Huella de carbono de la instalación de tuberías de acueducto y alcantarillado Zanja abierta y tecnología sin zanja

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TESIS DE MAESTRIA (Tesis II)

HUELLA DE CARBONO DE LA INSTALACIÓN Y/O RENOVACIÓN Y/O

REHABILITACIÓN DE TUBERÍAS DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO:

ZANJA ABIERTA VS. TECNOLOGÍAS SIN ZANJA

VADIM ORLANDO NARANJO CALVO

Asesor: Juan Guillermo Saldarriaga Valderrama

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL

BOGOTÁ D.C

ENERO,2023

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ICYA 4213-2022 20
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Huella de Carbono de la instalación y/o renovación y/o rehabilitación de
tuberías de acueducto y alcantarillado: Zanja abierta Vs. Tecnologías sin
zanja

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios, mi madre, mi padre, al resto de mi familia y a mis amigos por su apoyo y paciencia
en el desarrollo del presente trabajo.

Asimismo, agradezco a mi asesor de tesis ingeniero Juan Guillermo Saldarriaga por su
acompañamiento a lo largo del desarrollo de esta tesis y por su continuo apoyo. De igual manera,
agradezco a todas las personas que aportaron con información, ideas y su asesoría al desarrollo del
presente trabajo.

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Contenido

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 11

1.1

OBJETIVOS .................................................................................................................... 14

1.1.1

OBJETIVO GENERAL ......................................................................................... 14

1.1.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................ 14

MARCO TEORICO ............................................................................................................... 15

2.1

CARBONO EQUIVALENTE ........................................................................................ 15

2.2

HUELLA DE CARBONO .............................................................................................. 15

2.3

ANALISIS DE CICLO DE VIDA .................................................................................. 16

2.4

SISTEMAS DE ALCANTARILLADO ......................................................................... 18

2.5

SISTEMAS DE ACUEDUCTO ..................................................................................... 19

2.6

FALLAS EN SISTEMAS DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO ................... 19

2.7

METODO CONVENCIONAL DE ZANJA ABIERTA .............................................. 21

2.8

TECNOLOGIAS SIN ZANJA ....................................................................................... 23

2.8.1

MÉTODOS DE INSTALACIÓN ........................................................................... 23

2.8.1.1

PIPE

JACKING,

UTILITY

TUNNELING,

MICROTUNELADO,

MICROTUNELADO CON TUBO PILOTO ................................................................... 25

2.8.1.2

HORIZONTAL AUGER BORING (HAB) ...................................................... 28

2.8.1.3

HORIZONTAL DIRECTIONAL DRILLING (HDD) .................................... 29

2.8.1.4

PERFORACIÓN POR GOLPEO (PIPE RAMMING) ................................... 30

2.8.1.5

RAMMING ASISTIDO HIDRÁULICAMENTE(ADB) ................................. 31

2.8.1.6

COMPARACIÓN ................................................................................................ 33

2.8.2

MÉTODOS DE RENOVACIÓN Y REHABILITACIÓN .................................. 34

2.8.2.1

MÉTODOS DE RENOVACIÓN ....................................................................... 35

2.8.2.1.1 PIPE BURSTING ......................................................................................... 35

2.8.2.1.2 PIPE EATING ............................................................................................... 37

2.8.2.1.3 PIPE REAMING ........................................................................................... 38

2.8.2.1.4 TUNNEL LINER .......................................................................................... 39

2.8.2.1.5 VIDA ÚTIL DE LOS MÉTODOS ............................................................... 39

2.8.2.2

MÉTODOS DE REHABILITACIÓN ............................................................... 40

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2.8.2.2.1 CLOSE FIT SLIP LINING .......................................................................... 40

2.8.2.2.2 CIPP ............................................................................................................... 42

2.8.2.2.3 SPIRAL WOUND LINING ......................................................................... 43

2.8.2.2.4 REPARACIÓN PUNTUAL (POINT REPAIR) ......................................... 45

2.8.2.2.5 VIDA UTIL DE LOS MÉTODOS ............................................................... 46

ESTADO DEL ARTE ............................................................................................................. 47

3.1

IMPACTOS AMBIENTALES ....................................................................................... 47

3.1.1

HUELLA DE CARBONO ...................................................................................... 47

3.1.2 HUELLA DE CARBONO A LO LARGO DEL CICLO DE VIDA DE LAS
TUBERIAS .............................................................................................................................. 56

3.2

IMPLEMENTACIÓN TECNOLOGIAS SIN ZANJA ................................................ 68

3.3

NUEVOS MATERIALES DE TUBERIAS .................................................................. 74

3.4

IMPACTOS SOCIALES ................................................................................................ 76

CASOS DE ESTUDIO ............................................................................................................ 84

4.1

CASO I: FASE 2 DE LA REHABILITACIÓN DEL TRAMO 3 DE LA LÍNEA

TIBITOC-CASABLANCA ......................................................................................................... 84

4.2

CASO II: LAS DELICIAS-LA VIEJA ......................................................................... 88

MODELACIÓN DE CASOS DE ESTUDIO ........................................................................ 93

5.1

CASO I: FASE 2 DE LA REHABILITACIÓN DEL TRAMO 3 DE LA LÍNEA

TIBITOC-CASABLANCA ......................................................................................................... 93

5.1.1 ESCENARIO ACTUAL (SIN ZANJA) ........................................................................ 94

5.2

CASO II: LAS DELICIAS-LA VIEJA ....................................................................... 116

5.2.1

CIPP ........................................................................................................................... 117

RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS ........................................................... 124

6.1

CASO DE ESTUDIO I .................................................................................................. 124

6.2

CASO DE ESTUDIO II ................................................................................................ 130

6.3

COMPENSACIÓN........................................................................................................ 134

CONCLUSIONES ................................................................................................................. 138

RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 141

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 142

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.Marco de referencia ACV. .................................................................................................. 17
Figura 2.Excavación a zanja abierta. ................................................................................................. 21
Figura 3.Clasificación tecnologías sin zanja ..................................................................................... 23
Figura 4.Métodos sin zanja para la instalación de tuberías ............................................................... 23
Figura 5.Métodos horizontal earth boring ......................................................................................... 24
Figura 6.Usos métodos de instalación sin zanja ................................................................................ 24
Figura 7.Hincado de tubería(Pipe Jacking) ....................................................................................... 25
Figura 8.Microtunelado(Microtunnelling) ........................................................................................ 26
Figura 9.Microtunelado con tubo piloto(Pilot-tube microtunneling) ................................................ 27
Figura 10.Túneles de servicio público(Utility tunneling) ................................................................. 28
Figura 11.Horizontal auger boring (HAB) ........................................................................................ 29
Figura 12.Horizontal directional drilling (HDD) .............................................................................. 30
Figura 13.Perforación por golpeo(Pipe ramming) ............................................................................ 31
Figura 14.Ramming Asistido Hidráulicamente(ADB) ...................................................................... 32
Figura 15.Pipe bursting ..................................................................................................................... 36
Figura 16.Esquema método pipe bursting ......................................................................................... 36
Figura 17.Pipe eating ........................................................................................................................ 37
Figura 18.Pipe reaming ..................................................................................................................... 38
Figura 19.Sección longitudinal método tunnel liner ......................................................................... 39
Figura 20.Close fit slip lining ............................................................................................................ 40
Figura 21.Tecnologia close fit slip lining .......................................................................................... 41
Figura 22.Maquinaria utilizada en el método CIPP .......................................................................... 42
Figura 23.Esquema CIPP .................................................................................................................. 43
Figura 24.Rehabilitación de tuberías de diferente sección con el método spiral wound lining ........ 44
Figura 25.Spiral wound lining ........................................................................................................... 44
Figura 26.Instalación Spiral Wound .................................................................................................. 45
Figura 27.Técnica reparación puntual ............................................................................................... 46
Figura 28. Límites para el cálculo de la huella de carbono ............................................................... 48
Figura 29.Consumo energético considerando el tipo de suelo y el diámetro de la tubería ............... 53
Figura 30.Consumo energético considerando la condición del suelo y el tipo de superficie ............ 54
Figura 31.Consumo energético considerando la longitud de la tubería y la profundidad de excavación
........................................................................................................................................................... 55
Figura 32.Analisis de ciclo de vida de las tuberías ........................................................................... 56
Figura 33.Proceso de producción del PVC ....................................................................................... 57
Figura 34.Sección transversal CIPP .................................................................................................. 58
Figura 35.Emisiones de CO2 durante la etapa de fabricación .......................................................... 58
Figura 36.Emsiones de CO2 durante la fase de instalación .............................................................. 60
Figura 37.Optimización emisiones durante la fase de instalación .................................................... 61
Figura 38.Emsiones de CO2 durante la fase de operación ................................................................ 61

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Figura 39.Emsiones de CO2 durante la fase de disposición y reciclaje de materiales ...................... 62
Figura 40.Optimización emisiones durante la fase de fabricación .................................................... 63
Figura 41.Comparación emisiones de carbono durante el ciclo de vida de las tuberías ................... 64
Figura 42.Emisiones de carbono durante el ciclo de vida de las tuberías, su etapa de operación y la
etapa de fabricación ........................................................................................................................... 65
Figura 43.Localización del projecto Czajka ...................................................................................... 65
Figura 44.Modelo de cálculo proyecto Czajka .................................................................................. 66
Figura 45.Total de emisiones de CO2 con zanja y sin zanja ............................................................. 67
Figura 46.Total de emisiones de CO2 por categorías ....................................................................... 67
Figura 47.Emsiones pipe bursting vs método sin zanja .................................................................... 69
Figura 48.Caso de estudio ciudad de Bowling Green en el condado de Wood, Ohio ....................... 71
Figura 49.Comparación emisiones de CO2 método sin zanja vs pipe bursting ................................ 71
Figura 50.Localización proyecto instalación By Pass de la estación de bombeo.............................. 72
Figura 51.Modelo en Simphony del proyecto .................................................................................. 73
Figura 52.Comparación emisiones dióxido de carbono equivalente ................................................ 74
Figura 53. Sección transversal tuberías compuestas de bobinado de bambú (BWCP) ..................... 75
Figura 54.Vista pozo a pozo del proyecto ......................................................................................... 78
Figura 55.Curva de costos de la reducción de los costos sociales por medio de la optimización ..... 79
Figura 56.Curva de costos de la reducción de los costos sociales por medio de un premium .......... 80
Figura 57.Resultados de los impactos ambientales promedio del estudio ........................................ 81
Figura 58.Costos ambientales tecnología con zanja abierta vs. CIPP ............................................... 81
Figura 59.Costos sociales tecnología con zanja abierta vs. CIPP ..................................................... 82
Figura 60.Costos ambientales y sociales tecnología con zanja abierta vs. CIPP .............................. 82
Figura 61.Trazado línea Tibitoc- Casablanca.................................................................................... 85
Figura 62.Tramos de la línea Tibitoc-Casablanca ............................................................................. 85
Figura 63.Etapas de la rehabilitación del Tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca. ......................... 86
Figura 64.Fase 2 de la rehabilitación del tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca ............................ 87
Figura 65.Zonas de intervención fase 2 de la rehabilitación del tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca
........................................................................................................................................................... 88
Figura 66.Localización proyecto Las Delicias-La Vieja ................................................................... 89
Figura 67.Resultados obtenidos con el sondeo del colector .............................................................. 90
Figura 68.Tramos rehabilitados con la tecnología Spiral Wound ..................................................... 91
Figura 69.Tramos rehabilitados con la tecnología Panel Liner ......................................................... 91
Figura 70.Tramos instalados con la tecnología Pipe Jacking ........................................................... 92
Figura 71.Punto central del proyecto correspondiente al caso de estudio I ...................................... 94
Figura 72.Tablestaca ......................................................................................................................... 97
Figura 73.Pantalla pre-excavada ....................................................................................................... 98
Figura 74.Procesos caso de estudio I escenario sin zanja ............................................................... 108
Figura 75.Procesos caso de estudio I escenario zanja abierta ........................................................ 116
Figura 76.Procesos caso de estudio II-Rehabilitación con CIPP .................................................... 120
Figura 77.Punto central del proyecto correspondiente al caso de estudio I .................................... 120

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Figura 78.Procesos caso de estudio II-Rehabilitación con CIPP .................................................... 123
Figura 79.Interfaz de selección de método de configuración de cálculo en SimaPro Flow ............ 124
Figura 80.Resultados de emisiones escenario sin zanja caso I ........................................................ 125
Figura 81.Resultados de emisiones escenario sin zanja caso I ........................................................ 126
Figura 82.Resultados de emisiones escenario sin zanja caso I ........................................................ 127
Figura 83.Resultados de emisiones escenario con zanja abierta caso I .......................................... 128
Figura 84.Comparación resultados escenario sin zanja Vs. con zanja abierta ................................ 129
Figura 85.Resultados de emisiones rehabilitación CIPP caso II ..................................................... 131
Figura 86.Resultados de emisiones rehabilitación CIPP caso II ..................................................... 131
Figura 87.Resultados de emisiones rehabilitación Spiral Wound caso II ....................................... 132
Figura 88.Resultados de emisiones rehabilitación Spiral Wound caso II ....................................... 133
Figura 89.Comparación resultados rehabilitación CIPP y Spiral Wound ....................................... 133
Figura 90. Compensación de huella de carbono según Ley 1819 de 2016 caso I ........................... 135
Figura 91.Compensación de huella de carbono según Ley 1819 de 2016 caso II ........................... 136
Figura 92.Compensación de huella de carbono según norma europea caso I ................................. 136
Figura 93.Compensación de huella de carbono según norma europea caso II ................................ 137

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.Factores que afectan el deterioro de las tuberías de alcantarillado ...................................... 20
Tabla 2.Ventajas y desventajas método a zanja abierta .................................................................... 22
Tabla 3.Comparación métodos sin zanja para la instalación de tuberías .......................................... 33
Tabla 4.Profunidad mínima de excavación métodos de instalación sin zanja .................................. 34
Tabla 5.Diferencias tecnologías sin zanja para la renovación y rehabilitación de tuberías .............. 35
Tabla 6.Vida útil y materiales de las tuberías renovadas con métodos sin zanja abierta .................. 40
Tabla 7.Vida útil y materiales de las tuberías rehabilitadas con métodos sin zanja abierta ............. 46
Tabla 8. Clasificación métodos con y sin zanja con base en las emisiones de CO2 ......................... 49
Tabla 9.Clasificación materiales de tubería con base en las emisiones de CO2 ............................... 49
Tabla 10.Comparación instalación tuberías empelando el método de zanja abierta y sin zanja para dos
diámetros diferentes .......................................................................................................................... 50
Tabla 11.Aplicación métodos de instalación, renovación y rehabilitación de acuerdo con el dimetro
de las tuberias .................................................................................................................................... 51
Tabla 12.Variables consideradas relacionadas con las tuberías consideras en el estudio ................. 51
Tabla 13.Supuestos realizados en el estudio ..................................................................................... 52
Tabla 14. Reducción en el consumo de carbono y el consumo energético de los métodos sin zanja
comparados con el método con zanja abierta .................................................................................... 55
Tabla 15.Porcentajes de reciclaje y disposición de los materiales de las tuberías así como el consumo
de energía requerido ......................................................................................................................... 62
Tabla 16.Diametros y longitudes de tubería instalada con método con y sin zanja .......................... 68
Tabla 17.Parametros medidos y calculados para las tuberías rehabilitadas con el método CIPP ..... 70
Tabla 18. Comparación consumo energético tubería BWCP comparada con otros materiales ........ 75
Tabla 19.valores mínimos y  máximos por metro de tubería y por día para el cálculo de los costos
sociales .............................................................................................................................................. 77
Tabla 20.Costos sociales caso de estudio 1 ....................................................................................... 77
Tabla 21.Costos sociales caso de estudio 2 ....................................................................................... 78
Tabla 22.Resultados de la estimación de tKm del transporte de tuneladoras desde la fábrica hasta  la
obra y especificación de selección de procesos en Simapro Flow ................................................... 95
Tabla  23.Resultados  de  la  estimación  de  tKm  del  transporte  de  equipos  mayores  hasta    la  obra  y
especificación de selección de procesos en Simapro Flow ............................................................... 96
Tabla 24.Descripción de consumo de combustible en el proceso de instalación de la contención  y
selección de procesos en Simapro Flow ............................................................................................ 99
Tabla 25.Descripción de consumo de combustible en el proceso de vaciado del pozo, instalación de
los refuerzo horizontales y las estructuras en  concertó,  y  selección de procesos en Simapro Flow
........................................................................................................................................................... 99
Tabla  26.Descripción  de  consumo  de  combustible  generador  durante  la  etapa  de  construcción  de
pozos y selección de procesos en Simapro Flow ........................................................................... 100
Tabla 27. Resultados de la estimación de tKm del montaje-desmontaje y especificación de selección
de procesos en Simapro Flow .......................................................................................................... 100

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Tabla 28.Resultados de la estimación de tKm del  suministro de tuberías y especificación de selección
de procesos en Simapro Flow .......................................................................................................... 101
Tabla  29.Resultados  de  la  estimación  de  tKm  del    suministro  de  agua  limpia  y  especificación  de
selección de procesos en Simapro Flow .......................................................................................... 102
Tabla 30.Resultados de la estimación de tKm del retiro de lodo líquido y especificación de selección
de procesos en Simapro Flow .......................................................................................................... 103
Tabla  31.Resultados  de  la  estimación  de  tKm  del  suministro  de  combustible    y  especificación  de
selección de procesos en Simapro Flow .......................................................................................... 104
Tabla 32.Resultados de la estimación de tKm del retiro del material de excavación  y especificación
de selección de procesos en Simapro Flow ..................................................................................... 105
Tabla  33.Descripción  de  consumo  de  combustible    retroexcavadora  y    selección  de  procesos  en
Simapro Flow .................................................................................................................................. 106
Tabla 34.Descripción de consumo de combustible generación energética y  selección de procesos en
Simapro Flow .................................................................................................................................. 107
Tabla  35.Descripción  de  consumo  de  combustible    de  la  soldadura  de  las  juntas  de  la  tubería  y
selección de procesos en Simapro Flow .......................................................................................... 107
Tabla  36.Descripción  de  consumo  de  combustible    etapa  de  demolición  de  la  carpeta  asfáltica    y
selección de procesos en Simapro Flow .......................................................................................... 109
Tabla 37.Descripción de consumo de combustible  etapa de excavación mecánica  y  selección de
procesos en Simapro Flow .............................................................................................................. 110
Tabla 38.Resultados de la estimación de tKm del retiro del material de excavación  y especificación
de selección de procesos en Simapro Flow ..................................................................................... 111
Tabla 39.Descripción de consumo de combustible  etapa de excavación mecánica  y  selección de
procesos en Simapro Flow .............................................................................................................. 112
Tabla 40.Resultados de la estimación de tKm del suministro de material de relleno  y especificación
de selección de procesos en Simapro Flow ..................................................................................... 113
Tabla  41.Descripción  de  consumo  de  combustible  etapa  de  recuperación  de  espacio  público  y
selección de procesos en Simapro Flow .......................................................................................... 114
Tabla 42.Resultados de la estimación de tKm del suministro de asfalto  y especificación de selección
de procesos en Simapro Flow .......................................................................................................... 115
Tabla  43.Resultados  de  la  estimación  de  la  movilización  de  equipos  y  materiales  CIPP,  y
especificación de selección de procesos en Simapro Flow ............................................................. 118
Tabla  44.Descripción  de  consumo  de  combustible  etapa  de  rehabilitación  CIPP  y    selección  de
procesos en Simapro Flow .............................................................................................................. 119
Tabla 45.Resultados de la estimación de la movilización de equipos y materiales Spiral Wound, y
especificación de selección de procesos en Simapro Flow ............................................................. 121
Tabla 46.Descripción de consumo de combustible etapa de rehabilitación Spiral Wound  y  selección
de procesos en Simapro Flow .......................................................................................................... 122
Tabla 47.Resultados de emisiones escenario sin zanja caso I ......................................................... 124
Tabla 48.Resultados de emisiones escenario con zanja abierta caso I .......................................... 126
Tabla 49.Comparación resultados escenario sin zanja Vs. con zanja abierta.................................. 128

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Tabla 50.Rendimiento tecnologías .................................................................................................. 129
Tabla 51.Resultados de emisiones rehabilitación CIPP caso II ...................................................... 130
Tabla 52.Resultados de emisiones rehabilitación Spiral Wound caso II ......................................... 132
Tabla 53.Comparación resultados rehabilitación CIPP y Spiral Wound ........................................ 133
Tabla 54. Resultados comparativos de costos de compensación caso I .......................................... 134

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1. INTRODUCCIÓN

Para la comunidad científica, así como para diversos grupos sociales, empresariales y políticos de
diferentes países del mundo, el cambio climático, el cual es originado por actividades humanas,
constituye uno de los mayores desafíos ambientales que se interponen en el camino hacia el desarrollo
sostenible. La causa de dicho fenómeno se encuentra en las altas concentraciones atmosféricas de
Gases Efecto Invernadero (GEI), las cuales serían responsables del aumento de la temperatura global
del planeta. De acuerdo con el panel Intergubernamental sobre Cambio Climático con sede en
Ginebra-Suiza, el riesgo del cambio climático es severo y su impacto aumentará notablemente con
un incremento de las temperaturas en 2 °C por encima de las registradas en la época preindustrial
(Valderrama, Espíndola, & Quezada, 2011).

Es por ello que el cambio climático constituye un problema ambiental y de desarrollo con profundos
impactos potenciales en la sociedad, la economía y los ecosistemas. En consecuencia, en la agenda
comercial mundial han aparecido nuevos temas que han cobrado relevancia como lo es la Huella de
Carbono (HC), la cual se define como la cantidad de gases efecto invernadero emitidos a la atmósfera,
derivados de las actividades de producción o consumo de bienes y servicios, y se ha transformado en
un patrón de competitividad. Igualmente, este indicador ha permitido que en el ámbito internacional
los temas relacionados con las emisiones como la fuga del carbono, el análisis del ciclo de vida en la
cadena  productiva  y  comercial  adquirieran  relevancia,  así  como  también  las  responsabilidades  en
torno  a  la  contabilidad  global  del  carbono  (Valderrama,  Espíndola,  &  Quezada,  2011).  Esto  ha
generado que países comprometidos con el tema ambiental presionen a los países en vías de desarrollo
para que se comprometan e implementen medidas como los impuestos al carbono, los programas de
transacción de derechos de emisión, las exigencias de eficiencia energética y el control de emisiones
de GEI.

En países en vías de desarrollo como Colombia y otros países latinoamericanos, se busca tener una
economía acorde con las aspiraciones del desarrollo sostenible y menos vulnerable a las exigencias
climáticas de un paradigma económico carbono reduccionista por lo cual se hace necesario que los
sectores productivos avancen rápidamente en procesos de cuantificación y disminución de los efectos
climáticos con el fin de resguardar su actual posición competitiva (Valderrama, Espíndola, &
Quezada, 2011).

Igualmente,  desde  un  punto  de  vista  local  las  ciudades  son  quienes  más  contribuyen  al  cambio
climático,  según  ONU-Habitat,  las  ciudades  son  responsables  de  más  del  60%  de  las  emisiones
globales de gases de efecto invernadero (GEI). Se espera que a mediados de siglo las dos terceras
partes de la población del planeta se concentre en las ciudades donde se está provocando el aumento
en  la  demanda  de  energía  y  las  emisiones  de  GEI  como  consecuencia  de  la  concentración  en  los
núcleos urbanos de las actividades productivas, de transporte y comerciales (Navarrro Torres, Mena
Nieto, Bravo Aranda, & Hernandez, 2021).

A su vez, el aumento de la población urbana hace necesaria la instalación y la renovación y/o
rehabilitación de tramos de tubería en sistemas de acueducto y alcantarillado, lo cual es importante
puesto que asegura la confiabilidad en lo que respecta al funcionamiento hidráulico, la estabilidad
estructural, así como aspectos ambientales de conformidad con la normatividad vigente y los criterios
de ingeniería contemporáneos. De acuerdo con lo anterior, la renovación de tuberías se realiza con el

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fin atender reparaciones programadas de tramos de la red que por su funcionamiento afectan su nivel
de  servicio  mientras  que  su  rehabilitación tiene  como  fin de  atender reapariciones puntuales  de  la
misma buscando dar continuidad al funcionamiento del sistema (Sánchez, 2011) por lo tanto con el
fin  de  responder  a  los  requerimientos  hidráulicos  de  evitar  inundaciones  por  insuficiencias  en  el
primer caso, deterioros y colapsos de los tramos de tubería más viejos en el segundo, se hace necesario
en  Colombia  la  renovación  y/o  rehabilitación  de  las  tuberías  de  los  sistemas  de  acueducto  y
alcantarillado  debido  a  su  edad,  así  como  al  incremento  y  densificación  de  las  áreas  pobladas
(Sánchez, 2011).

En  ese  orden  de ideas,  para  la  instalación,  renovación  y  rehabilitación  de  tuberías  de  acueducto  y
alcantarillado puede emplearse la tecnología con zanja abierta la cual se fundamenta en la excavación
de las zonas en las cuales se realizará la intervención de las tuberías. Este es un método altamente
invasivo, el cual requiere de gran cantidad de maquinaria, recursos humanos y recursos económicos.
El uso de esta tecnología puede generar diversos impactos como la producción de residuos, gases,
material particulado o el deterioro ecológico como consecuencia de la intervención invasiva en las
zonas determinadas. De igual forma, se pueden presentar efectos en la movilidad, costos y duración
de las obras, así como la interferencia con redes prestadoras de otros servicios o daños a propiedades
o  vías  públicas  (Cuello  Mendoza,  2021).  Por  otra  parte,  el  desarrollo  de  diferentes  tecnologías  y
equipos ha generado cambios en la instalación y renovación de tuberías, lo cual han logrado facilitar
la  instalación  de  estos  servicios  causando  una  excavación  mínima  y  la  disminución  de  impactos
sociales, ambientales, en el tráfico, entre otros. Estos métodos sin zanja se caracterizan por tener poca
intervención y un proceso de excavación reducido. Dentro de sus ventajas se encuentran que permiten
disminuir los daños en pavimentos, aumentar el tamaño de las tuberías, reducir la interferencia con
otros servicios públicos,  etc. De igual manera se han logrado desarrollar e implementar diferentes
tecnologías,  las  cuales  permiten  renovar  y  rehabilitar  tuberías,  sin  embargo,  estas  tecnologías  o
metodologías poseen distintos limitantes (Cuello Mendoza, 2021).

Igualmente, se han desarrollado diferentes investigaciones alrededor del tema de la excavación sin
zanja y se han creado organizaciones a nivel mundial que promulgan su implementación teniendo en
cuenta los beneficios ambientales y económicos que lleva consigo (Sánchez, 2011). Asimismo, desde
hace ya varias décadas, la empresa pública y privada en Colombia ha venido desarrollando gran parte
de sus proyectos de renovación o rehabilitación de tuberías de acueducto y alcantarillado a zanja
abierta, pero la situación ha tenido cambios importantes teniendo en cuenta la intervención de las
instituciones educativas y de los nuevos profesionales interesados en el tema que hoy en día tienen
una mayor conciencia ambiental y son conocedores de los múltiples beneficios asociados con estas.
Asimismo, se debe tener en cuenta que hoy en día los materiales y equipos son más asequibles, y que
a nivel nacional se han ajustado los procedimientos a las condiciones locales favoreciendo las futuras
implementaciones de dichas tecnologías (Sánchez, 2011).

Paralelamente, como se mencionó anteriormente debido a la reciente atención que se le presta al
cambio climático y el impacto de las emisiones de gases de efecto invernadero, el análisis de huella
de carbono se está volviendo cada vez más popular en todas las industrias. Además, la industria de la
construcción es el principal productor de gases de emisiones de efecto invernadero por lo cual este
sector necesita identificar los beneficios potenciales del análisis de huella de carbono para cada
proyecto (A. A. Alsadi & Matthews, 2020). No obstante, la mayoría de las empresas constructoras de

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tuberías no evalúan sus emisiones de carbono a pesar de que utilizan varios materiales y métodos para
instalar nuevas tuberías o rehabilitar las existentes. En consecuencia, la mayoría de las empresas
consideran solo los costos directos antes de elegir el método de instalación e ignoran por completo
los costos sociales y el impacto ambiental porque cuantificarlos es un desafío para muchas empresas
constructoras y de servicios públicos teniendo en cuenta que muchos de los factores son desconocidos
o no están disponibles (A. A. Alsadi & Matthews, 2020).

En consecuencia, los aspectos anteriores generaron la motivación para adelantar esta tesis, en la cual
en primer lugar se identificarán y describirán las principales características, el método constructivo,
así  como  las  ventajas  y  desventajas  de cada  uno  de los  métodos  para  la  instalación, renovación  y
rehabilitación tanto  de  la  tecnología  con  zanja abierta  como  de la  tecnología sin  zanja  abierta.  En
segundo  lugar,  se  realizará  una  revisión  del  estado  del  arte  a  nivel  internacional  respecto  de  las
investigaciones realizadas sobre los impactos ambientales y sociales de la instalación, rehabilitación
y renovación de tuberías de sistemas de acueducto y alcantarillado empleando tanto tecnologías con
zanja abierta como tecnologías sin zanja, en especial considerando lo relacionado con la huella de
carbono.

Resultado de lo anterior se encontrará que la mayoría de los estudios realizados a la fecha se enfocan
en los costos directos de diferentes métodos de instalación, rehabilitación y renovación sin zanja y
con zanja, por lo cual se hace necesario cuantificar cuales son los impactos ambientales en términos
de toneladas de carbono equivalente generados por la instalación, renovación y rehabilitación de
tuberías de acueducto y alcantarillado empleando tecnologías con y sin zanja. Esto permitirá verificar
si las tecnologías sin zanja generan menores impactos ambientales en términos de toneladas de
carbono equivalente que las tecnologías con zanja para la instalación, rehabilitación y renovación de
tuberías de sistemas de acueducto y alcantarillado. De igual forma, a partir de un análisis de ciclo de
vida (ACV) es posible determinar la huella de carbono mediante la estimación de las emisiones de
CO

equivalente de cada una de las etapas del ciclo de vida: fabricación, transporte, instalación, uso

y disposición final. Es por ello que se identificaron y estudiaron dos casos de estudio en la ciudad de
Bogotá, uno correspondiente a la instalación de tuberías de acueducto y otro de rehabilitación de
tuberías de alcantarillado, ambos con tecnología sin zanja, en los cuales se pueda determinar la huella
de carbono de la instalación y rehabilitación de estas tuberías de acueducto y alcantarillado empleando
tecnologías con y sin zanja. Posteriormente, se realizó para cada caso de estudio un análisis de ciclo
de vida (ACV), el cual se limitó a la etapa de instalación y/o renovación y/o rehabilitación de las
tuberías de acueducto y alcantarillado, este estudio se realizó haciendo uso del software
computacional Simapro.

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1.1 OBJETIVOS

1.1.1

OBJETIVO GENERAL

Determinar el impacto en términos de toneladas de carbono equivalente de las tecnologías con y sin
zanja para la instalación y/o rehabilitación y/o renovación de tuberías de sistemas de acueducto y
alcantarillado a través de un análisis de ciclo de vida con el fin de establecer una comparación que
ayude a determinar a los tomadores de decisiones que tipo de tecnología se debe emplear.

1.1.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Revisar el estado del arte de las tecnologías sin zanja y con zanja existentes para la instalación

y/o rehabilitación y/o renovación de tuberías de acueducto y alcantarillado, así como los impactos
en términos de toneladas de carbono equivalente de las tecnologías sin zanja y con zanja para la
instalación y/o rehabilitación y/o renovación de tuberías de acueducto y alcantarillado.

 Elaborar un inventario de huella de carbono la etapa de instalación y/o rehabilitación de los

proyectos: I) Fase 2 de la rehabilitación del tramo 3 la Línea Tibitoc-Casablanca y II)

II-Las

Delicias-La Vieja.

 Evaluar y comparar la huella de carbono de los proyectos: I) Fase 2 de la rehabilitación del tramo

3 la Línea Tibitoc-Casablanca y II)

II-Las Delicias-La Vieja.

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2. MARCO TEORICO

2.1 CARBONO EQUIVALENTE

De acuerdo con la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA por sus siglas en inglés), el
carbono equivalente corresponde a un cálculo por medio del cual se hace la conversión de
equivalencias de gases de efecto invernadero (GEI) a dióxido de carbono (CO

). De igual manera, en

caso de requerirse se puede obtener un ponderado en cuantías económicas correspondientes al
impacto generado (EPA, 2020). En ese orden de ideas, el carbono equivalente permite evaluar la
factibilidad de un proyecto en específico, tanto por las emisiones de GEI que genera como por los
costos monetarios asociados a las mismas. Por otra parte, las emisiones pueden ser presentadas en
términos del uso de emisiones marginales de CO

promedio y varían de acuerdo con la equivalencia

de unidades por medio de la cual se establezcan las mediciones (EPA, 2020). La EPA establece
algunas unidades de referencia que varían según el cálculo específico y que comprende el sistema
determinado para EE. UU, algunas de estas son las siguientes:



Reducciones de electricidad (Kilovatios-hora): Toneladas de CO2/kWh.



Galones de gasolina consumida: Toneladas de CO2/Galón de gasolina.



Galones de diésel consumido: Toneladas de CO2/Galón de diésel.



Pasajeros de vehículo por año: Toneladas de CO2/Vehículo/año.



Barriles de petróleo consumidos: Toneladas de CO2/Barril.



Uso de electricidad en el hogar: Toneladas de CO2/Hogar.



Libras de carbón quemadas: Toneladas de CO2 /Libra de carbón.

(EPA, 2020)

2.2 HUELLA DE CARBONO

La huella de carbono es un indicador de la totalidad de GEI emitidos de forma directa o indirecta por
un individuo, evento, organización, producto o servicio y se expresa por medio del carbono
equivalente. Esta estimación se relaciona inversamente con el desempeño del individuo, puesto que
a mayor huella de carbono se tienen un peor desempeño debido al inherente impacto negativo
producido sobre el medio ambiente (Green Solution, 2016). Para el cálculo de la huella de carbono
se toman 6 contaminantes criterio, los cuales fueron definidos como los mayores causantes del cambio
climático en el Protocolo de Kioto de 1997:



Dióxido de carbono (CO2)



Perfluorocarburos (PFCs)



Metano (CH4)



Óxido nitroso (N2O)



Hidrofluorocarburos (HFCs)



Hexafloruro de azufre (SF6)

(Green Solution, 2016)

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Dentro de los cálculos se puede considerar el inventario de gases de efecto invernadero que incluya
los contaminantes anteriormente mencionados u otros cuyas emisiones sean considerables o que
generen un impacto que pueda ser identificable y/o cuantificable (Green Solution, 2016). A su vez,
existen diferentes normativas internacionales, las cuales son una guía para la identificación, cálculo
e interpretación de la huella de carbono dentro de las que se encuentran algunas como:



Greenhouse Gas Protocol Corporate Standard (GHG Protocol): Fue desarrollado por el World

Resources Institute (Instituto de Recursos Mundiales) y el World Business Council for
Sustainable Development (Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sostenible), es
uno de los protocolos más utilizados a escala internacional (Ministerio para la Transición
Ecológica).



IPCC 2021 GHG Workbook: Es una guía para calcular GEI provenientes de diferentes

fuentes y sectores, y que incluye una detallada lista de factores de emisión. Esta se creó con
el  fin  de  servir  de  orientación  para  cuantificar  las  emisiones  de  GEI  de  los  inventarios
nacionales.  Si  no  se  dispone  de  factores  de  emisión  específicos,  el  IPCC  2021  GHG
Workbook  proporciona  factores  de  emisión  genéricos  que  pueden  servir  para  calcular  la
huella de carbono (Ministerio para la Transición Ecológica).

2.3 ANALISIS DE CICLO DE VIDA

Un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es un método desarrollado con el fin de comprender y tratar los
aspectos ambientales y posibles impactos al medio ambiente asociados con los productos o servicios
tanto consumidos como manufacturados. Esta técnica consiste en la recopilación y evaluación de las
entradas, las salidas y los impactos ambientales potenciales de un sistema del producto a través de su
ciclo de vida, el cual comprende varias etapas consecutivas e interrelacionadas que abarcan desde la
adquisición o generación de materias primas a partir de recursos naturales hasta la disposición final
(ICONTEC, 2022).

Para la realización de ACV se cuenta con la norma ISO 14040- Gestión ambiental que establece el
análisis de ciclo de vida, principios y marco de referencia para la ejecución y posterior evaluación de
un ACV (ICONTEC, 2022). A continuación, se presenta un esquema de las fases que comprenden
este tipo de análisis de acuerdo con la norma ISO 14040:

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Figura 1.Marco de referencia ACV.

Tomado de: (ICONTEC, 2022)

De acuerdo con lo anterior las fases de un ACV son:

1. Definición del objetivo y el alcance: Se establecen los objetivos, lo cual incluye las razones

por las cuales se lleva a cabo el estudio, así como la aplicación y publico previsto, a su vez
se define el alcance del estudio para lo cual se debe delimitar el sistema que se analizara, para
lo cual es necesario establecer el sistema del producto a estudiar, las funciones del sistema,
la unidad funcional, los límites del sistema, procedimientos de asignación, limitaciones y
suposiciones.

2. Análisis del inventario del ciclo de vida (ICV): Implica la recopilación de datos y

procedimientos de cálculo para cuantificar las entradas y salidas pertinentes de un sistema
del producto. La recopilación de datos se deber hacer para cada proceso unitario dentro de
los límites del sistema e incluye las entradas físicas (energía, materia prima, auxiliares, entre
otras), los productos y co-productos, así como las emisiones al aire y los vertimientos al agua
y el suelo. Luego de la recopilación de datos sigue el cálculo de datos para lo cual se tienen
los siguientes procedimientos necesarios para generar los resultados del inventario del
sistema definido para cada proceso unitario y para la unidad funcional definida del sistema
del producto que se va a modelar:



Validación de los datos recopilados



Relación de los datos con los procesos unitarios



Relación de los datos con el flujo de referencia de la unidad funcional

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3. Evaluación del impacto del ciclo de vida (EICV): Tiene como propósito evaluar cuan

significativos son los impactos potenciales utilizando los resultados del ICV. Esto incluye la
asociación de los datos de inventarios con las categorías de impactos ambientales específicos
y con los indicadores de esas categorías para entender los impactos.

4. Interpretación del ciclo de vida: En esta fase se consideran en conjunto los hallazgos de las

fases previas de ICV y EICV con el fin de obtener resultados coherentes con el objetivo y
alcance definidos para el estudio, que lleguen a conclusiones que permitan explicar las
limitaciones y proporcionen recomendaciones para quienes toman decisiones.

(ICONTEC, 2022)

2.4 SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

El sistema de alcantarillado se define como el conjunto de estructuras y tuberías utilizadas para la
evacuación y transporte de las agua residuales y pluviales de una población, desde el sitio donde se
generan hasta el sitio en el que se vierten (Fuentes hídricas) o se tratan. Estos sistemas funcionan por
gravedad y existen dos tipos: Convencional y no convencional (Pupo Gonzalez, 2014).

En primer lugar, los alcantarillados convencionales son aquellos se emplean tradicionalmente para la
recolección y transporte de las aguas residuales o lluvias hasta los sitios de disposición final. A su
vez estos se dividen en sistemas de alcantarillado separados si el transporte y recolección de las aguas
residuales y lluvias se realiza mediante tuberías separadas o combinado si se emplea una misma
tubería para transportar y recolectar tanto el agua residual como el agua lluvia (Pupo Gonzalez, 2014).

En segundo lugar, se encuentran los alcantarillados no convencionales los cuales han surgido como
alternativa a los sistemas convencionales los cuales son costosos por lo cual para poblaciones con
limitaciones económicas se han planteado sistemas de menor costo basados en consideraciones de
diseño adicionales y en una mejor tecnología disponible para su operación y mantenimiento. Dentro
de estos sistemas se encuentran:



Alcantarillados simplificados: Funcionan como un alcantarillado sanitario convencional,

pero se diseñan y construyen teniendo en cuenta consideraciones como la disponibilidad de
mejores equipos de mantenimiento que permiten reducir el diámetro de los colectores, así
como reducir el número de pozos de inspección o sustituirlos por otras estructuras más
económicas.



Alcantarillados condominales: Recogen las aguas residuales de un conjunto de viviendas en

un área inferior a 1 ha mediante colectores simplificados, conduciéndolas a la red de
alcantarillado municipal o a una planta de tratamiento.



Alcantarillados sin arrastre de solidos: Son sistemas en los que las aguas residuales de una o

más casas se descarga a un tanque interceptor de solidos que los retiene y degrada, de manera

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que se produce un efluente sin solidos sedimentables que se transporta por gravedad en un
sistema de colectores de diámetros reducidos.

(Pupo Gonzalez, 2014)

2.5 SISTEMAS DE ACUEDUCTO

El sistema de acueducto tiene la finalidad de entregar agua en calidad y cantidad adecuada para
satisfacer necesidades de la población (Jiménez Terán, 2013). Este está compuesto por varios
componentes como lo son:



Captación: Es la parte inicial del sistema en la cual se capta el agua dependiendo de la

disponibilidad de esta para poder abastecer a la población. Las fuentes de captación pueden
ser: aguas superficiales, aguas subterráneas, aguas meteóricas y/o agua de mar (Jiménez
Terán, 2013).



Aducción y conducción: La línea de aducción es el componente del sistema, compuesto por

estructuras civiles y electromecánicas, a través del cual se transportar el agua cruda desde el
sitio de captación hasta un primer punto ya se de almacenamiento o a un desarenador. Por su
parte, la línea de conducción corresponde a la parte del sistema que dependiendo la calidad y
condiciones del suministro, transporta el agua hasta la planta de tratamiento o sitio de
consumo (Ministerio de Ambiente, 2010).



Planta de tratamiento: En este lugar se hacen todos los procesos físicos, mecánicos y químicos

requeridos para que el agua tenga características necesarias para que sea apta para su
consumo. Los objetivos principales son que el agua cumpla con estándares para que su
consumo humano sea seguro, que sea estéticamente aceptable y que sea económica para la
población (Jiménez Terán, 2013).



Almacenamiento: Esta parte del sistema hace referencia en especial a tanques que permiten

contar con un volumen de agua de reserva para casos de contingencia que tengan como
resultado la falta de agua en un sitio (Jiménez Terán, 2013).



Línea de alimentación y red de distribución: Hace referencia a el conjunto de tuberías

encargadas de conducir el agua hasta su entrega a los consumidores en sus domicilios. Se
compone de válvulas, tuberías, tomas domiciliarias, medidores, equipos de bombeo y demás
elementos necesarios (Jiménez Terán, 2013).

2.6 FALLAS EN SISTEMAS DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO

En los sistemas de acueducto y alcantarillado se pueden presentar diversos problemas o fallas como
consecuencia  de  diversas  causas  internas  y  externas,  las  cuales  ocasionan  daños  como  fisuras  o
abrasión. En general las fallas en tuberías de acueducto y alcantarillado se clasifican en dos grupos:
fallas  operacionales  y  fallas  estructurales.  De  igual  manera,  se  pueden  analizar  las  fallas  como
localizadas  si afectan  uno o  varios  tramos,  y  sistemáticas  generalizadas cuando se  debe intervenir
toda la tubería (Pupo Gonzalez, 2014).

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Dentro de las causas internas de las fallas de las tuberías se encuentran las características
fisicoquímicas del fluido, el rendimiento hidráulico, el tiempo de construcción de la red, la edad de
la red, el material de la tubería y los métodos constructivos utilizados en la construcción del sistema
de alcantarillado. Con respecto a las causas externas que pueden ocasionar fallas en las tuberías se
tienen las sobrecargas de tráfico, sobrecargas del suelo, intrusión de raíces, la presencia de otras redes
de servicios públicos subterráneas, el tipo de suelo, el nivel freático y la variación del uso del suelo o
la redensificación de las zonas (Pupo Gonzalez, 2014).

En ese orden de ideas, las fallas operacionales están relacionadas con la perdida de la capacidad de
diseño en la conducción de los fluidos como consecuencia del aumento de los caudales transportados
ocasionado  por el  incremento  de conexiones erradas,  infiltraciones  u  obstrucciones.  Dentro  de los
problemas operacionales se encuentran diámetros insuficientes, obstrucciones por conexión, intrusión
de raíces, sedimentación y acumulación de materiales, infiltración de agua desde el suelo circundante
y exfiltración de agua hacia la tierra. Por otra parte, las fallas estructurales están relacionadas con los
inconvenientes  en  el  sistema  estructural  de  las  tuberías,  provocados  por  deficiencias  de  diseño,
aumento de las cargas actuantes, irregularidades internas en las paredes de la tubería, fisuramientos y
roturas.  Dentro  de  las  fallas  estructurales  más  frecuentes  se  tiene  la  deformación  o  deflexión,  las
fisuras o fracturas, la rotura o colapso, el material de sello introducido en la tubería, el desplazamiento
de juntas, daños superficiales, defectos en la mampostería o falta de mortero (Pupo Gonzalez, 2014).
De acuerdo con lo mencionado anteriormente, las tuberías pueden deteriorarse por factores físicos,
ambientales y operacionales los cuales contribuyen al deterioro de las tuberías. En la siguiente tabla
se muestra un resumen de aquellos factores que contribuyen generalmente al deterioro de acuerdo
con estudios realizados para predecir las condiciones de las tuberías:

Tabla 1.Factores que afectan el deterioro de las tuberías de alcantarillado

Tomada de:Mohammadi, M. M., Najafi, M., Kermanshachi, S., Kaushal, V., & Serajiantehrani, R. (2020). Factors

Influencing the Condition of Sewer Pipes:State-of-the-Art Review. Journal of Pipeline Systems Engineering and

Practice.

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2.7 METODO CONVENCIONAL DE ZANJA ABIERTA

El método tradicional, conocido como el método de zanja, se fundamenta en la excavación a cielo
abierto de las zonas en las cuales se realizará la instalación o renovación de nuevas tuberías o para la
rehabilitación de tuberías existentes. Este método es invasivo y requiere gran cantidad de recursos
humanos, mecánicos, y económicos. Antes de realizar la excavación se requiere contar con los
estudios de suelos que indiquen las características de los mismos así como investigar si en el sitio de
obra se cruzan otras redes de servicios públicos existentes con el fin de solicitar la autorización para
realizar los trabajos (Alarcon Rocha & Pachecho Calvo, 2014).

Inicialmente se realiza la excavación de la trinchera como se observa en la Figura 2, para lo cual se
pueden emplear métodos manuales o mecánicos, la trinchera es estabilizada a través de un sistema de
apuntalamiento o entibado con el fin de garantizar la seguridad del personal que participa en la obra,
así como la estabilidad de las estructuras y los terrenos adyacentes, dependiendo de factores como el
tipo de suelo o las características de la zanja (ancho y profundidad). La excavación se debe diseñar y
ejecutar de manera que asegure una instalación cómoda y segura de las tuberías. Además, se debe
asegurar que cuando el entibado sea removido la tubería no sufra daños ni se mueva (Krah, 2008).
Luego  se realiza  la instalación  de  la tubería  con  una cimentación  adecuada, la cual  puede  ser  con
rellenos granulares o en concreto. Si se va a realizar la intervención en zonas urbanas se requiere de
una  adecuada  señalización  de  las  vías  por  las  cuales  se  desviará  el  tráfico  mientras  se  realiza  la
demolición  y  reconstrucción  de  la  estructura  del  pavimento  respectivo  en  las  cuales  se  instaló  la
tubería (Alarcon Rocha & Pachecho Calvo, 2014).

Figura 2.Excavación a zanja abierta.

Tomada de:

https://victoryepes.blogs.upv.es/2018/12/10/apertura-de-zanja-en-la-instalacion-de-tuberias/

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A su vez el método tradicional o con zanja abierta presenta tanto ventajas y desventajas, de acuerdo
con Pupo González, C (2014) se tienen las siguientes:

Tabla 2.Ventajas y desventajas método a zanja abierta

Ventajas

Desventajas

Es un método que se ha aplicado a lo largo de
los años y en múltiples proyectos por lo cual se
tiene una gran experiencia en su aplicación

El costo puede ser mayor comparado con otras
tecnologías debido a que la apertura de zanjas
genera costos de construcción altos, en especial
si se deben estabilizar los taludes debido a
niveles freáticos altos

El método se acomoda a cualquier condición de
alineamiento y pendiente.

Los  tiempos  de  construcción  son  mayores  que
cuando se emplean tecnologías sin zanja, puesto
que  con  la  tecnología  con  zanja  hay
perturbación  de  otras  infraestructuras,  se
interrumpe el tráfico y se requiere mayor trabajo
para la instalación del alcantarillado.

Se emplean materiales y tecnologías con
disponibilidad en el medio por lo cual se cuenta
con gran cantidad de mano de obra y equipos
disponibles en caso de ejecutar algún trabajo.

Se presenta un riesgo de movimiento de tierras,
lo cual de igual forma es un riesgo para los
trabajadores.

Con este método se pueden instalar, renovar o
rehabilitar

tuberías

acueducto

alcantarillado así como tuberías de cualquier
material o diámetro

El uso de esta tecnología produce y/o requiere
grandes volúmenes de tierra cuyo costo de
transporte es elevado.

Con este método se pueden se pueden
rehabilitar o renovar otras infraestructuras de
manera simultánea.

Al emplear este método se pueden presentar
interferencias

con

otras

superficies

infraestructuras subterráneas.

Este

método

permite

generar

empleos

rápidamente puesto que se los trabajadores
requieren bajos niveles de habilidad para
realizar los trabajos

Al emplear la tecnología con zanja abiertas los
costos sociales y económicos son importantes
debido a factores como la mayor contaminación
auditiva por la mayor duración de los trabajos o
los problemas de seguridad y tráfico.

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2.8 TECNOLOGIAS SIN ZANJA

Desde  hace  varios  años  se  han  desarrollado  técnicas  alternativas  a  la  zanja  abierta  para  la
construcción,  rehabilitación  y  renovación  de  acueductos  y  alcantarillados  como  alternativa  para
propietarios  y  prestadores  de  servicios  de  acueducto  y  alcantarillado,  quienes  buscan  tecnologías
innovadoras como las tecnologías sin zanja para extender la vida útil de los activos y reparar grandes
longitudes de los sistemas de acueducto y alcantarillado (Barrera Murillo, 2016). Las tecnologías sin
zanja se definen como las técnicas a utilizar en la instalación, reemplazo y renovación de tuberías con
excavación  mínima  del  terreno.  Estas  tecnologías  protegen  el  medio  ambiente,  son  menos
contaminantes,  utilizan  los  recursos  de  forma  más  sostenible  y  tratan  los  residuos  de  forma  más
aceptable que la tecnología convencional con zanja abierta (Alarcon Rocha & Pachecho Calvo, 2014).
A continuación, se muestra la clasificación de las tuberías sin zanja:

Figura 3.Clasificación tecnologías sin zanja

Tomada de: Najafi, M. (2005). Trenchless Technology: Pipeline and Utility Design, Construction, and Renewal.

De igual forma, estos métodos tienen poca intervención y un proceso de excavación reducido, de
manera que los impactos y riesgos de los trabajadores se reduzcan (Najafi, 2005). Estas tecnologías
tuvieron sus inicios en los años 60 en Japón como resultado de una decisión gubernamental para
incrementar la proporción de población urbana provista con los servicios básicos, así como mejorar
las características hidráulicas y estructurales de los sistemas existentes de la época sin alterar el medio
ambiente ni poner en riesgo a las trabajares o la comunidad aledaña. En los años posteriores, se han
realizado investigaciones sobre las tecnologías sin zanja y se crearon organizaciones a nivel mundial
que promulgan su implementación teniendo en cuenta los beneficios ambientales y económicos de
estas (Sánchez, 2011).

2.8.1

MÉTODOS DE INSTALACIÓN

Los métodos de instalación de tuberías sin zanja abierta se clasifican en tres grandes grupos como se
observa en la Figura 4: pipe jacking (hincado de tuberias), utility tunneling (túneles de servicio
público) y horizontal earth boring (HEB) (Najafi, 2005).

Figura 4.Métodos sin zanja para la instalación de tuberías

Tomada de: Najafi, M. (2005). Trenchless Technology: Pipeline and Utility Design, Construction, and Renewal.

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Estos métodos a su vez se dividen en diversas tecnologías. Por ejemplo, dentro de los métodos en el
grupo de horizontales earth boring (HEB) se encuentran otros 5 métodos como se muestra en la Figura
5: horizontal auger boring (HAB), horizontal directional drillig (HDD), excavación con micro
tuneladora (Microtunneling), excavación con micro tuneladora con tubo piloto (Pilot-tube
microtunneling) y la perforación por golpeo (Pipe ramming) (Najafi, 2005).

Figura 5.Métodos horizontal earth boring

Tomada de: Najafi, M. (2005). Trenchless Technology: Pipeline and Utility Design, Construction, and Renewal.

De  igual  forma,  de  acuerdo  con  Najafi (2005) de los  métodos de  instalación  de  tuberías  sin  zanja
disponibles para la instalación de tuberías que funcionan por gravedad como las de alcantarillado para
diámetros  entre  4-300  pulgadas,  se  recomienda  empelar  el  microtunelado  con  tubo  piloto,  para
diámetros  entre  12-42  pulgadas,  se  recomienda  el  microtunelado  y  para  diámetros  mayores  a  42
pulgas se debe utilizar el pipe jacking o utility tunneling. Por otra parte, para la instalación de tuberías
a presión (acueducto) se recomienda utilizar la técnica de horizontal directional drillig (HDD):

Figura 6.Usos métodos de instalación sin zanja

Tomada de: Najafi, M. (2005). Trenchless Technology: Pipeline and Utility Design, Construction, and Renewal.

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A continuación, se realizará una breve descripción de los métodos mencionados anteriormente:

2.8.1.1 PIPE

JACKING,

UTILITY

TUNNELING,

MICROTUNELADO,

MICROTUNELADO CON TUBO PILOTO

La técnica de tubo de hincado (pipe jacking), de excavación con micro tuneladora y excavación con
micro tuneladora con tubo piloto hacen parte de una misma familia de métodos para la instalación de
tuberías cuya maquinaria cuenta con bastidores de empuje con gatos hidráulicos, y que tiene un rango
de aplicación que va desde diámetros de 120 mm en adelante (Alarcon Rocha & Pachecho Calvo,
2014).

En primer lugar, el hincado de tuberías es un método para instalar tuberías con una mínima ruptura
de  la  superficie  en  el  cual  se  emplean  cilindros  hidráulicos  para  empujar  tuberías  especialmente
diseñadas  para  hincado a  través  del terreno.  En  este tipo  de  perforaciones  se  utiliza  el  tubo como
elemento  definitivo  del  túnel  y  al  mismo  tiempo  como  elemento  de  empuje  sobre  la  tuneladora.
Asimismo, la hinca es un proceso cíclico que usa la potencia de empuje de los gatos hidráulicos para
hacer  avanzar  la  tubería  a  través  del  terreno  y  al  mismo  tiempo  se  excava  al  frente.  Después  de
instalado cada segmento de tubería, los cilindros de los gatos se retraen de modo que se pueda colocar
otro segmento en posición para comenzar el ciclo de nuevo. La principal diferencia de este método
con la excavación con micro tuneladora es que este método requiere que los trabajadores trabajen
dentro  de  la  tubería  instalada  mientras  que  en  la  excavación  con  micro  tuneladora  esta  se  opera
remotamente (Mínguez Santiago, 2015).

Figura 7.Hincado de tubería(Pipe Jacking)

Tomada de: Mínguez Santiago, F. (2015). Métodos de excavación sin zanjas. Máster universitario en ingeniería de las

estructuras, cimentaciones y materiales. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid

En segundo lugar, el método de excavación con micro tuneladora consiste en la instalación de tuberías
entre dos pozos verticales denominados pozo de entrada y pozo de salida. A la par que las tuberías
son empujadas por una maquina tuneladora, se realiza el corte del suelo en la cara de la cabeza

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perforadora y se realiza la remoción de suelo hacia el pozo de entrada. Las máquinas tuneladoras
suministran presión de manera continua al frente de la excavación con el fin de equilibrar las presiones
del agua subterránea y del suelo, y además son guiadas por un sistema láser controlado remotamente,
el cual permite ajustar la alineación y la pendiente (Mínguez Santiago, 2015).

Figura 8.Microtunelado(Microtunnelling)

Tomada de: Mínguez Santiago, F. (2015). Métodos de excavación sin zanjas. Máster universitario en ingeniería de las

estructuras, cimentaciones y materiales. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

En tercer lugar, se tiene el método de excavación con micro tuneladora con tubo piloto el cual se
emplea  cuando  se  deben  instalar  tuberías  pequeñas  o  longitudes  reducidas.  Este  método  es  una
combinación  entre  un  sistema  de  perforación  direccional  y  un  sistema  de  excavación  con  micro
tuneladora tradicional. Además, se emplea una barra perforadora para practicar una perforación piloto
con una determinada alineación y cota, normalmente monitorizada y controlada mediante un teodolito
laser  apuntando  a  una  mira  situada  justo  tras  la  cabeza  de  perforación.  Luego  de  realizada  la
perforación piloto se realiza una perforación concéntrica empleando un tornillo sin fin para aumentar
el  diámetro  de  la  perforación  y  al  terminar  esta  operación,  el  tubo  se  empuja  a  su  posición  final
(Alarcon Rocha & Pachecho Calvo, 2014).

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Figura 9.Microtunelado con tubo piloto(Pilot-tube microtunneling)

Tomada de: Tang, P., Shen, Z., Olson, M., & Ariaratnam, S. (2015). Time Series Analysis of Hydraulic Data for

Automated Productivity Monitoring of Pilot Tube Microtunneling. Journal of Pipeline Systems Engineering and

Practice.

Por otra parte, se tiene el método de excavación de túneles de servicios públicos (utility tunneling) el
cual se realiza dentro de un escudo de túnel especialmente diseñado como en el pipe jacking pero se
diferencia de este en el revestimiento instalado dado que en la excavación de túneles de servicios
públicos  el  revestimiento  consta  de  placas  de  acero  modulares  prefabricadas  que  se  utilizan  para
construir  un  revestimiento  temporal  que  soporta  la  excavación  hasta  su  finalización.  Una  vez  se
concluye la excavación se empuja la tubería a través del túnel y se rellena el espacio anular entre el
revestimiento de acero y la tubería (Statewide Urban Design and Specifications, 2013).

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Figura 10.Túneles de servicio público(Utility tunneling)

Tomada de: Statewide Urban Design and Specifications. (2013). Design Manual. Iowa State University

Los métodos de tubo de hincado (pipe jacking), excavación con micro tuneladora, excavación con
micro tuneladora con tubo piloto y excavación de túneles de servicios públicos (utility tunneling) se
pueden emplear en gran variedad de condiciones de terreno como gravas y arenas saturadas, arcillas
y  limos  blandos,  suelos  consolidados  secos  o  saturados,  y  roca  sólida  (Asociación  Ibérica  de
tecnologías Sin Zanja, 2013). En el caso los métodos de tubo de hincado (pipe jacking) y excavación
de  túneles  de  servicios  públicos  (utility  tunneling)  los  suelos  granulares  y  cohesivos  son  los  más
favorables  y  pueden  ser  utilizados  en  casi  todos los  tipos  de  suelos con el  equipo  apropiado  y  las
condiciones necesarias. De igual forma los métodos de excavación con micro tuneladora y excavación
con micro tuneladora con tubo piloto se pueden acomodar a gran variedad de condiciones del suelo,
pudiendo remover cantos rodados mayores al 30% del diámetro de la tubería (Statewide Urban Design
and  Specifications,  2013).  Asimismo,  estos  métodos  son  aptos  para  proyectos  en  los  cuales  las
tuberías deben cumplir especificaciones rígidas en cuanto a alineación, cota y profundidad (Alarcon
Rocha & Pachecho Calvo, 2014).

2.8.1.2 HORIZONTAL AUGER BORING (HAB)

El método de perforación horizontal con tornillo helicoidal se emplea para la instalación de tuberías
metálicas  o  de  hormigón  de  diámetros  entre  los  100  y  los  1.500  mm.  La  perforación  se  realiza
utilizando una cabeza de corte giratorio, la cual está unida al extremo delantero de una cadena sinfín,
que se abre camino entre el suelo mientras que la fuerza de hinca es proporcionada por unos cilindros
de  empuje  hidráulico.  Tanto  la  tubería  como  las  diferentes  secciones  del  tornillo  sin  fin  se  van
añadiendo a medida que la maquina avanza, con respecto a los escombros estos se evacuan a través
de la tubería y son conducidos hasta el inicio de la perforación donde son evacuados a mano por los
trabajadores. De igual manera, el método se puede realizar en diferentes tipos de suelos en especial
en suelos blandos, como las arcillas limosas. No obstante, tiene limitaciones en suelos muy húmedos
o  cuando  hay  presencia  de  cantos  rodados  de  tamaño  mayor  al  tercio  del  diámetro  de  la  tubería.

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Además, en casos de suelos inestables se puede provocar el hundimiento de la superficie (Mínguez
Santiago, 2015).

Figura 11.Horizontal auger boring (HAB)

Tomada de: Mínguez Santiago, F. (2015). Métodos de excavación sin zanjas. Máster universitario en ingeniería de las

estructuras, cimentaciones y materiales. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

2.8.1.3 HORIZONTAL DIRECTIONAL DRILLING (HDD)

El método de perforación horizontal dirigida o HDD por sus siglas en inglés “Horizontal Directional
Drilling” es frecuentemente utilizada para obras tales como cruces de grandes ríos, canales, autopistas
y alcanzado grandes distancias, así como la instalación de tuberías de agua a presión, cables de líneas
de comunicación o conductos sin zanja. Con este método se pueden realizar trazados rectos o
gradualmente curvados y se puede ajustar la cabeza cortadora en cualquier momento de la perforación
piloto prevista. Uno de los aspectos más relevantes de este método es la capacidad de tiro de la
máquina, pues mientras mayor sea esta, mayor será el diámetro de la tubería capaz de instalarse y
también será un indicativo de la máxima longitud de colocación dependiendo de las condiciones del
terreno (Asociación Ibérica de tecnologías Sin Zanja, 2013).

El proceso para la instalación de tuberías con este método consiste en dos pasos. El primer paso es
realizar una perforación piloto a lo largo de un trazado previsto usando tanto el empuje en la
plataforma de perforación como la rotación de las varillas de perforación para avanza en esa dirección.
Esta perforación es monitoreada y maniobrada por un detector que recibe la señal por medio de una
sonda que se encuentra instalada en una porta sonda ubicada en la parte de atrás de la broca y para
esto se usa un equipo que controla la posición brindando la información necesaria (Mínguez Santiago,
2015). Una vez finalizada la perforación piloto, el segundo paso consiste en ensanchar dicha
perforación de manera concéntrica y en sentido contrario al empleado en la perforación piloto con
ayuda de un retro-ensanchador, seguido de la tubería a instalar. Dependiendo de las condiciones del
terreno, la tubería se instala por etapas o no (Alarcon Rocha & Pachecho Calvo, 2014).

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Figura 12.Horizontal directional drilling (HDD)

Tomada de: Tabesh, A., Najafi, M., Kohankar Kouchesfehani, Z., Malek Mohammadi, M., & Ashoori, T. (2019). Risk

Identification for Pipeline Installation By Horizontal Directional Drilling (HDD). ASCE Pipeline Conference

2019, (págs. 141-150). Nashville.

Por  otra  parte,  la  perforación  horizontal  dirigida  se  divide  en  tres  grandes  sectores  cuyo
funcionamiento  es  similar:  perforación  de  gran  diámetro  (maxi-HDD),  perforación  de  mediano
diámetro  (midi-HDD)  y  perforación  de  pequeño  diámetro  (mini-HDD).  Asimismo,  el  método  se
puede  aplicar  en  varios  tipos  de  suelos  siendo  las  arcillas  son  ideales  para  la  aplicación  de  estos
métodos al igual que las arenas arcillosas finas y cohesivas y los limos mientras que en suelos rocosos
o con gravas la precisión y la velocidad de trabajo se puede reducir (Mínguez Santiago, 2015).

2.8.1.4 PERFORACIÓN POR GOLPEO (PIPE RAMMING)

El método de perforación e hinca de tuberías por golpeo (pipe ramming) es un método de instalación
de tuberías sin zanja para hincar horizontalmente tuberías de acero de diferentes diámetros, las cuales
son usadas debido a su resistencia y ductilidad permite resistir y distribuir mejor las cargas trasmitidas
por el martillo. El método constructivo es igual al empleado para hincar pilotes verticales con tubo
de acero, diferenciándose en que el empuje de la tubería se realiza mediante un martillo neumático o

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hidráulico que golpea la tubería, la cual penetra el suelo sin causar alteración de este. De igual forma,
dentro de sus ventajas se encuentran que no se requiere de agua durante el proceso y no hay
excavación mecánica de material desde el frente de la tubería durante el proceso de instalación, pero
la carcasa de acero requiere de soldadura, lo cual aumenta el tiempo total de trabajo (Mínguez
Santiago, 2015).

Figura 13.Perforación por golpeo(Pipe ramming)

Tomada de: Mínguez Santiago, F. (2015). Métodos de excavación sin zanjas. Máster universitario en ingeniería de las

estructuras, cimentaciones y materiales. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

Para este método es necesario construir una base sólida, normalmente de hormigón, en el pozo de
entrada de la instalación. También, se ajustan los rieles a la línea de la excavación y se instalan en la
losa. El primer tramo de tubería se coloca sobre los rieles guía y se suelda un perfil cortante en el
extremo frontal de la tubería, luego se coloca el martillo a percusión pegado del extremo posterior de
la tubería que empuja a tubería dentro del suelo. Una vez se instala una sección de tubería, se quita el
martillo y se coloca un nuevo tramo de tubería, sobre los rieles guía, el cual es soldado a la tubería ya
instalada. Con respecto al tipo de suelos en los cuales se puede utilizar este método se debe mencionar
que es un método versátil que permite trabajar en diversas condiciones de suelo excepto cuando se
tenga presencia de roca sólida (Mínguez Santiago, 2015).

2.8.1.5 RAMMING ASISTIDO HIDRÁULICAMENTE(ADB)

ADB es una metodología que combina una fuerza hidráulica, una carga estática, constante con
impactos de percusión de alta frecuencia para aumentar significativamente la fuerza de penetración,
minimizando el desperdicio de energía absorbida por la elasticidad del tubo metálico y los efectos del
rebote. Esto permite la instalación de distancias más largas, diámetros mayores o tipos de suelo más
complejos que otros sistemas de hincado de tuberías convencionales. Adicionalmente, cuando se
requiere una alta precisión, el equipo es capaz de guiar la tubería metálica utilizando los métodos
existentes, como el guiado por piloto o los sistemas de aletas, entre otros (Zilper Trenchless, s.f.).

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Esta metodología instala un revestimiento metálico abierto que permite que el suelo entre libremente
en el revestimiento sin necesidad de un cabezal de corte giratorio especializado. Esto último, junto
con la capacidad de contener todo o parte del suelo dentro de la camisa, minimizando el riesgo de
socavación y asentamiento de la superficie, también permite instalar la camisa a profundidades
relativamente bajas y en condiciones de suelo difíciles, como arenas fluidas, gravas, suelos mixtos y
cantos rodados (Zilper Trenchless, s.f.). Además, las máquinas están preparadas para retirar
fácilmente la tierra del interior de las camisas si es necesario, sustituyendo el martillo por un motor
hidráulico y un conjunto de barrenas(Zilper Trenchless, s.f.).

El proceso comienza con un manguito metálico con un refuerzo en el extremo en contacto con el
terreno  natural,  cuyo  otro  extremo  se  apoya  directamente  en  la  placa  de  empuje  del  equipo.  Esta
última está asistida por cilindros hidráulicos que pre comprimen el tubo contra el suelo mientras el
martillo impacta en la placa para transmitir la energía a la parte delantera de la instalación. El martillo
puede ser accionado por aire comprimido o por una unidad de potencia hidráulica (Zilper Trenchless,
s.f.).  Una  vez  instalada  la  primera  sección  de  tubería,  se  puede  colocar  una  sección  adicional  de
tubería y el proceso se repite continuamente hasta alcanzar el pozo de llegada. Gracias a la facilidad
de  intercambio  entre  el  motor  hidráulico  y  el  martillo  de  impacto,  se  puede  realizar  una  limpieza
parcial de la tierra que ha entrado durante la instalación, pero manteniendo siempre suficiente tierra
en el revestimiento hasta que se complete la sección para mantener una presión equilibrada en la cara
de  corte  que  evite  la  entrada  de  material  no  deseado,  especialmente  en  terrenos  inestables  (Zilper
Trenchless, s.f.).

Figura 14.Ramming Asistido Hidráulicamente(ADB)

Tomado de:Zilper Trenchless. (s.f.). Assisted Dynamic Boring. Obtenido de Zilper Trenchless:

https://zilpertrenchless.com/tecnologia-adb-2/

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2.8.1.6 COMPARACIÓN

De acuerdo con los métodos expuestos anteriormente y con lo expuesto por Najafi (2005) se puede
afirmar que el método de perforación de pequeño diámetro (mini-HDD) permite instalar los menores
diámetros de tuberías mientras que con los métodos de excavación con micro tuneladora, método de
perforación  e  hinca  de  tuberías  por  golpeo  (pipe  ramming),  hincado  de  tuberías  (pipe  jacking)  y
túneles de servicio público (utility tunneling) permiten instalar tuberías de diámetros mayores a 130
pulgadas. Además, los últimos dos métodos mencionados anteriormente permiten instalar tuberías de
mayor  longitud  mientras  el  método  de  excavación  con  micro  tuneladora  con  tubo  piloto  permite
instalar la menor longitud de tuberías de los métodos estudiados. También, para el método HAB y el
método de perforación e hinca de tuberías por golpeo (pipe ramming) solo se emplean tuberías de
acero mientras los otros métodos permiten emplear tuberías de varios materiales. De igual forma, en
la  siguiente  tabla  se  comparan  otras  características  de  los  métodos  como  su  campo  de  uso  o  su
precisión:

Tabla 3.Comparación métodos sin zanja para la instalación de tuberías

Tomado de: Najafi, M. (2005). Trenchless Technology: Pipeline and Utility Design, Construction, and Renewal.

McGraw-Hill Education.

Paralelamente, de acuerdo con lo expuesto por Najafi (2005) respecto de la profundidad mínima de
excavación  para  los  métodos  de  instalación  sin  zanja  de  tuberías  para  tres  tamaños  de  tuberías
dependiendo su diámetro (pequeñas, medianas y grandes) y 4 tipos de suelos diferentes, para suelos
más gruesos como gravas se requiere una profundidad mayor que cuando se tienen suelos arcillosos
o  limosos.  A  su  vez,  se  observa  que  la  profundidad  mínima  de  excavación  para  los  métodos  de
hincado  de  tuberías  (pipe  jacking),  túneles  de  servicio  público(utility  tunneling),  excavación  con

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micro tuneladora y excavación con micro tuneladora con tubo piloto no depende ni del tamaño de la
tubería ni del tipo de suelo ya que en el caso de los tres primeros métodos la profundidad mínimas es
de 6 pies o 3 veces del diámetro exterior de la tubería mientras que en el caso del último método
mencionado la profundidad mínima de es de 6 pies o 3 veces del diámetro exterior de la tubería.
Sumado a lo anterior se observa para los métodos de HDD, HAB y perforación e hinca de tuberías
por golpeo (pipe ramming), a mayor es el tamaño de la tubería mayor es la profundidad mínima de
excavación de las tuberías. A continuación, se presenta la tabla desarrollada por Najafi (2005) de la
profundidad mínima de excavación para los métodos de instalación sin zanja de tuberías:

Tabla 4.Profunidad mínima de excavación métodos de instalación sin zanja

Tomado de: Najafi, M. (2005). Trenchless Technology: Pipeline and Utility Design, Construction, and Renewal.

McGraw-Hill Education.

2.8.2

MÉTODOS DE RENOVACIÓN Y REHABILITACIÓN

Las tecnologías para realizar la intervención de redes buscan el mejoramiento de las condiciones
estructurales de la red intervenida y están dispuestas en dos grandes grupos:

• Renovación: se realiza con el fin atender reparaciones programadas de tramos de red que por

su funcionamiento afectan el nivel de servicio de la red.

• Rehabilitación: tiene el fin de atender reapariciones puntuales en la red buscando dar

continuidad al funcionamiento del sistema. Las tecnologías de rehabilitación se caracterizan
por ser de rápida implementación y fácil montaje.

(Barrera Murillo, 2016)

En ese orden de ideas, las tecnologías de renovación y rehabilitación de acuerdo con Sánchez (2011)
presentan otras diferencias como se muestra a continuación:

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Tabla 5.Diferencias tecnologías sin zanja para la renovación y rehabilitación de tuberías

Tecnologías de rehabilitación de tuberías

Tecnologías de renovación de tuberías

Permiten mejorar las características hidráulicas
internas de un tramo o sección de tubería
afectada

Se debe destruir la tubería existente

Incrementan el tiempo de vida de la tubería
existente

Reemplaza la totalidad de la tubería anterior

La sección de la tubería se ve disminuida

Se emplean cuando el grado de deterioro de la
tubería existente hace necesario su reemplazo

La tubería existente no se ve afectada
estructuralmente

Permiten incrementar la sección transversal de
la tubería si se requiere

Se emplean cuando la tubería existente no
presenta un grado de deterioro considerable

Se emplea cuando la frecuencia de reparación de
la tubería existente no es económica

2.8.2.1 MÉTODOS DE RENOVACIÓN

Como se mencionó anteriormente los métodos de renovación o restitución de tuberías sin zanja abierta
consisten en el reemplazo de la tubería existente vieja y defectuoso por otra nueva (Mínguez Santiago,
2015). Dentro de estas tecnologías se encuentran los métodos de fragmentación de tuberías (pipe
bursting), pipe eating, pipe reaming y tunnel liner los cuales se explican a continuación:

2.8.2.1.1

PIPE BURSTING

Esta tecnología consiste en el rompimiento de la tubería existente por medio de una herramienta de
ruptura, y la ampliación de la sección original para la instalación de una tubería nueva, generalmente
de polietileno de alta densidad, en el espacio dejado por la tubería anterior. Dependiendo del tipo de
suelo se pueden ampliar los diámetros respecto de la tubería original, en hasta 10 centímetros y en el
caso del uso de tuberías de polietileno se logra mejorar la capacidad hidráulica debido a la baja
rugosidad de este material.

El procedimiento de instalación consiste inicialmente en definir los pozos de entrada y de salida del
tramo de tubería a renovar, luego desde el pozo de entrada se inserta una cabeza cónica la cual tiene
como función fracturar la tubería existente, esta configuración permite desplazar los fragmentos hacia
el pozo de salida. Al mismo tiempo que se realiza esta acción viene conectada a la cabeza cónica la
tubería nueva. Además, la tracción de la cabeza cónica se realiza desde el pozo de salida por medio
de un cable el cual hace parte de un sistema de tracción. Sumado a lo anterior, los sistemas de
fracturamiento más usados son la fractura de tubería neumática, fractura de tubería estática y fractura
de tubería hidráulica.

Dentro de las principales ventajas del método se encuentran que permite ampliar los diámetros de la
tubería, sus tiempos de ejecución son rápidos una vez se ha establecido el alineamiento de la tubería
y que las vibraciones que genera son menores a comparación de otros métodos por lo cual se mitigan
las afectaciones a la infraestructura cercana. Por otra parte, dentro de sus limitaciones se encuentran
que el radio de curvatura de la nueva tubería no debe exceder 20 veces el diámetro de la tubería, se
requiere una profundidad mínima de excavación de 1.5 m generalmente, puede haber interferencia y

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destrucción de otras redes de servicios públicos como por ejemplo las conexiones domiciliarias las
cuales se deben reconstruir manualmente. Igualmente, para tuberías de diámetros grandes se hace
necesario hacer trincheras grandes para evitar el rompimiento de la tubería debido a las limitaciones
del radio de curvatura.

(Barrera Murillo, 2016)

Figura 15.Pipe bursting

Tomada de: Mínguez Santiago, F. (2015). Métodos de excavación sin zanjas. Máster universitario en ingeniería de las

estructuras, cimentaciones y materiales. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

Figura 16.Esquema método pipe bursting

Tomada de: Barrera Murillo, C. A. (2016). Tecnologías más promisorias para renovar y rehabilitar tuberías de sistemas

de alcantarillado. Tesis de Grado para optar por el Título de Magister en Ingeniería Civil. Universidad de los Andes,

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Bogotá.

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2.8.2.1.2

PIPE EATING

Este método se basa en la adaptación de los métodos de excavación con micro tuneladora y horizontal
directional drilling (HDD) y consiste en la trituración de la tubería existente por medio de un cabezal
de corte giratorio el cual opera bajo los lineamientos de los sistemas de perforación de túneles. Se
pueden renovar tuberías de gres, hormigón sin refuerzo en un rango de diámetros de 100 mm hasta
2.400 mm. Adicionalmente, se requiere que el diámetro de la tubería existente sea menor al de
máquina y la precisión de instalación es alta. Por otra parte, para retirar los escombros se hace uso de
un sistema de suspensión circulante, el cual tira la tubería nueva a medida que se tritura la tubería
existente por medio de un sistema de gatos hidráulicos ubicados en el pozo de entrada. Además, la
tubería existente debe ser rellenada previamente con concreto pobre con el fin de permitir el avance
de la dirección y evitar que se desvié la cabeza de corte.

La tecnología presenta ventajas como que permite aumentar el diámetro de la tubería a renovar o que
es un sistema dirigido lo cual permite gran precisión en la perforación de tuberías de gran longitud.
Sin  embargo,  como  todo  método  tiene  limitaciones  como  que  no  permite  cambios  de  dirección,
requiere  el  llenado  previo  de  concreto  pobre  de  la  tubería  que  se  va  a  renovar,  el  montaje  de  las
herramientas del sistema requiere mayor tiempo y logística, requiere de una planta de separación de
lodos para la disposición del material excavado,  no se puede utilizar para la renovación de tuberías
metálicas o que tengan acero de refuerzo y no se recomienda su aplicación para suelos con índice de
penetración estándar SPT>35 y rocas duras.

(Barrera Murillo, 2016)

Figura 17.Pipe eating

Tomada de: Barrera Murillo, C. A. (2016). Tecnologías más promisorias para renovar y rehabilitar tuberías de sistemas

de alcantarillado. Tesis de Grado para optar por el Título de Magister en Ingeniería Civil. Universidad de los

Andes, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Bogotá.

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2.8.2.1.3

PIPE REAMING

El método de pipe reaming permite de manera simultánea la eliminación de la tubería existente y la
instalación de una nueva tubería en su reemplazo, generalmente una tubería termoplástica adecuada
para instalaciones que utilizan equipos de perforación direccional. El método puede emplearse para
la renovación de varios tipos de tuberías y se emplea especialmente para la sustitución y cambio de
sección de tuberías en suelos rígidos o rocosos en los cuales no se puede emplear el pipe bursting.

Este método hace uso de la técnica de horizontal directional drilling (HDD) explicado con
anterioridad, el cual es uno de los componentes más importantes de este método, el cual se emplea
para insertar una sarta de perforación a través de la tubería existente con el fin de aumentar la sección.
La nueva tubería está unida a la herramienta de fresado y se jala en la medida que avanza el taladro.
Además, los fragmentos de la tubería existente junto con el suelo cortado se mezclan en el fluido de
peroración y son empujados a través de la tubería existente al pozo de entrada o acceso donde se
extraen para luego ser separados y eliminados.

Dentro de las ventajas de este método se encuentran que permite realizar cambios de dirección leves
en el alineamiento de las tuberías, permite dejar la zona de perforación libre de residuos gracias al
manejo eficiente del material fracturado y reduce la interrupción en zonas urbanas. No obstante, tiene
imitaciones como por ejemplo que su costo es mayor que otras tecnologías como el pipe bursting
debido a que se basa en el HDD.

(Barrera Murillo, 2016)

Figura 18.Pipe reaming

Tomada de: Barrera Murillo, C. A. (2016). Tecnologías más promisorias para renovar y rehabilitar tuberías de sistemas

de alcantarillado. Tesis de Grado para optar por el Título de Magister en Ingeniería Civil. Universidad de los

Andes, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Bogotá.

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2.8.2.1.4

TUNNEL LINER

El método de tunnel liner consiste en la excavación y ensamblaje interior, progresivo y simultaneo
de  placas  de  acero  corrugado,  en  el  caso  de  alcantarillados  sanitarios  se  puede  presentar  una
terminación en acero negro o revestimiento protector. Esta tecnología se emplea para la renovación
de  nuevas  tuberías  de  alcantarillado  de  diámetros  mayores  a  1  metro  dependiendo  la  longitud  de
intervención  y  las  características  de  la  tubería  existente.  Este  método  se  compone  de  estructuras
circulares de acero, formadas por un perfil corrugado en forma de “M” con dos pestañas para la unión
y espesor de acuerdo con cada proyecto. El ensamblaje se realiza desde el interior mediante pernos y
tuercas tanto en el sentido longitudinal como perimetral de la estructura. Además, los vacíos entre la
superficie externa de las chapas de revestimiento y el terreno deben ser llenados por medio de una
inyección de mortero fluido para evitar deformaciones.

(Barrera Murillo, 2016)

Figura 19.Sección longitudinal método tunnel liner

Tomada de: Barrera Murillo, C. A. (2016). Tecnologías más promisorias para renovar y rehabilitar tuberías de sistemas

de alcantarillado. Tesis de Grado para optar por el Título de Magister en Ingeniería Civil. Universidad de los

Andes, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Bogotá.

2.8.2.1.5

VIDA ÚTIL DE LOS MÉTODOS

Los métodos anteriores se pueden emplear en sistemas de acueducto y alcantarillado, tanto de aguar
residuales como aguas lluvias. Por otra parte, de acuerdo con lo expuesto por Najafi (2005) a
continuación se presenta una tabla en la que se muestra los materiales de tubería empleados y su vida
útil:

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Tabla 6.Vida útil y materiales de las tuberías renovadas con métodos sin zanja abierta

Método de renovación

Materiales usados

Vida útil

Pipe bursting

Polietileno, PVC, HDPE y

GRP

>50 años

Pipe reaming

Tuberías termoplásticas(PVC

y PE)

>50 años

Pipe eating

Concreto simple, GRP

>50 años

Tunnel linner

Acero

>50 años

2.8.2.2 MÉTODOS DE REHABILITACIÓN

La rehabilitación de tuberías comprende las técnicas en las cuales se mejoran las condiciones internas
de una tubería vieja sin destruirla, con el fin de fortalecer sus características estructurales o mejor la
capacidad hidráulica de las mismas (Sánchez, 2011).Dentro de estos métodos se encuentran los
siguientes:

2.8.2.2.1

CLOSE FIT SLIP LINING

El método close fit slip lining se emplea para la rehabilitación de tuberías y consiste en la inserción
de una tubería termoplástica nueva en la sección existente de la tubería. Este método está diseñado
para ser una línea independiente capaz de resistir todas las cargas por sí misma, se emplea
generalmente para rehabilitar tuberías entre los 200-500 mm y aquellas que se encuentran en áreas de
difícil acceso o tráfico pesado donde los pozos existentes se pueden usar (Barrera Murillo, 2016).

Figura 20.Close fit slip lining

Tomada de: Barrera Murillo, C. A. (2016). Tecnologías más promisorias para renovar y rehabilitar tuberías de sistemas

de alcantarillado. Tesis de Grado para optar por el Título de Magister en Ingeniería Civil. Universidad de los

Andes, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Bogotá.

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En este método se emplean materiales termoplásticos los cuales cambian su forma cuando se aplican
fuerzas al material ya sea mediante la aplicación de compresión o tensión, pero retornan a su forma
original cuando la fuerza externa se elimina o se aplica presión interna. Esta propiedad permite que
la tubería termoplástica pueda ser deformada temporalmente e ingresada a la tubería vieja, y una vez
colocada en la posición deseada se deje de aplicar la tensión en la tubería con el fin de que esta vuelva
a su forma original. A su vez, se pueden encontrar dos sistemas dentro de este método, la reducción
concéntrica y el sistema de técnicas plegadas de inserción (Barrera Murillo, 2016):

2.8.2.2.1.1 TÉCNICA DE REDUCCIÓN CONCÉNTRICA

Dentro de esta técnica se encuentran a su vez incluidas dos técnicas que son la técnica de deformación
por tensión y por compresión.  La primera utiliza un rodillo para reducir el diámetro de la tubería
termoplástica por medio de sistemas estáticos de troqueles los cuales reducen el diámetro exterior a
un  diámetro  mínimo  en  relación  con  el  orificio  de  la  tubería  existente  mientras  se  mantiene  la
aplicación de la tensión generada por la fuerza de tirar de la tubería, una vez instalada la tubería se
libera  la  tensión  de  la  tubería  haciendo  que  esta  vuelva  a  su  sección  inicial.  La  segunda  técnica
consiste en empujar la tubería por una serie de rodillos que reducen su diámetro, reduciendo la sección
de la tubería mientras es empujada o halada, finalmente se utiliza presión interna del agua o aire para
regresar la tubería a su sección original.

2.8.2.2.1.2 TÉCNICAS PLEGADAS DE INSERCIÓN

Es técnica se emplea para la rehabilitación de tuberías de alcantarillado de aguas residuales, pero
puede utilizarse también para sistemas de agua potable y tuberías a gravedad. La nueva tubería está
hecha de polietileno regular, esta se suministra en longitudes continuas, y debe ser introducida en
forma de “C” en el sistema preexistente, tal como se observa en la Figura 21 (Cuello Mendoza, 2021).

Figura 21.Tecnologia close fit slip lining

Tomada de: Cuello Mendoza, M. M. (2021). Factibilidad del uso de tecnologías sin zanja para la rehabilitación y/o

renovación de sistemas de alcantarillado, caso de estudio: centro histórico de santa marta. Tesis de Grado

para optar por el Título de Magister en Ingeniería Civil. Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería

Civil y Ambiental, Bogotá.

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El siguiente paso consiste en usar vapor con el fin de que el tubo compactado se invierta y que esta
tome la forma de la tubería deteriorada gracias a la tecnología de memoria del polietileno. No
obstante, al ser este un revestimiento interno, se pierde área transversal de la tubería, lo cual puede
llegar a afectar el transporte de agua residual dentro de la red de alcantarillado, pero al mismo tiempo
al ser el revestimiento más liso se mejora el comportamiento hidráulico y la capacidad de flujo de la
tubería. Asimismo, esta tecnología se emplea en tuberías de diámetros pequeños de hasta 500
milímetros y la geometría para la cual está diseñada es principalmente para tuberías circulares (Cuello
Mendoza, 2021).

2.8.2.2.2

CIPP

El  método  de  rehabilitación  de  tuberías  Cured  in  Place  Pipe-CIPP  (curado  de  tuberías  en  sitio)
consiste en la inserción de un material flexible en forma de tubo de matriz fibrosa de resina termo
endurecible dentro de la tubería de huésped, el cual es llenado con agua o aire a alta temperatura para
alcanzar  el  curado  o  endurecido  del  tramo  intervenido.  Esta  técnica  normalmente  se  emplea  para
diámetros entre 100 y 2800 mm en longitudes máximas de 1000 metros. Previo a la inserción del tubo
de  revestimiento,  las  conexiones  domiciliarias  son  suspendidas  o  desviadas  y  se  debe  realizar  la
limpieza de la tubería para evitar imperfecciones el tramo. Luego de la etapa de curado de la tubería
insertado, se procede al restablecimiento de la funcionalidad del tramo intervenido.

(Sánchez, 2011)

Figura 22.Maquinaria utilizada en el método CIPP

Tomada de: Mínguez Santiago, F. (2015). Métodos de excavación sin zanjas. Máster universitario en ingeniería de las

estructuras, cimentaciones y materiales. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

Existen dos formas de introducir la tubería flexible en la tubería huésped, la primera es mediante
suministro de agua o aire y la segunda consiste en halar con cables dentro de la tubería existente para
ser posteriormente polimerizada. Además, no se requiere rellenar el espacio entre la nueva tubería y
la existente puesto que no hay espacio anular y se puede emplear para varias formas de tubería. Con

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respecto a sus ventajas se encuentran que tiene altos rendimientos de instalación, se pueden ajustar
los  alineamientos  y  variaciones  en  el  diámetro,  así  como  que  no  presenta  espacio  anular  entre  la
tubería  huésped  y  la  tubería  instalada.  Dentro  de  sus  desventajas  están  que  las  conexiones
domiciliarias  se  deben  recuperar  luego  del  proceso  de  curado,  requiere  de  personal  capacitado  y
equipo  especializado  y  el  uso  en  diámetros  pequeños  hace  costosa  la  implementación  de  esta
tecnología.

(Sánchez, 2011)

Figura 23.Esquema CIPP

Tomada de: Sánchez, L. G. (2011). Tecnologías promisorias para renovación y rehabilitación de tuberías en sistemas de

alcantarillado. Tesis de Grado para optar por el Título de Magister en Ingeniería Civil. Universidad de los

Andes,Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental., Bogotá.

2.8.2.2.3

SPIRAL WOUND LINING

El método de rehabilitación spiral wound lining(SWL) consiste en la instrucción de una banda (con
pestañas en sus bordes) en el tramo a intervenir y mediante un sistema mecánico se realiza el
enrollamiento helicoidal de estas, formando un conducto con el diámetro y forma deseada. Las bandas
tienen unas pestañas que se cierran herméticamente durante el armado y tienen un ancho de 2 a 6
pulgas y pueden ser de PVC, acero o PEAD (Sánchez, 2011).

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Figura 24.Rehabilitación de tuberías de diferente sección con el método spiral wound lining

Tomada de: Mínguez Santiago, F. (2015). Métodos de excavación sin zanjas. Máster universitario en ingeniería de las

estructuras, cimentaciones y materiales. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

Este método se puede ver como una técnica de revestimiento deslizante o de diámetro fijo (spiral
wound slip lining) cuando el revestimiento en espiral es instalado en una tubería y el espacio anular
es rellenado con grouting para completar el revestimiento. Asimismo, se puede ver como un
revestimiento de ajuste estrecho para tubos de menor diámetro en especial, donde las tiras de perfil
pueden ser expandidas por la máquina para ajustarse con la tubería huésped (spiral wound close fit
lining (Barrera Murillo, 2016).

Figura 25.Spiral wound lining

Tomada de: Sánchez, L. G. (2011). Tecnologías promisorias para renovación y rehabilitación de tuberías en sistemas de

alcantarillado. Tesis de Grado para optar por el Título de Magister en Ingeniería Civil. Universidad de los

Andes,Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental., Bogotá.

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De igual manera hay dos formas de instalación, la primera es con una máquina de bobina para formar
el revestimiento dentro de la tubería y la segunda de manera manual con una operación de un hombre
dentro de la tubería original. Por otra parte, dentro de sus principales beneficios se encuentran que el
altamente eficiente, se puede usar en gran cantidad de diámetros, tipos de secciones y longitudes, el
cambio en la sección hidráulica es leve (Barrera Murillo, 2016). Dentro de sus desventajas se
encuentra que requiere maquinaria y equipo especializado para su instalación así como que no es
recomendable su aplicación en tuberías de PVC en las que se combine corrosión y bajas temperaturas
(Sánchez, 2011).

Figura 26.Instalación Spiral Wound

Tomada de: Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. (2021). Rehabilitación de los colectores La Vieja y Las

Delicias.

2.8.2.2.4

REPARACIÓN PUNTUAL (POINT REPAIR)

Permite la rehabilitación de tuberías con diámetros de 50 mm a 600 mm, con presencia de grietas,
fracturas, agujeros y la separación de las juntas.  La reparación se centra sobre el segmento puntual
de la tubería donde se ubica el daño. Se emplea un paño flexible de poliéster con fibra de vidrio y
resinas epóxica 100% para sólidos.  Es un procedimiento simple, eficaz, sin interrumpir el flujo de
aguas y no requiere trabajos de excavación, es posible realizar intervenciones en tiempos breves, con
notable reducción de costos (SG Ingenieria en ductos S.A. ESP, s.f.).

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Figura 27.Técnica reparación puntual

Tomada de: Pace Municipal Maintenance. (2022). Point Repairs. Obtenido de https://www.pacemt.com/services/point-

repairs/

2.8.2.2.5

VIDA UTIL DE LOS MÉTODOS

Los métodos anteriores se pueden emplear en sistemas de alcantarillado tanto de aguas residuales
como aguas lluvias. Por otra parte, de acuerdo con lo expuesto por Najafi (2005) a continuación se
presenta una tabla en la que se muestra los materiales empleados y su vida útil esperada:

Tabla 7.Vida útil y materiales de las tuberías rehabilitadas con métodos sin zanja abierta

Método de rehabilitación

Materiales usados

Vida útil

Close fit slip lining

Polietileno

>50 años

CIPP

Resina de termosellado

>50 años

Spiral wound lining

HDPE,PE y PVC

>50 años

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3. ESTADO DEL ARTE

3.1 IMPACTOS AMBIENTALES

3.1.1

HUELLA DE CARBONO

Kaushal  et  al  (2020)  realizaron  una  revisión  bibliográfica  sobre  la  literatura  existente  de  la
comparación de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) entre los métodos de instalación
de tuberías abierto y sin zanjas entre los años 1980 y 2019 al igual que los procedimientos utilizados
para la estimación de la huella de carbono. Dentro del estudio se consideraron métodos de instalación
sin zanja como HAB, HDD y excavación con micro tuneladora, así como  métodos de renovación
como pipe bursting y de rehabilitación como CIPP. Producto de la revisión bibliográfica se encontró
que  se  han  realizado  varios  estudios para la investigación  y  cuantificado las  emisiones  de  GEI  en
proyectos de instalación de tuberías, los cuales en su mayoría hicieron uso del modelo no vial USEPA
a partir del cual se han desarrollado herramientas como calculadoras de emisiones. Modelos como
este  pueden  ser  útiles  para  elegir  que  método  de  instalación  de  tuberías  elegir  en  función  de  las
emisiones  de  efecto  invernadero  liberadas  al  ambiente,  las  cuales  son  la  principal  causa  del
calentamiento  global.  A  pesar  de  que  los  estudios  realizados  a  la  hora  de  analizar  los  efectos
ambientales se enfocan en los gases de efecto invernadero, en el caso de la construcción, estos efectos
generalmente se miden mediante la huella de carbono, la cual se expresa en términos de toneladas de
dióxido de carbono equivalente (Kaushal, Najafi, & Serajiantehrani, 2020).

De  acuerdo  con  lo  anterior,  para  la  determinación  de  la  huella  de  carbono  inicialmente  se  debe
seleccionar qué gases de efecto invernadero se requieren medir, así como trazar los límites de análisis
para posteriormente realizar la recolección de los datos para el cálculo respectivo. Con respecto a la
definición de los límites de análisis de acuerdo con los dos componentes principales de la huella de
carbono  como  se  ve  en  la  Figura  28,  el  básico  se  refiere  a  la  huella  de  carbono  calculada  de  las
emisiones directas y la energía incorporada, y el completo que incluye todas las emisiones directas e
indirectas.  Por su  parte,  la recolección  de  los  datos se  puede  realizar in  situ  o por  medio  de  otras
fuentes  de  recolección  como  bases  de  datos  globales  o  inventarios,  dependiendo  del  objetivo  del
estudio y otros factores como la credibilidad, viabilidad, costo y capacidad. Finalmente, el cálculo de
la huella de carbono se puede realizar con ayuda de modelos (Kaushal, Najafi, & Serajiantehrani,
2020).

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Figura 28. Límites para el cálculo de la huella de carbono

Tomada de: Kaushal, V., Najafi, M., & Serajiantehrani, R. (2020). Environmental Impacts of Conventional Open-Cut

Pipeline Installation and Trenchless Technology Methods: State-of-the-Art Review. Journal of Pipeline Systems

Engineering and Practice.

El estudio encontró que se han realizado varias investigaciones que comparan las emisiones tanto de
métodos sin zanja como con zanja para la instalación, renovación y rehabilitación de tuberías. Todos
los estudios realizados en el periodo analizado encontraron que al utilizar técnicas sin zanja para la
instalación, renovación y rehabilitación de tuberías como HDD, excavación con micro tuneladora o
pipe bursting se obtienen menores impactos ambientales dado que las emisiones son menores como
se ve en la Tabla 8, por lo cual el método tradicional con zanja abierta genera mayores impactos
negativos en el medio ambiente (Kaushal, Najafi, & Serajiantehrani, 2020), más adelante de entrará
en detalle en algunas de estas investigaciones.

Por otra parte, dentro de la revisión bibliográfica se encontró que las investigaciones han empelado
diferentes materiales de tubería para el cálculo de los gases de efecto invernadero, estos estudios han
hecho uso de 6 materiales de tuberías diferentes como PVC,HDPE o CIPP por lo cual son clasificados
de acuerdo con sus emisiones de

como se muestra en la Tabla 9. Se destaca que los resultados

muestran de los materiales analizados el PVC es uno de los materiales con menores emisiones de

y una menor huella de carbono (Kaushal, Najafi, & Serajiantehrani, 2020).

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Tabla 8. Clasificación métodos con y sin zanja con base en las emisiones de CO2

Tomada de: Kaushal, V., Najafi, M., & Serajiantehrani, R. (2020). Environmental Impacts of Conventional Open-Cut

Pipeline Installation and Trenchless Technology Methods: State-of-the-Art Review. Journal of Pipeline Systems

Engineering and Practice.

Tabla 9.Clasificación materiales de tubería con base en las emisiones de CO2

Tomada de: Kaushal, V., Najafi, M., & Serajiantehrani, R. (2020). Environmental Impacts of Conventional Open-Cut

Pipeline Installation and Trenchless Technology Methods: State-of-the-Art Review. Journal of Pipeline Systems

Engineering and Practice.

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En  ese  orden  de  ideas,  como  se  expuso  anteriormente  a  través  del  tiempo  se  han  desarrollado
diferentes  investigaciones  respecto  del  impacto  ambiental  de  las  tecnologías  sin  zanja  para  la
instalación de tuberías como la realizada por la Pipe Jacking Association (2017) quien comparó la
huella  de  carbono  generada  por la  construcción  de  tuberías  de  alcantarillado usando  el  método  de
zanja abierta y un método sin zanja (pipe jacking) para tuberías de 100 m de longitud y diámetros de
600 mm y 1200 mm. El estudio asumió que los escombros excavados son retirados a un sitio con los
permisos  ambientales  requeridos  y  que  cualquier  vacío  luego  de  instalar la  tubería  es  llenado  con
piedra revestida. Además, se ignoró el efecto en la huella de carbono de los pozos y el transporte de
las tuberías teniendo en cuenta que son comunes a ambos métodos. Para el cálculo de la huella de
carbono se usó la calculadora de carbono disponible en la página web de la asociación, la cual fue
desarrollada por el Laboratorio de Investigación de Transporte del Reino Unido y verificada por el
Centro de Investigación del Agua del Reino Unido.

El estudio encontró que la huella de carbono al instalar la tubería con el método sin zanja tanto para
la tubería de 600 mm como la de 1200 mm es menor que si se instalaran estas tuberías con el método
tradicional de zanja abierta. De acuerdo con lo anterior, por una parte, los resultados muestran que la
huella de carbono de la instalación de la tubería de 1200 mm para ambas tecnologías es mayor que la
huella de carbono de la instalación de la tubería de 600 mm, siendo en el caso de la tecnología con
zanja abierta 39,69% mayor mientras en el caso de la tecnología sin zanja 61,12% superior. Además,
la tecnología sin zanja permite una reducción del 59,37% de la huella de carbono para el caso de la
tubería de 600 mm y de 36,98% para el caso de la tubería de 1200 mm.

Tabla 10.Comparación instalación tuberías empelando el método de zanja abierta y sin zanja para dos diámetros

diferentes

Tomada de: Pipe Jacking Association. (2017). An introduction to pipe jacking and microtunnelling. Pipe Jacking

Association.

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A pesar de que varios artículos académicos han mostrado las ventajas de los métodos sin zanja en la
protección del medio ambiente por medio de casos prácticos, muy pocos han analizado el consumo
energético o huella de carbono de varios métodos de construcción sin zanja bajo varios parámetros
de diseño. Por ello Lu, Mathhews & Iseley (2020) analizaron el consumo energético de varias
tecnologías sin zanja de instalación, renovación y rehabilitación. El objetivo principal de la
investigación es ayudar a optimizar la toma de decisiones cuando se tenga que analizar aspectos como
por ejemplo la velocidad de construcción o factores económicos de dos o más tecnologías para la
instalación, renovación o rehabilitación de tuberías, de manera que comparando el consumo de estas
y su huella de carbono se pueda tomar la decisión más conveniente.

Dentro de las tecnologías sin zanja de instalación consideradas en el estudio se incluyen HAB, HDD,
excavación con micro tuneladora o pipe jacking; dentro de las técnicas de renovación se consideró el
pipe bursting y dentro de las técnicas de rehabilitación se incluyeron CIPP, entre otras. De igual forma
se consideraron 5 tipos diferentes de suelo, si el terreno estaba húmedo o no, 5 tipos de superficie ya
sea asfalto o pasto por ejemplo, 4 rangos de diámetros de tuberías diferentes, 10 longitudes de tuberías
distintas entre los 10 m y los 100 m, y 5 profundidades de instalación, renovación o rehabilitación
diferentes desde 1 m hasta 3 m como se puede ver en la

Tabla 12

. De igual forma, teniendo en cuenta

los 4 rangos de diámetros de tuberías elegidos se especificó para cada rango que método se consideró
siendo por ejemplo el 4 rango el de menor aplicación de métodos ya que solo se consideró el método
tradicional y la técnica de pipe jacking:

Tabla 11.Aplicación métodos de instalación, renovación y rehabilitación de acuerdo con el dimetro de las tuberias

Tomada de :Lu, H., Matthews, J., & Iseley, T. (2020). How does trenchless technology make pipeline construction

greener?A comprehensive carbon footprint and energy consumption analysis. Journal of Cleaner Production.

Tabla 12.Variables consideradas relacionadas con las tuberías consideras en el estudio

Tomada de :Lu, H., Matthews, J., & Iseley, T. (2020). How does trenchless technology make pipeline construction

greener?A comprehensive carbon footprint and energy consumption analysis. Journal of Cleaner Production.

Igualmente, en el estudio se realizaron varios supuestos como que la tubería se va a instalar, renovar
o rehabilitar en una ciudad, que la profundidad al inicio y final de la tubería es igual, que se tienen 3

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conexiones laterales y 2 pozos de inspección, que el material excavado no es reutilizado, que la
capacidad de la volqueta para el transporte de los escombros es de 7,5

𝑚

, que el sitio de disposición

de los escombros está localizado a 10 km de la obra así como el ancho mínimo y máximo de la zanja
en el caso del método tradicional como se observa a continuación:

Tabla 13.Supuestos realizados en el estudio

Tomada de :Lu, H., Matthews, J., & Iseley, T. (2020). How does trenchless technology make pipeline construction

greener?A comprehensive carbon footprint and energy consumption analysis. Journal of Cleaner Production.

De acuerdo con Lu, Mathhews & Iseley (2020) la huella de carbono debe ser calculada indirectamente
mediante el cálculo del consumo de energía. Los autores, proponen calcular la huella de carbono de
la etapa de instalación de tuberías tenido en cuenta el consumo de energía de:

1. Fabricación de las tuberías: El mayor consumo energético proviene de la fabricación de las

tuberías.

2. Transporte de las tuberías: El mayor consumo energético proviene del combustible

consumido por los vehículos que transportan las tuberías.

3. Instalación de las tuberías: El mayor consumo energético provine de la operación de la

maquinaria y equipos.

De manera que el consumo total de energía para la etapa de instalación se puede calcular de la
siguiente manera:

𝐸𝑁

𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

= 𝐸𝑁

𝐹𝑎𝑏𝑟𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛

+ 𝐸𝑁

𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒

+ 𝐸𝑁

𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛

En ese orden de ideas, no se consideró el consumo de energía en la etapa de fabricación de las tuberías
debido a que durante esta etapa las diferencias en el consumo energético son pequeñas de acuerdo
con los autores. Con respecto al consumo de energía por el transporte de las tuberías se consideraron
tres fuentes de consumo de energía:

1.  Transporte de las tuberías hasta la obra.
2.  Transporte del equipo y la maquinaria hasta la obra.
3.  El movimiento del equipo dentro de la obra y hasta el sitio especifico de la obra.

Para el cálculo del consumo energético de los procesos anteriores los autores hicieron uso de la
siguiente formula:

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𝐸𝑁

𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒

= 𝑞 ∗ 𝑑 ∗ 𝑒

𝑞 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒 = 2,423

𝑀𝐽

𝑡 ∗ 𝑘𝑚

Por otra parte, para la instalación de las tuberías como tal se debe tener en cuenta que el consumo
energético proviene de la operación de la maquinaria y equipos, el cual está relacionado por ejemplo
con el tiempo de operación o el tipo de motor. Para realizar este cálculo se hace uso de las siguientes
ecuaciones:

𝐸𝑁

𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛

= 𝑇 ∗ 𝑒

𝑒

= 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜

𝑒

= 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜𝑠

Finalmente, se puede calcular las emisiones de carbono de la siguiente manera utilizando un factor
de emisiones obtenido de la EPA:

𝐸 = ∑ 𝐸

𝑓

𝑔

𝑓=1

𝐶

𝑓

𝐸

𝑓

= 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜 𝐶

𝑓

= 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠

A continuación, se presentan los resultados de la investigación:

Figura 29.Consumo energético considerando el tipo de suelo y el diámetro de la tubería

Tomada de :Lu, H., Matthews, J., & Iseley, T. (2020). How does trenchless technology make pipeline construction

greener?A comprehensive carbon footprint and energy consumption analysis. Journal of Cleaner Production.

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De acuerdo con la Figura 29 se observa que el consumo energético y por ende la huella al variar el
diámetro y el tipo de suelo es mayor cuando se emplea la tecnología con zanja abierta que cuando se
usan métodos sin zanja. Además, para los métodos tradicional y pipe ramming a mayor diámetro de
tubería mayor es el consumo energético mientras que para los demás métodos como CIPP o pipe
bursting el consumo energético no varía para los 6 diámetros analizados. Igualmente, si se tienen
suelos blandos como arcilla o arenas la huella de carbono es menor que si se tienen suelos rocosos,
este comportamiento se observó para todos los métodos.

En ese orden de ideas como se encontró que el consumo energético es mayor cuando el suelo este
húmedo que cuando el suelo este seco para todos los métodos analizados excepto para CIPP como se
ve en la Figura 30. Asimismo, se encontró que el tipo de superficie no afecta el consumo energético
puesto que este es igual para las 6 condiciones de tipo de superficie por lo cual no afecta la huella de
carbono si en la superficie se tiene sea asfalto o pasto, por ejemplo.

Figura 30.Consumo energético considerando la condición del suelo y el tipo de superficie

Tomada de :Lu, H., Matthews, J., & Iseley, T. (2020). How does trenchless technology make pipeline construction

greener?A comprehensive carbon footprint and energy consumption analysis. Journal of Cleaner Production.

Por otra parte, el estudio encontró que en general a medida que aumenta la profundidad de instalación,
rehabilitación o renovación de la tubería aumenta el consumo energético y la huella de carbono así
como que a menores profundidades se tiene un menor consumo energético para los métodos
considerados exceptuando el CIPP cuyo consumo energético no varía tal como se observa en la Figura
31. De igual manera, los resultados muestran que en el caso de la tecnología con zanja abierta y otros
como el pipe ramming si se incrementa la longitud de la tubería se incrementa el consumo energético,
aunque para otros métodos como CIPP o pipe bursting el consumo energético no varía si se aumenta
o se reduce la longitud de la tubería a instalar, renovar o rehabilitar.

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Figura 31.Consumo energético considerando la longitud de la tubería y la profundidad de excavación

Tomada de :Lu, H., Matthews, J., & Iseley, T. (2020). How does trenchless technology make pipeline construction

greener?A comprehensive carbon footprint and energy consumption analysis. Journal of Cleaner Production.

A partir del estudio realizado se observa que todos los métodos considerados tienen un consumo
energético y una huella de carbono inferior que la tecnología sin zanja, logrando una reducción de
hasta el 98% en el caso del CIPP por ejemplo o hasta el 56% en el caso de HAB y HDD:

Tabla 14. Reducción en el consumo de carbono y el consumo energético de los métodos sin zanja comparados con el

método con zanja abierta

Tomada de :Lu, H., Matthews, J., & Iseley, T. (2020). How does trenchless technology make pipeline construction

greener?A comprehensive carbon footprint and energy consumption analysis. Journal of Cleaner Production.

Método

Reducción de la huella de carbono VS

método con zanja abierta

Horizontal Directional Drilling(HDD)

6%-56%

Horizontal auger boring(HAB)

26%-56%

Impact Mole(IM)

38%-68%

Pipe jacking

14%-86%

Pipe ramming

6%-62%

CIPP

73%-98%

Pipe Bursting

50%-82%

Sliplining(Deslizamiento)

55%-91%

Aplicación de tuberías sin presión (Compact

Pipe)

51%-81%

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3.1.2 HUELLA DE CARBONO A LO LARGO DEL CICLO DE VIDA DE LAS TUBERIAS

Generalmente  cuando  se  selecciona  algún  método  o  material  de  tubería  para  su  instalación,
renovación  o  rehabilitación  generalmente  el  costo  directo  es  el  único  factor  considerado  en  la
selección del método y material a utilizar en el proyecto, dejando de lado otros aspectos como los
costos sociales o los impactos ambientales los cuales dentro del concepto de construcción sostenible
cobran  gran  relevancia.  Algunos  estudios  han  evaluado  los  costos  sociales  pero  muy  poco  se  ha
evaluado la sostenibilidad de los materiales de las tuberías durante su etapa de fabricación, por lo cual
Alsadi,  Matthews,  &  Matthews  (2020)  analizaron  y  compararon  las  emisiones  de  carbono  (

)

durante la fase de fabricación de tuberías de 90 cm (36 in) de diámetro y una longitud de 30 m (100
ft) de tres tipos distintos: PVC, CIPP y PPCP(Concreto pretensado). En la investigación se presenta
un esquema del análisis de ciclo de vida de una tubería durante las etapas de fabricación, instalación,
operación y disposición, así como el consumo energético durante cada una de las fases. Dicho
esquema se presenta a continuación:

Figura 32.Analisis de ciclo de vida de las tuberías

Tomada de: Alsadi, A., Matthews, J., & Matthews, E. (2020). Environmental Impact Assessment of the Fabrication of

Pipe Rehabilitation Materials. Journal of Pipeline Systems.

De acuerdo con lo anterior, los autores para el caso de la tubería de concreto pretensado el consumo
energético durante la fase de fabricación se calculó sumando el consumo energético de cada uno de
los materiales de la tubería, el cual se obtiene de multiplicar la energía incorporada de cada material

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por el peso de este. Teniendo en cuenta que la tubería está hecha de concreto, revestimiento de
mortero, cilindro de acero y alambre pretensado el consumo energético es el siguiente:

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑃𝐶𝐶𝑃

= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜

∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜

+ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎

𝐶𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜

∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜

𝐶𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜

+ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎

𝑅𝑒𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜

∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜

𝑅𝑒𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜

+ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎

𝐴𝑙𝑎𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜

∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜

𝐴𝑙𝑎𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜

Por otra parte, con respecto a la tubería de PVC se debe tener en cuenta que se obtiene a partir del
etileno proveniente del petróleo bruto y del cloro que se obtiene de la sal, en la Figura 33 se muestra
el proceso de producción de esta.

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑃𝑉𝐶

= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎

𝑃𝑉𝐶

∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜

𝑃𝑉𝐶

Figura 33.Proceso de producción del PVC

Tomada de: Alsadi, A., Matthews, J., & Matthews, E. (2020). Environmental Impact Assessment of the Fabrication of

Pipe Rehabilitation Materials. Journal of Pipeline Systems.

En ese orden de ideas, los autores para el caso de la tubería rehabilitada con el método CIPP el
consumo energético durante la fase de fabricación se calculó sumando el consumo energético de cada
uno de los materiales utilizados tal como se hizo con las tuberías de concreto pretensado y PVC. En
el caso del CIPP, los materiales utilizados como se muestra son resina, fieltro, fibra de vidrio y
revestimiento de manera que se tiene la siguiente ecuación:

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑃𝐶𝐶𝑃

= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎

𝐹𝑖𝑒𝑙𝑡𝑟𝑜

∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜

𝐹𝑖𝑒𝑙𝑡𝑟𝑜

+ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎

∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎

+ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎

𝑅𝑒𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜

𝑅𝑒𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

+ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎

𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜

∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜

𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜

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Figura 34.Sección transversal CIPP

Tomada de: Alsadi, A., Matthews, J., & Matthews, E. (2020). Environmental Impact Assessment of the Fabrication of

Pipe Rehabilitation Materials. Journal of Pipeline Systems.

Finalmente los resultados del estudio arrojaron que la tubería de PCCP tiene el menor consumo de
energía y por ende las menores emisiones de

durante la etapa de fabricación, dos veces menos

que la tubería de PVC y tres veces menos que la tubería rehabilitada con el método CIPP. Esto se
debe a las materias primas de cada una de las tuberías, las cuales tienen gastos energéticos distintos.
Por ejemplo, el concreto tiene una energía incorporada de 0.12 kWh/lb, la cual es inferior que la de
la resina epóxica cuya energía incorporada es de 17.26 kWh/lb o que la del PVC que tiene una energía
incorporada de 8.505 kWh/lb (Alsadi et al., 2020).

Figura 35.Emisiones de CO2 durante la etapa de fabricación

Tomada de: Alsadi, A., Matthews, J., & Matthews, E. (2020). Environmental Impact Assessment of the Fabrication of

Pipe Rehabilitation Materials. Journal of Pipeline Systems.

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Igualmente, Alsadi & Matthews (2020) evaluaron el impacto ambiental en términos del gasto
energético y las emisiones de dióxido de carbono generados durante la fase de instalación, operación
y disposición final de las tuberías completando el análisis de ciclo de vida iniciado en la investigación
anterior en la cual se estudió la huella de carbono durante la etapa de fabricación de las tuberías. Para
ello, se utilizaron tres métodos distintos: La calculadora E-calc, la base de datos ICE y las emisiones
de dióxido de carbono resultantes de los combustibles como gasolina y diésel. El estudio se realizó
considerando tuberías de 90 cm de diámetro y 30 m de largo, a su vez se contemplaron cuatro
materiales de tubería distintos (PCCP, PVC, HDPE, y CIPP) (Matthews & Alsadi,2020).

Durante la fase de instalación se debe considerar el consumo energtico debido al transporte de la
tubería y equipos, la instalación del material, así como el relleno y repavimentación. Para esta fase se
consideraron tres métodos de instalación diferentes (Zanja abierta, CIPP y pipe bursting) los cuales
se explicaron en el capitulo anterior. Se debe mencionar que, al considerar tres métodos de instalación
diferentes, la energía consumida varia de un método a otro y depende de factores como la cantidad
de equipos, el tiempo requerido para acabar el proyecto y la ubicación del proyecto. En ese orden de
ideas, para esta fase el primer paso es el transporte de la maquinaria y las tuberías al sitio de la obra.
Los autores para este paso realizaron suposiciones como que la distancia entre la obra y la bodega
donde se almacenan las tuberías y equipos es de 32 km, los materiales y maquinaria con transportando
en camiones de cama baja cuyo consumo de diésel es de 5.9 mi/gal así como que cada galón de este
combustible produce 22.2 lb/gal de emisiones de

El  siguiente  paso  de  esta  fase  es la  instalación  de  la tubería,  el  cual  requiere  más  energía  que  los
demás pasos y el consumo energético depende de diferentes aspectos del tipo de método elegido como
el tipo de tubería (Peso, tamaño y longitud), equipo (Edad, potencia, capacidad) y el sitio de obra
(Volumen  de  excavación,  tipo  de  suelo,  nivel  freático,  clima).  Para  este  paso  se  realizaron  varios
supuestos como las medidas de las zanjas y los pozos de entrada y salida para los métodos sin zanja.
En el caso del método tradicional la zanja es de 36.5 m de largo, 3 m de ancho y 3 m de profundidad
mientras que en el caso del pipe bursting el pozo de entrada y salida es de 3.6 m de largo, 3 m de
ancho y 3 m de profundidad. Por su parte, el pozo de entrada y salida del método de CIPP es de 2.4
m de largo, 2.4 m de ancho y 3 m de profundidad.

El último paso de esta fase es el relleno de la zanja con el mismo material excavado o con material
nuevo y su posterior repavimentación. En el estudio se asumió que se rellenara con material nuevo y
que está compuesto por 0.6 m de grava, 1.21 m de arena y 1.21 m de tierra. Con respecto a la
repavimentación se debe mencionar que su consumo energético depende factores como el tamaño de
la zanja, el tipo de pavimento (Concreto o asfalto) y el espesor de este.

La investigación encontró que para la fase de instalación de los tres métodos analizados el método
con zanja abierta tiene mayores emisiones de

que los otros métodos sin zanja considerados y la

técnica de CIPP a su vez tiene menores emisiones que el método de pipe bursting como se ve en la
Figura 36. En ese orden de ideas, utilizando el método CIPP se tienen solo el 10,9% de las emisiones
que se tienen con el método de zanja abierta y si se utiliza el método de pipe bursting esta cifra es del
18,4%. Además, se observa que de los tres pasos que componen esta fase la actividad de relleno

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contribuye con las mayores emisiones de

, seguida de la instalación y repavimentación siendo el

primer paso de transporte de maquinaria y materiales a la obra el que menos contribuye con
emisiones. Estos resultados obedecen a que el método CIPP requiere menor equipo para la instalación,
tienen una duración corta y requiere pozos de entrada y salida pequeños a diferencias de los otros
métodos como la zanja abierta que requiere más maquinaria, el proyecto dura más y requiere zanjas
de gran tamaño (Alsadi & Matthews,2020).

Igualmente,  Alsadi  (2019)  encontró  que  es  posible  optimizar  las  emisiones  durante  la  fase  de
instalación  si  para  los  rellenos  se  emplea  el  mismo  material  excavado  inicialmente,  evitando  la
producción y transporte hasta la obra de nuevo material de relleno, y se realiza la repavimentación
con  concreto  en  vez  de  asfalto  ya  que  este  último  genera  más  emisiones.  En  consecuencia,  si  se
reutiliza el material excavado para el relleno y se repavimenta se pueden reducir las emisiones en un
70% en el caso del método con zanja abierta, del 60% para pipe bursting y del 50% para la técnica
CIPP que si se rellenara con material nuevo y se repavimente con asfalto como se aprecia en la Figura
37.

Figura 36.Emsiones de CO2 durante la fase de instalación

Tomada de: Alsadi, A., & Matthews, J. (2020). Evaluation of Carbon Footprint of Pipeline Materials during installation,

Operation, and Disposal Phases. Journal of Pipeline Systems.

Para la fase de operación se asumió una vida útil de 100 años a pesar de que las tuberías rehabilitadas
con CIPP tienen una vida útil de 50 años a diferencia de las tuberías de PCCP, PVC y HDPE. La fase
de operación se dividió en dos categorías para cuantificar el consumo energético, la primera es el
bombeo del agua a presión específica y la segunda la limpieza de la tubería.  Con respecto a la primera
categoría  el  consumo  de  energía  depende  de  variables  como  el  área  de  la  sección  transversal,  el
coeficiente de fricción o la eficiencia de la bomba. Por otra parte, la segunda categoría puede mejorar
la capacidad y el rendimiento hidráulico de la tubería. En el caso del estudio se consideró el método
de Pigging, el cual remueve sólidos y se asumió que se realizaría cada 10 años.

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Figura 37.Optimización emisiones durante la fase de instalación

Tomada de: Alsadi, A. (2019). EVALUATION OF CARBON FOOTPRINT DURING THE LIFE-CYCLE OF FOUR

DIFFERENT PIPE MATERIALS. Doctoral Dissertation. LOUISIANA TECH UNIVERSITY.

Así pues, el estudio encontró que la tubería de PCCP durante la fase de operación es la que más
emisiones genera seguida de las tuberías rehabilitadas con CIPP, las tuberías de HDPE y por ultimo
las tuberías de PVC. Además, las emisiones en su gran mayoría se deben al consumo energético por
el bombeo mientras las emisiones por la limpieza de la tubería son inferiores destacándose que en
esta última categoría la tubería de PVC generan las mayores emisiones mientras la tubería de PCCP
las menores debido a que en el caso de las tuberías de PVC el diámetro interior es mayor por lo cual
se requiere más cantidad de agua para limpiar la tubería que por ejemplo en el caso de la tubería de
PCCP cuyo diámetro interno es menor.

Figura 38.Emsiones de CO2 durante la fase de operación

Tomada de: Alsadi, A. (2019). EVALUATION OF CARBON FOOTPRINT DURING THE LIFE-CYCLE OF FOUR

DIFFERENT PIPE MATERIALS. Doctoral Dissertation. LOUISIANA TECH UNIVERSITY.

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La última fase corresponde a la fase de disposición en la cual la tubería es desechada, reciclada o
abandonada. En el estudio para cada una de las tuberías consideradas se determinó de los materiales
que componen cada una de las tuberías que porcentaje seria reciclado y cual sería desechado junto
con el consumo energético requerido por el reciclaje y disposición de estos como se observa en la
Tabla 15. De acuerdo con lo anterior, para el caso de la tubería rehabilitada con CIPP ningún material
se reutilizaría, en el caso del PVC y HDPE se consideró reciclar el 50% mientras que para la tubería
de concreto pretensado por ejemplo se consideró un 20% de reciclaje de concreto y 80% del cilindro
de acero.

Tabla 15.Porcentajes de reciclaje y disposición de los materiales de las tuberías así como el consumo de energía

requerido

Tomada de: Alsadi, A., & Matthews, J. (2020). Evaluation of Carbon Footprint of Pipeline Materials during installation,

Operation, and Disposal Phases. Journal of Pipeline Systems.

El estudio encontró que si se reciclan materiales el consumo energético de reciclar materiales de la
tubería de HDPE es mayor que el de reciclar materiales de la tubería de PVC y PCCP. Con respecto
a la tubería de CIPP esta es la que más emisiones genera durante la fase de disposición mientras la de
PCCP es que menos emisiones genera como se observa en siguiente gráfica:

Figura 39.Emsiones de CO2 durante la fase de disposición y reciclaje de materiales

Tomada de: Alsadi, A. (2019). EVALUATION OF CARBON FOOTPRINT DURING THE LIFE-CYCLE OF FOUR

DIFFERENT PIPE MATERIALS. Doctoral Dissertation. LOUISIANA TECH UNIVERSITY.

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Teniendo en cuenta el reciclaje de materiales, de acuerdo con Alsadi (2019) es posible optimizar las
emisiones durante la fase de fabricación. Por ello, el uso de materiales reciclados para la fabricación
de las tuberías permite reducir las emisiones de

y los impactos ambientales. En el caso de las

tuberías de concreto pretensado las emisiones se pueden reducir en hasta un 75% gracias al reciclaje
del acero y al uso de concretos con geo polímeros mientras que en las tuberías de PVC se pueden
reducir en hasta un 41% y en el caso de las tuberías de HDPE en hasta un 47% gracias al uso de
materiales reciclados. Por otra parte, con respecto a las tuberías rehabilitadas con CIPP se puede
lograr una reducción de las emisiones en hasta un 10% gracias al uso de resina de viniléster en vez
de resina epóxica como se ve en la Figura 40 .

Figura 40.Optimización emisiones durante la fase de fabricación

Tomada de: Alsadi, A. (2019). EVALUATION OF CARBON FOOTPRINT DURING THE LIFE-CYCLE OF FOUR

DIFFERENT PIPE MATERIALS. Doctoral Dissertation. LOUISIANA TECH UNIVERSITY.

Finalmente, en la Figura 41 se muestran las emisiones de carbono generadas para cada uno de los 4
materiales de tubería analizados en las fases de fabricación, instalación operación y disposición. De
acuerdo con los resultados, se observa que el análisis de ciclo de vida muestra que la tubería de PVC
es la que menos emisiones genera durante su ciclo de vida, seguida de la tubería de HDPE y PCCP.
Por su parte, la tubería rehabilitada con CIPP tiene las mayores emisiones durante todo su ciclo de
vida. No obstante, este estudio posee ciertas limitaciones, ya que se encuentra enfocado únicamente
en el impacto ambiental, por lo que los autores recomiendan llevar a cabo análisis de los tres factores
(costo directo, impacto social e impacto ambiental) en conjunto con el fin de obtener resultados
completos que permitan tomar las mejores decisiones acerca de la elección de los materiales y los
métodos de instalación más apropiados (Alsadi & Matthews, 2020).

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Figura 41.Comparación emisiones de carbono durante el ciclo de vida de las tuberías

Tomada de: Alsadi, A., & Matthews, J. (2020). Evaluation of Carbon Footprint of Pipeline Materials during installation,

Operation, and Disposal Phases. Journal of Pipeline Systems.

Igualmente  se  han  realizado  otros  estudios  como  el  de  Kyung  et  al.  (2017)  quienes  analizaron  el
consumo  energético  durante  ciclo  de  vida  del  sistema  de  alcantarillado  durante  las  etapas  de
fabricación,  transporte,  construcción,  operación,  mantenimiento  y  disposición  del  sistema  de
alcantarillado combinado de la ciudad metropolitana de Daejeon en Corea del Sur. La longitud del
sistema de alcantarillado es de 1.940 km y está compuesto principalmente por tuberías de concreto
(87.3%), PE (11.2%), PVC (0.5%), hierro fundido (0.8%). Estas tuberías tienen diámetros de 150,
300,  450,  700  y  900  mm.  Para  el  análisis  de  ciclo  de  vida  los  límites  del  sistema  de  tuberías
consideraron 5 etapas: (1) Producción(MP), (2) Transporte de los materiales (MT), (3) Construcción
(CO), (4) Operación (OP), (5) Mantenimiento (MI) y disposición final (EL). Para el primer limite
(emisiones directas e indirectas) se consideraron las emisiones de CH4 generadas por la reacción de
las  biopelículas  y  el  consumo  de  energía  eléctrica  mientras  que  para  la  energía  incorporada  se
consideró la energía requerida para la fabricación de los materiales (Kyung et al.,2017).

De acuerdo con la Figura 42 se observa que la etapa de operación es la que mayores emisiones genera
en el sistema de alcantarillado de la ciudad  metropolitana de Daejeon, representando el 64.9% del
total  de  emisiones.  De  las  emisiones  de  la  operación  se  encontró  que  el  95.6%  se  deben  a  las
reacciones bioquímicas mientras que el restante corresponde al consumo energético de las estaciones
de  bombeo.  Asimismo,  la  etapa  de  fabricación  es  la  segunda  que  más  emisiones  genera,
contribuyendo con el 16.1% de las emisiones totales, siendo las emisiones del concreto las mayores
de todos los materiales debido a que casi el 90% de la red está hecha de este material por lo cual los
demás materiales contribuyen en menor medida a las emisiones de

. Además, se encontró que las

emisiones dependen del diámetro y radio de instalación. Las emisiones de las etapas de construcción
(7.7%) y disposición (7.1%) son las siguientes que más contribuyen con emisiones, a pesar en la etapa

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de construcción no se consideraron métodos sin zanja por lo cual su uso puede reducir las emisiones
durante esta etapa (Kyung et al.,2017).

Figura 42.Emisiones de carbono durante el ciclo de vida de las tuberías, su etapa de operación y la etapa de fabricación

Tomada de: Kyung, D., Kim, D., Yi, S., Choi, W., & Lee, W. (2017). Estimation of greenhouse gas emissions from sewer

pipeline system. The International Journal of Life Cycle Assessment.

Adicionalmente, se cuenta con el estudio realizado por Vladimirov & Hölterhoff (2012) quienes
seleccionaron el proyecto consistente en la construcción de la planta de tratamiento Czajka localizada
a orillas del rio Vístula en la ciudad de Warsaw, Polonia. El proyecto se divide en 3 partes: Czajka I
(Orilla derecha del rio), Czajka II (Orilla izquierda del rio) y Czakja III (Debajo del rio) como se
observa en la Figura 43 . Para el estudio se enfocaron en la primera parte, comparando un escenario
sin zanja y con zanja, la cual tiene una longitud aproximada de 5.7 kilómetros de tuberías de 3000
mm instalados con pipe jacking (Vladimirov & Hölterhoff, 2012).

Figura 43.Localización del projecto Czajka

Tomado de: Vladimirov, V., & Hölterhoff, J. (2012). Comparison of CO2 emissions from trenchless and open-cut

installation methods. Installation of OD 3000 mm diameter pipes for. German Society of Trenchless Technology.

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Con respecto al modelo de cálculo se consideraron cuatro niveles: Producción, transporte antes de la
construcción, construcción (Preparación de la instalación, instalación en sí y los trabajos posteriores
luego de la instalación) y tráfico como se observa en la Figura 44. De igual forma, se usó el software
Umberto for Carbon Footprint (v1.0). la cual permite hacer análisis de huella de carbono y ciclo de
vida, el cual se basa en el principio de entradas-salidas de flujos. Con respecto a los factores de
emisión estos se tomaron de la base de datos Ecoinvent Database2 (Version 2.2) (Vladimirov &
Hölterhoff, 2012).

Figura 44.Modelo de cálculo proyecto Czajka

Tomado de: Vladimirov, V., & Hölterhoff, J. (2012). Comparison of CO2 emissions from trenchless and open-cut

installation methods. Installation of OD 3000 mm diameter pipes for. German Society of Trenchless Technology.

Con respecto al tráfico, se obtuvieron sus volúmenes mediante conteo del tráfico, el cual se midió en
los 2.54 km de la avenida Modlinska afectada por la obra en junio de 2010 durante la construcción y
en febrero de 2011 luego de finalizadas las obras. En el estudio se asumió que el tráfico promedio
diario anual en horas pico era el 11% del tráfico promedio diario anual, que los vehículos son
solamente operados, no necesariamente ocupados, así como máximo unos carriles de los 5 carriles de
la avenida serian bloqueados (Vladimirov & Hölterhoff, 2012).

De acuerdo con la Figura 45 se observa que en el escenario con zanja tiene emisiones de carbono 3,82
veces superiores a las del escenario sin zanja por lo cual al emplear tecnología sin zanja en vez de la
tecnología con zanja abierta se evita la emisión de 376.734.646,01 kg CO2 al ambiente (Vladimirov
& Hölterhoff, 2012).Adicionalmente, durante la fase de producción se encontró que la producción de
las tuberías para el escenario con tecnología sin zanja tiene emisiones de carbono 76% superiores a
las de las tuberías del escenario de instalación con zanja abierta, esto puede deberse a que las tuberías
empeladas en las técnicas sin zanja deben ser más fuertes y resistentes. Por otra parte, durante la etapa
de transporte previo a la instalación se encontró que el escenario sin zanja tiene emisiones de carbono
32,36% superiores a las del escenario con zanja abierta. Igualmente, durante la fase de construcción
se aprecia que en el escenario sin zanja se generan 4,14 veces menos emisiones de carbono que en el
escenario con zanja abierta. Además, en el escenario sin zanja se genera un aumento de 8,72% en las
emisiones de carbono debido al tráfico con respecto al escenario con condiciones de tráfico normales
sin obras, mientras que en el escenario con zanja abierta las emisiones de carbono debido al tráfico
serian 280,52% superiores respecto al escenario con condiciones de tráfico normales sin obras
(Vladimirov & Hölterhoff, 2012).

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Figura 45.Total de emisiones de CO2 con zanja y sin zanja

Tomado de: Vladimirov, V., & Hölterhoff, J. (2012). Comparison of CO2 emissions from trenchless and open-cut

installation methods. Installation of OD 3000 mm diameter pipes for. German Society of Trenchless Technology.

Figura 46.Total de emisiones de CO2 por categorías

Tomado de: Vladimirov, V., & Hölterhoff, J. (2012). Comparison of CO2 emissions from trenchless and open-cut

installation methods. Installation of OD 3000 mm diameter pipes for. German Society of Trenchless Technology.

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3.2 IMPLEMENTACIÓN TECNOLOGIAS SIN ZANJA

Alrededor del mundo se han llevado a cabo varios proyectos en los cuales se han empleado las
tecnologías sin zanja. Un ejemplo de dichos proyectos fue el de la ciudad de Enid, Oklahoma la cual
tiene una población de más de 50,000 personas. El Proyecto consistió en el traslado y relocalización
de una tubería de alcantarillado existente de 152.5 mm (6 in) instalada entre 1960 y 1970 por tuberías
de 203 mm (8 in) y 305 mm (12 in) de PVC. A su vez se instalaron 580 pies lineales utilizando la
tecnología HDD y 576 pies lineales utilizando el método con zanja abierta. A continuación, se
presentan los diámetros y longitudes de las tuberías instaladas:

Tabla 16.Diametros y longitudes de tubería instalada con método con y sin zanja

Tomada de: Ghosh, S., Kim, J., Piratla, K., & Koo, D. (2020). Evaluating Benefits of Horizontal Directional Drilling

Compared to Open-Cut: Case Study in the City of Enid, OK. Journal of Pipeline Systems.

En el estudio se recolecto información en campo durante 7 días empleando sensores y observadores
humanos de la siguiente manera:



Para el caso de los datos de productividad se empleó un cronógrafo para contabilizar el

tiempo requerido desde la excavación hasta la instalación final de la tubería de PVC y luego
se normalizo la productividad a pies lineales por minuto.



Para el caso de las emisiones en el aire se emplearon detectores multigas para recolectar y

mediar las mediciones de monóxido de carbono (CO), oxigeno (O2) y ácido sulfhídrico
(H2S) en los sitios de obra considerando tanto la maquinaria como el ambiente de trabajo.



Para comparar las interrupciones en el tráfico se recolecto información de campo de la

velocidad promedio de los vehículos y el flujo de trabajo en intersecciones cercanas a la calle
intervenida.



Debido a que se tomaron datos en un periodo corto de tiempo, la tasa de accidentes

registrados (RIR) no era significativa por lo cual la seguridad del proyecto fue mediad de
acuerdo con el número de trabajadores involucrados.

Los resultados encontrados con base en este cao de estudio es que la productividad con el método
HDD es de 0.82 pies lineales/metro para la instalación de 220 pies lineales y de 0.99 pies
lineales/metro para la instalación de 300 pies lineales arrojando una productividad promedio de 0.92
pies lineales/metro. Por su parte para el método con zanja abierta se obtuvo una productividad de 0.52
pies lineales/metro para la instalación de 136 pies lineales lo cual se traduce en una productividad
40% inferior que la obtenida con el método HDD. Además, el método HDD emite 2% menos de O2,
250% más de CO que el método con zanja. Además, no se detectaron mediciones de H

S. De igual

manera, con el método HDD se requieren 7 trabajadores mientras que con el método tradicional se
necesitan 13 trabajadores lo cual implica que este último método está más expuesto a riesgos.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

Finalmente, no se evidenciaron cambios significativos en el flujo de tráfico y la velocidad promedio
de los vehículos (Ghosh et al.,2020).

Otro caso de estudio encontrado de la revisión bibliográfica realizada es el reemplazo de una tubería
de 200 mm de arcilla de aguas residuales por una tubería de 250 mm de HDPE en la ciudad de Los
Lunas en Nuevo México. Se consideró una profundidad de instalación de 2.1 metros y una longitud
de la tubería de 106 metros. Para la instalación de la tubería se consideraron 2 opciones: Pipe Bursting
y el método tradicional. De acuerdo con los resultados obtenidos en el estudio se encontró que las
tecnologías sin zanja permiten una reducción promedio del 80% de las emisiones de gases efecto
invernadero, por ejemplo, la reducción de emisiones de hidrocarburos es del 75%, del material
particulado la disminución es del 85% o en el caso de los óxidos de azufre es del 80%. Por ello, como
se ha mencionado anteriormente los métodos sin zanja tienen un efecto positivo en el medio ambiente
ya que logran reducir las emisiones de gases efecto invernadero, y a su vez el calentamiento global a
comparación del método tradicional que genera muchas más emisiones (Ariaratnam & Sihabuddin,
2009).

Figura 47.Emsiones pipe bursting vs método sin zanja

Tomada de: Ariaratnam, S., & Sihabuddin, S. (2009). COMPARISON OF EMITTED EMISSIONS BETWEEN

TRENCHLESS PIPE REPLACEMENT AND OPEN CUT UTILITY CONSTRUCTION. Journal of Green

Building.

En ese orden de ideas, Sterling et al. (2016) realizaron un estudio el cual se enfocó en tuberías
rehabilitadas con el método CIPP para lo cual se tomó una muestra de 19 tuberías en los Estados
Unidos, con edades entre los 17 y los 34 años, así como se incluyeron dos tuberías de 5 y 9 años. Se

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realizaron  pruebas  de  los  revestimientos  de  las  tuberías  verificando  parámetros  como  el  espesor,
espacio  anular,  ovalidad,  gravedad  específica,  porosidad,  resistencia  a  flexión,  resistencia  a  la
tracción,  etc.  Estos  ensayos  arrojaron  que  la  gravedad  especifica  promedio  fue  de  1.16  con  una
deviación estándar de 0.07. De igual forma, la inspección visual arrojo que las tuberías se encuentran
en buen estado. Asimismo, con respecto a las propiedades de flexión se encontró que la resistencia a
la flexión cumple con el valor requerido por la ASTM de 4,500 psi (31.03 MPa) el cual es inferior al
promedio de 6,594 psi (45.46 MPa) como se ve en la  Tabla 17.

Igualmente, otro caso de estudio documentado es el de ciudad de Bowling Green en el condado de
Wood, Ohio. En este proyecto la tubería de alcantarillado instalado tiene una longitud de 5.100 pies,
un diámetro de 8 pulgadas y se instalaron a 10 pies de la superficie. Para acometer el proyecto se
consideraron dos métodos: Zanja abierta y pipe-bursting. Para el primer caso se consideró la
instalación de una nueva tubería paralela de PVC y para el segundo se consideró el reemplazo de la
tubería vieja por una tubería de HDPE. Además, se consideró que las diferencias de materiales en las
tuberías no tenían influencia en las emisiones de CO

así como que todo el material excavado se

usaría para relleno (Joshi, 2012).En la Figura 48 se observa la localización del proyecto.

Tabla 17.Parametros medidos y calculados para las tuberías rehabilitadas con el método CIPP

Tomada de: Sterling, R., Alam, S., Allouche, E., Condit, W., Matthews, J., & Downey, D. (2016). Studying the life-cycle

performance of gravity sewer rehabilitation Studying the life-cycle performance of gravity sewer rehabilitation.

Procedia Engineering.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

Figura 48.Caso de estudio ciudad de Bowling Green en el condado de Wood, Ohio

Tomada de: Joshi, A. (2012). A Carbon Dioxide comparison of open-cut and pipe bursting. Master of Technology

Management Plan II. Bowling Green State University.

El estudio encontró que con el método sin zanja se obtiene una reducción del 68% del incremento del
consumo de combustible debido a la reducción de la velocidad promedio provocada por la
interrupción de tráfico lo cual se puede explicar por la menor duración de los trabajos y las menores
interrupciones del tráfico. Paralelamente, con el método sin zanja se obtuvo una reducción del 73.4%
del consumo de combustible de la maquinaria de construcción. Esto es consecuencia de la menor
duración de los trabajos, la menor excavación requerida y la menor reposición de asfalto que debe
realizarse (Joshi, 2012).

En ese orden de ideas, se obtuvo que al utilizar la tecnología sin zanja (Pipe bursting) se pueden
reducir en un 72.6% en las emisiones de

comparado con el método tradicional. Además, para el

método con zanja abierta las emisiones de

debido al consumo de combustible de la maquinaria

de construcción representa el 83% del total mientras que para el método de Pipe-Bursting representan
el 79.6% (Joshi, 2012).

Figura 49.Comparación emisiones de CO2 método sin zanja vs pipe bursting

Tomada de: Joshi, A. (2012). A Carbon Dioxide comparison of open-cut and pipe bursting. Master of Technology

Management Plan II. Bowling Green State University.

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En Latinoamérica se encontró el estudio llevado a cabo por Perdomo (2021) quien comparo la huella
de carbono producida por la construcción realizada para la instalación de tuberías a zanja abierta
versus la tecnología sin zanja por el método de perforación con tornillo sinfín guiado y tubo piloto
(Guided Auger Boring – Pilot Tube) (GAB-PT) mediante modelos de simulación mediante software
de elementos discretos para cada tecnología. Así pues, se tomó un proyecto de la Empresa de
Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB-ESP), cuyo objeto fue la instalación de tubería de 750
mm (30”) mediante la instalación de 215 m con zanja abierta y 1050 m con GAB-PT. Dicho proyecto
consistió en la construcción del By pass de la estación de bombeo para la localidad de Bosa, con una
longitud total de 1703 m de instalación de tubería en concreto reforzado a 6 m de profundidad y un
diámetro de 750 mm (30”). A la fecha de entrega de la información para el trabajo se habían realizado
215 m con zanja abierta y una duración de 3 meses mientras que con la tecnología sin zanja se habían
realizado 1050 m con una duración de 30 meses (Perdomo Avendaño, 2021).

Figura 50.Localización proyecto instalación By Pass de la estación de bombeo

Tomado de:Perdomo Avendaño, L. M. (2021). Análisis comparativo por medio de un modelo de simulación de elementos

discretos para la estimación de la huella de carbono, en instalaciones de tuberías para los métodos Guided

Auger. Trabajo de grado para optar al título de: Magister en Ingeniería Civil . Pontificia Universidad

Javeriana , Bogotá, Colombia.

En ese orden de ideas, de acuerdo con la estratigrafía encontrada, a partir de los 4,50 m. aflora el nivel
freático y a partir de los 5,00 m. se encuentran depósitos de arenas finas, medias y gruesas formando
capas llamadas “Quicksands”: material fácilmente removible con baja capacidad hidráulica. Esto
género que problemas como que el nivel freático con las arenas desestabilizó y desplomó los pozos,
presentándose el fenómeno de subducción. Al realizar el bombeo del agua para abatir el nivel freático,
arrastró las arenas generando socavaciones y poniendo en peligro la estabilidad de las construcciones
vecinas, igualmente las arenas taponaron el tornillo sinfín impidiendo su movimiento, incrementando
la necesidad de construir pozos de rescate, para recuperar la barrena (Perdomo Avendaño, 2021).

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Adicionalmente, Perdomo (2021) optó por el método desarrollado por la USEPA y no se contempló
la generación de GEI por las desviaciones al tráfico durante operaciones con zanja abierta. Para
realizar dicho análisis se empleó el software de Simphony el cual es un software libre y para la
presente investigación su uso fue autorizado por la Universidad de Alberta. A partir de lo anterior se
hizo un modelo de elementos discretos del proceso constructivo en dicho programa. Luego de esto se
alimentaron las actividades con sus correspondientes distribuciones estadísticas y en los casos que no
se tenía suficiente información para determinar la distribución se anotó el tiempo de ejecución. De
igual manera se calibraron los contaminantes, Simphony ejecuta los cálculos con base en tiempos de
ejecución y distribuciones estadísticas, se inició dando a cada contaminante el valor de 1.0, al conocer
los valores resultados de la corrida del modelo, se calibraron con base en los resultados obtenidos
manualmente (Perdomo Avendaño, 2021).

Figura 51.Modelo en Simphony del proyecto

Tomado de:Perdomo Avendaño, L. M. (2021). Análisis comparativo por medio de un modelo de simulación de elementos

discretos para la estimación de la huella de carbono, en instalaciones de tuberías para los métodos Guided

Auger. Trabajo de grado para optar al título de: Magister en Ingeniería Civil . Pontificia Universidad

Javeriana , Bogotá, Colombia.

En ese orden de ideas, se encontró con el trabajo que la diferencia de emisiones de gases
contaminantes y de emisiones de dióxido de carbono equivalente estimados por metro de instalación
presentan un caso atípico; la investigación demostró que la instalación a zanja abierta generó menos
contaminantes que la tecnología por el método GAB-PT, debido principalmente a la mayor duración
en tiempos de instalación, a la necesidad de construir pozos de rescate para el equipo y a la gran

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cantidad de inyecciones de mortero que fue necesario realizar como se observa en la Figura 52 . Sin
embargo, los resultados obtenidos por metro para 30 meses de construcción por el método GAB-PT
comparados con los tres meses en la instalación a zanja abierta, permiten establecer que las
tecnologías sin zanja son más amigables con el medio ambiente (Perdomo Avendaño, 2021).

Figura 52.Comparación emisiones dióxido de carbono equivalente

Tomado de:Perdomo Avendaño, L. M. (2021). Análisis comparativo por medio de un modelo de simulación de elementos

discretos para la estimación de la huella de carbono, en instalaciones de tuberías para los métodos Guided

Auger. Trabajo de grado para optar al título de: Magister en Ingeniería Civil . Pontificia Universidad

Javeriana , Bogotá, Colombia.

3.3 NUEVOS MATERIALES DE TUBERIAS

La  selección  de  materiales  de  ingeniería  para  infraestructura  hoy  en  día  requiere  consideraciones
ambientales junto con otros aspectos como lo son la resistencia, eficiencia y costo. Es por ello, que
las tuberías compuestas de bobinado de bambú (BWCP) se muestran como una opción ideal para el
reemplazo de tuberías de acero y PVC de los sistemas de alcantarillado debido a que es la primera
tubería  moderna  desarrollada  para  incorporar  biomateriales renovables.  Estas  fueron  desarrolladas
desde el año  2007  por la empresa  Zhejiang  Xinzhou Bamboo-based  Composites  Technology  Co.,
Ltd. y satisfacen la necesidad de contar con tuberías de alto rendimiento a un costo competitivo, con
bajas emisiones de

y, adecuada resistencia sísmica y con capacidad de aislamiento térmico (Chen

et al., 2021).

Con el fin de estudiar varias características de estas tuberías como por ejemplo las emisiones de
producidas durante su fabricación se llevó a cabo un estudio en el cual se fabricaron 3 diámetros de
tubería diferentes (300,600 y 1.000 mm) con un espesor de pared de 13,28 y 38 milímetros
respectivamente. Las tuberías tienen tres capas como se muestra: una capa interior de poliéster para
proteger la tubería del agua, la pared de bambú para soporte estructural y un revestimiento exterior
de protección para prevenir el contacto directo del suelo y la capa de bambú. Igualmente se asumió

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que el 30% del peso de la tubería corresponde al peso del bambú, al igual que 1 tonelada de tubería
contiene 30% w/w de bambú. Además se asumió que cada tonelada de bambú contiene un 8% de
agua y se realizó el cálculo de las emisiones de

para 4 años y 4 fábricas, cada una de las cuales

produce 5 kt por año (Chen et al., 2021).

Figura 53. Sección transversal tuberías compuestas de bobinado de bambú (BWCP)

Tomada de: Chen , M., Weng , Y., Semple, K., Zhang , S., Hu , Y., Jiang , X., . . . Dai , C. (2021). Sustainability and

innovation of bamboo winding composite pipe products. Renewable and Sustainable Energy Reviews.

El estudio encontró que la fabricación de tuberías compuestas de bobinado de bambú (BWCP)
requieren menos energía y tienen una huella de carbono menor que los demás materiales con los que
se comparó como PVC o acero. Se resalta que las tuberías de BWCP requieren casi 4 veces menos
energía por metro de tubería producido que las tuberías de acero, 3.4 veces menos que las tuberías
plásticas y casi la mitad de la energía requerida para fabricar una tubería de concreto como se muestra
en la siguiente tabla:

Tabla 18. Comparación consumo energético tubería BWCP comparada con otros materiales

Tomada de: Chen , M., Weng , Y., Semple, K., Zhang , S., Hu , Y., Jiang , X., . . . Dai , C. (2021). Sustainability and

innovation of bamboo winding composite pipe products. Renewable and Sustainable Energy Reviews.

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3.4 IMPACTOS SOCIALES

De acuerdo con Matthews et al. (2015) se consideran ocho categorías de costos sociales los cuales
son comunes a muchos proyectos de construcción de servicios públicos y pueden ser calculados
cuantitativamente de una manera razonable. En consecuencia, las ocho categorías consideradas son
las siguientes:

1. Retrasos en los tiempos de viaje: Como consecuencia del cierre total o parcial de vías para

los vehículos y andenes para los peatones.

2. Costos operativos de los vehículos: Las mayores distancias conllevan a mayores consumos

de combustible y por ende mayores costos operativos.

3. Disminución del valor de la superficie de la carretera: El uso del método con zanja abierta

reduce aproximadamente el 30% de la vida útil del pavimento.

4. Ingresos comerciales perdidos: Como consecuencia de las obras se reduce la accesibilidad a

los locales comerciales lo cual reduce el número de clientes y dificulta el abastecimiento de
los locales.

5. Pérdida de ingresos por estacionamiento.
6. Costos del control de residuos: Por un lado, se hace necesario limpiar la zona intervenida y

por otro se reduce la calidad de vida de las personas cerca de la obra.

7. Costos de la contaminación auditiva: El uso de maquinaria pesada conlleva a mayor ruido lo

cual puede afectar la salud de la gente alrededor de la obra. A su vez se puede afectar el valor
de los inmuebles, el incremento de 1 decibel puede reducir en un 0,4% el valor del inmueble.

8. Costos de seguridad: El método tradicional presenta un riesgo tanto para los trabajadores

como para los peatones, por ejemplo, en USA cada año en promedio mueren 60 trabajadores
en este tipo de obras, siendo 112% superior al promedio para el sector de la construcción.

Para el cálculo de estos costos sociales los autores consideraron dos casos de estudio. En el primer
caso de estudio se calcularon los costos sociales debido al reemplazo de una tubería de aguas lluvias
en Oakland, California en los Estados Unidos. Además, se consideró la construcción con zanja y sin
zanja para lo cual se contempló el método de excavación con micro tuneladora. También, se hicieron
suposiciones como que solo una calle de las tres calles por las que pasa el proyecto se ven afectadas,
así como una duración de 98 días y una longitud de 654 metros. En el segundo caso de estudio se
determinaron los costos sociales debido al mejoramiento del sistema de alcantarillado de Kessel-
Dorp, Bélgica. El sistema inicialmente era un sistema combinado el cual fue reemplazado por un
sistema separado utilizando el método de pipe jaking (Matthews et al.,2015). En la siguiente tabla se
muestra los valores mínimos y máximos por metro de tubería y por día utilizada para el cálculo de
los costos sociales:

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Tabla 19.valores mínimos y máximos por metro de tubería y por día para el cálculo de los costos sociales

Tomada de: Matthews, J., Allouche, E., & Sterling, R. (2015). Social cost impact assessment of pipeline infrastructure

projects. Environmental Impact Assessment Review.

En la Tabla 20 y Tabla 21 se muestran los resultados obtenidos. De acuerdo con estos resultados se
observa que si se emplean métodos sin zanja los costos sociales pueden representar entre el 1 y el 9%
de los costos totales de construcción, siendo del 6% en los casos de estudio mientras que si se usa el
método tradicional los costos sociales representan casi el 55% de los costos totales de construcción.
Además, en los casos de estudio analizados se encontró que los costos causados por los retrasos en
los tiempos de viaje representan el 18% del costo total de construcción y el 55% de los costos sociales.
De igual manera, de los costos sociales no relacionados con el tráfico se tiene que los ingresos
comerciales perdidos representan entre el 4% y el 6% de los costos de construcción para el caso II,
así como que los demás costos sociales representan en conjunto un 7,5% de los costos de construcción
totales (Matthews et al.,2015).

Tabla 20.Costos sociales caso de estudio 1

Tomada de: Matthews, J., Allouche, E., & Sterling, R. (2015). Social cost impact assessment of pipeline infrastructure

projects. Environmental Impact Assessment Review.

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Tabla 21.Costos sociales caso de estudio 2

Tomada de: Matthews, J., Allouche, E., & Sterling, R. (2015). Social cost impact assessment of pipeline infrastructure

projects. Environmental Impact Assessment Review.

Igualmente,  se  han  desarrollado  otros  estudios  que  también  han  calculado  los  costos  sociales  de
proyectos de instalación, renovación o rehabilitación de tuberías de alcantarillado como el llevado a
cabo por Kaushal & Najafi(2020) en la ciudad de Pasadena, California el cual se observa en la Figura
54. El proyecto estaba compuesto por 58 segmentos de tubería que miden 4,120 m en total, de las
cuales  el  51.5%  de  los  segmentos  serian  intervenidos  con  el  método  de  zanja  abierta,  es  decir  36
segmentos que miden 2,120 m. De igual forma, el 48.5% de los segmentos, es decir 22 segmentos,
los cuales miden 2,000 m se intervinieron con el método de CIPP. Con respecto a los diámetros, se
tiene que para el método con zanja abierta el 82% de las tuberías tienen un diámetro de 8 pulgadas,
el 11% son de diámetro de 10 pulgadas y el 7% de las tuberías tienen un diámetro de 12 pulgadas.
Por su parte, se tiene que para el método sin zanja CIPP el 70% de las tuberías tienen un diámetro de
8  pulgadas,  el  15%  son  de  diámetro  de  10  pulgadas  y  el  15%  restante  de  las  tuberías  tienen  un
diámetro de 12 pulgadas. Además, la profundidad de excavación fue entre 2.1 y 4.9 metros debajo de
la superficie.

Figura 54.Vista pozo a pozo del proyecto

Tomada de: Kaushal, V., & Najafi, M. (2020). Comparative Analysis of Environmental and Social Costs of Trenchless

Cured-in-Place Pipe Renewal Method with Open-Cut Pipeline Replacement for Sanitary Sewers. Journal of

Pipeline Systems.

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Para el estudio de los impactos ambientales se realizó de acuerdo con la normativa ISO 1404 y 14044
en cuatro etapas: La primera consiste en la definición del objetivo y alcance, la segunda en el análisis
de inventarios (Entradas y salidas del sistema), la tercera en la evaluación de impactos y la última en
la interpretación de los potenciales impactos. A su vez se empleó el programa Simapro 2017 que
permite hacer análisis de ciclo de vida y cuenta con la herramienta para la reducción y manejo de
químicos y otros impactos ambientales (TRACI 2.1) desarrollada por la USEPA que evalúa los
impactos de las siguientes categorías:

1.  Agotamiento de ozono(CFC-11)
2.  Calentamiento global(C02)
3.  Smog(O3)
4.  Acidificación (S02)
5.  Eutrofización (N)
6.  Cancerígenos (CTU)
7.  No cancerígenos (CTUh)
8.  Efectos respiratorios(PM)
9.  Eco toxicidad(CTUe)
10.  Agotamiento de combustibles fósiles(MJ)

Con respecto a los cotos sociales se calcularon de la misma manera que en el estudio de Matthews et
al. (2015).  De igual  forma  se  menciona  que dentro de  estudios  anteriores  realizados,  uno  de ellos
encontró  que  los  métodos  con  zanja  reducen  la  vida  del  pavimento  en  un  30%  e  incrementan  los
costos de mantenimiento y rehabilitación de $64/m2(690/ft2) a $110/m2(1,185/ft2). Asimismo, en el
estudio se menciona que si los costos sociales son reducidos optimizando el proceso de fabricación
de  las tuberías  así como  los  procesos de construcción  y  operación  de  modo  que  se  minimicen  los
desperdicios y se empleen materiales reciclados se aprecia una reducción tanto de los costos del dueño
del proyecto como de todo el ciclo de vida como se ve en la Figura 55 ( Kaushal,2019).

Figura 55.Curva de costos de la reducción de los costos sociales por medio de la optimización

Tomada de: KAUSHAL, V. (2019). COMPARISON OF ENVIRONMENTAL AND SOCIAL COSTS OF TRENCHLESS

CURED-IN-PLACE PIPE RENEWAL METHOD WITH OPEN-CUT PIPELINE REPLACEMENT FOR

SANITARY SEWERS. Doctoral dissertation. THE UNIVERSITY OF TEXAS AT ARLINGTON, 2019.

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No obstante, si los costos sociales son reducidos por medio de medidas como el uso de materiales de
tubería y maquinaria o el empleo de métodos de construcción amigables con el medio ambiente los
costos del dueño aumentan inclusive sin los costos del ciclo de vida permanecen constantes como se
ve en la Figura 56 (Kaushal,2019).

Figura 56.Curva de costos de la reducción de los costos sociales por medio de un premium

Tomada de: KAUSHAL, V. (2019). COMPARISON OF ENVIRONMENTAL AND SOCIAL COSTS OF TRENCHLESS

CURED-IN-PLACE PIPE RENEWAL METHOD WITH OPEN-CUT PIPELINE REPLACEMENT FOR

SANITARY SEWERS. Doctoral dissertation. THE UNIVERSITY OF TEXAS AT ARLINGTON, 2019.

En la Figura 57 se muestran el promedio de los resultados obtenido en el estudio de los 10 impactos
ambientales generados por el método con zanja abierta y CIPP para las tuberías de 8,10 y 12 pulgadas.
De acuerdo con esto, se puede ver que en promedio el método CIPP tiene menores impactos
ambientales que el método sin zanja para las 10 categorías analizadas, siendo los impactos menores
al 50% a los producidos por el método tradicional con zanja(Kaushal,2019).

De igual manera se encontró que los costos totales ambientales y sociales del método CIPP son 90%
inferiores que los del método tradicional con zanja abierta para pequeños diámetros de tuberías de
alcantarillado como se aprecia en las Figura 58 y Figura 59. Asimismo, se encontró una reducción
considerable de los costos sociales y ambientales empleando el método CIPP en lugar del método
tradicional con zanja abierta. En el caso de los costos ambientales la disminución es del 25% al utilizar
el método CIPP mientras que en el caso de los costos sociales la disminución es mucho mayor, del
95% inferiores utilizando una tecnología sin zanja (Kaushal,2019).

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Figura 57.Resultados de los impactos ambientales promedio del estudio

Tomada de: KAUSHAL, V. (2019). COMPARISON OF ENVIRONMENTAL AND SOCIAL COSTS OF TRENCHLESS

CURED-IN-PLACE PIPE RENEWAL METHOD WITH OPEN-CUT PIPELINE REPLACEMENT FOR

SANITARY SEWERS. Doctoral dissertation. THE UNIVERSITY OF TEXAS AT ARLINGTON, 2019.

Figura 58.Costos ambientales tecnología con zanja abierta vs. CIPP

Tomada de: KAUSHAL, V. (2019). COMPARISON OF ENVIRONMENTAL AND SOCIAL COSTS OF TRENCHLESS

CURED-IN-PLACE PIPE RENEWAL METHOD WITH OPEN-CUT PIPELINE REPLACEMENT FOR

SANITARY SEWERS. Doctoral dissertation. THE UNIVERSITY OF TEXAS AT ARLINGTON, 2019.

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Figura 59.Costos sociales tecnología con zanja abierta vs. CIPP

Tomada de: KAUSHAL, V. (2019). COMPARISON OF ENVIRONMENTAL AND SOCIAL COSTS OF TRENCHLESS

CURED-IN-PLACE PIPE RENEWAL METHOD WITH OPEN-CUT PIPELINE REPLACEMENT FOR

SANITARY SEWERS. Doctoral dissertation. THE UNIVERSITY OF TEXAS AT ARLINGTON, 2019.

Figura 60.Costos ambientales y sociales tecnología con zanja abierta vs. CIPP

Tomada de: KAUSHAL, V. (2019). COMPARISON OF ENVIRONMENTAL AND SOCIAL COSTS OF TRENCHLESS

CURED-IN-PLACE PIPE RENEWAL METHOD WITH OPEN-CUT PIPELINE REPLACEMENT FOR

SANITARY SEWERS. Doctoral dissertation. THE UNIVERSITY OF TEXAS AT ARLINGTON, 2019.

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Sumado a lo anterior, de acuerdo con los resultados del estudio en el caso de la tecnología CIPP los
costos ambientales representan el 57% y los costos sociales un 43% mientras que para la tecnología
con zanja abierta se tiene que los costos sociales representan el 96% y los costos ambientales el
4%.Asiimismo, para el caso de la tecnología CIPP los costos ambientales son mayores que los
sociales pero para el método con zanja abierta los costos sociales son superiores a los ambientales
como se muestra en la Figura 60.

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4. CASOS DE ESTUDIO

A  partir de  lo  establecido en  el estado  del arte,  se  encontró  que  muy  poco  se  ha  documentado en
Latinoamérica  de  casos  de  estudio  de  instalación,  renovación  o  rehabilitación  de  tuberías  de
acueducto y alcantarillado con tecnologías sin zanja puesto que solo se cuenta con un trabajo realizado
en Colombia por Perdomo (2021), así como que la mayoría se han realizado en Norteamérica, Asia o
Europa. De igual forma, fue posible comprender la importancia de los estudios de ciclo de vida, ya
que estos toman gran relevancia a la hora de elegir variables de los proyectos como el material y el
método  de  instalación  en  obras.  Además,  puede  contribuir  al  desarrollo  de  políticas  públicas  que
incluyan y promuevan aspectos de la construcción sostenible como las emisiones de carbono.

Es por ello, que se documentaron dos proyectos que empleen tecnologías sin zanja en la ciudad de
Bogotá, los cuales se presentan a continuación:

4.1 CASO I: FASE 2 DE LA REHABILITACIÓN DEL TRAMO 3 DE LA LÍNEA TIBITOC-

CASABLANCA

La tubería Tibitoc-Casablanca tiene un diámetro de 78 pulgadas, esta fue fabricada por la empresa
American Pipe entre los años 1968-1972 y la tubería es de PCCP (Prestessed Concrete Cylinder Pipe).
En ese orden de ideas, la tubería inicia en la planta Tibitoc, ubicada en el municipio de Tocancipá, y
atraviesa de norte a sur toda la ciudad, pasando por el corredor de la Autopista Norte hasta llegar a la
Calle 129, por donde se deriva hacia al occidente hasta el cruce de la Avenida Boyacá, vía por la cual
se mantiene hasta llegar a la Avenida Ferrocarril del Sur. La línea continua por este corredor hasta
llegar al cruce de la Autopista Sur con Avenida Ciudad de Villavicencio, por donde sube hacia el
occidente hasta llegar a la Diagonal 72, en donde se desvía hasta llegar al Tanque Casablanca, ubicado
en la localidad Ciudad Bolívar (Jiménez Aldana, 2017). Su trazado puede apreciarse en la Figura 61.
Además, para el año 2017, la línea abastecía a una población de alrededor de 4 millones de habitantes
suministrado agua a:



Toda la zona occidental de la ciudad de Bogotá en las localidades de Engativá, Fontibón,

Kennedy y Bosa



Los municipios de Chía, Cajicá, Mosquera, Funza y Madrid



La parte occidental de la localidad de Usaquén



La zona oriental de la localidad de Suba



Parte nor-occidental de la localidad de Barrios Unidos

(Jiménez Aldana, 2017)

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Figura 61.Trazado línea Tibitoc- Casablanca

Tomada de: Jiménez Aldana, M. (2017). Proyecto de rehabilitación del Tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca.

Trenchless World Congress 2017. Medellin.

A su vez,

la empresa de Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá ESP con base en diversos

contratos de consultoría contratados realizo una definición conceptual de tramos que se presenta a
continuación:

Figura 62.Tramos de la línea Tibitoc-Casablanca

Tomada de: Jiménez Aldana, M. (2017). Proyecto de rehabilitación del Tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca.

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Para los tramos 1 y 2 se llevaron obras de rehabilitación que consistieron en la inserción interna de
encamisados de acero de 72 pulgadas. Con respecto al tramo 3, en el año 2015 de contrataron los
diseños detallados de la rehabilitación de la conducción del Tramo 3.Dichos estudios concluyeron
que la mejor alternativa consiste en realizar la rehabilitación de la tubería actual en toda su longitud
(16,4 km), complementada con la construcción de una nueva tubería de diámetro 60 pulgadas y 12,4
km  de  longitud,  que  iría  paralela  a  la  tubería  actual,  por  el  corredor  de  la  Avenida  Boyacá,  para
garantizar la continuidad del servicio durante la ejecución de las obras de rehabilitación, así como
para  generar  mayor  confiabilidad  al  sistema  en  el  mediano  y  largo  plazo  (Jiménez  Aldana,
2017).Además,  dicho  estudio  recomendó  ejecutar  el  proyecto  en  3  etapas  como  se  muestra  en  la
Figura 63 :

1. Fase 1: Rehabilitación de la actual tubería Tibitoc- Casablanca en el subtramo sur

comprendido entre la Av. Boyacá-cruce Av. El Ferrocarril (Calle 39 A sur).

2. Fase 2: Instalación de Manija en tubería de 60” instalada en zanja y/o tubería hincada, por

toda la Av. Boyacá (Subtramo norte), con una longitud cercana a los 12,4 km.

3. Fase 3: Rehabilitación de la actual tubería Tibitoc-Casablanca en el subtramo norte,

comprendido entre la Av. Boyacá- Calle 80 y la Av. Boyacá-cruce Av. El Ferrocarril (Calle
39 A sur), con una longitud de 12,4 km.

(Jiménez Aldana, 2017)

Figura 63.Etapas de la rehabilitación del Tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca.

Tomada de: Jiménez Aldana, M. (2017). Proyecto de rehabilitación del Tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca.

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Es importante mencionar que la división entre el Subtramo Norte y Sur correspondió a la solicitud
del Instituto de Desarrollo Urbano y la Secretaría de Movilidad de Bogotá, puesto que se requería dar
prioridad a la rehabilitación del Subtramo Sur, teniendo en cuenta que la tubería actualmente pasa por
los corredores de la Avenida Ferrocarril del Sur y la Avenida Ciudad de Villavicencio, en donde se
prevé construir Troncales de Transmilenio y el metro (Jiménez Aldana, 2017).

En  ese  orden  de  ideas,  las  obras  proyectadas  en  el  subtramo  Sur  comprenden  la  rehabilitación  de
aproximadamente  4.000  metros  de  la  tubería  existente  mediante  la  inserción  dentro  de  la  tubería
actual de 78 pulgadas, una camisa de acero de 72 pulgadas, llenando el espacio anular entre las 2
tuberías, con un mortero de cemento fluido. Además, se realizaría el cambio de todas las válvulas en
línea  (5  válvulas  de  60  pulgadas),  derivaciones  y  demás  accesorios  de  la  línea;  así  como  la
rehabilitación y/o construcción de nuevas estructuras en concreto para las cajas de válvulas (Jiménez
Aldana, 2017).Estas obras se iniciaron en enero de 2020 y finalizaron en el mes de diciembre de 2021
con un costo de $60,741,031,558 COP.

Por  otra  parte,  las  obras  proyectadas  en  el  Subtramo  Norte  comprenden  dos  fases.  La  primera
corresponde  a  la  construcción  de  una  manija  de  60  pulgadas  de  diámetro  y  12.4  kilómetros  de
longitud, que iría por el corredor lateral de la calzada occidental de la Avenida Boyacá, y que permitirá
garantizar la continuidad del servicio durante las obras de rehabilitación de la tubería existente. De
igual forma, el estudio planteó realizar la construcción de alrededor de 8.7 kilómetros mediante el
método de pipe jacking y los 3.7 kilómetros restantes serán instalados mediante la técnica tradicional
de zanja abierta (30% instalación en zanja abierta y 70% instalación sin zanja) como se aprecia en la
Figura 64  (Jiménez Aldana, 2017).

Figura 64.Fase 2 de la rehabilitación del tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca

Tomada de: Jiménez Aldana, M. (2017). Proyecto de rehabilitación del Tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca.

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Las obras de construcción de la manija se desarrollan entre la Calle 80 y la calle 39 sur y tienen un
plazo de ejecución de 32 meses, los trabajos iniciaron en el mes de noviembre de 2021 y se proyecta
finalicen en mayo de 2023 con un valor inicial de $70.000.000 USD. A su vez, esta fase se dividió en
dos zonas de intervención como se aprecia en la Figura 65 : Zona de intervención norte la cual está
comprendida entre la calle 80 y la calle 13, y la zona de intervención sur la cual está comprendida
entre la calle 13 y la calle 39 sur. Asimismo, en el proyecto se contemplaron 23 pozos contractuales
(11 pozos de lanzamiento y 12 pozos de recepción), y se tienen 11 derivaciones para servicio y 4
interconexiones en total en el proyecto.

Finalmente,  la  siguiente  etapa  consiste  en  las  obras  de  rehabilitación  del  Subtramo  Norte,  lo  que
comprende  la  instalación  interna  de  encamisados  de  acero  de  72  pulgadas  y  su  correspondiente
inyección anular con mortero de cemento fluido, durante una longitud de 12.4 kilómetros. Como parte
de  este  trabajo,  se  deberá  realizar  el  reemplazo  de  las  válvulas  en  línea  y  la  renovación  de  las
derivaciones existentes, así como la conexión con las derivaciones construidas con la nueva manija
(Jiménez Aldana, 2017).

Figura 65.Zonas de intervención fase 2 de la rehabilitación del tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca

Tomada de: Jiménez Aldana, M. (2017). Proyecto de rehabilitación del Tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca.

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4.2 CASO II: LAS DELICIAS-LA VIEJA

El proyecto fue contratado por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá ESP y tuvo una
duración aproximada de 24 meses, inicio el 9 de abril de 2018 y finalizo en 8 de abril de 2020 con un
costo superior a los 87.000 millones de pesos colombianos (Empresa de Acueducto y Alcantarillado
de Bogotá, 2021). El proyecto fue ejecutado bajo el contrato de obra 1-01-32100-1290-2017 cuyo

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objeto contra cual era” Obras de rehabilitación de los colectores La Vieja y Las Delicias” el cual
conto con una interventoría contratada bajo el contrato de consultoría 1-1532100-01307-2017. El
proyecto consistió en la rehabilitación del colector La Vieja el cual inicia en la calle 71 con carrera 3
y termina con la entrega al canal Salitre en la carrera 30 con calle 71 con una longitud aproximada de
3920 m, y del colector Las Delicias el cual inicia en la carrera 3 con calle 62 y termina con la descarga
en la carrera 30 con calle 62 con una longitud 2482 m (Empresa de Acueducto y Alcantarillado de
Bogotá, 2021). Los colectores La vieja y Las Delicias abarcan las localidades de Chapinero, Barrios
Unidos y Teusaquillo en la ciudad de Bogotá y forman parte del sistema de alcantarillado sanitario y
pluvial:

Figura 66.Localización proyecto Las Delicias-La Vieja

Tomada de: Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. (2021). Rehabilitación de los colectores La Vieja y Las

Delicias.

En el proyecto se realizó una fase previa de mapeo subterráneo la cual abarca la combinación de
varias tecnologías con el fin de obtener información gráfica, fácil de interpretar en la identificación y
cuantificación de cárcavas y vacíos en el área y terreno circundante a la estructura escaneada, en este
caso los colectores de aguas residuales (Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, 2021).
Esta metodología consta de las siguientes fases:

1. Preliminares: Levantamiento topográfico y fotogrametría (Sobrevuelos programados con

Dron, cada vuelo cubre un área aproximada de 120 m de largo por 60 m de ancho).

2. Rastreo de redes con equipo E.M: Permite localizar tuberías y cables metálicos, así como

seguir su trazado y profundidad para lo cual se marcan con un punto en el suelo las líneas de
tubería detectadas para posteriormente ser levantadas con estación topográfica.

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3. Sondeo del colector: Se introduce una sonda al interior del colector para rastrearla a lo largo

de su recorrido y se georreferencia su trayectoria. La sonda es ingresada en el manhole aguas
arriba y se retira en el siguiente manhole aguas abajo.

(Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, 2021)

Figura 67.Resultados obtenidos con el sondeo del colector

Tomada de: Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. (2021). Rehabilitación de los colectores La Vieja y Las

Delicias.

4. Sistema Ground Penetrating Radar(GPR): Es una técnica que emplea pulsos

electromagnéticos de alta frecuencia con el fin de detectar objetos sub-superficiales de
manera no invasiva. En este caso se utilizó el sistema para la detección del colector y del
estado de vacíos del material circundante a él.

5. Determinación de cavidades.
6. Modelado 3D: Mediante la combinación del entorno con los modelos 3D se puede mostrar a

detalle la configuración actual de las tuberías en sitios específicos.

(Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, 2021)

Es importante precisar que en el proyecto se utilizó una combinación de diversas tecnologías sin
zanja:



Spiral wound: Esta tecnología es explicada en la sección 2.8.2.2.3 del presente documento.

Esta  tecnología  se  utilizó  debido  a  que  permite  instalar  en  presencia  del  caudal(Q),  y  se
empleó para la rehabilitación de aproximadamente 5200 metros de tuberías, las cuales tienen
un diámetro entre 1,3 m y  3 m. Además, se destaca que  el perfil utilizado para rehabilitar
tramos curvos, el cual es único en el mundo, tiene un costo superior de aproximadamente el
70% comparado con los perfiles para tramos rectos (Empresa de Acueducto y Alcantarillado
de  Bogotá,  2021).  A  continuación,  se  muestra  en  que  tramos  del  proyecto  se  empleó  esta
tecnología:

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Figura 68.Tramos rehabilitados con la tecnología Spiral Wound

Tomada de: Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. (2021). Rehabilitación de los colectores La Vieja y Las

Delicias.



Panel Liner: Esta tecnología se explica en la sección 2.8.2.1.4 y en el proyecto se utilizó en

el colector La Vieja a partir de la carrera 27 hasta el canal Salitre, en aproximadamente 980
m, debido a que se tenían 2 box culverts de 2 celdas con dimensiones de 2.5 m de ancho y
1.8 m de alto. Los paneles utilizados fueron hechos bajo medida de 2.3 m de largo, 2.5 m de
ancho y 1.68 m de alto, estos fueron fabricados en Dubái (Empresa de Acueducto y
Alcantarillado de Bogotá, 2021). A continuación, se muestra en que tramos del proyecto se
empleó esta tecnología:

Figura 69.Tramos rehabilitados con la tecnología Panel Liner

Tomada de: Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. (2021). Rehabilitación de los colectores La Vieja y Las

Delicias.

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

Pipe jacking: Esta tecnología se explica en la sección 2.8.1.1 y se empleó para la instalación

de aproximadamente 600 m de tubería en el colector las Delicias desde su inicio hasta la calle
63 con carrera 9, especialmente para el cruce de la tubería sobre la avenida carera 7 (Empresa
de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, 2021). A continuación, se muestra en que tramos
del proyecto se empleó esta tecnología:

Figura 70.Tramos instalados con la tecnología Pipe Jacking

Tomada de: Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. (2021). Rehabilitación de los colectores La Vieja y Las

Delicias.



CIPP: Esta tecnología es explicada en la sección 2.8.2.2.2 y fue empleada en la rehabilitación

de los primeros 100 m del colector La Vieja debido a la presencia de disipadores de energía.
En este caso se empleó la tecnología CIPP con inyección de aire curada con vapor (Empresa
de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, 2021).

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5. MODELACIÓN DE CASOS DE ESTUDIO

Es  importante  tener  en  cuenta  que  el  presente  trabajo  se  llevó  a  cabo  teniendo  en  cuenta  los
lineamientos de la norma ISO 14040. Para ello se establecieron los planteamientos iniciales que serán
considerados  para  cada  caso  de  estudio,  así  como  el  alcance,  limitaciones  y  puntos  por  asumir.
Posteriormente, se realizó la consulta de información con las empresas de la industria encargadas de
realizar los trabajos de instalación y/o rehabilitación para cada caso de estudio con el fin de establecer
la  información  primaria con  la  que  se cuenta, así como  determinar  la  información  secundaria  que
debe  complementarse.  Luego,  se  realiza  el  proceso  de  modelación  computacional  en  el  cual  se
ingresan los datos al software SimaPro Flow en forma de escenarios con el fin de evaluar la huella de
carbono.  Para  ello  es  necesario  la  selección  de  un  material,  proceso  o  fuente  de  energía  que  se
acomode  a  las  condiciones  del  caso  de  estudio  en  Colombia  o  que  cumpla  con  las  condiciones
generales  para  todo  el  planeta  para  lo  cual  se  empleó  y  utilizo  la  base  de  datos  disponible  en  el
programa Simapro Flow, la cual es la base de datos Ecoinvent en su versión 3.7.1 Cut-off, en la cual
se  considera  que  para  cada  proceso  y/o  producto  “El  productor  es  totalmente  responsable  de  la
disposición de sus desechos, y que no recibe ningún crédito por la provisión de cualquier material
reciclable” (Ecoinvent, 2022). Por lo cual, dentro del proceso de modelación no se está considerando
la disposición o manejo de los sub-desechos generados. Además, dicha versión no corresponde con
la  última  versión  disponible  de  esta  base  de  datos.  Finalmente  se  realiza  el  análisis  de resultados,
conclusiones y recomendaciones del análisis realizado.

A continuación, se explicará cómo se llevó a cabo la modelación del primer caso de estudio
correspondiente a la fase 2 de la rehabilitación del tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca y el segundo
al proyecto Las Delicias-La vieja:

5.1 CASO I: FASE 2 DE LA REHABILITACIÓN DEL TRAMO 3 DE LA LÍNEA TIBITOC-

CASABLANCA

De acuerdo con la norma ISO 14040, en primer lugar, es necesario definir el alcance y objetivos del
análisis del ciclo de vida (ACV) que se va a realizar. En este caso el objetivo del análisis es comparar
y evaluar, utilizando la metodología del IPCC 2021GWP100 (no se hará análisis de sensibilidad ni
coherencia  ni  integridad),  la  huella  de  carbono  en  emisiones  equivalentes  del  proyecto
correspondiente a la fase 2 de la rehabilitación del tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca en el cual
se instaló una tubería de acueducto para proveer agua potable a un sector de la ciudad empleando
tecnología sin zanja, así como hacer una comparación con otro sistema constructivo para lo cual se
considera  un  escenario  en  el  cual  el  proyecto  se  hubiera  ejecutado  con  zanja  abierta.  Este  trabajo
corresponde  a  un  proyecto  investigativo  cuyo  publico  previsto  corresponde  al  sector  académico  y
empresas del sector de acueducto, así como empresas constructoras, empresas de servicios públicos
y de tuberías.

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En ese orden de ideas, en relación con el ACV del proyecto correspondiente a la fase 2 de la
rehabilitación del tramo 3 de la línea Tibitoc-Casablanca se limitara a analizará únicamente la etapa
de instalación de la tubería, por lo que otras etapas del ciclo de vida(fabricación de tuberías, transporte
de tuberías, uso/operación de las tuberías y disposición final de las tuberías) no serán consideradas,
debido a que se han realizado otros trabajos como el llevado a cabo por Andrés Ariza quien analizo
el ciclo de vida completo teniendo en cuenta el enfoque “Cradle to Grave” (desde la Cuna hasta la
Tumba) de varias tuberías de diferentes materiales y diámetros, por lo cual el presente trabajo
complementa dicho trabajo realizado así como otros realizados en los cuales se consideraron otras
etapas del ciclo de vida de las tuberías.

5.1.1 ESCENARIO ACTUAL (SIN ZANJA)

Ahora bien, se estimó el consumo energético para la totalidad de metros instalados con tecnología sin
zanja, se empleó la tecnología Pipe Jacking cuyo proceso constructivo consta de las siguientes etapas:

1. Movilización de equipos al proyecto (sucede una sola vez en el proyecto): comprende el

transporte de las maquinas tuneladoras, contenedores, así como los tanques de lodo y agua desde
sus puntos de almacenamiento o fabricación hasta la obra (se tomó un punto central de todo el
proyecto el cual corresponde a la avenida Boyacá con calle 22):

Figura 71.Punto central del proyecto correspondiente al caso de estudio I

Tomado de:Google Maps

De igual manera las distancias terrestres se calcularon con ayuda de la herramienta Google
Earth y la distancia marítima se estimó con ayuda de la herramienta Searates. Además, debe
tenerse en cuenta que los sistemas de transporte que se pueden seleccionar en Simapro Flow
requieren el ingreso de la información en la unidad tonelada-kilómetro (tKm), la cual se
puede obtener multiplicando el peso (M) del insumo o maquina transportado por la distancia

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(D) estimada de desplazamiento, como se muestra en la

𝑡𝐾𝑚=𝑀(𝑇𝑜𝑛) ∗ 𝐷(𝐾𝑚) Ecuación 1.

𝑡𝐾𝑚 = 𝑀(𝑇𝑜𝑛) ∗ 𝐷(𝐾𝑚) Ecuación 1

De acuerdo con lo anterior esta etapa considera lo siguiente:



Transporte de las maquinas tuneladoras AVND 1600 AB marca Herrenknecht desde la fábrica hasta la obra: Consta de tres fases, la

primera corresponde al transporte terrestre desde la fábrica en Schwanau(Alemania) hasta el puerto de Amberes(Bélgica) en tracto
camiones con doble eje trasero. La segunda corresponde al transporte marítimo desde el puerto de Amberes(Bélgica) hasta el puerto
de Cartagena(Colombia) y el tercero corresponde a al transporte terrestre entre el puerto de Cartagena(Colombia) y la obra en tracto
camiones con doble eje trasero. A continuación, se presentan los resultados obtenidos de acuerdo con los puntos de partida y llegada,
así como teniendo en cuenta que el peso de una tuneladora es de 15.000 kg por lo que al emplear en el proyecto 2 tuneladoras se tiene
lo siguiente:

Tabla 22.Resultados de la estimación de tKm del transporte de tuneladoras desde la fábrica hasta la obra y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Schwanau(Alemania)

Puerto

Amberes(Bélgica)

396,44

30000

11893,20

Transport, freight,

lorry >32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo con

el estudio

llevado a cabo

por Ariza(2021)

se consideró al

igual que en

dicho estudio

que los

vehículos

utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

Puerto

Amberes(Bélgica)

Puerto

Cartagena(Colombia)

8627,39

30000

258821,70

Transport, freight, sea,

container ship|

transport, freight, sea,

container ship | Global

Puerto

Cartagena(Colombia)

Avenida Boyacá con

Calle 22

1050

30000

31500

Transport, freight,

lorry >32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

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

Transporte de los equipos mayores (Contenedores, tanques de lodo y agua) desde sus puntos de almacenamiento hasta la obra:

Comprende el transporte de 6 contenedores de 40 pies, cada uno de los cuales tiene un peso de 3750 Kg vacío. De igual forma, incluye
el transporte de los tanques de lodo y agua los cuales tienen un peso aproximado de 170.000 kg:

Tabla 23.Resultados de la estimación de tKm del transporte de equipos mayores hasta la obra y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Cota-

Almacenamiento de

contenedores

Avenida Boyacá con

Calle 22

22500

337,50

Transport, freight, lorry

>32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo con

el estudio

llevado a cabo

por

Ariza(2021) se

consideró al
igual que en

dicho estudio

que los

vehículos
utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

Mondoñedo-

Almacenamiento del

tanque de lodos y

agua

Avenida Boyacá con

Calle 22

19,6

170000

3332

Transport, freight, lorry

>32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

2. Construcción pozos: Esta etapa consta de dos fases, la primera fase corresponde a la instalación de la contención, en el proyecto se

emplearon dos métodos constructivos diferentes: Tablestaca y pantalla pre-excavada. Con respecto a las tablestacas estas son un tipo
de pantalla o estructura de contención flexible, definitiva o temporal, que permite realizar excavaciones de cualquier tipología: talud,
zanja, pozo, sótano, etc., adaptándose a cualquier forma o dimensión en planta (Yepes Piqueras, 2014). Además, las tablestacas están

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formadas por elementos prefabricados que suelen ser de acero. Los elementos prefabricados que componen las tablestacas se hincan en
el terreno mediante vibración o golpeo (Yepes Piqueras, 2014).A continuación en la Figura 72 se muestra una tablestaca:

Figura 72.Tablestaca

Tomado de: Yepes Piqueras, V. (23 de 06 de 2014). Tablestacas. Obtenido de Universidad Politécnica de Valencia:

https://victoryepes.blogs.upv.es/2014/06/23/tablestacas/

Por otra parte, las pantallas pre-excavadas son un elemento de hormigón armado, pre-excavado y fundido en sitio, que funciona como
muro de contención para obras civiles subterráneas cuya función es estabilizar excavaciones profundas como parqueaderos,
deprimidos u obras civiles subterráneas en general de manera que se puede asegurar funciones de: Retención, cimentación y
estanqueidad (Soletanche Bachy Cimas, s.f.).

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Figura 73.Pantalla pre-excavada

Tomado de: CYPE Ingenieros S.A. (s.f.). Muro Pantalla de concreto armado,con lodos. Obtenido de Generador de Precios Colombia:

http://www.colombia.generadordeprecios.info/obra_nueva/Cimentaciones/Contenciones/Muros_pantalla/

En ese orden de ideas, la segunda fase corresponde al conjunto de actividades correspondientes al vaciado del pozo, la instalación de
los refuerzos horizontales y las estructuras en concreto (Placas). Para esta etapa se estimó el consumo total de combustible consumido
por la maquinaria para lo cual se multiplico el tiempo de operación, es decir las horas de operación diarias por el número total de días
de utilización de la maquinaria, por el por el consumo por hora de cada máquina empleada, como se expresa a continuación:

𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜

(𝐿) = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

𝑂𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜

(ℎ) ∗ #𝑑𝑖𝑎𝑠 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜

𝑃𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎

(

𝐿
ℎ

)

Ecuación 2.Calculo del combustible consumido



Instalación de la contención: Indistintamente del método constructivo, ya sea Tablestaca o pantalla pre-excavada, se emplea una Grúa

-Liebherr 855. Se debe tener en cuenta que se estimó el consumo para la construcción de un pozo, el cual tarda 1 semana de 6 días
para su construcción, y luego se multiplico este valor por el número de pozos:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

Tabla 24.Descripción de consumo de combustible en el proceso de instalación de la contención y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación
diarias(h)

Días de

operación

Semanas

operación

Número

pozos

Consumo

combustible

por hora(L/H)

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Grúa -Liebherr

855

54432

46267,20

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia



Actividades de vaciado del pozo, instalación de los refuerzos horizontales y las estructuras en concreto (Placas): Para estas actividades

se emplea una excavadora marca Kobelco la cual se emplea de la siguiente manera:

Tabla 25.Descripción de consumo de combustible en el proceso de vaciado del pozo, instalación de los refuerzo horizontales y las estructuras en concertó, y selección de

procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación
diarias(h)

Días de

operación

Semanas

operación

Número

pozos

Consumo

combustible

por hora(L/H)

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Excavadora-

Kobelco

90720

77112

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia



Tanto para la fase de Instalación de la contención, así como para las actividades de vaciado del pozo, instalación de los refuerzos

horizontales y las estructuras en concreto (Placas) se emplea un generador P80 de la marca Casa Inglesa. Al ser de uso común para
ambas fases se contempló su utilización de la siguiente manera:
:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

100

Tabla 26.Descripción de consumo de combustible generador durante la etapa de construcción de pozos y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación
diarias(h)

Días de

operación

Semanas

operación

Número

pozos

Consumo

combustible

por hora(L/H)

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Generador P80

199584

169646,40

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

3.Instalación de tubería: Esta etapa comprende las siguientes actividades:



Montaje-Desmontaje de obra: Se considera el transporte de las tuneladoras y equipos mayores (Contenedores y tanques de agua y

lodo) de un pozo de lanzamiento a otro nuevo, entre pozo y pozo hay una distancia de 1 Km, teniendo en cuenta que esta actividad se
repite 10 veces, que corresponde a la cantidad de pozos de lanzamiento con los que cuenta el proyecto se toma una distancia de 10
Km:

Tabla 27. Resultados de la estimación de tKm del montaje-desmontaje y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Pozo de lanzamiento

original

Nuevo pozo de

lanzamiento

192500

1925

Transport, freight, lorry

>32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo con el

estudio llevado a

cabo por

Ariza(2021) se

consideró al igual

que en dicho

estudio que los

vehículos

utilizados cumplen

con la normativa

Euro VI.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

101



Suministro de tuberías: La longitud total a instalar con tecnología sin zanja en el proyecto corresponde a 8.630 m, debe tenerse en

cuenta que cada tubería tiene 3 metros de largo por lo cual para todo el proyecto se requieren:

8.630 𝑚

𝑚

𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎

= 2.877 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠

De igual forma, cada tubería tiene un peso aproximado de 9 toneladas o 9000 kg de manera que:

Tabla 28.Resultados de la estimación de tKm del suministro de tuberías y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Autopista Medellín-

Bogotá Km. 3.2

(Cota)

Avenida Boyacá con

Calle 22

19,2

25893000

497145,60 Transport, freight, lorry

>32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo con

el estudio

llevado a cabo

por

Ariza(2021) se

consideró al
igual que en

dicho estudio

que los

vehículos
utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

102



Suministro de agua limpia: De acuerdo con datos suministrados por la empresa contratista de obra por cada metro lineal de tubería

instalada se requieren 4,67 m

de agua limpia. En ese orden de ideas es necesario calcular inicialmente la cantidad de metros cúbicos

requeridos para todo el proyecto:

𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑐𝑢𝑏𝑖𝑐𝑜𝑠

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑖𝑚𝑝𝑖𝑎

= 4,67 𝑚

∗ 8630 𝑚 = 40302,10 𝑚

Teniendo en cuenta la densidad del agua se puede determinar el peso de los metros cúbicos de agua requeridos:

𝑃𝑒𝑠𝑜

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑖𝑚𝑝𝑖𝑎

= 40302,10 𝑚

∗ 1000

𝐾𝑔
𝑚

= 40302100 𝐾𝑔

De manera que:

Tabla 29.Resultados de la estimación de tKm del suministro de agua limpia y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Punto aguas de la

Sabana-Autopista

Medellín-Bogotá Km

1.8(Llegando al

primer retorno)

Avenida Boyacá con

Calle 22

13,3

40302100

536017,93

Transport, freight,

lorry >32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo con

el estudio

llevado a cabo

por

Ariza(2021) se

consideró al
igual que en

dicho estudio

que los

vehículos
utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

103



Retiro de lodo liquido: De acuerdo con datos suministrados por la empresa contratista de obra por cada metro lineal de tubería instalada

se requiere retirar

4,62 m

de lodo líquido. En ese orden de ideas es necesario calcular inicialmente la cantidad de metros cúbicos de

lodo que deben retirarse para todo el proyecto:

𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑐ú𝑏𝑖𝑐𝑜𝑠

𝐿𝑜𝑑𝑜 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜

= 4,62 𝑚

∗ 8630 𝑚 = 39870,6 𝑚

Teniendo en cuenta la densidad del lodo se puede determinar el peso de los metros cúbicos de lodo a retirar:

𝑃𝑒𝑠𝑜

𝐿𝑜𝑑𝑜 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜

= 39870,6 𝑚

∗ 1019

𝐾𝑔
𝑚

= 40628141,40 𝐾𝑔

De manera que:

Tabla 30.Resultados de la estimación de tKm del retiro de lodo líquido y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Avenida Boyacá con

Calle 22

Cemex Escombrera

Tunjuelo (Av.

Boyacá # 72 – 04

Sur)

13,7

40628141,40

556605,54

Transport, freight,

lorry >32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo con

el estudio

llevado a cabo

por

Ariza(2021) se

consideró al
igual que en

dicho estudio

que los

vehículos
utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

104



Suministro de combustible: De acuerdo con datos suministrados por la empresa contratista de obra por cada metro lineal de tubería

instalada se requieren

9,95 Gal de combustible, diésel corriente (ACPM).En ese orden de ideas es necesario calcular inicialmente la

cantidad de galones requeridos para todo el proyecto:

𝐺𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠

𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠

= 9,95 𝐺𝑎𝑙 ∗ 8630 𝑚 = 85868,5 𝐺𝑎𝑙 ∗

1 𝑚

264,2 𝐺𝑎𝑙

= 325,01 𝑚

Teniendo en cuenta la densidad del diésel se puede determinar el peso de los galones de combustible requeridos:

𝑃𝑒𝑠𝑜

𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

= 325,01 𝑚

∗ 850

𝐾𝑔
𝑚

= 276261,26 𝐾𝑔

De manera que:

Tabla 31.Resultados de la estimación de tKm del suministro de combustible y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Planta

Mansilla(Facatativá)

Avenida Boyacá con

Calle 22

40,8

276261,26

11271,46

Transport, freight,

lorry 7.5-16 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo con

el estudio

llevado a cabo

por

Ariza(2021) se

consideró al
igual que en

dicho estudio

que los

vehículos
utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

105



Retiro de material de excavación: De acuerdo con datos suministrados por la empresa contratista de obra por cada metro lineal de

tubería instalada se requiere retirar

5,69 m

material de excavación. En ese orden de ideas es necesario calcular inicialmente la cantidad

metros cúbicos de material de excavación que se requiere retirar para todo el proyecto:

𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑐ú𝑏𝑖𝑐𝑜𝑠

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑐𝑎𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛

= 5,69 𝑚

∗ 8630 𝑚 = 49104,70 𝑚

Teniendo en cuenta la densidad del material de excavación se puede determinar el peso de los metros cúbicos a retirar:

𝑃𝑒𝑠𝑜

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑐𝑎𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛

= 49104,70 𝑚

∗ 2000

𝐾𝑔
𝑚

= 98209400 𝐾𝑔

De manera que:

Tabla 32.Resultados de la estimación de tKm del retiro del material de excavación y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Avenida Boyacá con

Calle 22

Cemex Escombrera

Tunjuelo (Av.

Boyacá # 72 – 04

Sur)

13,7

98209400

1345468,78

Transport, freight,

lorry 16-32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo

con el estudio

llevado a cabo

por

Ariza(2021) se

consideró al
igual que en

dicho estudio

que los

vehículos
utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

106

Además, se emplea una retroexcavadora la cual se utiliza así:

Tabla 33.Descripción de consumo de combustible retroexcavadora y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación
diarias(h)

Días de

operación

Consumo

combustible

por

hora(L/H)

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Retroexcavadora

360

7,5

32362,50

27508,13

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia



Generación energética para el uso de las tuneladoras y demás equipos: De acuerdo con datos suministrados por la empresa contratista

de obra por cada metro lineal de tubería instalada se requieren

9,95 Gal de combustible, diésel corriente(ACPM).En ese orden de ideas

es necesario calcular inicialmente la cantidad de combustible requerido para todo el proyecto:

𝐺𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠

𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠

= 9,95 𝐺𝑎𝑙 ∗ 8630 𝑚 = 85868,5 𝐺𝑎𝑙 ∗

1 𝑚

264,20 𝐺𝑎𝑙

= 325,01 𝑚

Teniendo en cuenta la densidad del diésel se puede determinar el peso de los galones de combustible requeridos:

𝑃𝑒𝑠𝑜

𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒

= 325,08 𝑚

∗ 850

𝐾𝑔
𝑚

= 276261,26 𝐾𝑔

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

107

Tabla 34.Descripción de consumo de combustible generación energética y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Generación
Energética-

Generadores P750

y P80

325012,27

276261,26

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia



Soldaduras de las juntas de la tubería-Moto soldador: Inicialmente se determinó el tiempo total que se tardaría la soldadura de juntas

de las tuberías teniendo en cuenta que para el proyecto dos soldadores (Dos frentes) para la soldadura de 500 m de tubería tardan 4
semanas de 6 días de trabajo y 9 horas de trabajo diarias por lo cual se tiene que:

8630 𝑚

500

𝑚

𝑀𝑒𝑠

= 17,26 𝑀𝑒𝑠𝑒𝑠 ∗

30 𝑑𝑖𝑎𝑠

1 𝑀𝑒𝑠

= 517,8 𝑑𝑖𝑎𝑠

Para esta actividad se utiliza la electricidad provista por el generador P80 de la marca Casa Inglesa de manera que:

Tabla 35.Descripción de consumo de combustible de la soldadura de las juntas de la tubería y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación
diarias(h)

Días de

operación

Consumo

combustible

por

hora(L/H)

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Generador P80

517,8

82019,52

69716,59

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

Es importante precisar que el cerramiento de los pozos, lo cual consiste en colocar la tapa del pozo
no se consideró dentro del estudio debido a que esta actividad como se mencionó consiste en ponerle
tapa a los pozos lo cual no representa un consumo de combustible o energía significativo. La unidad
funcional del estudio corresponde a la huella de carbono en emisiones equivalentes por metro lineal
de tubería instalada con tecnología sin zanja, en este caso Pipe Jacking. A continuación, se presenta
el diagrama de procesos del caso de estudio I correspondiente al escenario sin zanja:

Figura 74.Procesos caso de estudio I escenario sin zanja

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

:5.1.2 ESCENARIO CON ZANJA ABIERTA

Para este escenario se estimaron los datos para la instalación de 100 metros de tubería de acueducto de igual diámetro a la instalada en el escenario
sin zanja, 60 pulgadas, a una profundidad similar, en este caso 8 metros, y con un ancho de zanja de 3 metros. Es importante precisar que dentro de
las etapas consideradas dentro del estudio no se consideró el transporte de la maquinaria, debido a que a que a diferencia del caso sin zanja los
equipos utilizados tienen disponibilidad en la ciudad y son utilizados frecuentemente en distinta clase de proyectos por lo que dichos equipos están
disponibles dentro de la ciudad y a su vez estos no tienen las dimensiones o peso que tienen los equipos utilizados en el escenario sin zanja. De igual
manera, no se consideró el transporte de las tuberías a la obra puesto que las empleadas en la zanja abierta son menos pesadas que las utilizadas en
la tecnología sin zanja. El proceso constructivo consta de las siguientes etapas:

1. Replanteo y desvió de redes: Comprende el replanteo y desvió de las redes existentes. De acuerdo con datos de la empresa constructora se

puede estimar el consumo energético como el 10% del consumo total de la etapa 3 correspondiente a la excavación mecánica:

𝐺𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠

𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠

= 2.882,12 𝐺𝑎𝑙 ∗ 10% = 288,21 𝐺𝑎𝑙 ∗

1 𝑚

264,20 𝐺𝑎𝑙

= 1,09 𝑚

∗ 850

𝐾𝑔
𝑚

= 927,25 𝐾𝑔

2. Demolición carpeta asfáltica: Comprende la rotura de asfalto y pavimento. Para ello se utilizan los siguientes equipos así:

Tabla 36.Descripción de consumo de combustible etapa de demolición de la carpeta asfáltica y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación
diarias(h)

Días de

operación

Consumo

combustible

por

hora(L/H)

Consumo

total de

Combustible

(L)

Consumo total

Combustible

(Kg)

Parámetro Simapro Flow

Cortadora de

Concreto

3,5

84(Gasolina)

60,48(Gasolina)

petroleum| market for

petroleum | Global

Mini cargador

con martillo

demoledor

BOBCAT

S570

10,2

122,4(Diésel)

104,04(Diésel)

Diesel| diesel production,

petroleum refinery

operation | Colombia

3. Excavación mecánica: Comprende la excavación y entibado. Para ello los equipos requeridos son los siguiente:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

110

Tabla 37.Descripción de consumo de combustible etapa de excavación mecánica y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación
diarias(h)

Días de

operación

Consumo

combustible

por

hora(L/H)

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Excavadora CAT

330

3600

3060

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

Mini cargador con

cucharon

BOBCAT S570

10,2

2142

1820,70

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

Generador P80 el

cual suministra

electricidad a

Motobomba

sumergible de 4

pulgadas

4400

3740

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

Asimismo, es necesario considerar el consumo de combustible debido al retiro del material excavado para lo cual en primer lugar se determinó
el volumen de material excavado a retirar:

𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑐ú𝑏𝑖𝑐𝑜𝑠

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑐𝑎𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛

= 100 𝑚 ∗ 8 𝑚 ∗ 3 𝑚 = 2.400 𝑚

Además, se consideró un factor del esponjamiento del 20% por lo que el volumen a excavar es:

𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑐ú𝑏𝑖𝑐𝑜𝑠

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑐𝑎𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛

= 2400 𝑚

∗ (1 + 20%) = 2.880𝑚

Teniendo en cuenta la densidad del material de excavación se puede determinar el peso de los metros cúbicos a retirar como se muestra:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

111

𝑃𝑒𝑠𝑜

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑐𝑎𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛

= 2.880𝑚

∗ 2000

𝐾𝑔
𝑚

= 5.760.000 𝐾𝑔

De manera que:

Tabla 38.Resultados de la estimación de tKm del retiro del material de excavación y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Avenida Boyacá con

Calle 22

Escombrera

5760000

115200

Transport, freight,

lorry 16-32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo con

el estudio

llevado a cabo

por

Ariza(2021) se

consideró al
igual que en

dicho estudio

que los

vehículos
utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

4. Instalación de tubería y relleno: Comprende las actividades de cimentación de la tubería. Para ello se utilizan los siguientes equipos así:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

112

Tabla 39.Descripción de consumo de combustible etapa de excavación mecánica y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación
diarias(h)

Días de

operación

Consumo

combustible

por

hora(L/H)

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Mini cargador con

cucharon BOBCAT

S570 para acarreo de

material de relleno

10,2

2550

2167,50

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

Excavadora CAT

330(Izaje y

manipulación del

tubo)

4500

3825

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

Pajarita(Retroexcava

dor marca New
Holland B95B)

7,5

1875

1593,75

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

Canguro

2,3

575

488,75

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

Vibro compactador

de doble rodillo

3750

3187,50

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

Generador P80 el

cual suministra

electricidad a

Motobomba

sumergible de 4

pulgadas

3300

2805

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

113

De igual forma, es necesario considerar el material de relleno para lo cual se estableció el volumen de relleno requerido de la siguiente
manera:

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎

= 𝜋 ∗ (

60 𝑃𝑢𝑙 ∗ 0,0254

𝑚

𝑃𝑢𝑙

)

∗ 100 𝑚 = 182,41 𝑚

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

𝑅𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜

= 2880 𝑚

− 182,41 𝑚

= 2.697,59 𝑚

Asumiendo para el material de relleno la misma densidad que el material de excavación se puede determinar el peso de los metros cúbicos a
suministrar:

𝑃𝑒𝑠𝑜

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜

= 2.697,59 𝑚

∗ 2000

𝐾𝑔
𝑚

= 5.395.170,62 𝐾𝑔

De manera que:

Tabla 40.Resultados de la estimación de tKm del suministro de material de relleno y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Proveedor

Avenida Boyacá con

Calle 22

5395170,62

107903,41

Transport, freight,

lorry 16-32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo con el

estudio llevado a

cabo por

Ariza(2021) se

consideró al igual

que en dicho

estudio que los

vehículos
utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

114

5. Recuperación de espacio público y asfalto: Para esta fase se utilizan los siguientes equipos como se indica a continuación:

Tabla 41.Descripción de consumo de combustible etapa de recuperación de espacio público y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación
diarias(h)

Días de

operación

Consumo

combustible

por

hora(L/H)

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Compactador

neumático

HYSTER C530A

220

187

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

Asfalto Finisher

650P

360

306

Diesel| diesel production,

petroleum refinery operation |

Colombia

De igual forma, es necesario considerar el asfalto requerido para la reposición de la carpeta asfáltica para lo cual se consideró un espesor de 20
cm de esta última:

𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑐𝑢𝑏𝑖𝑐𝑜𝑠

𝐴𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜

= 100 𝑚 ∗ 0,2 𝑚 ∗ 3 𝑚 = 60 𝑚

Teniendo en cuenta la densidad del asfalto se puede determinar el peso de los metros cúbicos a suministrar:

𝑃𝑒𝑠𝑜

𝐴𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜

= 60 𝑚

∗ 2322,7

𝐾𝑔
𝑚

= 139362 𝐾𝑔

De manera que:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

115

Tabla 42.Resultados de la estimación de tKm del suministro de asfalto y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Proveedor

Avenida Boyacá con

Calle 22

139362

2787,24

Transport, freight,

lorry >32 metric ton,

EURO4| transport,

freight, lorry >32

metric ton, EURO4 |

Rest-of-world

De acuerdo con el

estudio llevado a

cabo por

Ariza(2021) se

consideró al igual

que en dicho

estudio que los

vehículos
utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

La unidad funcional del estudio corresponde a la huella de carbono en emisiones equivalentes por metro lineal de tubería instalada con tecnología
con zanja abierta. A continuación, se presenta el diagrama de procesos del caso de estudio I correspondiente al escenario con zanja abierta:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

Figura 75.Procesos caso de estudio I escenario zanja abierta

5.2 CASO II: LAS DELICIAS-LA VIEJA

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

117

sensibilidad ni coherencia ni integridad), la huella de carbono en emisiones equivalentes por instalación(1 día) de dos tecnologías sin zanja empleadas
en el proyecto Las Delicias-La Vieja en el cual se rehabilitaron colectores de alcantarillado para el transporte de aguas residuales y lluvias,
específicamente las tecnologías CIPP y Spiral wound, las otras tecnologías empleadas no se consideraron en el presente estudio debido a la limitación
de información disponible sobre las mismas. Este trabajo corresponde a un proyecto investigativo cuyo publico previsto corresponde al sector
académico y empresas del sector de alcantarillado, así como empresas constructoras, empresas de servicios públicos y de tuberías.

En relación con el ACV del proyecto correspondiente al proyecto de rehabilitación de los colectores Las Delicias- La Vieja se limitará a analizará
únicamente la etapa constructiva correspondiente a la rehabilitación de los colectores, específicamente con dos de las tecnologías sin zanja empleadas
en el proyecto, por lo que otras etapas del ciclo de vida(fabricación de tuberías, transporte de tuberías, uso/operación de las tuberías y disposición
final de las tuberías) no serán consideradas, debido a que dichos colectores fueron construidos hace muchos años así como presentan varios tipos de
secciones transversales por lo cual el acceso a la información sobre la construcción de estos colectores es de difícil acceso. De igual forma, se han
realizado otros trabajos como el llevado a cabo por Andrés Ariza quien analizo el ciclo de vida completo teniendo en cuenta el enfoque “Cradle to
Grave” (desde la Cuna hasta la Tumba) de varias tuberías de diferentes materiales y diámetros, por lo cual el presente trabajo complementa dicho
trabajo realizado, así como otros realizados en los cuales se consideraron otras etapas del ciclo de vida de las tuberías.

Ahora bien, a continuación, se presentan las etapas de cada una de las tecnologías analizadas:

5.2.1

CIPP

Con respecto a esta tecnología se pueden considerar las siguientes etapas por cada instalación realizada (1 día):

1. Movilización de equipos y materiales: Para esta etapa se utiliza un Camión NQR modelo 2017 para las actividades de inspección y corte.

Teniendo en cuenta que el constructor suministro la ficha técnica del vehículo empleado, se asumió que el camión se usa al máximo de su
capacidad. De acuerdo con lo anterior se tiene que:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

118

Tabla 43.Resultados de la estimación de la movilización de equipos y materiales CIPP, y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de Llegada Distancia(Km)

Peso(Kg)

Número

viajes

tKm

Parámetro Simapro

Flow

Observaciones

Acuapunto-Calle 72

con NQS

Calle 72 con

Carrera 5

2,7

5600

15,12

Transport, freight,

lorry 3.5-7.5 metric

ton, EURO4|

transport, freight,

lorry 3.5-7.5 metric
ton, EURO4 | Rest-

of-world

De acuerdo

con el estudio

llevado a cabo

por

Ariza(2021) se

consideró al
igual que en

dicho estudio

que los

vehículos
utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

2. Rehabilitación con CIPP (Epóxico): Para ello se requieren de un generador eléctrico el cual se encarga de suministrar energía al sistema

hidráulico, drum XL, caldera de vapor e iluminación. De igual manera, se requiere un compresor para mantener presurizado el sistema
(Reversado y curado) así como una caldera de vapor de la cual el constructor suministro directamente el dato de consumo de combustible
para una instalación. De acuerdo con esto se tiene que se utilizan los siguientes equipos así:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

119

Tabla 44.Descripción de consumo de combustible etapa de rehabilitación CIPP y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación

diarias(h)

Consumo

combustible

por

hora(L/H)

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Generador Eléctrico

PRAMAC-Modelo

GBL 42

61,20

Diesel| diesel production, petroleum

refinery operation | Colombia

Compresor Kaeser

20,5

123

104,55

Diesel| diesel production, petroleum

refinery operation | Colombia

Caldera de vapor-

Loos International

302,83

257,41

Diesel| diesel production, petroleum

refinery operation | Colombia

La unidad funcional del estudio corresponde a la huella de carbono en emisiones equivalentes por instalación con tecnología sin zanja para la
rehabilitación de tuberías de alcantarillado, en este caso CIPP. A continuación, se presenta el diagrama de procesos del caso de estudio II
correspondiente a la tecnología CIPP:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

Figura 76.Procesos caso de estudio II-Rehabilitación con CIPP

5.2.2

SPIRAL WOUND

Con respecto a esta tecnología se pueden considerar las siguientes etapas por cada instalación
realizada (1 día):

1. Movilización de equipos y materiales: Para esta etapa se utiliza un Camión NQR modelo

2017,  un  vehículo  Mercedes  Benz  Atego  2730  con  brazo  articulado  y  un  Planchón  VW
15.180 con grúa Effer. Teniendo en cuenta que el constructor suministro la ficha técnica de
estos vehículos se asumió que cada uno de los vehículos se usa al máximo de su capacidad.
De  igual  forma  se  asumió  el  desplazamiento  de  estos  vehículos  desde  el  punto  de
almacenamiento  hasta  un  punto  medio  aproximado  del  tramo  a rehabilitar  del colector  La
Vieja (Calle 72 con carrera 14):

Figura 77.Punto central del proyecto correspondiente al caso de estudio I

Tomado de:Google Maps

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

De acuerdo con lo anterior se tiene que:

Tabla 45.Resultados de la estimación de la movilización de equipos y materiales Spiral Wound, y especificación de selección de procesos en Simapro Flow

Punto de Partida

Punto de

Llegada

Distancia(Km)

Peso(Kg)

Número

viajes

tKm

Parámetro

Simapro Flow

Observaciones

Acuapunto-Calle 72

con NQS

Calle 72 con

Carrera 5

1,52

12100(Mercedes

Benz Atego

2730)

55,18

Transport, freight,

lorry 7.5-16 metric

ton, EURO4|

transport, freight,

lorry 7.5-16 metric

ton, EURO4 | Rest-

of-world

De acuerdo

con el estudio

llevado a cabo

por

Ariza(2021) se

consideró al
igual que en

dicho estudio

que los

vehículos

utilizados

cumplen con la

normativa Euro

VI.

Acuapunto-Calle 72

con NQS

Calle 72 con

Carrera 5

1,52

5600(Camión

NQR)

8,51

Transport, freight,

lorry 3.5-7.5 metric

ton, EURO4|

transport, freight,

lorry 3.5-7.5 metric
ton, EURO4 | Rest-

of-world

Acuapunto-Calle 72

con NQS

Calle 72 con

Carrera 5

1,52

6500(Planchón

VW 15.180 con

grúa)

29,64

Transport, freight,

lorry 3.5-7.5 metric

ton, EURO4|

transport, freight,

lorry 3.5-7.5 metric
ton, EURO4 | Rest-

of-world

2. Rehabilitación con Spiral Wound (SPR): Para ello se requieren de un generador CAT DE50 el cual suministra electricidad a la bomba de

inyección, un compresor-Kaeser M13 el proceso de enrollado, un generador Generador-CAT DE18E multipropósito, un generador
Generador-Yamaha EF3000iSE multipropósito y un generador eléctrico que suministra electricidad a la unidad hidráulica, se debe mencionar
que el constructor suministro directamente el dato de consumo de combustible para una instalación de este generador De acuerdo con esto
se tiene que se utilizan los siguientes equipos así:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

122

Tabla 46.Descripción de consumo de combustible etapa de rehabilitación Spiral Wound y selección de procesos en Simapro Flow

Equipo

Horas de

operación

diarias(h)

Consumo

combustible

por

hora(L/H)

Consumo

total de

Diésel (L)

Consumo

total de

Diésel (Kg)

Parámetro Simapro Flow

Generador-CAT

DE50

10,5

71,40

Diesel| diesel production, petroleum

refinery operation | Colombia

Compresor Kaeser

3,78

11,34

8,16

Petroleum| market for petroleum |

Global

Generador-CAT

DE18E

4,4

35,2

29,92

Diesel| diesel production, petroleum

refinery operation | Colombia

Generador-Yamaha

EF3000iSE

1,63

3,26

2,35

Petroleum| market for petroleum |

Global

Generador-Unidad

Hidráulica

132,49

112,60

Diesel| diesel production, petroleum

refinery operation | Colombia

La unidad funcional del estudio corresponde a la huella de carbono en emisiones equivalentes por instalación con tecnología sin zanja para la
rehabilitación de tuberías de alcantarillado, en este caso Spiral Wound(SPR). A continuación, se presenta el diagrama de procesos del caso de estudio
II correspondiente a la tecnología SPR:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

Figura 78.Procesos caso de estudio II-Rehabilitación con CIPP

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

124

6. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS

Toda la información presentada anteriormente, la cual fue recolectada y consultada con el apoyo de
las empresas encargadas de llevar a cabo los proyectos, se ingresó al programa SimaPro en su versión
Simapro Flow para la estimación de la huella de carbono en emisiones equivalentes para ambos casos
de estudio. Dicho programa permite el cálculo de las emisiones de carbono equivalente, para lo cual
como se ha mencionado se seleccionó el método IPCC 2021GWP100 el cual fue desarrollado por el
Panel Intergubernamental en Cambio Climático y permite incluir la captura de CO2 en un periodo de
tiempo de 100 años (Ariza Mesa, 2021). En la Figura 79 se presenta la interfaz de selección del
método de cálculo, el cual es aplicado por el programa permitiendo obtener los resultados que se
presentan a continuación.

Figura 79.Interfaz de selección de método de configuración de cálculo en SimaPro Flow

6.1 CASO DE ESTUDIO I

En el caso del escenario sin zanja en la Tabla 47 y en la Figura 80 se presentan los resultados de
emisiones de CO

equivalente, obtenidos al realizar la simulación de este escenario:

Tabla 47.Resultados de emisiones escenario sin zanja caso I

FASE

EMISIONES DE CO2
EQUIVALENTE(KG)

Movilización de equipos al proyecto

6791,67

Construcción de pozos

133420,57

Instalación de tubería

634579,06

Total

774791,30

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

125

Figura 80.Resultados de emisiones escenario sin zanja caso I

En ese orden de ideas, se observa que para este escenario la fase de movilización de equipos al
proyecto representa un 0,88% del total de emisiones de CO

equivalente, siendo la fase que menos

emisiones genera, seguida por la fase de construcción de pozos, la cual genera 19,64 veces más
emisiones que la fase de movilización de equipos al proyecto, puesto que esta representa el 17,22%
del total de emisiones de CO

equivalente mientras que la fase de instalación de la tubería representa

el 81,9% del total de emisiones de CO

equivalente del escenario, siendo la fase que más emisiones

genera de todas como se ve en la Figura 81. Así pues, la fase de instalación de la tubería genera 3,76
veces más emisiones de CO

equivalente que la fase de construcción de pozos y 94,43 veces más que

la fase de movilización de equipos al proyecto. Además, se encontró que en la fase de instalación de
la tubería las actividades que más emisiones de CO

equivalente generan son el retiro del lodo liquido

(14,97% del total) y el suministro de agua limpia (14,41% del total) mientras que la actividad de
montaje-desmontaje de obra es la que menos contribuye a la generación de emisiones de CO

equivalente (0,03% del total).

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

126

Figura 81.Resultados de emisiones escenario sin zanja caso I

Igualmente, se debe tener en cuenta que la simulación se realizó con base en la instalación de 8630
metros de tubería en total con el método Pipe Jacking de manera que se estiman las emisiones de CO

equivalente por metro de tubería instalada así:

774791,30

Kg CO2 eq

8630 𝑚

= 89,78

Kg CO2 eq

𝑚

Por otra parte, referente al escenario con zanja abierta del caso de estudio I en la Tabla 48 y en la
Figura 82 se presentan los resultados de emisiones de CO

equivalente, obtenidos al realizar la

simulación de este escenario:

Tabla 48.Resultados de emisiones escenario con zanja abierta caso I

FASE

EMISIONES DE CO2 EQUIVALENTE(KG)

Replanteo y desvió de redes

422,20

Demolición carpeta asfáltica

61,16

Excavación mecánica

23582,60

Instalación de tubería y relleno

24817,56

Recuperación de espacio público y asfalto

481,33

Total

49364,84

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

127

Figura 82.Resultados de emisiones escenario sin zanja caso I

En ese orden de ideas, se observa que para este escenario la fase que más emisiones de CO

equivalente genera es la fase de instalación de la tubería y relleno la cual representa el 50,27% del
total de emisiones de CO

equivalente, seguida por la fase de excavación mecánica la cual representa

el 47,77% de las emisiones de CO

equivalente. Con respecto a la fase de replanteo y desvió de redes

esta representa el 0,86% de las emisiones de CO

equivalente del escenario mientras que la fase de

demolición de la carpeta asfáltica representa el 0,12% de las emisiones de CO

equivalente del

escenario, y la fase de recuperación de espacio público y asfalto representa el 0,98% de las emisiones
de CO

equivalente del escenario. Como se observa las tres fases mencionadas anteriormente no

contribuyen significativamente con la generación de emisiones de CO

equivalente puesto que

representan menos del 2% del total de emisiones de CO

equivalente como se ve en la Figura 83.

Además, se encontró que en la fase de instalación de la tubería y relleno la actividad que más
emisiones de CO

equivalente genera es el suministro de relleno (74,19% del total) seguida por el uso

de la excavadora que genera el 7,02% del total de emisiones de CO

equivalente y por el uso del vibro

compactador de doble rodillo que genera el 5,85% del total de emisiones de CO

equivalente.

Paralelamente, se debe tener en cuenta que la simulación se realizó con base en la instalación de 100
metros de tubería en total con el método de zanja abierta de manera que se estiman las emisiones de
CO

equivalente por metro de tubería instalada así:

49364,84 Kg CO2 eq

100 𝑚

= 493,65

Kg CO2 eq

𝑚

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

128

Figura 83.Resultados de emisiones escenario con zanja abierta caso I

De igual forma, se observa que ambos escenarios estudiados la fase de instalación de la tubería es la
que mayores emisiones de CO

equivalente genera siendo en el escenario sin zanja su contribución

mayor (81,9%) que en el escenario con zanja abierta (50,27%). Además, la fase de construcción de
pozos del escenario sin zanja, la cual representa el 17,22% del total de emisiones de CO

equivalente

del escenario podría equipararse con las fases de replanteo y desvió de redes, demolición de la carpeta
asfáltica y excavación mecánica del escenario con zanja abierta las cuales representan en conjunto el
48,75% del total de emisiones de CO

equivalente del escenario, representando un valor superior.

Sumado a lo anterior, la fase de la fase de instalación de tubería del escenario sin zanja, la cual
representa el 81,9% del total de emisiones de CO

equivalente del escenario podría equipararse con

las fases de instalación de tubería y relleno, y recuperación de espacio público y asfalto del escenario
con zanja abierta las cuales representan en conjunto el 51,25% del total de emisiones de CO

equivalente del escenario, representando un valor superior.

Así pues, al comparar el escenario con zanja abierta y sin zanja como se muestra en la Tabla 49, se
observa que las emisiones de CO

equivalente por metro de tubería instalada de acueducto de 60

pulgadas de diámetro al utilizar la tecnología sin zanja(Pipe Jacking) son 4,5 veces inferiores a las
emisiones de CO

equivalente generadas al emplear la técnica de zanja abierta para la instalación de

tubería de acueducto de 60 pulgadas de diámetro puesto que la instalación con tecnología sin zanja
representa tan solo el 18,19% del total de emisiones de CO

equivalente generadas con la tecnología

con zanja abierta:

Tabla 49.Comparación resultados escenario sin zanja Vs. con zanja abierta

TÉCNICA

CONSTRUCTIVA

EMISIONES DE CO2 EQUIVALENTE POR

METRO DE TUBERIA INSTALADA(

𝐊𝐠 𝐂𝐎𝟐 𝐞𝐪

𝒎

)

Sin Zanja(Pipe Jacking)

89,78

Con Zanja Abierta

493,65

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

129

Figura 84.Comparación resultados escenario sin zanja Vs. con zanja abierta

En consecuencia, para instalar 8630 m de tubería las emisiones de CO

equivalente al instalar la

tubería con tecnología sin zanja (Pipe Jacking) es de 774.791,30 Kg CO

equivalentes mientras que

si se utiliza la tecnología con zanja abierta las emisiones de CO

equivalente serian de 4.260.199,5

Kg CO

equivalentes, 4,5 veces mayores. Sumado a lo anterior, se debe tener en cuenta el rendimiento

de cada una de las tecnologías de instalación las cuales se muestran en la Tabla 50, como se ve con
la tecnología sin zanja se pueden instalar los 8.630 m de tubería en 360 días (0,99 Años) mientras que
con la tecnología con zanja abierta se tardaría 2158 días (5,9 Años).

Tabla 50.Rendimiento tecnologías

TÉCNICA

CONSTRUCTIVA

Rendimiento (

𝐦

𝒅𝒊𝒂

)

Sin Zanja(Pipe Jacking)

Con Zanja Abierta

En síntesis, los resultados obtenidos son consistentes con lo obtenido en trabajos anteriores como el
llevado a cabo por Kaushal et al (2020) puesto que en el presente trabajo se encontró que se obtienen
menores impactos ambientales al utilizar técnicas sin zanja para la instalación de tuberías al igual que
en los estudios realizados en el periodo analizado por ellos. De igual forma, los resultados obtenidos
en este trabajo muestran una reducción de las emisiones de CO

equivalente empleando tecnología

sin zanja, al igual que en el trabajo llevado a cabo por la Pipe Jacking Association (2017) pero en el
presente trabajo la reducción es mayor, del 81,81% a comparación del 60% obtenido por la Pipe
Jacking Association (2017). Además, teniendo en cuenta los resultados de Lu et al (2020) quienes

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

130

encontraron en su estudio que utilizando la técnica de instalación sin zanja Pipe Jacking se logran
reducciones de la huella de carbono entre  14%-86% a comparación de un escenario de instalación
con  zanja  abierta,  se observa  que  la  reducción en  la huella  de  carbono  evidenciada  en  el  presente
trabajo (81,81%) se encuentra dentro del rango establecido en dicho estudio.

Sumado a lo anterior se tiene que los resultados del presente estudio coinciden con los obtenidos por
Alsadi et al (2020) respecto de las menores emisiones al utilizar tecnología sin zanja, esto a pesar que
Alsadi et al (2020) considero tecnologías sin zanja diferentes a la considerada en el presente estudio.
Además, al igual que en el estudio de Alsadi et al (2020) se encontró que con el método de zanja
abierta la actividad de relleno(Suministro) es la que más emisiones de CO

equivalente genera.

Igualmente, los resultados coinciden con los obtenidos por Vladimirov & Hölterhoff (2012) dado que
en ambos estudios se encontraton reducciones considerables en las emisiones de CO

equivalente al

emplear tecnología sin zanja (Pipe Jacking) en lugar de la técnica de zanja abierta, siendo la reducción
del presente estudio mayor (81,81%) que la del estudio de Vladimirov & Hölterhoff (73,86%). No
obstante, los resultados difieren de los obtenidos por Perdomo (2021) puesto que en el presente
estudio las emisiones de CO

equivalente empleando tecnología sin zanja para la instalación de

tuberías son menores que la instalación con zanja abierta como obtuvo en su estudio Perdomo (2021),
siendo dicho estudio un caso atípico puesto que como se ha mencionado anteriormente la mayoría
de estudios coinciden en que las tecnologías sin zanja generan menores emisiones de CO

equivalente

que la zanja abierta.

6.2 CASO DE ESTUDIO II

En el caso del escenario sin zanja en la Tabla 51 y en la Figura 85 se presentan los resultados de
emisiones de CO

equivalente, obtenidos al realizar la simulación del escenario de rehabilitación de

la tubería con la tecnología sin zanja CIPP :

Tabla 51.Resultados de emisiones rehabilitación CIPP caso II

FASE

EMISIONES DE CO2 EQUIVALENTE(KG)

Movilización de equipos y materiales

8,110

Rehabilitación

192,673

Total

200,783

En ese orden de ideas, se observa que para este escenario la fase de movilización de equipos y
materiales al proyecto representa el 4,04% del total de emisiones de CO

equivalente, siendo la fase

que menos emisiones genera mientras la fase de rehabilitación es la que más emisiones de CO

equivalente genera puesto que esta fase representa el 95,96% del total de emisiones de CO

equivalente como se ve en la Figura 86. De igual manera, la fase de rehabilitación de la tubería genera
22,76 veces más emisiones de CO

equivalente que la fase de movilización de equipos y materiales

al proyecto. Además, se encontró que en la fase de rehabilitación de la tubería el uso de la caldera de
vapor es la que más emisiones de CO

equivalente genera (58,37% del total) mientras el compresor

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

131

genera el 23,71% de las emisiones de CO

equivalente y el generador eléctrico genera el 18,88% de

las emisiones de CO

equivalente.

Figura 85.Resultados de emisiones rehabilitación CIPP caso II

Figura 86.Resultados de emisiones rehabilitación CIPP caso II

Por otra parte, referente al escenario de rehabilitación de la tubería con tecnología sin zanja,
específicamente Spiral Wound, en la Tabla 52 y en la Figura 87 se presentan los resultados de
emisiones de CO

equivalente, obtenidos al realizar la simulación de este escenario:

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

132

Tabla 52.Resultados de emisiones rehabilitación Spiral Wound caso II

FASE

EMISIONES DE CO2 EQUIVALENTE(KG)

Movilización de equipos y materiales

32,72

Rehabilitación

99,80

Total

132,51

Figura 87.Resultados de emisiones rehabilitación Spiral Wound caso II

En ese orden de ideas, se observa que para este escenario la fase de movilización de equipos y
materiales al proyecto representa el 24,69% del total de emisiones de CO

equivalente, siendo la fase

que menos emisiones genera mientras la fase de rehabilitación es la que más emisiones de CO

equivalente genera puesto que esta fase representa el 75,31% del total de emisiones de CO

equivalente como se ve en la Figura 88. De igual manera, la fase de rehabilitación de la tubería genera
2,05 veces más emisiones de CO

equivalente que la fase de movilización de equipos y materiales al

proyecto. Además, se encontró que en la fase de rehabilitación de la tubería el uso del generador que
suministra energía a la unidad hidráulica es lo que más emisiones de CO

equivalente genera (51,37%

del total), seguido por el generador CAT DE50 (32,58% de las emisiones de CO

equivalente), el

generador CAT DE18E (13,65% de las emisiones de CO

equivalente), el compresor (7,86% de las

emisiones de CO

equivalente) y el generador Yamaha EF3000iSE (0,54% de las emisiones de CO

equivalente).

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/09bce79401200c5586dd48b46fa486e1/index-html.html

133

Figura 88.Resultados de emisiones rehabilitación Spiral Wound caso II

Sumado a lo anterior, al comparar las tecnologías sin zanja para la rehabilitación de tuberías como se
muestra en la Tabla 53, se observa que las emisiones de CO

equivalente por instalación de CIPP son

0,51 veces superiores a las emisiones de CO

equivalente generadas por instalación de Spiral Wound:

Tabla 53.Comparación resultados rehabilitación CIPP y Spiral Wound

TÉCNICA

CONSTRUCTIVA

EMISIONES DE CO2 EQUIVALENTE POR

INSTALACIÓN (

𝐊𝐠 𝐂𝐎𝟐 𝐞𝐪

𝒎

)

CIPP

200,78

Spiral Wound(SPR)

132,51

Figura 89.Comparación resultados rehabilitación CIPP y Spiral Wound

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134

De igual forma, se observa que ambos escenarios estudiados la fase de instalación de la tubería es la
que mayores emisiones de CO

equivalente genera siendo en el escenario de rehabilitación con CIPP

mayor (95,96%) que en el escenario de rehabilitación con SPR (75,31%). Asimismo, con respecto a
la fase de movilización de equipos y materiales se observa que en el caso de la rehabilitación con
CIPP genera el 4,04% de las emisiones de CO

equivalente el cual es un valor inferior al generado en

esta misma fase en el escenario de rehabilitación con Spiral Wound, en el cual se generan el 24,69%
de las emisiones de CO

equivalente.

Por último, se debe mencionar que dentro de la revisión bibliográfica realizada no se encontró un
estudio en el cual se comparan directamente las emisiones de CO

equivalentes de las técnicas de

rehabilitación de tuberías sin zanja analizadas en el presente caso de estudio, las cuales son CIPP y
Spiral Wound.

6.3 COMPENSACIÓN

Hoy en día se realizan compensaciones, las cuales cumplen la función de ser un abono monetario que
se reinvierte en proyectos para mejorar el entorno natural y el desarrollo social con el fin de mitigar
el efecto de las emisiones de CO

por procesos antropogénicos en el medio ambiente (Ariza Mesa,

2021). En línea con lo anterior, se destaca que en Colombia se implementó la Ley 1819 de 2016 por
medio  de  la  cual  se  creó  el  impuesto  nacional  al  carbono,  el  cual  busca  desincentivar  el  uso  de
combustibles  fósiles  y  promover  mejoras  tecnológicas  que  conduzcan  a  su  uso  eficiente
(Departamento Nacional de Planeación, s.f.). En ese orden de ideas, este impuesto para el año 2022
tenía una tarifa de $18.829 COP por cada tonelada de CO2 generada por la quema de combustibles.
Asimismo, para el caso de la Unión Europea el valor de compensación por tonelada de carbono a
inicios del mes de diciembre del 2022 se encontraba en € 85.22 EUR (Statista, 2022). A partir de lo
anterior  se  puede hacer  una  comparación  sobre  el costo  que  puede tener  compensar  las  emisiones
generadas en cada escenario analizado para ambos casos de estudio. En la Tabla 54 se presentan los
resultados obtenidos para el caso de estudio I y en la Tabla 52 se encuentran los resultados obtenidos
para el caso de estudio II.

Tabla 54. Resultados comparativos de costos de compensación caso I

TECNOLOGIA

EMISIONES DE CO2
EQUIVALENTE(KG)

COMPENSACIÓN

DE CARBONO ($

COP)

COMPENSACIÓN DE

CARBONO (€ EUR)

Sin Zanja(Pipe Jacking)

774791,3

$ 14.588.545,39

€ 66.027,71

Con Zanja Abierta

4260199,5

$ 80.215.296,39

€ 363.054,20

CIPP

200,78

$ 3.780,49

€ 17,11

Spiral Wound(SPR)

132,51

$ 2.495,03

€ 11,29

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135

Figura 90. Compensación de huella de carbono según Ley 1819 de 2016 caso I

Como se observa en la Figura 90, Figura 92,Figura 92 y Figura 93 se evidencia que para el caso de
estudio I los costos de compensación son mayores tanto para la normativa de Colombia como la de
la Unión Europea que para el caso de estudio II, esto debido a que en el caso I se contemplan mayores
emisiones de CO

equivalente para ambas tecnologías constructivas(Con zanja y sin zanja) ya que se

hizo el análisis para la totalidad de la instalación de la tubería del proyecto mientras que en el caso de
estudio II se hizo el análisis por instalación(1 día) de cada método de rehabilitación sin zanja
contemplado por lo cual las emisiones son menores. De igual manera los costos de compensación en
el caso I al utilizar tecnología sin zanja son significativamente menores que al emplear el método
tradicional de zanja abierta. Además, en el caso II se observa que los costos de compensación por
instalación de Spiral Wound(SPR) son un 34% inferiores que los de la instalación de CIPP.

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136

Figura 91.Compensación de huella de carbono según Ley 1819 de 2016 caso II

Figura 92.Compensación de huella de carbono según norma europea caso I

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137

Figura 93.Compensación de huella de carbono según norma europea caso II

Igualmente, se evidencia que internacionalmente, en este caso en la Unión Europea, los costos de
compensación son más elevados, 21,68 veces más costosos, que los que se encuentran establecidos
en Colombia. Como consecuencia, en Colombia se presenta una subestimación de los costos debido
a las afectaciones medio ambientales lo cual a su vez implica un alto costo de oportunidad en
inversión de proyectos que pueden ayudar a mitigar las problemáticas ambientales y las afectaciones
directas sobre el cambio climático (Ariza Mesa, 2021). Esto puede ser un problema al momento de la
toma de decisión de los dueños de los proyectos de instalación, renovación o rehabilitación de tuberías
de acueducto y alcantarillado en Colombia dado que al comparar los costos requeridos para evitar la
generación de CO

por medio del uso de tecnologías sin zanja, por ejemplo, con el costo de pagar el

impuesto establecido por compensación, no se reflejará realmente el costo de las afectaciones medio
ambientales y se optara por la alternativa constructiva cuyo costo sea menor.

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138

7. CONCLUSIONES

En  el  marco  del  presente  trabajo  de  investigación  se  llevó  a  cabo  inicialmente  una  revisión
bibliográfica  para  establecer  en  primer  lugar  las  tecnologías  de  instalación,  renovación  y
rehabilitación  de  tuberías  de  acueducto  y  alcantarillado  disponibles,  así  como  en  segundo  lugar
establecer el estado del arte de la huella de carbono, especialmente las emisiones de CO

equivalente,

de las tecnologías sin zanja y con zanja para la instalación, renovación o rehabilitación de tuberías de
acueducto y alcantarillado. De igual forma, se realizó la modelación de dos casos de estudio, en los
cuales se evaluó la huella de carbono de la etapa de instalación, renovación o rehabilitación de
tuberías de acueducto y alcantarillado. A partir del trabajo realizado se puede concluir lo siguiente:



De acuerdo con la revisión bibliográfica se puede establecer que para la instalación de

tuberías de acueducto y alcantarillado existen las siguientes tecnologías sin zanja disponibles,
una de las cuales fue desarrollada en Colombia (ADB):

  Pipe Jacking
  Utility Tunneling
  Microtunelado
  Microtunelado con tubo piloto
  Horizontal Auger Boring (HAB)

 Horizontal Directional Drilling (HDD)
 Perforación por Golpeo (Pipe Ramming)

 Ramming asistido Hidráulicamente(ADB)



De acuerdo con la revisión bibliográfica se puede establecer que para la renovación de

tuberías de acueducto y alcantarillado existen las siguiente s tecnologías disponibles:

 Pipe Bursting
 Pipe Eating

 Pipe Reaming
 Tunnel Liner



Con base en la revisión bibliográfica se puede establecer que para la rehabilitación de tuberías

de acueducto y alcantarillado existen las siguiente s tecnologías disponibles:

  Close Fit Slip Lining
  CIPP
  Spiral Wound Lining
  Reparación Puntual (Point Repair)



A nivel internacional se han realizado varios estudios para la investigación y cuantificación

las emisiones de GEI, en especial la huella de carbono, en proyectos especialmente de
instalación de tuberías en los cuales se comparan las emisiones tanto de métodos sin zanja
como con zanja abierta. No obstante, los casos de renovación y rehabilitación han sido poco

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139

documentados o estudiados a la fecha por lo cual a futuro documentar esta clase de proyectos
puede ayudar a complementar la información disponible.



En la revisión bibliografía se encontró que los casos de estudio documentados de proyectos

de instalación, renovación o rehabilitación de tuberías con tecnologías sin zanja se localizan
especialmente en Europa o en Estados Unidos puesto que en Latinoamérica solamente se ha
documentado un caso en Colombia el cual se realizó en el año 2021.En consecuencia, se hace
necesario que a futuro se documenten una mayor cantidad de proyectos sin zanja en
Latinoamérica así como en otras partes del mundo como Oceanía por ejemplo.



Con base en el estado del arte, se encontró que la mayoría de estudios realizados para la

investigación  y  cuantificación  las  emisiones  de  GEI,  en  especial  la  huella  de  carbono,  en
proyectos  de  instalación,  renovación  o  rehabilitación  de  tuberías  de  acueducto  o
alcantarillado han obtenido resultados que muestran que al emplear tecnologías sin zanja en
lugar  de la técnica  de  zanja  abierta  se  pueden  reducir  considerablemente  las emisiones  de
CO

equivalente. Sin embargo, el estudio llevado a cabo por Perdomo (2021) arrojo

resultados atípicos puesto que la zanja abierta genero menos contaminantes que la tecnología
sin zanja, siendo el único estudio que presenta estos resultados.



Se documentaron dos proyectos en la ciudad de Bogotá en los cuales se utilizaron tecnologías

sin zanja: I) Fase 2 de la rehabilitación del tramo 3 la Línea Tibitoc-Casablanca en el cual se
utilizó la tecnología Pipe Jacking para la instalación de tubería de acueducto y II)

II-Las

Delicias-La Vieja en el cual se utilizaron varias técnicas de rehabilitación sin zanja como
CIPP o Spiral Wound para rehabilitar colectores de alcantarillado.



Para el caso de estudio I, las emisiones de CO

equivalente por metro de tubería instalada

utilizando tecnología sin zanja son de

89,78

Kg CO2 eq

𝑚

mientras que utilizando la zanja

abierta este valor es de

493,65

Kg CO2 eq

𝑚

.En consecuencia la huella de carbono si se usa

tecnología sin zanja en lugar de la zanja abierta puede reducirse en un 81,81% puesto que la
zanja abierta genera 4,5 veces más emisiones que la tecnología sin zanja.



Para el caso de estudio I se encontró que, en el escenario sin zanja, la fase de instalación de

la tubería es la que más emisiones de CO

equivalente genera, así como que dentro de esta

fase las actividades que más emisiones de CO

equivalente generan son el retiro del lodo

liquido (14,97% del total) y el suministro de agua limpia (14,41% del total). Con respecto al
escenario de zanja abierta la fase que más emisiones de CO

equivalente genera es la fase de

instalación de la tubería y relleno la cual representa el 50,27% del total de emisiones de CO

equivalente, de igual forma dentro de esta fase la actividad que más emisiones de CO

equivalente genera es el suministro de relleno (74,19% del total).

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140



Los resultados obtenidos para el caso de estudio I son consistentes con los resultados

obtenidos en otros trabajos llevados a cabo por otros autores puesto que los resultados del
presento estudio muestran una reducción de las emisiones de CO

equivalente empleando

tecnología sin zanja en vez de utilizar la zanja abierta.



Para el caso de estudio II se encontró que las emisiones de CO

equivalente por instalación

de CIPP son 0,51 veces superiores a las emisiones de CO

equivalente generadas por

instalación de Spiral Wound. Además, en ambos escenarios estudiados la fase de instalación
de la tubería es la que mayores emisiones de CO

equivalente genera siendo en el caso de la

rehabilitación con CIPP el uso de la caldera de vapor lo que más emisiones de CO

equivalente genera (58,37% del total) mientras que con la rehabilitación con SPR el uso del
generador que suministra energía a la unidad hidráulica es lo que más emisiones de CO

equivalente genera (51,37% del total).



Al comparar los costos de compensación de las emisiones de CO

se encontró que los costos

de compensación son superiores en otros lugares del mundo como por ejemplo en la Unión
Europea donde esta compensación tiene un costo 21,68 veces superior al establecido en
Colombia. Por lo tanto, es necesario que en Colombia se revise la regulación vigente con el
fin de equipararla a la de otras partes del mundo con el fin de logar desincentivar el uso de
combustibles fósiles y promover mejoras tecnológicas como por ejemplo lo es el uso de las
tecnologías sin zanja en proyectos de instalación, renovación o rehabilitación de tuberías de
acueducto y alcantarillado.

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141

8. RECOMENDACIONES

Con base en la realización del presente trabajo investigativo se plantean las siguientes
recomendaciones para la elaboración de trabajos posteriores:



El proceso de obtención de la información se puede ver obstaculizado en ciertos casos por la

falta de acceso a la información por parte de las empresas constructoras por lo cual se hace
necesario profundizar la relación entre la academia y las empresas con el fin de lograr
objetivos conjuntos que beneficien a ambas partes.



Para futuros posteriores se sugiere incluir dentro del análisis de ciclo de vida las emisiones

de CO

equivalente correspondiente a la fabricación u obtención de los materiales empleados

dentro de la etapa constructiva como, por ejemplo, el material de relleno o el asfalto.



El presente estudio contribuye a documentar la huella de carbono de proyectos de instalación,

renovación o rehabilitación de tuberías de acueducto y alcantarillado con tecnología sin zanja
en Colombia y en Latinoamérica, a su vez se busca incentivar el desarrollo de esta clase de
investigaciones por lo cual es necesario que se sigan estudiando proyectos sin zanja en el país
y la región.



Se requiere en el futuro documentar y estudiar mayoritariamente proyectos de renovación y

rehabilitación de tuberías de acueducto y alcantarillado con tecnología sin zanja puesto que
a la fecha la mayoría de estudios realizados se han enfocado en proyectos de instalación de
tuberías con diferentes metodologías sin zanja. Además, se hace necesario el desarrollo de
un mayor número de trabajos que comparen entre si varias tecnologías sin zanja para la de
instalación, renovación o rehabilitación de tuberías de acueducto y alcantarillado.



Para la evaluación de la huella de carbono en el presente estudio se empleó el Software

Simapro, el cual no es de libre acceso y cuya disponibilidad es limitada lo cual puede ser un
impedimento para el desarrollo de esta clase de trabajos por lo cual se requiere analizar
metodologías alternas que permitan hacer esta clase de trabajos sin la limitante del acceso al
Software como por ejemplo el uso de calculadoras de carbono de libre acceso desarrolladas
por entidades estatales.



Para trabajos futuros se sugiere analizar los costos económicos, sociales y ambientales

simultáneamente de las tecnologías con y sin zanja con el fin de ayudar a los tomadores de
decisión respecto de que tipo de tecnología se debe seleccionar teniendo en cuenta no solo al
análisis económico sino otros aspectos como los ambientales y sociales.

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142

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Huella de carbono de la instalación de tuberías de acueducto y alcantarillado Zanja abierta y tecnología sin zanja

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