Diseño de Redes de Drenaje Urbano, Diseños Tradicionales Vs. Futuros

El presente proyecto se concentra en el alcantarillado urbano, específicamente se enfoca en la modelación de uno de sus principales componentes: cámaras de inspección. El trabajo consta de la modelación de estos elementos y de analizar cómo se puede llegar a obtener una segregación de los diferentes métodos de caracterización de pérdida de energía actualmente establecidos en la literatura. Para el desarrollo de este proyecto se utilizó herramientas computacionales como el software desarrollado por la casa Bentley, SewerGerms que ayudan a modelar dos partes de sistemas de alcantarillados actuales ubicados en Medellín (Antioquia) y Girardot (Cundinamarca) y se observó cómo cambia el flujo de acuerdo al método de perdidas menores que se escogió y las características topológicas del sistema.

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

 

Proyecto de Grado Ingeniería Civil 

 

 

Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños 

tradicionales versus diseños futuros 

 
 
 

Presentado por: 

Carlos Iván Rivera González 

 
 
 
 

Asesor: 

Juan Guillermo Saldarriaga Valderrama 

 
 
 

 

 
 
 
 

Universidad de los Andes 

Facultad de Ingeniería 

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Bogotá D.C 

julio de 2013 

 

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                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

II 

 

A Dios principalmente, 

 

A mi madre,hermana y padre que nunca dudaron  

de mi ni de lo que era capaz de hacer.Para ellos  

y para todos los que estuvieron apoyandome 

 incondicionalmente. 

 

Gracias 

 
 
 
 

“Encomiéndate a Dios de todo corazón,  

que muchas veces suele llover sus misericordias  

en el tiempo que están más secas las esperanzas” 

Miguel de Cervantes Saavedra 

  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

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versus diseños futuros” 

 

III 

 

Tabla de Contenidos 

Índice de ilustraciones ...........................................................................................................IV

 

Índice de Tablas ....................................................................................................................IV

 

Índice de Ecuaciones ............................................................................................................IV

 

Índice de Gráficas ...................................................................................................................V

 

1.

  Introducción y Objetivos ................................................................................................ 10 

1.1

 

Introducción

 ....................................................................................................................10 

1.2

 

Objetivos

 .........................................................................................................................11 

1.2.1

 

Objetivo General

 ........................................................................................................11 

1.2.2

 

Objetivos Específicos

 ................................................................................................11 

2.

  Marco teórico ................................................................................................................. 12 

2.1

 

Software para la modelación de alcantarillados

 ........................................................24 

3.

  Metodología para realizar las modelaciones ................................................................ 33 

4.

  Modelaciones en SewerGems de los modelos a diferentes pendientes mayoradas .. 36 

4.1

 

Modelos Originales

 ........................................................................................................37 

4.1.1 Modelo Original de Prado-Medellín

 ...............................................................................37 

4.1.2

 

Modelo Original Acacias 

– Girardot .........................................................................43 

4.2 Modelos mayorados un dos por ciento (2%)

 ...................................................................49 

4.2.1 Modelo mayorado un dos por ciento (2%) Prado-Medellín.

.......................................49 

4.2.2 Modelo mayorado un dos por ciento (2%) Acacias-Girardot.

 ....................................54 

4.3Modelos mayorados un cinco por ciento (5%)

 .................................................................64 

4.3.1 Modelo mayorado un cinco por ciento (5%) Prado-Medellín.

 ....................................64 

4.3.1 Modelo mayorado un cinco por ciento (5%) Acacias-Girardot.

 .................................70 

4.4.1 Modelo mayorado un diez por ciento (10%) Prado-Medellín.

 ...................................75 

4.4.2 Modelo mayorado un diez por ciento (10%) Acacias-Girardot.

 .................................82 

4.5.1 Modelo mayorado un veinte por ciento (20%) Prado-Medellín.

 ................................90 

4.5.1 Modelo mayorado un veinte por ciento (20%) Acacias-Girardot.

..............................98 

5

 

Modelaciones con cañuelas profundas ...................................................................... 106

 

6

 

Conclusiones y Recomendaciones ............................................................................. 122

 

7

 

Bibliografía................................................................................................................... 125

 

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versus diseños futuros” 

 

IV 

 

Índice de ilustraciones 

 

Ilustración 1 Características Propias tubería (Páez, 2010) ................................................. 18 
Ilustración 2 Cámara de inspección (KESSEL, 2012) ......................................................... 23 
Ilustración 3 Cámara de inspección con cañuela profunda (ARECO, 2013) ...................... 30 
Ilustración 4 Red de Acacias-Girardot. ................................................................................ 31 
Ilustración 5 Red de Prado- Medellín. .................................................................................. 32 
Ilustración 6 Red de Prado- Medellín. .................................................................................. 34 
Ilustración 7 Red de Acacias-Girardot. ................................................................................ 35 

Índice de Tablas 

Tabla 1 Coeficientes de pérdidas menores (Bentley) .......................................................... 26 
Tabla 2Factor corrección por el uso de cañuelas ................................................................ 29 
Tabla 3 Factores de mayoración .......................................................................................... 33 

 

Índice de Ecuaciones

 

 

Ecuación 1 Esfuerzo Cortante. ............................................................................................ 12 
Ecuación 2 Velocidad. .......................................................................................................... 13 
Ecuación 3 Número de Froude. ........................................................................................... 13 
Ecuación 4 Caudal medio diario. ......................................................................................... 17 
Ecuación 5 Número de Reynolds. ........................................................................................ 19 
Ecuación 6 Flujo Gradualmente Variado. ............................................................................ 20 
Ecuación 7 Flujo Gradualmente Variado Modificada. ......................................................... 20 
Ecuación 8 Conservación de la Masa .................................................................................. 21 
Ecuación 9 Conservación del Momento .............................................................................. 21 
Ecuación 10 Ecuaciones de Saint Venant ........................................................................... 22 
Ecuación 11 Criterio Escogencia Tubería Dominante ......................................................... 24 
Ecuación 12 Pérdidas Menores Método Estándar. ............................................................. 26 
Ecuación 13 Pérdidas Menores Método Genérico. ............................................................. 27 
Ecuación 14 Coeficiente de Pérdidas Menores Método HEC22. ........................................ 27 
Ecuación 15 Coeficiente Inicial de Pérdidas Menores. ....................................................... 28 
Ecuación 16 Factor de Corrección para el Diámetro de la Tubería. ................................... 28 
Ecuación 17 Factor de Corrección para la profundidad de flujo en la Tubería. .................. 28 
Ecuación 18 Factor de Corrección por Flujo Relativo. ........................................................ 29 
Ecuación 19 Factor de Corrección por Inmersión en la Tubería. ........................................ 29 
Ecuación 20 Pérdidas Menores Método HEC22 ................................................................. 30 
 

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versus diseños futuros” 

 

 

Índice de Gráficas 

 

Gráfica 1 Variación de la velocidad con respecto a la relación de llenado ......................... 14 
Gráfica 2 Variación del caudal base .................................................................................... 18 
Gráfica 3 Evento de Precipitación Prado-Medellín .............................................................. 36 
Gráfica 4 Evento de precipitación Acacias-Girardot ............................................................ 37 
Gráfica 5 Altura en Cámara C159D Comparación de Métodos .......................................... 38 
Gráfica 6 Velocidad en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ................................... 38 
Gráfica 7 Número de Froude en la Tubería TA16 Comparación de Métodos .................... 39 
Gráfica 8 Relación de llenado en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ................... 39 
Gráfica 9 Altura en Cámara C93B Comparación de Métodos ............................................ 40 
Gráfica 10 Velocidad en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................................... 40 
Gráfica 11 Número de Froude en la Tubería TA5 Comparación de Métodos .................... 41 
Gráfica 12 Relación de llenado en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................... 41 
Gráfica 13 Altura en Cámara C80A Comparación de Métodos .......................................... 42 
Gráfica 14 Velocidad en la Tubería T36 Comparación de Métodos ................................... 42 
Gráfica 15  Número de Froude en la Tubería T36 Comparación de Métodos.................... 42 
Gráfica 16 Relación de llenado en la Tubería T36 Comparación de Métodos ................... 43 
Gráfica 17 Altura en cámara A3.11 Comparación de Métodos ........................................... 43 
Gráfica 18 Velocidad en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................................... 44 
Gráfica 19 Número de Froude en la Tubería T20 Comparación de Métodos..................... 44 
Gráfica 20 Relación de llenado en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................... 45 
Gráfica 21 Altura en cámara A13.9 Comparación de Métodos ........................................... 45 
Gráfica 22 Velocidad en la Tubería T8 Comparación de Métodos ..................................... 46 
Gráfica 23 Número de Froude en la Tubería T8 Comparación de Métodos....................... 46 
Gráfica 24 Relación de llenado en la Tubería T8 Comparación de Métodos ..................... 47 
Gráfica 25 Altura en cámara TA9 Comparación de Métodos .............................................. 47 
Gráfica 26 Velocidad en la Tubería T180 Comparación de Métodos ................................. 48 
Gráfica 27 Número de Froude en la Tubería T180 Comparación de Métodos .................. 48 
Gráfica 28 Relación de llenado en la Tubería T180 Comparación de Métodos ................. 48 
Gráfica 29 Altura en cámara C159D Comparación de Métodos ......................................... 49 
Gráfica 30 Velocidad en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ................................. 50 
Gráfica 31 Número de Froude en la Tubería TA16 Comparación de Métodos .................. 50 
Gráfica 32 Relación de llenado en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ................. 51 
Gráfica 33 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos ........................................... 51 
Gráfica 34 Velocidad en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................................... 52 
Gráfica 35 Número de Froude en la Tubería TA5 Comparación de Métodos .................... 52 
Gráfica 36 Relación de llenado en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................... 52 
Gráfica 37 Altura en cámara C80A Comparación de Métodos ........................................... 53 
Gráfica 38 Velocidad en la Tubería T36 Comparación de Métodos ................................... 53 
Gráfica 39 Número de Froude en la Tubería T36 Comparación de Métodos..................... 54 

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versus diseños futuros” 

 

VI 

 

Gráfica 40 Relación de llenado en la Tubería T36 Comparación de Métodos ................... 54 
Gráfica 41 Altura en cámara A3.11 Comparación de Métodos ........................................... 55 
Gráfica 42 Altura en cámara A3.11 Comparación de Métodos (Detalle 1) ......................... 55 
Gráfica 43 Altura en cámara A3.11 Comparación de Métodos (Detalle 2) ......................... 56 
Gráfica 44 Velocidad en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................................... 56 
Gráfica 45 Relación de llenado en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................... 57 
Gráfica 46 Relación de llenado en la Tubería T20 Comparación de Métodos (Detalle 1) . 57 
Gráfica 47 Número de Froude en la Tubería T20 Comparación de Métodos..................... 58 
Gráfica 48 Altura en cámara A13.9 Comparación de Métodos ........................................... 58 
Gráfica 49 Altura en cámara A13.9 Comparación de Métodos (Detalle 1) ......................... 59 
Gráfica 50 Velocidad en la Tubería T8 Comparación de Métodos ..................................... 59 
Gráfica 51 Relación de llenado en la Tubería T8 Comparación de Métodos ..................... 60 
Gráfica 52 Relación de llenado en la Tubería T8 Comparación de Métodos (Detalle 1) ... 60 
Gráfica 53 Número de Froude en la Tubería T8 Comparación de Métodos....................... 61 
Gráfica 54 Altura en cámara TA9 Comparación de Métodos .............................................. 61 
Gráfica 55 Altura en cámara TA9 Comparación de Métodos (Detalle1) ............................. 62 
Gráfica 56 Velocidad en la Tubería T180 Comparación de Métodos ................................. 62 
Gráfica 57  Relación de llenado en la Tubería T180 Comparación de Métodos ................ 63 
Gráfica 58  Relación de llenado en la Tubería T180 Comparación de Métodos (Detalle 1)
 .............................................................................................................................................. 63 
Gráfica 59 Número de Froude en la Tubería T180 Comparación de Métodos .................. 63 
Gráfica 60 Altura en cámara C159D Comparación de Métodos. ........................................ 64 
Gráfica 61Velocidad en la Tubería TA16 Comparación de Métodos .................................. 65 
Gráfica 62 Relación de llenado en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ................. 65 
Gráfica 63 Número de Froude en la Tubería TA16 Comparación de Métodos .................. 66 
Gráfica 64 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos. .......................................... 66 
Gráfica 65 Velocidad en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................................... 67 
Gráfica 66  Número de Froude en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................... 67 
Gráfica 67 Relación de llenado en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................... 67 
Gráfica 68 Altura en cámara C80A Comparación de Métodos. .......................................... 68 
Gráfica 69 Velocidad en la Tubería T36 Comparación de Métodos ................................... 68 
Gráfica 70 Número de Froude en la Tubería T36 Comparación de Métodos..................... 69 
Gráfica 71  Relación de llenado en la Tubería T36 Comparación de Métodos .................. 69 
Gráfica 72 Altura en cámara A3.11 Comparación de Métodos. .......................................... 70 
Gráfica 73 Velocidad en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................................... 70 
Gráfica 74 Número de Froude en la Tubería T20 Comparación de Métodos..................... 71 
Gráfica 75 Relación de llenado en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................... 71 
Gráfica 76 Altura en cámara A13.9 Comparación de Métodos. .......................................... 72 
Gráfica 77 Velocidad en la Tubería T8 Comparación de Métodos ..................................... 72 
Gráfica 78  Número de Froude en la Tubería T8 Comparación de Métodos...................... 73 
Gráfica 79 Relación de llenado en la Tubería T8 Comparación de Métodos ..................... 73 
Gráfica 80 Altura en cámara TA9 Comparación de Métodos. ............................................. 74 
Gráfica 81 Velocidad en la Tubería T180 Comparación de Métodos ................................. 74 

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versus diseños futuros” 

 

VII 

 

Gráfica 82 Número de Froude en la Tubería T180 Comparación de Métodos .................. 74 
Gráfica 83 Relación de llenado en la Tubería T180 Comparación de Métodos ................. 75 
Gráfica 84  Altura en cámara C159D Comparación de Métodos. ....................................... 75 
Gráfica 85 Velocidad en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ................................. 76 
Gráfica 86 Número de Froude en la Tubería TA16 Comparación de Métodos .................. 76 
Gráfica 87 Relación de llenado en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ................. 77 
Gráfica 88 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos. .......................................... 77 
Gráfica 89 Velocidad en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................................... 78 
Gráfica 90 Número de Froude en la Tubería TA5 Comparación de Métodos .................... 78 
Gráfica 91 Relación de llenado en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................... 79 
Gráfica 92 Altura en cámara C80A Comparación de Métodos. .......................................... 79 
Gráfica 93 Altura en cámara C80A Comparación de Métodos. (Detalle 1) ........................ 80 
Gráfica 94  Altura en cámara C80A Comparación de Métodos. (Detalle 2) ....................... 80 
Gráfica 95 Velocidad en la Tubería T36 Comparación de Métodos ................................... 81 
Gráfica 96 Relación de llenado en la Tubería T36 Comparación de Métodos ................... 81 
Gráfica 97 Número de Froude en la Tubería T36 Comparación de Métodos..................... 82 
Gráfica 98 Altura en cámara A3.11 Comparación de Métodos. .......................................... 83 
Gráfica 99 Altura en cámara A3.11 Comparación de Métodos. (Detalle 1) ........................ 83 
Gráfica 100 Velocidad en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................................. 84 
Gráfica 101 Relación de llenado en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................. 84 
Gráfica 102 Número de Froude en la Tubería T20 Comparación de Métodos .................. 85 
Gráfica 103 Altura en cámara A13.9 Comparación de Métodos. ........................................ 85 
Gráfica 104 Altura en cámara A13.9 Comparación de Métodos.(Detalle 1) ....................... 86 
Gráfica 105 Velocidad en la Tubería T8 Comparación de Métodos ................................... 86 
Gráfica 106 Número de Froude en la Tubería T8 Comparación de Métodos..................... 87 
Gráfica 107Relación de llenado en la Tubería T8 Comparación de Métodos .................... 87 
Gráfica 108 Altura en cámara TA9 Comparación de Métodos............................................ 88 
Gráfica 109 Altura en cámara TA9 Comparación de Métodos.(Detalle 1) .......................... 88 
Gráfica 110 Velocidad en la Tubería T180 Comparación de Métodos ............................... 89 
Gráfica 111 Número de Froude en la Tubería T180 Comparación de Métodos ................ 89 
Gráfica 112 Relación de llenado en la Tubería T180 Comparación de Métodos ............... 89 
Gráfica 113 Altura en cámara C159D Comparación de Métodos. ...................................... 90 
Gráfica 114 Altura en cámara C159D Comparación de Métodos. (Detalle 1) .................... 91 
Gráfica 115 Velocidad en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ............................... 91 
Gráfica 116 Número de Froude en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ................ 92 
Gráfica 117 Relación de llenado en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ............... 92 
Gráfica 118 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos. ........................................ 93 
Gráfica 119 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos (Detalle 1) ....................... 93 
Gráfica 120 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos (Detalle 2) ....................... 93 
Gráfica 121 Velocidad en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................................. 94 
Gráfica 122 Relación de llenado en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................. 94 
Gráfica 123 Número de Froude en la Tubería TA5 Comparación de Métodos .................. 95 
Gráfica 124 Altura en cámara C80A Comparación de Métodos. ........................................ 95 

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                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

VIII 

 

Gráfica 125 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos (Detalle 1) ....................... 96 
Gráfica 126 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos (Detalle 2) ....................... 96 
Gráfica 127 Velocidad en la Tubería T36 Comparación de Métodos ................................. 97 
Gráfica 128 Número de Froude en la Tubería T36 Comparación de Métodos .................. 97 
Gráfica 129 Relación de llenado en la Tubería T36 Comparación de Métodos ................. 97 
Gráfica 130 Altura en cámara A3.11 Comparación de Métodos ......................................... 98 
Gráfica 131 Altura en cámara A3.11 Comparación de Métodos  (Detalle 1) ...................... 99 
Gráfica 132 Velocidad en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................................. 99 
Gráfica 133 Relación de llenado en la Tubería T20 Comparación de Métodos ............... 100 
Gráfica 134 Número de Froude en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................ 100 
Gráfica 135 Altura en cámara A13.9 Comparación de Métodos ....................................... 101 
Gráfica 136 Altura en cámara A13.9 Comparación de Métodos (Detalle 1) ..................... 101 
Gráfica 137 Altura en cámara A13.9 Comparación de Métodos (Detalle 2) ..................... 101 
Gráfica 138 Velocidad en la Tubería T8 Comparación de Métodos ................................. 102 
Gráfica 139 Relación de llenado en la Tubería T8 Comparación de Métodos ................. 102 
Gráfica 140 Número de Froude en la Tubería T8 Comparación de Métodos................... 103 
Gráfica 141 Altura en cámara TA9 Comparación de Métodos.......................................... 103 
Gráfica 142 Altura en cámara TA9 Comparación de Métodos (Detalle 1) ........................ 104 
Gráfica 143 Velocidad en la Tubería T180 Comparación de Métodos ............................. 104 
Gráfica 144 Relación de llenado en la Tubería T180 Comparación de Métodos ............. 105 
Gráfica 145 Número de Froude en la Tubería T180 Comparación de Métodos .............. 105 
Gráfica 146 Altura en cámara C159D Comparación de Métodos ..................................... 106 
Gráfica 147 Velocidad en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ............................. 107 
Gráfica 148 Velocidad en la Tubería TA16 Comparación de Métodos (Detalle 1) ........... 107 
Gráfica 149 Relación de llenado en la Tubería TA16 Comparación de Métodos ............. 108 
Gráfica 150 Número de Froude en la Tubería TA16 Comparación de Métodos .............. 108 
Gráfica 151 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos ....................................... 109 
Gráfica 152 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos (Detalle 1) ..................... 109 
Gráfica 153 Altura en cámara C93B Comparación de Métodos (Detalle 2) ..................... 110 
Gráfica 154 Velocidad en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ............................... 110 
Gráfica 155 Número de Froude en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ................ 111 
Gráfica 156 Relación de llenado en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ............... 111 
Gráfica 157 Relación de llenado en la Tubería TA5 Comparación de Métodos ( Detalle 1)
 ............................................................................................................................................ 112 
Gráfica 158 Altura en cámara C80A Comparación de Métodos ....................................... 112 
Gráfica 159 Altura en cámara C80A Comparación de Métodos (Detalle 1) ..................... 113 
Gráfica 160 Altura en cámara C80A Comparación de Métodos (Detalle 2) ..................... 113 
Gráfica 161 Velocidad en la Tubería T36 Comparación de Métodos ............................... 114 
Gráfica 162 Número de Froude en la Tubería T36 Comparación de Métodos ................ 114 
Gráfica 163 Relación de llenado en la Tubería T36 Comparación de Métodos ............... 114 
Gráfica 164 Relación de llenado en la Tubería T36 Comparación de Métodos ( Detalle 1)
 ............................................................................................................................................ 115 
Gráfica 165 Altura en cámara A3.11 Comparación de Métodos ....................................... 115 

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                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

IX 

 

Gráfica 166 Velocidad en la Tubería T20 Comparación de Métodos ............................... 116 
Gráfica 167 Relación de llenado en la Tubería T20 Comparación de Métodos ............... 116 
Gráfica 168 Número de Froude en la Tubería T20 Comparación de Métodos ................ 117 
Gráfica 169 Altura en cámara A13.9 Comparación de Métodos ....................................... 117 
Gráfica 170 Velocidad en la Tubería T8 Comparación de Métodos ................................. 118 
Gráfica 171 Número de Froude en la Tubería T8 Comparación de Métodos................... 118 
Gráfica 172 Relación de llenado en la Tubería T8 Comparación de Métodos ................. 119 
Gráfica 173 Altura en cámara TA9 Comparación de Métodos.......................................... 119 
Gráfica 174 Velocidad en la Tubería T180 Comparación de Métodos ............................. 120 
Gráfica 175 Relación de llenado en la Tubería T180 Comparación de Métodos ............. 120 
Gráfica 176 Número de Froude en la Tubería T180 Comparación de Métodos .............. 121 

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“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

10 

 

 

1. 

Introducción y Objetivos 

1.1 Introducción  

 

A  través  de  la  historia  se  puede  ver  cómo  diferentes  civilizaciones  han  suplido  la 
necesidad de transportar recursos hídricos con el fin dar un beneficio a la comunidad; el 
ejemplo cumbre de esto es la civilización greco-romana. La Cloaca Máxima, construida en 
el año 600.A.C,  fue de gran apoyo para el desarrollo de esta civilización, (Gowers, 1995). 
Teniendo  esto  como  referencia,  se  puede  evidenciar  que  sin  importar  el  momento  en  la 
historia  o  su  ubicación,  la  humanidad  refleja  a  través  de  sus  esfuerzos  el  interés  de 
manejar el medio ambiente para su beneficio.  

Así mismo, a través del desarrollo de artefactos y de su perfeccionamiento se ha logrado 
resolver problemas o mejorar las condiciones en ese instante. Por ejemplo, la serrería de 
Hierápolis creada en el siglo III, fue un mecanismo para impulsar el agua que impulsó el 
uso de la biela (Grewe, 2009). 

Al  observar  que mediante el  entendimiento  de  determinados comportamientos  (ciclos  en 
el  medio  ambiente,  por  ejemplo)  y  la  creación  de  elementos  que  permiten  el  manejo  de 
diferentes  recursos  naturales,  especialmente  hídricos,  la  calidad  de  vida  de  una 
comunidad  se  logra  mejorar,  cobra  importancia  el  hecho  de  permanecer  en  constante 
estudio y experimentación. Es por esto que el actual Proyecto de Grado se concentra en 
el  alcantarillado  urbano,  específicamente  se  enfoca  en  la  modelación  de  uno  de  sus 
principales  componentes: cámaras de  inspección.  El  trabajo consta  de  la  modelación  de 
estos  elementos  y  de  analizar  cómo  se  puede  llegar  a  obtener  una  segregación  de  los 
diferentes  los  métodos  de  caracterización  de  pérdidas  de  energía  actualmente 
establecidos en la literatura. 

Para el desarrollo de este proyecto se utilizan herramientas computacionales que ayudan 
a  modelar  dos  (2)  partes  de  sistemas  de  alcantarillados  actuales  ubicados  estos  en 
Medellín  (Antioquia)  y  Girardot  (Cundinamarca).  A  continuación,  con  estos  modelos  se 
observa cómo cambia el flujo de acuerdo al método de pérdidas menores que se escoge y 
a las características topológicas del sistema. 

 

 

 

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“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

11 

 

 

1.2 Objetivos 
 

1.2.1 Objetivo General 

 

Modelar  las  redes de  alcantarillado  construidas  en  Prado  (Medellín)  y  Acacias  (Girardot, 
Cundinamarca)  con  el  fin  de  caracterizar  los  métodos  de  pérdidas  menores  empleados 
hoy  en  día.  Al  caracterizar  el  flujo  se  conoce  cuál  método  está  subestimando  o 
sobreestimando las pérdidas que ocurren en las cámaras de inspección del sistema. 

 

1.2.2 Objetivos Específicos 

Los  siguientes  objetivos  específicos  permiten  cumplir  el  objetivo  general  de  forma 
metódica y organizada: 

  Utilizar el software desarrollado por la casa Bentley, SewerGems. 

  Identificar patrones de pérdidas de energía en las cámaras de inspección. 

  Analizar la sensibilidad de las redes de alcantarillado de acuerdo a variaciones 

topológicas del sistema  

  Generar un documento en el que se registren los resultados obtenidos, así como 

un marco teórico de la bibliografía existente sobre el tema. Este constituye el 
Proyecto de Grado. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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versus diseños futuros” 

 

12 

 

2. 

Marco teórico 

 

En  la  literatura  los  sistemas  de  alcantarillado  se  han  clasificado  principalmente  en  tres 
tipos,  cada  uno  con  características  propias.  El  primero  de  estos  es  el  sistema  de 
Alcantarillado  Separado.  En  éste  las  aguas  lluvias  y  las  aguas  residuales  van  por 
conductos  diferentes.  Las  aguas  lluvias  son    llevadas  a  cuerpos  receptores  sin  ningún 
tratamiento ya que tienen una menor contaminación que las aguas residuales. 

No obstante, este principio no es totalmente verídico. Se ha comprobado la existencia  de 
un  fenómeno  llamado  Primer  Lavado  y  de  sus efectos  contaminantes.  El  Primer  Lavado 
se  presenta  cuando  en  una  ciudad  llueve  luego  de  no  haber  ocurrido  un  evento  de 
precipitación, por lo menos, en los 3 días anteriores. Cuando ésta precipitación sucede los 
primeros  5  minutos  de  lluvia  que  entran  al  sistema  de  alcantarillado  pluvial  son  más 
contaminantes  que  las  mismas  aguas  residuales,  debido  a  que  estas  llevan  la 
contaminación contenida en la ciudad, siendo polvo, smog, basura, etc.  

El  segundo  tipo  de  alcantarillado  se  denomina  Alcantarillado  Combinado.  Este  tipo  de 
drenaje se caracteriza por el uso compartido de conductos y elementos que llevan tanto el 
agua  lluvia  como  el  agua  residual.  En  éste  sistema  de  alcantarillado  toda  el  agua 
recolectada  va  a  una  planta  de  tratamiento  de  aguas  residuales.  Finalmente,  el  último 
sistema  de  alcantarillado  es  el  Sistema  de  Alcantarillado  Híbrido.  Este  es  utilizado 
principalmente  en  zonas  de  desarrollo  urbano  o  en  diferentes  proyectos  de  expansión 
urbanística.  Es  importante  aclarar  que  la  mayoría  de  diámetros  en  cualquier  sistema  de 
drenaje urbano está principalmente determinado por el caudal recibido por aguas lluvias. 
El  Reglamento  Técnico  del  Sector  de  Agua  Potable  y  Saneamiento  Básico  (RAS)  exige 
ciertas  propiedades  mínimas  del  flujo  para  garantizar  un  correcto  funcionamiento  de 
cualquier tipo de alcantarillado.  

La primera de estas propiedades de flujo es: esfuerzo cortante mínimo en alcantarillados. 
Este esfuerzo cortante se puede fragmentar de acuerdo con el tipo de alcantarillado que 
se esté usando. En el caso de Alcantarillados Combinados es de 2 Pa y en Alcantarillado 
de  Aguas  Lluvias  es  de  3  Pa.  Esta  exigencia  se  hace  con  el  fin  de  asegurar  que  haya 
autolimpieza  en  la  tubería  y  evitar  sedimentación.  La  manera  de  calcular  este  esfuerzo 
cortante es: 

 

          

Ecuación 1 Esfuerzo Cortante. 

Siendo: 

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“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

13 

 

ρ= Densidad del fluido que se esté transportando por el ducto 

g= Gravedad 

R= Radio hidráulico de la tubería 

S= Pendiente de la tubería 

 

La siguiente característica que se debe asegurar es una velocidad mínima de 0.45 m/s en 
Alcantarillados  Combinados  y  una  velocidad  mínima  de  0.75  m/s  en  sistemas  de  aguas 
lluvias. La manera de calcular la velocidad en una tubería es. 

    √    

 

      

  

(

 

 

     

 

     

   √    

 

Ecuación 2 Velocidad. 

Siendo: 

g= Gravedad 

R= Radio hidráulico de la tubería 

S= Pendiente de la tubería 

 

 

= Rugosidad absoluta del material por el cual transita el agua 

ν= Viscosidad cinemática del fluido 

La velocidad máxima del sistema de drenaje no está regida por cual tipo de alcantarillado 
se tiene sino por el material que conforma la red. En el RAS se puede encontrar que sí se 
utiliza concreto como material de tuberías la velocidad máxima que puede experimentar el 
flujo es de 5 m/s, a diferencia de si se utilizan materiales termoplásticos como el PVC o el 
GRP que permiten que el flujo experimente una velocidad de hasta 10 m/s.  

Ahora bien, con respecto al Número de Froude se exige que éste no esté en el rango de 
0.7<Fr<1.5 ya que éste intervalo es conocido como la zona cuasi crítica  y el flujo puede 
presentar  resaltos  hidráulicos  que  presuricen  la  tubería.  La  manera  para  calcular  el 
Número de Froude en una tubería es: 

      

 

√     

 

 

Ecuación 3 Número de Froude. 

Siendo: 

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versus diseños futuros” 

 

14 

 

v= Velocidad que experimenta el flujo 

g= Gravedad  

y= Altura que tenga el flujo dentro de la tubería 

Con  respecto  al  diámetro  mínimo,  se  especifica  que  para  Alcantarillados  Sanitarios  o 
Combinados éste sea de ciento setenta (170) milímetros y para Alcantarillados de Aguas 
Lluvias sea de dos cientos quince (215) milímetros, ésta restricción se hace por procesos 
netamente  constructivos.  De  la  misma  manera,  en  referencia  al  diámetro  existe  otra 
exigencia. Si el diámetro excede los seiscientos (600) milímetros, se recomienda hacer un 
diseño verificando la condición de flujo gradualmente variado y si excede los novecientos 
(900)  milímetros  se  exige  hacer  un  diseño  que  tenga  en  cuenta  la  condición  de  flujo  no 
permanente.  

Finalmente, se recomienda que se tenga una relación de llenado máxima cercana al 85%, 
debido  a  que  en  esta  relación  de  llenado  se  obtiene  la  velocidad  máxima  del  flujo.  De 
igual  manera,  al  tener  una  relación  de  llenado  menor  al  100%  se  evita  el  riesgo  de 
presurización de la tubería que podría provocar una sobrecarga del sistema poniendo en 
riesgo la salubridad pública. A continuación se muestra un perfil de velocidades en el cual 
se  identifica  como  a  relaciones  de  llenado  cercanas  al  85%  se  obtiene  la  velocidad 
máxima. 

 

Gráfica 1 Variación de la velocidad con respecto a la relación de llenado. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Yn

/d

 

v/vo 

Variación v/vo con profundidad y S 

v1

v2

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versus diseños futuros” 

 

15 

 

Para la modelación de estos sistemas de alcantarillado es fundamental aclarar qué es un 
modelo y en qué consiste. Un modelo puede ser físico o virtual mas su objetivo principal 
es representar un fenómeno que sucede en la realidad. Para este caso en específico los 
modelos  van  a  ser  virtuales.  Ésta  representación  se  realiza  mediante  la  utilización  de 
múltiples parámetros que simulan las diferentes leyes físicas por las cuales el flujo se rige 
en variadas condiciones.  

Por otra parte, si se tuviera un modelo físico se tendría que realizar la construcción  de los 
sistemas  de  alcantarillado  en  menor  escala  para  observar  cómo  se  comporta  el  flujo. 
Tanto los modelos físicos como virtuales están compuestos de las mismas partes, siendo 
estos  en  éste  caso  específico:  cámaras  de  inspección,  tuberías,  accesorios,  cuencas, 
hidrogramas, caudales  base,  entre  otros.  A continuación,  se  explica  en detalle  cada uno 
de estos y por qué son fundamentales para la modelación.  

Primero se analizan los elementos físicos de la red de drenaje. 

Tuberías: Conductos por los cuales el agua fluye y va de un lugar determinado a un lugar 
de salida. 

Cámaras  de  inspección:  [definición  en  el    RAS  2011  en  el  literal  D.7.3] 

“Estructuras  de 

conexión  y/o  inspección  de  tuberías.  Las  cámaras  de  conexión  y/o  inspección  son 
elementos  integrales  de  todo  sistema  de  recolección  de  aguas  lluvias,  que  permiten  la 
conexión  en  un  punto  de  dos  o  más  tramos  de  tuberías  y  la  conexión  al  sistema  de 
alcantarillado  con  la  superficie,  facilitando  el  acceso  a  la  red,  ya  sea  de  personas  o  de 
equipos,  para  adelantar  labores  de  inspección  y/o  mantenimiento

”  (Ministerio  de 

Desarrollo Económico, 2011) 

Accesorios:  Estos  son  diferentes elementos  que  tienen el  fin  de cambiar  la  dirección  del 
flujo, codos, unir dos tuberías en una sola, uniones, entre otros elementos que no afectan 
la hidráulica de la red de drenaje. 

Sumideros:  estructuras  que  tienen  como  fin  recolectar  el  agua  que  se  presenta  en  un 
evento de precipitación. 

Desembocadura:  lugar  al  que  llega  toda  el  agua  después  de  fluir  por  el  sistema  de 
drenaje. Usualmente ubicada en una planta de tratamiento de aguas residuales. 

Teniendo en cuenta estos elementos físicos del sistema de drenaje se procede a explicar 
los elementos hidrológicos. 

Cuenca:  área  previamente  determinada  que  es  drenada  a  través  de  un  sistema  de 
drenaje  natural  y  por  donde  transita  agua  ya  sea  de  manera  subterránea  o  superficial. 
Ésta  área  se  encuentra  con  un  sistema  recolector  de  agua  del  sistema  de  drenaje  para 
entrar así a la red de drenaje urbano. 

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

16 

 

Hidrograma: gráfica en la cual se observa de manera clara  cómo se distribuye el agua a 
través  del  tiempo  en  un  lugar  específico.  Para  la  obtención  de  esta  gráfica  se  necesita 
convertir el agua que llueve en agua efectiva sobre la red de alcantarillado. Es importante 
aclarar  que  estas  gráficas  son  las  que  determinan  cuánta  agua  entra  al  sistema  de 
alcantarillado. 

Infiltración:  propiedad  de  la  cuenca  de  absorber  el  agua  que  le  llega  en  el  evento  de 
precipitación.  Esta  propiedad  se  basa  en  que  aparte  de  fluir  superficialmente,  el  agua 
fluye  en  la  parte  subterránea,  y  así  sirve  otros  fines.  Se  tienen  diferentes  modelos  para 
conocer cuál es la infiltración en una cuenca; entre estos está el modelo de infiltración de 
Horton,  el  de  Green  Ampt  y  el  modelo  de  infiltración  propuesto  por  el  Soil  Conservation 
Service (SCS). 

Para este proyecto se tuvieron en cuenta dos fundamentos relevantes para la modelación 
de estos sistemas de alcantarillado. Primero, el aspecto hidrológico, y segundo, el  criterio 
hidráulico. El aspecto hidrológico es primordial para el modelo ya que explica como fluye 
el agua desde un evento de precipitación hasta el momento justo antes de entrar a la red 
de  alcantarillado.  Mediante  este  fundamento  se  obtienen  los  diferentes  hidrogramas que 
entran a la red de alcantarillado. Ahora bien, el criterio hidráulico hace uso de leyes de la 
mecánica  de  fluidos  y  de  la  hidráulica  para  lograr  obtener  una  representación  de  cómo 
fluiría  el  fluido  en  la  red de drenaje.  A continuación  se  profundiza  en  cada  uno de  estos 
pilares. (Paez, 2010) 

Desde el punto de la hidrología del sistema, lo que se tiene es un evento de precipitación 
con un periodo de retorno dado obtenido mediante el uso de funciones probabilísticas, y 
múltiples  sub-cuencas,  cada  una  de  estas  con  características  particulares  dadas,  tales 
como  su  pendiente  o  índice  de  rugosidad  ya  sea  del  terreno  o  de  cualquier  material 
llamado n de Manning .Con estas características se logran utilizar diferentes parámetros 
para conocer cómo es el hidrograma de precipitación en cada una estas sub-cuencas. De 
la misma manera, se cuenta con todos los parámetros para saber si se debe realizar un 
modelo  de  infiltración  en  la  red  tal  como  el  de  Green-Ampt  o  el  de  Horton.  Para el  caso 
específico de este Proyecto de Grado no se tiene en cuenta este parámetro.  

Es importante aclarar que el pilar anterior es útil siempre y cuando se produzca un evento 
de  precipitación,  ya  que  éste  es  el  que  genera  cambios  considerables  en  el 
funcionamiento del sistema de drenaje urbano. En caso de contar con lluvia, en el sistema 
de  drenaje  de  alcantarillado  se  procede  a  realizar  el  tránsito  de  creciente  de  onda 
dinámica para  conocer así la cantidad de caudal que entra al sistema en cada instante. 
La manera en  la  cual  se obtiene esta modelación  es mediante  la  evaluación  del  flujo  en 
condiciones  no  permanentes;  se  observa  que  las  características  de  flujo  varían  con 
respecto  al  espacio  y  al  tiempo.  Más  adelante  se  explican  detalladamente  las 
características especiales de éste flujo y como se utiliza para modelar la onda dinámica.  

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

17 

 

Ahora  bien,  cuando  ya  se  tiene  el  fundamento  hidrológico  se  procede  con  el  criterio 
hidráulico.   

En referencia al pilar hidráulico de manera a priori se debe tener en cuenta que a pesar de 
que no se produzcan eventos de precipitación el sistema siempre está llevando agua. Los 
diferentes  caudales  que  transitan  por  el  sistema  de  drenaje  cuando  no  llueve  son: 
caudales de aguas residuales industriales, caudales de aguas institucionales, caudales de 
aguas  residuales  de  uso  doméstico  y  caudales  de  aguas  comerciales.  La  diferenciación 
de este tipo de caudales se hace según a su magnitud y su contaminación. La forma en la 
cual se calcula el caudal medio diario es mediante la suma de los caudales anteriores.  

 

 

  

     

 

   

 

   

 

   

  

 

Ecuación 4 Caudal medio diario. 

donde; 

 

 

  

  Caudal medio diario. 

 

 

  Caudal de aguas residuales doméstico. 

 

 

  Caudal de aguas residuales industriales. 

 

 

  Caudal de aguas residuales comerciales. 

 

  

 Caudal de aguas residuales institucionales. 

 

Vale  la  pena  aclarar  que  siempre  se  realiza  el  cálculo  con  un  caudal  medio  diario 
mayorado. Estos factores de mayoración son cambiantes de acuerdo  con las variaciones 
normales  de  la  población  y  su  consumo.  Este  caudal  medio  diario  es  conocido  como  el 
caudal  base  del  sistema  de  alcantarillado,  variable  respecto  a  la  hora;  tiene  un  pico 
usualmente entre las 6 y 7 de la mañana, debido al alto consumo por actividades de  aseo 
personal, cocina, etc. A continuación se muestra un esquema típico de la distribución del 
caudal base. 

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versus diseños futuros” 

 

18 

 

 

Gráfica 2 Variación del caudal base (Empresas Públicas de Medellín, 2009). 

Es necesario  conocer  las características  propias  de  las  tuberías  para  poder  entender un 
elemento que es fundamental en cualquier tipo de sistema de alcantarillado urbano o que 
transporte  cualquier  tipo  de  caudal.  En  la  siguiente  ilustración  se  observarán  todas  las 
características  geométricas  que  presenta  el  flujo  en  una  tubería.  Entre  estas  están  el 
perímetro mojado, el  área mojada, el  radio  hidráulico,  etc.  Al  conocer  estas variables  se 
pueden  conocer  las  características  de  flujo  tales  como  velocidad,  caudal,  Número  de 
Froude, entre otros. 

 

 

Ilustración 1 Características Propias tubería (Páez, 2010). 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Fa

ct

or

 d

e

 v

ar

ia

ci

ón

 

Tiempo(h) 

Variación caudal base a través del día 

Variación
caudal base

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“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

19 

 

Ya teniendo estas características inherentes a la tubería se procede a explicar los tipos de 
flujo  que  ésta  puede  experimentar,  siendo  estos:  flujo  laminar,  flujo  turbulento  o  flujo 
transicional. El primero de estos es caracterizado porque las partículas sienten una fuerza 
inercial mayor que la fuerza de fricción haciendo así que las partículas se desplacen pero 
no roten, generando como resultado final un movimiento en la misma trayectoria de flujo. 
Las  partículas  del  flujo  turbulento,  a  diferencia  de  aquellas  del  flujo  laminar,  no  siguen 
trayectorias  definidas;  la  fuerza  de  fricción  entre  ellas  es  mucho  mayor  que  la  fuerza 
inercial.  Esta  fuerza  de  fricción  hace  que  el  fluido  se  mueva  y  rote  a  la  misma  vez. 
Finalmente,  el  flujo  transicional  es  el  que  se  encuentra  entre  el  laminar  y  el  turbulento, 
presentándose una contienda entre fuerzas inerciales y friccionantes haciendo así que el 
flujo no tenga  un comportamiento definido. La manera en la cual se conoce que tipo de 
flujo se tiene es mediante el Número de Reynolds ( Escuela de Ingeniería de Antioquia). 

    

   

 

 

Ecuación 5 Número de Reynolds. 

donde: 

Re: Número de Reynolds. 

    Densidad del fluido. 

    Diámetro de la tubería. 

    Velocidad de flujo en la tubería. 

    Viscosidad. 

Otra manera en la cual se pueden caracterizar los flujos es: uniforme y/o permanente. El 
flujo permanente se menciona en la literatura como un flujo constante respecto al tiempo, 
a  diferencia  del  flujo  uniforme  que  este  es  constante  respecto  al  espacio.  Existen  dos 
casos en particular en los cuales se debe tener especial cuidado. El primero es un flujo no 
uniforme  permanente,  flujo  gradualmente  variado,  y  el  segundo  es  uniforme  no 
permanente.  Con  respecto  al  primero  el  RAS-2011  en  el  literal  D.6.3.6  expresa 
claramente lo siguiente:  

En  aquellos  casos  en  los  cuales  alguno  de  los  tramos  que  conforman  el  sistema  de 
alcantarillado  tenga  un  diámetro  nominal  mayor  o  igual  a  600  mm  y  ninguna  de  las 
tuberías  tenga  un  diámetro  nominal  superior  a  900  mm,  con  el  fin  de  verificar  que  no 
ocurran  sobrecargas  en  el  sistema de  alcantarillado  para  ninguna  de  las condiciones  de 
caudal  establecidas  para  el cálculo  del  funcionamiento hidráulico  de  la  red,  el  diseñador 
debe  calcular  la  línea  de  gradiente  hidráulico  y  la  línea  de  energía  total  para  todo  el 
sistema  ensamblado,  bajo  condiciones  del  flujo  gradualmente  variado.

”  (Ministerio  de 

Desarrollo Económico, 2011) 

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“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

20 

 

El  flujo  debe  tener ciertas  restricciones para  lograr  calcular  Flujo  Gradualmente  Variado. 
Estas serán enumeradas a continuación, (Saldarriaga, 2013). 

1.  La pendiente del fondo del cada de los ductos debe ser menor que el 10%. Esto 

con el fin de poder utilizar la suposición de distribución hidrostática de presiones a 
través de la sección de cada ducto. 

2.  El flujo debe ser permanente. 
3.  El flujo debe ser de fase única, es decir, no puede haber aire atrapado en el flujo. 
4.  La  rugosidad  de  cada  uno  de  los  conductos  debe  ser  constantes  a  lo  largo  de 

perímetro mojado de cada uno de ellos. 

5.  Las  pérdidas  por  fricción  para  flujos  no  permanentes  se  pueden  modelar  de 

acuerdo con las ecuaciones de resistencia utilizadas para flujo uniforme. 

6.  En todos los casos se debe utilizar los diámetros internos reales de las tuberías. 

Si  se  cumplen  todas  las  condiciones  anteriores,  la  siguiente  ecuación  determina  el  nivel 
de agua con respecto a una distancia dada. 

  
  

 

 

 

   

 

      

 

 

Ecuación 6 Flujo Gradualmente Variado. 

donde: 

 

 

  Pendiente del terreno. 

 

 

  Pendiente de fricción. 

     Número de Froude. 

  
  

  Razón de cambio de nivel con respecto a la distancia. 

Cabe la salvedad de que si alguno de los conductos tiene una pendiente mayor al 10% se 
debe hacer una modificación a la ecuación anterior. 

  
  

 

 

 

          

 

          

 

 

Ecuación 7 Flujo Gradualmente Variado Modificada. 

Ahora  bien,  con  respecto  al  segundo  tipo  de  flujo,  flujo  no  permanente,  se  hace  la 
siguiente anotación en el Numeral D.6.3.7 del RAS 2011. 

En caso de que alguno de los ductos que forma parte de la red de alcantarillado objeto 
del  diseño  tenga  un  diámetro  nominal  mayor  que  900  mm,  el  diseño  debe  incluir  el 
análisis  de  flujo  no  permanente  mediante  el  uso  de  las  ecuaciones  de  Saint-Venant.  El 
análisis  de  flujo  no  permanente  tiene  por  objeto  obtener  un  mejor  conocimiento  del 

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                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

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versus diseños futuros” 

 

21 

 

comportamiento  hidráulico  del  sistema  en  redes  de  alcantarillado  extensas  y  con 
diámetros  grandes;  para  estos  casos,  la  aproximación  del  flujo  gradualmente  variado 
puede invalidarse porque no tienen en cuenta los términos de almacenamiento temporal 
en los tramos en que se divide la red

” (Ministerio de Desarrollo Económico, 2011) 

Al  igual que la condición de flujo gradualmente variado, para lograr resolver este tipo de 
flujo  se  tienen  que  tener  ciertas  suposiciones  básicas  que  serán  nombradas  a 
continuación (Saldarriaga, 2013): 

1.  La  superficie  del  flujo  debe  permanecer horizontal  en  sentido  perpendicular  a  las 

líneas de corriente. 

2.  La  pendiente  de  fondo  debe  ser  menor  al  10%  para  que  así  se  siga  teniendo 

presiones hidrostáticas en el flujo. 

3.  El fondo del canal debe ser capaz de no sufrir erosión, esto con el fin de que los 

efectos de sedimentación y socavación sean irrisorios. 

4.  El fluido que transita debe ser incompresible y homogéneo. 
5.  La dirección del flujo debe ser aproximadamente recta. 
6.  La  variación  del  flujo  debe  ser  gradual,  esto  con  el  fin  de  que  no  aparezcan 

aceleraciones verticales. 

7.  Se  pueden  utilizar  las  ecuaciones  de  resistencia  fluida  tales  como  la  de  Manning 

para poder así calcular pérdidas por fricción. 

8.  Se  debe  suponer  flujo  unidireccional.  Si  ésta  suposición  no  se  toma  en  cuenta 

ninguna de las siete suposiciones anteriores es relevante. 

Si  se  cumplen  todas  las  condiciones  mencionadas  anteriormente  se  pueden  aplicar  las 
ecuaciones  de  Saint-Venant.  Estas  resultan  de  la  combinación  de  las  ecuaciones  de 
continuidad  y  conservación  del  momento,  Es  importante  aclarar  que  cada  una  de  estas 
ecuaciones es diferenciable parcialmente. La ecuación de masa o continuidad se presenta 
a continuación: 

  

  

 

  

  

        

Ecuación 8 Conservación de la Masa. 

La ecuación de conservación de momento es la siguiente: 

 

  

  

 

    

 

     

  

      (

  
  

   

 

   

 

)     

 

     

 

      

Ecuación 9 Conservación del Momento. 

Al  combinar  las  fórmulas  mostradas  anteriormente  se  llega  al  siguiente  sistema  de 
ecuaciones  diferenciales  parciales  que  modelan  en  su  totalidad  el  flujo  no  permanente. 

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versus diseños futuros” 

 

22 

 

Las  ecuaciones  mostradas  a  continuación  son  las  ecuaciones  de  Saint-Venant  de  tipo 
conservativo. 

 

{

 

 

 

  

 

  

  

 

 

 

 

  

(

 

 

 

)    

  
  

   ( 

 

   

 

)    

  

  

   

  

  

   

  
  

   ( 

 

   

 

)    

 

Ecuación 10 Ecuaciones de Saint Venant. 

donde: 

A= Área.  

  

  

  

Razón de cambio de caudal con respecto al tiempo. 

Q= Caudal. 

g= Gravedad. 

  
  

 

 Razón de cambio de nivel con respecto a la distancia. 

 

 

  Pendiente del terreno. 

 

 

  Pendiente de fricción 

v= Velocidad 

  

  

 

 Razón de cambio de caudal con respecto al tiempo. 

Mediante estas ecuaciones es posible la modelación completa de un tránsito de creciente 
a  través  de  la  red.  Lo  que  se  traduce  en  la  posibilidad  de  conocer  a  cada  instante  la 
hidráulica  de  cualquier  punto  de  la  red,  cumpliendo  así  el  objetivo  planteado  por  el 
Reglamento Técnico de Agua Potable y Saneamiento Básico. Ahora bien, conociendo ya 
los diferentes tipos de flujos, diferenciaciones de caudales, características inherentes a las 
tuberías y sus materiales se procede a indagar específicamente en el tema central de este 
Proyecto  de  Grado,  los  métodos  de  pérdidas  de  energía  en  cámaras  de  inspección.  A 
continuación se muestra una ilustración de una cámara de inspección moderna, hecha en 
materiales  termoplásticos  tales  como  PVC  o  GRP  (para  así  obtener  todos  los  beneficios 
de estos nuevos materiales). 

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

23 

 

 

Ilustración 2 Cámara de inspección (KESSEL, 2012). 

 

La  literatura  presenta  cinco diferentes métodos  para  obtener  las  pérdidas  de  energía  en 
una cámara  de  inspección.  Estos métodos  son:  Absoluto,  ASSHTO,  Genérico,  HEC22  y 
Estándar. Cada uno tiene en cuenta diferentes factores, y como se observa más adelante, 
también  un  nivel  de  complejidad  diferente.  A  continuación  se  muestra  la  definición  de  2 
métodos  de  pérdidas  menores  en  cámaras  de  inspección    por  parte  del  Reglamento 
Técnico de  Agua Potable  y Saneamiento Básico, que a su vez recomienda dos métodos: 
Estándar y HEC22. 

 

“Método  Estándar.  Este  método  incluye  de  manera  directa  las  características 
geométricas de la cámara y las condiciones hidráulicas de la misma en el cálculo 
de  las  pérdidas  menores  de  energía.  El  cálculo  se  lleva  a  cabo  multiplicando  la 
altura de velocidad en la tubería de salida de la cámara por un factor de pérdidas 
menores  que  depende  de 

la  conformación  geométrica  de  la  misma”  (Literal 

D.7.3.3.2.1 del RAS 2011). 

 

Método HEC22. El procedimiento de cálculo de pérdidas para la condición de flujo 
sub-crítico que se debe utilizar para determinar la línea de gradiente hidráulico del 
diseño  definitivo  es  el  método  HEC-22.  Este  método  consiste  en  multiplicar  la 
altura de velocidad en la tubería de salida por un coeficiente de pérdidas menores. 
Está  basado  en  investigaciones  de  laboratorio  y  no  aplica  cuando  el  fondo  de  la 
tubería  de  entrada  está  sobre  el  nivel  de  agua  en  la  cámara

  (Literal  D.7.3.3.2.2 

del RAS 2011). 

Cabe  resaltar  que,  el  Reglamento  Técnico  de  Agua  Potable  y  Saneamiento  Básico 
especifica  ciertos  parámetros  para  diseñar  apropiadamente  estas  cámaras.  Estos 
lineamientos de diseño encontrados en el Literal D.7.3.2 del RAS 2011, son: 

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                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

24 

 

Parámetros  de  diseño.  Por  lo  menos,  el  diseñador  debe  tener  en  cuenta  los 
siguientes aspectos: 

  No se  debe  permitir  un  ángulo de  deflexión  mayor  que 90  grados  de ninguna 

de las tuberías de entrada con respecto a la tubería de salida de la estructura. 

  La  geometría  de  la  estructura  debe  perturbar  al  mínimo  el  flujo  dentro  del 

sistema, a menos que la proyección de la misma incluya algún mecanismo de 
disipación de energía. 
 

  La  estructura  debe  protegerse  para  operar  bajo  condiciones  extremas,  como 

altas  velocidades  de  flujo  y  cambios  bruscos  del  alineamiento  horizontal  y/o 
vertical de acuerdo con un análisis hidráulico del sistema.
 

  La  geometría  de  la  estructura  debe  permitir  el  eficiente  mantenimiento  de  sí 

misma. Así como también las labores de inspección del sistema. 

  El número máximo de tuberías  que convergen a la cámara son cuatro (4). 

” 

 

Para  retomar  el  último  punto  mencionado,  en  el  cual  se  hace  referencia  a  las 
diferentes tuberías que tiene una cámara, es necesario poder conocer cual tubería es 
la que domina el flujo y por lo tanto la que produce mayores pérdidas menores. Para 
esto se tienen tres criterios de selección diferentes (Saldarriaga, 2013): 

1.  La  tubería  que  tenga  un  mayor  valor  al  multiplicar  el  caudal  que  transporta 

por la velocidad que lleva. 

                   

Ecuación 11 Criterio Escogencia Tubería Dominante 

2.  La tubería que tenga el menor ángulo de  deflexión con respecto a la tubería 

de  salida  en  planta.  Se  recomienda  que  este  criterio  de  selección  solo  se 
utilice cuando la tubería de salida transporte un caudal similar al de las otras 
tuberías conectadas a la cámara. 
 

3.  La tubería que tenga mayor velocidad. Se debe tener cuidado al utilizar este 

criterio  ya  que  puede  quedar  como  tubería  dominante  una  que  tenga  un 
caudal inferior al de las otras que estén conectadas en la cámara. 

2.1 Software para la modelación de alcantarillados 

En el mercado actual se tienen diferentes programas que logran obtener la modelación de 
diferentes  redes  de  alcantarillado,  mas  es  importante  recalcar  que  sólo  existe  un 
programa  que  logra  diseñar  estos  sistemas,  siendo  este  Sedal  Plus.  Todos  los  demás 
programas de alcantarillados, incluyendo el que se utilizó para las modelaciones de este 
proyecto, realizan comprobaciones de diseño. Lo que significa esto es que la mayoría de 
programas de alcantarillados sólo  entregan  al  usuario  el  comportamiento  detallado  de  la 

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“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

25 

 

red  de  drenaje,  es  decir,  no  diseñan  el  sistema.  Dependiendo  de  la  complejidad  del 
software  escogido  se  pueden  obtener  más  o  menos  características  de  la  red.  Los 
programas actuales en el mercado son: 

  EPA-SWMM 

  SewerGems 

  SewerCad 

  CivilStorm 

 

La  escogencia  del  programa  para  este  proyecto  de  grado  fue  debido  a  tres  parámetros 
principalmente. El    primero  de estos  es que  el  programa  en cuestión  pudiera modelar  el 
flujo  bajo  un  régimen  de  análisis  extendido;  el  siguiente  parámetro  era  que  el  software 
escogido pudiera presentar la mayor cantidad de características de flujo para un instante 
de  tiempo  determinado;  y  el  tercer  parámetro  era  que  el  programa  tuviera  la  mayor 
cantidad de métodos de pérdidas menores en cámaras de inspección posibles. 

Teniendo  en  cuenta  los  parámetros  anteriores  el  programa  escogido  fue  el  software 
desarrollado  por  la  casa  Bentley:  SewerGems.  Éste  software  es  el  único  capaz  de 
modelar  cualquier  red  de  drenaje  bajo  los  siguientes  métodos  de  pérdidas  menores: 
Absoluto, Genérico, HEC-22 y Estándar. 

SewerGems explica sus métodos de pérdidas menores de la siguiente manera. 

  Método Absoluto: Es el método más simple de los diferentes métodos de pérdidas 

menores. La estructura de pérdidas menores no termina siendo nada más que un 
valor editable, que luego es usado durante los cálculos. No se necesitan cálculos 
relacionados con velocidad, ángulo de deflexión u otros factores.  
 

  Método Estándar: el método estándar calcula las pérdidas menores basado en la 

velocidad de la tubería de salida.  Esta velocidad de salida es multiplicada por un 
coeficiente que el usuario otorga para determinar las pérdidas en la cámara. Estos 
coeficientes dependen de la conformación geométrica de  ésta. A continuación se 
muestra cuáles son los valores recomendados según SewerGems. 

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versus diseños futuros” 

 

26 

 

 

Tabla 1 Coeficientes de pérdidas menores (Bentley, 2013). 

La manera en la cual se calcula el valor de pérdidas menores está dado en la siguiente 
fórmula

 

      

    

 

 

 

  

 

Ecuación 12 Pérdidas Menores Método Estándar. 

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versus diseños futuros” 

 

27 

 

donde: 

    Coeficiente de pérdidas menores 

 

 

  Velocidad en la tubería de salida 

Método  Genérico:  El  método  genérico  calcula  las  pérdidas  menores  de  la  cámara 
multiplicando la  altura de velocidad de la tubería de salida por el coeficiente de pérdidas 
menores de esta cámara aguas abajo. Luego, se resta la altura de velocidad de la tubería 
que gobierne el flujo aguas arriba multiplicada por el coeficiente de pérdidas menores de 
la cámara aguas arriba. A continuación se mostrara la fórmula utilizada por este método: 

 

 

      

     

 

 

 

 

 

  

    

 

 

 

 

 

  

 

Ecuación 13 Pérdidas Menores Método Genérico. 

donde: 

 

 

  Coeficiente de pérdidas menores aguas abajo 

 

 

  Velocidad en la tubería de salida 

 

 

  Coeficiente de pérdidas menores aguas arriba 

 

 

  Velocidad en la tubería dominante de entrada 

Para la escogencia del ducto dominante el programa sugiere los mismos criterios de 
selección mencionados anteriormente. 

  Método  HEC-22:  similar  al  método  estándar;  el  método  HEC  22  correlaciona  la 

estructura  de  pérdidas  menores  con  la  velocidad  de  la  tubería  de  salida.  Varios 
estudios experimentales han determinado que el coeficiente de pérdidas menores 
se calcula de la siguiente manera: 
 

     

 

  

 

  

 

  

 

  

 

  

 

 

Ecuación 14 Coeficiente de Pérdidas Menores Método HEC22. 

donde: 

 

 

  Coeficiente inicial de pérdidas menores 

 

 

  Factor de corrección para el diámetro de la tubería 

 

 

  Factor de corrección para la profundidad de flujo en la tubería 

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versus diseños futuros” 

 

28 

 

 

 

  Factor de corrección por flujo relativo 

 

 

  Factor de corrección por inmersión en la tubería 

 

 

  Factor de corrección por el uso de cañuelas en las cámaras de inspección 

Es importante aclarar que cada uno de estos factores tiene a su vez una fórmula propia. 
Para la obtención de este valor se presentan a continuación estas fórmulas, (Saldarriaga, 
2013): 

 

 

    [      

 

 

 

             ]   *       (

 

 

 

)

     

       +  

Ecuación 15 Coeficiente Inicial de Pérdidas Menores. 

 

donde: 

    Diámetro real interno de la cámara 

 

 

  Diámetro real interno del ducto de salida 

   Ángulo entre la tubería de salida y la tubería de entrada dominante 

 

 

    (

 

 

 

 

)

 

 

Ecuación 16 Factor de Corrección para el Diámetro de la Tubería. 

donde: 

 

 

  Diámetro real interno del ducto de salida 

 

 

 Diámetro real interno del ducto de entrada dominante 

La escogencia del ducto dominante sigue los mismos criterios de selección mencionados 
anteriormente. 

 

 

         (

 

 

 

)

   

 

Ecuación 17 Factor de Corrección para la profundidad de flujo en la Tubería. 

donde: 

 

 

  Diámetro real interno del ducto de salida 

    Elevación del nivel de agua 

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versus diseños futuros” 

 

29 

 

 

 

                    [   

 

 

 

 

]

    

    

Ecuación 18 Factor de Corrección por Flujo Relativo. 

donde: 

   Ángulo entre la tubería de salida y la tubería de entrada dominante 

 

 

  Caudal de flujos diferentes al de la tubería dominante 

 

 

  Caudal en la tubería de salida 

 

 

             (

 

 

 

)   (

     

 

 

Ecuación 19 Factor de Corrección por Inmersión en la Tubería. 

 

donde: 

 

 

  Diámetro real interno del ducto de salida 

    Elevación del nivel de agua 

    Distancia entre la línea de flujo de la tubería que descarga y el centro de la tubería de 
salida 

Finalmente para el último parámetro se debe referenciar a la siguiente tabla.  

 

Tipo de 

Cañuela 

Flujo 

sumergido    

Flujo libre  

Banca plana 

o deprimida 

Media banca 

0,95 

0,15 

Banca llena 

0,75 

0,07 

Tabla 2Factor corrección por el uso de cañuelas. 

Nota:  para  que  sea  flujo  sumergido  se  debe  tener  que  la  relación  entre  la  elevación  del 
nivel  de  agua  y  el  diámetro  real  interno  del  ducto  de  salida  sea  mayor  a  3.2(y/ds>3.2)  
Para que sea flujo libre se debe tener que la relación entre la elevación del nivel de agua y 
el diámetro real interno del ducto de salida sea menor a 1 (y/ds <1). 

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versus diseños futuros” 

 

30 

 

Ya al haber obtenido este coeficiente de pérdidas menores ajustado se procede a calcular 
la pérdida de energía en la cámara de inspección: 

 

      

    

 

 

 

  

 

Ecuación 20 Pérdidas Menores Método HEC22. 

 

 

donde: 

 

 

  Velocidad en la Tubería de Salida 

    Coeficiente de pérdidas menores ajustado 

Es  importante  recalcar  que  cuando  se  utilizan  cañuelas  profundas  en  las  cámaras  de 
inspección es como si se tuvieran pérdidas menores cercanas a cero. Esto sucede debido 
a  que  cuando se usan este  tipo  de  cañuelas  el  flujo  no siente  transición  alguna entre  la 
tubería y la cámara de inspección. A continuación se muestra una gráfica de una cámara 
con cañuela profunda para flujo supercrítico. 

 

Ilustración 3 Cámara de inspección con cañuela profunda (ARECO, 2013). 

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versus diseños futuros” 

 

31 

 

Ahora  bien,  al  haber  ya  especificado  todas  las  características  inherentes  al  flujo  y  los 
componentes  de  un  sistema  de  drenaje  urbano  se  presentarán  a  continuación  los  dos 
sistemas de alcantarillado a trabajar en este proyecto de grado. El primero de estos está 
ubicado en un barrio de Girardot llamado Acacias y el segundo de estos es una parte de 
la red de drenaje del barrio Prado en Medellín.  

 

 

 

Ilustración 4 Red de Acacias-Girardot. (Paez, 2010) 

Punto de 
descarga 

Escala 1:3750 

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versus diseños futuros” 

 

32 

 

 

Ilustración 5 Red de Prado- Medellín. (Paez, 2010). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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descarga 

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

33 

 

3. 

Metodología para realizar las 

modelaciones 

 

Para  comprender  cómo  se  comportan  las  cámaras  de  inspección  bajo  diferentes 
regímenes  de  flujo  se  decidió  que  cada  modelo  tendría  un  cierto  aumento  en  las 
pendientes de sus tuberías. El motivo por el cual se realizó este cambio de pendiente en 
las  tuberías  es  el  de  facilitar  la  observación  del  comportamiento  del  flujo  en  diferentes 
condiciones.  Fue  así  como  para  cada  uno  de  los  modelos  se  optó  por  mayorar  la 
pendiente  en  un  dos,  cinco,  diez  y  veinte  por  ciento  (2%  ,5%,  10%,  20%).  Cabe  aclarar 
que cuando en este Proyecto de Grado se haga  referencia a mayorar la pendiente cierto 
porcentaje,  lo  que  se  indica  es  que  se  va  a  multiplicar  la  pendiente  por  uno  más  el 
porcentaje deseado. 

                                              

                   

   

  

Teniendo  en  cuenta  esta  especificación,  en  la  tabla  3  se  muestran  los  valores  de 
mayoración utilizados para este estudio. 

Valor de mayoración 

Factor de mayoración 

1,02 

1,05 

10 

1,1 

20 

1,2 

Tabla 3 Factores de mayoración. 

Ya  teniendo  estos  modelos  con  características  topológicas  distintas,  se  procedió  a 
calcular  cómo  variaban  las  características  del  flujo  en  toda  la  red  de  acuerdo  con  el 
método de cálculo de pérdidas de energía en cámaras de inspección. En otras palabras, 
para  cada  modelo  se  observó  cómo  cambiaba  el  flujo  de  acuerdo  con  el  método  de 
cálculo de pérdidas menores escogido, esto se hacía para todos los modelos obtenidos, 
siendo  estos  los  mayorados  así  como  el  original.  Los  parámetros  que se  observaron  en 
cada modelación con respecto a las tuberías aguas abajo de la cámara son: relación de 
llenado, Número de Froude y velocidad de flujo en la tubería. Con respecto a las cámaras 
de inspección el único comportamiento que se observó fue el cambio del nivel freático. Al 
obtener los resultados de la totalidad de las tuberías y cámaras de inspección se prosigue 
a compararlos de forma cualitativa y cuantitativa. 

No sobra men cionar,  que  para  todas  las  modelaciones  se  utilizó  el  mismo  evento  de 
precipitación  con  el  objetivo  de  que  las  diferentes  redes  en  SewerGems  tuvieran  un 
caudal  de  entrada  igual.  Otro  factor  común  en  la  totalidad  de  las  modelaciones  es  su 

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                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

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versus diseños futuros” 

 

34 

 

realización  bajo  un  régimen  de  análisis  en  periodo  extendido,  lo  que  significa,  que  el 
evento de precipitación  que se  tiene varía  con  respecto  al  tiempo, dando  así  una mayor 
confiabilidad  a  los  resultados  que  se  obtienen.  Esto  debido  a  que  se  logra  una  mejor 
imitación  de  la  realidad  y  que  éste  análisis  se  realiza  para  cierta  cantidad  de  tiempo 
considerable, en el caso específico del proyecto fueron veinticuatro horas (24 h). 

Ahora  bien,  con  respecto  a  las  cámaras  de  inspección  se  varían  los  coeficientes  de 
pérdidas menores (

 

 

) con el fin de simular cada modelo en dos condiciones específicas: 

condiciones  actuales  y  condiciones  mejoradas  de  las  cámaras  utilizando  cañuelas 
profundas.  El  objetivo  de  realizar  varias  modelaciones  es  mostrar  la  importancia  que 
ejerce la tecnología de materiales en las características que presenta un flujo, ya que se 
va a mostrar claramente como el modelo con cañuelas profundas tiene un funcionamiento 
hidráulico mejor en comparación a las cámaras que no utilizan cañuelas profundas. De la 
misma manera, es importante recalcar cómo  también se pueden aprovechar los avances 
tecnológicos  en  las  piezas  del  sistema  de  drenaje  urbano;  por  ejemplo  en  el  uso  de 
cañuelas profundas, para mejorar las propiedades hidráulicas del sistema.  

Las cámaras de inspección analizadas en la red de Prado-Medellín son: C159D, C80A y 
C93B.  Las  tuberías  analizadas  son  las  inmediatamente  aguas  abajo  de  las  cámaras 
analizadas. Esto se puede ver de una manera más clara en la siguiente imagen. 

 

 

 

 

Ilustración 6 Red de Prado- Medellín. 

 

 

 

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versus diseños futuros” 

 

35 

 

Y con respecto a la red de Acacias- Girardot las cámaras analizadas fueron: A13.9, 
TA.9 y A3.11. Estas serán mostradas a continuación.   

 

 

Ilustración 7 Red de Acacias-Girardot. 

 

 

 

 

 

 

 

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versus diseños futuros” 

 

36 

 

4. 

Modelaciones en SewerGems 

de los modelos a diferentes 
pendientes mayoradas 

 

Como  primera  medida  se  va  a  mostrar  la  situación  del  modelo  original,  tanto  de  Prado-
Medellín como de Acacias-Girardot, y se detallará como cambian las propiedades de flujo 
y de las cámaras seleccionadas de acuerdo  con el método de pérdidas menores que se 
utilice.  Primeramente  se  mostrarán  las  modelaciones  de  la  red  de  Prado-Medellín  e 
inmediatamente  se  ilustrarán  las  modelaciones    de  la  red  de  Acacias-Girardot.    No 
obstante es fundamental conocer en primera medida los eventos de precipitación que van 
a  afectar  los  modelos,  ya  que  estos  van  a  ser  fijos  para  todas  las  modelaciones.  A 
continuación se mostraran estos eventos de precipitación. 

 

Gráfica 3 Evento de Precipitación Prado-Medellín. 

8

10

12

14

16

18

20

22

24

9

10

11

12

13

14

15

16

P

re

cp

it

aci

ón

 (

m

m

Tiempo (h) 

Evento de Precipitación 

Evento de
Precipitación

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versus diseños futuros” 

 

37 

 

 

Gráfica 4 Evento de precipitación Acacias-Girardot. 

4.1  Modelos Originales 

 

Para  ésta  primera  modelación  se  utilizarán  los  modelos  con  pendientes  originales  y  se 
compararán los niveles en las cámaras de inspección seleccionadas.  Con respecto a las 
características de flujo: Velocidad, Relación de llenado y Número de Froude estas estarán 
analizadas también en cada una de las siguientes secciones. 

4.1.1 Modelo Original de Prado-Medellín  

Para esta modelación primero se ilustrará el nivel en la cámara de inspección analizada y 
como varía  éste  dependiendo  al  método  analizado.  Cabe  recalcar  que  éste  nivel  va  a  ir 
variando con  respecto al  tiempo debido al  evento  de  precipitación  que soportó  la  red de 
drenaje  como  a  su  vez  por  el  caudal  base  que  tiene  la  red  de  manera  inherente. 
Inmediatamente a esto estarán las características de flujo de la tubería aguas abajo de la 
cámara de inspección. 

0

5

10

15

20

25

10

11

12

13

14

15

P

re

ci

pi

ta

ci

ón 

(m

m

Tiempo (h) 

Evento de Precipitación 

Evento de
Precipitación

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versus diseños futuros” 

 

38 

 

Primeramente  se  ilustrarán  los  resultados  de  la  cámara  C159D  y  los  de  su  tubería 
inmediatamente aguas abajo TA16. 

 

Gráfica 5 Altura en Cámara C159D. Comparación de Métodos. 

Se puede observar como para ésta red en éste caso específico no afecta la manera en la 
cual se calculen las pérdidas menores. A continuación se ilustrarán las características de 
flujo de la tubería aguas abajo. 

 

Gráfica 6 Velocidad en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

De  esta  gráfica  se  puede  apreciar  como  el  método  Genérico  presenta  una  mayor 
velocidad en el pico; no obstante, esta diferencia es mínima así que no se puede concluir 
nada de este resultado preliminar. Es importante recalcar que el material de  las tuberías 
de la red es termoplástico implicando esto que pueden llegar a una velocidad máxima de 
10 m/s. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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39 

 

 

Gráfica 7 Número de Froude en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

El Número de Froude varía de una manera proporcional a la velocidad, motivo por el cual 
el método Genérico es ligermanente mayor que sus otros métodos homólogos. 

 

Gráfica 8 Relación de llenado en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

Ahora  se  mostrarán  los  resultados  de  la  siguiente  cámara  de  inspección,  C93B,  y  su 
tubería correspondiente, TA5. 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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40 

 

 

Gráfica 9 Altura en Cámara C93B. Comparación de Métodos. 

En la gráfica mostrada anteriormente no se presenta diferencia alguna con cualquiera de 
los métodos utilizados para calcular las pérdidas menores en las cámaras de inspección. 

 

 

Gráfica 10 Velocidad en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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41 

 

 

Gráfica 11 Número de Froude en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 12 Relación de llenado en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

Con  respecto  a  las  gráficas  anteriores  se  puede  observar  como  todavía  no  se  presenta 
una  diferenciación  clara  entre  métodos.  No  obstante,  estas  gráficas  son  fundamentales 
para  éste  proyecto  ya  que  van  a  ser  punto  de  comparación  para  los  modelos  con 
pendiente  modificada.  Ahora,  se  procederá  a  comparar  la  altura  de  la  cámara  C80A  de 
acuerdo con el método de pérdidas menores escogido. 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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42 

 

 

Gráfica 13 Altura en Cámara C80A. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 14 Velocidad en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 15  Número de Froude en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

0

0,05

0,1

0,15

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 la

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en la cámara 

Absoluto

Estandar

Genérico

HEC22

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

2

4

6

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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43 

 

 

Gráfica 16 Relación de llenado en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

Al  igual  que  en  la  cámara  de  inspección  anterior  todavía  no  se  presenta  diferenciación 
alguna entre  los métodos  de pérdidas menores.  A  continuación se  analizará  la  siguiente 
red de alcantarillado urbano.   

4.1.2  Modelo Original Acacias 

– Girardot 

Al igual que en la red pasada se va a ir ilustrando cómo cambia el nivel de las cámaras de 
inspección analizadas de acuerdo con el método de pérdidas de energía escogido. De la 
misma  manera  se  encontrarán  las  propiedades  de  las  tuberías  aguas  abajo  de  las 
cámaras de inspección. Las cámaras a estudiar en la red de Acacias-Girardot son: A3.11, 
A13.9 y TA9. 

 

Gráfica 17 Altura en cámara A3.11. Comparación de Métodos. 

Se  logra  observar  como  para  esta  cámara  todavía  no  afecta  el  método  de  pérdidas 
menores utilizado.  

0

10

20

30

40

50

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

44 

 

 

Gráfica 18 Velocidad en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

Se  puede  notar  en  la  gráfica  anterior  como  el  método  Absoluto  repercutió  en  la  tubería 
aguas abajo en su propiedad de velocidad. A través de todo el tiempo de modelación éste 
método  hizo  que  el  flujo  tuviera  una  velocidad  menor  comparada  con  la  de  los  otros 
métodos.  A  continuación  se  observará  como  esta  diferencia  en  velocidad  afecta  el 
Número de Froude y la relación de llenado. 

 

Gráfica 19 Número de Froude en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

45 

 

 

Gráfica 20 Relación de llenado en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

De  esta  modelación  se  puede  observar  como  todavía  no  se  tienen  diferenciaciones 
considerables  entre  métodos;  no  obstante,  éstas  serán  utilizadas  como  punto  de 
comparación con las modelaciones de pendiente modificada. A continuación se mostrarán 
los  resultados  de  otra  cámara  de  inspección  en  esta  red  de  drenaje  urbano,  la  cámara 
A13.9. 

 

Gráfica 21 Altura en cámara A13.9. Comparación de Métodos. 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 en

 c

á

m

a

ra

 (m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

46 

 

En  esta  cámara  de  inspección  se  ve  como  ligeramente  el  método  Absoluto  tiene  una 
altura mayor que los otros métodos de pérdidas menores; no obstante,  esta diferencia no 
es considerable.  

 

Gráfica 22 Velocidad en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 23 Número de Froude en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

47 

 

 

Gráfica 24 Relación de llenado en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

Como se nota en las modelaciones anteriores ese pico ligeramente mayor en la  cámara 
de  inspección,  Gráfica  21,  repercutió  considerablemente  en  las  características  de  la 
tubería  aguas  abajo  de  la  cámara.    Se  puede  observar  como  la  relación  de  llenado  es 
mayor  cuando  se  utiliza  el  método  Absoluto.  Esto  genera  una  menor  velocidad  en  la 
tubería  y  un  número  de  Froude  menor.  Finalmente  se  mostrarán  los  resultados  de  la 
última cámara de inspección, TA9.  

 

Gráfica 25 Altura en cámara TA9. Comparación de Métodos. 

0

20

40

60

80

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

48 

 

 

Gráfica 26 Velocidad en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 27 Número de Froude en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 28 Relación de llenado en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,5

1

1,5

2

0

4

8

12

16

20

24

N

ú

m

er

o

 d

Fr

o

u

d

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

49 

 

De  estas  modelaciones  pasadas  se  puede  observar  como  ningún  método  parece 
diferenciarse.  No  obstante,  estos  resultados  serán  fundamentales  para  el  desarrollo  del 
proyecto  ya  que  serán  punto  de  comparación.  Teniendo  ya  todas  las  modelaciones 
originales  se  irá  mayorando  la  pendiente  de  las  tuberías  de  las  redes  de  drenaje  para 
observar  el  comportamiento  de  estas.  Al  hacer  estos  cambios  se  verá  cómo  se 
incrementan  las  diferencias  entre  estos  métodos  de  pérdidas  energía  en  cámaras  de 
inspección.  

4.2 Modelos mayorados un dos por ciento (2%)  

Para las siguientes modelaciones fueron modificadas las pendientes de ambas redes de 
drenaje urbano un dos por ciento, como fue especificado en la sección de metodología. Al 
igual  que  los  resultados  mostrados  anteriormente,  en  ésta  sección  se  ilustrarán  como 
cambian los niveles en las cámaras de inspección de acuerdo con el método de pérdidas 
menores escogido. A su vez se ilustrará que tanto cambian los modelos con respecto al 
modelo  original  presentados  en  la  Sección  4.1.  Con  respecto  a  cómo  varían  las 
propiedades  de  flujo  (velocidad,  relación  de  llenado  y  número  de  Froude)  en  la  tubería 
aguas  abajo  de  la  cámara  de  inspección  estos  resultados  serán  presentados 
inmediatamente después a la gráfica del nivel en la cámara. 

4.2.1 Modelo mayorado un dos por ciento (2%) Prado-Medellín. 

Para  esta  modelación  se  ilustrará  como  varía  el  nivel  en  la  cámara  de  inspección  de 
acuerdo  con  el  método  de  pérdidas  menores  escogido.  Cabe  recalcar  que  se  debe 
observar  también  como  cambia  el  nivel  de  las  cámaras de  inspección  con  respecto  a  la 
modelación  original.  Al  igual  que  en  las  secciones  pasadas  estarán  presentes  las 
características de flujo de la tubería inmediatamente inferior a la cámara de inspección. 

 

Gráfica 29 Altura en cámara C159D. Comparación de Métodos. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 (

m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

50 

 

De  la  misma  manera  que  en  modelaciones  pasadas  todavía  no  se  presentan 
diferenciaciones  entre  los  métodos  de  pérdidas  de  energía.  El  nivel  en  la  cámara 
incrementó centímetros, así que no presenta diferencias considerables cuando se mayora 
la pendiente un dos por ciento. 

 

Gráfica 30 Velocidad en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

En  la  gráfica  anterior  se  presenta  en  el  pico  una  segregación  de  métodos.  La velocidad 
mayor  está  dada  por  el  método  Genérico  y  la  velocidad menor está  dada por el  método 
Absoluto. El método Absoluto tiene un comportamiento renuente de presentar velocidades 
menores que sus métodos homólogos. 

 

Gráfica 31 Número de Froude en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

51 

 

 

Gráfica 32 Relación de llenado en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

Como  era  de  esperarse  el  método  Absoluto  presenta  una  mayor  relación  de  llenado 
generando esto una velocidad menor que sus métodos homólogos. De la misma forma en 
ésta gráfica se observa como el método Genérico tiene una velocidad mayor, relación de 
llenado menor y mayor número de Froude. Parece comenzar a existir una diferenciación 
en los métodos de pérdidas menores a pesar de que no sea expresamente en el nivel de 
la cámara mas si en las propiedades del flujo en la tubería aguas abajo. A continuación se 
muestran los resultados de la cámara C93B. 

 

Gráfica 33 Altura en cámara C93B. Comparación de Métodos. 

0

10

20

30

40

50

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

52 

 

 

Gráfica 34 Velocidad en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 35 Número de Froude en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 36 Relación de llenado en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

0

1

2

3

4

5

6

7

0

4

8

12

16

20

24

V

el

o

ci

d

a

d

 (

m

/s

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

53 

 

En  esta  cámara  al  igual  que  en  el  modelo  original  todavía  no  se  presentan  cambios 
significativos.  Todas  las  características  de  flujo  aumentaron,  mas  este  cambio  fue  poco 
significativo. A continuación se mostrará la siguiente cámara de inspección, C80A. 

 

Gráfica 37 Altura en cámara C80A. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 38 Velocidad en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

54 

 

 

Gráfica 39 Número de Froude en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 40 Relación de llenado en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

Como se ha visto en las últimas dos modelaciones el mayoramiento del dos por ciento en 
la pendiente de la red no genera cambios significativos. Estos cambios no logran segregar 
de manera clara los métodos de pérdidas de energía  y aparte de esto los cambios entre 
modelos  originales  y  aumentados  son  mínimos.  No  obstante,  en  este  modelo  mayorado 
pareció  existir  un  indicio  de  segregación  de  métodos;  aun  así;  cuando  se  aumente  la 
pendiente un porcentaje mayor se observaran diferencias más claras.  

 

4.2.2 Modelo mayorado un dos por ciento (2%) Acacias-Girardot. 

 

Para  esta  modelación  se  ilustrará  como  varía  el  nivel  en  la  cámara  de  inspección  de 
acuerdo con el método de pérdidas menores escogido. Para este modelo se mayorará la 

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

55 

 

pendiente  en  un  dos  por  ciento  tal  como  fue  descrito  en  la  sección  de  metodología.  Al 
igual  que  en  las  secciones  pasadas  estarán  presentes  las  características  de  flujo  de  la 
tubería aguas abajo de la cámara de inspección. A continuación se muestra el nivel en la 
cámara A3.11. 

 

Gráfica 41 Altura en cámara A3.11. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 42 Altura en cámara A3.11. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

4

8

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16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

1

2

3

4

5

6

7

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

56 

 

 

Gráfica 43 Altura en cámara A3.11. Comparación de Métodos (Detalle 2). 

En  esta  cámara  se  muestra  como  únicamente  para  dos  métodos  se  genera  una 
sobrecarga  en  el  sistema,  Estándar  y  HEC22.  Esto  muestra  claramente  como  estos 
métodos  hacen  perder  más  energía  al  flujo  haciendo  así  que  se  generen  resaltos 
hidráulicos  que  terminan  finalmente  en  una  sobrecarga  a  la  cámara.  A  continuación  se 
mostraran las características de flujo en la tubería inmediatamente aguas abajo. 

 

Gráfica 44 Velocidad en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Genérico

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

57 

 

En  la  gráfica  anterior  se  logra  apreciar  una  diferenciación  de  métodos,  especialmente 
entre  el  método  HEC22  y  todos  los  otros  métodos  utilizados  para  obtener  las  pérdidas 
menores en la red. Esta diferenciación se verá nuevamente en las siguientes gráficas. 

 

Gráfica 45 Relación de llenado en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 46 Relación de llenado en la Tubería T20. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

En estas gráficas se puede observar como el método HEC22 y método Estándar llevan a 
la  tubería  de  aguas  abajo  a  correr  bajo  presión,  a  diferencia  del  método  Absoluto  y 
Genérico. Con respecto al Número de Froude solo se realizará con el método Absoluto y  
Genérico ya que con los otros métodos la tubería en algún momento fluye bajo presión. 

0

10

20

30

40

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0

4

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24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

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100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado  

Absoluto

Estándar

Genérico

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

58 

 

 

Gráfica 47 Número de Froude en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

La  diferencia  entre  estos  métodos  en  la  gráfica  del  Número  de  Froude  radica  en  que  el 
método  Genérico  tiene  una  mayor  velocidad  que  el  método  Absoluto.  Esta  modelación 
anterior se puede diferenciar en dos grupos; el primero de estos está conformado por los 
métodos  Absoluto  y  Genérico  que  hacen  que  la  red  de  drenaje  no  se  sobrecargue  en 
ningún  momento  a  diferencia  del  segundo  grupo  en  el  cual  la  red  se  sobrecarga.  Este 
úlitmo  grupo  está  conformado  por  el  método  Estándar  y  HEC22.  A  continación  se 
mostrarán los resultados de la cámara A13.9. 

 

Gráfica 48 Altura en cámara A13.9. Comparación de Métodos. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Genérico

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

59 

 

 

Gráfica 49 Altura en cámara A13.9. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

De  esta  modelación  se  logra  observar  como  el  único  método  en  el  cual  se  presenta 
sobrecarga  en  la  cámara  es  el  método  HEC22.  Al  analizar  estos  resultados  y  los 
obtenidos  anteriormente  se  puede  afirmar  que  el  método  HEC22  es  el  que  hace  perder 
mayor energía al flujo. A continuación se mostrarán las propiedades de flujo de la tubería 
aguas abajo de la cámara. 

 

Gráfica 50 Velocidad en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

60 

 

 

Gráfica 51 Relación de llenado en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 52 Relación de llenado en la Tubería T8. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

En estas gráficas se puede observar como el método HEC22 hace que se sobrecargue la 
tubería aguas abajo, a diferencia de los otros métodos utilizados. El hecho que el método 
Absoluto tenga un menor valor en la velocidad repercutió en  que se tuviera una relación 
de  llenado  mayor  que  la  presentada  por  sus  métodos  homólogos.  Ahora  bien,  para  el 
Número de Froude éste se analizará para todos los métodos excepto el HEC22 debido a 
que con éste la tubería fluye a presión en ciertos momentos de la modelación. 

 

0

10

20

30

40

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60

70

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90

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0

4

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24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

61 

 

 

Gráfica 53 Número de Froude en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

En  la  gráfica  anterior  se  puede  notar  claramente  el  efecto  que  tiene  la  velocidad  en  el 
Número  de  Froude.  Con  respecto  a  los  resultados  obtenidos  en  el  modelo  original  se 
puede observar que al mayorar la pendiente un dos por ciento en los métodos Genérico y 
Absoluto  estos  datos  no  cambian  de  una  manera  drástica;  no  obstante,  con  el  método 
HEC22  y  Estándar  se  observó  como  la  red  tendía  a  sobrecargarse.  Esto  es  el  primer 
indicio  de  diferenciación  de  los  métodos  de  pérdidas  menores  en  la  red.  Finalmente  se 
mostrarán los resultados de la cámara TA9. 

 

Gráfica 54 Altura en cámara TA9. Comparación de Métodos. 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

62 

 

 

Gráfica 55 Altura en cámara TA9. Comparación de Métodos (Detalle1). 

Al  igual  que  en  la  modelación  pasada  se  puede  observar  como  el  método  HEC22  es  el 
cual  hace  perder  más  energía  al  flujo  cuando  éste  pasa  a  través  de  una  cámara  de 
inspección.  A  continuación  se  ilustrarán  las  características  de  flujo  en  la  tubería  aguas 
abajo de la cámara. 

 

Gráfica 56 Velocidad en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

63 

 

 

Gráfica 57  Relación de llenado en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 58  Relación de llenado en la Tubería T180. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

 

Gráfica 59 Número de Froude en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

0

20

40

60

80

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0

4

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16

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24

Re

la

ci

ón

 d

e

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e

n

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(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

20

40

60

80

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0

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24

Re

la

ci

ón

 d

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 ll

e

n

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(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

0

0,5

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1,5

2

0

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12

16

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N

ú

m

er

o

 d

Fr

o

u

d

Tiempo(h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

64 

 

De  este  grupo  de  modelaciones  se  ha  podido  observar  claramente  como  el  método 
HEC22  es  el  que  afecta  más  al  flujo  cuando  este  pasa  a  través  de  una  cámara  de 
inspección;  el  siguiente  método  que  remueve  la  mayor  energía  al  flujo  es  el  método 
Estándar. Esto se pudo observar en la Cámara A3.11 específicamente en las Gráficas 41, 
42  y  43.  Se  ha  podido  notar  como  al  ir  mayorando  la  pendiente  se  han  comenzado  a 
diferenciar los métodos de pérdidas de energía en cámaras de inspección.  

4.3Modelos mayorados un cinco por ciento (5%)  

Para este grupo de modelaciones fueron modificadas ambas redes de drenaje urbano un 
cinco por ciento, tal como fue especificado en la sección de metodología. En esta sección 
se ilustrarán como cambian los niveles en las cámaras de inspección de acuerdo  con el 
método de pérdidas menores escogido. De igual manera se ilustrará qué tanto cambia el 
modelo  con  respecto  al  modelo  original  presentado  en  la  Sección  4.1.  Ahora  bien,  con 
respecto a cómo varían las propiedades de flujo (velocidad, relación de llenado y número 
de  Froude)  en  la  tubería  aguas  abajo  de  la  cámara  de  inspección,  estos  resultados  se 
encontrarán justo debajo de la modelación del nivel de la cámara. 

4.3.1 Modelo mayorado un cinco por ciento (5%) Prado-Medellín. 

Para  esta  modelación  se  mostrará  como  varía  el  nivel  en  la  cámara  de  inspección  de 
acuerdo  con  el  método  de  pérdidas  menores  escogido.  Se  espera  que  en  las  próximas 
modelaciones se genere una mayor diferenciación entre métodos debido a que el cambio 
de pendiente cada vez va a ser más considerable. Al igual que en las secciones pasadas 
estarán  las  características  de  flujo  de  la  tubería  inmediatamente  inferior  a  la  cámara  de 
inspección. A continuación se observa el nivel en la cámara C159D. 

 

 

Gráfica 60 Altura en cámara C159D. Comparación de Métodos. 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 (

m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
background image

                                     

Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

65 

 

Se  nota  claramente  en  esta  gráfica  como  para  todo  el  tiempo  de  modelación  el  método 
HEC22 tiene una altura mayor en la cámara de inspección. Esto comprueba la afirmación 
hecha en la sección pasada en la cual se mencionó que el método HEC22 hace perder al 
flujo  la  mayor  cantidad  de  energía.  A  continuación  se  mostrarán  los  resultados  de  la 
tubería aguas abajo. 

 

Gráfica 61Velocidad en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

En  esta  gráfica  se  nota  una  segregación  clara  de  cómo  afecta  el  método  escogido  de 
pérdidas menores a las tuberías inmediatamente aguas abajo de estas. Se logra ver cómo 
el  método  HEC  22  hace  que  el  flujo  tenga  la  mayor  velocidad  seguido  por  el  método 
Estándar  después  por  el  método  Absoluto  y  terminando  finalmente  con  el  método 
Genérico.      

 

Gráfica 62 Relación de llenado en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

66 

 

 

Gráfica 63 Número de Froude en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

En estas gráficas se logra observar cómo el flujo en todos los métodos excepto el HEC 22 
sufre un resalto hidráulico, entre la hora 12 de la modelación y la hora 16, al ocurrir esto la 
velocidad del flujo disminuye drásticamente, la relación de llenado aumenta y el Número 
de Froude disminuye. A continuación se mostraran los resultados de la cámara C93B. 

 

Gráfica 64 Altura en cámara C93B. Comparación de Métodos. 

En la cámara se nota como todavía no se presenta diferenciación alguna entre métodos. 
A continuación se mostrarán los resultados obtenidos de las características de flujo  de la 
tubería aguas abajo. 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

67 

 

 

Gráfica 65 Velocidad en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 66  Número de Froude en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 67 Relación de llenado en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

0

1

2

3

4

5

6

7

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

68 

 

Al igual que el nivel en la cámara de inspección las características de flujo todavía no se 
ven perturbadas por el método escogido de pérdidas menores. No obstante, como se ha 
notado en las modelaciones anteriores, al mayorar la pendiente los métodos comienzan a 
diferenciarse de una manera más diciente.  A continuación se muestran los resultados de 
la cámara de inspección C80A. 

 

Gráfica 68 Altura en cámara C80A. Comparación de Métodos. 

En  la  cámara  de  inspección  anteriormente  analizada  ésta  no  presenta  diferenciación 
alguna  entre  los  métodos  escogidos  de  pérdidas  menores.  El  nivel  en  la  cámara  con 
respecto a  la  modelación  mayorada un dos por ciento  dobló  su valor.  A  continuación  se 
mostrarán los resultados de la tubería inmediatamente aguas abajo de la cámara: T36. 

 

Gráfica 69 Velocidad en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

69 

 

 

Gráfica 70 Número de Froude en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 71  Relación de llenado en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

No  se  presentó diferencia  alguna  entre métodos  de  pérdidas  de energía  en  cámaras  de 
inspección. Más aun así se pudo ver en la primera cámara analizada, Gráficas 60, 61,62 y 
63  una  diferenciación  de  métodos.  Ya  se  ha  podido  observar  cómo  el  método  HEC  22  
afecta más al flujo cuando éste pasa a través de una cámara de inspección seleccionada. 
El siguiente método que remueve la mayor energía al flujo es el método Estándar; esto se 
puede afirmar debido a los resultados obtenidos en la mayoración del dos por ciento en la 
red  de  Acacias-Girardot.  Aun  así  esto  todavía  es  una  hipótesis  que  se  comprobará  o 
rechazará cuando se mayore más la pendiente. A continuación se ilustrarán los resultados 
de la otra red de drenaje analizada: Acacias-Girardot. 

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

70 

 

4.3.1 Modelo mayorado un cinco por ciento (5%) Acacias-Girardot. 

 

Para  esta  modelación  se  mostrará  como  varía  el  nivel  en  la  cámara  de  inspección  de 
acuerdo  con  el  método  de  pérdidas  menores  escogido.  Al  igual  que  en  las  secciones 
pasadas  estarán  las  características  de  flujo  de  la  tubería  inmediatamente  inferior  a  la 
cámara de inspección. Se espera poder confirmar la hipótesis que el método Estándar es 
el segundo método en afectar más el flujo al pasar a través de una cámara de inspección. 
A  continuación  se  mostrarán  los  resultados  de  la  cámara  A3.11  y  de  su  tubería  aguas 
abajo, T20. 

 

Gráfica 72 Altura en cámara A3.11. Comparación de Métodos. 

Esta  cámara no presenta diferenciación alguna de los métodos utilizados al aumentar la 
pendiente  un  cinco  por  ciento.  A  continuación  se  mostrarán  los  resultados  de  la  tubería 
aguas abajo de la cámara analizada. 

 

Gráfica 73 Velocidad en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

71 

 

 

Gráfica 74 Número de Froude en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 75 Relación de llenado en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

Las gráficas anteriores  muestran cómo el flujo sufre un resalto hidráulico cuando llega a 
un  Número  de  Froude  cercano  a  0.9.  De  la  misma  manera  se  observa  como  el  método 
Absoluto  al  tener  una  relación  de  llenado  mayor,  su  velocidad  es  menor  al  igual  que  su 
Número de Froude. Se mostrará a continuación los resultados de la cámara de inspección 
A13.9. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

4

8

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16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

72 

 

 

Gráfica 76 Altura en cámara A13.9. Comparación de Métodos. 

En  esta cámara  se  observa  como  no  se  presenta  todavía  una  diferenciación  clara  entre 
métodos  de  pérdidas menores. Se  presentan a continuación  los  resultados  de  la tubería 
aguas abajo de esta cámara. 

 

Gráfica 77 Velocidad en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

En  esta  gráfica  se  logra  observar  la  clara  incidencia  que  tiene  el  método  de  pérdidas 
menores  escogido  en  la  velocidad  de  la  tubería  aguas  abajo.    A  continuación  se 
mostrarán los efectos que esto tiene en las otras propiedades de flujo: Número de Froude 
y Relación de llenado. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

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n

 cá

m

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(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

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16

20

24

V

e

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id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

73 

 

 

Gráfica 78  Número de Froude en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 79 Relación de llenado en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

Como se ha podido observar en las modelaciones anteriores, a pesar de que no se tenga 
una  diferenciación  en  los  métodos  de  pérdidas  menores  con  respecto  al  nivel  de  la 
cámara  si  se  ha  llegado  a  tener  una  separación  clara  en  las  características  del  flujo.  El 
método  Absoluto  siempre  tiene  una  velocidad  menor  con  respecto  a  sus  otros  métodos 
homólogos. Se enseñarán a continuación lo resultados de la última cámara de inspección: 
TA9.  

0

0,2

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0,6

0,8

1

1,2

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1,6

0

4

8

12

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24

m

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ro 

d

e

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ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

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30

40

50

60

70

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90

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0

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16

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24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

74 

 

 

Gráfica 80 Altura en cámara TA9. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 81 Velocidad en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 82 Número de Froude en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

V

el

o

ci

d

a

d

 (

m

/s

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,5

1

1,5

2

0

4

8

12

16

20

24

N

ú

m

er

o

 d

Fr

o

u

d

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

75 

 

 

Gráfica 83 Relación de llenado en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

En  esta  última  cámara  se  observa  como  el  mayorar  la  pendiente  no  genera  ninguna 
diferenciación  entre  métodos  a  diferencia  de  lo  que  sucedía  cuando  se  mayoraba  la 
pendiente  un  dos  por  ciento.  La  razón  por  la  cual  sucedió  esto    es  que    al  mayorar  la 
pendiente  un  cinco  por  ciento  el  nivel  en  la  cámara  aumentaba  ,no  más  de  siete 
centímetros, generando así que el Número de Froude se alejara del flujo crítico, Fr=1,  y 
así  evitar  que  se  produjeran  resaltos  hidráulicos  que  lograrán  segregar  los  métodos  de 
pérdidas menores. 

4.4.1 Modelo mayorado un diez por ciento (10%) Prado-Medellín. 

Para estas modelaciones lo que se realizará es mayorar el diez por ciento las pendientes 
del  modelo  original,  tal  como  fue  descrito  en  la  sección  de  metodología.  En  estos 
resultados se verá una diferenciación mayor entre métodos  debido a que cada vez se va 
mayorando más la pendiente. 

 

Gráfica 84  Altura en cámara C159D. Comparación de Métodos. 

0

20

40

60

80

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 (

m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

76 

 

En  esta  gráfica  se  logra  observar  como  todos  los  métodos  siguen  el  mismo  parámetro, 
mas  aun  así  las  primeras  y  últimas  cuatro  horas  de  modelación  muestran  una 
diferenciación  no  clara  entre  estos  métodos.  Al  comienzo  de  la  modelación  el  método 
Absoluto  genera  un  mayor  nivel  en  la  cámara  de  inspección  mas  al  final  de  esta  no  se 
muestra  claramente  cual  de  los  siguientes  métodos  tiene  una  altura  mayor,  método 
HEC22 y método Estándar. Con respecto a la modelación mayorada  un cinco por ciento 
se observa como ésta tiene un nivel considerablemente menor,  40 centímetros menor en 
el  pico.  A  continuación  se  mostrarán  los  resultados  de  la  tubería  aguas  abajo  de  la 
cámara. 

 

Gráfica 85 Velocidad en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 86 Número de Froude en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

77 

 

 

Gráfica 87 Relación de llenado en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

A  través  de  las  últimas  tres  gráficas  se  logra  observar  como  todos  los  métodos  se 
comportan de la misma manera exceptuando el principio y final de las modelaciones. En 
comparación a las modelaciones mayoradas un cinco por ciento en éstas se tiene un flujo 
súper-crítico  a  través  de  toda  la modelación  y  no se  genera  nunca un  resalto  hidráulico, 
motivo por el cual la relación de llenado máxima es del 32%. En las siguientes gráficas se 
ilustrará la cámara de inspección C93B. 

 

Gráfica 88 Altura en cámara C93B. Comparación de Métodos. 

En la gráfica anterior se logra observar como los métodos de pérdidas menores siguen el 
mismo  comportamiento  cuando  llegan  a  cierto  tiempo  en  específico,  cercano  a  las  8 
horas; antes de este tiempo lo que se tiene es lo observado en modelaciones pasadas en 
las  cuales  el  método  Absoluto  genera  un  mayor  nivel  en  la  cámara  analizada,  pero  aun 

0

5

10

15

20

25

30

35

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
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“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

78 

 

así  éste  nunca  genera  una  sobrecarga  en  la  red.  En  comparación  a  la  modelación 
mayorada  un  5%  la  modelación  actual  logra  mostrar  una  diferencia  entre  métodos  de 
pérdidas menores, Gráfica 64. A continuación se mostrarán las características del flujo en 
la tubería aguas abajo. 

 

Gráfica 89 Velocidad en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 90 Número de Froude en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

79 

 

 

Gráfica 91 Relación de llenado en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

Se observa cómo el sistema se comporta de la misma manera entre la  octava y vigésima 
hora  de  la  modelación.  Se  nota  a  la  vez  cómo  en  el  intervalo  de  tiempo  entre  que 
comienza y la hora octava de la modelación el método Absoluto tiene una mayor relación 
de llenado y mayor velocidad. Esto debido a que se tiene un mayor nivel en la cámara de 
inspección aguas arriba. En comparación al modelo mayorado un  5% en éste si se logra 
ver  diferencias  entre  métodos  de  pérdidas  menores,  Gráficas  65,66  ,67.  Finalmente  se 
mostrarán los resultados de la última cámara de inspección, C80A. 

 

Gráfica 92 Altura en cámara C80A. Comparación de Métodos. 

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

100

200

300

400

500

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

80 

 

 

Gráfica 93 Altura en cámara C80A. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

 

Gráfica 94  Altura en cámara C80A. Comparación de Métodos (Detalle 2). 

En estas tres gráficas anteriores se logra observar como los métodos HEC22 y Estándar 
hacen que la red presente un tipo de sobrecarga, a diferencia de los métodos Absoluto y 
Genérico  en  los  cuales  el  nivel  máximo  al  cual  llega  la  cámara  es  0,57  metros.  A 
continuación  se  ilustrarán  las  características  del  flujo  en  la  tubería  aguas  abajo  de  la 
cámara. 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

4

8

12

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20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara  

Absoluto

Genérico

HEC22

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara  

Absoluto

Genérico

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

81 

 

 

Gráfica 95 Velocidad en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

Esta  gráfica  muestra  cómo  se  tienen  cambios  de  velocidad  en  los  métodos  HEC  22  y 
Estándar.  Ésta  caída  súbita  de  velocidad  es  traducida  en  la  sobrecarga  del  sistema  de 
drenaje cuando se modela con estos métodos.  

 

Gráfica 96 Relación de llenado en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

0

1

2

3

4

5

6

0

4

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12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

82 

 

 

Gráfica 97 Número de Froude en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

Se puede observar, como para todas las modelaciones hechas en esta sección, el hecho 
que  se  generen  sobrecargas  en  la  red    cuando  se  utilizan  específicamente    dos  de  sus 
métodos de pérdidas menores generan diferenciaciones  claras entre  los métodos.  Estos 
dos  métodos  mencionados  anteriormente  son  el  HEC22  y  Estándar.  Esta  afirmación  se 
puede  observar  en  las  Gráficas  92  y  93,  en  las  cuales  se  ve  como  los  métodos 
nombrados anteriormente sobreestiman las pérdidas menores en el flujo y hacen que se 
sobrecargue el sistema. 

4.4.2 Modelo mayorado un diez por ciento (10%) Acacias-Girardot. 

 

Para  las  modelaciones  próximas  lo  que  se  realizará  es  incrementar  en  un  10%  las 
pendientes del modelo original, como fue descrito en la sección de metodología. En estas 
modelaciones  se  observará  una  diferenciación  más  clara  entre  los  métodos  de  pérdidas 
menores. 

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

83 

 

 

Gráfica 98 Altura en cámara A3.11. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 99 Altura en cámara A3.11. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

Esta  modelación  anterior  muestra  claramente  cómo  el  método  HEC  22  sobreestima  las 
pérdidas  menores  en  la  cámara  de  inspección.  A  continuación  se  mostrarán  las 
propiedades  de  flujo  de  la  tubería  inmediatamente  aguas  abajo  y  como  éstas  varían  de 
acuerdo con el método de pérdidas menores utilizado. 

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

84 

 

 

Gráfica 100 Velocidad en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

Se logra observar como en el momento que se sobrecarga la red en el método HEC22 la 
velocidad en la tubería aguas abajo disminuye más rápido que en la forma que lo hacen 
sus  métodos  homólogos.  De  la  misma  manera  se  logra  observar  claramente  como  el 
método Absoluto siempre subestima la velocidad en la tubería aguas abajo de la cámara 
seleccionada  y  como  el  método  Genérico  produce  mayor  velocidad  en  la  tubería  aguas 
abajo.  

 

Gráfica 101 Relación de llenado en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
background image

                                     

Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

85 

 

 

Gráfica 102 Número de Froude en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

Como se puede observar en las dos gráficas anteriores cuando se genera la disminución 
abrupta en la velocidad la tubería comienza a fluir bajo presión, relación de llenado=100%. 
De esta modelación se pudo observar de nuevo cómo el método HEC22 sobreestima las 
pérdidas menores en la cámara y cómo el método Absoluto subestima la velocidad en la 
tubería  inmediatamente  aguas  abajo.  A  continuación  se  muestran  los  resultados  de  la 
Cámara A13.9.  

 

Gráfica 103 Altura en cámara A13.9. Comparación de Métodos. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

50

100

150

200

250

300

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
background image

                                     

Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

86 

 

 

Gráfica 104 Altura en cámara A13.9. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

Al igual que la cámara de inspección anterior el método HEC22 es el único método en el 
cual se genera una sobrecarga en la red de drenaje. Se puede observar cómo el nivel en 
la cámara de inspección es similar al modelo mayorado un cinco por ciento. Esto sucede 
debido  a  que  el  software  utilizado  tiene  un  nivel  mínimo  de  agua  en  las  cámaras  de 
inspección para que se tenga consistencia en los cálculos hechos internamente. 

 

Gráfica 105 Velocidad en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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background image

                                     

Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

87 

 

 

Gráfica 106 Número de Froude en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 107 Relación de llenado en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

En la cámara de inspección pasada se puede observar claramente cómo el método HEC 
22  sobreestima  las  pérdidas  de  energía  en  la  red  de  alcantarillado.  De  igual  forma  se 
logra  observar  como  el  método  Absoluto  influye  fuertemente  en  la  tubería  aguas  abajo; 
este método genera una mayor relación de llenado poniendo así en riesgo a la tubería y 
que  ésta  fluya  bajo  presión.  Por  último  se  ilustrarán  los  resultados  de  la  cámara  de 
inspección TA9. 

0

0,5

1

1,5

2

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

88 

 

 

Gráfica 108 Altura en cámara TA9. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 109 Altura en cámara TA9. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

Al  igual  que  en  todas  las  cámaras  de  inspección  analizadas  para  esta  red  de  Acacias-
Girardot se ha visto cómo el método HEC 22 sobreestima las pérdidas menores. Esto se 
ha  observado  debido  a  que  únicamente  con  ese  método  todas  las  cámaras  han  sufrido 
sobrecarga a diferencia que si se utilizara cualquier otro método de pérdidas menores. A 
continuación  se  mostrarán  las  propiedades  del  flujo  en  la  tubería  aguas  abajo  de  la 
cámara analizada. 

0

50

100

150

200

250

300

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

89 

 

 

Gráfica 110 Velocidad en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 111 Número de Froude en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 112 Relación de llenado en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,5

1

1,5

2

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

20

40

60

80

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

90 

 

De  esta modelación  al  igual  que  en  las dos  cámaras de  inspección  pasadas se observa 
cómo el método HEC22 sobreestima las pérdidas menores en las cámaras de inspección, 
motivo por el cual sólo éste método genera sobrecargas en la red. En contraposición con 
la  modelación  mayorada un  5%  la  actual  modelación mostró  diferenciación  alguna  entre 
métodos  de  pérdidas  menores,  especialmente  el  método  HEC22  en  las  cámaras  de 
inspección y el método Absoluto en la tubería inmediatamente aguas abajo de la cámara 
analizada. 

4.5.1 Modelo mayorado un veinte por ciento (20%) Prado-Medellín. 

 

Para  este  último  grupo  de modelaciones  lo  que  se  realizará  es mayorar  la  pendiente un 
20%.  Esto  con  el  fin  de  obligar  al  flujo  que  transite  bajo  condiciones  extremas  haciendo 
así  que  los  métodos  de  pérdidas  menores  se  diferencien  cada  vez  más.  Cómo  se  ha 
venido  observando  a  través  de  los  resultados  previos  se  tiene  claro  que  el  método  que 
afecta más al flujo al pasar a través de una cámara es el  HEC22 seguido por el método 
Estándar  mas  todavía  no  es  claro  el  orden  entre  el  método  Absoluto  y  el  método 
Genérico.  A continuación se mostrarán los resultados de la cámara de inspección C159D. 

 

Gráfica 113 Altura en cámara C159D. Comparación de Métodos. 

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

91 

 

 

Gráfica 114 Altura en cámara C159D. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

En las gráficas pasadas se reitera lo visto en modelaciones anteriores, siendo esto que el 
método HEC22 sobreestima las pérdidas menores en la cámara de inspección analizada. 
A continuación se mostrarán los resultados de la tubería inmediatamente aguas abajo. 

 

Gráfica 115 Velocidad en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

Al igual que como se observó en la Gráfica 102 en el momento que se sobrecarga la red 
el  método  HEC22  hace  que  la  velocidad  baje  más  rápido  que  en  los  otros  métodos  de 
pérdidas menores. De la misma manera se logra observar como el método Genérico es el 
que produce una mayor velocidad en la tubería aguas abajo y como el método Absoluto 
subestima  la  velocidad  con  respecto  a  sus  métodos  homólogos.  A  continuación  se 
ilustrarán las otras dos características del flujo: Número de Froude y Relación de llenado. 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

92 

 

 

Gráfica 116 Número de Froude en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 117 Relación de llenado en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

Se puede observar como el método HEC22 genera que la tubería aguas abajo fluya bajo 
presión  después  del  evento  de  sobrecarga.  De  igual  forma  se  observa  cómo  el  método 
Absoluto  genera  una  mayor  relación  de  llenado  que  los  otros  métodos  de  pérdidas 
menores. A continuación se mostrará la siguiente cámara de inspección: C93B. 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

93 

 

 

Gráfica 118 Altura en cámara C93B. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 119 Altura en cámara C93B. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

 

Gráfica 120 Altura en cámara C93B. Comparación de Métodos (Detalle 2). 

0

500

1000

1500

2000

2500

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Genérico

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

94 

 

En estas gráficas mostradas anteriormente se puede observar de manera clara como se 
diferencian  todos  los  métodos  de  pérdidas  menores.  Se  observa  como  el  método  que 
hace  perder  más  energía  al  flujo  es  el  método  HEC22  seguido  por  el  método  Estándar 
continuado este por el método Absoluto y finalmente el método Genérico.  A continuación 
se mostrarán las propiedades del flujo en la tubería aguas abajo. 

 

Gráfica 121 Velocidad en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 122 Relación de llenado en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

4

8

12

16

20

24

Rel

a

ci

ó

n

 d

llen

a

d

o

 (

%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
background image

                                     

Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

95 

 

 

Gráfica 123 Número de Froude en la Tubería TA5. Comparación de Métodos. 

De  estas  gráficas  mostradas  anteriormente  se  logra  observar  cómo  tanto  el  método 
Estándar  como  el  método  HEC22  tienen  sus  picos  cuando  el  sistema  sufre  una 
sobrecarga. No obstante, el método Absoluto tiene un pico en su velocidad al igual que en 
su  número de Froude.  El  motivo  por  el  cual  sucede  esto  es  debido  a que  la  relación  de 
llenado en ese instante es del 2.8% haciendo así que todo el flujo fluya a velocidades muy 
altas. A continuación se ilustraran los resultados de la última cámara de inspección C80A. 

 

Gráfica 124 Altura en cámara C80A. Comparación de Métodos. 

0

20

40

60

80

100

120

140

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

96 

 

 

Gráfica 125 Altura en cámara C93B. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

 

Gráfica 126 Altura en cámara C93B. Comparación de Métodos (Detalle 2). 

Al igual que en ciertas modelaciones pasadas se logra observar cómo el método HEC22 y 
el  método  Estándar  son  los  métodos  que  sobreestiman  las  pérdidas  menores  en  la 
cámara de inspección provocando así el fenómeno de sobrecarga en la red de drenaje. A 
continuación se mostrarán los resultados de la tubería inmediatamente aguas abajo.  

0

50

100

150

200

250

300

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara  

Absoluto

Estándar

Genérico

0,74

0,76

0,78

0,8

0,82

0,84

0,86

0,88

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara  

Absoluto

Genérico

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

97 

 

 

Gráfica 127 Velocidad en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 128 Número de Froude en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 129 Relación de llenado en la Tubería T36. Comparación de Métodos. 

0

1

2

3

4

5

6

7

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

1

2

3

4

5

6

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

20

40

60

80

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

98 

 

Se  observa  cómo  el  método  HEC22  y  el  método  Estándar,  debido  al  fenómeno  de 
sobrecarga de la red de drenaje, hacen que la tubería de aguas abajo fluya bajo presión 
en ciertos momentos de la modelación.  A través de estas tres cámaras de inspección se 
logró hacer la diferenciación total de los métodos de pérdidas menores en las cámaras de 
inspección, Gráficas 118, 119 y 120. Se pudo determinar cómo es el orden de afectación 
al flujo debido a pérdidas menores en cámaras de inspección: HEC22, Estándar, Absoluto 
y Genérico. 

4.5.1 Modelo mayorado un veinte por ciento (20%) Acacias-Girardot. 

 

Para este último grupo de modelaciones se realizará  una mayoraración de pendiente un 
20%, tal como fue descrito en la sección de metodología. La razón por la cual se mayoró  
la pendiente tanto fue para obligar al flujo a transitar bajo condiciones extremas haciendo 
así  que  los  métodos  de  pérdidas  menores  se  diferenciaran  cada  vez  más.    En  estas 
modelaciones se desea comprobar el orden obtenido en la sección anterior en la cual ya 
se tenía una diferenciación completa de los métodos de pérdidas menores en cámaras de 
inspección. A continuación se mostrarán los resultados de la cámara de inspección A3.11. 

 

 

Gráfica 130 Altura en cámara A3.11. Comparación de Métodos. 

0

20

40

60

80

100

120

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

99 

 

 

Gráfica 131 Altura en cámara A3.11. Comparación de Métodos  (Detalle 1). 

Se puede observar de nuevo cómo el método HEC22 sobreestima las pérdidas menores 
en  el  flujo  haciendo  así  que  se  presente  sobrecarga  en  la  red  de  drenaje.  De  la  misma 
manera  también  se  pude  notar  cómo  el  método  Absoluto  tiene  una  altura  ligeramente 
mayor  las  doce  primeras  horas  de  modelación.  A  continuación  se  mostrarán  las 
características de flujo de la tubería aguas abajo.  

 

 

Gráfica 132 Velocidad en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

100 

 

 

Gráfica 133 Relación de llenado en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 134 Número de Froude en la Tubería T20. Comparación de Métodos. 

Se nota claramente cómo cuando el método HEC22 genera una sobrecarga en la cámara 
de  inspección  la  tubería  aguas  abajo  fluye  bajo  presión  y  la  velocidad  sufre  un  cambio 
drástico. Al  presentar un mayor nivel en  la cámara cuando se utiliza el método Absoluto 
se  genera  en  la  tubería  aguas  abajo  una  mayor  relación  de  llenado,  menor  velocidad  y 
menor  Número  de  Froude.  A  continuación  se  mostrarán  los  resultados  de  la  siguiente 
cámara de inspección A13.9. 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado  

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

101 

 

 

Gráfica 135 Altura en cámara A13.9. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 136 Altura en cámara A13.9. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

 

Gráfica 137 Altura en cámara A13.9. Comparación de Métodos (Detalle 2). 

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 en

 c

á

m

a

ra

 (m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Genérico

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

102 

 

En  estas  gráficas  se  puede  observar  de  nuevo  una  diferenciación  completa  de  los 
métodos de pérdidas de energía en la cámara de inspección analizada. Se  analiza cómo 
el  método  que  hace  perder  mayor  energía  al  flujo  es  el  HEC22  seguido  por  el  método 
Estándar  y  este  a  su  vez  seguido  por  el  método  Absoluto  y  finalizando  con  el  método 
Genérico.  Esta  diferenciación  total  de  métodos  ya  se  había  obtenido  en  las  Gráficas 
118,119 y 120. A continuación se ilustrarán las propiedades del flujo en la tubería aguas 
abajo. 

 

Gráfica 138 Velocidad en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 139 Relación de llenado en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

103 

 

 

Gráfica 140 Número de Froude en la Tubería T8. Comparación de Métodos. 

Se  puede  observar  en  las  gráficas  anteriores  como  cuando  sufre  una  sobrecarga  el 
sistema la tubería inmediatamente aguas abajo de la cámara analizada fluye bajo presión, 
la velocidad baja súbitamente al igual que su Número de Froude. De la misma manera se 
puede  observar  cómo  el  método  Absoluto  genera  en  la  tubería  de  aguas  abajo  una 
velocidad  inferior  a  la  de  sus  métodos  homólogos.  A  continuación  se  mostrará  la  última 
cámara de inspección, TA9. 

 

Gráfica 141 Altura en cámara TA9. Comparación de Métodos. 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

104 

 

 

Gráfica 142 Altura en cámara TA9. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

Se  muestra  como  en  esta  modelación  el  único  método  que  hace  que  la  red  sufra  un 
fenómeno  de  sobrecarga  es  el  HEC22.  Se  puede  observar  claramente  a  través  de  las 
modelaciones pasadas como el método HEC22 sobreestima las pérdidas de energía en la 
red de alcantarillado. A continuación se ilustraran las características de flujo en la tubería 
aguas abajo.  

 

Gráfica 143 Velocidad en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

e

n

 cá

m

ar

(m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

105 

 

 

Gráfica 144 Relación de llenado en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 145 Número de Froude en la Tubería T180. Comparación de Métodos. 

Se puede observar en las gráficas anteriores, al igual que en las modelaciones pasadas, 
como  cuando  sufre  una  sobrecarga  la  cámara,  la  tubería  inmediatamente  aguas  abajo 
reduce su velocidad , fluye bajo presión y su número de Froude no está definido para esa 
condición de flujo. Se pudo observar claramente en las  Gráficas 135,136 y 137 cómo se 
obtuvieron los mismos resultados de diferenciación de métodos de pérdidas menores que 
en  la  red  de  Prado-  Medellín.  Ésta  modelación  permitió  tener  claro  cuál  método 
sobreestima  y  subestima  las  pérdidas menores  en cámaras de  inspección  y  como  estos 
métodos afectan a las propiedades de flujo en la tubería inmediatamente aguas abajo de 
la cámara analizada. 

0

20

40

60

80

100

0

4

8

12

16

20

24

Re

la

ci

ón

 d

e

 ll

e

n

ad

(%

Tiempo (h) 

Relación de llenado 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0

4

8

12

16

20

24

m

e

ro 

d

e

 Fr

ou

d

e

 

Tiempo (h) 

Número de Froude 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

106 

 

Modelaciones con cañuelas 
profundas 

Para estas nuevas modelaciones sólo se realizará una mayoración de pendiente del 20%. 
Esto tiene como fin lograr comparar los casos más críticos de las modelaciones pasadas 
con  estos  nuevos  resultados.  Cómo  se  explicó  en  la  sección  de  Marco  Teórico  una 
cañuela profunda genera pérdidas menores en el flujo cercanas a cero. Para el flujo esto 
significa que éste no va a sentir una transición brusca entre tuberías aguas arriba, cámara 
de  inspección  con  cañuela  profunda  y  tubería  aguas  abajo.  Es  importante  recalcar  lo 
fundamental  de  esta  sección  del  presente  Documento de  Grado    ya  que desde hace un 
tiempo  con  la  evolución  de  los  materiales  termoplásticos  en  el  mercado  se  han  tenido 
avances  en  cómo  se  construyen  estas  cámaras  de  inspección  y  los  efectos  hidráulicos 
que tienen. Hace unos años la totalidad de las cámaras de inspección eran construidas en 
concreto  y  mampostería  provocando  así  que  cuando  el  flujo  rozara  con  esa  superficie 
rugosa éste cambiara totalmente sus características hidráulicas. Un ejemplo claro es que 
el  cambio  de  flujo  turbulento  hidráulicamente  liso  a  un  flujo  turbulento  hidráulicamente 
cambia totalmente las características de flujo.  

Debido  a  las  razones  mencionadas  anteriormente  se  comenzó  a  trabajar  en  la  idea  de 
tener cámaras de inspección que no produjeran cambios bruscos en las características de 
flujo.  Esto  se  logró  mediante  la  elaboración  de  cámaras  de  inspección  con  materiales 
termoplásticos tales como el PVC. Posterior a esto se decidió que la idea misma de una 
cámara de inspección afectaba más al flujo de lo que lo beneficiaba, a pesar de que éstas 
son necesarias para el mantenimiento de la red, así que se pensó en generar las menores 
perturbaciones  al  flujo  posibles.  Al  unir  todos  estos  factores  se  obtuvo  la  idea  de  la 
cañuela  profunda.  A  continuación  se  mostrará  la  modelación  de  Prado-Medellín  con 
cañuelas profundas mayorada un 20%. 

 

Gráfica 146 Altura en cámara C159D. Comparación de Métodos. 

0

0,5

1

1,5

0

4

8

12

16

20

24

A

lt

u

ra

 (

m

Tiempo (h) 

Altura en cámara 

Absoluto

Estándar

Genérico

HEC22

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/9dfeb5fab8a48f9690345c401c4cb32f/index-html.html
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Universidad de los Andes 

  

                                     Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
                                     Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados- CIACUA 
                                    

“Diseño de redes de drenaje urbano: comparación de diseños tradicionales 

                                     

versus diseños futuros” 

 

107 

 

En esta modelación en contraposición al modelo mayorado un 20% sin cañuela profunda 
ninguno de sus métodos sobrecarga al sistema. Se observa claramente cómo el método 
HEC22 tiene resaltos hidráulicos generando así cambios súbitos en el  nivel de la cámara 
de  inspección  analizada.  A  continuación  se  presentan  las  características  de  flujo  en  la 
tubería aguas abajo de la cámara. 

 

Gráfica 147 Velocidad en la Tubería TA16. Comparación de Métodos. 

 

Gráfica 148 Velocidad en la Tubería TA16. Comparación de Métodos (Detalle 1). 

0

10

20

30

40

50

60

0

4

8

12

16

20

24

V

e

loc

id

ad

 (

m

/s)

 

Tiempo (h) 

Velocidad 

Absoluto

Estándar