
encuentran bajo el límite mínimo permisible. Además la red supera la relación de llenado máxima
permitida.
Gráfica 34. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red La Peña
No cumple
53%
Cumple
47%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
41
Gráfica 35. Esfuerzo cortante de diseño inicial según el límite mínimo. Red La Peña
Gráfica 36. Relación de llenado de diseño inicial según el límite mínimo. Red La Peña
Para el diseño optimizado de la red se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
No cumple
7%
Cumple
93%
Esfuerzo cortante según el límite mínimo
No cumple
1%
Cumple
99%
Relación de llenado según el límite máximo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
42
Gráfica 37. Diámetros internos de diseño inicial red La Peña
Tabla 12. Costos de la red La Peña con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 2,338,109 $ 2,008,154
85.89
Moeini (IRR) $ 480,385 $ 441,932
92.00
Salcedo (COP) $ 700,714,140 $ 558,114,193
79.65
Peinado (COP) $ 594,354,210 $ 566,250,370
95.27
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente. El esfuerzo cortante,
a pesar de que la norma toma como valor mínimo 1 Pa, el proyecto en su documento recomendaba
1.2 Pa y sobre este último valor fue que se realizó la optimización.
Tabla 13. Parámetros hidráulicos de la red La Peña
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.80
1.20
1.20
1.20
1.21
max
3.13
3.23
3.21
3.23
3.44
Profundidad de
excavación (m)
min
0.98
1.39
1.39
1.39
1.39
max
3.35
3.46
3.44
3.46
3.62
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.49
0.57
0.57
0.57
0.57
max
1.52
1.67
1.67
1.48
1.44
Relación de
llenado (%)
min
3%
13%
13%
13%
13%
max
95%
82%
82%
85%
85%
57
18
Diámetros de diseño inicial
250 mm
200 mm
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
43
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Esfuerzo Cortante
(Pa)
min
1.20
1.20
1.20
1.20
1.20
max
8.79
7.26
7.26
5.50
5.35
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 38. Valores del recubrimiento de la red La Peña
Gráfica 39. Valores de la profundidad de excavación de la red La Peña
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
44
Gráfica 40. Valores de la velocidad de diseño de la red La Peña
Gráfica 41. Valores de la relación de llenado de la red La Peña
Gráfica 42. Valores del esfuerzo cortante de la red La Peña
0.00
0.45
0.90
1.35
1.80
2.25
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
17%
34%
51%
68%
85%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.20
2.40
3.60
4.80
6.00
7.20
8.40
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo Cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
45
4.6 Red El Retén
Esta red fue diseñada con la ecuación hidráulica de Manning (n=0.01) para recolectar y transportar
las aguas residuales del municipio El Retén, Magdalena. Cuenta con 376 tuberías y 377 nodos
incluyendo la descarga.
Ilustración 9. Topología de la red El Retén
En las siguientes graficas se puede apreciar los parámetros hidráulicos en los cuales no se cumplen
algunas restricciones de diseño, pues luego de hacer las respectivas verificaciones en las memorias
de cálculo del diseño inicial viabilizado pudo constatarse que el valor del recubrimiento de
excavación mínima, esfuerzo cortante y la velocidad de diseño en varios tramos se encuentran bajo
el límite mínimo permisible.
Gráfica 43. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red El Retén
No cumple
28%
Cumple
72%
Recubirimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
46
Gráfica 44. Esfuerzo cortante de diseño inicial según el límite mínimo. Red El Retén
Gráfica 45. Velocidad de diseño inicial según el límite mínimo. Red El Retén
Para el diseño optimizado de la red se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
No cumple
2%
Cumple
98%
Esfuerzo cortante según el límite mínimo
No cumple
23%
Cumple
77%
Velocidad de diseño según el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
47
Gráfica 46. Diámetros internos de diseño inicial red El Retén
Tabla 14. Costos de la red El Retén con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 13,320,849
$ 13,500,404
101.35
Moeini (IRR) $ 2,773,936
$ 2,881,156
103.87
Salcedo (COP) $ 5,612,574,199 $ 4,075,230,069
72.61
Peinado (COP) $ 3,579,724,329 $ 3,335,170,863
93.17
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 15. Parámetros hidráulicos de la red El Retén
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.5
1.2
1.2
1.2
1.2
max
3.9
3.5
3.5
3.5
4.5
Profundidad de
excavación (m)
min
0.68
1.39
1.39
1.39
1.39
max
4.13
3.67
3.67
3.67
4.92
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.44
0.52
0.52
0.52
0.52
max
0.98
1.20
1.20
1.20
1.56
Relación de
llenado (%)
min
3%
12%
12%
13%
12%
max
72%
85%
85%
85%
85%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
0.98
1.00
1.00
1.00
1.00
max
3.64
2.77
2.77
2.76
4.88
311
32
11
10
12
Diámetros internos de diseño inicial
595 mm
362 mm
284 mm
227 mm
182 mm
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
48
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 47. Valores del recubrimiento de la red El Retén
Gráfica 48. Valores de la profundidad de excavación de la red El Retén
0.00
1.20
2.40
3.60
4.80
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
49
Gráfica 49. Valores de la velocidad de diseño de la red El Retén
Gráfica 50. Valores de la relación de llenado de la red El Retén
Gráfica 51. Valores del esfuerzo cortante de la red El Retén
0.00
0.45
0.90
1.35
1.80
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
12%
24%
36%
49%
61%
73%
85%
97%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo Cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
50
4.7 Red Sibaté
Esta red hace parte del sistema de recolección de aguas lluvias del municipio de Sibaté,
Cundinamarca. Fue diseñada con la ecuación hidráulica de Manning (n=0.01). Es una red formada
por dos colectores, y entre los dos suman 40 tuberías y 42 nodos incluyendo las dos descargas.
Ilustración 10. Topología de la red Sibaté
El colector más pequeño cuenta con 4 tuberías y 5 nodos y haciendo la verificación de los
parámetros hidráulicos tenidos en cuenta, el único que no se cumple en su totalidad es el
recubrimiento mínimo de la excavación, pues solo 3 de las 5 están a una profundidad mayor o igual
a 1.2 m desde la cota clave de la tubería.
En cuanto al colector más grande de la red, la siguiente gráfica evidencia que el valor del
recubrimiento de excavación mínima en varios tramos se encuentra bajo el límite mínimo
permisible. Este colector cuenta con 36 tuberías y 37 nodos.
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
51
Gráfica 52. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red Sibaté
Para el diseño optimizado de la red se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
Gráfica 53. Diámetros internos de diseño inicial red Sibaté
Tabla 16. Costos de la red Sibaté con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 2,660,795 $ 2,115,090
79.49
Moeini (IRR) $ 1,022,422 $ 486,855
47.62
Salcedo (COP) $ 1,384,753,939 $ 1,047,271,033
75.63
Peinado (COP) $ 1,129,126,236 $ 898,656,654
79.59
No cumple
14%
Cumple
86%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
3
5
3
6
3
3
2
1
1
1
2
2
1
8
Diámetros de diseño inicial
1.524 m
1.143 m
1.0668 m
0.9906 m
0.9144 m
0.8382 m
0.762 m
0.6858 m
0.6096 m
0.508 m
0.4064 m
0.3556 m
0.3048 m
0.254 m
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
52
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 17. Parámetros hidráulicos de la red Sibaté
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.82
1.2
1.2
1.2
1.2
max
2.56
3.4
3.7
3.7
3.7
Profundidad de
excavación (m)
min
1.31
1.46
1.46
1.46
1.46
max
3.55
4.70
4.99
4.94
4.99
Velocidad de
diseño (m/s)
min
1.19
1.39
1.28
1.28
1.39
max
4.57
4.78
5.44
5.44
5.44
Relación de
llenado (%)
min
40%
43%
43%
55%
43%
max
99%
86%
86%
86%
86%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
3.95
3.79
3.04
3.12
3.79
max
45.33
37.91
50.94
50.94
50.94
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 54. Valores del recubrimiento de la red Sibaté
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
53
Gráfica 55. Valores de la profundidad de excavación de la red Sibaté
Gráfica 56. Valores de la velocidad de diseño de la red Sibaté
Gráfica 57. Valores de la relación de llenado de la red Sibaté
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
3.75
4.50
5.25
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
54
Gráfica 58. Valores del esfuerzo cortante de la red Sibaté
4.8 Red Apulo
Esta es una red de alcantarillado pluvial. Fue diseñada con la ecuación hidráulica de Manning
(n=0.009), cuenta con 16 tramos de tuberías y 17 nodos incluyendo la descarga.
Ilustración 11. Topología de la red Apulo
Haciendo las verificaciones de los valores en cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta
como restricciones de diseño, se evidencio que en esta red el único que se encuentra incumpliendo
con lo establecido en la normativa que rige al proyecto (RAS 2000) es el de recubrimiento mínimo.
En la siguiente gráfica se muestra el porcentaje de tramos de la red que infringen esta restricción.
0.00
1.50
3.00
4.50
6.00
7.50
9.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
55
Gráfica 59. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red Apulo
Para el diseño optimizado de la red se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial, en este caso todas las tuberías de la red son de 254 mm. Además se evalúan las ecuaciones
de costo con las restricciones de diseño establecidas por la normativa bajo la cual se diseñó.
Tabla 18. Costos de la red Apulo con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 366,083 $ 261,330
71.39
Moeini (IRR) $ 71,478 $ 51,393
71.90
Salcedo (COP) $ 172,362,042 $ 92,513,098
53.67
Peinado (COP) $ 103,766,426 $ 88,151,370
84.95
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 19. Parámetros hidráulicos de la red Apulo
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.40
1.21
1.21
1.21
1.21
max
3.50
2.18
2.56
2.79
2.56
Profundidad de
excavación (m)
min
0.65
1.46
1.46
1.46
1.46
max
3.75
2.43
2.81
3.04
2.81
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.83
0.75
1.08
1.06
1.08
max
7.59
7.38
7.38
7.38
7.38
No cumple
19%
Cumple
81%
Recubrimiento promedio según el límite
mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
56
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Relación de
llenado (%)
min
46%
12%
12%
16%
12%
max
92%
72%
56%
68%
56%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
29.96
3.00
3.00
3.00
3.00
max
2524.75 136.68 136.68 136.68 136.68
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 60. Valores del recubrimiento de la red Apulo
Gráfica 61. Valores de la profundidad de excavación de la Apulo
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Produndidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
57
Gráfica 62. Valores de la velocidad de diseño de la red Apulo
Gráfica 63. Valores de la relación de llenado de la red Apulo
Gráfica 64. Valores del esfuerzo cortante de la red Apulo
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
3.75
4.50
5.25
6.00
6.75
7.50
8.25
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo Cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
58
4.9 Red Beltrán
Esta es una red pluvial de 4 colectores con descargas independientes. Fue diseñada con la ecuación
de Manning (n=0.011), en totalidad la red se compone de 29 tuberías y 33 nodos incluyendo las
descargas.
Ilustración 12. Topología de la red Beltrán
Para realizar la optimización de la red y las debidas verificaciones es necesario individualizar los
colectores que la conforman.
4.9.1 Colector 1 – Red Beltrán
Este colector está compuesto por 8 tuberías y 9 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores en
cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta como restricciones de diseño, se evidencio
que en este colector el único que se encuentra incumpliendo con lo establecido en la normativa que
rige al proyecto (RAS 2000) es el de recubrimiento mínimo.
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
59
Gráfica 65. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 1 - Red Beltrán
Para el diseño optimizado del colector se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
Gráfica 66. Diámetros internos de diseño inicial Colector 1 - Red Beltrán
Tabla 20. Costos del Colector 1 - Red Beltrán con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 282,935 $ 203,763
72.02
Moeini (IRR) $ 42,792 $ 34,039
79.55
Salcedo (COP) $ 102,635,163 $ 76,503,071
74.54
Peinado (COP) $ 104,421,355 $ 83,907,692
80.35
No cumple
87%
cumple
13%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
1
1
2
3
1
Diámetros de diseño inicial
0.686 m
0.609 m
0.457 m
0.406 m
0.254 m
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
60
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 21. Parámetros hidráulicos del Colector 1 - Red Beltrán
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.74
1.20
1.20
1.20
1.20
max
1.20
1.73
1.73
2.74
3.57
Profundidad de
excavación (m)
min
1.35
1.46
1.46
1.46
1.46
max
1.48
2.19
2.19
2.99
3.98
Velocidad de
diseño (m/s)
min
2.45
2.40
2.40
2.40
1.13
max
6.12
7.04
7.04
7.04
7.27
Relación de
llenado (%)
min
23%
25%
25%
25%
51%
max
77%
86%
86%
86%
86%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
25.32
14.38
14.38
14.38
3.21
max
134.98 116.66 116.66 116.66
126.14
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 67. Valores del recubrimiento del Colector 1 - Red Beltrán
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
61
Gráfica 68. Valores de la profundidad de excavación del Colector 1 - Red Beltrán
Gráfica 69. Valores de la velocidad de diseño del Colector 1 - Red Beltrán
Gráfica 70. Valores de la relación de llenado del Colector 1 - Red Beltrán
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
3.75
4.50
5.25
6.00
6.75
7.50
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
62
Gráfica 71. Valores del esfuerzo cortante del Colector 1 - Red Beltrán
4.9.2 Colector 2 – Red Beltrán
Este colector está compuesto por 8 tuberías y 9 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores en
cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta como restricciones de diseño, se evidencio
que se incumple con lo establecido en la normativa que rige al proyecto (RAS 2000) el recubrimiento
y el esfuerzo cortante con respecto al límite inferior y la profundidad de excavación con el límite
superior.
Gráfica 72. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 2 - Red Beltrán
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
18.00
21.00
24.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
No cumple
62%
Cumple
38%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
63
Gráfica 73. Esfuerzo cortante del diseño inicial según el límite mínimo. Colector 2 - Red Beltrán
Gráfica 74. Profundidad de excavación según el límite máximo. Colector 2 - Red Beltrán
Para el diseño optimizado del colector se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
No cumple
12%
Cumple
88%
Esfuerzo cortante según el límite mínimo
No cumple
12%
Cumple
88%
profundidad de excavación según el límite
máximo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
64
Gráfica 75. Diámetros internos de diseño inicial Colector 2 - Red Beltrán
Tabla 22. Costos del Colector 2 - Red Beltrán con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 416,535 $ 336,482
80.78
Moeini (IRR) $ 71,713 $ 64,340
89.72
Salcedo (COP) $ 175,563,496 $ 153,124,799
87.22
Peinado (COP) $ 152,116,796 $ 136,266,758
89.58
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente. Cabe resaltar que
estableciendo como profundidad de excavación máxima permitida 5 m, que es lo que establece la
normativa, no se logró obtener una solución por lo que se amplió este límite hasta obtener una
solución en el diseño hidráulico de la red.
Tabla 23. Parámetros hidráulicos del Colector 2 - Red Beltrán
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.39
1.20
1.20
1.20
1.20
max
5.01
5.95
5.95
6.24
6.24
Profundidad de
excavación
min
1.05
1.61
1.61
1.61
1.61
max
5.70
6.41
6.41
6.65
6.65
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.92
1.49
1.49
1.74
1.88
max
4.90
5.70
5.70
5.15
7.77
Relación de
llenado (%)
min
35%
48%
48%
52%
49%
max
95%
86%
86%
86%
86%
1
2
5
Diámetros de diseño inicial
0.686 m
0.457 m
0.406 m
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
65
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
2.52
5.10
5.10
7.19
8.41
max
75.53
70.05
70.05
61.50
138.71
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 76. Valores del recubrimiento del Colector 2 - Red Beltrán
Gráfica 77. Valores de la profundidad de excavación del Colector 2 - Red Beltrán
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
4.80
5.40
6.00
6.60
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
66
Gráfica 78. Valores de la velocidad de diseño del Colector 2 - Red Beltrán
Gráfica 79. Valores de la relación de llenado del Colector 2 - Red Beltrán
Gráfica 80. Valores del esfuerzo cortante del Colector 2 - Red Beltrán
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
3.75
4.50
5.25
6.00
6.75
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
18.00
21.00
24.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
67
4.9.3 Colector 3 – Red Beltrán
Este tramo está compuesto por 10 tuberías y 11 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores
en cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta como restricciones de diseño, se evidencio
que en este tramo el único que se encuentra incumpliendo con lo establecido en la normativa que
rige al proyecto (RAS 2000) es el de recubrimiento mínimo.
Gráfica 81. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 3 - Red Beltrán
Para el diseño optimizado del colector se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
Gráfica 82. Diámetros internos de diseño inicial Colector 3 - Red Beltrán
No cumple
60%
Cumple
40%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
6
1
3
Diámetros de diseño inicial
0.4064 m
0.3048 m
0.254 m
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
68
Tabla 24. Costos del Colector 3 - Red Beltrán con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 319,203 $ 258,933
81.12
Moeini (IRR) $ 52,606 $ 46,210
87.84
Salcedo (IRR) $ 97,138,090 $ 90,902,960
93.58
Peinado (COP) $ 95,732,755 $ 89,877,886
93.88
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 25. Parámetros hidráulicos del Colector 3 - Red Beltrán
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Profundidad de
excavación (m)
min
1.45
1.46
1.46
1.46
1.46
max
1.73
1.63
1.63
4.62
1.63
Recubrimiento
(m)
min
1.04
1.20
1.20
1.20
1.20
max
1.48
1.38
1.38
4.366
1.376
Velocidad de
diseño (m/s)
min
1.17
1.39
1.39
0.99
1.39
max
3.87
4.52
4.52
4.52
4.52
Relación de
llenado (%)
min
15%
26%
26%
42%
26%
max
84%
84%
84%
84%
84%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
7.02
6.38
6.38
3.02
6.38
max
53.97
50.83
50.83
50.68
50.83
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
69
Gráfica 83. Valores del recubrimiento del Colector 3 - Red Beltrán
Gráfica 84. Valores de la profundidad de excavación del Colector 3 - Red Beltrán
Gráfica 85. Valores de la velocidad de diseño del Colector 3 - Red Beltrán
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
4.80
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
3.75
4.50
5.25
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
70
Gráfica 86. Valores de la relación de llenado del Colector 3 - Red Beltrán
Gráfica 87. Valores del esfuerzo cortante del Colector 3 - Red Beltrán
4.9.4 Colector 4 – Red Beltrán
Este tramo está compuesto por 3 tuberías y 4 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores en
cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta como restricciones de diseño, se evidencio
que se cumplen con todos los límites establecidos por la norma excepto el recubrimiento mínimo,
todas las tuberías están instaladas a una profundidad menor a 1.2 m.
Para el diseño optimizado del colector se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
71
Gráfica 88. Diámetros internos de diseño inicial Colector 4 - Red Beltrán
Tabla 26. Costos del Colector 4 - Red Beltrán con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 168,255 $ 139,724
83.04
Moeini (IRR) $ 24,947 $ 22,466
90.06
Salcedo (COP) $ 67,271,115 $ 66,736,389
99.21
Peinado (COP) $ 53,301,425 $ 51,137,722
95.94
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 27. Parámetros hidráulicos del Colector 4 - Red Beltrán
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Profundidad de
excavación (m)
min
1.45
1.61
1.61
1.61
1.61
max
1.48
2.07
1.66
4.99
2.07
Recubrimiento
(m)
min
0.99
1.20
1.20
1.20
1.20
max
1.07
1.66
1.66
4.58
1.66
Velocidad de
diseño (m/s)
min
3.50
4.35
3.99
2.21
4.35
max
4.63
5.40
5.40
5.40
5.40
Relación de
llenado (%)
min
43%
46%
46%
50%
46%
max
100%
86%
77%
86%
86%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
34.57
48.96
36.59
11.68
48.96
max
78.83
74.20
74.20
74.20
74.20
2
1
Diámetros de diseño inicial
0.4572 m
0.4064 m
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
72
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 89. Valores del recubrimiento del Colector 4 - Red Beltrán
Gráfica 90. Valores de la profundidad de excavación del Colector 4 - Red Beltrán
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
4.80
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
73
Gráfica 91. Valores de la velocidad de diseño del Colector 4 - Red Beltrán
Gráfica 92. Valores de la relación de llenado del Colector 4 - Red Beltrán
Gráfica 93. Valores del esfuerzo cortante del Colector 4 - Red Beltrán
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
3.75
4.50
5.25
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
18.00
21.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
74
Teniendo los resultados de todos los colectores es posible calcular los costos con las ecuaciones
correspondientes de toda la red.
Tabla 28. Costos de la red Beltrán con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 1,186,927 $ 938,903
79.10
Moeini (IRR) $ 192,058 $ 167,055
86.98
Salcedo (COP) $ 442,607,864 $ 387,267,220
87.50
Peinado (COP) $ 405,572,331 $ 361,190,057
89.06
4.10 Red Soacha
Esta es una red pluvial de 8 colectores con descargas independientes. Fue diseñada con la ecuación
de Manning (n=0.011), en totalidad la red se compone de 77 tuberías y 84 nodos incluyendo las 8
descargas
Ilustración 13. Topología de la red Soacha
Para realizar la optimización de la red y las debidas verificaciones es necesario individualizar los
colectores que conforman la red, además se toman la misma lista de diámetros disponible para el
diseño inicial del proyecto.
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
75
Gráfica 94. Diámetros internos de diseño inicial red Soacha
4.10.1 Colector 1 – Red Soacha
Este colector está compuesto por 5 tuberías y 6 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores en
cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta se evidencio que en este el único que se
encuentra incumpliendo con lo establecido en la normativa que rige al proyecto (RAS 2000) es el de
recubrimiento mínimo.
Gráfica 95. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 1 - Red Soacha
Tabla 29. Costos del Colector 1 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 98,668 $ 86,308
87.47
Moeini (IRR) $ 17,254 $ 15,963
92.52
47
6
1
6
10
1
2
4
Diámetros diseño inicial
1.0668 m
0.9144 m
0.762 m
0.6096 m
0.4572 m
0.4064 m
0.3556 m
0.3048 m
No cumple
40%
cumple
60%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
76
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Salcedo (COP) $ 35,635,562 $ 26,143,295
73.36
Peinado (COP) $ 35,804,614 $ 34,330,022
95.88
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 30. Parámetros hidráulicos del Colector 1- Red Soacha
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
1.00
1.21
1.21
1.21
1.21
max
2.58
1.50
1.50
1.50
1.50
Profundidad de
excavación (m)
min
1.28
1.51
1.51
1.51
1.51
max
2.86
1.80
1.80
1.80
1.80
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.97
0.95
0.95
0.95
0.95
max
1.52
1.36
1.36
1.36
1.36
Relación de
llenado (%)
min
11%
23%
23%
23%
23%
max
66%
79%
79%
79%
79%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
4.28
3.03
3.03
3.03
3.03
max
7.30
5.76
5.76
5.76
5.76
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
77
Gráfica 96. Valores del recubrimiento del Colector 1 - Red Soacha
Gráfica 97. Valores de la profundidad de excavación del Colector 1 - Red Soacha
Gráfica 98. Valores de la velocidad de diseño del Colector 1 - Red Soacha
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
0.00
0.38
0.75
1.13
1.50
1.88
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
78
Gráfica 99. Valores de la relación de llenado del Colector 1 - Red Soacha
Gráfica 100. Valores del esfuerzo cortante del Colector 1 - Red Soacha
4.10.2 Colector 2 – Red Soacha
Este colector está compuesto por 3 tuberías y 4 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores en
cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta se evidencio que en este el único que se
encuentra incumpliendo con lo establecido en la normativa que rige al proyecto (RAS 2000) es el de
recubrimiento mínimo.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.50
3.00
4.50
6.00
7.50
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
79
Gráfica 101. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 2 - Red Soacha
Tabla 31. Costos del Colector 2 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 68,448 $ 62,389
91.15
Moeini (IRR) $ 12,697 $ 12,364
97.38
Salcedo (COP) $ 28,054,674 $ 27,705,445
98.76
Peinado (COP) $ 24,957,653 $ 23,825,829
95.47
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 32. Parámetros hidráulicos del Colector 2- Red Soacha
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
1.00
1.21
1.21
1.21
1.21
max
2.85
1.79
1.79
1.80
1.79
Profundidad de
excavación (m)
min
1.28
1.51
1.51
1.51
1.51
max
3.13
2.09
2.09
2.10
2.09
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.93
0.97
0.97
0.97
0.97
max
1.34
1.16
1.16
1.16
1.16
Relación de
llenado (%)
min
20%
30%
30%
30%
30%
max
77%
66%
66%
66%
66%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
3.62
3.01
3.01
3.01
3.01
max
6.68
3.58
3.58
3.58
3.58
No cumple
17%
Cumple
83%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
80
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 102. Valores del recubrimiento del Colector 2 - Red Soacha
Gráfica 103. Valores de la profundidad de excavación del Colector 2 - Red Soacha
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
81
Gráfica 104. Valores de la velocidad de diseño del Colector 2 - Red Soacha
Gráfica 105. Valores de la relación de llenado del Colector 2 - Red Soacha
Gráfica 106. Valores del esfuerzo cortante del Colector 2 - Red Soacha
0.00
0.38
0.75
1.13
1.50
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
82
4.10.3 Colector 3 – Red Soacha
Este colector está compuesto por 5 tuberías y 6 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores en
cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta se evidencio que en este el único que se
encuentra incumpliendo con lo establecido en la normativa que rige al proyecto (RAS 2000) es el de
recubrimiento mínimo.
Gráfica 107. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 3 - Red Soacha
Tabla 33. Costos del Colector 3 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 111,154 $ 88,843
79.93
Moeini (IRR) $ 20,017 $ 16,944
84.65
Salcedo (COP) $ 45,492,642 $ 33,351,002
73.31
Peinado (COP) $ 39,350,637 $ 35,780,021
90.93
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 34. Parámetros hidráulicos del Colector 3- Red Soacha
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
1.00
1.21
1.21
1.21
1.21
max
2.97
2.07
2.07
2.15
2.07
min
1.28
1.51
1.51
1.51
1.51
No cumple
20%
cumple
80%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
83
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Profundidad de
excavación (m) max
3.25
2.37
2.37
2.45
2.37
Velocidad de
diseño (m/s)
min
1.28
1.04
1.04
1.04
1.04
max
1.87
2.48
2.48
2.30
2.48
Relación de
llenado (%)
min
2%
9%
9%
10%
9%
max
71%
85%
85%
85%
85%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
6.21
3.02
3.02
3.02
3.02
max
19.01
27.82
27.82
23.47
27.82
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 108. Valores del recubrimiento del Colector 3 - Red Soacha
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
84
Gráfica 109. Valores de la profundidad de excavación del Colector 3 - Red Soacha
Gráfica 110. Valores de la velocidad de diseño del Colector 3 - Red Soacha
Gráfica 111. Valores de la relación de llenado del Colector 3 - Red Soacha
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
85
Gráfica 112. Valores del esfuerzo cortante del Colector 3 - Red Soacha
4.10.4 Colector 4 – Red Soacha
Este colector está compuesto por 9 tuberías y 10 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores
en cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta se evidencio que en este el único que se
encuentra incumpliendo con lo establecido en la normativa que rige al proyecto (RAS 2000) es el de
recubrimiento mínimo.
Gráfica 113. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 4 - Red Soacha
Tabla 35. Costos del Colector 4 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 219,281 $ 193,182
88.10
Moeini (IRR) $ 39,587 $ 37,904
95.75
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
18.00
21.00
24.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
No cumple
11%
Cumple
89%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
86
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Salcedo (COP) $ 80,843,170 $ 85,583,334
105.86
Peinado (COP) $ 72,609,744 $ 69,019,408
95.06
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 36. Parámetros hidráulicos del Colector 4- Red Soacha
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
1.00
1.21
1.21
1.21
1.21
max
2.96
2.58
2.23
2.23
2.58
Profundidad de
excavación (m)
min
1.28
1.51
1.51
1.51
1.51
max
3.29
2.88
2.59
2.59
2.88
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.92
0.93
0.93
0.93
0.93
max
2.41
2.96
2.96
2.61
2.96
Relación de
llenado (%)
min
5%
13%
13%
14%
13%
max
100%
84%
86%
86%
84%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
3.33
3.01
3.01
3.01
3.01
max
28.91
35.98
35.98
27.20
35.98
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
87
Gráfica 114. Valores del recubrimiento del Colector 4 - Red Soacha
Gráfica 115. Valores de la profundidad de excavación del Colector 4 - Red Soacha
Gráfica 116. Valores de la velocidad de diseño del Colector 4 - Red Soacha
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
88
Gráfica 117. Valores de la relación de llenado del Colector 4 - Red Soacha
Gráfica 118. Valores del esfuerzo cortante del Colector 4 - Red Soacha
4.10.5 Colector 5 – Red Soacha
Este colector está compuesto por 4 tuberías y 5 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores en
cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta se evidencio que en este el único que se
encuentra incumpliendo con lo establecido en la normativa que rige al proyecto (RAS 2000) es el de
recubrimiento mínimo.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
18.00
21.00
24.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
89
Gráfica 119. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 5 - Red Soacha
Tabla 37. Costos del Colector 5 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 118,962 $ 109,404
91.97
Moeini (IRR) $ 23,575 $ 23,362
99.10
Salcedo (COP) $ 53,467,517 $ 51,607,177
96.52
Peinado (COP) $ 38,622,734 $ 37,504,752
97.11
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 38. Parámetros hidráulicos del Colector 5 - Red Soacha
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
1.00
1.21
1.21
1.21
1.21
max
3.47
2.86
2.86
3.00
2.86
Profundidad de
excavación (m)
min
1.28
1.51
1.51
1.51
1.51
max
3.75
3.16
3.16
3.30
3.16
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.82
0.88
0.88
0.95
0.88
max
1.33
1.18
1.18
1.18
1.18
Relación de
llenado (%)
min
6%
15%
15%
15%
15%
max
97%
86%
86%
86%
86%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
3.31
3.00
3.00
3.02
3.00
max
4.62
3.65
3.65
3.65
3.65
No cumple
12%
Cumple
88%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
90
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 120. Valores del recubrimiento del Colector 5 - Red Soacha
Gráfica 121. Valores de la profundidad de excavación del Colector 5 - Red Soacha
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
91
Gráfica 122. Valores de la velocidad de diseño del Colector 5 - Red Soacha
Gráfica 123. Valores de la relación de llenado del Colector 5 - Red Soacha
Gráfica 124. Valores del esfuerzo cortante del Colector 5 - Red Soacha
0.00
0.38
0.75
1.13
1.50
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.50
3.00
4.50
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
92
4.10.6 Colector 6 – Red Soacha
Este colector está compuesto por 6 tuberías y 7 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores en
cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta se evidencio que en este el único que se
encuentra incumpliendo con lo establecido en la normativa que rige al proyecto (RAS 2000) es el de
recubrimiento mínimo.
Gráfica 125. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 6 - Red Soacha
Tabla 39. Costos del Colector 6 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 113,119 $ 101,654
89.86
Moeini (IRR) $ 21,469 $ 20,663
96.25
Salcedo (COP) $ 50,984,638 $ 47,861,190
93.87
Peinado (COP) $ 42,388,829 $ 40,717,496
96.06
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 40. Parámetros hidráulicos del Colector 6 - Red Soacha
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
1.00
1.21
1.21
1.21
1.21
max
3.55
2.82
2.82
2.82
2.82
Profundidad de
excavación (m)
min
1.28
1.51
1.51
1.51
1.51
max
3.83
3.12
3.12
3.12
3.12
No cumple
25%
cumple
75%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
93
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.97
1.04
1.04
1.04
1.04
max
1.88
1.70
1.70
1.70
1.70
Relación de
llenado (%)
min
19%
32%
32%
32%
32%
max
97%
86%
86%
86%
86%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
3.11
3.20
3.20
3.20
3.20
max
9.32
7.59
7.59
7.59
7.59
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 126. Valores del recubrimiento del Colector 6 - Red Soacha
Gráfica 127. Valores de la profundidad de excavación del Colector 6 - Red Soacha
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
94
Gráfica 128. Valores de la relación de llenado del Colector 6 - Red Soacha
Gráfica 129. Valores del esfuerzo cortante del Colector 6 - Red Soacha
4.10.7 Colector 7 – Red Soacha
Este colector está compuesto por 12 tuberías y 13 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores
en cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta se evidencio que en este el único que se
encuentra incumpliendo con lo establecido en la normativa que rige al proyecto (RAS 2000) es el de
recubrimiento mínimo.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.50
3.00
4.50
6.00
7.50
9.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
95
Gráfica 130. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 7 - Red Soacha
Tabla 41. Costos del Colector 7 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 321,986 $ 264,452
82.13
Moeini (IRR) $ 55,552 $ 50,455
90.82
Salcedo (COP) $ 128,650,384 $ 105,760,169
82.21
Peinado (COP) $ 109,717,052 $ 96,581,259
88.03
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 42. Parámetros hidráulicos del Colector 7 - Red Soacha
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
1.00
1.21
1.21
1.21
1.21
max
3.63
3.25
3.25
3.25
4.35
Profundidad de
excavación (m)
min
1.28
1.51
1.51
1.51
1.51
max
4.04
3.61
3.61
3.61
4.65
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.89
0.87
0.87
0.87
0.87
max
2.73
3.09
3.09
2.96
3.09
Relación de
llenado (%)
min
4%
14%
14%
14%
14%
max
98%
85%
85%
85%
86%
Esfuerzo Cortante
(Pa)
min
3.23
3.03
3.03
3.03
3.03
max
32.37
31.42
31.42
28.63
31.42
No cumple
8%
cumple
92%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
96
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 131. Valores del recubrimiento del Colector 7 - Red Soacha
Gráfica 132. Valores de la profundidad de excavación del Colector 7 - Red Soacha
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
4.80
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
5.50
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
97
Gráfica 133. Valores de la velocidad de diseño del Colector 7 - Red Soacha
Gráfica 134. Valores de la relación de llenado del Colector 7 - Red Soacha
Gráfica 135. Valores del esfuerzo cortante del Colector 7 - Red Soacha
0.00
0.38
0.75
1.13
1.50
1.88
2.25
2.63
3.00
3.38
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
98
4.10.8 Colector 8 – Red Soacha
Este colector está compuesto por 33 tuberías y 34 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores
en cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta se evidencio que se encuentra
incumpliendo con lo establecido en la normativa que rige al proyecto (RAS 2000) el recubrimiento
mínimo y la profundidad de excavación máxima.
Gráfica 136. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 8 - Red Soacha
Gráfica 137. Profundidad de excavación de diseño inicial según el límite mínimo. Colector 8 - Red Soacha
Tabla 43. Costos del Colector 8 - Red Soacha con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 1,734,466 $ 1,172,740
67.61
Moeini (IRR) $ 328,247 $ 228,175
69.51
No cumple
24%
Cumple
76%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
No cumple
3%
Cumple
97%
Profundidad de excavación según el límite
máximo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
99
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Salcedo (COP) $ 751,471,593 $ 503,527,530
67.01
Peinado (COP) $ 645,052,572 $ 451,801,251
70.04
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 44. Parámetros hidráulicos del Colector 8 - Red Soacha
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.85
1.20
1.20
1.20
1.20
max
6.87
4.04
4.00
4.00
4.00
Profundidad de
excavación (m)
min
1.13
1.51
1.51
1.51
1.51
max
7.46
4.80
4.91
4.91
4.91
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.87
0.97
0.97
0.97
0.97
max
5.06
8.04
8.04
8.01
8.04
Relación de
llenado (%)
min
3%
12%
12%
12%
12%
max
99%
86%
86%
86%
86%
Esfuerzo Cortante
(Pa)
min
3.00
3.01
3.01
3.01
3.01
max
75.36
161.25 161.25 160.64 157.96
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
100
Gráfica 138Valores del recubrimiento del Colector 8 - Red Soacha
Gráfica 139. Valores de la profundidad de excavación del Colector 8 - Red Soacha
Gráfica 140. Valores de la velocidad de diseño del Colector 8 - Red Soacha
0.00
1.20
2.40
3.60
4.80
6.00
7.20
8.40
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
3.75
4.50
5.25
6.00
6.75
7.50
8.25
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
101
Gráfica 141. Valores de la relación de llenado del Colector 8 - Red Soacha
Gráfica 142. Valores del esfuerzo cortante del Colector 8 - Red Soacha
Teniendo los resultados de todos los colectores es posible calcular los costos con las ecuaciones
correspondientes de toda la red.
Tabla 45. Costos de la red Soacha con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 2,786,084 $ 2,078,972
74.62
Moeini (IRR) $ 518,398 $ 405,830
78.29
Salcedo (COP) $ 1,174,600,180 $ 881,539,142
75.05
Peinado (COP) $ 1,008,503,834 $ 789,560,036
78.29
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
18.00
21.00
24.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
102
4.11 Red Guáimaro
Esta es una red diseñada para suplir la necesidad de alcantarillado sanitario del municipio de
Guáimaro en el departamento del Magdalena. Está formada por 178 tuberías y 114 nodos
incluyendo la descarga, la ecuación hidráulica utilizada para el diseño fue Manning (n= 0.011).
Ilustración 14. Topología de la red Guáimaro
En las siguientes graficas se puede apreciar los parámetros hidráulicos en los cuales no se cumplen
algunas restricciones de diseño, pues luego de hacer las respectivas verificaciones en las memorias
de cálculo del diseño inicial viabilizado pudo constatarse que el valor del recubrimiento de
excavación se encuentra bajo el límite mínimo permisible.
Gráfica 143. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red Guáimaro
No cumple
19%
cumple
81%
Recubrimiento de excavación promedio según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
103
Para el diseño optimizado de la red se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
Gráfica 144. Diámetros internos de diseño inicial red Guáimaro
Tabla 46. Costos de la red Guáimaro con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 4,790,920 $ 4,417,234
92.20
Moeini (IRR) $ 1,071,594 $ 1,056,832
98.62
Salcedo (COP) $ 1,710,890,195 $ 1,671,274,219
97.68
Peinado (COP) $ 1,133,602,366 $ 1,119,627,933
98.77
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 47. Parámetros hidráulicos de la red Guáimaro
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.82
1.21
1.21
1.21
1.21
max
4.01
4.24
3.52
3.77
4.24
Profundidad de
excavación (m)
min
1.00
1.39
1.39
1.39
1.39
max
4.24
4.42
3.75
3.95
4.42
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.45
0.48
0.48
0.48
0.48
max
1.03
1.43
0.96
1.43
1.43
172
6
Diámetros de diseño inicial
227 mm
182 mm
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
104
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Relación de
llenado (%)
min
15%
11%
11%
11%
11%
max
79%
84%
84%
84%
84%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
1.20
1.00
1.00
1.00
1.00
max
5.18
6.34
4.66
6.34
6.34
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 145. Valores del recubrimiento de la red Guáimaro
Gráfica 146. Valores de la profundidad de excavación de la red Guáimaro
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
4.80
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
105
Gráfica 147. Valores de la velocidad de diseño de la red Guáimaro
Gráfica 148. Valores de la relación de llenado de la red Guáimaro
Gráfica 149. Valores del esfuerzo cortante de la red Guáimaro
0.00
0.23
0.45
0.68
0.90
1.13
1.35
1.58
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
12%
24%
37%
49%
61%
73%
85%
98%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
106
4.12 Red Concordia
Esta red está compuesta por dos sectores (norte y sur), en su totalidad cuenta con 231 tuberías y
171 nodos, incluyendo las dos descargas. Fue diseñada con la ecuación de Manning (n= 0.01) para
conformar el alcantarillado sanitario del municipio de Concordia, Magdalena.
Ilustración 15. Topología de la red Concordia
Para realizar la optimización de la red y las debidas verificaciones es necesario individualizar los
sectores que la conforman debido a que cada uno tiene su descarga independiente. Dicha
optimización se realiza con base a la misma lista de diámetros utilizadas en el proyecto inicial.
Gráfica 150. Diámetros internos de diseño inicial red Concordia
205
21
1
4
Diámetros de diseño inicial
362 mm
284 mm
227 mm
182 mm
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
107
4.12.1 Sector norte – Red Concordia
Este sector está compuesto por 90 tuberías y 68 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores
en cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta como restricciones de diseño, se evidencio
que en este sector el recubrimiento y esfuerzo cortante se encuentran por debajo del valor mínimo
permitido.
Gráfica 151. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Sector norte - Red
Concordia
Gráfica 152. Esfuerzo cortante de diseño inicial según el límite mínimo. Sector norte - Red Concordia
Tabla 48. Costos del Sector norte - Red Concordia con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 2,152,762 $ 2,006,178
93.19
No cumple
70%
Cumple
30%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
No cumple
1%
Cumple
99%
Esfuerzo cortante según el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
108
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Moeini (IRR) $ 484,945 $ 457,069
94.25
Salcedo (COP) $ 848,698,522 $ 612,976,968
72.23
Peinado (COP) $ 556,320,718 $ 552,631,717
99.34
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 49. Parámetros hidráulicos del Sector norte - Red Concordia
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.82
1.21
1.21
1.21
1.21
max
4.58
3.89
3.89
3.89
3.89
Profundidad de
excavación (m)
min
1.00
1.39
1.39
1.39
1.39
max
4.76
4.07
4.07
4.07
4.07
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.45
0.52
0.52
0.52
0.52
max
1.78
1.98
1.98
1.92
1.98
Relación de
llenado (%)
min
8%
7%
7%
7%
7%
max
76%
85%
70%
85%
85%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
0.99
1.00
1.00
1.00
1.00
max
24.06
19.33
19.33
18.07
19.33
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
109
Gráfica 153. Valores del recubrimiento del Sector norte - Red Concordia
Gráfica 154. Valores de la profundidad de excavación del Sector norte - Red Concordia
Gráfica 155. Valores de la velocidad de diseño del Sector norte - Red Concordia
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
4.20
4.80
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
5.50
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
0.00
0.23
0.45
0.68
0.90
1.13
1.35
1.58
1.80
2.03
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
110
Gráfica 156. Valores de la relación de llenado del Sector norte - Red Concordia
Gráfica 157. Valores del esfuerzo cortante del Sector norte - Red Concordia
4.12.2 Sector sur – Red Concordia
Este sector está compuesto por 141 tuberías y 103 nodos. Haciendo las verificaciones de los valores
en cuanto a los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta como restricciones de diseño, se evidencio
que en este sector el recubrimiento, esfuerzo cortante y velocidad de diseño se encuentran por
debajo del valor mínimo permitido.
0%
12%
24%
37%
49%
61%
73%
85%
98%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
111
Gráfica 158. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Sector sur - Red
Concordia
Gráfica 159. Esfuerzo cortante de diseño inicial según el límite mínimo. Sector sur - Red Concordia
No cumple
79%
Cumple
21%
Recubrimiento promedio de excavación según
el límite mínimo
No cumple
3%
Cumple
97%
Esfuerzo cortante según el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
112
Gráfica 160. Esfuerzo cortante de diseño inicial según el límite mínimo. Sector sur - Red Concordia
Tabla 50. Costos del Sector sur - Red Concordia con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 2,851,873 $ 2,838,897
99.54
Moeini (IRR) $ 560,389 $ 632,410
112.85
Salcedo (COP) $ 915,070,774 $ 865,557,116
94.59
Peinado (COP) $ 778,781,271 $ 798,950,442
102.59
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos del colector que
se consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 51. Parámetros hidráulicos del Sector sur - Red Concordia
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.62
1.20
1.20
1.20
1.21
max
2.82
3.12
3.12
3.17
3.27
Profundidad de
excavación (m)
min
0.80
1.39
1.39
1.39
1.39
max
3.07
3.30
3.30
3.35
3.50
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.44
0.52
0.52
0.52
0.52
max
1.78
2.01
2.01
1.95
2.01
Relación de
llenado (%)
min
8%
7%
7%
7%
7%
max
71%
85%
85%
85%
85%
Esfuerzo Cortante
(Pa)
min
0.78
1.00
1.00
1.00
1.00
max
24.00
19.82
19.82
18.75
19.82
No cumple
1%
Cumple
99%
velocidad de diseño según el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
113
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 161. Valores del recubrimiento del Sector sur - Red Concordia
Gráfica 162. Valores de la profundidad de excavación del Sector sur - Red Concordia
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
114
Gráfica 163. Valores de la velocidad de diseño del Sector sur - Red Concordia
Gráfica 164Valores de la relación de llenado del Sector sur - Red Concordia
Gráfica 165. Valores del esfuerzo cortante del Sector sur - Red Concordia
0.00
0.45
0.90
1.35
1.80
2.25
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
12%
24%
37%
49%
61%
73%
85%
98%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
115
4.13 Red Caracolí
Esta red hace parte del sistema de alcantarillado sanitario del municipio de Caracolí en el
departamento de Antioquía. Fue diseñada con la ecuación hidráulica de Manning (n= 0.011). Está
formada por 19 tuberías y 20 nodos incluyendo la descarga.
Ilustración 16. Topología de la red Caracolí
En las siguientes graficas se puede apreciar los parámetros hidráulicos en los cuales no se cumplen
algunas restricciones de diseño, pues luego de hacer las respectivas verificaciones en las memorias
de cálculo del diseño inicial viabilizado pudo constatarse que el valor del recubrimiento de
excavación se encuentra bajo el límite mínimo permisible.
Gráfica 166. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red Caracolí
No cumple
32%
Cumple
68%
Recubrimiento de excavación promedio según
el límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
116
Para el diseño optimizado de la red se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial, en este caso todas las tuberías son de 182 mm, y se evalúan las ecuaciones de costo con las
restricciones de diseño establecidas por la normativa bajo la cual se diseñó.
Tabla 52. Costos de la red Caracolí con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
Inicial
Optimizado
Maurer (USD) $ 216,854 $ 200,680
92.54
Moeini (IRR) $ 47,150 $ 46,535
98.70
Salcedo (COP) $ 100,249,004 $ 78,422,919
78.23
Peinado (COP) $ 81,640,989 $ 82,673,987
101.27
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente.
Tabla 53. Parámetros hidráulicos de la red Caracolí
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.64
1.21
1.21
1.21
1.21
max
2.98
2.27
2.27
2.43
2.27
Profundidad de
excavación (m)
min
0.45
1.39
1.39
1.39
1.39
max
2.79
2.45
2.45
2.61
2.45
Velocidad de
diseño (m/s)
min
0.48
0.52
0.52
0.52
0.52
max
2.01
2.19
2.19
2.10
2.19
Relación de
llenado (%)
min
1%
6%
6%
6%
6%
max
6%
17%
17%
17%
17%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
1.15
1.00
1.00
1.00
1.00
max
23.63
24.17
24.17
22.01
24.17
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
117
Gráfica 167. Valores del recubrimiento de la red Caracolí
Gráfica 168. Valores de la profundidad de excavación de la red Caracolí
Gráfica 169. Valores de la velocidad de diseño de la red Caracolí
0.00
0.60
1.20
1.80
2.40
3.00
3.60
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
0.00
0.45
0.90
1.35
1.80
2.25
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
118
Gráfica 170. Valores de la relación de llenado de la red Caracolí
Gráfica 171. Valores del esfuerzo cortante de la red Caracolí
4.14 Red La Junta
Esta red fue diseñada con la ecuación hidráulica de Manning (n=0.01) para recolectar y transportar
las aguas residuales de La Junta en el departamento de La Guajira. Cuenta con 114 tuberías y 105
nodos incluyendo la descarga.
0%
12%
24%
37%
49%
61%
73%
85%
98%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
119
Ilustración 17. Topología de la red La Junta
En las siguientes graficas se puede apreciar los parámetros hidráulicos en los cuales no se cumplen
algunas restricciones de diseño, pues luego de hacer las respectivas verificaciones en las memorias
de cálculo del diseño inicial viabilizado pudo constatarse que el valor del recubrimiento de
excavación se encuentra bajo el límite mínimo permisible y por otra parte la profundidad de
excavación y la relación de llenado superan el límite máximo de la restricción.
Gráfica 172. Recubrimiento de excavación promedio de diseño inicial según el límite mínimo. Red La Junta
No cumple
48%
Cumple
52%
recubrimiento promedio de excavación según el
límite mínimo
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
120
Gráfica 173. Profundidad de excavación promedio de diseño inicial según el límite máximo. Red La Junta
Gráfica 174. Relación de llenado de diseño inicial según el límite máximo. Red La Junta
Para el diseño optimizado de la red se toma la misma lista de diámetros disponible para el diseño
inicial y se evalúan las ecuaciones de costo con las restricciones de diseño establecidas por la
normativa bajo la cual se diseñó.
No cumple
4%
Cumple
96%
Profundidad de excavación promedio según el
límite máximo
No cumple
5%
Cumple
95%
Relación de llenado según el límite máximo
Universidad de los Andes
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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121
Gráfica 175. Diámetros internos de diseño inicial red La Junta
Tabla 54. Costos de la red La Junta con las diferentes ecuaciones
Ecuación
Costo
% con
respecto al
diseño inicial
inicial
optimizado
Maurer (USD) $ 4,346,979 $ 3,806,754
87.57
Moeini (IRR)
$ 842,393 $ 794,079
94.26
Salcedo (COP) $ 1,589,792,271 $ 1,016,977,680
63.97
Peinado (COP) $ 1,144,871,368 $ 1,078,937,833
94.24
En la siguiente tabla se encuentra la información sobre los parámetros hidráulicos de la red que se
consideraron como restricciones al momento del proceso de optimización, y cuyos valores
permisibles depende de la normativa bajo la cual se diseñó la red inicialmente. El esfuerzo cortante,
a pesar de que la norma toma como valor mínimo 1 Pa, el proyecto en su documento recomendaba
1.2 Pa y sobre este último valor fue que se realizó la optimización.
Cabe resaltar que estableciendo como profundidad de excavación máxima permitida 5 m, que es lo
que establece la normativa, no se logró obtener una solución por lo que se amplió este límite hasta
obtener una solución en el diseño hidráulico de la red.
Tabla 55. Parámetros hidráulicos de la red La Junta
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Recubrimiento
(m)
min
0.24
1.20
1.21
1.22
1.20
max
7.26
6.97
6.97
7.37
6.91
Profundidad de
excavación (m)
min
0.43
1.39
1.39
1.40
1.39
max
7.62
7.30
7.3
7.70
7.24
min
0.49
0.57
0.57
0.60
0.57
76
11
12
15
Diámetros de diseño inicial
362 mm
284 mm
227 mm
182 mm
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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122
Parámetros
hidráulicos
Rango D. Inicial
D. Optimizado
Maurer Moeini Salcedo Peinado
Velocidad de
diseño (m/s)
max
2.60
3.04
3.00
3.04
3.04
Relación de
llenado (%)
min
2%
10%
10%
10%
10%
max
99%
85%
85%
85%
85%
Esfuerzo
Cortante (Pa)
min
1.20
1.20
1.20
1.27
1.20
max
27.06
24.52
23.98
24.52
24.52
En las siguientes graficas se puede evidenciar claramente los valores de la tabla anterior. La línea
punteada señala los límites permisibles, máximos o mínimos dependiendo del parámetro hidráulico.
Representa límites mínimos en: Recubrimiento, velocidad de diseño y esfuerzo cortante. Mientras
que indica el límite máximo en: Profundidad de excavación y relación de llenado.
Gráfica 176. Valores del recubrimiento de la red La Junta
Gráfica 177. Valores de la profundidad de excavación de la red La Junta
0.00
1.20
2.40
3.60
4.80
6.00
7.20
8.40
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Recubrimiento (m)
min
max
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Profundidad de excavación (m)
min
max
Universidad de los Andes
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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
123
Gráfica 178. Valores de la velocidad de diseño de la red La Junta
Gráfica 179. Valores de la relación de llenado de la red La Junta
Gráfica 180. Valores del esfuerzo cortante de la red La Junta
0.00
0.45
0.90
1.35
1.80
2.25
2.70
3.15
3.60
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Velocidad de diseño (m/s)
min
max
0%
12%
24%
37%
49%
61%
73%
85%
98%
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Relación de llenado
min
max
0.00
1.20
2.40
3.60
4.80
6.00
7.20
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
D. Inicial
D. Optimizado
Esfuerzo cortante (Pa)
min
max
Universidad de los Andes
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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
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viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
124
4.15 Resumen de resultados
En las siguientes graficas se puede ver el comportamiento de los costos de las redes (iniciales y los
arrojados por UTOPIA) con las diferentes ecuaciones.
Gráfica 181. Costo de las redes de acuerdo a la ecuación de Maurer (2010).
Gráfica 182. Costo de las redes de acuerdo a la ecuación de Moeini (2012).
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
Millon
es
d
e USD
Costos con ecuación Maurer
Diseño inicial
Diseño optimizado
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Mi
llon
es
d
e IRR
Costos con ecuación Moeini
Diseño inicial
Diseño optimizado
Universidad de los Andes
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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125
Gráfica 183. Costo de las redes de acuerdo a la ecuación de Salcedo (2012).
Gráfica 184. Costo de las redes de acuerdo a la ecuación de Peinado (2016).
Como se evidencia en las anteriores gráficas, en algunas de las redes analizadas se logran
importantes cambios en cuanto al costo. Cada escenario de optimización está controlado por la
ecuación de costo que se utiliza en el diseño, los cuales involucran características particulares
dependiendo de la naturaleza de la ecuación de costo y lo que esta involucre. Por esta razón resulta
interesante ver la variabilidad de los parámetros hidráulicos tenidos en cuenta en este trabajo en
cada uno de estos escenarios, de manera que se pueda realizar una comparación entre los diseños
logrados y los iniciales, es decir, los viabilizados.
0.0
1000.0
2000.0
3000.0
4000.0
5000.0
6000.0
Mi
llon
es
d
e COP
Costos con ecuación Salcedo
Diseño inicial
Diseño optimizado
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
3500.0
4000.0
Mi
llon
es
d
e COP
Costos con ecuación Peinado
Diseño inicial
Diseño optimizado
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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126
5 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Conforme a los resultado se observa que se calcularon ocho costos con valores diferentes por cada
red. Esto como resultado de evaluar las cuatro ecuaciones (Maurer, Moeini, Salcedo y Peinado) en
los diseños iniciales, bajo las condiciones con las que los proyectos fueron presentados y radicados
ante el mecanismo de viabilización de proyectos del Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio –
MVCT, y los resultados de las mismas cuatro ecuaciones de costos pero con las condiciones
arrojadas por UTOPIA.
Inicialmente es necesario establecer que los resultados no arrojan las redes analizadas de manera
que cumplan un 100% los parámetros hidráulicos establecidos por la norma, específicamente con
la profundidad máxima de excavación. Esto se presentó en el caso de la red sanitaria La Junta y en
la red pluvial Colector 2 – Red Beltrán. Esto se le atribuye a las características propias del terreno
donde se construye el proyecto, el cual debido a su topografía, no ofrece condiciones para que la
profundidad de excavación se encuentre dentro de los límites permisibles. En estos casos el límite
máximo del rango se fue ampliando gradualmente hasta que UTOPIA lograra un resultado en el
diseño hidráulico de la red.
Cabe resaltar la profundidad de excavación es un parámetro fundamental al momento de calcular
el costo de la red en todas las ecuaciones que se utilizaron en este trabajo, y el hecho de que se
profundizara más no implicó necesariamente que aumentara el costo. Esto se evidencia claramente
en los resultados obtenidos con la red sanitaria La Junta. En este caso la profundidad máxima de
excavación de la red es 1.52 veces mayor que la permitida por el RAS y con UTOPIA alcanzo a ser
1.54 veces mayor (solución arrojada con la ecuación de Salcedo), pero a pesar de esto se logró una
reducción del costo hasta del 36% en comparación con el diseño inicial. Esto producto a la
optimización de los diámetros de tuberías utilizados, pues en muchos casos el diseño hidráulico
arrojado por UTOPIA consideraba innecesario la tubería con mayor diámetro disponible, reduciendo
así el costo de los tramos.
En cuanto a los demás parámetros hidráulicos, se encontró como constante en todos los proyectos
analizados que el recubrimiento mínimo de las tuberías no está siendo respetado, llegando a valores
por debajo de la mitad de lo establecido por la normativa colombiana, lo que afecta la seguridad de
las tuberías y de la comunidad alrededor. Esta observación da pie para el cuestionamiento sobre la
adaptabilidad que tiene esta restricción, pues aunque es claro el objetivo de establecer una
profundidad mínima sobre la cota clave de las tuberías con respecto a la cota rasante, parece no ser
lo más apropiado para las diferentes topografías y tipologías de red que se instalan en el territorio
colombiano.
Por otro lado, la velocidad que se establece como máxima no fue un problema en las redes que se
analizaron (todas con materiales plásticos), pues siempre los valores se encontraban bastante por
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
María Andrea Mendoza Orduz
Tesis II
127
debajo del límite máximo. Por lo anterior se puede afirmar que los problemas ocasionados por altas
velocidades en los tramos están bajo control. El esfuerzo cortante mostró ser un parámetro de alta
importancia y bastante sensible al momento de realizar el diseño hidráulico de la red y que es
respetado casi en la totalidad de las redes analizadas de la misma manera que lo es la velocidad de
diseño.
Cada ecuación de costo representó un escenario de optimización diferente, a pesar de que el rango
de valores de cada parámetro hidráulico tenido en cuenta no variara significativamente entre
escenarios, los porcentajes de reducción y/o aumento de costo sí lo hacían. La disminución del valor
del costo se considera como un ahorro que se hubiese podido realizar si las metodologías de
optimización hubiesen sido implementadas en vez del método tradicional de diseño. Entonces, se
procedió a calcular el ahorro total que hubiese representado sumando los costos iniciales y los
arrojados por UTOPIA para cada una de las redes.
Tabla 56. Total ahorro logrado con las diferentes ecuaciones de costo
Ahorro
Maurer (USD)
Moeini (IRR)
Salcedo (COP)
Peinado (COP)
$ 1,969,917 $ 463,438 $ 2,957,881,390 $ 741,611,355
Gráfica 185. Valor porcentual de la diferencia de costo de las redes
En la anterior gráfica es evidente que no todas las redes disminuyeron el costo luego del proceso de
optimización (valores negativos). Esto debido a que inicialmente no contaban con las características
necesarias en sus parámetros de diseño y ajustar esto a lo establecido por la normativa significaba
en muchos casos aumentar el costo.
-60
-40
-20
0
20
40
60
%
d
el
c
o
sto
c
o
n
re
sp
ec
to
al d
is
eñ
o
in
ic
ial
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
128
El cambio porcentual de los costos de las redes se analizó en relación con características como la
población servida, caudal en la descarga y el número de tuberías de la red.
Gráfica 186. Relación entre variación porcentual de costos per cápita y # de habitantes.
Gráfica 187. Relación entre variación porcentual de costos por unidad de caudal y caudal de descarga
No se observa que haya una relación clara entre la variación porcentual de los costos de las redes y
el caudal y la población, esto es así para todos los escenarios de optimización. Por otro lado se
encontró que la variación porcentual por unidad de tuberías y la cantidad de tuberías total que
conforman las redes.
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Var
iac
ió
n
po
rc
ent
ua
l de
c
o
st
o
s
/ ha
b
Población (hab)
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
-10.00
-8.00
-6.00
-4.00
-2.00
0.00
2.00
4.00
0
20
40
60
80
100
Var
iac
ió
n
po
rc
ent
ua
l de
c
o
st
o
s/(
l/s)
Caudal (l/s)
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
129
Gráfica 188. Relación entre variación porcentual de costos por unidad de tuberías y # de tuberías.
Esta relación nos muestra que si el costo de las redes analizadas se evaluara por la cantidad de
tuberías que tienen las redes, se tiene que entre más tuberías menor impacto en el beneficio
porcentual respecto a la cantidad de inversión representaría para la población.
Cabe resaltar que llevar las redes dentro del rango permitido de los parámetros hidráulicos tenidos
en cuenta en este trabajo tiene una repercusión sobre el costo de esta y que dichas ecuaciones son
el resultado de estimaciones mediante información histórica de precios, es decir, no puede
afirmarse que los precios arrojados representan un valor exacto de la construcción de la red.
Además que cada una fue planteada con particularidades específicas y los diferentes costos
dependen de las condiciones particulares de cada zona, por ejemplo: tipo de suelo, accesibilidad,
disponibilidad de mano de obra, materiales de tubería, etc. Es decir, no puede sobreponerse una
ecuación a otra.
-3.50
-3.00
-2.50
-2.00
-1.50
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
0
50
100
150
200
250
Var
iac
ió
n
po
rc
ent
ua
l de
c
o
st
o
s
/ T
ub
er
ía
# de Tuberías
Maurer
Moeini
Salcedo
Peinado
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
130
6 CONCLUSIONES
• Dadas las características de las redes de alcantarillado sanitario, las cuales predominan en
la base de datos, y las restricciones de diámetro mínimo establecido en la normativa
colombiana, la ecuación propuesta por (Marchionni, Lopes, Mamouros, & Covas, 2014), se
hace inválida pues el rango de diámetros donde puede ser aplicada se encuentra por encima
de los comerciales disponibles y pertinentes para el tipo de redes que se maneja en esta
investigación.
• La ecuación de Moeini resulta mucho más sensible a las condiciones de profundidad en la
que se encuentren las tuberías.
• El criterio de recubrimiento mínimo es comúnmente incumplido por los diseños de la base
de datos.
• Los parámetros hidráulicos que para efectos de esta investigación se llamaron restricciones
hidráulicas, establecidos en el Titulo A del Reglamento de Agua Potable y Saneamiento
Básico – RAS definidos como de obligatorio cumplimiento, no están siendo 100%
garantizados.
• Dadas las características topográficas y demográficas de las zonas donde se construyen
algunas RDUs las condiciones de diseño establecidas por la normativa a los diseñadores
pueden considerarse no apropiadas.
• Teniendo en cuenta que un diseño optimizado representa una solución única, se puede
afirmar el mal uso de la palabra “optimización” en diferentes títulos de los proyectos
consultados.
• Los proyectos predominantes en la recolección de información que se realizó en esta
investigación están fuera de zonas urbanas.
• Debido a la sensibilidad de la ecuación de Moeini y el comportamiento de las redes en
cuanto a restricciones de excavación mínima, la comparación de precios productos de esta
ecuación tienden a resistirse.
• Según la naturaleza y los objetivos de esta investigación, el diseño optimo no implica
siempre ser el de menor costo.
• No se puede seleccionar o establecer preferencia por una ecuación sobre otra debido a su
naturaleza.
• En las redes pluviales se lograba mayor disminución de costos debido a la amplia lista de
diámetros disponibles para realizar las iteraciones que dieran como resultado el diseño
optimizado.
• En muchas redes de alcantarillado pluvial que se analizaron en este trabajo se encontraron
diámetros que podrían haberse omitido en el diseño inicial pues solo una de las tuberías en
toda la red lo poseía.
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Comparación entre diseños de RDUs presentados en el mecanismo de
viabilización de proyectos del MVCT y los diseños optimizados de las
mismas redes
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Tesis II
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• Las ecuaciones de peinado y salcedo a pesar de estar en las mismas unidades de costo no
se comportaron de la misma manera y en las mismas dimensiones debido a las
particularidades en el planteamiento de cada una y además en las salvedades que se
hicieron para ser utilizadas en este trabajo.
• El uso de ecuaciones de costo representa una buena aproximación para estimar la
variabilidad de los costos de construcción de las redes bajo diferentes escenarios, pero esto
no implica que representen el costo real de construcción de las mismas.
• Si el costo de las redes analizadas se evaluara por la cantidad de tuberías que tienen las
redes, se tiene que entre más tuberías menor impacto en el beneficio porcentual respecto
a la cantidad de inversión representaría para la población.
• Inicialmente las redes estudiadas no cumplían con los valores en sus parámetros hidráulicos
de diseño y ajustar esto a lo establecido por la normativa significaba en muchos casos
aumentar el costo.
• El ahorro total logrado con la optimización de los diseños es suficiente para financiar varias
redes como las analizadas en esta investigación. Con base en esto se puede afirmar que de
implementarse el diseño optimizado se podrían liberar recursos para el financiamiento de
nuevos proyectos de RDUs en Colombia.
• No es posible identificar una relación clara entre el porcentaje de reducción de costos y las
características de las redes analizadas tales como población, caudal de descarga.
• Aunque algunas de las redes pluviales poseían diámetros que habilitaban la ecuación de
(Marchionni, Lopes, Mamouros, & Covas, 2014), no se utilizó con el fin de analizar todas las
redes con las mismas ecuaciones, es decir, mantener los mismos escenarios comparativos.
• Aumentar el valor de la restricción mínima del esfuerzo cortante hace que aumente la
profundidad de excavación, incluso hasta tal punto de sobrepasar el valor máximo de
profundidad permitido.
• Es necesario potencializar y reconocer la importancia de la optimización en diseño de RDUs,
esto debido a que tradicionalmente se tienen en cuenta como base de estos la experiencia
de los diseñadores y los criterios permisibles de los parámetros hidráulicos, lo que muchas
veces no es suficiente para obtener buenos diseños que no representen altas inversiones, y
en muchos casos imposibles, para las comunidades.
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7 RECOMENDACIONES
• En el documento de entrada a UTOPIA en la sección de manholes los dos últimos deben
coincidir con el inicio y fin de la tubería conduce a la descarga.
• Para el cálculo de costos de RDUs con las ecuaciones mencionadas en el apartado 2.3 de
este documento, se recomienda utilizar la ecuación propuesta por (Marchionni, Lopes,
Mamouros, & Covas, 2014) para alcantarillados pluviales.
• Realizar una investigación de revisión del estado del arte de las normativas que regulan el
diseño de RDUs en Colombia y alrededor del mundo con el fin de fortalecer lo establecido
por el RAS.
• Estudiar la variación de los costos no solo con las modificaciones en el diseño hidráulico de
las redes si no también con su topología.
• Adaptar los archivos de entrada a UTOPIA de manera que sean compatibles a los formatos
que se manejan tradicionalmente en las memoras de cálculo de diseños de RDUs
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