Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción del riesgo de inundación urbana

Las ciudades crecen rápidamente como respuesta a la demanda de la población que decide migrar de las zonas rurales a las urbanas. Hoy en día el 55% de la población mundial vive en las urbes y para el 2050 se espera que sea el 68% (Naciones Unidas, 2018).

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PROYECTO DE GRADO EN INGENIERÍA CIVIL 

 

EVALUACIÓN DE LA INFLUENCIA DE LOS SISTEMAS DE DRENAJE 

URBANO SOSTENIBLE EN LA REDUCCIÓN DEL RIESGO DE 

INUNDACIÓN URBANA 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

 

 

Asesor: Juan G. Saldarriaga Valderrama 

 

 

 

 

 

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 

FACULTAD DE INGENIERÍA 

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 

PREGRADO EN INGENIERÍA CIVIL 

BOGOTÁ D.C. 

2019 

 

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AGRADECIMIENTOS 

En  primer  lugar,  quiero  agradecer  a  Dios  por  brindarme  las  herramientas  y  oportunidades  para 
estudiar en un país en el cual muchos no pueden hacerlo. En segundo lugar, agradezco a mi familia 
por  su  confianza  y  cariño  durante  todo  este  proceso;  en  especial  a  mi  mamá,  quien  me  enseña 
cada  día  que  es  necesario  un  gran  esfuerzo  para  alcanzar  lo  que  se  desea.  En  tercer  lugar, 
agradezco  a  mi  asesor  de  tesis  Juan  Saldarriaga  que  durante  el  semestre  me  guió  e  incentivó  a 
mejorar mi criterio como ingeniera y a perseverar hasta obtener los mejores resultados. También, 
quiero  agradecer  al  profesor  Camilo  Salcedo,  quién  confió  en  mí  para  darme  la  oportunidad  de 
aprender  más  allá  de  lo  que  se  enseña  en  clase;  además,  de  guiarme  al  inicio  del  presente 
proyecto  de  grado.  Finalmente,  quiero  agradecer  a  la  universidad,  a  los  profesores  y  a  mis 
compañeros por acompañarme y apoyarme a lo largo de este camino. 

 

 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

 

TABLA DE CONTENIDO 

Introducción ................................................................................................................................ 1 

1.1 

Objetivos ............................................................................................................................. 5 

1.1.1 

Objetivo General ......................................................................................................... 5 

1.1.2 

Objetivos Específicos ................................................................................................... 5 

Marco teórico .............................................................................................................................. 6 

1.1. 

Hidrología e impacto de la urbanización ............................................................................. 6 

1.2. 

Inundación ........................................................................................................................... 7 

1.2.1. 

Inundación urbana ...................................................................................................... 7 

1.2.2. 

Riesgo de inundación .................................................................................................. 8 

1.3. 

Sistemas de drenaje urbano sostenible .............................................................................. 8 

1.3.1. 

Techos verdes .............................................................................................................. 9 

1.3.2. 

Techos azules ............................................................................................................ 10 

1.4. 

Storm Water Management Model (SWMM) .................................................................... 11 

1.5. 

Método de infiltración: Número de curva ........................................................................ 13 

2. 

Metodología .............................................................................................................................. 15 

3.1. 

Caracterización caso de estudio: Cajicá ............................................................................ 15 

3.2. 

Modelación en EPA SWM .................................................................................................. 18 

3.2.1. 

Evento de lluvia ......................................................................................................... 18 

3.2.2. 

Modelación de las subcuencas .................................................................................. 20 

3.2.3. 

Modelación del método de infiltración ..................................................................... 25 

3.2.4. 

Características promedio de las cuencas de estudio ................................................ 26 

3.3. 

Análisis planteados ............................................................................................................ 30 

3.3.1. 

Análisis de sensibilidad parámetros impermeabilidad ............................................. 30 

3.3.2. 

Análisis de sensibilidad propiedades SUDS ............................................................... 31 

3.3.3. 

Análisis de riesgo de inundación ............................................................................... 33 

3. 

RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................ 34 

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Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

ii 

 

3.1. 

Análisis de sensibilidad parámetros de impermeabilidad ................................................ 34 

3.1.1. 

Análisis número de curva .......................................................................................... 34 

3.1.2. 

Análisis profundidad de almacenamiento área impermeable .................................. 39 

3.1.3. 

Análisis porcentaje sin almacenamiento de la zona impermeable ........................... 40 

4.2. 

Análisis de sensibilidad propiedades SUDS ....................................................................... 41 

4.3. 

Análisis de riesgo de inundación ....................................................................................... 42 

5. 

Conclusiones.............................................................................................................................. 45 

6. 

Recomendaciones ..................................................................................................................... 47 

7. 

Referencias ................................................................................................................................ 48 

8. 

Anexos ....................................................................................................................................... 52 

Anexo 1. Mapa de ocupación de Cajicá. ....................................................................................... 52 

Anexo 2. Mapa ocupación del suelo urbano Cajicá. ..................................................................... 53 

Anexo 3. Mapa información geológica de Cajicá. Tomado de ...................................................... 54 

Anexo 1. Número de curva áreas urbanas. Tomado de ................................................................ 55 

Anexo 2. Números de curva para tierras de cultivo ...................................................................... 56 

Anexo 6. Hidrogramas de salida Cuenca 2 ...................................................................................... 1 

Anexo 7. Hidrogramas de salida Cuenca 3 ...................................................................................... 3 

Anexo 8. Hidrogramas de salida Cuenca 4AA ................................................................................. 6 

Anexo 9. Hidrogramas de salida Cuenca 4AB ................................................................................. 8 

Anexo 10. Hidrogramas de salida Cuenca 4B ................................................................................ 11 

Anexo 11. Hidrogramas de salida Cuenca 5 .................................................................................. 13 

Anexo 12. Hidrogramas de salida Cuenca 6 .................................................................................. 16 

 

 

 

 

 

 

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del riesgo de inundación urbana

 

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iii 

 

ÍNDICE DE FIGURAS 

Ilustración 1. Componentes típicos del techo verde. Tomado de (Secretaría Distrital de Ambiente, 2014) ... 10

 

Ilustración 2. Tipos de techos azules. De izquierda a derecha con piedras, adoquines o estructuras con 

vacíos. Tomado de (Hydrotech, s.f.) ........................................................................................................ 11

 

Ilustración 3. Idealización de las subcuencas. Tomada de (Macor, 2002) ........................................................ 12

 

Ilustración 4. Resumen de la metodología ....................................................................................................... 15

 

Ilustración 5. Ubicación del área de estudio en el municipio de Cajicá ........................................................... 16

 

Ilustración 6. Distribución urbana y rural en el área de estudio ...................................................................... 17

 

Ilustración 7. De izquierda a derecha: Elevación de Cajicá y Pendiente de Cajicá ........................................... 18

 

Ilustración 8. Curvas IDF. Tomado de (Empresa de Servicios Públicos de Cajicá S.A E.S.P e INGEQMA, 2018) 19

 

Ilustración 9. Hietograma lluvia de análisis ...................................................................................................... 20

 

 

 

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2019-20 

 

 

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iv 

 

ÍNDICE DE TABLAS 

Tabla 1. Implicaciones de la urbanización en procesos del ciclo de agua. Adaptada de (Ruby, s.f.). ................. 7

 

Tabla 2. Descripción de los grupos hidrológicos del suelo. Tomado de (United States Department of 

Agriculture, 1986) .................................................................................................................................... 14

 

Tabla 3. Resultados procedimiento bloques alternos ...................................................................................... 20

 

Tabla 4. Propiedades de los componentes hidráulicos .................................................................................... 21

 

Tabla 5. Propiedades de la subcuenca ............................................................................................................. 22

 

Tabla 6. N de Manning superficies. Tomado de (McCuen R., Johnson P. y Ragan, R., 2002) ........................... 24

 

Tabla 7. Profundidad de almacenamiento en zonas impermeables y permeables. Adaptada de (ASCE, 1992)

 ................................................................................................................................................................. 25

 

Tabla 8. Números de curva asociados a los usos del suelo característicos del área de estudio ...................... 26

 

Tabla 9. Características Cuenca 2 ..................................................................................................................... 27

 

Tabla 10. Características Cuenca 3 ................................................................................................................... 27

 

Tabla 11. Características Cuenca 4AA .............................................................................................................. 28

 

Tabla 12. Características Cuenca 4AB ............................................................................................................... 28

 

Tabla 13. Características Cuenca 4B ................................................................................................................. 29

 

Tabla 14. Características Cuenca 5 ................................................................................................................... 29

 

Tabla 15. Características Cuenca 6 ................................................................................................................... 30

 

Tabla 16. Análisis número de curva .................................................................................................................. 31

 

Tabla 17. Propiedades modeladas de los techos verdes .................................................................................. 32

 

Tabla 18. Propiedades modeladas techos azules ............................................................................................. 32

 

Tabla 19. Resultados obtenidos en condiciones actuales ................................................................................ 34

 

Tabla 20. Análisis número de curva Cuenca 2 .................................................................................................. 35

 

Tabla 21. Análisis número de curva Cuenca 3 .................................................................................................. 36

 

Tabla 22. Análisis número de curva Cuenca 4AA ............................................................................................. 36

 

Tabla 23. Análisis número de curva Cuenca 4AB .............................................................................................. 37

 

Tabla 24. Análisis de curva Cuenca 4B .............................................................................................................. 38

 

Tabla 25. Análisis de curva Cuenca 5 ................................................................................................................ 38

 

Tabla 26. Análisis de curva Cuenca 6 ................................................................................................................ 39

 

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del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

 

Tabla 27. Análisis profundidad almacenamiento área impermeable Cuenca 2, 3, 4AA y 4AB ......................... 40

 

Tabla 28.Análisis profundidad almacenamiento área impermeable Cuenca 4B, 5 y 6 .................................... 40

 

Tabla 29. Análisis porcentaje sin almacenamiento Cuenca 2, 3, 4AA y 4AB .................................................... 41

 

Tabla 30. Análisis porcentaje sin almacenamiento Cuenca 4B, 5 y 6 ............................................................... 41

 

Tabla 31. Análisis de sensibilidad propiedades SUDS Cuenca 2, 3, 4AA, 4AB, 4B, 5 y 6 ................................... 42

 

Tabla 32. Resultados volumen de inundación sensibilidad propiedades SUDS ............................................... 43

 

Tabla 33. Resultados volumen de inundación escenarios proyectados ........................................................... 43

 

Tabla 34. Análisis de riesgo de inundación escenarios proyectados ................................................................ 44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

vi 

 

ÍNDICE DE ECUACIONES 

Ecuación 1. Caudal de escorrentía EPA SWMM ............................................................................................... 13

 

Ecuación 2. Cálculo del número de curva ......................................................................................................... 13

 

Ecuación 3. Cálculo escorrentía número de curva ........................................................................................... 13

 

Ecuación 4. Cálculo de sensibilidad .................................................................................................................. 34

 

 

 

 

 

 

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Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

 

1  INTRODUCCIÓN 

Las ciudades crecen rápidamente como respuesta a la demanda de la población que decide migrar 
de las zonas rurales a las urbanas. Hoy en día el 55% de la población mundial vive en las urbes y 
para el 2050 se espera que sea el 68% (Naciones Unidas, 2018). Este proceso de migración, a su 
vez,  se  encuentra  acompañado  por  el  reemplazo  de  elementos  naturales  por  estructuras 
artificiales, caracterizadas por ser impermeables. Dicha impermeabilización convierte al territorio 
natural en una cuenca urbana, la cual se caracteriza por la sustitución del drenaje compuesto por 
fuentes  de  agua  que  drenan  en  el  mar  a  un  sistema  de  alcantarillado  y  saneamiento  (Real 
Academia  de  Ingeniería,  s.f.).Este  proceso  produce  alteraciones  en  el  ciclo  hidrológico  que  trae 
consigo  consecuencias  en  el  habitual  comportamiento  de  las  cuencas  al  modificar  las  rutas  del 
flujo  de  agua  (Ruby,  s.f.).  De  este  hecho,  se  origina  la  necesidad  de  darle  sostenibilidad  a  las 
ciudades, en términos ambientales, sociales y económicos. Por lo cual, se discutirá la importancia 
de  evaluar las inundaciones por encharcamiento en zonas urbanas y la introducción de  sistemas 
urbanos de drenaje sostenible como herramientas de manejo para el riesgo de inundación. 

En primer lugar, se define que las inundaciones se dan cuando hay un exceso de agua en una zona 
que  habitualmente  estaría  seca.  La  alteración  del  ciclo  hidrológico  sumado  al  cambio  climático 
aumenta el riesgo de que se dé una inundación en la ciudad (IDIGER, 2019). Pues, las lluvias serán 
cada  vez  más  frecuentes  e  intensas  (Oki,  T.  y  Kanae,  S.,  2006)  y  las  redes  de  alcantarillado 
existentes  pueden  no  tener  la  capacidad  hidráulica  suficiente  para  evacuar  el  agua  o  incluso  el 
agua pluvial puede ingresar en el sistema de drenaje y luego salir y almacenarse en otro lugar de la 
ciudad. Este tipo de inundación puede durar desde horas hasta días de acuerdo a si fue originada 
por  crecientes  de  ríos,  diques,  arroyos  u  otras  fuentes  hídricas.  Por  lo  cual,  puede  ocasionar 
pérdidas  económicas  e  incluso  humanas  (Floodsite,  2008).  Un  ejemplo  extremo  de  este  tipo  de 
inundaciones se encuentra en la ciudad de Barranquilla, la cual, en época de lluvias al no contar 
con  un  sistema  de  drenaje  formal  se  forman  fuertes  corrientes  de  escorrentía  denominadas 
arroyos que ocasionan pérdidas de vidas, daños en la infraestructura, daños ambientales y cese de 
actividades laborales y educativas (Alcaldía de Barranquilla, 2019).  

En  Colombia,  las  zonas  con  mayor  riesgo  de  inundación  son  los  Llanos  Orientales,  la  región  del 
Caribe  y  las  regiones  con poblaciones  establecidas  cerca  a  fuentes  hídricas  o en  las  planicies  de 
inundación de los ríos. Como se mencionó antes, este riesgo aumentará por el incremento en la 
intensidad  y  frecuencia  de  las  precipitaciones,  en  especial  en  Colombia.  Pues,  según  la  ONU 
Colombia es el país donde más llueve con precipitaciones promedio de 3240 milímetros al año. A 
su vez, dentro de Colombia, el departamento con el mayor régimen de lluvia es Chocó, el cual se 
ve afectado por inundaciones causadas por su cercanía al Océano Pacifico y a la cordillera de los 
Andes, la cual impide el paso de las nubes hacia el interior del país (UNGRD, 2019). Por otro lado, 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

 

es importante mencionar las consecuencias de épocas invernales como la que se dio entre 2010 y 
2011, en la cual se registró que el 73% de la población nacional fue damnificada, 552.175 viviendas 
fueron afectadas y el total de daños se valorizó en 11,2 billones de pesos. Además, durante esta 
ola  invernal  la  afectación  del  territorio  fue  mayor  en  las  zonas  urbanas  que  las  rurales,  9.726 
hectáreas de zonas urbanizadas se inundaron y la tasa de desempleo aumento en estas áreas (BID 
& Cepal, 2012). 

Por  lo  anterior,  se  evidencia  la  necesidad  de  mejorar  los  procesos  en  el  manejo  de  riesgo  de 
inundaciones en las zonas urbanas, pues sus efectos van en contra de lo que es la sostenibilidad, al 
trascender  en  el  ámbito  social  y  económico.  En  referencia  al  aspecto  social,  se  ve  afectada  la 
calidad de vida de las personas, hay problemas en las redes de transporte, se da una alteración en 
el  normal  funcionamiento  de  sus  actividades  e  incluso  se  puede  dar  una  pérdida  de  vidas 
humanas.  Respecto  al  aspecto  financiero  existen  pérdidas  económicas  significantes,  al  haber 
daños en la infraestructura y cese de las actividades económicas (APFM, 2013). 

En  la  actualidad,  el  drenaje  de  las  ciudades  se  realiza  por  sistemas  de  drenaje  tradicionales  y  a 
pesar de realizarles mantenimientos periódicos, las inundaciones o eventos catastróficos obligan a 
las autoridades a efectuar intervenciones locales o a desarrollar planes de emergencia basados en 
las  catástrofes  ocurridas.  Lo  cual,  implica  altas  inversiones  para  adaptar  las  estructuras  que  no 
garantizan  la  reducción  del  riesgo  de  inundación.  A  partir  de  esto,  el  cambio  climático,  el 
crecimiento  de  la  población  urbana  y  la  alteración  en  el  ciclo  hidrológico,  cobra  importancia  el 
concepto de resiliencia y sostenibilidad en las ciudades. El primero hace referencia a la capacidad 
de una entidad de recuperarse frente a perturbaciones o problemas para seguir funcionando en el 
futuro,  en  este  caso  se  refiere  a  la  capacidad  de  un  sistema  de  drenaje  para  recuperarse  de 
problemas  mecánicos  y  seguir  brindando  un  servicio  óptimo  en  la  evacuación  de  aguas  para 
contribuir a disminuir las pérdidas por la inundación. El segundo término hace referencia a que el 
desarrollo de las ciudades debe satisfacer las necesidades actuales sin comprometer los recursos 
de  las  futuras  generaciones  en  términos  sociales,  ambientales  y  económicos  (ONU  tomado  de 
Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo, s.f.). 

En  continuación  a  los  términos  de  resiliencia y sostenibilidad  definidos con  anterioridad  se  hace 
importante evaluar los sistemas de drenaje urbano sostenible (SUDS) como alternativa al manejo 
del  riesgo  de  inundación  de  las  ciudades.  Los  sistemas  de  drenaje  urbano  sostenible  pretenden 
que  el  comportamiento  hidrológico  de  la  cuenca  urbana  se  parezca  al  de  una  cuenca  sin 
intervención  humana.  Por  lo  cual,  integran  elementos  naturales  que  permiten  la  infiltración  del 
agua para la recarga de acuíferos, reducen el caudal de escorrentía y evitan el contacto del agua 
con  superficies  contaminadas.  Logrando  así  que  se  reduzca  el  nivel  de  escorrentía  y  con  ello  el 
riesgo de inundación (Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible, 2016). 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

 

Adicionalmente,  los  sistemas  de  drenaje  urbano  sostenible  traen  beneficios  que  contribuyen  a 
construir ciudades sostenibles. En el escenario ambiental, contribuyen a la captura de dióxido de 
carbono, mejoran la  calidad de  aire,  generan espacios verdes para la biodiversidad de  animales, 
reducen  el  efecto  de  la  isla  calor,  mejoran  la  disponibilidad  y  la  calidad  del  agua.  En  el  sector 
económico,  sirven  para  regular  la  temperatura  en  los  edificios,  se  pueden  adaptar  a  la 
infraestructura  existente  y  permiten  obtener  mejores  puntuaciones  para  obtener  las 
certificaciones  LEED.  En  el  ámbito  social,  disminuyen  la  contaminación  auditiva,  crean  espacios 
paisajísticos y mejoran la calidad de vida (Secretaría Distrital de Ambiente, 2014). 

Por otro lado, es importante resaltar que con anterioridad se han llevado a cabo investigaciones 
sobre los beneficios de la implementación de infraestructura verde en las ciudades. En el caso de 
la Universidad de los Andes, se ha evaluado la retención de la escorrentía y los costos asociados a 
la  implementación  de  diferentes  sistemas  urbanos  de  drenaje  sostenible  en  casos  de  estudio 
ubicados  en  Bogotá.  Por  ejemplo,  en  Muñoz,  A.,  2016  se  desarrolla  una  metodología  de 
optimización para maximizar el uso de SUDS en la universidad de los Andes. En Vega, L., 2016 se 
realizan  análisis  de  sensibilidad  del  comportamiento  de  los  techos  verdes  y  los  tanques  de 
almacenamiento.  Asimismo, en  Correa,  S.,  2013 se  hace  una valoración  de  beneficios  públicos y 
sociales de la implementación de los sistemas de drenaje urbano sostenible.  

Del mismo modo, en la comunidad internacional se han desarrollado investigaciones en torno a la 
resiliencia y la sostenibilidad de las ciudades, al manejo de riesgo de inundaciones y al análisis de 
los  beneficios  de  las  infraestructuras  verdes  como  los  sistemas  de  drenaje  urbano  sostenible. 
Como referente para este proyecto, se tiene al artículo “Assessing the Co-Benefits of green-blue-
grey  infrastructure  for  sustainable  urban  flood  risk  management”,  en  el  cual  se  realiza  una 
modelación de inundación en un caso de estudio y se cuantifica los costos de los daños para luego 
compararlos  con  los  beneficios  y  los  costos  de  los  daños  en  un  escenario  con  infraestructura 
verde-azul-gris.  De  este  artículo  se  evidenció  la  importancia  de  la  modelación  de  inundaciones. 
Pues,  la  modelación  hidrológica  permite  prevenirlas  y  manejarlas  al  convertirse  en  una 
herramienta  para  la  toma  de  decisiones,  el  desarrollo  de  planes  de  ordenamiento  territorial,  la 
delimitación del índice de construcción alrededor de los ríos, la determinación de parámetros para 
el  desarrollo  de  infraestructura  y  el  establecimiento  de  protocolos  de  procedimiento  para 
situaciones de emergencia por temporadas de lluvias (IDEAM, s.f.).  

A  diferencia  de  los  trabajos  mencionados  con  anterioridad  y  por  la  importancia  que  tiene  la 
modelación  de  las  inundaciones  para  el  plan  de  emergencias  de  una  ciudad,  esta  investigación 
quiere  cuantificar  y  expresar  los  efectos  de  la  captura  del  agua  de  escorrentía  e  infiltración  del 
agua pluvial por los sistemas de drenaje urbano sostenible en términos de reducción del riesgo de 
inundación  en  las  ciudades.  No  obstante,  a  pesar  de  que  las  inundaciones  urbanas  con  mayor 
significancia  en  pérdidas  se  dan  por  desbordamientos  en  ríos,  quebradas  u  otras  corrientes  de 

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Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

 

agua; el alcance de esta tesis está limitado al análisis de inundaciones urbanas causadas por altas 
precipitaciones.  

Para  resumir,  se  evidencia  que  existe  una  problemática  respecto  al  riesgo  de  inundaciones  en 
cuencas  urbanas,  las  cuales  son  causadas  por  lluvias intensas y  falta  de  capacidad  hidráulica  del 
sistema  de  alcantarillado.  A  su  vez,  las  inundaciones  tienen  impactos  negativos  en  los  sectores 
social,  económico  y  financiero.  A  partir  de  allí,  se  identifica  la  necesidad  de  implementar 
estrategias para dirigir las ciudades hacia la sostenibilidad, por lo que se implementan los sistemas 
de drenaje urbano sostenible en las redes de drenaje tradicionales. Por ende, como valor agregado 
a las tesis hechas anteriormente sobre este tema, se quiere aplicar las funciones de los SUDS en 
una  problemática  actual,  para  concluir  si  tiene  o  no  relevancia  la  implementación  de  sistemas 
urbanos de drenaje sostenible en el manejo del riesgo de inundación urbana. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Proyecto de grado en Ingeniería civil 

 

1.1  Objetivos 

1.1.1  Objetivo General 

Evaluar el desempeño de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción del riesgo de 
inundación  urbana  en  Cajicá  en  el  caso  actual  y  en  escenarios  que  podrían  ocurrir  por  el 
crecimiento urbano del municipio. 

1.1.2  Objetivos Específicos 

 

Determinar  la  sensibilidad  de  los  parámetros  que  afectan  la  impermeabilidad  en  el 
comportamiento hidrológico de las cuencas. 

 

Identificar las propiedades del techo verde con mejor desempeño en la reducción de escorrentía y 
caudales de salida. 

 

Realizar  un  análisis  comparativo  entre  techos  verdes  y  techos  azules  en  escenarios  de  alta 
impermeabilidad. 

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2  MARCO TEÓRICO 

1.1.  Hidrología e impacto de la urbanización 

El agua es esencial para el correcto funcionamiento y sostenimiento de los procesos biológicos 
en  el  planeta.  Aproximadamente  el  75%  de  la Tierra  está  cubierta  por  agua  o hielo,  de  este 
porcentaje el 97% está almacenado en los océanos, 1.7% en los glaciares, 1.7% en los ríos, los 
lagos  y  el  suelo  y  el  0.001%  pertenece  al  agua  en  forma  de  vapor  que  se  encuentra  en  la 
atmósfera  (National  Geographic,  s.f.).  El  proceso  que  permite  el  constante  movimiento  y 
transformación  del  agua  a  través  del  planeta  se  denomina  ciclo  hidrológico.  El  anterior 
concepto se define como el continuo intercambio de masas de agua a través de la tierra y la 
atmósfera mediante el paso del agua por sus tres estados (sólido, líquido y gaseoso)  (NOAA, 
s.f.). 

El ciclo del agua no es un proceso circular simple, está compuesto por diferentes procesos, los 
cuales  son  posibles  por  la  energía  solar  y  la  gravedad.  El  agua  almacenada  en  la  Tierra 
(océanos,  ríos  y  otras  fuentes  de  agua)  se  convierte  en  vapor  de  agua  mediante  la 
evaporación. Este vapor de agua a través de la condensación forma las nubes y estas retornan 
el agua a la superficie mediante la precipitación o la caída de nieve. Después, el agua puede 
tomar varias rutas: desplazarse por la tierra (escorrentía), penetrar el suelo por medio de  la 
infiltración  o  percolación  o  ser  absorbida  y  evapotranspirada  por  las  plantas.  Asimismo, 
existen  otros  procesos  como  la conversión  del  hielo  a vapor  de  agua  (sublimación) o,  por  el 
contrario, el vapor de agua pasa a su fase sólida (deposición). (NOAA, s.f.). Cada una de estas 
rutas que toma el agua se consideran corrientes, que a su vez forman cuencas hidrográficas.  

Las cuencas hidrográficas se caracterizan por drenar las aguas que caen en su superficie a un 
único  punto  de  salida.  Estas  se  encuentran  delimitadas  por  líneas  imaginarias  denominadas 
divisorias  de  aguas,  las  cuales  se  definen  sobre  las  elevaciones  del  terreno.  Debido  al 
crecimiento de las ciudades las cuencas naturales han dejado de tener un sistema de drenaje 
natural  y  se  han  convertido  en  cuencas  urbanas  con  sistemas  de  drenaje  creados  por  el 
hombre. 

Las  cuencas  urbanas  se  caracterizan  porque  existe  un  aumento  de  las  superficies 
impermeables,  es  decir,  superficies  duras  que  no  permiten  la  penetración  del  agua.  El 
aumento  de  estas  superficies  impermeables  cambia  las  rutas  que  toma  el  agua,  pues  se 
disminuye la infiltración y se aumenta la escorrentía. Lo anterior se muestra en la Tabla 1, en 
la cual se muestra los cambios en el porcentaje de agua transportada según el aumento de la 
impermeabilización de la cuenca. 

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Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

 

Tabla 1. Implicaciones de la urbanización en procesos del ciclo de agua. Adaptada de (Ruby, s.f.). 

Superficie 

Infiltración 

superficial 

Infiltración 

profunda 

Evapotranspiración 

Escorrentía 

Natural 

25% 

25% 

40% 

10% 

Impermeable 

(10-20%) 

21% 

21% 

38% 

20% 

Impermeable 

(35%-50%) 

20% 

15% 

35% 

30% 

Impermeable 

(75%-100%) 

10% 

5% 

30% 

55% 

 

Otra consecuencia en la hidrología son los picos de descarga y los tiempos en que transcurre la 
creciente. El aumento en los volúmenes de descarga y la reducción en el tiempo de transición 
de la creciente pueden ocasionar inundaciones o daños ambientales en los cuerpos de agua. 
Los  daños  en  el  ecosistema  son:  el  aumento  de  la  erosión  de  los  ríos,  el  aumento  de  los 
sedimentos  transportados,  la  obstrucción  de  canales,  la  reducción  del  almacenamiento  de 
agua  subterránea,  pérdida  de  la  vegetación,  baja  calidad  del  agua  y  degradación  del  hábitat 
acuático. 

Por otro  lado,  las  áreas  urbanas  tienen  incidencia  en  la  intensidad  y  variabilidad  de  la  lluvia 
debido  al  alto  volumen  de  materiales  que  absorben  el  calor,  la  falta  de  vegetación  para  el 
respectivo enfriamiento y el uso de aerosoles y contaminantes que favorecen el aumento de la 
temperatura. En varias ciudades de Estados Unidos y Europa se han evidenciado aumentos o 
reducciones de las precipitaciones desde el 8% a 28% (McGrane, 2016). Asimismo, se espera 
que  bajo  las  políticas  actuales  del  manejo  del  agua  el  incremento  en  la  intensidad  e 
intermitencia de las lluvias no será equivalente a agua para el consumo humano y aumentará 
el riesgo de sequías e inundaciones (Oki, T. y Kanae, S., 2006). 

 

1.2.  Inundación 

 

1.2.1.  Inundación urbana 

La  inundación  urbana,  como  su  nombre  lo  indica  son  inundaciones  que  ocurren  en  áreas 
urbanas debido a lluvias de alta intensidad o crecidas de los ríos adyacentes. Dichos aumentos 
en los volúmenes de agua interceptados en la cuenca sobrepasan la capacidad del sistema de 
alcantarillado. Esta problemática sumada al alto porcentaje de superficies impermeables que 
aumentan la escorrentía, la alteración de las rutas de drenaje natural, el cambio climático y el 
continuo  aumento  de  la  demanda  han  hecho  que  el  riesgo  de  inundación  sea  mayor  en  las 

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grandes  ciudades.  Razón  por  la  cual  los  gobiernos  deben  buscar  estrategias  de  mitigación, 
pues  esta  inundación  produce  significativas  pérdidas económicas  e  impactos  negativos en  la 
sociedad y el ambiente. A partir de la anterior preocupación nace el concepto de la resiliencia 
de la inundación urbana para la planificación de las ciudades. Esta resiliencia hace referencia a 
la  capacidad  del  sistema  de  drenaje  de  resistir  y  brindar  el  servicio  en  momentos  de 
sobrecarga,  la  capacidad  de  la  ciudad  para  recuperarse  de  las  pérdidas  económicas  y  de 
evacuar el agua de inundación. Como mecanismos para aumentar esta resiliencia se tiene los 
planes de manejo de las inundaciones que deberían estar contenidos en los planes de gestión 
del  riesgo  y  los  sistemas  urbanos  de  drenaje  sostenible  como  una  forma  ecoamigable  para 
disminuir la sobrecarga en los sistemas de alcantarillado convencionales al interceptar el agua 
en rutas similares a las del ciclo hidrológico. 

1.2.2.  Riesgo de inundación 

Las inundaciones traen consigo consecuencias negativas en los ámbitos económico y social de 
las ciudades y, por ende, representan un peligro para las comunidades. Para el debido manejo 
de  este  riesgo  se  hace  necesario  la  cuantificación  del  mismo,  para  ello  existen  diversos 
métodos empíricos o sintéticos que involucran la cuantificación de los daños económicos tales 
como, las curvas de daño – profundidad, softwares especializados en la realización de mapas 
de  inundaciones o el uso de  sistemas de información geográfica que  por medio de capas de 
información económica o de profundidad de lluvia pueden calcular el riesgo. Para efectos del 
presente  proyecto  de  grado  se  usará  como  método  para  cuantificar  el  riesgo  de  inundación 
una aproximación que  se puede  obtener del software  EPA SWMM, la cual es el volumen de 
inundación.  Dado  que,  si  estos  volúmenes  son  altos  indican  que  existe  la  probabilidad  de 
ocurrencia de inundaciones en el área de estudio. 

 

1.3.  Sistemas de drenaje urbano sostenible 

Las  inundaciones  por  lluvia  se  han  convertido  en  un  fenómeno  cada  vez  más  recurrente  en 
ciudades  durante  la  temporada  de  lluvias  por  diferentes  razones  como:  la  falta  de 
mantenimiento,  infraestructura  o  renovación  de  las  redes  de  alcantarillado,  aumento  de  la 
demanda,  la  falta  de  planeación  del  crecimiento  de  las  ciudades,  aumento  de  la 
impermeabilización,  reducción  de  la  vegetación  y  contaminación  en  los  canales.  Como 
estrategias para la problemática mencionada anteriormente se han implementado sistemas de 
drenaje  urbano  sostenible  también  conocidos  como  controles  LID  o  Best  Management 
Practices  (BMPs),  los  cuales  tienen  el  objetivo  de  recuperar  los  procesos  de  transporte  que 
recorrería el agua como la escorrentía o la evaporación, reducir la contaminación en el agua e 
integrar  a  la  ciudad  con  el  entorno  natural.  Los  tipos  de  SUDS  a  implementar  son  muy 
variados,  desde  los  que  integran  vegetación  como  las  celdas  de  biorretención  o  los  techos 
verdes hasta los que se conforman por estructuras artificiales como el pavimento poroso o los 

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tanques de almacenamiento. Para el presente proyecto de grado se decidió usar sistemas que 
capturaran  la  lluvia  y  no  la  escorrentía,  además  de  ser  factibles  de  implementar  en  las 
residencias,  estos  sistemas  son  los  techos  verdes  y  los  techos  azules,  los  cuales  serán 
explicados con mayor detalle a continuación. 

1.3.1.  Techos verdes 

Los techos verdes son quizás el sistema de drenaje urbano sostenible más usado debido a los 
múltiples beneficios que presenta en el ámbito social, económico y ambiental, tales como la 
mejora  del  paisaje  urbano,  el  aumento  de  la  valorización  de  los  predios  y  la  mitigación  del 
efecto de la isla de calor. Asimismo, tiene una serie de desventajas como los altos costos de 
instalación  y el  frecuente  mantenimiento.  Los  techos  verdes  funcionan  bajo  los  procesos  de 
retención,  infiltración  y  evaporación  del  agua  lluvia  captada.  Adicionalmente,  debe  cumplir 
con una serie de requerimientos mínimos como la estanqueidad, es decir, impedir la filtración 
del agua a la estructura que lo soporta; el drenaje, que se refiere a la evacuación y circulación 
del agua a través del sistema dispuesto para tal fin como las bajantes y canaletas y la nutrición 
para  mantener  a  las  plantas  en  buen  estado  para  brindar  una  estructura  armónica  con  el 
entorno. (Secretaría Distrital de Ambiente, 2014) 

En cuanto a la estructura está compuesta por tres componentes: activos, estables y auxiliares, 
los cuales deben tener una correcta interacción entre ellos para el adecuado funcionamiento. 
El  primer  componente  hace  referencia  a  la  cobertura  vegetal  y  al  medio  de  crecimiento,  es 
decir, las plantas que se van a disponer en este y al suelo sobre el que se plantarán, los cuales 
deben ser seleccionadas en base a los criterios de condiciones climáticas, la vegetación local y 
el  propósito  de  implementación  del  mismo.  Por  otro  lado,  el  segundo  componente  hace 
alusión  a  los  componentes  que  deben  garantizar  el  correcto  funcionamiento  de  los  techos 
verdes  como  las  membranas  de  impermeabilización,  barreras  anti  raíces,  filtrantes, 
componentes del drenaje, entre otros. Por último, los elementos auxiliares hacen referencia a 
los  componentes  que  permiten  la  adaptación  del  techo  verde  como  el  confinamiento,  los 
medios  de  protección,  la  iluminación,  entre  otros.  En  la  Ilustración  1  se  muestra  esta 
estructura. 

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Ilustración 1. Componentes típicos del techo verde. Tomado de (Secretaría Distrital de Ambiente, 2014) 

1.3.2.  Techos azules 

Los  techos  azules  son  sistemas  urbanos  de  drenaje  sostenible  que  se  implementan  en  los 
techos de las construcciones que sean planos. A pesar de que capturan el agua de la lluvia no 
están diseñados para almacenarla, por el contrario, cuentan con un sistema de drenaje que se 
encarga  de  evacuarla  de  forma  controlada  en  un  periodo  corto  de  tiempo  no  mayor  a  72 
horas.  Son mayormente  aplicados  en  áreas  urbanas  con  pocas  superficies  permeables  y con 
riesgo  de  inundación.  Los  techos  azules  cuentan  con  múltiples  beneficios  como  la 
compatibilidad con otros tipos de techos como paneles solares, no requieren excavación, son 
fáciles de instalar y no necesita condiciones adicionales al alcantarillado. No obstante, también 
presenta  una  serie  de  desventajas  como  la  limitación  de  factibilidad  de  aplicación  a  techos 
planos,  capacidad  de  almacenamiento  limitada,  no  mejora  la  estética  ni  reduce  la 
contaminación  en  el  agua o mejora  la  calidad  de  la misma  (Philadelphia  Water  Department, 
s.f.). 

Los techos azules están compuestos por controles de entrada que les permiten recibir la lluvia 
que cae y la escorrentía de techos adyacentes, tiene un área de almacenamiento soportada en 
una  membrana  impermeable,  un  control  de  salida  que  restringe  la evacuación  del  agua y  lo 
lleva  a  un  sistema  de  drenaje  y  finalmente,  tiene  un  componente  para  el  mantenimiento  y 
acceso en el cual se adecuan sistemas de monitoreo o barandas. Para su instalación se debe 
adecuar una salida del agua como una bajante, la cual debe ser revisada con regularidad para 
evitar bloqueos, luego se instalan unas membranas impermeables para evitar escapes de agua 
y  por  último  se  instala  el  sistema  del  techo  azul,  el  cual  se  conforma  por  estructuras  que 
tengan  vacíos  para  el  paso  del  agua.  Además,  el  techo  azul  tiene  una  gran  versatilidad  y 
permite la adecuación de techos verdes, pues estos permiten infiltrar el agua hacia su sistema, 

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en la Ilustración 2 se pueden observar algunas de las composiciones típicas para la instalación 
de un techo azul. Dada la anterior estructura y para el correcto funcionamiento del techo azul, 
la  salida  del  agua  es  diseñada  para  evacuar  un  caudal  específico  con  el  fin  de  evitar 
inundaciones locales y para descargar un determinado volumen de agua, el cual puede ser de 
hasta una precipitación de 120 mm (Bauder, s.f.). 

 

 

 

Ilustración 2. Tipos de techos azules. De izquierda a derecha con piedras, adoquines o estructuras con vacíos. Tomado 

de (Hydrotech, s.f.) 

 

1.4.  Storm Water Management Model (SWMM) 

Storm Water Management Model (SWMM) es un software libre desarrollado por la Agencia de 
Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA) para modelaciones hidráulicas. Se creó 
con el objetivo de hacer un buen manejo de las aguas pluviales y diseñar estrategias para el 
manejo  de  la  escorrentía  y  descargas  de  las  cuencas  que  dañan  a  los  cuerpos  de  agua 
receptores.  EPA  SWMMM  es  principalmente  usado  en  áreas  urbanas  para  proyectos 
relacionados  con  sistemas  de  drenaje,  evaluación  de  contaminantes  en  la  calidad  del  agua, 
delimitación  de  zonas  de  inundación  y  eventos  hidrológicos.  Para  el  cálculo,  este  software 
cuenta con un motor explícito llamado SWMM, el cual ha sido usado eficazmente desde 1970 
a nivel internacional y que se encuentra en continua mejora por su inestabilidad respecto a los 
otros motores  hidráulicos (Abellán, 2016). En la actualidad, se  cuenta  con la versión SWMM 
5.1, la cual ha sido desarrollada sobre versiones anteriores, cuenta con una interfaz amigable 
con  el  usuario  y  con  múltiples  formatos  para  la  presentación  de  resultados  como  gráficos, 
tablas,  diagramas  de  perfil  de  las  tuberías,  entre  otros. Para  la modelación,  SWMM  permite 
simular eventos de lluvia en un periodo deseado y posee tres módulos: un nódulo hidráulico y 
un módulo de hidrología. 

El módulo hidráulico se encarga de distribuir el agua que se encuentra como escorrentía en la 
superficie a la red de drenaje, canales, dispositivos de almacenamiento/tratamiento, bombas y 

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elementos  reguladores.  Asimismo,  este  módulo  tiene  la  capacidad  de  diseñar  redes  de 
drenaje, modelar elementos especiales como vertederos, analizar redes de tamaño ilimitado, 
modelar  regímenes  de  flujo,  definir  la  ruta  que  tomará  el  flujo  por  onda  cinemática  o 
dinámica, percolación del agua, interacción entre el agua subterránea y el sistema de drenaje 
y, reducción de  la escorrentía por medio de controles  LID. Respecto a los controles LID, EPA 
SWMM tiene la capacidad de modelar ocho tipos de estos sistemas: Celdas de bio-retención, 
jardines de lluvia, techos verdes, zanjas de infiltración, pavimento permeable, barril de lluvia, 
desconexión en el techo y canales vegetales (EPA, s.f.). 

Por  otro  lado,  el  módulo  de  hidrología  define  el  área  de  estudio  como  una  cuenca  que  se 
divide  en  subcuencas  homogéneas.  En  esta  ocurre  un  evento  de  lluvia  que  genera  la 
escorrentía  que  ingresa  a  la  red  de  drenaje.  Este  módulo  tiene  diferentes  funciones,  tales 
como  la  evaporación,  la  acumulación  y  derretimiento  de  la  nieve,  simulación  de  la 
precipitación  variable  en  el  tiempo,  infiltración,  percolación  e  intercepción  de  lluvia.  Para  la 
generación  de  la  escorrentía,  SWMM  usa  el  proceso  de  transformación  lluvia-escorrentía 
denominado  bloque  RUNOFF  que  considera  a  las  cuencas  como  reservorios  no  lineales 
espacialmente concentrados. Este bloque se ocupa de la generación de escorrentía superficial, 
subsuperficial  y  los  hietogramas.  Para  realizar  este  proceso  hace  una  idealización  de  la 
subcuenca  en  tres  zonas:  permeable,  impermeable  con  almacenamiento  y  sin 
almacenamiento tal y como se muestra en la Ilustración 3. 

 

Ilustración 3. Idealización de las subcuencas. Tomada de (Macor, 2002) 

A partir de la idealización de la cuenca, el caudal de escorrentía en cada una de las subcuencas 
es calculado con la siguiente ecuación, la cual desprecia la inercia y la presión. 

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Ecuación 1. Caudal de escorrentía EPA SWMM 

 

Siendo Q el caudal, W el ancho de la subcuenca, d la profundidad de agua del reservorio y de 
la profundidad de las depresiones de almacenamiento y S la pendiente media de la subcuenca 
(Macor, 2002).  

 

1.5.  Método de infiltración: Número de curva 

El número de curva es un método de infiltración creado por el Soil Conservation Service (SCS) 
de  Estados  Unidos.  Su  medición  se  encuentra  entre  0  y  100,  siendo  0  una  superficie 
permeable  y  100  una  superficie  impermeable,  por  ende,  a  mayor  número  de  curva  mayor 
potencial de generación de escorrentía. El cálculo de este número de curva (CN) se encuentra 
relacionado  con  el  máximo  potencial  de  retención  después  de  que  inicia  la  escorrentía  (S) 
(Ver Ecuación 2), que a su vez está relacionada con la clasificación de los grupos hidrológicos 
del  suelo,  los  cuales  se  encuentran  explicados  en  la  Tabla  2.  Por  ende,  se  evidencia  que  el 
número  de  curva  depende  del  tipo  de  suelo  hidrológico,  el  uso  del  suelo  y  las  condiciones 
previas  de  humedad  (Natural  Resources  Conservation  Service,  2009).  Asimismo,  para  el 
cálculo de la escorrentía (Q) el método del número de curva requiere de un evento de lluvia 
(P) y el máximo potencial de retención después de que inicia la escorrentía (S). La ecuación 
usada  para  su  estimación  es  mostrada  a  continuación  (Ver  Ecuación  3)  y  los  parámetros 
deben ser ingresados en pulgadas. 

Ecuación 2. Cálculo del número de curva 

 

Ecuación 3. Cálculo escorrentía número de curva 

 

 

 

 

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Tabla 2. Descripción de los grupos hidrológicos del suelo. Tomado de (United States Department of Agriculture, 1986) 

Grupo 

hidrológico 

Potencial de 

escorrentía 

Transmisión del 

agua en el suelo 

Composición típica 

Conductividad 

hidráulica 

saturada (in/h) 

Bajo 

Libre 

Menos del 10% es arcilla. 

Más del 90% es arena o 

grava. 

Mayor a 1.42 

Moderadamente 

bajo 

No presenta 

obstáculos 

Entre el 10% y el 20% es 

arcilla. 

Entre el 50% y el 90% es 

arena con magra. 

Entre 0.57 y 1.42 

Moderadamente 

alto 

Algo restringida 

Entre el 20% y el 40% es 

arcilla. 

Menos del 50% es arena, 

limo, magra o arcilla. 

Entre 0.06 y 0.57 

Alto 

Restringida o 

muy restringida 

Mayor al 40% de arcilla.  

Menor al 50% de arena 

con texturas arcillosas 

Menor a 0.06 

 

 

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2.  METODOLOGÍA 

Con  el  objetivo  de  evaluar  la  reducción  en  el  riesgo  de  inundación  urbana  al  implementar 
sistemas de drenaje urbano sostenible se tomará como caso de estudio el plan maestro de la 
fase  II  del  sistema  de  alcantarillado  del  municipio  de  Cajicá.  Se  seleccionó  el  municipio  de 
Cajicá debido a la accesibilidad de la información hidrológica y del sistema de alcantarillado y 
por el interés en conocer las implicaciones hidrológicas del continuo crecimiento urbano en la 
zona, que en su mayoría es rural. Asimismo, se hará uso del software EPA SWMM dado que, 
permite  implementar  sistemas  de  control  LID  y  conocer  si  la  capacidad  del  sistema  es 
suficiente para que no ocurran inundaciones. Los sistemas de control LID que se evaluarán son 
los  techos  verdes  y  azules.  Para cumplir con  los objetivos  del  presente  proyecto  se  siguió  la 
metodología  mostrada  en  la  Ilustración  4,  la  cual  es  explicada  con  mayor  detalle  en  los 
siguientes apartados. 

 

Ilustración 4. Resumen de la metodología 

 

3.1.  Caracterización caso de estudio: Cajicá 

Cajicá es un municipio ubicado en Cundinamarca con una extensión de 53 Km

2

 y una elevación 

de 2598 m.s.n.m. Hace parte de La Sabana de Bogotá y se encuentra al norte de la ciudad a 
una distancia de 39 Km. Limita al norte con Zipaquirá, al oeste con Tabio, al Este con Sopó y al 
Sur con Chía (Alcaldía Municipal de Cajicá, s.f.). En cuanto a la hidrografía, Cajicá hace parte de 
la  cuenca  alta  del  río  Bogotá  y  es  atravesado  por  el  río  Frío y el  río  Bogotá.  Para  efectos  de 
analizar  la  inundación  urbana  en  este  municipio,  se  definió  como  zona  de  estudio  el  área 
urbana y suburbana de Cajicá correspondiente a 5.55 Km

2

 y perteneciente a la etapa II del plan 

maestro  de  alcantarillado.  Adicionalmente,  sólo  se  estudiaron  cinco  de  las  seis  cuencas  del 
plan maestro, dado que, la cuenca número uno está conformada en su totalidad por vallados y 
se requería observar los niveles en cámaras de inspección y tuberías. En consecuencia, el área 

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de estudio está formada por cinco cuencas, una de ellas subdividida en tres cuencas como se 
muestra en la Ilustración 5. 

 

Ilustración 5. Ubicación del área de estudio en el municipio de Cajicá 

En  esta  etapa  de  caracterización  fue  necesario  determinar  la  información  necesaria  para  el 
desarrollo  del  modelo  en  EPA  SWMM.  Esta  información  comprende  la  identificación  de  las 
construcciones  (rural  y  urbana),  malla  vial,  parques,  zonas  verdes  y  equipamentos  para 
determinar el porcentaje de impermeabilidad, el número de curva y otros datos requeridas de 
forma  ponderada.  Por  otro  lado,  también  se  requirió  las  curvas  de  nivel  del  terreno  para 
calcular  la  pendiente  del  mismo.  Para  encontrar  los  anteriores  parámetros  se  utilizó  el 
software ArcMap con capas brindadas por la Consultoría Plan Maestro de Alcantarillado etapa 
II  y  las  obtenidas  en  los  modelos  de  SEWER  GEMS  también  adquiridos  por  medio  de  la 
consultoría. Asimismo, fue necesario obtener mapas geológicos para conocer el tipo de suelo 
hidrológico para el cálculo del número de curva.  

La identificación de las zonas impermeables y permeables se muestran en la Ilustración 6. En 
esta, se puede observar que la zona mayormente urbanizada corresponde a las cuencas 4AA, 
4B  y  5.  Por  otro  lado,  las  cuencas  2  y  3  se  encuentran  en  una  zona  rural  o  suburbana  y  las 
cuencas  4AB  y  6  están  localizadas  se  clasificarían  entre  zonas  rurales  y  urbanas.  Del  mismo 
modo,  en  esta  ilustración  se  puede  observar  que  los  parques  y  zonas  verdes  como  espacio 

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público,  así  como  los  equipamentos  ocupan  un  reducido  porcentaje  del  total  del  área.  Así 
mismo,  por  medio  de  imágenes  satelitales  y  mapas  del  municipio  (Ver  Anexo  1  y  Anexo  2)) 
brindados por la consultoría se identificó que la actividad residencial es el principal uso en la 
zona  de  estudio,  seguido  en  menor  medida  por  las  actividades  dotacional  y  comercial. 
Además,  se  observó  que  las  edificaciones  de  la  zona  residencial  son  en  su  mayoría  casas 
campestres  de  techos  inclinados,  lo  cual  es  importante  para  la  evaluación  de  los  lugares 
potenciales para el emplazamiento de los techos verdes y azules. 

 

Ilustración 6. Distribución urbana y rural en el área de estudio 

En  lo  que  concierne  al  relieve  de  Cajicá  se  determinó  que  en  el  área  de  estudio  la  elevación 
permanece aproximadamente igual a lo largo del terreno. Por ende, para efectos del cálculo de la 
pendiente fue necesario usar curvas de nivel cada 0.5 m para identificar pequeños cambios en la 
altura  de  la  superficie  por  medio  del  software  ArcMap.  En  la  imagen  ubicada  a  la  izquierda 
Ilustración 7  se muestra cómo cambia la elevación en el municipio de  Cajicá, la cual aumenta  al 

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oeste  del municipio por la presencia de montañas. Asimismo, a la derecha de  la  Ilustración 7  se 
muestra  la  pendiente  porcentual  de  Cajicá,  en  la  cual  se  destaca  que  en  la  zona  de  estudio  las 
pendientes son muy bajas. Por último, el mapa geológico del ¡Error! No se encuentra el origen de l
a  referencia.
  expone  que  la  geología  de  la  zona  de  análisis  son  depósitos  de  terraza  alta 
conformados por gravas y arenas. 

               

 

Ilustración 7. De izquierda a derecha: Elevación de Cajicá y Pendiente de Cajicá       

                                                                        

3.2.  Modelación en EPA SWM 

La modelación en EPA SWMM se desarrolla en dos etapas: La definición del evento de lluvia y 
la  asignación  de  las  características  cuantificadas  descritas  anteriormente  de  cada  una  de  las 
subcuencas  que  conforman  una  cuenca.  A  continuación,  se  explicará  el  proceso  que  llevo  a 
cabo en cada una de estas etapas. 

3.2.1.  Evento de lluvia        

El evento de lluvia bajo el cual se hizo la evaluación de la variación del riesgo de inundación 
con la implementación de los sistemas de drenaje urbano sostenible se basó en las curvas IDF 
presentadas en el Anexo 2.2 Estudio Hidrológico del plan maestro de alcantarillado (Empresa 
de  Servicios  Públicos  de  Cajicá  S.A  E.S.P  e  INGEQMA,  2018).  Las  curvas  IDF  presentadas  son 
para periodos de retorno de 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 50 y 100 años para una duración de la lluvia 
de  setenta  minutos  en  los  escenarios  con y  sin  cambio  climático.  De  estas  curvas se  decidió 
seleccionar el caso más crítico correspondiente un periodo de retorno de 100 años con cambio 
climático  (Ver  Ilustración  8)  .  Dado  que  los  formatos  válidos  de  ingreso  de  la  lluvia  en  EPA 
SWMM son intensidad (mm/h), volumen (mm) y acumulativo (mm) fue necesario el paso de 
las curvas IDF a alguna de estas unidades. El formato seleccionado fue intensidad y se obtuvo 

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19 

 

mediante  el método de  bloques  alternos descrito en el libro  “Applied Hydrology”  (Chow,  V., 
Maidment, D. y Mays, L., 1988). 

 

Ilustración 8. Curvas IDF. Tomado de (Empresa de Servicios Públicos de Cajicá S.A E.S.P e INGEQMA, 2018) 

El procedimiento del método de bloque alternos consiste en tomar la intensidad dada por la 
curva de intensidad, duración, frecuencia para el periodo de retorno deseado. Después, dicha 
intensidad se pasa a una profundidad acumulada haciendo uso de la duración de la lluvia hasta 
un minuto en específico. Posteriormente, se obtienen las diferencias entre las profundidades 
acumuladas, con el objetivo de conocer el volumen de lluvia que se precipita en cada lapso de 
cinco  minutos.  Luego,  se  ubica  la  mayor  profundidad  en  el  intervalo  correspondiente  a  la 
mitad de la lluvia y en orden descendente se organizan las restantes alternando entre derecha 
e izquierda. Finalmente, es necesario convertir las profundidades en unidades de intensidad. 
El hietograma de la lluvia de análisis es presentado en la Ilustración 9 y los resultados de cada 
uno de los pasos se muestran en la Tabla 3. 

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Ilustración 9. Hietograma lluvia de análisis 

Tabla 3. Resultados procedimiento bloques alternos 

Duración 

lluvia (min) 

Intensidad 
Curvas IDF 

(mm/hr) 

Profundidad 

acumulada 

(mm) 

Profundidad 

incremental 

(mm) 

Precipitación 

(mm) 

Intensidad 

(mm/h) 

293.607 

24.467 

24.467 

1.7 

19.905 

10 

187.110 

31.185 

6.718 

1.9 

22.297 

15 

143.760 

35.940 

4.755 

2.1 

25.585 

20 

119.242 

39.747 

3.807 

2.5 

30.472 

25 

103.142 

42.976 

3.229 

3.2 

38.745 

30 

91.615 

45.808 

2.832 

4.8 

57.060 

35 

82.881 

48.347 

2.539 

24.5 

293.607 

40 

75.990 

50.660 

2.313 

6.7 

80.613 

45 

70.390 

52.792 

2.132 

3.8 

45.687 

50 

65.731 

54.775 

1.983 

2.8 

33.982 

55 

61.782 

56.633 

1.858 

2.3 

27.758 

60 

58.385 

58.385 

1.751 

2.0 

23.797 

65 

55.425 

60.044 

1.659 

1.8 

21.015 

70 

52.818 

61.621 

1.578 

1.6 

18.933 

 

3.2.2.  Modelación de las subcuencas 

Este  paso  consiste  en  el  ingreso  de  la  información  hidráulica  y  física  de  cada  una  de  las 
subcuencas  en  el  software  EPA  SWMM.  Para  ello,  se  hizo  uso  de  los  modelos  de  la  red  de 
drenaje  brindados  por  la  consultoría  del  plan  maestro  de  alcantarillado  etapa  II  en 
SewerGEMS. Dado que, este software permite exportar los modelos de las cuencas a la última 
versión  de  SWMM.  No  obstante,  al  exportar  el  modelo  sólo  permanece  las  propiedades 
hidráulicas de la red de drenaje, es decir, se pierde información sobre las características de las 

0

50

100

150

200

250

300

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

In

te

n

si

d

ad

 (

mm/h

)

Tiempo (min)

Hietograma lluvia de análisis

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subcuencas,  tales  como  el  área  y  el  pozo  de  descarga.  Por  otra  parte,  el  formato  de  los 
archivos empleados por EPA SWMM (.inp) son compatibles con el formato del bloc de notas 
(.txt).  Lo  cual  permitió  hacer  más  breve  la  creación  de  los  documentos  para  correr  los 
diferentes escenarios de interés para el análisis.  

3.2.2.1. 

Modelación hidráulica 

Como  se  mencionó  con  anterioridad,  el  modelo  exportado  a  EPA  SWMM  contiene  la 
información hidráulica de  las redes de  alcantarillado de  cada una de  las cuencas de  estudio. 
Esta información se compone de las propiedades de las cámaras de inspección (pozos), salidas, 
tuberías  y  canales.  De  igual  forma,  se  verificó  que  las  características  de  los  componentes 
hidráulicos,  tales  como  cotas,  diámetros  y  longitudes  sean  iguales  al  modelo  original  de 
SewerGEMS.  En  la  Tabla  4  se  muestra  las  propiedades  de  los  componentes  del  sistema 
hidráulico definidos en EPA SWMM. 

Tabla 4. Propiedades de los componentes hidráulicos 

Componente 

Propiedad 

Nodos (Pozos o 

cámaras de 
inspección) 

 

 

Nombre 

 

Coordenadas (X y Y) 

 

Caudal de entrada externo 

 

Tratamiento 

 

Elevación invertida (m) 

 

Profundidad máxima (m) 

 

Profundidad inicial (m) 

 

Profundidad de sobrecarga (m) 

 

Área ponderada (m

2

 

Salidas 

 

 

Nombre 

 

Coordenadas (X y Y) 

 

Caudal de entrada externo 

 

Tratamiento 

 

Elevación invertida (m) 

 

Compuerta de marea 

 

Tipo (libre, normal, fijo, marea vs. Hora del día o series de tiempo) 
 

Tuberías y 

canales 

 

 

Nombre 

 

Nodo de entrada 

 

Nodo de salida 

 

Forma 

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Profundidad máxima (m) 

 

Longitud (m) 

 

Rugosidad 

 

Elevación invertida de la tubería por encima de la elevación del 
invertida del nodo de entrada y salida (m) 

 

Caudal inicial (unidades de caudal) 

 

Caudal máximo (unidades de caudal) 

 

Coeficientes pérdida de energía de entrada, salida y promedio 

 

Compuerta (si, no) 

 

 

3.2.2.2. 

Modelación física 

La  modelación  física  se  fundamenta  en  los  datos  recolectados  en  la  sección  3.1. 
Caracterización  caso  de  estudio:  Cajicá  con  ayuda  de  ArcMap  y  otras  características  de  las 
subcuencas  obtenidas  de  SewerGEMS.  En  la  Tabla  5  se  presentan  las  propiedades  que  son 
requeridas  por  EPA  SWMM,  las  características  que  fueron  calculadas  e  ingresadas  serán 
explicadas en las siguientes secciones y las restantes se dejaron por defecto del programa.  

Tabla 5. Propiedades de la subcuenca 

Componente 

Propiedad 

Subcuenca 

 

 

Nombre 

 

Coordenadas (X y Y) 

 

Pluviómetro o evento de lluvia 

 

Nodo de descarga 

 

Área (Ha) 

 

Ancho (m) 

 

Pendiente (%) 

 

Área impermeable (%) 

 

N Manning área impermeable 

 

N Manning área permeable 

 

Profundidad de almacenamiento área impermeable (m) 

 

Profundidad de almacenamiento área permeable (m) 

 

Área impermeable sin almacenamiento (%) 

 

Ruta de la escorrentía (salida, impermeable y permeable) 

 

Transporte de escorrentía entre subáreas (%) 

 

 

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3.2.2.2.1. 

Evento de lluvia 

El evento de lluvia hace alusión a la precipitación que cae sobre la cuenca, la cual fue definida 
en  el  aparte  183.2.1  Evento  de  lluvia  y  describe  la  intensidad  de  lluvia  para  un  periodo  de 
retorno de 100 años más cambio climático. 

3.2.2.2.2. 

Nodo de descarga 

El nodo de descarga corresponde al pozo que recibe la escorrentía generada en la subcuenca. 
Este  dato  se  obtuvo  en  la  opción  de  “Flextables  -  Catchment”  de  SewerGEMS,  en  la  cual  se 
encuentra  información  relacionada  con  la  topología,  identificación,  geometría,  caudales, 
evento de lluvia, resultados y escorrentía de todas las subcuencas. 

3.2.2.2.3. 

Área 

El área corresponde a la extensión superficial de cada una de las subcuencas. Esta cifra al igual 
que el nodo de descarga se obtuvo de SewerGEMS en la opción “Flextables – Catchment”

3.2.2.2.4. 

Ancho 

El  ancho  es  la  ruta  superficial  que  recorre  la  escorrentía.  Se  puede  estimar  partiendo  de  la 
longitud máxima de flujo, la cual es el punto más alejado de la subcuenca hasta el lugar en que 
se  canaliza  este  caudal.  Siendo  este  punto  un  pozo  dentro  de  la  misma  subcuenca  o  la 
descarga  a  la  siguiente  subcuenca.  Una  vez  obtenido  esa  longitud,  se  usa  como  divisor  del 
área. Por ende, para calcularlo se usaron las capas de la geometría, los nodos y las tuberías de 
las cuencas exportadas de SewerGEMS. En estas fue posible medir la longitud máxima de que 
puede  recorrer  la  escorrentía  superficial  midiendo  la  distancia  desde  los  extremos  de  la 
subcuenca hasta el nodo de descarga, para luego dividir el área entre esa distancia.                                                                                     

3.2.2.2.5. 

Pendiente 

La pendiente hace referencia a la inclinación promedio de la superficie de las subcuencas. Para 
estimar este valor, se generó un modelo digital de elevación (DEM) con la pendiente medida 
en  porcentaje  de  Cajicá  en  el  software  ArcMap.  Los  modelos  de  elevación  son 
representaciones  visuales  del  relieve  de  un  terreno,  están  conformados  por  celdas  que 
representan  a  un  área  y  contienen  información  de  la  elevación  o  la  pendiente  en  este  caso 
(ArcGIS,  s.f.).  Para  realizarlo,  el  primer  paso  a  seguir  es  el  paso  de  las  curvas  de  nivel  a  una 
superficie  TIN  por  medio  de  la  herramienta  Create  TIN,  una  superficie  TIN  es  una  red  de 
triángulos  que  han  sido  interpolados  por  el  método  Delaunay  con  el  fin  de  representar  la 
morfología del terreno (ArcMap 10.3, s.f.). Posteriormente, la superficie TIN es convertida en 
una  capa  ráster  que  corresponde  al  modelo  de  elevación  digital(DEM)  por  medio  de  la 
herramienta TIN to Raster. Luego, por medio de la opción Slope la matriz de celdas del ráster 
pasa  a  contener  información  de  la  pendiente  en  porcentaje  en  lugar  de  la  altura  del  suelo. 
Finalmente, en la opción Zonal Statistics as Table se ingresa el modelo de elevación digital y la 

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capa con la geometría de la cuenca para así obtener la pendiente promedio en cada una de las 
subcuencas.   

3.2.2.2.6. 

Área impermeable 

El  área  impermeable  es  la  extensión  de  superficie  que  ha  sido  urbanizada,  es  decir,  se  ha 
reemplazado  la  cobertura  vegetal  con  superficies  impermeables  como  el  pavimento  y  el 
concreto. Por ende, para su estimación fue necesario cuantificar el área correspondiente a las 
zonas impermeables por subcuenca mediante el ingreso en la función Intersect de ArcMap de 
las capas de la geometría de la cuenca y los sectores impermeables previamente identificados 
en  la  sección  3.1  Caracterización  caso  de  estudio:  Cajicá:  construcción  urbana,  construcción 
rural,  equipamentos,  vías  urbanas  y  vías  rurales  (asumiendo  un  ancho  de  las  vías  de  7  m 
acorde con lo evidenciado en imágenes satelitales de la zona). Una vez se obtiene la cifra del 
área impermeable se divide entre el área total de cada una de las subcuencas para así calcular 
el porcentaje. 

3.2.2.2.7. 

N Manning área impermeable y permeable 

El  n  de  Manning  es  un  coeficiente  de  rugosidad  que  explica  la  resistencia  que  opone  el 
material  de  una  superficie  a  la  circulación  del  flujo  (Fernández,  2018).  Para  el  área 
impermeable se eligió un valor que no correspondiera a una superficie lisa y tuviera relación 
con el área de estudio constituida en su mayoría por construcciones de mampostería, siendo 
esta  cifra  0.014  correspondiente  al  ladrillo  con  mortero  de  cemento.  Asimismo,  el  n  de 
Manning  seleccionado  para  el  área  permeable  es  el  promedio  de  los  coeficientes 
correspondientes  a  pradera  de  césped  corto  (0.15)  y  césped  denso  (0.24),  los  cuales  son 
característicos del área de estudio según lo observado en las imágenes satelitales. Los valores 
que se usaron como referencia para el n de Manning se encuentran en la Tabla 6.  

Tabla 6. N de Manning superficies. Tomado de (McCuen R., Johnson P. y Ragan, R., 2002) 

Superficie 

0.011  Asfalto liso 
0.012  Concreto liso 
0.013  Recubrimiento de concreto 
0.014  Buena madera 
0.014  Ladrillo con mortero de cemento 
0.015  Arcilla vitrificada 
0.015  Hierro fundido 
0.024  Tubos de metal corrugado 
0.024  Escombros de cemento 
0.050  Terreno barbecho (sin residuos) 

Suelos cultivados 

0.060  Cubierta de residuos ≤20% 
0.170  Cubierta de residuos >20% 

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0.130  Rango (natural) 

Césped 

0.150  Pradera con césped corto 
0.240  Césped denso 
0.410  Césped bermuda 

Bosque 

0.400  Maleza ligera 
0.800  Maleza densa 

3.2.2.2.8. 

Profundidad de almacenamiento área impermeable y permeable 

Esta variable describe la profundidad de agua que puede ser acumulada en las depresiones de 
las  zonas  impermeables  y  permeables  de  las  subcuencas.  En  primer  lugar,  para  la  zona 
impermeable se usó el promedio de las profundidades de almacenamiento correspondiente a 
impermeable  en  la  Tabla  7.  Del  mismo  modo,  la  profundidad  en  las  zonas  permeables  se 
determinó  con  el  promedio  ponderado  entre  la  profundidad  asignada  a  parques  y  zonas 
verdes  (2.54mm)  y  la  asignada  a  las  zonas  que  no  han  sido  intervenidas  (3.81,  el  cual  es  el 
promedio entre las profundidades asociadas a césped de la Tabla 7). 

Tabla 7. Profundidad de almacenamiento en zonas impermeables y permeables. Adaptada de (ASCE, 1992) 

Superficie 

Profundidad de 

almacenamiento (mm) 

Impermeable 

1.27 - 2.54 

Césped 

2.54 - 5.08 

Pasto 

5.08 

Reserva forestal 

7.62 

 

3.2.2.2.9. 

Área impermeable sin almacenamiento 

Este parámetro alude al porcentaje de área que no tiene depresiones para el almacenamiento 
de  lluvia. Para su determinación se empleó el supuesto de  que  las construcciones  urbanas y 
rurales  conformadas  en  su  mayoría  por  residencias  no  pueden  almacenar  agua  por  la 
comodidad y seguridad que deben brindar a las personas. Por consiguiente, se asumió que las 
vías  y  equipamentos  tienen  depresiones  debido  a  las  deficiencias  en  la  malla  vial  rural  y 
variabilidad en la geometría y materiales usados en los equipamentos, tales como, escenarios 
deportivos, escuelas, estación del tren, entre otros. 

3.2.3.  Modelación del método de infiltración 

Se seleccionó como método de infiltración el Número de Curva desarrollado por el Servicio de 
Conservación  de  Suelos  (SCS)  de  Estados  Unidos  debido  a  que  considera el  tipo  de  suelo, el 
uso  de  suelo  y  las  condiciones  previas  de  humedad.  En  EPA  SWMM  se  requiere  ingresar  el 
número de curva, la conductividad que es un factor que se desprecia en el cálculo y el tiempo 
de secado.  

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
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del riesgo de inundación urbana

 

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Proyecto de grado en Ingeniería civil 

26 

 

En primer lugar, para obtener el número de curva se considera el grupo hidrológico del suelo y 
el  uso  del  mismo.  En  cuanto  al  grupo  hidrológico  se  definió  que  el  suelo  es  tipo  B  según  lo 
descrito  en  el  numeral  1.5Método  de  infiltración:  Número  de  curva,  dado  que,  está 
conformado  por  depósitos  de  terraza  alta,  los  cuales  están  compuestos  por  suelos  finos, 
arenas  y  gravas.  Una  vez  definido  el  tipo  de  suelo,  se  definió  el  número  de  curva  para  las 
superficies impermeables usando como referencia los valores presentados en el Anexo 4 y en 
las  zonas  que  no  han  sido  intervenidas el  valor  correspondiente  a  prados  en el  Anexo 5.  En 
segundo lugar, el tiempo de secado corresponde a los días en que tarda en secarse un suelo 
completamente saturado, típicamente este valor oscila entre 2 y 14 días  (Rosman, 2015). Para 
el análisis se decidió usar el valor de secado mínimo de 2 días. Finalmente, el número de curva 
por subcuenca se calculó como el promedio ponderado del número de curva de todos los usos 
de suelo. 

Tabla 8. Números de curva asociados a los usos del suelo característicos del área de estudio 

Uso del suelo 

Número de curva 

Zonas no construidas (prados) 

58 

Parques y zonas verdes 

69 

Construcción urbana y rural 

79 

Malla vial urbana y rural 

89 

Equipamentos 

92 

 

3.2.4.  Características promedio de las cuencas de estudio 

En  esta  sección  de  la  Tabla  9  a  la  Tabla  15  se  mostrarán  algunas  de  las  características 
promedio modeladas en las cuencas de estudio, con el fin de mostrar el grado de desarrollo 
urbano en cada una de ellas. En cuanto a las redes de drenaje se evidencio que existen tres 
cuencas  con  presencia  de  canales  de  sección  trapezoidal,  a  diferencia  del  resto  una  de  ellas 
tiene  dos  puntos  de  salida.  Del  mismo  modo,  se  observó  que  la  red  con  mayor  número  de 
tuberías se encuentra en la cuenca con mayor extensión, es decir, la cuenca 3. Por otro lado, la 
cuenca con menor área es la cuenca 4B, que a su vez es la que posee el mayor porcentaje de 
impermeabilización,  elevado  porcentaje  de  superficie  impermeable  sin  almacenamiento  y  el 
mayor  número  de  curva  correspondiente  a  este  tipo  de  suelo  a  una  cobertura  residencial o 
con una condición regular de  prados. Asimismo, la cuenca 2 es  la que  presenta un reducido 
porcentaje  de  impermeabilidad  y  el  menor  número  de  curva  correspondiente  a  amplias 
praderas. En cuanto a las demás características se encontró que la pendiente esta entre 5.6% y 
6.8%,  el  almacenamiento  permeable  entre  3.71  a  3.81  mm  y  el  área  impermeable  sin 
almacenamiento oscila entre 62.3% y 73.5%, lo cual indica que la mayor parte de la superficie 
impermeable pertenece a residencias según como se definió esta variable. 

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Tabla 9. Características Cuenca 2 

Cuenca 2 

 
 

 
 

RED HIDRÁULICA 

 

Pozos: 12 

 

Nodos Canales: 9 

 

Salida: 1 

 

Tuberías: 12 

 

Canales: 9 

 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 

 

Área (Ha): 52.53 

 

No. Subcuencas: 16 

 

Pendiente promedio (%): 6.60 

 

Área impermeable promedio (%): 10.91 

 

Área impermeable sin almacenamiento 
(%): 
62.53 

 

Almacenamiento permeable (mm): 3.81 

 
INFILTRACIÓN: 

 

Número de curva promedio: 60.68 

 

Tabla 10. Características Cuenca 3 

Cuenca 3 

 

RED HIDRÁULICA 

 

Pozos: 83 

 

Salida: 1 

 

Tuberías: 83 

 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 

 

Área (Ha): 144.90 

 

No. Subcuencas: 57 

 

Pendiente promedio (%): 5.82 

 

Área impermeable promedio (%): 15.68 

 

Área impermeable sin almacenamiento 
(%): 
68.20 

 

Almacenamiento permeable (mm): 3.80 

 
INFILTRACIÓN: 

 

Número de curva promedio: 61.80 

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Tabla 11. Características Cuenca 4AA 

Cuenca 4AA 

 

 
RED HIDRÁULICA 

 

Pozos: 36 

 

Salida: 1 

 

Tuberías: 36 

 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 

 

Área (Ha): 48.06 

 

No. Subcuencas: 27 

 

Pendiente promedio (%): 6.79 

 

Área impermeable promedio (%): 35.65 

 

Área impermeable sin almacenamiento (%): 
62.35 

 

Almacenamiento permeable (mm): 3.71 

 
INFILTRACIÓN: 

 

Número de curva promedio: 67.13 

 

Tabla 12. Características Cuenca 4AB 

Cuenca 4AB 

 

 

RED HIDRÁULICA 

 

Pozos: 62 

 

Nodos Canales: 4 

 

Salida: 1 

 

Tuberías: 62 

 

Canales: 4 

 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 

 

Área (Ha): 121.51 

 

No. Subcuencas: 61 

 

Pendiente promedio (%): 6.73 

 

Área impermeable promedio (%): 31.45 

 

Área impermeable sin almacenamiento (%): 
66.45 

 

Almacenamiento permeable (mm): 3.78 

 
INFILTRACIÓN: 

 

Número de curva promedio: 65.80 

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Tabla 13. Características Cuenca 4B 

Cuenca 4B 

 

RED HIDRÁULICA 

 

Pozos: 21 

 

Salida: 1 

 

Tuberías: 21 

 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 

 

Área (Ha): 17.97 

 

No. Subcuencas: 14 

 

Pendiente promedio (%): 6.53 

 

Área impermeable promedio (%): 40.42 

 

Área impermeable sin almacenamiento (%): 
73.44 

 

Almacenamiento permeable (mm): 3.71 

 
INFILTRACIÓN: 

 

Número de curva promedio: 68.15 

 

Tabla 14. Características Cuenca 5 

Cuenca 5 

 

 

RED HIDRÁULICA 

 

Pozos: 31 

 

Salida: 1 

 

Tuberías: 31 

 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 

 

Área (Ha): 59.88 

 

No. Subcuencas: 28 

 

Pendiente promedio (%): 5.80 

 

Área impermeable promedio (%): 37.93 

 

Área impermeable sin almacenamiento (%): 
69.08 

 

Almacenamiento permeable (mm): 3.77 

 
INFILTRACIÓN: 

 

Número de curva promedio: 67.47 

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Tabla 15. Características Cuenca 6 

Cuenca 6 

 

RED HIDRÁULICA 

 

Pozos: 52 

 

Nodos Canales: 3 

 

Salida: 2 

 

Tuberías: 52 

 

Canales: 3 

 
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 

 

Área (Ha): 110.33 

 

No. Subcuencas: 51 

 

Pendiente promedio (%): 5.63 

 

Área impermeable promedio (%): 25.23 

 

Área impermeable sin almacenamiento 
(%): 
66.11 

 

Almacenamiento permeable (mm): 3.81 

 
INFILTRACIÓN: 

 

Número de curva promedio: 64.18 

 

 

3.3.  Análisis planteados 

Para  el  cumplimiento  de  los  objetivos  del  presente  proyecto  se  definió  que  era  necesario 
realizar tres tipos de análisis. El primero está relacionado con el cambio en el comportamiento 
hidrológico  de  las  cuencas  cuando  se  afecta  la  impermeabilidad  de  la  misma.  El  segundo  se 
encuentra  ligado  con  la  determinación  de  las  propiedades  de  las  alternativas  SUDS  a 
implementar. El último responde a la pregunta de ¿la incorporación de techos verdes y azules 
permite reducir el riesgo de inundación urbana?.  

 

3.3.1.  Análisis de sensibilidad parámetros impermeabilidad 

Con la finalidad de  evaluar la influencia del cambio  en la impermeabilidad de  las cuencas se 
definieron estudiar los siguientes parámetros: Número de curva en función del porcentaje de 
área impermeable, la profundidad de almacenamiento en el área impermeable y el porcentaje 
sin almacenamiento de la zona impermeable. 

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31 

 

3.3.1.1. 

Análisis número de curva 

Para  este  análisis  se  decidió  variar  el  área  impermeable  en  el  rango  de  50%  a  100%  con 
incrementos  de  10%  para  números  de  curva  en  cuatro  escenarios.  Cada  uno  de  estos 
escenarios refleja el cambio del uso de suelo en Cajicá: escenario 1 (pavimentos), escenario 2 
(zona comercial y de negocios), escenario 3 (zona industrial) y escenario 4 (zona residencial). 
En la Tabla 16 se muestra los números de curva usados en cada escenario por cada porcentaje 
de impermeabilidad, para obtener esos números se usó un promedio ponderado entre el área 
impermeable con los números de curva correspondientes al 100% y el área permeable con el 
número de curva de 61 que hace referencia a zonas con hierba. 

Tabla 16. Análisis número de curva 

%Área 

impermeable 

Escenario 1: 

Pavimentos 

Escenario 2: Zona 

comercial y de 

negocios 

Escenario 3: 

Zona industrial 

Escenario 4: 

Zona 

residencial 

50 

79.5 

76.5 

74.5 

73 

60 

83.2 

79.6 

77.2 

75.4 

70 

86.9 

82.7 

79.9 

77.8 

80 

90.6 

85.8 

82.6 

80.2 

90 

94.3 

88.9 

85.3 

82.6 

100 

98 

92 

88 

85 

 

3.3.1.2. 

Profundidad de almacenamiento en el área impermeable 

Se  decidió  variar  este  parámetro  en  el  rango  de  valores  típicos  (0mm  a  2.5mm)  con 
incrementos de 5mm con el fin de conocer si tiene una influencia significativa en el caudal de 
salida de cada una de las cuencas. 

3.3.1.3. 

Porcentaje sin almacenamiento de la zona impermeable 

Debido  a  que  el  porcentaje  sin  almacenamiento  en  la  zona  impermeable  promedio  de  las 
cuencas se encuentra entre 62.3 y 73.5 se determinó que esta variable se debía variar entre 
70% y 100% con incremento de 10% para conocer cómo afecta el aumento de este porcentaje. 

 

3.3.2.  Análisis de sensibilidad propiedades SUDS 

Las alternativas de sistemas urbanos de drenaje sostenible a evaluar son los techos verdes y 
los techos azules. Este análisis de sensibilidad se efectúo en el escenario actual, es decir, bajo 
los usos de suelo y construcciones existentes hasta el momento. Debido a la alta presencia de 
techos con pendientes aproximadas al 30% se definió que los techos azules sólo se podían usar 
en la mitad de las construcciones urbanas y los techos verdes en la totalidad de construcciones 
rurales y la otra mitad de las construcciones urbanas.  

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32 

 

La  modelación  de  los  techos  verdes  comprende  la  definición  de  las  propiedades  de  los  tres 
estratos que  los conforman (Superficie, suelo y drenaje),  para estos se  plantearon tres tipos 
(TV 1, TV 2, TV 3) a partir de la variación de los parámetros y las diferentes clases de suelo. El 
primer techo verde usa marga arenosa, el segundo usa marga y el último utiliza marga limosa, 
los cuales son composiciones de tierra apta para vegetación. Para la definición de los valores 
de  los  diferentes  tipos  de  techos  verdes  planteados  se  usó  la  información  brindada  en  el 
manual  de  EPA  SWMM  versión  5.1  (Rosman,  2015)  y  en  la  Tabla  17  se  presentan  dichos 
valores. 

Tabla 17. Propiedades modeladas de los techos verdes 

Estrato 

Propiedad 

TV1 

TV 2 

TV 3 

Superficie 

Altura berma (mm) 

Vegetación (fracción volumen) 

0.1 

0.15 

0.2 

Superficie 

0.15 

0.15 

0.41 

Pendiente (%) 

30 

30 

30 

Suelo 

Espesor (mm) 

76.2 

114.3 

152.4 

Porosidad (fracción volumen) 

0.453 

0.463 

0.501 

Capacidad (fracción volumen) 

0.19 

0.232 

0.284 

Punto de marchitez (fracción 

volumen) 

0.085 

0.116 

0.135 

Conductividad (mm/h) 

10.92 

3.302 

6.604 

Conductividad pendiente 

30 

45 

60 

Cabeza de succión (mm) 

109.98 

88.9 

169.926 

Drenaje 

Espesor (mm) 

25.4 

38.1 

50.8 

Fracción de vacíos 

0.5 

0.5 

0.6 

Rugosidad 

0.1 

0.1 

0.4 

 

Por otro lado, la modelación de los techos azules consiste en el ingreso de las propiedades de 
la superficie mostradas en la Tabla 18. Estas propiedades se definieron en base a lo consultado 
en el marco teórico y dado que, EPA SWMM no tiene predefinido el control LID techo azul se 
usó  “Rooftop Disconnection”  bajo el supuesto que  el techo no puede almacenar el agua por 
periodos  prolongados  de  tiempo  y,  por  el  contrario,  constantemente  esta  drenando  el  agua 
por medios mecánicos o no mecánicos. 

Tabla 18. Propiedades modeladas techos azules 

 

Superficie 

Valor 

Profundidad de almacenamiento (mm) 

70 

Rugosidad 

0.015 

Pendiente (%) 

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33 

 

3.3.3.  Análisis de riesgo de inundación 

El análisis de riesgo de inundación se hará con la sumatoria de los volúmenes de inundación 
obtenidos  en  la  opción  “Node  Flooding”  de  EPA  SWMM.  Se  realizará  dos  análisis  de  la 
reducción del riesgo de inundación al implementar sistemas de drenaje urbano sostenible. El 
primero  corresponde  a  la  evaluación  en  el  escenario  actual  con  las  tres  combinaciones  de 
techos verdes y azules. Por otra parte, el segundo quiere determinar si la implementación de 
SUDS tiene una influencia significativa en el caso de que Cajicá continúe con un alto proceso 
de urbanización. Adicionalmente, este análisis evalúa individualmente los techos verdes y los 
techos azules en el 90% del área de las subcuencas en el caso del 90% de área impermeable de 
cada  uno  de  los  escenarios  del  número  de  curva.  Se  seleccionó  este  porcentaje  porque  al 
observar imágenes satelitales de las ciudades más urbanizadas del mundo como Tokio (Japón) 
y  Cantón  (China)  el  área  permeable  era  cercana  al  10%  y  pertenecía  a  fuentes  hídricas  o 
parques.   Del mismo modo, se decidió usar el mejor tipo de techo verde (TV 3) evaluado por 
la reducción del riesgo de inundación y caudal de salida. 

 

 

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34 

 

3.  RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 

El análisis de sensibilidad de los parámetros que dan cuenta del nivel de impermeabilización 
de  la  cuenca  y  las  propiedades  de  los  sistemas  urbanos  de  drenaje  sostenible se  realizaron 
con  respecto  a  los  resultados  obtenidos  en  las  condiciones  actuales.  Este  análisis  se  realizó 
para el caudal pico de salida,los volúmenes de inundación y el coeficiente de escorrentía, el 
cual  muestra  el  porcentaje  de  la  lluvia  que  se  convierte  en  escorrentía.  Estos resultados  se 
muestran  en  la  Tabla  19.  Del  mismo  modo,  los  porcentajes  calculados  para  determinar  la 
sensibilidad se obtuvieron con la Ecuación 4 y se encuentran resaltados en color gris. 

Tabla 19. Resultados obtenidos en condiciones actuales 

Cuenca 

Caudal 

pico (LPS) 

Coef. 

Escorrentía 

Volumen de 

inundación 

(10^6)L 

Cuenca 2 

742.43 

0.201 

2.429 

Cuenca 3 

1665.36 

0.247 

10.609 

Cuenca 4AA 

995 

0.474 

10.437 

Cuenca 4AB 

1686.63 

0.419 

17.88 

Cuenca 4B 

284.11 

0.517 

3.709 

Cuenca 5 

580.57 

0.486 

12.513 

Cuenca 6 

2746.99 

0.390 

8.037 

 

Ecuación 4. Cálculo de sensibilidad 

 

3.1.  Análisis de sensibilidad parámetros de impermeabilidad 

3.1.1.  Análisis número de curva 

En  el  análisis  de  número  de  curva  se  encontró  que  la  variación  de  los  números  de  curva  entre 
escenarios  no  tiene  efectos  significativos  en  el  hidrograma  de  salida  y  caudal  pico,  pues  estas 
gráficas  son  muy  similares.  Según  los  hidrogramas  mostrados  en  anexos  para  cada  una  de  las 
cuencas,  los  hidrogramas  correspondientes  al  mismo  porcentaje  de  área  impermeable  en  cada 
uno  de  los  escenarios  seguía  el  mismo  comportamiento,  es  decir,  al  mismo  tiempo  iniciaba  el 
tránsito de la creciente y subía o bajaba el caudal. Asimismo, se determinó que la al número de 
curva  depende  del modelo,  pues este  nivel  de  influencia  cambió en  cada  una  de  las  cuencas  en 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

35 

 

tres  rangos  definidos:  Baja:  0%-33%,  Media:34%  -  67%  y  Alta:68%-100%.  A  partir  de  la  anterior 
afirmación,  se  evidenció  que  en  algunas  cuencas  el  cambio  en  el  porcentaje  en  el  área 
impermeable  y  el  número  de  curva  no  tenía  efecto  en  el  caudal  pico  de  salida  debido  a  la 
presurización existente en las tuberías de las cuencas.  

En cuanto a la cuenca 2 se estableció que el número de curva tiene una sensibilidad media a alta 
en el modelo. Debido a que, tuvo un efecto en el incremento del caudal pico mayor al 50% y en el 
coeficiente de escorrentía superior al 70% (VerTabla 20). Asimismo, tuvo una influencia notable en 
los  tiempos  y  volúmenes  de  descarga  de  la  cuenca,  pues  en  la  condición  actual  el  caudal 
permanecía aproximadamente constante durante media hora al llegar a su caudal pico de 742 LPS, 
en los escenarios de impermeabilidad no presenta caudales constantes y en el minuto 45 llega a 
un pico superior al doble del obtenido en el caso actual (Ver Anexo 6).  

Tabla 20. Análisis número de curva Cuenca 2 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

En  lo  que  respecta  a  la  cuenca  3,  el  número  de  curva  presenta  una  sensibilidad  baja  en  el 
incremento de caudal pico de salida y una sensibilidad media alta en el coeficiente de escorrentía 
(Ver Tabla 21). Por otro lado, el hidrograma de salida presenta una forma peculiar al no tener un 
único  pico,  por  el  contrario,  aumenta  rápidamente  al  inicio,  luego  permanece  constante  por  la 
condición de presurización de la tubería que al exceder la capacidad del sistema permite la salida 
del agua y finalmente disminuye el caudal en un tiempo prolongado. De modo que, los efectos del 
número de curva se evidencian en los tiempos en que inicia el tránsito de la creciente, dado que, 
al haber mayor porcentaje de impermeabilidad el agua fluye más rápido y por ende empieza a salir 
antes  del  sistema,  dando  lugar  a  diferencias  de  tiempo  de  15  minutos  entre  el  escenario  más 
crítico de impermeabilidad 100% y las condiciones actuales (Ver anexo 7). 

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

1614.41

0.67

1605.92

0.65

1600.53

0.64

1597.44

0.63

54.01%

70.18%

53.77%

69.11%

53.61%

68.43%

53.52%

67.95%

1659.29

0.77

1656.18

0.74

1654

0.73

1652.31

0.72

55.26%

73.98%

55.17%

73.07%

55.11%

72.51%

55.07%

72.11%

1669.69

0.86

1669.18

0.83

1668.87

0.82

1668.62

0.81

55.53%

76.60%

55.52%

75.85%

55.51%

75.41%

55.51%

75.10%

1673.81

0.93

1673.40

0.90

1673.25

0.89

1673.17

0.88

55.64%

78.39%

55.63%

77.83%

55.63%

77.51%

55.63%

77.29%

1676.98

0.98

1676.54

0.96

1676.4

0.96

1676.35

0.95

55.73%

79.51%

55.72%

79.19%

55.71%

79.02%

55.71%

78.91%

1678.72

1.01

1678.72

1.01

1678.72

1.01

1678.72

1.01

55.77%

80.05%

55.77%

80.05%

55.77%

80.05%

55.77%

80.05%

Escenario 4: Zona 

residencial

Escenario 3: Zona 

industrial

Escenario 2: Zona 

comercial y de negocios

Escenario 1: Pavimentos

%Área 

impermeable

100

90

80

70

60

50

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

36 

 

Tabla 21. Análisis número de curva Cuenca 3 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

El  número  de  curva  en  la cuenca  4AA  presenta  una sensibilidad  baja  en  la  reducción  del  caudal 
pico de entre el 3% y 5% y una sensibilidad baja media en el aumento de la escorrentía superficial 
de entre el 25% al 53% (Ver Tabla 22). En cuanto a la descarga al aumentar el número de curva y el 
porcentaje  de área impermeable se evidencia  un incremento en el caudal que  sale de  la cuenca 
durante  los  primeros  cuarenta  minutos  debido  al  aumento  de  la  superficie  impermeable  que 
provoca que el agua fluya con mayor rapidez (Ver anexo 8). 

Tabla 22. Análisis número de curva Cuenca 4AA 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

1679.38

0.67

1679.38

0.65

1679.38

0.63

1679.41

0.62

0.83%

63.16%

0.83%

61.83%

0.83%

60.99%

0.84%

60.39%

1679.44

0.77

1679.40

0.74

1679.39

0.73

1679.39

0.72

0.84%

67.89%

0.84%

66.76%

0.84%

66.07%

0.84%

65.58%

1679.42

0.86

1679.42

0.83

1679.42

0.82

1679.59

0.81

0.84%

71.16%

0.84%

70.23%

0.84%

69.68%

0.85%

69.30%

1679.42

0.93

1679.43

0.91

1679.42

0.89

1679.43

0.88

0.84%

73.38%

0.84%

72.69%

0.84%

72.29%

0.84%

72.03%

1679.42

0.98

1679.42

0.97

1679.43

0.96

1679.48

0.95

0.84%

74.78%

0.84%

74.38%

0.84%

74.17%

0.84%

74.03%

1679.42

1.01

1679.42

1.01

1679.42

1.01

1679.42

1.01

0.84%

75.44%

0.84%

75.44%

0.84%

75.44%

0.84%

75.44%

60

70

80

90

100

%Área 

impermeable

Escenario 1: Pavimentos

Escenario 2: Zona 

comercial y de negocios

Escenario 3: Zona 

industrial

Escenario 4: Zona 

residencial

50

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

1031.97

0.68

1030.64

0.66

1029.86

0.65

1029.33

0.64

3.58%

30.62%

3.46%

28.17%

3.38%

26.61%

3.34%

25.48%

1039.31

0.78

1038.00

0.75

1037.23

0.74

1036.71

0.73

4.26%

39.03%

4.14%

36.95%

4.07%

35.66%

4.02%

34.75%

1044.27

0.86

1042.88

0.84

1042.18

0.82

1041.72

0.81

4.72%

44.92%

4.59%

43.21%

4.53%

42.17%

4.48%

41.46%

1050.01

0.93

1048.18

0.91

1047.2

0.89

1046.57

0.89

5.24%

48.97%

5.07%

47.71%

4.98%

46.97%

4.93%

46.47%

1054.18

0.98

1053.02

0.96

1052.37

0.96

1051.89

0.95

5.61%

51.53%

5.51%

50.79%

5.45%

50.39%

5.41%

50.13%

1054.84

1.00

1054.84

1.00

1054.84

1.00

1054.84

1.00

5.67%

52.79%

5.67%

52.79%

5.67%

52.79%

5.67%

52.79%

70

80

90

100

Escenario 1: Pavimentos

Escenario 2: Zona 

comercial y de negocios

Escenario 3: Zona 

industrial

Escenario 4: Zona 

residencial

50

60

%Área 

impermeable

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

37 

 

La cuenca 4AB al igual que las últimas dos cuencas muestra que el efecto del número de curva es 
más  significativo  en  el  incremento  de  escorrentía  superficial  que  en  el  caudal  pico  de  salida. 
Debido a que, en el caudal pico presenta una sensibilidad baja de entre 5% y 6% y en el coeficiente 
de  escorrentía una sensibilidad media de  entre  33% y 59%  aproximadamente  (Ver  Tabla 23).  En 
cuanto  a  la  descarga  se  evidencia  un  comportamiento  diferente  entre  los  escenarios  de 
impermeabilidad y el actual. Dado que, en los escenarios de impermeabilidad el caudal pico tiene 
una tendencia constante durante aproximadamente una hora, mientras que en la condición actual 
este se presenta en el minuto 75. Lo anterior se debe al aumento en la sobrecarga del sistema, por 
lo cual este mantiene el mismo caudal durante un tiempo prolongado mientras el exceso se sale 
de las cámaras de inspección (Ver anexo 9). 

Tabla 23. Análisis número de curva Cuenca 4AB 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

La cuenca 4B y la cuenca 5  expone  la misma sensibilidad ante el número de  curva. En el  caudal 
pico  este  no  tiene  influencia  alguna  y  en el  coeficiente  de  escorrentía  presenta  una  sensibilidad 
baja  a  media  (Ver  la  Tabla  13  y  la  Tabla  14).  Las  dos  cuencas  presentan  la  misma  forma  en  el 
hidrograma de salida, siendo la diferencia el volumen de agua transitado, el cual es más grande en 
la cuenca 5 al tener mayor área bajo la curva. Asimismo, en las dos cuencas se evidencia que las 
curvas  de  los  escenarios  impermeables  son  muy  cercanas  al  caso  actual  en  lo  que  respecta  al 
tiempo  de  tránsito  de  los  volúmenes  y  al  agua  entregada  a  la  siguiente  cuenca  (Ver  anexo  10 y 
anexo 11). 

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

1782.54

0.68

1782.54

0.66

1782.54

0.64

1782.55

0.63

5.38%

38.21%

5.38%

36.00%

5.38%

34.61%

5.38%

33.61%

1782.27

0.77

1782.26

0.75

1782.26

0.73

1782.26

0.72

5.37%

45.89%

5.37%

44.02%

5.37%

42.86%

5.37%

42.04%

1797.45

0.86

1798.71

0.83

1797.71

0.82

1797.71

0.81

6.17%

51.25%

6.23%

49.71%

6.18%

48.80%

6.18%

48.16%

1787.82

0.93

1787.28

0.91

1786.68

0.89

1786.79

0.89

5.66%

54.90%

5.63%

53.75%

5.60%

53.09%

5.61%

52.64%

1783.88

0.98

1783.94

0.96

1783.95

0.96

1783.99

0.95

5.45%

57.21%

5.45%

56.56%

5.46%

56.19%

5.46%

55.96%

1782.95

1.01

1782.95

1.01

1782.95

1.01

1782.95

1.01

5.40%

58.33%

5.40%

58.33%

5.40%

58.33%

5.40%

58.33%

80

90

100

Escenario 2: Zona 

comercial y de negocios

Escenario 3: Zona 

industrial

Escenario 4: Zona 

residencial

50

60

70

%Área 

impermeable

Escenario 1: Pavimentos

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

38 

 

Tabla 24. Análisis de curva Cuenca 4B 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

Tabla 25. Análisis de curva Cuenca 5 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

Por último, en la cuenca 6 se pudo establecer que el número de curva tiene una baja afectación en 
el incremento del caudal pico y una sensibilidad media en el coeficiente de escorrentía (Ver Tabla 
15). Por otra parte, el hidrograma de salida muestra la misma tendencia en el caso actual que en 
los  escenarios  de  impermeabilidad,  es  decir,  el  minuto  en  el  que  se  alcanza  el  caudal  pico  y  el 
inicio del tránsito de la creciente. En estos hidrogramas se evidencia como el caudal descargado es 
mayor y muy cercano entre los casos de impermeabilidad propuestos (Ver anexo 6).  

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

284.11

0.68

284.11

0.66

284.11

0.65

284.11

0.64

0.00%

24.41%

0.00%

21.75%

0.00%

20.05%

0.00%

18.85%

284.11

0.78

284.11

0.75

284.11

0.74

284.11

0.73

0.00%

33.62%

0.00%

31.35%

0.00%

29.95%

0.00%

28.95%

284.11

0.86

284.11

0.84

284.11

0.82

284.11

0.81

0.00%

40.07%

0.00%

38.18%

0.00%

37.07%

0.00%

36.29%

284.11

0.93

284.11

0.91

284.11

0.90

284.11

0.89

0.00%

44.49%

0.00%

43.08%

0.00%

42.28%

0.00%

41.74%

284.11

0.98

284.11

0.97

284.11

0.96

284.11

0.95

0.00%

47.29%

0.00%

46.48%

0.00%

46.04%

0.00%

45.75%

284.11

1.01

284.11

1.01

284.11

1.01

284.11

1.01

0.00%

48.66%

0.00%

48.66%

0.00%

48.66%

0.00%

48.66%

90

100

Escenario 3: Zona 

industrial

Escenario 4: Zona 

residencial

50

60

70

80

%Área 

impermeable

Escenario 1: Pavimentos

Escenario 2: Zona 

comercial y de negocios

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

580.57

0.68

580.57

0.65

580.57

0.64

580.57

0.63

0.00%

28.35%

0.00%

25.78%

0.00%

24.16%

0.00%

22.98%

580.57

0.78

580.57

0.75

580.57

0.73

580.57

0.72

0.00%

37.34%

0.00%

35.17%

0.00%

33.83%

0.00%

32.88%

580.57

0.86

580.57

0.83

580.57

0.82

580.57

0.81

0.00%

43.53%

0.00%

41.74%

0.00%

40.68%

0.00%

39.94%

580.57

0.93

580.57

0.91

580.57

0.89

580.57

0.89

0.00%

47.79%

0.00%

46.46%

0.00%

45.68%

0.00%

45.17%

580.57

0.98

580.57

0.97

580.57

0.96

580.57

0.95

0.00%

50.48%

0.00%

49.72%

0.00%

49.30%

0.00%

49.02%

580.57

1.01

580.57

1.01

580.57

1.01

580.57

1.01

0.00%

51.68%

0.00%

51.77%

0.00%

51.77%

0.00%

51.77%

100

Escenario 4: Zona 

residencial

50

60

70

80

90

%Área 

impermeable

Escenario 1: Pavimentos

Escenario 2: Zona 

comercial y de negocios

Escenario 3: Zona 

industrial

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

39 

 

Tabla 26. Análisis de curva Cuenca 6 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

En resumen, la sensibilidad del número de curva es baja en el incremento del caudal pico y baja 
media  o  media  alta  en  el  aumento  de  la  generación  de  escorrentía.  La  excepción  a  la  anterior 
afirmación es la cuenca 2 que al tener un porcentaje de área impermeable cercano al 11% y al ser 
este aumentado desde el 50% hasta el 100% presenta una sensibilidad media en el caudal pico y 
media alta en el coeficiente de escorrentía. 

3.1.2.  Análisis profundidad de almacenamiento área impermeable 

A  partir  de  los  resultados  mostrados  en  la  Tabla  27  y  en  la  Tabla  28  se  puede  concluir  que  la 
profundidad  de  almacenamiento  en  el  área  impermeable  no  tiene  un  efecto  significativo  en  el 
comportamiento  hidrológico  de  la  cuenca.  Dado  que,  en  todos  los  casos  se  obtuvo  una 
sensibilidad  baja  cercana  a  cero.  Lo  anterior  también  se  puede  evidenciar  en  los  hidrogramas 
ubicados en anexos, los cuales se encuentran muy cercanos entre sí con pequeñas diferencias en 
el volumen descargado en el tiempo antes de alcanzar el caudal pico. No obstante, a pesar de no 
mostrar notables diferencias es posible observar que esta variable puede producir un aumento o 
disminución  del  caudal  pico  y  el  coeficiente  de  escorrentía.  Asimismo,  no  se  encontró  que  este 
cambio tuviera una relación consistente  entre las diferentes condiciones de impermeabilidad, es 
decir,  se  esperaba  que  en  las  profundidades  de  almacenamiento  menores  a  2mm  el  caudal  y el 
coeficiente  aumentarán  en  todos  los  casos,  en  la  profundidad  de  almacenamiento  de  2mm  los 
resultados  fueran  cercanos  a  cero  debido  a  que  el  almacenamiento  usado  en  el  caso  actual  es 
1.91mm y en la profundidad de 2.5mm se obtuvieran reducciones en las dos variables de estudio. 
Por  el  contrario,  en  las  cuencas  3  hubo  una  reducción  del  caudal  en  todas  las  profundidades 
evaluadas, en la cuenca 6 hubo una reducción del coeficiente de escorrentía en todos los casos, en 

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

3297.01

0.68

3295.58

0.65

3291.48

0.64

3294.04

0.63

16.68%

42.37%

16.65%

40.31%

16.54%

39.01%

16.61%

38.08%

3315.95

0.77

3313.58

0.75

3312.24

0.73

3312.78

0.72

17.16%

49.60%

17.10%

47.85%

17.07%

46.77%

17.08%

46.00%

3330.62

0.86

3324.21

0.83

3323

0.82

3324.14

0.81

17.52%

54.61%

17.36%

53.18%

17.33%

52.32%

17.36%

51.72%

3340.39

0.93

3337.70

0.91

3333.2

0.89

3331.63

0.88

17.76%

58.04%

17.70%

56.97%

17.59%

56.35%

17.55%

55.93%

3342.93

0.98

3341.33

0.96

3339.13

0.96

3339.61

0.95

17.83%

60.21%

17.79%

59.59%

17.73%

59.25%

17.75%

59.03%

3343.76

1.00

3343.76

1.01

3343.76

1.01

3343.76

1.01

17.85%

61.19%

17.85%

61.25%

17.85%

61.25%

17.85%

61.25%

50

60

70

80

90

100

%Área 

impermeable

Escenario 1: Pavimentos

Escenario 2: Zona 

comercial y de negocios

Escenario 3: Zona 

industrial

Escenario 4: Zona 

residencial

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

40 

 

la cuenca 4AB se generó más escorrentía en todos los casos, en las cuencas 4B y 5B no hubo efecto 
alguno en el caudal pico de salida y en el resto de cuencas en cada una de las variables evaluadas 
se presentaron disminuciones e incrementos simultáneamente. 

Tabla 27. Análisis profundidad almacenamiento área impermeable Cuenca 2, 3, 4AA y 4AB 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

Tabla 28.Análisis profundidad almacenamiento área impermeable Cuenca 4B, 5 y 6 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

3.1.3.  Análisis porcentaje sin almacenamiento de la zona impermeable 

El porcentaje sin almacenamiento de  la zona  impermeable  afecta muy poco a los resultados del 
modelo,  ya  que  tiene  una  sensibilidad  baja  cercana  al  0%  (Ver  Tabla  29  y  Tabla  30).  Del  mismo 
modo, los hidrogramas ubicados en anexos muestran que el cambio en el hidrograma de salida es 

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

742.530

0.201

1661.410

0.249

994.950

0.478

1687.300

0.424

0.013%

0.435%

-0.238%

0.515%

-0.005%

0.752%

0.040%

1.252%

742.520

0.201

1661.840

0.248

994.980

0.477

1687.140

0.424

0.012%

0.404%

-0.212%

0.424%

-0.002%

0.582%

0.030%

1.126%

742.490

0.201

1664.870

0.248

994.880

0.476

1686.950

0.423

0.008%

0.249%

-0.029%

0.255%

-0.012%

0.366%

0.019%

0.915%

742.450

0.201

1668.040

0.248

995.020

0.475

1686.740

0.422

0.003%

0.093%

0.161%

0.099%

0.002%

0.133%

0.007%

0.680%

742.430

0.200

1661.340

0.247

994.950

0.474

1686.520

0.421

0.000%

-0.031%

-0.242%

-0.007%

-0.005%

-0.016%

-0.007%

0.545%

742.410

0.200

1660.870

0.247

995.000

0.473

1686.520

0.421

-0.003%

-0.094%

-0.270%

-0.128%

0.000%

-0.196%

-0.007%

0.390%

Almacenamiento 

(mm)

2.5

2

1.5

1

0.5

0

Cuenca 2

Cuenca 4AB

Cuenca 4AA

Cuenca 3

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

284.110

0.520

580.570

0.490

2742.330

0.360

0.000%

0.645%

0.000%

0.773%

-0.170%

-8.329%

284.110

0.520

580.570

0.489

2745.650

0.359

0.000%

0.495%

0.000%

0.570%

-0.049%

-8.435%

284.110

0.518

580.570

0.487

2750.310

0.359

0.000%

0.262%

0.000%

0.352%

0.121%

-8.678%

284.110

0.517

580.570

0.486

2749.340

0.358

0.000%

0.083%

0.000%

0.147%

0.085%

-8.928%

284.110

0.517

580.570

0.486

2742.380

0.357

0.000%

-0.055%

0.000%

-0.029%

-0.168%

-9.096%

284.110

0.516

580.570

0.485

2748.340

0.357

0.000%

-0.208%

0.000%

-0.221%

0.049%

-9.288%

2.5

Cuenca 4B

Cuenca 5

Cuenca 6

Almacenamiento 

(mm)

0

0.5

1

1.5

2

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

41 

 

mínimo  y  se  presenta  en  el  tiempo  de  inicio  antes  de  llegar  al  caudal  pico.  Al  igual  que  en  el 
parámetro  de  la  profundidad  de  almacenamiento  en  el  área  impermeable  los  resultados  no  son 
consistentes  con  el  aumento  de  las  condiciones  de  impermeabilidad,  pues  a  mayor 
impermeabilidad  mayor  generación  de  escorrentía  y,  por  ende,  caudal  de  salida.  Lo  anterior  se 
evidencia  dado  que  esta  variable  en  promedio  se  encuentra  cercana  al  70%,  es  decir,  para  el 
porcentaje de almacenamiento del 70% debe haber aumentos o incrementos cercanos a cero y en 
el resto de porcentajes un aumento en todos los casos. Por el contrario, se encontró reducciones 
en todos los porcentajes de almacenamiento como en la cuenca 6 o aumentos y disminuciones de 
una profundidad a otra como en el caudal pico de la cuenca 3. 

Tabla 29. Análisis porcentaje sin almacenamiento Cuenca 2, 3, 4AA y 4AB 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

Tabla 30. Análisis porcentaje sin almacenamiento Cuenca 4B, 5 y 6 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

4.2.  Análisis de sensibilidad propiedades SUDS 

El  objetivo  de  este  análisis  es  determinar  el  techo  verde  con  las  mejores  propiedades 
basadas  en  el  desempeño  de  la  reducción  de  escorrentía  e  inundaciones  para 
implementarlos  en  los  escenarios  propuestos  de  impermeabilidad  de  Cajicá  ante  la 

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

742.440

0.201

1661.000

0.247

994.720

0.475

1686.480

0.422

0.001%

0.031%

-0.262%

-0.085%

-0.028%

0.070%

-0.009%

0.611%

742.470

0.201

1664.650

0.248

994.940

0.476

1686.920

0.423

0.005%

0.125%

-0.043%

0.156%

-0.006%

0.304%

0.017%

0.823%

742.500

0.201

1667.030

0.248

994.980

0.477

1687.150

0.424

0.009%

0.311%

0.100%

0.311%

-0.002%

0.521%

0.031%

1.053%

742.530

0.201

1662.090

0.249

994.950

0.478

1687.300

0.424

0.013%

0.435%

-0.197%

0.515%

-0.005%

0.752%

0.040%

1.252%

Cuenca 3

Cuenca 4AA

Cuenca 4AB

Almacenamiento 

(%)

Cuenca 2

70

80

90

100

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

284.110

0.517

580.570

0.486

2745.380

0.358

0.000%

-0.041%

0.000%

0.081%

-0.059%

-8.964%

284.110

0.518

580.570

0.487

2741.430

0.358

0.000%

0.166%

0.000%

0.293%

-0.203%

-8.779%

284.110

0.519

580.570

0.488

2746.150

0.359

0.000%

0.413%

0.000%

0.512%

-0.031%

-8.548%

284.110

0.520

580.570

0.490

2742.330

0.360

0.000%

0.645%

0.000%

0.773%

-0.170%

-8.329%

100

Cuenca 4B

Cuenca 5

Cuenca 6

Almacenamiento 

(%)

70

80

90

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

42 

 

creciente urbanización. Según lo mostrado en la Tabla 31 el techo denominado TV 3 más los 
techos azules, es aquel que cumple con dicho criterio pues en todas las cuencas a excepción 
de  la  cuenca  2  presenta  reducciones  en  el  volumen  de  inundación  y  disminución  en  el 
coeficiente de escorrentía. Asimismo, esto se puede evidenciar en los hidrogramas de salida 
presentados  en  anexos,  pues  a  excepción  de  la  cuenca  2  en  estos  se  evidencia  un  menor 
volumen descargado correspondiente al área bajo la curva. 

En lo que respecta al aumento en el caudal pico de salida, la generación de escorrentía y el 
volumen  de  inundación  como  en  la  cuenca  2,  esto  no  concuerda  con  las  ventajas  de  los 
sistemas urbanos de drenaje sostenible. Lo anterior se debe a que en la modelación en el 
software EPA SWMM no se definió el porcentaje de área impermeable que iba a ser tratada 
con los techos verdes o azules según lo indicado en el manual del programa (Rosman, 2015). 
Dado que, estos son sistemas que sólo tratan la lluvia y no la escorrentía como las celdas de 
biorretención. Lo que ocasiona que en cuencas poco impermeables como la 2 o la 3 (10,91% 
y  15,68%,  respectivamente)  los  techos  verdes  y  azules  puedan  tratar  áreas  permeables  y, 
por ende, hacer decaer la natural respuesta hidrológica de la cuenca. 

Tabla 31. Análisis de sensibilidad propiedades SUDS Cuenca 2, 3, 4AA, 4AB, 4B, 5 y 6 

 

*En gris se encuentra resaltada la sensibilidad calculada 

4.3.  Análisis de riesgo de inundación 

El  análisis  de  riesgo  de  inundación  se  compone  del  análisis  de  los  volúmenes  obtenidos  en  las 
propiedades de  los SUDS y en los escenarios de impermeabilidad propuestos en el municipio de 
Cajicá. En cuanto al primer análisis, según lo mostrado en la Tabla 32 en la cuenca 2 se aumenta el 
volumen  de  inundación  por  la  forma  en  que  se  debe  modelar  los  techos  verdes  y  la  baja 
impermeabilidad  de  la  cuenca.  La  reducción  en  los  volúmenes  de  inundación  de  las  cuencas  se 

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Volumen de 

inundación 

(10^6)L

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Volumen de 

inundación 

(10^6)L

Caudal pico 

(LPS)

Coef. 

Escorrentía

Volumen de 

inundación 

(10^6)L

793.240

0.237

3.186

835.040

0.237

3.518

788.990

0.219

3.030

6.405%

15.557%

23.760%

11.090%

15.401%

30.955%

5.901%

8.317%

19.835%

1665.710

0.278

4.283

1665.160

0.277

4.657

1660.840

0.255

4.056

0.021%

10.866%

-147.700%

-0.012%

10.584%

-127.808%

-0.272%

2.788%

-161.563%

993.910

0.421

8.287

993.760

0.420

8.915

993.740

0.390

8.012

-0.110%

-12.591%

-25.944%

-0.125%

-12.899%

-17.072%

-0.127%

-21.455%

-30.267%

1705.690

0.403

15.995

1708.350

0.402

17.395

1700.960

0.370

15.345

1.117%

-4.086%

-11.785%

1.271%

-4.311%

-2.788%

0.842%

-13.221%

-16.520%

284.110

0.452

3.131

284.110

0.451

3.371

284.110

0.416

3.030

0.000%

-14.435%

-18.461%

0.000%

-14.598%

-10.027%

0.000%

-24.386%

-22.409%

580.570

0.424

6.229

580.570

0.423

6.588

580.570

0.392

5.982

0.000%

-14.623%

-100.883%

0.000%

-14.860%

-89.936%

0.000%

-23.926%

-109.178%

2950.270

0.379

3.959

3081.790

0.379

4.296

2972.280

0.354

3.798

6.890%

-2.870%

-103.006%

10.864%

-2.972%

-87.081%

7.580%

-10.099%

-111.611%

Cuenca 2

Cuenca 5

Cuenca 6

Cuenca 4B

Cuenca 4AB

Cuenca 4AA

Cuenca 3

TV 3 + TA

TV 2 + TA

TV 1 + TA

Cuenca

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43 

 

encuentra  entre  11%  y  más  del  100%  para  las  cuencas  3,  5  y  6,  las  cuales  corresponden  a  las 
cuencas más urbanizadas del municipio. Pero en el resto de cuencas si existió una reducción en el 
volumen de inundación, el cual fue menor para el tipo de techo TV 2 y mayor en el techo TV 3. Las 
reducciones más significativas se encuentran en la cuenca 3 y la cuenca 5 al ser mayores a 6000m

3

.  

Tabla 32. Resultados volumen de inundación sensibilidad propiedades SUDS 

 

*En gris se encuentran resaltados los volúmenes reducidos 

Por  otro  lado,  para  evaluar  la  reducción  del  riesgo  de  inundación  en  los  escenarios  propuestos 
(Zona comercial y de negocios, zona industrial y zona residencial) con área impermeable del 90% 
primero fue necesario encontrar los volúmenes de inundación en dichos casos. Estos volúmenes 
se muestran en la Tabla 33. 

Tabla 33. Resultados volumen de inundación escenarios proyectados 

 

TV 1 + TA

TV 2 + TA

TV 3 + TA

3.186

3.518

3.030

-0.757

-1.089

-0.601

4.283

4.657

4.056

6.326

5.952

6.553

8.287

8.915

8.012

2.150

1.522

2.425

15.995

17.395

15.345

1.885

0.485

2.535

3.131

3.371

3.030

0.578

0.338

0.679

6.229

6.588

5.982

1.009

5.925

6.531

3.959

4.296

3.798

1.030

3.741

4.239

Volumen de inundación (10^6)L

Cuenca 2

Cuenca 5

Cuenca 6

Cuenca 4B

Cuenca 4AB

Cuenca 4AA

Cuenca 3

Cuenca

Escenario 2 I=90% Escenario 3 I=90% Escenario 4 I=90%

Cuenca 2

25.348

25.098

24.947

Cuenca 3

75.064

74.369

73.924

Cuenca 4AA

23.87

23.646

23.502

Cuenca 4AB

60.952

60.379

60.008

Cuenca 4B

9.155

9.07

9.016

Cuenca 5

32.082

31.795

31.608

Cuenca 6

52.004

51.498

51.16

Volumen de inundación (10^6)L

Cuenca

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44 

 

En la Tabla 34 se muestra los volúmenes reducidos para cada sistema de drenaje urbano en cada 
escenario.  En  esta  se  puede  observar  que  los volúmenes  de  inundación  reducido  por  los  techos 
verdes  representan  alrededor  del  80%  del  volumen  original  de  inundación.  Por  otro  lado,  se 
muestra  que  los  techos  azules  presentaron  un  mayor  desempeño  en  la  reducción  del  riesgo  de 
inundación, pues lograron reducirlo en todos los casos a volúmenes aproximados de 3000 m

3

. Esto 

se debe a la suposición que se realizó para la modelación de los techos azules a través de la opción 
“Rooftop  Disconnection”,  pues  en  esta  se  asume  que  el  agua  no  es  almacenada  en  los  techos 
debido  a  que  drena  constantemente  el  agua  a  una  zona  permeable  y,  por  ende,  da  una 
aproximación  mayor  a  dos  de  las  rutas  que  recorrería  el  agua  normalmente:  La  infiltración  y  la 
percolación. 

Tabla 34. Análisis de riesgo de inundación escenarios proyectados 

 

*En gris se encuentran resaltados los volúmenes reducidos 

 

 

 

 

Techos verdes Techos azules Techos verdes Techos azules Techos verdes Techos azules

Volumen de 

inundación 

(10^6)L

Volumen de 

inundación 

(10^6)L

Volumen de 

inundación 

(10^6)L

Volumen de 

inundación 

(10^6)L

Volumen de 

inundación 

(10^6)L

Volumen de 

inundación 

(10^6)L

13.747

1.012

13.727

0.994

13.712

0.983

11.601

24.336

11.371

24.104

11.235

23.964

40.051

3.028

39.998

2.972

39.954

2.934

35.013

72.036

34.371

71.397

33.970

70.990

12.906

0.923

12.883

0.906

12.872

0.896

10.964

22.947

10.763

22.740

10.630

22.606

23.582

1.838

23.526

1.806

23.497

1.786

37.370

59.114

36.853

58.573

36.511

58.222

3.936

0.346

3.926

0.338

3.921

0.331

5.219

8.809

5.144

8.732

5.095

8.685

13.322

1.603

13.299

1.575

13.277

1.559

18.760

30.479

18.496

30.220

18.331

30.049

19.843

2.164

19.798

2.127

19.770

2.103

32.161

49.840

31.700

49.371

31.390

49.057

Cuenca 6

Cuenca 2

Cuenca 3

Cuenca 4AA

Cuenca 4AB

Cuenca 4B

Cuenca 5

Cuenca

Escenario 2 I=90%

Escenario 3 I=90%

Escenario 4 I=90%

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45 

 

5.  CONCLUSIONES 

A través del presente proyecto de grado se evidenció que el desarrollo de las ciudades y, por ende, 
el  aumento  de  la  impermeabilización  ha  tenido  serias  consecuencias  en  el  ciclo  hidrológico  y  la 
capacidad de respuesta de las cuencas. Debido a que, el agua debe tomar nuevas rutas y al ser las 
superficies  poco  penetrables  esta  empieza  a  fluir  con  mayor  rapidez  y  a  acumularse  pues  no  se 
puede infiltrar o percolar. En orden de disminuir estas afectaciones se han creado e implementado 
sistemas de drenaje urbano sostenible, los cuales tienen el objetivo de disminuir la escorrentía y 
mitigar el riesgo de inundación, además de poseer otras ventajas como en el caso ambiental con la 
reducción del dióxido de carbono. 
 
Al evaluar los sistemas de drenaje urbano sostenible de techos verdes y techos azules se encontró 
que  a  medida  que  aumenta  el  porcentaje  de  impermeabilidad  en  las  ciudades  incrementa  la 
reducción  de  los  volúmenes  de  inundación  efectuados  por  estos  sistemas.  Debido  a  que,  se 
manejó el supuesto de que los techos azules están presentes en el 50% del área impermeable y 
como  se  mostró  en  la  sección  de  análisis  de  resultados  los  techos  azules  tienen  un  mejor 
desempeño  que  los  techos  verdes  porque  drenan  el  agua  a  una  superficie  permeable.  Esto 
permite que el agua siga una ruta similar a la del ciclo natural antes de la intervención en el paisaje 
por el hombre.  
 
Por otro lado, en la evaluación de las propiedades de los techos verdes se determinó respecto al 
escenario actual que estos presentan reducciones en los volúmenes de inundación desde el 11% 
en  la  cuenca  menos  urbanizada  a  más  del  100%.  Asimismo,  se  estableció  que  el  techo  verde 
correspondiente a magra limosa (TV3) sumado con los techos azules fue el que produjo mayores 
reducciones  en  los  volúmenes  de  inundación.  En  cuanto  a  los  escenarios  de  impermeabilidad 
propuestos se encontró que los techos verdes representan una disminución de aproximadamente 
el  80%  del  volumen  de  inundación  original.  A  pesar  de  este  excelente  desempeño,  los  techos 
azules lograron reducir en mayor medida los volúmenes  de  inundación gracias a que  evacuan el 
agua en superficies naturales como los prados. A partir de lo anterior, se concluyó que los sistemas 
de drenaje urbano sostenible evaluados juegan un papel importante en la reducción del riesgo de 
inundación en las ciudades, en especial, los techos azules que al depositar el agua en superficies 
permeables  como  los  prados  ayuda  a  que  esta  siga  sus  rutas  naturales  y  presenta  una  solución 
más efectiva pues la intensidad de las lluvias en la zona es muy alta y no es práctico almacenar el 
agua. 
 
Adicionalmente,  se  determinó  que  el  número  de  curva  es  el  que  ejerce  mayor  influencia  en  el 
comportamiento hidrológico de la cuenca, pues afecta en gran medida los tiempos de transición 

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46 

 

de la creciente y los volúmenes de descarga. En cambio, el porcentaje de almacenamiento en el 
área impermeable y la profundidad de almacenamiento en la misma presentaron una sensibilidad 
nula o muy baja en todos los casos. 

 

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47 

 

6.  RECOMENDACIONES 

Las  inundaciones  urbanas  tienen  un  mayor  impacto  económico  y  social  cuando  son  provocadas 
por  crecientes  de  afluentes  como  ríos  o  quebradas  durante  las  temporadas  de  lluvia.  Debido  a 
que, estas pueden durar hasta días y no sólo horas como la inundación provocada por lluvia. Por 
ende,  un  análisis  de  la  reducción  del  riesgo  de  inundación  urbana con  la  implementación  de  los 
sistemas de drenaje urbano sostenible sería más significativa si el alcance de la investigación fuera 
más allá del evento de lluvia y evaluará la inundación provocada por las fuentes fluviales. Por otro 
lado,  sería  conveniente  realizar  los  análisis  de  las  ciudades  al  futuro  en  base  a  estadísticas  de 
crecimiento poblacional, de industrias o comercio para no asignar las mismas propiedades a todas 
las subcuencas y así tener un resultado más cercano a la realidad. Del mismo modo, también se 
considera  conveniente  hacer  más  análisis  sobre  los  parámetros  que  afectan  la  impermeabilidad 
para  tener  un mayor  control sobre estos.  Por otro  lado,  para  tener  un  análisis  más cercano  a  la 
realidad se podría hacer uso de otros softwares como de optimización, los cuales permiten elegir 
la ubicación y tamaño de los SUDS para así conocer el lugar más factible y con mejores resultados 
de reducción de volúmenes de inundación y escorrentía para la implementación de estos sistemas. 
Por último, debido a los altos porcentajes obtenidos en la reducción del riesgo de inundación para 
los  techos  azules  y  la  suposición  que  se  realizó  para  su  modelación,  se  considera  favorable 
modelar  el  control  LID  “Rooftop  Disconnection”  con  diferentes  propiedades  para  estudiar  cómo 
afecta  la  reducción  del  riesgo  de  inundación.  Asimismo,  sería  adecuado comparar  los  resultados 
obtenidos  con  otro  software  como  SewerGEMS  para  obtener  así  resultados  más  confiables  e 
identificar errores en la modelación. 

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del riesgo de inundación urbana

 

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8.  ANEXOS 

Anexo 1. Mapa de ocupación de Cajicá. 

 

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Anexo 2. Mapa ocupación del suelo urbano Cajicá. 

 

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Anexo 3. Mapa información geológica de Cajicá. Tomado de 

 

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Anexo 1. Número de curva áreas urbanas. Tomado de 

 

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Anexo 2. Números de curva para tierras de cultivo 

 

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Anexo 6. Hidrogramas de salida Cuenca 2 

     

      

 

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Anexo 7. Hidrogramas de salida Cuenca 3 

     

 

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Anexo 8. Hidrogramas de salida Cuenca 4AA 

     

 

     

 

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Anexo 9. Hidrogramas de salida Cuenca 4AB 

     

 

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Anexo 10. Hidrogramas de salida Cuenca 4B 

     

 

     

 

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Proyecto de grado en Ingeniería civil 

15 

 

     

 

     

 

 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/79acdc33ae3d5fcc20accee306a3f397/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 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

16 

 

Anexo 12. Hidrogramas de salida Cuenca 6 

     

 

     

 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

17 

 

     

 

     

 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Evaluación de los sistemas de drenaje urbano sostenible en la reducción 
del riesgo de inundación urbana

 

2019-20 

 

 

Luisa Fernanda Bonilla Triana 

Proyecto de grado en Ingeniería civil 

18 

 

     

 

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