Métodos de diseño en redes de alcantarillado

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PROYECTO

GRADO

INGENIERÍA

CIVIL

MÉTODOS DE DISEÑO EN REDES DE ALCANTARILLADO: ¿QUÉ SE USA HOY

EN DÍA?

PRESENTADO POR:

LUISA FERNANDA TORRES DUEÑAS

ASESOR:

JUAN GUILLERMO SALDARRIAGA VALDERRAMA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

JUNIO 2013

BOGOTA D.C

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Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados-CIACUA
“Métodos de diseño en redes de alcantarillado: ¿qué se usa hoy en día?”

A mis padres, Ruth y Flavio

Por su constante apoyo durante

mi formación profesional y personal.

Mil gracias por permitirme estudiar

En la mejor Universidad del país

y cumplir la primera meta:

Ser Ingeniera civil.

A mis tías, Pepa y Maruja

por ser el apoyo y cariño

incondicional que siempre

tendré en mi vida.

A mis amigos de carrera, con

los cuales el pregrado no hubiera

sido lo mismo, y a todos aquellos

compañeros que han contribuido

en esta etapa de aprendizaje,

mil gracias por los momentos vividos.

A mi asesor, Juan Saldarriaga,

por su valiosa guía durante más de un año

y por mostrarme con sus conocimientos

el área profesional en el cual me quiero

desempeñar.

Finalmente a la Universidad de los Andes

la cual se convirtió en un segundo hogar.

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Tabla de contenido

INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ................................................................................................. 1

1.1

Introducción al estado del sistema de saneamiento básico en Colombia. .................... 1

1.2

Justificación y objetivo general ....................................................................................... 5

1.3

Objetivos específicos ....................................................................................................... 6

1.4

Contenido del informe .................................................................................................... 6

MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................... 7

2.1

Sistemas de drenaje urbano ............................................................................................ 7

2.2

Tipos de redes de alcantarillado ..................................................................................... 9

2.3

Componentes de un sistema de drenaje urbano .......................................................... 12

2.4

Problemas usuales en las redes de drenaje .................................................................. 13

2.5

Diseño tradicional de alcantarillados. ........................................................................... 15

2.6

Diseño optimizado de alcantarillados (Antecedentes) ................................................. 28

ENTREVISTAS ......................................................................................................................... 34

3.1

Objetivo ......................................................................................................................... 34

3.2

Entrevistas ..................................................................................................................... 34

3.3

Bogotá ........................................................................................................................... 36

3.4

Cali ................................................................................................................................. 51

3.5

Medellín ........................................................................................................................ 57

3.6

Síntesis del proceso de diseño Colombiano. ................................................................. 66

INVESTIGACIÓN CIACUA ........................................................................................................ 68

4.1

Resultados preliminares de la investigación CIACUA .................................................... 69

OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES .............................................................................. 72

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 75

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iii

Tabla de Figuras

Figura 1. Interacción entre el medio ambiente y la población. .......................................................... 7
Figura 2. Aguas receptoras contaminadas. ......................................................................................... 8
Figura 3. Inundación en Bogotá D.C en la carrera 7ma. 2011. ............................................................ 8
Figura 4. Efecto de la impermeabilización en el caudal de escorrentía (Butler & Davies, 2010). .... 10
Figura 5. Esquema de un sistema separado. Tomado y adaptado de (Saldarriaga, 2013) ............... 10
Figura 6. Esquema de un sistema combinado. Tomado y adaptado de (Saldarriaga, 2013) ............ 11
Figura 7. Inundación en Puerto Nare, Antioquia............................................................................... 14
Figura 8. a) Tubería sin sobrecarga b) Tubería fluyendo con sobrecarga. ........................................ 15
Figura 9. Algoritmo de diseño para un sistema de drenaje urbano parte a. ................................... 16
Figura 10. Algoritmo de diseño para un sistema de drenaje urbano parte b. ................................. 17
Figura 11. Modelo Radial de trazado. ............................................................................................... 18
Figura 12. Modelo Perpendicular de trazado.................................................................................... 19
Figura 13. Modelo abanico de trazado. ............................................................................................ 19
Figura 14. Modelo interceptores de trazado. ................................................................................... 20
Figura 15. Modelo trazado en bayoneta. .......................................................................................... 20
Figura 16. Modelo trazado en peine. ................................................................................................ 21
Figura 17. Modelo trazado combinado. ............................................................................................ 21
Figura 18.Flujo uniforme en una tubería. ......................................................................................... 23
Figura 19. Sección transversal de una tubería de alcantarillado. ..................................................... 24
Figura 20. Concepto hidráulico de potencia unitaria. ....................................................................... 30
Figura 21. Problema de optimización en sistemas de alcantarillado según la pendiente. ............... 31
Figura 22. Esquema de un problema de diseño de alcantarillado .................................................... 71
Figura 23. Curva de la relación de Manning con la relación de llenado. .......................................... 72

Tabla de Ilustraciones

Ilustración 1. Índice de pobreza para países centro y sur americanos. .............................................. 2
Ilustración 2. Municipios con plantas de tratamiento en todo el territorio colombiano. .................. 3
Ilustración 3. Municipios sin alcantarillado en Colombia. .................................................................. 4
Ilustración 4. Inversiones, costos y gastos para el sector de saneamiento básico Según la
Superintendencia de Servicios Públicos. ............................................................................................. 5

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1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

1.1 Introducción al estado del sistema de saneamiento básico en Colombia.

Los sistemas de alcantarillados surgen  de la necesidad del ser humano por controlar su entorno y
ambiente (Butler & Davis, 2009); este concepto se remonta desde la época antigua, encontrando
en evidencias arqueológicas que civilizaciones como la romana, griega y mesopotámica, contaban
con  sistemas  construidos  especialmente  para  drenar  y  evacuar  el  agua  de  las  ciudades.
Antiguamente  el  concepto  de  alcantarillado  solo  involucraba  la  evacuación  de  aguas  lluvias  o
terrenos pantanosos y de lo que se  denominaba agua superficial. En ese entones no se tenía en
cuenta  lo  que  era  el  drenaje  de  aguas  residuales  y  por  lo  tanto  no  había  un  concepto  de
tratamiento  de  contaminantes  lo  cual  llevaba  a  condiciones  de  salubridad  deplorables  en  la
mayoría de los casos. Hoy en día este concepto ha evolucionado, llevando no solo a sistemas de
alcantarillado que drenan las ciudades, si no a sistemas de saneamiento básico que incorporan el
drenaje total de una cuenca específica (incluyendo el agua desechada por la población en esta) y
adicionalmente  incorporan  un  tratamiento  de  las  aguas  para  su  adecuada  disposición  y
vertimiento en los cauces naturales o cuerpos receptores cercanos al casco urbano.

A pesar de que el concepto de sistemas de drenaje urbano ha sufrido varios cambios en pro del
adecuado vertimiento de las aguas, esto con el fin de evitar la contaminación de cauces naturales
para su posible uso, todavía en algunos sitios, en especial Latino América, hacen falta grandes
cambios para lograr que los sistemas de alcantarillado se diseñen y funcionen óptimamente. En el
caso colombiano todavía no se tiene la percepción de que el alcantarillado es un servicio básico
esencial a diferencia de la priorización que se tiene para el abastecimiento de agua potable. Estos
sistemas solo empiezan a tener importancia cuando surgen emergencias sanitarias, inundaciones
o cuando hay un impacto serio en el ambiente, en especial en los recursos hídricos naturales.

Debido a las recientes olas invernales que se han tenido en el país, se han empezado a notar las
grandes  deficiencias  en  los  sistemas  de  alcantarillado  colombianos.  Según  datos  del  periodo
invernal de 2008 (Superintendencia de Servicios Públicos, 2010) aproximadamente 1.2 millones de
habitantes  se  vieron  afectados  en  cuanto  a  problemas  en  el  drenaje  de  las  aguas  residuales  y
pluviales  debido  a  las  inundaciones  registradas  en  los  cascos  urbanos.  Las  pérdidas  reportadas
para los prestadores del servicio fueron  de $14.8 mil millones de pesos lo cual para un país en vía
de desarrollo, es una cantidad de dinero que no se debería destinar a reparaciones si los sistemas
estuvieran bien diseñados. Estos recursos se deberían emplear para ampliar la cobertura de este
servicio a todo el país, y de ahí la importancia de centrarse en un diseño adecuado que minimice
costos totales pero que a su vez sea una red robusta y funcional en la cual se pueda garantizar que
habrá un mínimo riesgo de sobrecargas para evitar las inundaciones en los cascos urbanos.

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No obstante, las empresas prestadoras del servicio no son las únicas que llevan la carga económica
de  las  reparaciones  y  operación  de  estos  sistemas.  Se  reporto  también  que  los  habitantes
afectados tenían que asumir un costo de $12,367 pesos por persona para restablecer la operación
normal de la red; esto sin contar que adicionalmente estos deben costear las reparaciones en sus
hogares  por  los  daños  causados  en  las  inundaciones.  De  acuerdo  con  lo  anterior  y  teniendo  en
cuenta que Colombia al presente año (2013) tiene un índice de pobreza del 40.2%(ver Ilustración
1)  lo  cual  indica  que  cerca  de  la  mitad  de  la  población  se  clasifica  como  pobre,  se  infiere  sin
necesidad  de muchos  cálculos  que  la mayoría  de  personas  no tendrían  el  dinero  suficiente  para
sobrellevar un imprevisto como este sin afectar gravemente la economía de su hogar.

Asimismo,  la  problemática  que  lleva  el  no  tener  un sistema  de  saneamiento  básico o  tener  uno
poco  funcional,  en  el  país  representa  en  salud  un  valor  anual  de  aproximadamente  $1,210  y
$1,515 miles de millones de pesos lo cual equivale al 1.04% del PIB que produce el país.  Todas las
anteriores  serian  razones  suficientes  para  proponer  mejoras  en  las  prácticas  de  diseño  de
alcantarillados en el país ya que por las cifras que se tienen se ve que hay fallas recurrentes en las
redes de alcantarillado colombianos y que hay algo que claramente no está funcionando teniendo
en cuenta la concepción actual que se tiene para sistemas de drenaje urbano.

Ilustración 1. Índice de pobreza para países centro y sur americanos (el dato de Colombia esta actualizado a 2013).

(The World Bank Group, 2013)

Ahora bien, si se  habla de  la cobertura que tiene Colombia, al 2009 la población  que  hacía  falta
atender  en cuestiones  de saneamiento  básico  era  de  un  poco  mas  de  5.8  millones  de  personas.
Esta  cifra  al  presente  año  ha  disminuido  sin  embargo  según  la  (Superintendencia  de  Servicios
Públicos, 2010) el aumento de la cobertura no es sinónimo de un aumento en la satisfacción por
calidad del sistema de alcantarillado, lo cual nuevamente deja en evidencia que hay falencias en
los diseños, operación y construcción de estas redes.  Adicionalmente, cabe aclarar que de todos
los vertimientos urbanos en el país tan solo el 27,5% se trata (ver Ilustración 2), y aunque se sabe

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que implementar y operar plantas de tratamiento es muy costoso, el 72,5% restante de las aguas
que están siendo descargadas a la cuerpos receptores naturales pueden estar causando un grave
problema  de  contaminación  a  las  cuencas  y  reservas  acuíferas  del  país.  Con  esto  también  se
agrava el problema de tratamiento de agua potable para el consumo humano, ya que los procesos
de descontaminación serian más especializados y por ende más costosos. Cabe resaltar que si se
mira  con  detenimiento  la  Ilustración  2,  se  ve  que  la  ubicación  de  plantas  de  tratamiento  está
ligada  solo  a  sectores  donde  hay  explotación  de  un  recurso  natural  importante.  Se  observa  el
Casanare  tiene  un  número  importante  de  PTAR’s

y esto probablemente esté ligado a la

explotación de hidrocarburos en el sector, así como en la Guajira está la explotación de carbón
hecha por el Cerrejón

. Esto quiere decir que esta ubicación no está siendo equitativa y no está

diseñada para atender a la población en cuanto a la disposición de las aguas residuales, si no que
están construidas solo para el tratamiento de desechos tóxicos provenientes de la industria.

Ilustración 2. Municipios con plantas de tratamiento en todo el territorio colombiano.

Conforme a lo que se ha dicho anteriormente y a pesar de que la cobertura ha aumentado,
todavía hay zonas críticas del país como lo son los departamentos del Bolívar, Magdalena y

Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales

El Cerrejón es una empresa la cual tiene un complejo de minería y transporte para explotar el recurso del

carbón y los cuales operan en el Departamento de la Guajira.

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Atlántico  que  aun  no  llegan  ni  al  50%  de  cobertura  y  esto  contando  que  son  departamentos
relativamente  importantes  para  el  país.  No  se  tienen  datos  exactos  de  algunos  departamentos
situados hacia el sur del país como Amazonas, Caquetá y Vaupés, pero se puede inferir que serán
muy  similares    a  los  que  se  muestran  en  la  Ilustración  3.  Donde  se  ve  claramente  que  lugares
cercanos  a  los  departamentos  nombrados,  como  lo  son  el  Vichada  y  el  Guaviare  tienen  una
cobertura entre el 25% y el 50% como máximo.

Ilustración 3. Municipios sin alcantarillado en Colombia. Tomado de (Superintendencia de Servicios Públicos, 2010)

El ideal de todo el territorio colombiano seria imitar a municipios como Antioquia donde el 98% de
la población cuenta con el servicio de alcantarillado. Este departamento casi en su mayoría tiene
políticas un poco más estrictas en cuanto al diseño hidráulico, ya que casi todos los municipios
adoptan la normativa de EPM

la cual es más restrictiva que el RAS

frente a ciertos parámetros y

restricciones hidráulicas. De lo anterior si bien no se puede establecer una relación directa con
calidad y cobertura, se ve que el evaluar rigurosamente los parámetros de diseño no
necesariamente conllevan a costos más elevados lo cual se reflejaría en menores coberturas. Por

Empresas Públicas de Medellín, más específicamente “EPM Aguas” la cual es una empresa líder en

Colombia en el suministro de agua potable y de servicios de saneamiento básico para el área de Antioquia,
más específicamente Medellín y su área metropolitana. Esta empresa tiene normativas específicas de
cumplimiento para sistemas de drenaje como lo son las “normas y guía para el diseño hidráulico de sistemas
de

alcantarillado”

las

cuales

encuentran

dirección

Web:

https://www.epm.com.co/site/Home/Centrodedocumentos/Proveedoresycontratistas/Documentos/Manua
les.aspx

El RAS es el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico, el cual rige en todo el

territorio nacional y el cual estipula cierta normativa para el diseño de sistemas de alcantarillado en varios
de sus capítulos.

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lo tanto sería bueno replantear las políticas establecidas en el resto del país y ver si efectivamente
es bueno tener una normativa tan general en todos los casos.

Puntualizando en toda la problemática expuesta anteriormente y teniendo en cuenta el estado en
el  que  se  encuentra  el  sector  de  saneamiento  básico,  así  como  la  brecha  que  existe  entre  la
inversión  y  los  costos  registrados  para  sistemas  de  alcantarillado  (ver  Ilustración  4),    se  debería
pensar que la práctica de la ingeniería colombiana tendría que enfocarse en la reducción de todo
aquello  que  pueda  generar  gastos  adicionales  y  tener  así  los  costos  mínimos  posibles  para  la
concepción de un proyecto de alcantarillado. Por lo tanto, el presente trabajo de grado tiene como
objetivo  la  investigación  de  las  metodologías  de  diseño  que  se  están  siguiendo  en  el  país  y  con
base  a  los  resultados  encontrados,  plantear  críticas  y  posibles  mejoras  que  se  sugerirían
implementar  en  la  práctica  profesional  para  tener  sistemas  de  alcantarillado  que  sean  de  bajo
costo sin dejar de lado el cumplimiento de su función primordial.

Ilustración 4. Inversiones, costos y gastos para el sector de saneamiento básico Según la (Superintendencia de

Servicios Públicos, 2010) para el año 2009-2010.

1.2 Justificación y objetivo general

El desarrollo de este proyecto de grado, resulta de la necesidad de conocer las prácticas más
usadas en el diseño actual de redes de alcantarillado en Colombia. Esto con el fin de realizar una
comparación con métodos de diseño optimizado desarrollados en la Universidad de los Andes y
hacer una crítica que ayude a mejorar la práctica de la ingeniería llegando a reducir costos de una
manera considerable en los sistemas de drenaje urbano.

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1.3 Objetivos específicos



Documentarse acerca de los métodos de diseño usados en Colombia para redes de
alcantarillado, (Entrevistas a ingenieros con experiencia en el área).



Evaluar si los métodos actuales de diseño, se están realizando teniendo en cuenta las
variables necesarias para reducir al máximo costos.



Verificar y comprobar si los métodos actuales de diseño están tratando de optimizar
recursos, y realizar recomendaciones acerca de que tan acertadas son estas prácticas.



Realizar una revisión bibliográfica de los métodos más relevantes de diseño hidráulico
optimizado para redes de alcantarillado.



Postular posibles mejoras a los métodos de diseño que se usan actualmente en el país
basándose en los avances y resultados obtenidos por el grupo CIE-AGUAS de la
Universidad de los Andes.



Entender cuales serian las variables más representativas para optimizar los diseños
hidráulicos.

1.4 Contenido del informe

El presente proyecto de grado está estructurado en 5 capítulos. A continuación se da una breve
descripción de cada uno de ellos para familiarizar al lector el contenido del trabajo.



En el Capítulo 1 se realiza un breve informe acerca del estado en el que se encuentra el
sector de saneamiento básico en Colombia para con esto justificar el objetivo principal de
la tesis y así contextualizar al lector sobre el tema que se estará abordando.



En el Capítulo 2 se hace un marco teórico que explica los términos generales técnicos de
un sistema de alcantarillado, los problemas usuales en estas redes,  el diseño tradicional
divido  en  trazado  y  diseño  hidráulico  y    finalmente  una  contextualización  de  la
optimización  en  sistemas  de  drenaje  urbano  enfocándose  más  hacia  los  resultados
obtenidos por la Universidad de los Andes



En el Capítulo 3 se muestra la recopilación de las entrevistas realizadas a los diseñadores
de sistemas de alcantarillado en Colombia. Los resultados de presentan para las 3
ciudades principales del país: Bogotá, Medellín y Cali.



En el Capítulo 4 se habla acerca de los avances en diseño optimizado para redes de
alcantarillado.



En  el  capítulo  5  se  realiza  la  crítica  a  la  metodología  con  la  que  está  diseñando  en
Colombia  y  se  hacen  recomendaciones  generales  para  la  implementación  en  el  área
profesional  para  la  mejora  de  los  resultados  obtenidos.  También  se  hacen
recomendaciones  para  la  continuación  de  la  investigación  en  diseño  optimizado  de
sistemas de alcantarillado.

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2. MARCO TEÓRICO

Si bien la introducción se centró en mostrar el estado del sector se saneamiento básico y justificar
con esto el propósito y objetivo del trabajo de grado, en esta parte se usaron varios términos los
cuales no se definieron concretamente pero los cuales son esenciales para el desarrollo de la
presente investigación.

En el presente capitulo se hablará acerca de los componentes de un sistema de alcantarillado, de
las  normativas  de  diseño  que  rigen  en  todo  el  territorio  nacional  y  en  ciudades  especificas,  así
como  las  metodologías  de  diseño  tradicionales  y  de  optimización  que  se  han  desarrollado  para
sistemas  de  alcantarillado.  Se  centrará  la  parte  de  optimización  en  aquellos  métodos  con  los
cuales se ha trabajo y desarrollado software en la Universidad de los Andes por parte del equipo
de  trabajo  CIE-AGUAS  que  hace  parte  del  grupo  CIACUA

del Departamento de Ingeniería Civil y

Ambiental.

2.1 Sistemas de drenaje urbano

Los sistemas de drenaje urbano o más comúnmente conocidos como alcantarillados, es todo
aquello que hace parte de la recolección y tratamiento de residuos líquidos (McGhee, 1999). Las
obras civiles de alcantarillado por lo tanto incluyen todas las estructuras físicas necesarias para
recolectar, tratar y disponer las aguas residuales y no solamente la concepción de la red matriz de
tuberías como es la idea general del público. Estos sistemas son de gran importancia sobre todo
cuando se tienen grandes cascos urbanos debido a que la interacción entre la actividad humana y
la naturaleza se hace más fuerte y hay que regularla de una manera que beneficie a ambas partes.

La interacción se puede representar según Butler & Davis (2009) usando el siguiente diagrama,
donde se aprecian claramente las relaciones que pueden existir entre estos dos entes y como el
sistema de drenaje urbano es un puente de interconexión donde se pueden presentar tanto
beneficios como perjuicios a ambas partes.

Figura 1. Interacción entre el medio ambiente y la población

La relaciones mostradas en la Figura 1 se dan del público hacia el sistema de drenaje por medio de
la descarga de aguas residuales. Esta descarga proviene tanto de la industria como de viviendas
domésticas y se podría relacionar directamente con los caudales de agua potable suministrados a
la ciudadanía. Asimismo existe otro tipo de descarga hacia el alcantarillado, pero esta proviene del

CIACUA es el Centro de Investigación en Acueducto y Alcantarillado de la Universidad de los Andes.

Tomado y adaptado de (Butler & Davies, 2010).

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medio  ambiente  y  por  lo  tanto  es  lo  que  se  conoce  como  precipitación.  Un  mal  manejo  de
cualquiera de estas 2 descargas en el sistema de drenaje, puede causar impactos serios en cada
uno  de  los  entornos.  Estos  impactos  son  los  que  se  representa  como  “contaminación  e
inundación”  en  la  Figura  1.    Si  no  se  realiza  un  tratamiento  adecuado  del  agua,  se  aliviarán
caudales  contaminados  a  las  cuencas  naturales  lo  cual  afecta  la  calidad  del  recurso  hídrico  (Ver
Figura 2 ). De igual manera pasa con la precipitación si esta no es adecuadamente drenada, ya que
si se tiene un sistema con insuficiencia hidráulica se producirán inundaciones (Ver Figura 3) en los
cascos urbanos lo cual afectara la salubridad y condiciones de vida de la población.

Figura 2. Aguas receptoras contaminadas

Figura 3. Inundación en Bogotá D.C en la carrera 7ma. 2011

De  las  anteriores  relaciones  se  puede  inferir  que  la  concepción  de  descargar  aguas  residuales
hacia  el  sistema,  ha  creado  una  falsa  percepción  en  la  ciudadanía  hacia  los  sistemas  de
alcantarillado. Hoy en día la mayoría de ciudades latinoamericanas, piensan que estas estructuras
son destinadas para desechar cualquier desperdicio que se tenga (ver Figura 2), y es por tal razón

Tomado de http://www.foroconsultivo.org.mx/home/index.php/comunication-social/cti-al-instante/1438-

crean-en-la-unam-materiales-para-degradar-contaminantes-del-agua

Tomado de: http://manudi-investigacion.blogspot.com/2011/05/inundaciones-en-colombia.html.

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que  muchos  de  los  sistemas  de  drenaje  no  funcionan  adecuadamente  ya  que  han  sido
sobrecargados con una cantidad de elementos para los cuales no fueron diseñados. Por tal razón si
se  habla  de  diseñar  redes  de  alcantarillado,  se  debería  tener  en  mente  que  se  debe  educar  al
público  para  que  reconozca  a  este  servicio  como  algo  vital  que  ayuda  al  buen  desarrollo  de  las
ciudades.    Por  consiguiente  un  sistema  de  drenaje  urbano  no  solo  se  debe  limitar  a  las  partes
mostradas en la Figura  1, si no que deben haber más involucrados para lograr que se genere un
óptimo funcionamiento de la red. Acá juega un papel muy importante la parte gubernamental y
política  la  cual  se  debe    encargar  de  generar  conciencia  ciudadana,    de  igual  manera  la  parte
ingenieril toma un rol importante  en la parte técnica  y una responsabilidad inmensa en la parte
de costos y presupuesto, por tal razón hay que ver el todo el alcantarillado como un sistema global
en el cual todos los involucrados deben aportar al buen funcionamiento de la red.

2.2 Tipos de redes de alcantarillado

Como se mencionó anteriormente, se puede ver que los sistemas de alcantarillado funcionan con
base a dos proveedores principales los cuales serían el medio ambiente y la población. Esta
distinción permite hacer una clasificación entre el tipo de agua que se maneja en el sistema:



Agua residual: aquella que se origina desde los dispositivos sanitarios de instalaciones
residenciales, comerciales, industriales e institucionales. En esta definición también
entrarían a contar los residuos líquidos industriales (McGhee, 1999).



Agua Lluvia: es el flujo proveniente de la precipitación el cual se introduce en un sistema
de alcantarillado para ser transportado adecuadamente (McGhee, 1999).

Y por lo tanto del tipo de alcantarillado que se debería emplear. A continuación se muestra la
clasificación tradicional que se le da a los sistemas de alcantarillado.

2.2.1 Clasificación según tipo de sistema de drenaje

Según el tipo de aguas manejadas en el sistema se puede construir el alcantarillado por medio de
una red de tuberías ó se puede manejar el drenaje de forma natural por escorrentía. En el caso de
aguas residuales, la única opción por estética y salubridad es manejar todo por tuberías; sin
embargo en aguas lluvias se podría escoger por cual sistema transportar el agua.

Esta  decisión  depende  en  gran  medida  del  área  impermeable  que  se  tenga  ya  que  entre  mayor
área impermeable (es decir zonas pavimentadas), se aumentan los picos de caudal generados en
la  ciudad  (Ver  Figura  4)  y  por  lo  tanto  se  tendrá  que  dejar  de  manejar  la  precipitación  por  el
terreno natural y empezar a transportar el agua por tuberías.

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Figura 4. Efecto de la impermeabilización en el caudal de escorrentía (Butler & Davies, 2010).

Cuando  se  decide  manejar  el  sistema  de  alcantarillado  por  escorrentía  natural  se  deben  incluir
sumideros, zanjas de infiltración, cunetas, tanques de almacenamiento, techos verdes y estanques
entre  otras  estructuras.  Estos  tipos  de  sistemas  se  implementan  casi  siempre  al  inicio  en  los
sistemas  de  alcantarillado  pluvial;  sin  embargo  en  municipios  pequeños  o  con  baja  densidad
poblacional estos son los sistemas más usados por su economía y viabilidad.

2.2.2 Clasificación según agua transportada.

En esta clasificación existen 3 tipos de sistemas de alcantarillado los cuales serían: Separado,
Combinado e Hibrido. Los requerimientos de diseño cambian según sea el caso que se tenga; por
lo tanto es importante especificar cuáles son sus características.

El  primero  de  estos,  como  indica  su  nombre,  transporta  el  agua  residual  y  las  aguas  lluvias  por
ductos  distintos.  Comúnmente  estas  tuberías  suelen  ir  en  paralelo  y  es  el  sistema  que  se
recomienda siempre usar en Colombia a menos que se haga un estudio de viabilidad en el cual se
demuestre que un alcantarillado Combinado es la mejor opción (Numeral D.1.3 RAS, 2011). En la
Figura  5    se  aprecia  lo  anteriormente  dicho,  donde  claramente  se  ve  que  las  aguas  tratadas  en
plantas son las aguas residuales, y las aguas lluvias van directamente al cuerpo receptor.

Figura 5. Esquema de un sistema separado. Tomado y adaptado de (Saldarriaga, 2013)

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Ambas tuberías se diseñan para que transporten el máximo caudal directamente hacia la PTAR o
hacia el cuerpo de agua receptor según sea el caso. Este sistema presenta mayores diámetros para
las redes que transportan el agua lluvia, y unos menores diámetros para aquellas que lo hacen con
aguas residuales. Debido a lo anterior se  infiere  que una configuración de  alcantarillado de  este
tipo llevará a costos más elevados, pero por los diámetros manejados en cada una de la las líneas
no necesariamente al doble del costo. Tener sistemas separados tiene la ventaja de que al no usar
alivios  se  reduce  potencialmente  la  contaminación  de  corrientes  naturales,  de  igual  manera  el
tamaño de la PTAR es menor y se protege a la ciudadanía en el caso de tener sobrecargas en el
sistema  de  no  tener  inundaciones  que  contengan  aguas  residuales.  Aunque  por  lo  descrito  con
anterioridad  se  pensaría  que  este  es  un  sistema  ideal,  se  debe  tener  en  cuenta  que  lograr  una
separación  total    de  las  aguas  es  casi  imposible.  Esto  debido  a  que  a  las  tuberías  de  aguas
residuales,  el  agua  lluvia  tratara  de  entrar  por  infiltración  y  flujo  indirecto

(lo cual se puede

reducir teniendo buenas prácticas constructivas y control en tiempo real), y de la misma manera el
concepto de contaminación seguirá estando presente en la descarga de aguas lluvias, ya que estas
no siempre estarán libres de contaminantes.

El  sistema  combinado  es  aquel  que  maneja  tanto  aguas  lluvias  como  residuales  por  la  misma
tubería  (ver  Figura  6).  Esta  configuración  es  la  más  usual  en  alcantarillados  antiguos  ya  que  la
parte de tratamiento de contaminaste no era de mayor importancia. En temporada seca por esta
tubería pasaría solo aguas residuales, y en temporada de lluvias fluiría un caudal combinado, por
lo  tanto  el  criterio  de  elección  del  diámetro  es  complicado  y  lleva  siempre  a  sistemas
sobredimensionados en su totalidad. Debido a esto se emplean alivios combinados, los cuales se
usan  para  sacar  agua  del  sistema  cuando  se  tengan  crecientes  muy  grandes,  con  lo  cual
nuevamente se descargan contaminantes importantes al cuerpo de agua pero se logra tener una
planta de tratamiento de menor tamaño.

Figura 6. Esquema de un sistema combinado. Tomado y adaptado de (Saldarriaga, 2013)

El flujo indirecto resulta de las conexiones erradas en la red de alcantarillado, lo cual se relaciona con

conexiones domiciliarias de lluvia a las tuberías de aguas residuales.

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Por último se tendría el sistema Hibrido, el cual es una mezcla de los dos anteriores. Esto se da con
frecuencia en ciudades en las cuales ya se tenía un sistema montado (comúnmente combinado) y
se decide que toda ampliación de la obra civil se manejara como un sistema separado. También
pueden existir casos en los que el urbanismo que se tenga no permita que se instalen dos tuberías
debido a que no hay espacio público por donde hacerlo. En este caso se implementan secciones de
alcantarillado combinado siendo la única opción viable constructivamente.

2.3 Componentes de un sistema de drenaje urbano

Todos los sistemas complejos de alcantarillado urbano tienen 7 componentes principales
(Saldarriaga, 2013) lo cuales se listan a continuación:

1. Componentes de captación

2. Componentes de conducción

3. Componentes de inspección y conexión de colectores

4. Componentes de regulación y alivio

5. Componentes de bombeo.

6. Plantas de tratamiento

7. Cuerpo receptor

Los  componentes  de  captación  son  aquellos  que  recolectan  el  agua  en  una  primera  instancia.
Entre  ellos  están  los  componentes  de  agua  lluvia,  los  cuales  serian  principalmente  canaletas  y
bajantes,  las  cuales  conducen  al  agua  lluvia  recolectada  en  techos  y  la  transportan  hacia  el
alcantarillado  directamente  o  hacia  un  tanque  de  almacenamiento  temporal.  De  igual  manera
están los sumideros los cuales son estructuras diseñadas para recolectar la escorrentía que drena
a  través  de  las  calles;  estos  tienen  cajas  o  cámaras  las  cuales  están  conectadas  a  la  red  de
alcantarillado (Numeral D.7.6. RAS 2011).

En los componentes de conducción se tienen tuberías las cuales abarcan el mayor porcentaje de
área en una red y son la estructura encargada de transportar todo el caudal hacia la planta de
tratamiento o al cuerpo receptor. Las tuberías pueden estar hechas de distintos materiales, sin
embargo en el caso colombiano las más comunes serian concreto y PVC.

Las cámaras de inspección, de quiebre y de caída hacen parte de los componentes de inspección y
conexión de colectores. Estos se usan con el fin de modificar la geometría y dirección de la red así
como para la inspección, mantenimiento y aireación del alcantarillado. En el caso de las cámaras
de quiebre y caída estas se usan para disminuir la velocidad de flujo en un tramo de tuberías y
disipar la energía que lleva el flujo por una pendiente alta.

Análogamente, se encuentran los componentes de regulación y alivio entre los cuales están
aliviaderos, sifones invertidos, sistemas de almacenamiento temporal, canales de drenaje y por
último disipadores de energía. Los anteriores se encargan de: permitir una salida de parte del

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agua que viaja por el alcantarillado cuando ocurre un evento extremo de precipitación, evitan la
interferencia con otros servicios públicos, retienen los contaminantes en el sistema de
alcantarillado en lugar de enviarlos al cuerpo receptor, conducen la escorrentía pluvial y
disminuyen la energía del flujo para su adecuada entrega respectivamente.

Finalmente  si  dada  la  topografía  de  la  zona  existen  sitios  en  los  que  no  se  pueda  concebir  el
sistema  por  gravedad,  se  deben  incorporar  sistemas  de  bombeo  los  cuales  eleven  el  nivel  de  la
línea piezométrica para vencer la diferencia de altura topográfica y llegar a un lugar determinado.
Comúnmente  los  sistemas  de  bombeo  se  dan  para  llegar  a  la  PTAR  o  en  lugares  de
contrapendiente.  En  esta  parte  también  se  pueden  encontrar  pozos  de  succión  los  cuales  son
compartimientos  destinados  a  recibir  y  acumular  las  aguas  residuales  durante  un  determinado
período.

En  cuanto  a  las  plantas  de  tratamiento  de  aguas  residuales  (PTAR),  se  tiene  que  estas  son
estructuras que dependiendo de la complejidad de la ciudad, la cantidad de la población y los usos
que  se le  da al cuerpo receptor aguas abajo de  la descarga,  se deciden implementar o no.  Estas
plantas se diseñan con el fin de desinfectar el recurso hídrico y entregar el agua al cuerpo receptor
con una calidad mínima, para que este no se vea afectado y su capacidad de autodepuración sea
suficiente  para  lavar  los  contaminantes  entregados.  Los  tratamientos  pueden  variar  según  la
necesidad  que  se  tenga  (López,  2011).  Puede  haber  pre-tratamiento,  tratamiento  primario,
secundario y terciario. Esto depende nuevamente de los usos aguas abajo que se le da al cuerpo
receptor y de la calidad con la que se quiera entregar el agua.

Por último, pero no menos importante se tendría el cuerpo receptor el cual es el cuerpo hídrico
donde se realiza la descarga de todas las aguas provenientes del alcantarillado. Este componente
es  de  suma  importancia  para  el  diseño  de  toda  la  red,  debido  a  que  es  con  base  a  las
características  y  fortalezas  de  este  que  se  debería  plantear  todo el  diseño  incluyendo el  tipo  de
tratamiento a usar y  por lo tanto el dimensionamiento de la planta. Las características principales
que se miran de este cuerpo son su capacidad de autodepuración en una longitud dada y los usos
aguas  abajo  estipulados  por  las  necesidades  de  la  población  aledaña.  Cabe  resaltar  que  la
concepción  actual  y  pasada  de  los  sistemas  de  drenaje  urbano  no  tienen  en  cuenta  al  cuerpo
receptor  como  una  parte  integral  del  sistema.  Sin  embargo,  si  se  quiere  hablar  de  un  óptimo
funcionamiento  de la red en cuanto a costos y diseño se debería incluir a este ultimo como parte
definitiva en la concepción del proyecto.

2.4 Problemas usuales en las redes de drenaje

Los problemas en la red se pueden dar por causas externas al sistema o por fallas en los elementos
propios  del  sistema.  Las  fallas  más  comunes  provienen  de  defectos  constructivos  como  malos
acoples  y  uniones  defectuosas  lo  cual  puede  llevar  a  fugas,  grietas,  fracturas e  inclusive  colapso
total de la tubería. De la misma manera, tener juntas inadecuadas o no impermeabilizadas puede
llevar  a infiltraciones en el sistema o en el peor de los casos exfiltración de las aguas provenientes

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de las alcantarillas lo cual contamina las aguas subterráneas y además causa problemas de
salubridad.

Las causas internas de las fallas pueden producirse debido al material y al tamaño de la tubería.
Existen algunos materiales que son más susceptibles a cambios químicos y por lo tanto son más
propensos a la corrosión y a la abrasión, los cuales son fenómenos asociados con la oxidación y el
desgaste del material respectivamente. La edad de la tubería también se considera una razón de
falla  en  el  sistema.  Otros  ejemplos  de  causas  internas  de  fallas  en  las  tuberías  serían  el
taponamiento  por  grasas  y  arenas,  el  taponamiento  por  sedimentación  y  las  obstrucciones  por
materiales  sólidos  de  gran  tamaño  desechados  en  el  sistema.  Todas  las  anteriores  se  pueden
evitar siempre y cuando se haga un mantenimiento riguroso de la red.

Las fallas por causas externas, suelen estar asociadas con crecimiento de raíces en el terreno las
cuales  eventualmente  pueden  penetrar  la  tubería  reduciendo  su  sección  hidráulica  y
disminuyendo  el  caudal  que  pueden  mover.  También  se  le  asocia  el  daño  a  actividad  sísmica  o
movimientos de tierra que causen la inestabilidad  en el terreno y por ende terminen afectando la
estructura.

Las  anteriores  fallas,  ya  sean  externas  o  internas,  lo  que  producen  es  que  se  disminuya  la
capacidad hidráulica del ducto y esto, sumado el aumento en la tasa de infiltración en los sistemas,
lleva  a  que  se  produzcan  sobrecargas  en  las  tuberías  ya  que  supera  el  caudal  para  el  cual  fue
diseñado el ducto. La sobrecarga es un fenómeno que  se  da cuando la tubería se presuriza y en
llegados  casos  puede  llegar  a  producir  inundaciones  en  el  casco  urbano  debido  al  rebose  de  las
aguas  por  las  cámaras  de  inspección.  Esto  es  el  problema  más  frecuente  en  sistemas  de
alcantarillado, y eso lo que se debe velar por evitar cuando se realice el diseño ya que se tendrían
situaciones  como  las  mostradas  en  la  Figura  7.  En  la  Figura  8  se  puede  ver  un  esquema  del
fenómeno físico que ocurre en las tuberías.

Figura 7. Inundación en Puerto Nare, Antioquia

En 2011 el 85% del casco urbano quedo inundado debido a la ola invernal Tomado de:

http://noticias.terra.com.co/invierno/puerto-nare-tiene-85-por-ciento-de-casco-urbano-
inundado,274724621fc8f210VgnVCM20000099f154d0RCRD.html

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Figura 8. a) Tubería sin sobrecarga b) Tubería fluyendo con sobrecarga

2.5 Diseño tradicional de alcantarillados.

El  diseño  de  un  sistema  de  alcantarillado    consta  de  dos  partes:  el  trazado  horizontal
(configuración de las tuberías en planta) y el diseño hidráulico del mismo. El primer proceso se da
por  la  experiencia  y  criterio  del  ingeniero  a  cargo  del  proyecto  y  no  tiene  unos  parámetros
establecido  de  obligatorio  cumplimiento,  excluyendo  el  hecho  de  que  la  red  debe  llegar  a  un
punto de descarga establecido. El segundo depende de la decisión de trazado que se tome y por lo
tanto solo se puede desarrollar una vez establecida la configuración de la red y teniendo en cuenta
las  cotas  de  los  puntos  de  arranque    y  de  descarga  que  se  plantearon  para  el  sistema.  Este
segundo  proceso si  debe  cumplir  con  ciertos  parámetros  hidráulicos  dictados  por  la  ley y  por lo
tanto es una metodología organizada que sigue un criterio matemático riguroso.

De lo anterior se pensaría que la mayor variabilidad en el proceso de diseño surge de la parte del
trazado ya que podría haber múltiples criterios de elección de cierta ruta para drenar las aguas de
la  ciudad.  Sin  embargo  existen  ciertas  premisas  que  siguen  casi  todos  los  diseñadores y  algunas
otras  que  cambian  dependiendo  las  condiciones  topográficas  que  se  tengan  en  el  sitio.  A
continuación  se  muestra  un  esquema  general  de  lo  que  es  todo  el  proceso  de  diseño  (Butler  &
Davies, 2010).

Tomado y adaptado de (Butler & Davies, 2010).

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Figura 9. Algoritmo de diseño para un sistema de drenaje urbano parte a.

Tomado y adaptado de (Butler & Davies, 2010)

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Figura 10. Algoritmo de diseño para un sistema de drenaje urbano parte b.

En la Figura 9 y Figura 10  se puede observar que como primer paso se debe conocer la topografía
detallada  de  la  zona  donde  se  realizará  el  proyecto,  con  el  urbanismo  claramente  establecido
(distribución de calles, cuadras, edificaciones, zonas verdes). Se debe tener identificado el sitio de
descarga de la red. En caso de  ser una red totalmente nueva, se  debe ubicar el punto donde se
realizará la planta de tratamiento o el lugar donde se harán los vertimientos, y en el caso de una
ampliación de la misma, se debe conocer el sitio de empalme al que se debe llegar.

Luego  de  esto,  a  criterio  del  diseñador  y  viendo  la  distribución  del  plano  topográfico
anteriormente descrito, se debe realizar la distribución de las tuberías y la conexión entre ellas de
forma que todos los suscriptores se puedan unir a esta. Este trazado se hace tratando de imitar el
drenaje natural que tenga la cuenca y siguiendo la topografía del terreno. Una vez terminado este
trazado  se  procede  a  realizar  el  diseño  hidráulico  de  la  red  siguiendo  los  parámetros  y
restricciones  establecidos. Se  realiza  el  perfil vertical de  todas  las  tuberías  en  la  red  procurando
que  la  profundidad  de  esta  sea  lo  suficientemente  grande  para  permitir  las  conexiones  de  los
usuarios y que no supere la cota del punto de descarga ya que se debe llegar siempre por encima
de este. Por último se realiza una revisión del trazado y de los perfiles de los conductos y se tratan
de hacer pequeños cambios tratando de minimizar en la longitud total de la red, los tamaños de
las tuberías, y las profundidades de excavación determinadas.

El diseño adecuado de una red de alcantarillado es de suma importancia debido a la cantidad de
presupuesto  que  se  debe  invertir  para  lograr  la  construcción  de  este.    Por  lo  tanto  la
responsabilidad de lograr la alternativa más económica es fundamental para la aprobación de un
proyecto. Es deber del ingeniero velar por  cumplir con la parte  hidráulica del sistema, la cual es
drenar  adecuadamente  las  aguas  producidas  en  la  ciudad  tratando  de  reducir  al  mínimo  las
sobrecargas en la red y así mismo lograr lo anterior restringiendo al máximo los costos totales.

Tomado y adaptado de (Butler & Davies, 2010)

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A continuación se profundizara en la explicación de tanto el diseño hidráulico de la red como en la
bibliografía que se tiene para el trazado del sistema.

2.5.1 Trazado de la red

En la sección anterior, en el Figura 10, se establecieron algunos criterios bajo los cuales se puede
realizar el trazado de una red de alcantarillado ya sea pluvial o sanitario. No obstante, no se
especificó ninguna manera en la cual distribuir tantos colectores principales

como secundarios

los cuales son la forma de clasificación de los ductos en un sistema de alcantarillado. El primer
trazado que se debe realizar es el trazado de los colectores principales ya que establecerán la ruta
principal de drenaje del agua y por lo tanto la ruta de mayor caudal. A pesar de que cada proyecto
de alcantarillado es distinto debido a que la topografía es variable de lugar a lugar, se encontraron
en la literatura 4 formas generales de trazado de colectores principales las cuales son: Radial,
perpendicular, en abanico y por interceptores.

El  trazado  radial  es  aquel  que  se  implementa  cuando  la  topografía  del  terreno  facilita  las
condiciones para que el agua drene del centro de la población hacia la periferia.  Esto hace que se
deba implementar más de un colector perimetral, los cuales recojan el agua pluvial que llegue a
esos  sectores  extremos y  finalmente  los  conduzcan  hacia  el  interceptor  principal.  Esto  se  puede
apreciar de una mejor manera en la Figura 11.

Figura 11. Modelo Radial de trazado

Por otro  lado,  el  trazado  perpendicular  se  llama  de  esto  modo  debido  a  que  los  colectores  van
perpendiculares  a  las  corrientes  y  estos  descargan  a  un  interceptor  principal  o  a  la  corriente
misma.  Normalmente  se  usan  en  sitios  donde  la  población  se  ubica  a  lo  largo  de  un  cuerpo

Los colectores principales son aquellos tramos de conductos que transportan el caudal total recolectado

de todos los usuarios hacia un interceptor principal el cual lleva las aguas al lugar de disposición final.

Los colectores secundarios son aquellos que recolectan directamente los caudales producidos en toda la

urbanización y son las tuberías que se conectan a los colectores principales. Estos colectores son
ramificaciones del colector principal.

Tomado de (Universidad Autónoma Metropolitana, 2006)

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receptor o corriente y se tiene la favorabilidad que el nivel topográfico va disminuyendo hasta
llegar a este sitio de descarga.

Figura 12. Modelo Perpendicular de trazado.

En la Figura 12 se aprecia un modelo de cómo sería un trazado perpendicular. Estas
configuraciones también son útiles cuando se puede descargar directamente sobre los cuerpos
receptores es decir un alcantarillado pluvial o un alcantarillado con bajos índices de contaminación
o por el contrario cuando se tiene un cuerpo receptor con una capacidad de autodepuración muy
grande.

El trazado en abanico se aplica cuando se tienen poblaciones ubicadas en un valle. Lo que se hace
en estos casos, es concentrar toda el agua hacia la mitad del valle por medio de colectores
secundarios y luego conectarlos todos bajo un ducto principal el cual transporta las aguas hacia el
interceptor. Esto se puede observar en la Figura 13.

Figura 13. Modelo abanico de trazado.

Finalmente se tiene el trazado por interceptores el cual se hace bajo condiciones topográficas
muy específicas, las cuales tiene como características principales que las curvas de nivel son casi

Tomado de (Universidad Autónoma Metropolitana, 2006)

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paralelas entre sí. En estos casos lo ideal es poner los colectores transversalmente a la curvas de
nivel. El esquema se observa en la Figura 14.

Figura 14. Modelo interceptores de trazado.

Para el caso de los colectores secundarios, el trazado cambia completamente y se debe tener en
cuenta la ubicación de suficientes tuberías para garantizar la conexión de todos los suscriptores en
el área urbana. Por tal razón estos trazados son casi la copia exacta del urbanismo y la distribución
de cuadras, viviendas, etc. que se tenga en el casco urbano. Sin embargo, al igual que en el trazado
de colectores principales, existe una nomenclatura acerca de la forma en la que se distribuyen los
colectores secundarios. Para este caso en específico se encontraron 3 configuraciones las cuales se
describen a continuación.

La primera de ellas es el trazado en bayoneta (ver Figura 15) el cual es un trazado en zigzag que
inicia desde una cámara de arranque. Debido a la configuración, por cada punto de intersección de
donde salgan dos ductos, se exige que haya dos cámaras de inspección respectivamente para
garantizar que exista tan solo una salida por cámara. Este sistema disminuye los puntos de
arranque no obstante solo se puede utilizar en sitios con pendientes suaves o uniformes.

Figura 15. Modelo trazado en bayoneta.

Tomado de (Universidad Autónoma Metropolitana, 2006)

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El  trazado  en  peine  es  otra  configuración  usual  de  los  colectores  secundarios.  En  este  tipo  de
trazado se  tienen casi todas las tuberías paralelas entre sí. La  captación inicia en un arranque el
cual descarga a un subcolector de mayor tamaño el cual a su vez transporta el caudal al colector
principal.  Estos  sistemas  suelen  trabajar  por  debajo  de  su  capacidad  y  la  mayoría  de  las  veces
exigen  un  número  alto  de  cámaras  de  caída    para  llegar  al  colector  principal  debido  a  la  baja
profundidad  que  se  maneja  en  las  tuberías  secundarias.  La  ilustración  se  puede  apreciar  en  la
Figura 16. Se resalta que de este sistema existen variaciones como lo es el trazado en doble-peine,
con  lo  cual  al  colector  principal  se  le  aporta  caudal  por  ambos  lados,  convirtiendo  al  colector
principal en una especie de columna vertebral.

Figura 16. Modelo trazado en peine.

El  tercer  trazado  seria  una  combinación  de  los  dos  anteriores  razón  por  la  cual  se  le  denomina
trazado  combinado.  Esta  configuración  se  implementa  por  razones  topográficas  y  siempre
buscando  reducir  los  costos.  Son  los  más  encontrados  ya  que  la  topografía  no  siempre  permite
tener un trazado de un solo tipo.

Figura 17. Modelo trazado combinado.

Tomado de (Universidad Autónoma Metropolitana, 2006)

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Todos  los  trazados  anteriores  son  simplemente  una  forma  de  clasificación,  mas  no  son  las
configuraciones  por  las  que  se  deban  guiar  lo  diseñadores.  Nuevamente  se  recalca,  que  esto
depende enteramente de las características del sitio de construcción y cambiará constantemente.
En este proceso de trazado, lo que si se debe seguir es la localización y ubicación de las tuberías
con respecto a las viviendas de la ciudad. En el caso colombiano, según el Numeral  D.2.3.5.4  del
RAS, para todos los trazados se  debe  ubicar los colectores  siguiendo e lineamiento de  las calles.
Solo en algunos casos se permite la ubicación por andenes o dentro de las manzanas. Si se tiene
un sistema de alcantarillado separado, el colector de aguas lluvias debe localizarse cerca del eje de
la vía y el colector de aguas residuales debe ubicarse hacia uno de los costados o a una distancia
aproximada de un cuarto del ancho de la calzada y no menor de 0.5 m del sardinel. Hay que tener
en  cuenta  que  nunca  se  debe  poner  este  último  en  el  mismo  costado  donde  este  la  tubería  de
acueducto.  Todas las anteriores normas son el caso general colombiano; sin embargo dentro de
ciudades pueden cambiar la norma teniendo siempre casos con reglamentación más estricta pero
nunca más permisiva.

2.5.2 Diseño hidráulico de la red

El diseño hidráulico de la red se basa en encontrar el diámetro adecuado de cada tubería existente
en la red para que el caudal de diseño sea trasportado en su totalidad hacia el punto de descarga
final  en  el  sistema.  El  diseño  obtenido  debe  ser  capaz  de  cumplir  con  ciertas  restricciones
hidráulicas y además de esto debe presentar la elección de material a usar en los conductos y en
las  estructuras  adicionales  en  todo  el  sistema.  Así  como  las  profundidades  y  pendientes  a  las
cuales  se  localizaran  los  ductos  en  el  momento  de  la  construcción.  El  diseño  debe  ser  lo  más
económico posible, es decir se debe minimizar lo mas que se pueda en la excavación del proyecto
(disminuir profundidades) y los tamaños de las tuberías deben ser los mínimos con los cuales se
cumpla la condición hidráulica de transportar el caudal de diseño.

Para comenzar, el diseño hidráulico se basa en una suposición la cual es que el flujo es uniforme.
Aunque  la  realidad  es  otra  y  realmente  el  flujo  de  aguas  residuales  y  lluvias  es  no  permanente,
para  el  dimensionamiento  hidráulico  es  válido  hacer  este  supuesto  debido  a  que  siempre  va  a
existir  una  tendencia  a  que  se  establezca  este  tipo  de  flujo,  adicionalmente  esto  simplifica  los
cálculos de una manera considerable y no esta tan alejado de la realidad. En un flujo uniforme las
características no cambian a lo largo del tiempo ni del espacio por lo tanto se tiene un perfil del
flujo similar al mostrado en la Figura 18 (Strum, 2001).

Tomado de (Universidad Autónoma Metropolitana, 2006)

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Figura 18.Flujo uniforme en una tubería.

En este tipo de flujo tanto las fuerzas viscosas como las gravitacionales están en equilibrio lo cual
hace que la superficie del agua (S

), la línea de energía total (S

) y la pendiente de fondo (S

) sean

paralelas entre sí. Esto anterior implica que las perdidas por fricción serán iguales a lo largo de
todo el conducto o tramo.

Es importante mencionar que esta forma de diseño solo se permite para redes secundarias, pero
nunca para la red matriz. Esta se debe diseñar según el Numeral D.2.3.2 del RAS, debido a su
tamaño y a los caudales manejados con un análisis de flujo gradualmente variado, lo mismo que
los canales colectores de aguas lluvias y en general colectores de diámetros superiores o iguales a
900 mm. Asimismo aquellos colectores entre 600 mm y 900 mm se deberían verificar usando flujo
gradualmente variado. Para tuberías más pequeñas esto no es necesario debido a que el flujo
uniforme es suficiente para explicar la naturaleza del flujo.

2.5.2.1 Ecuaciones de diseño

Todas  las  ecuaciones  de  diseño,  se  derivan  del  hecho  que  las  tuberías  de  alcantarillado  jamás
pueden  trabajar  presurizadas.  Es  decir  nunca  pueden  fluir  a  su  máximo  llenado  ya  que  esto
causaría  sobrecargas  en  el  sistema  y  por  ende  posibles  riesgos  de  inundación  en  los  cascos
urbanos. A continuación en la Figura 19  se muestra un esquema de esta situación.

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Figura 19. Sección transversal de una tubería de alcantarillado.

donde:



Y es la profundidad normal de flujo que se tenga dentro de la tubería.



d es el diámetro del conducto.



T es el ancho de la lámina de flujo en la tubería.

Para realizar todo el diseño es necesario el cálculo de todas las propiedades hidráulicas del flujo en
función del conducto que se tenga. Por tal razón se usan las siguientes fórmulas para caracterizar
completamente la geometría de la tubería y así calcular el diámetro necesario para cumplir con un
caudal de diseño.



Ángulo:



Área Mojada:



Perímetro mojado:



Radio hidráulico:



Ancho en la superficie:

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

Profundidad hidráulica:



Esfuerzo cortante en la pared:



Número de Reynolds:



Número de Froude:

Con las anteriores relaciones establecidas se debe proceder a calcular la velocidad del flujo. Esto
se puede realizar de dos maneras. Uno haciendo uso de la ecuación de Manning y el otro haciendo
uso de la ecuación de Darcy-Weisbach en conjunto con la ecuación de Chézy.

En el medio colombiano, la ecuación más usada de diseño para calcular la velocidad es la ecuación
de Manning, propuesta por Robert Manning en 1889:

[1]

Esta ecuación da una solución rápida a la velocidad del ducto si se tiene el valor de n el cual es un
coeficiente que depende del tipo de material que se tenga para la tubería. Sin embargo hay que
ser  cautelosos  al  usar  esta  ecuación ya  que  esta  fue determinada  para  canales rectangulares  de
alta rugosidad, con lo cual se obtenía flujo turbulento hidráulicamente rugoso (FTHR). Hoy en día
con  los  materiales  modernos  como  el  PVC  el  régimen  de  flujo  que  se  desarrolla  en  sistemas  de
alcantarillado es flujo turbulento hidráulicamente liso (FTHL) haciendo que la ecuación se invalide.
No  obstante,  esta  ecuación  sigue  siendo  usada  indiscriminadamente  sin  tener  en  cuenta  las
condiciones anteriormente descritas. Adicionalmente se sabe que el coeficiente n  no es constante
y  cambia  con  la  profundidad  de  flujo  que  se  tenga  en  el  momento,  por  lo  tanto  se  tendría  otra
razón para no usar esta ecuación en el diseño de alcantarillados.

La  otra  posibilidad,  es  calcular  la  velocidad  usando  la  ecuación  de  Chézy  la  cual  se  muestra  a
continuación:

[2]

En esta ecuación C es un coeficiente el cual hace referencia a un factor de resistencia al flujo. Si a
esta ecuación anterior se le establece la relación que tiene con la ecuación físicamente basada de
Darcy-Weisbach se obtiene la siguiente correspondencia:

[3]

Una vez teniendo esto, se expresa la ecuación de Darcy-Weisbach en función del factor de Chézy
anteriormente descrito y se obtiene lo siguiente.

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[4]

donde Ks si sería la rugosidad absoluta del material con el que se esté trabajando y g seria la
constante gravitatoria en la tierra. Una vez con esta expresión, se usa la ecuación original de Chézy
para dejarla en términos de la velocidad en la tubería, con lo cual se tendría una ecuación explicita
para la velocidad, donde ν la viscosidad cinemática del fluido y S seria la pendiente del flujo.

[5]

La ecuación [5] seria la adecuada para implementar en sistemas de alcantarillado ya que sirve para
cualquier régimen de flujo que se tenga y además es físicamente basada describiendo de una
mejor manera el comportamiento real del flujo (Saldarriaga, 2013).

Finalmente una vez se tenga calculada la velocidad, se procede hallar el caudal como:

[6]

Y con el valor de caudal obtenido se compara con el caudal de diseño establecido y se evalúa si
con el diámetro elegido se transporta efectivamente lo requerido. Si esto se cumple el diámetro
será  el  que  se  eligió  en  los  cálculos,  sino  este  se  deberá  variar  hasta  cumplir  la  condición.  Las
pendientes  de  la  tubería  se  eligen  normalmente  usando  la  pendiente  del  terreno;  sin  embargo
este es un valor que depende también de las cotas de arranque de la red y las cotas de descarga
así como de los criterios de velocidad máxima y mínima que se deban cumplir en la red y los cuales
se explicarán en la siguiente sección. La idea del diseño es entonces realizar este proceso en cada
tubería del sistema y lograr tener un equilibrio económico entre los  diámetros encontrados y las
profundidades o pendientes a las que se instalaría cada tubería.
Claramente este proceso depende de cuál sea el caudal de diseño y esto a su vez depende de qué
tipo de aguas se esté manejando en el sistema. En el presente trabajo no se profundizara mucho
acerca de la determinación de este caudal, pero si se quiere detallar en ese proceso se recomienda
leer el Capitulo D del RAS.

2.5.2.2 Restricciones hidráulicas.

Con  el  fin  de  garantizar  el  buen  funcionamiento  de  la  red  de  alcantarillado,  la  normativa
colombiana  establece  por  medio  del  Reglamento  Técnico  del  Sector  de  Agua  Potable  y
Saneamiento Básico (RAS-2000) unas restricciones en la parte de diseño las cuales aseguran que la
red  sea  de  fácil  mantenimiento,  no  presente  daños  a  causa  de  la  energía  del  flujo  y  no  hayan
procesos  de  sedimentación  los  cuales  puedan  afectar  la  capacidad  hidráulica  de  las  tuberías.  A
continuación  se  listan  los  criterios  de  cumplimiento  obligatorio  para  cualquier  sistema  de
alcantarillado que se construya en el país (Numerales D.3.3.7-12 RAS-2011).



Diámetro mínimo: Se estipula un valor mínimo en pro de la buena operación de la red y
de su fácil manteamiento; el diámetro debe ser suficiente para que no se presenten
obstrucciones en el mismo debido a la entrada de grandes objetos. Este valor se establece
en 250 mm para aguas lluvias, pero puede reducirse a 200 mm para Niveles de

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Complejidad del Sistema Bajo y Medio y con una debido justificación. Cabe aclarar que es
norma tener un diámetro mayor o igual para cualquier tramo aguas abajo, y bajo ningún
concepto se permite tener contracciones en las secciones de tubería



Velocidad máxima: Se limita para que no se produzcan altas pérdidas de energía en curvas
y uniones, así como controlar la formación de resaltos hidráulicos generados por choques
intermitentes en la tubería. Velocidades muy altas pueden incurrir en daños estructurales,
entrapamiento  de  aire  y  adicionalmente  habría  la  necesidad  de  construir  estructuras  de
disipación  de  energía  ya  que  podría  presentarse  daños  por  socavación.  La  velocidad
depende  del  material:  La  máxima  es  5  m/s  para  materiales  comunes  (concreto)  y  para
termo plásticos (PVC) de 10 m/s.



Velocidad mínima: Se define para lograr velocidades lo suficientemente grandes para que
ayuden a transportar los sedimentos acumulados en el fondo de la tubería y así lograr
evitar eventualmente el taponamiento de la misma.

 Para aguas lluvias: 0.75 m/s.
 Para aguas residuales: 0.45 m/s.



Esfuerzo cortante mínimo: Se debe establecer un mínimo esfuerzo cortante contra la
pared de la tubería que ayude a arrastrar las partículas sedimentadas al interior del
sistema (criterio de auto limpieza).

 Para aguas lluvias: 2 Pa.
 Para aguas residuales: 3 Pa.



Pendiente mínima y máxima: Son aquellas pendientes que permiten cumplir los criterios
de velocidad mínima, esfuerzo cortante mínimo en la tubería y velocidad máxima
respectivamente.



Profundidad hidráulica máxima: Profundidad de flujo máxima que se debe tener en una
tubería para dejar espacio para la circulación de aire y así mismo evitar sobrecargas
debido a la perturbación del flujo y transportar el máximo caudal posible por la tubería. El
RAS da un rango entre el 70% y el 85% en la relación de llenado.



Profundidad mínima a cota clave: Se estipula para garantizar protección de las tuberías y
garantizar  el  flujo  por  gravedad  de  las  aguas.  Los  valores  recomendados  son  de  0.75  m
cuando  la  tubería  se  encuentra  en  vías  peatonales  o  zonas  verdes,  y  de  1.20  m  cuando
ésta se encuentre en vías vehiculares.



Profundidad máxima a cota clave: Según el RAS-2000, se estipula que este valor debe ser
de 5 m; sin embargo esta valor está más ligado a la pendiente máxima que cumpla con los
criterios de velocidad.



Número de Froude: Debe estar por encima de 1.1 o por debajo 0.9 para evitare le régimen
critico en el diseño.

Las anteriores son las normas que rigen en todo el territorio nacional, sin embargo puede haber
sitios en el país que tengan un norma más restringida y que sea de obligatorio cumplimiento para
esa zona. Tal es el caso de Medellín y las normas estipuladas por EPM donde aquellas normas que
cambien con respecto al RAS son las que se listan a continuación:

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

Diámetro mínimo:

 Para aguas lluvias: 250 mm.
 Para aguas residuales: 200 mm.



Velocidad máxima: Es igual a lo estipulado al RAS, sin embargo recomiendan que cuando
la velocidad en una tubería sea superior a 4 m/s se debe hacer un análisis hidráulico y de
desgaste por erosión detallado del tramo, en particular de las estructuras de disipación de
energía, cámaras de inspección, caída, etc.



Pendiente máxima: Se ajusta igual a los criterios de velocidad máxima; sin embargo en
caso de que la pendiente de la tubería sea superior al 15%, para tuberías de superficie
exterior lisa, o al 25% para tuberías de superficie exterior rugosa, el diseñador debe incluir
el diseño de los anclajes necesarios para garantizar la estabilidad de la tubería.



Profundidad hidráulica máxima: Debe ser del 85% del diámetro real interno de cada una
de las tuberías.



Profundidad mínima a cota clave: El valor mínimo permisible, en todos los casos, es de
1.2 m.

En el medio académico se han hecho recomendaciones hacia los parámetros de diseño anteriores
y por ser considerados de gran relevancia se hablara de ellos en esta sección. Según  Saldarriaga,
(2013) existe un rango para el número de Froude en el cual no se debería diseñar (0.7< Fr< 1.5).
Esto debido a que acá se encuentra el flujo cuasi-critico, el cual es inestable y difícil de caracterizar
debido a los cambios súbitos en la velocidad y la profundidad. Sin embargo esto no representaría
ningún  problema  cuando  se  tiene  relaciones  de  llenado  inferiores  al  70%;  por  lo  tanto  en  esta
parte los diseños podrían ser aprobados ya que el riesgo de presurización seria mínimo.

2.6 Diseño optimizado de alcantarillados (Antecedentes)

La optimización es un proceso que se encarga de intentar encontrar la mejor solución posible a un
problema, generalmente en un tiempo limitado (Duarte Muñoz, 2007). Este proceso se aplica a
varios procesos en la ingeniería y siempre lo que se busca encontrar es obtener la solución más
económica posible.

Cualquier problema de optimización se debe desglosar en 3 partes como mínimo, las cuales son:
función  objetivo,  variables  de  decisión  y  restricciones  (Navarro,  2009).  Estas  partes  se  deben
definir con claridad y se deben involucrar aquellas variables que sean más sensibles a los cambios
en  el  sistema.  En  el  caso  de  la  función  objetivo,  esta  debe  ser  definida  como  una  relación
matemática en  la  cual  se  deben  reemplazar  los valores  de  las  variables  dependiente; en  el  caso
especifico de  sistemas de alcantarillado se  podría  pensar que  esta ecuación  matemática  debería
ser  algo  que  describa  los  costos  totales  de  la  red,  involucrando  en  principio  los  diámetros  y  las
excavaciones los cuales a su vez serian las variables de decisión. Finalmente las restricciones son
aquellos  valores  con  los  cuales    se  puede  definir  el  intervalo  de  búsqueda;  acá  entraría  la
normativa RAS-2000 de la que se habló anteriormente y podría eventualmente entrar cierto valor
límite de presupuesto que se tenga para la obra civil.

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Según  la  naturaleza  del  problema,  se  debe  emplear  cierta  clase  de  optimización.  En  el  caso  de
sistemas  de  drenaje  urbano  la  optimización  ideal  sería  la  multiobjetivo  ya  que  esta  requiere  la
optimización  simultánea  de  más  de  un  objetivo,  como  lo  sería  la  disminución  de  diámetros,  de
excavación, de costos constructivos, entre muchos otros que afectan el costo global de una red de
drenaje  urbano.  Sin  embargo  muchas  veces  estas  funciones  de  minimización  o  maximización
pueden  entrar  en  conflicto  entre  sí  teniendo  que,  para  alcanzar  el  global  deseado,  se  deba
sacrificar  algunos  objetivos  para  lograr  mejorar  en  otros.  Según  Mays  &  Tung,  (1992)    la
optimización  multiobjetivo  no  requiere  encontrar  la  solución  óptima,  sino  el  conjunto  de
soluciones no inferiores, las cuales los autores definen como “aquellas para las que no existe otra
solución  factible  que  pueda  generar  mejoras  en  un  objetivo  sin  producir  desmejoras  en  por  lo
menos uno de los otros objetivos”. Por lo tanto, de lo anterior se podría decir que efectivamente
este método sería el más adecuado para tratar de solucionar este tipo de problemas, ya sea en el
trazado de la red o en el diseño hidráulico de la misma.

Dentro  de  la  optimización  multiobjetivo  pueden  existir  distintas  técnicas  para  lograr  la  mejor
solución;  entre  estas  se  encuentra  el  cálculo  diferencial,  la  programación  lineal,  no  lineal,
dinámica    y  los  algoritmos  genéticos  entre  otras.  De  las  anteriores  la  más  usada  para  tratar  de
abordar  el  problema  de  alcantarillado  es  la  programación  dinámica,  la  cual  relaciona  múltiples
variables de decisión interdependientes y realiza el proceso de decisión por etapas. Sin embargo la
mayoría  de  estos  modelos  solo  permiten  ingresar  una  variable  de  decisión  ya  que  incluir  más
representa  gastos  computacionales  significativos  en  tiempo,  por  lo  tanto  la  implementación  de
estos  modelos  es  complicada  en  la  mayoría  de  los  casos,  y  no  tienen  en  cuenta  conceptos  de
decisión como la elección de un diámetro mayor o igual en tramos aguas abajo. Métodos como los
anteriores  han  sido  implementados  por  Mays  &  Tung,  (1992)  en  un  programa  que  buscaba
encontrar los menores costos en redes pluviales con base a la cuantificación en términos de valor
de  diámetro  y  de  la  excavación  necesaria  para  la  instalación  de  cada  tubería.  Asimismo  esta  la
investigación de Walters & Pereira, (1990) los cuales tuvieron en cuenta diseño hidráulico de una
sola red como la de diseño de un sistema de alcantarillado separado. En esto tuvieron en cuenta
que un tramo puede tener con la altura de los nodos y con las cotas del punto de entrega. En la
parte de  diseño de sistemas separados, el método tenía en cuenta el hecho de que dos tuberías
tuvieran  que  compartir  la  misma  zona  de  excavación.  El  diseño  de  ellos  se  realizaba  por  etapas
según el modelo dinámico y cada una de estas etapas estaban conectadas a la cota de la cámara
de inspección inmediatamente aguas arriba del tramo. Sin embargo muchos de estos métodos no
cumplían la restricción de diámetros.

Por otro lado, la programación lineal, aunque ha sido usada para sistemas de distribución de agua
potable, no es una buena aproximación para alcantarillados debido a que esta programación exige
que las funciones objetivos y restricciones sean lineales lo cual no es una realidad en
alcantarillados como se ha venido descubriendo con anteriores investigaciones y trabajos hechos
en el ámbito académico. Por lo tanto se ha decido trabajar con otras metodologías como los son
los algoritmos genéticos los cuales son una técnica de Inteligencia Artificial (IA) basada en los

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procesos de evolución natural, los cuales proponen crear una generación o especie de las cuales
sobrevivirá  la  población  más  apta  y  el  método  buscará  reproducir  este  tipo  de  especies.    Estos
algoritmos presentan un rango muy amplio de  búsqueda para la solución debido a la naturaleza
del  concepto  de  evolución  que  maneja,  por  lo  tanto  se  han  tratado  de  buscar  metodologías
hibridas de algoritmos genéticos en los cuales se disminuya el rango de evaluación y así disminuir
los tiempos computacionales.

En la Universidad de los Andes, se ha trabajado en estos temas y se han  desarrollado conceptos
útiles  que  han  servido  como  índice  en  los  procesos  de  optimización  aplicados  a  sistemas  de
alcantarilladlo.  Estos  conceptos  son  la  Pendiente  Propia  y  la  Potencia  Unitaria  de  los  cuales  se
hablará a continuación.

2.6.1 Potencia Unitaria y Pendiente Propia.

El concepto de Potencia Unitaria fue un término desarrollado por Saldarriaga, Romero, Ochoa,
Moreno & Cortés, (2007) que se usó inicialmente como indicador del comportamiento hidráulico
en redes de distribución de agua potable. La Potencia Unitaria es la energía que pierde el flujo
como consecuencia de su paso a través de un tramo. En el caso de tuberías de alcantarillado se
tendría la siguiente definición matemática:

Figura 20. Concepto hidráulico de potencia unitaria.

Donde:



PU: Potencia Unitaria.



: Altura piezométrica en la cámara aguas arriba del tramo [m].



i+1

: Altura piezométrica en la cámara aguas arriba del tramo [m].

Este indicador de confianza ayuda a asegurar que la red, durante su operación, disminuya su
probabilidad de presentar algún problema que afecte la infraestructura del sistema o a la
comunidad cercana a esta como inundaciones en los cascos urbanos. Este indicador ha sido usado
desde 2009 en sistemas de drenaje urbano y hasta el momento a presentado buenos resultados
en los trabajos investigativos realizados por la Universidad de los Andes.

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Por otro lado la Pendiente propia fue un término desarrollado por Saldarriaga & López, (2011) en
conjunto con los trabajos hechos por el CIACUA y se define como aquella pendiente que para un
diámetro dado, conduce un caudal dado con la relación de llenado (y

/d) máxima. Este término se

desarrolló debido al hecho de que la escogencia del valor de la pendiente dependerá del criterio
del diseñador, causando que se perdiera un amplio rango de alternativas. Es por esta razón que se
busca generar diseños que optimicen el uso de la pendiente y nuevamente con este parámetro se
han logrado resultados bastante acertados buscando el óptimo entre problemas como los
descritos en la Figura 21. En estos se observa claramente que hay que buscar un equilibrio entre
las pendientes usadas ya que esto influencia en los diámetros y en la excavación lo cual a su vez
influencia de forma directa los costos totales de la red.

Figura 21. Problema de optimización en sistemas de alcantarillado según la pendiente

La Pendiente Propia puede dar, por su naturaleza, valores que en la parte de instalación y
construcción no sean reproducibles; por lo tanto en este proceso se discretiza el valor de la
pendiente propia para tener viabilidad en la construcción y así trabajar con el óptimo. Tener estos
valores de pendientes óptimas da un buen índice al diseñador para saber con qué valor trabajar a
la hora de diseñar y no deja la elección a un criterio de experiencia, el cual a pesar de ser bueno no
deja atrás ciertas falencias que se podrían evitar.

Tomado de (Saldarriaga, 2013), Clase de maestría en Recursos Hídricos: Sistemas Integrados de Drenaje

Urbano. Universidad de los Andes.

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2.6.2 Conclusiones trabajos anteriores CIACUA

A continuación se listaran las conclusiones a las que se han llegado con trabajos anteriores de tesis
de grado que involucran la optimización en sistemas de alcantarillado. Los resultados pertenecen a
López, (2011), Navarro, (2009), Copete, (2012), Salcedo, (2012) y Pavia, (2010) todos actualmente
ingenieros de la Universidad de los Andes.



La potencia total que disipa la red (calculada como la suma de las Potencias Unitarias de
las tuberías) es un parámetro que está relacionado con los riesgos de que se presenten
sobrecargas e inundaciones a lo largo del sistema.



Se ve la tendencia de que al maximizar la Potencia Unitaria se minimizarán los costos de
excavación.



Se concluye que la Potencia Unitaria es un parámetro que sirve para medir la confiabilidad
de las redes, pues en todos los casos se obtuvieron resultados significativos con los cuales
se establece que al maximizar la Potencia Unitaria se obtendrían menores riesgos de
inundación y tiempos de sobrecarga de la red.



En todos los casos la red de mínimo costo y de máxima Potencia Unitaria, se caracterizó
por tener pendientes pequeñas al inicio de los tramos y grandes al final de estos.



Discretizar la pendiente es un proceso que permite convertir dicho parámetro en un
objetivo más del diseño, y no simplemente cuestión de precepción.



Diseñar únicamente usando Pendientes Propias permite aprovechar al máximo el material
del cual se dispone.



La relación entre pendiente y Potencia Unitaria es un medio que permite optimizar costos
de construcción en la medida que el diseño se haga en función de la pendiente.



Los costos constructivos más bajos se presentan cuando la Potencia Unitaria es elevada en
la red de drenaje urbano. Esto siempre y cuando la topografía del terreno sea
relativamente plana.



De manera más detallada y según los resultados obtenidos de este trabajo, se observa que
de  las  alternativas  viables,  las  alternativas  óptimas,  es  decir,  las  alternativas  menos
costosas  provienen  de  las  alternativas  que  tienen  mayor  Potencia  Unitaria,  de  las  que
mayor profundidad tienen, y de las que menos cambios de diámetro a lo largo de la red
presentan. Esto siempre y cuando la topografía del terreno sea relativamente plana.



El  planteamiento  de  las  funciones  de  costo  asociadas  con  la  excavación  se  consideró
pertinente  dado  que  en  investigaciones  previas  no  se  consideraban  muchos  de  los
aspectos  involucrados  en  la  construcción  de  alcantarillados  como  lo  era  el  relleno  de  la
zanja, o el entibado de esta, dando así la posibilidad que por su inclusión en la función de
costo; este componente resultó más relevante que el asociado con el costo de la tubería.



En el diseño de sistemas de drenaje urbano el componente más importante de la función
de costos es el asociado con la excavación, razón por la cual al intentar optimizar el costo
del diseño, el diseñador se debe centrar en características del sistema como la pendiente
de la tubería y la profundidad a la que esta se encuentra para asegurar que los costos
constructivos sean mínimos.

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

El concepto de Pendiente Propia resultó no ser útil cuando los costos de excavación son
los más importantes de la red. Esto se puede explicar ya que al aumentar la pendiente se
está reduciendo el diámetro de la tubería, situación deseada cuando priman los costos de
la tubería; cuando priman los costos de excavación la situación deseada es que la tubería
sea instalada lo más superficial posible.



Se observó que para tramos cortos (menores a 60 metros de longitud) se obtuvieron los
menores  costos  totales,  así  como  coeficientes  de  determinación  aceptables  en  las
relaciones  tanto  del  Índice  de  Resiliencia  como  de  la  Potencia  Unitaria  con  los  costos
constructivos totales. La reducción en los costos era de esperarse porque la longitud total
de  la  red  es  casi  la  mitad  que  en  las  demás  redes;  sin  embargo  es  interesante  el
comportamiento  que  presentan  los  criterios  de  confiabilidad  en  los  casos  donde  la
longitud es corta.

Estas anteriores conclusiones se listaron en el presente trabajo, debido a que con base a ellas el
grupo CIE-AGUAS ha tratado de desarrollar una metodología de diseño no solo para la parte
hidráulica si no para el trazado en sí. Por tal razón es de suma importancia entender el trasfondo
del trabajo hecho por este grupo, ya que con los resultados obtenidos por esta dependencia del
CIACUA es que se podrá realizar una crítica o una propuesta a la mejora en la metodología
colombiana de los cuales se hablará en los capítulos 4 y 5.

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3. ENTREVISTAS

3.1 Objetivo

Uno de los propósitos de esta investigación consiste en indagar acerca de las metodologías que se
están aplicando en el país para el trazado y el diseño hidráulico de las redes de alcantarillado. Esto
con el fin de saber si se está optimizando adecuadamente todos los costos posibles para tener la
alternativa más económica y ver los criterios comunes en todo el proceso de diseño en Colombia.

3.2 Entrevistas

Dentro del marco del proyecto de grado, se diseñó una entrevista con el objetivo de identificar los
criterios y metodologías usadas por  ingenieros con experiencia en el área de alcantarillados que
pudieran  dar  un  esquema  general  acerca  de  esta  actividad  en  Colombia.  Se  contactaron
diseñadores en las ciudades  principales como los son: Bogotá,  Cali y Medellín, las entrevistas  se
realizaron de manera personal.

A continuación se presenta el esquema de las preguntas hechas a los diseñadores. Algunas de
estas preguntas fueron elaboradas en un sistema de selección múltiple para focalizar de una mejor
manera la investigación.

¿Qué aspectos son relevantes para elegir el trazado de una red de alcantarillado
pluvial?

a)  Topografía de la zona
b)  Ubicación de puntos de descarga
c)  Ubicación de otros servicios públicos subterráneos
d)  Tipo y uso de suelo
e)  Ubicación de las vías, construcciones, zonas públicas, distribución de cuadras, etc.
f)  Drenaje natural de la cuenca
g)  Otros (especifique):

¿Qué aspectos son relevantes para elegir el trazado de una red de alcantarillado
sanitario?

a)  Ubicación de los predios
b)  Topografía de la zona
c)  Ubicación plantas de tratamiento y/o puntos de descarga
d)  Ubicación de otros servicios públicos subterráneos
e)  Tipo y uso de suelo
f)  Ubicación de las vías, construcciones, zonas públicas, distribución de cuadras, etc.
g)  Otros (especifique):

¿Qué aspectos son relevantes para elegir el trazado de una red de alcantarillado
combinado?

a)  Topografía de la zona
b)  Ubicación plantas de tratamiento y/o puntos de descarga
c)  Ubicación de otros servicios públicos subterráneos
d)  Tipo y uso de suelo
e)  Ubicación de las vías, construcciones, zonas públicas, distribución de cuadras, etc.

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f) Drenaje natural de la cuenca
g) Otros (especifique):

¿Existe alguna diferencia para la selección del trazado entre los tres tipos de red de
alcantarillado?

¿Cuál es el tipo de trazado más común que ha diseñado y por qué?

Algunos autores dicen que se debe seguir el drenaje natural para definir el trazado
de la red, ¿Qué opina de ésta afirmación?

¿Qué opina de la selección del colector principal como la ruta de mayor pendiente?

¿Cómo elige usted los puntos de entrega de la red? ¿Qué criterios usa?

¿Cómo elige usted los puntos de arranque de la red? ¿Qué criterios usa?

10.

¿Existe alguna diferencia en cuanto al diseño hidráulico entre los tres tipos de red de
alcantarillado (aparte de los caudales manejados)?

11.

Al diseñar redes de alcantarillado, ¿qué parámetros usa usted para obtener los
costos de la red? De las anteriores cuales considera son las más relevantes

a)  Costos excavación y entibado
b)  Costos tuberías
c)  Costos cámaras y pozos de inspección
d)  Otros (especifique):

12.

¿Realiza usted algún proceso de optimización en el diseño hidráulico de una red de
alcantarillado? Si, sí ¿Cuál y en qué consiste?

13.

¿Qué variables usa en el diseño para minimizar los costos totales de la red y por
qué?

14.

¿Cuándo considera usted que tiene el diseño hidráulico adecuado de una red de
alcantarillados?

15.

¿Realiza una evaluación de diferentes alternativas posibles para el trazado y diseño
hidráulico de una red de drenaje?

a) SI: ¿Cómo la realiza?
b) NO: ¿Por qué selecciona esa única alternativa?

16.

Al momento de elegir un trazado, ¿tiene en cuenta usted el diseño hidráulico de la
red en el momento de la elección? ¿O el proceso de diseño hidráulico lo hace de
forma singular una vez se ha estipulado el trazado?

17.

¿Usa usted algún software para el diseño hidráulico o para el trazado de la red?
¿Cuál?

18.

¿Qué ecuación utiliza para el diseño de alcantarillados?

a) MANNING.
b) DARCY-WEISBACH en conjunto con COLEBROOK-WHITE.

A  continuación  se  presenta  la  síntesis  de  cada  una  de  las  entrevistas  realizadas  a  distintos
diseñadores y entidades gubernamentales que están a cargo de los sistemas de alcantarillado en
Colombia,  el  resumen  tratará  de  compilar  todas  las  respuestas  dadas  por  el  ingeniero,  Sin
embargo  habrán  casos  en  los  que  algunas  no  serán  aplicables  debido  al  sitio  de  trabajo  del
profesional.  La  presentación  de  las  entrevistas  se  realizará  por  ciudades,  teniendo  entre  ellas  a
Bogotá, Cali y Medellín.

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3.3 BOGOTÁ

ENTREVISTA

Nombre: Mauricio Rivera.
Lugar de trabajo actual: Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio.
Fecha: Abril  de 2013.
Trayectoria o experiencia: Más de 30 años de experiencia en el campo.

El  ingeniero  Mauricia  Rivera  es  el  coordinador  de  área  de  Regulación,  Planeación  y  Política
Sectorial  en  el  ministerio  de  ambiente,  vivienda  y  desarrollo  territorial  de  la  república  de
Colombia. Tiene más de 30 años de experiencia incluyendo trabajo en el exterior y es el encargado
de  revisar  la  mayoría  de  proyectos  de  alcantarillados  de  municipios  que  buscan  financiación
económica en Colombia.

En  cuanto  a  la  parte  de  trazado  el  ingeniero  estableció  que  este  se  hace  para  la  parte  donde
existan más subscriptores lo cual asegura que hay una mayor área de cobertura. Esto indicaría que
hay  que  tener  una  distribución  poblacional  o  densificación  actualizada  junto  con  la  distribución
urbanística  para  realizar  el  trazado;  por  lo  tanto  las  anteriores  serían  las  variables  que  tendrían
mayor relevancia en este proceso.  De igual manera, la topografía de la zona es muy relevante ya
que  la  idea  es    hacer  sistemas  de  alcantarillado  que  funcionen  por  gravedad  y  en  lo  posible  no
implementar sistemas de bombeo; luego para el alcantarillado pluvial se trata de mirar el drenaje
natural de la cuenca e imitarlo en cuanto al espacio urbanístico lo permita. El ingeniero resalta que
es de vital importancia conocer el sitio de descarga para el trazado ya que este define costos y la
forma  geométrica  del trazado  en  planta.  El trazado entonces  será  la  ruta  que conecte  de  forma
más corta los puntos de arranque y el sitio de descarga; el principio que se tratar de seguir es “ir
por  la  ruta  que  indique  el  terreno  y  claramente  por  la  que  me  produzca  menores  costos  de
excavación”.

En  cuanto  a  estipular  alguna  diferencia  entre  la  elección  de  trazado  para  un  red  sanitaria,  el
encuestado  dice  que  aplican  los  mismos  conceptos  de  los  que  se  habló  antes,  solo  que  de  las
opciones entra a contar más la densificación de la población para incluir a todos los suscriptores, y
en sistemas pluviales podría entrar a contar más los espacios públicos ya que la mayor cantidad de
agua lluvia es la que se acumula en estos espacios. Pero a grandes rasgos dice que no hay ninguna
diferencia  entre  la  elección  de  trazados  de  los  tres  tipos  de  alcantarillados  (pluvial,  residual  y
combinado) que sea trascendental.

Por ser funcionario del Ministerio de Vivienda, el ingeniero comenta que el trazado más común
que ha diseñado es de alcantarillado sanitario y el esquema que con mayor frecuencia ha usado,
es el trazado radial. Comenta que el ministerio subsidia solo proyectos de alcantarillado sanitario
ya que es la primera prioridad por efectos de salubridad; el alcantarillado pluvial por lo general va
financiado con recursos propios del municipio y en muchos casos es omitido debido a falta de
presupuesto. En cuanto a la afirmación de que se debe seguir en drenaje natural para realizar el

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trazado, el Dr. Rivera está de acuerdo y afirma que es lo que se hace porque da un criterio de
economía superior a otros trazados; nuevamente recalca en que se siga la pendiente natural del
terreno para la mayoría de los casos: “si yo tengo esa pendiente, no tengo que irme por otra, es la
ruta lógica del agua. Siempre y cuando esa pendiente me permita un diseño hidráulico adecuado
no se debería cambiar”

Para el diseño de los colectores principales, la elección de estos se hace por densidad y se empieza
a trazar desde un punto muy densificado hacia uno menos poblado. En municipios y ciudades no
muy grandes, estos sitios coinciden con lo que llaman el centro de la ciudad y claramente con vías
arteriales o principales. Esta elección se da debido a que se tiene el criterio de drenar el agua lo
más  rápido  que  se  pueda  fuera  del  casco  urbano.  Normalmente  se    trazan  los  colectores
principales y en el proceso de revisión y viabilidad de la propuesta se puede alterar su posición; sin
embargo  esto  no  es  lo  común.  El  criterio  del  diseñador  dice  la  posición  y  no  hay  muchas
posibilidades  de  ubicación para estos colectores  principales,  por lo tanto la primera opción es la
que  en  varios  casos  predomina.  Si  se  habla  del  trazado  secundario,  este  por  lo  general  no varía
mucho  si  se  cambia  de  localización  del  colectores  principales  por  lo  tanto  este  trazado  es  casi
constante y depende enteramente de la urbanización que se tenga en el sitio del proyecto.

Los puntos de descarga son de suma importancia según el Dr. Rivera debido a que estos definen
muchas veces la longitud del proyecto (elección de la ruta más corta) y por ende los costos de la
red. En el caso de alcantarillados sanitarios se debe elegir dos sitios de tratamiento uno para las
aguas (PTAR) y el otro para el tratamiento de lodos. La mayoría de veces para proyectos nuevos el
diseñador no tiene la libertad de escogencia del sitio de descarga; estos sitios ya están destinados
por el municipio debido a que ya existe un lote de propiedad de la alcaldía y no se va a gastar más
dinero  en  la  compra  de  un  lote  nuevo.  A  pesar  de  esto,  este  sitio  si  debe  tener  ciertos  criterios
como  que  debe  estar  cerca  a  la  fuente  final  de  disposición  de  las  aguas,  y  además  debe  estar
ubicado una distancia mínima de 500 m fuera del casco urbano para evitar problemas por olores.
Las  corporaciones  autónomas  regionales  de  cada  sitio  estipularan  cuáles  son  las  fuentes
receptores  a  las  cuales  se  permitirá  el  vertimiento,  y  es  a  estos  sitios  donde  hay  que
obligatoriamente  llegar.  Por  otro  lado,  los  puntos  de  arranque  se  elegirán  como  aquellos  sitios
donde  la  topografía  indique  que  son  los  más  altos  en  la  ciudad  y  que  claramente  tengan
suficientes  subscriptores.

Para  la  parte  del  diseño  hidráulico,  todo  permanece  igual  en  cualesquiera  que  sea  el  tipo  de
alcantarillado.  El  diseño  se  hace  usando  las  mismas  pautas  y  lo  único  que  cambia  serían  los
caudales  manejados  los  cuales  se  calculan  según  las  estipulaciones  del  RAS.  Según  el  Ingeniero
Rivera los costos de un sistema de alcantarillado están regidos por la cantidad de excavación que
sea  necesaria  en  el  proyecto;  costos  como  cámaras,  pozos  u  otros  se  hacen  casi  insignificantes
frente los anteriores. Los costos de la tubería están ligados a la geotecnia del lugar y por lo tanto
no es un costo que  puedan controlar mucho; sin embargo se  le preguntó  al ingeniero acerca de
cuál  es  el  material  que  más  usan  y  este  respondió  que  este  corresponde  al  concreto  ya  que

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muchas  veces  este  material  se  puede  moldear  directamente  en  campo  mientras  que  el  PVC  en
algunos  casos  resulta  más  caro  por  costos  de  transporte  e  instalación en  campo ya  que  algunas
veces necesita de unas condiciones especiales de cimentación, por lo tanto la elección del material
todavía no sigue un criterio de rugosidad.  El Dr. Rivera hizo énfasis de que en Colombia el periodo
de diseño de estas estructuras es de 50 años y en ciudades de gran importancia es del doble, lo
cual  hace  que  las  estructuras  sean  más  robustas  condicionando  a  que  no  se  pueda  economizar
mucho  en  esta  parte  de  proceso.  Sin  embargo  se  puede  bajar  un  poco  costos  disminuyendo  la
cantidad  de  estructuras  hidráulicas  como  alivios,  cámaras  de  inspección,  caída,  etc.  o  en  los
materiales  usados  para  estas.  El  único  criterio  de  optimización  que  se  usa  es  el  de  disminuir  la
excavación  tratando  de  enterrar  lo  menos  posible  el  sistema,  y  esto  se  hace  poniendo  tuberías
paralelas a la pendiente del terreno conservando la profundidad mínima, por lo tanto la variable
que minimizaría sería la pendiente.

El  ingeniero  hace  ciertas  observaciones  acerca  del  RAS  y  de  restricciones  como  la  del  diámetro
mínimo  y  dice  que  esto  es  cuestionable  ya  que  depende  de  la  naturaleza  del  proyecto.  Puede
haber  casos  en  los  que  con  un  diámetro  menor  se  pueda  atender  a  la  población  y  no  hay
necesidad de “enterrar el dinero porque si” haciendo una crítica también a la restricción del uso
de diámetros menores aguas abajo ya que nuevamente esto es un medida anti económica que no
se  basa  en  criterios  hidráulicos.  En  cuanto  a  la  restricción  a  la  que  más  ponen  cuidado  es  la
velocidad mínima, ya que con ella cubren la mayoría de problemas en un sistema de alcantarillado
al igual que  la velocidad máxima. Una vez toda la red cumpla con todas estas características, se
hacen verificaciones de cálculo para posibles escenarios que se den en la red. Esto lo hacen con
programas como EPASWMM, StormCAD y otros.

En cuanto a la evaluación de distintas alternativas en los proyectos, como el ministerio se encarga
de revisar proyectos y no específicamente de diseñarlos, a ellos solo les llega una única alternativa.
Sin  embargo,  antes  de  que  el  proyecto  llegue  a  ellos  pasa  por  una  interventoria  y  el  diseñador
original debe justificar por qué esta es la mejor opción; por lo tanto habrá tenido que evaluar otras
posibilidades. Si el ministerio cree con su grupo de asesores que existe una mejor opción, lo harán
saber al diseñador y este deberá realizar los cambios pertinentes. En cuanto al diseño hidráulico
solo se presenta el del trazado elegido; sin embargo a los trazados descartados nunca se les hace
el diseño hidráulico ya que esto sería dispendioso. Estos se descartan principalmente bajo criterios
de longitud. Por lo tanto, trazado como diseño se realizan en fases distintas del proyecto y nunca
simultáneamente.  El  ingeniero  Mauricio  Rivera  desarrolló  en  conjunto  con  el  ingeniero  Rafael
Paredes  un  programa  llamado  SEDAL  PLUS  con el  cual  hacen trazado y  diseño hidráulico;  por  lo
tanto lo recomiendan para su estudio en el ámbito académico. Este programa realiza cálculos de
diseño con la ecuación de Darcy-Weisbach, en pero, recalca que el 100% de los diseños que llegan
al ministerio están basados en hojas de cálculo que usan la ecuación de Manning. Este dice que
aquella ecuación presenta una mayor facilidad en su uso, y que los diseños antiguos se han hecho
con  Manning  y  siguen  en  funcionamiento  por  lo  tanto  no  ve  la  necesidad  de  cambiar  de  una
ecuación a otra siendo que esa ha servido siempre.

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ENTREVISTA

Nombre: Jorge Holguín.
Lugar de trabajo actual: EAAB. Dirección Red Troncal.
Fecha: Abril de 2013.

El Ing. Holguín con más de 15 años de experiencia en el sector de alcantarillado, manifestó que en
general no existe ninguna metodología generalizada para el trazado de redes de alcantarillado,
sino que el diseño se basa en la topografía y la ubicación del cuerpo receptor y de la PTAR, ya que
con base a estos parámetros se definen las características de la red.

Adicionalmente  el  Ingeniero  expresó  que    el  acueducto  de  Bogotá  no  se  encarga  de  diseño  de
redes locales si no de los grandes interceptores y canales de la ciudad, en general de tuberías de
dimensiones  de  más  1  m  de  diámetro.  Por  lo  general  el  diseño  que  se  sigue  para  grandes
interceptores son diseños siempre en paralelo a los cuerpos de aguas ya existentes como canales
artificiales,  quebradas  o  ríos.  Este  tipo  de  diseños  se  logra  debido  a  que  la  topografía  en  estas
zonas donde se localizan grandes interceptores es por lo general plana.

En cuanto a la selección del corredor, este está claramente definido, y concuerda para todos los
casos de alcantarillado que se tenga con la vía de espacio público más cercana al interceptor que
permita recoger lo más abajo posible las descargas. Según el ingeniero el tema de trazado no es
algo muy importante y tiene poco que ver con la ingeniería ya que el trazado de cualquiera de los
3 alcantarillados lo da el proyecto urbanístico que se tenga y la configuración de cuadras que
tenga la ciudad. Por lo tanto si se quisiera hablar de trazados los criterios que el propondría serían
principalmente el urbanismo y sobre todo la disponibilidad de espacio público (predios), las zonas
de manejo y de preservación de los ríos ya que son por estos sitios donde no se podrá pasar y esto
de cierto manera si limitaría el trazado de cualquiera de las redes.

Para  sistemas  de  aguas  lluvias  se maneja  el  criterio de  menor  distancia  posible  y el  trazado  que
menos  se  entierre  teniendo  en  cuenta  claro  las  cotas  de  entrega  tanto  para  alcantarillados  de
aguas lluvia como de aguas residuales. Aunque el acueducto no diseña las redes secundarias de la
ciudad,  ellos  si  establecen  el  punto  de  conexión  a  la  red  matriz  por  lo  tanto  en  Bogotá  no  hay
mucha libertad para diseñadores secundarios ya que a estos se les establece claramente el punto
de empalme con la red. La única exigencia que se les hace es que comprueben que al ducto al que
van a conectarse tiene suficiente capacidad hidráulica para soportar la nueva descarga. De no ser
así el acueducto debe buscar un nuevo punto de empalme o ampliar la capacidad de la tubería lo
cual  en  la  mayoría  de  los  casos  corre  por  cuenta  del  dinero  del  ingeniero  proveedor.  Para  el
acueducto tuberías menores a 34 pulgadas no hacen parte de la red matriz y por lo tanto se les
consideran como tramos locales.  Para el caso especifico de Bogotá, la red pluvial y sanitaria tienen
rutas especificas y esta configuración debe ser seguida por todos los diseñadores independientes.
Esta  configuración  es  que  para  redes  sanitarias  los  colectores  deben  ser  situados  de  oriente  a

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occidente (comúnmente son tramos largos) y para alcantarillado pluvial estos deben ser conductos
largos que atraviesan toda la ciudad (Norte a Sur) y conductos cortos para la descarga directa.
Todo proyecto que pase ante el acueducto debe presentar al menos 3 opciones de viabilidad del
trazado para hacer la debida elección con criterios de economía.

En  cuanto  a  los  puntos  de  arranque  en  empresas  tan  grandes  como  esta,  se  les  debería  llamar
sitios  de  empalme  como  ya  se  dijo  anteriormente.  Pero  en  sitios  donde  se  quiere  hacer
rehabilitaciones del cuerpo hídrico como lo es el caso del río Bogotá, se deben eliminar todos lo
vertimientos  directos  y  por  lo  tanto  estos  también  serían  puntos  de  arranque  de  la  nueva  red.
Toda le red debe llegar a la parte más baja donde se sitúa la PTAR  o la estación de elevación lo
más alto posible para reducir los costos de bombeo en caso de ser necesario. Para todo el trazado
se trabaja con pendiente mínimas y teniendo en cuenta la calidad de suelo que tiene la capital del
país, la geotecnia tiene un papel igual de relevante a la topografía ya que esta definirá el tipo de
estructura y cimentación que se va a usar. Así mismo esto es de suma importancia para la elección
de los puntos de descarga, los cuales los determina esta entidad en conjunto con la corporación
autónoma regional de Cundinamarca (CAR) teniendo en cuenta la naturaleza geológica del sitio y
las características hidráulicas e hidrológicas del cuerpo receptor.

El acueducto hoy en día exige un criterio de sostenibilidad ambiental y por lo tanto para el caso de
Bogotá  específicamente  se  está  teniendo  en  cuenta  esto  al  diseñar  el  nuevo  Plan  Maestro  de
Alcantarillado.  Lo  anterior  significa  que  los  sistemas  de  drenaje  urbano  deben  funcionar
integralmente y se debe trabajar para reducir al mínimo las sobrecargas, inundaciones, así mismo
se  debe  rehabilitar  todo  el  sistema  existente  integralmente  y  no  arreglar  estructuras
separadamente  lo  cual  puede  llevar  de  nueva  a  sobredimensionamientos  innecesarios.  De  igual
manera  tanto  estaciones  elevadoras,  como  canales  y  compuertas  deben  están  sincronizados  y
debe haber un control en tiempo real que permita manejar adecuadamente la red.  Sin embargo
se está trabajando de a poco debido a que ciudades como Bogotá no tuvieron planeación alguna y
se podría decir que todo el sistema de alcantarillado es una “colcha de retazos”.

El Dr. Holguín manifestó que en cuanto a los costos de un red, en una ciudad como Bogotá lo que
más importa son los costos de excavaciones debido a que la pendiente del terreno no da mucho
con lo cual se pueda trabajar. Por lo tanto debido a que el acueducto trabajo sólo con la red
matriz, se está tratando de imponer la tecnología sin zanja

ya que esto disminuye en cierta

medida los costos, adicionalmente por los caudales manejados se trabaja con concreto ya que los
costos  constructivos  de  este  material  han  disminuido  mucho.  Para  esta  identidad  el  impacto
urbano  es  lo  que  define  si  un  red  se  construye  o  no  y  por  lo  tanto  la  parte  de  destrucción  y
rehabilitación  vial  es  la  que  más  se    debe  tener  en  cuenta  ya  que  todos  estos  costos  los  debe

La tecnología sin zanja

es un conjunto de métodos, materiales y equipos usados para rehabilitar tubería

existente o instalar nueva tubería subterránea con el mínimo de problemas y destrucción típicamente
asociados con métodos convencionales. Tomado de:

http://www.sedapal.com.pe/tecnologia-sin-zanja.

Mayo 22 de 2013

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asumir la empresa. Así que, como criterio de optimización, esta sería la variable que más se trata
de  minimizar  en  cualquier  diseño  aceptado  por  el  acueducto  de  Bogotá;  ellos  piden  en  el
presupuesto  de  obra  un  ítem  específico  que  sea  la  rehabilitación  de  la estructura  de  pavimento
por cada sitio donde pase la red. Para alcantarillado combinado los costos que empiezan a tener
un alto valor son la construcción de estructuras de separación como alivios; por lo tanto deberían
tenerse  en  cuenta  en  la  determinación  de  costos  totales.  El  Ing.  Holguín  dice  que  la  forma  de
disminuir costos es en longitud y en la construcción de estructuras grandes; por lo tanto a veces es
reglamentación  del  acueducto  decirle  a  sus  proveedores  que  diseñen con  el  número  mínimo  de
pozos y cámaras de inspección, esto con el fin de no construir más de lo estipulado por la ley. Para
sistemas de agua lluvia y residuales, la EAAB tiene la política de disminuir los costos por medio de
una  estimación  de  los  caudales  bien  hecha  y  no  siguiendo  necesariamente  los  procedimientos
dados  por  el  RAS.  La  EAAB  hace  una  campaña  de  medición  de  caudales  con  el  agua  potable
suministrada  y  adicionalmente  con  medición  en  invierno  y  verano  de  caudales  reales  para  no
sobredimensionar  el  diámetros,  lo  cual  es  bastante  útil  ya  que  la  estimación  de  caudales  por  lo
métodos  tradicionales  hace  que  exista  una  variación  muy  grande  entre  los caudales  reales  y  los
calculados. En las mediciones reales que hace el acueducto se trata de hacer una mayoración en
los caudales debido al problema de conexiones erradas el cual es casi imposible de cuantificar.

Con  la  nueva  tendencia  que  tendrá  el  Plan  Maestro  de  Alcantarillado  en  Bogotá,  se  quiere
entregar  el  corredor  (Trazado)  al  diseñador;  por  lo  tanto  el  diseño  del  sistema  solo  va  a  estar
enfocado  al  diseño  hidráulico  y  estructural  de  la  red.  Finalmente  en  cuanto  a  las  ecuaciones  de
diseño  usadas  en  la  parte  hidráulica  se  usa  la  ecuación  de  Manning  ya  que  es  la  que
tradicionalmente  se  ha  usado.  La  EAAB  usa  programas  de  simulación  como  EPASWMM  y
SEWERGEMS.  Para  realizar  el  trazado  en  planta  hacen  uso  de  AutoCAD,  peor  no  hay  ningún
software que haga esto automáticamente.

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ENTREVISTA

Nombre: Manuel Ricardo Ruiz Romero
Lugar de trabajo actual: Independiente.
Fecha: Abril de 2013.

El  ingeniero  Ricardo  Ruiz  tiene  33  años  de  experiencia  en  el  diseño  de  redes  de  alcantarillado.
Trabajo  con  IHT,  con varias  compañías  enfocadas  en  diseños  de  sistemas  de  alcantarillado  y  fue
Decano  de  la  Universidad  Gran  Colombia.  Desde  la  experiencia  de  este  diseñador,  este  nos
comenta que tanto para una red de alcantarillado pluvial, sanitaria o combinada, cuando se va a
realizar el trazado, todos los aspectos mencionados en la encuesta son importantes. Sin embargo
el  agregaría  a  estos  los  aspectos  geológicos  y  geotécnicos  del  sitio  ya  que  muchas  veces  esto
termina cambiando el diseño original que se tenía incurriendo en mayores gastos. Por lo tanto es
de  suma  importancia  verificarlos  desde  las  etapas  iníciales  de  cualquier  proyecto.  Asimismo
aspectos constructivos, la inspección a la zona de los trabajos y la experiencia del consultor en la
solución de problemas es de vital importancia en la selección de cualquier trazado ya que muchas
veces  realizar  estas  visitas  y  hacer  anotaciones  de  campo  ayudar  a  ver  si  cierto  corredor  vial  es
apto por espacio para por ejemplo la instalación de un sistema de alcantarillado separado.

En  cuanto  a  la  diferenciación  de  la  selección  de  trazado  entre  los  tres  tipos  de  red  de
alcantarillado,  el  Ing.  Ruiz  estipula  que  el  trazado  de  las  redes  pluviales  o  combinadas
normalmente  van  buscando  la  pendiente  y  los  drenajes  naturales  del  terreno  y  en  los  sitemas
sanitarios no necesariamente se cumple lo anterior. El trazado de sistemas sanitarios da un poco
más de libertad en cuanto a las pendientes que se manejan pero en sitios de topografía plana se
trata de ajustarse a las pendientes del terreno o a valores mayores que cumplan las restricciones
hidráulicas. Debido a que el es diseñador de redes secundarias, el ingeniero dice que los sistemas
teóricos recomiendan sistemas en peine, en bayoneta y por el drenaje natural pero en realidad los
sistemas se acomodan a la topografia de las ciudades salvando los inconvenientes geotécnicos y
geológicos que pueden variar las condiciones generales del trazado; por lo tanto el tiene en cuenta
estas recomendaciones pero no hay una forma de trazado general que se repita constantemente.

De la afirmacion de seguir el drenaje natural para definir el trazado de la red, el Dr. Ruiz piensa
que tal vez es la manera más acertada porque en su experiencia esto tiende a disminuir los costos
de construcción. Sin embargo no se puede aplicar al 100% de los casos. En el caso de la selección
del colector principal como la ruta de mayor pendiente el ingeniero discrepa y muchas veces no lo
usa debido a que este concepto tiene inconvenientes por la velocidad con la cual se transporta el
agua y con problemas de erosión y abrasión que pueden presentarse en las tuberías.

Para el diseño hidráulico del sistema existe una diferencia entre el tipo de red que se tenga en
cuanto al funcionamiento hidráulico. En los sistemas sanitarios el caudal es gradualmente variado
mientras que en los sistemas pluviales el caudal es variable pero puede manejarse tramo a tramo

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con  caudales.  En  cuanto  a  los  costos  de  la  red,  todos  los  mencionados  en  la  encuesta  son
relevantes y deben ser lo más reales posibles, se deben obtener cotizaciones de los materiales y
efectuar  los  diferentes  análisis  de  precios  unitarios  con  la  ayuda  o  comparación  con  los  costos
estándar que manejan las divisiones de contratación de las entidades que prestan los servicios en
cuanto a los presupuestos. Si no hay datos actuales llevarlos a valor presente o proyectarlos a las
fechas de ejecución de las obras. Para disminuir costos debido a que el área de diseño es en redes
secundarias,  se  trata  de  utilizar  al  máximo  las  redes  existentes,  de  buscar  las  menores
excavaciones  posibles  así  como  el  uso  de  materiales  que  garanticen  durabilidad  y  un  costo  que
hagan posible hacer las obras; en sistemas secundarios y urbanizaciones nuevas se está tratando
de emplear PVC. Principalmente las variables para minimizar costos son las siguientes:



costos de materiales.



costo de instalación (excavación, base, instalación y relleno).



costos de operación y mantenimiento.

Como diseñador independiente, el Ingeniero Ruiz hace  una evaluación de diferentes alternativas
posibles  para  el  trazado,  analizando  varias opciones  en  la  parte técnica y  económica  para  ver  la
conveniencia o inconveniencia de cada una de ellas. En el caso se seleccionar una sola alternativa,
esta  tiene  que  ser  bastante  obvia  y  en  términos  generales  debe  presentar  una  conveniencia
aceptable en términos económicos.

Los puntos de entrega se seleccionan de acuerdo con aspectos técnicos, de ubicación, geológicos,
geotécnicos, de disponibilidad de compra de los predios y en todo caso que permitan la
evacuación correcta de las aguas transportadas. Por otro lado los puntos de arranque
normalmente son los puntos más altos del sistema que permitan la localización y construcción de
las diferentes redes.

Finalmente el Dr. Ruiz afirma que debido a que los caudales de diseño son aproximados y nunca
van a ser exactos, no hay razón para tener un cálculo exacto del funcionamiento de la red con
fórmulas más exactas como el caso de la ecuación de Darcy-Weisbach; por lo tanto el usa en sus
diseños la ecuación de Manning la cual no presenta ninguna compilación en la hora de emplearla.

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ENTREVISTA

Nombre: Gustavo González.
Lugar de trabajo actual: CONTELAC
Fecha: Abril  de 2013.

El  Ingeniero  Gustavo  González  tiene  más  de  40  años  de  experiencia  en  diseño  de  sistemas  de
alcantarillado. El dice que el trazado va ligado directamente con la topografía que se tenga y con la
distribución espacial de la población.  Sin embargo para le empresa CONTELAC, que es donde él se
desempeña, el trazado es un segundo plano ya que el ingeniero ve el problema de alcantarillado
como un problema de elevación y no como un problema planimétrico. Cuando se está eligiendo el
trazado, la decisión es bastante clara para el ingeniero en cuanto a que se debe seguir el drenaje
natural del sitio ya que esto da la mejor solución, inclusive para los sistemas que transportan agua
residual.  Esto  implica  a  su  vez  que  se  debe  seguir  la  pendiente  del  terreno  ya  que  brindará  los
menores  costos  de  excavación.  El  Ing.  González  indica  que  aunque  los  anteriores  son  criterios
generales  para  disminuir  costos,  la  función  de  costos  general  depende  enteramente  del  lugar
donde se esté realizando el proyecto y por lo tanto variará de lugar a lugar, por lo que recomienda
que no se tenga una función general ya que esta no describirá adecuadamente los costos reales de
cada proyecto.

El  Ingeniero  cuestiona  e  indica  que  la  mayoría  de  problemas  que  se  presentan    en  las  redes  de
alcantarillado  son  debido a  que  se  tienen en  cuenta  periodos  de  retorno  muy pequeños  para  el
diseño  del sistema,  por  lo cual  constantemente  ocurren  inundaciones  lo  cual  no  es  culpa  de  los
diseñadores sino de la normativa que está rigiendo. Con esto introduce a la idea de que el diseño
hidráulico no debe cumplir al pie de la letra la normativa estipulada por el RAS si no que esta debe
ser  una guía con la cual se logre el funcionamiento adecuado de la  red. En cuanto a la parte de
costos el ingeniero concuerda con los ítems propuestos por la encuesta pero agrega que  el más
importante  de  ellos  y  el  cual  no  se  ha  tenido  en  cuenta  es  el  impacto  ambiental  y  hacia  la
población. Este impacto tiene que ver con la destrucción de calles para la incorporación de tubería
lo  cual  afecta  gravemente  la  zona  durante  el  periodo  constructivo.  Por  lo  tanto  el  ingeniero
establece  que  es  importante  que  el  país  se  actualice  frente  a  metodologías  constructivas  que
pueden disminuir este impacto como lo es la tecnología sin zanja. Para los puntos de entrega, dice
que no hay criterios de elección ya que desde hace rato eso dejó de ser una elección del ingeniero
y pasó a ser un sitio estipulado por los planes de ordenamiento territorial o por lotes previamente
comprados y destinados para este uso.

El Dr. González puntualiza que todos los cálculos los realiza con hojas de cálculo de Excel y con
herramientas de ayuda como AutoCAD, pero cree firmemente que un software computacional no
le da la solución ingenieril adecuada y por lo tanto el criterio de diseñador y experiencia tiene un
peso muy importante para la concepción de cualquier proyecto que el haga. La ecuación de diseño
que usa es la de Manning ya que normalmente estos sistemas tienden a estar sobrediseñados y el
usar esta ecuación no representaría otro aumento significativo que aumente los costos.

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ENTREVISTA

Nombre: José Guillermo Mancilla
Lugar de trabajo actual: HMV ingenieros.
Fecha: Abril  de 2013.

El ingeniero José Mancilla tiene 15 años de experiencia y establece que el criterio principal para la
elección del trazado de cualquier tipo de red es tener la longitud más corta que conecte los puntos
de  arranque  con  los  sitios  de  vertimiento  final  de  las  aguas.  Para  este  profesional,  el  factor
geotécnico  es  el  que  más  pesa  en  conjunto  con  la  topografía  de  la  zona,  ya  que  eso  aparte  de
definir el corredor (Longitud y geometría) incidirá en el diseño hidráulico debido a que establecerá
el tipo de material que se debe usar para los colectores y estructuras hidráulicas.

En cuanto a diferenciar los tres tipos de alcantarillado según el trazado, no hay ninguna diferencia
aparte  de  la  ubicación  espacial  que  se  le  debe  dar  en  las  vías  y  en  los  espacios  públicos.  En
ciudades  como  Bogotá  el  criterio  es  seguir  la  pendiente  del  terreno  y  conseguir  las  mínimas
distancias;  sin  embargo  eso  es  por  la  disposición  de  topografía  plana  que  tiene  la  ciudad.  El
ingeniero  sugiere  ver  los  criterios  en  otras  ciudades  para  ver  si  estos  difieren  y  así,  si  se  va  a
realizar un software empezar a regionalizarlo por distintas clases de topografía (Plana, empinada,
escarpada, etc.). Para le elección de puntos de descarga, normalmente esto está estipulado y es un
requisito de cumplimiento en la licitación. Los puntos de arranque serán aquellos con mayor altura
topográfica.

Para la parte de costos el Ing. Mancilla establece que lo que más pesa son los costos de instalación
y cimentación. Esto anterior incluye claramente los costos de excavación. Para el análisis de costos
para el valor de las tuberías, se hace un análisis de precios unitarios teniendo en cuenta distintos
tipos  de  material.  En  la  mayoría  de  los  casos  se  suele  trabajar  con  concreto  debido  a  que  el
material que es removido en la excavación, también sirve para el relleno. Lo cual no siempre pasa
cuando se trabaja con PVC, ya que para los rellenos se necesitan material de préstamo lo cual sube
inmediatamente los costos debido al transporte de estos materiales en obra. El ingeniero recalca
entonces que unos de los costos importantes en la parte de instalación sería la de transporte y en
consecuencia  nunca  hay  que  dejarla  por  fuera  de  los  cálculos;  esto  nuevamente  varía
dependiendo  del  sitio  donde  se  esté  haciendo  el  proyecto.  De  igual  manera  las  cámaras  de
inspección son un ítem importante y representan aproximadamente un 20% del costo total así que
es  importante  saber  que  no  se  estén  usando cámaras  adicionales  cuando  no  es  necesario.  HMV
ingenieros también realiza una cuantificación del daño y la reparación a la malla vial que se debe
hacer cuando se decide hacer un sistema de alcantarillado; este factor es de suma importancia ya
que puede cambiar el trazado inicial que se tenía con el fin de disminuir costos.

Por último el ingeniero dice que usa para sus diseños la ecuación de Darcy-Weisbach y que utiliza
programas como StormCAD, SEWERGEMS y EPASWMM para verificar el adecuado funcionamiento
de la red una vez diseñada.

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ENTREVISTA

Nombre: Carlos Giraldo
Lugar de trabajo actual: Aguas azul
Fecha: Abril  de 2013.

Carlos Giraldo  es  un  Ingeniero con  más  de15  años  de  experiencia  en el  sector de  alcantarillado,
trabaja con la empresa Aguas Azul y es docente de cátedra de la  Universidad de los Andes en el
Departamento de Ingeniería Ambiental. El Ing. Giraldo dice que los sistemas de drenaje urbano se
deben  diseñar  por  gravedad  y  tratando  de  minimizar  las  estaciones  de  bombeo.  Este  tiene  el
criterio de que el colector principal o interceptor en algunos casos debe ser puesto por el punto
más  bajo  del  terreno  lo  cual  estaría  en  contraposición  de  la  afirmación  de  que  los  colectores
principales deberían estar en la ruta de mayor pendiente.

La idea de tener múltiples opciones para el trazado se le hace poco realista debido a que dada la
urbanización  y  las  características  de  las  ciudades  las  opciones  para  realizar  el  trazado  son
realmente  escasas.  Este  focaliza  en  que  el  trazado  elegido  es  aquel  que  sea  más  corto  e
igualmente que trate de minimizar profundidades teniendo en cuenta la cota del punto de llegada
ya  que  se  busca  que  el  punto  final  total  del  sistema  esté  lo  menos  enterrado  posible.  En
consecuencia para lograr este objetivo, siempre se diseña con la pendiente mínima y siguiendo la
pendiente natural del terreno, la cual producirá la velocidad mínima de auto limpieza. El ingeniero
dice que la geotecnia no es importante para el trazado pero si para la parte constructiva, lo cual se
soluciona realizando mejores cimentaciones.  En cuanto a los puntos de arranque dice que estos
establecen  la  diferencia  principal  entre  sistemas separados,  ya  que  los  puntos  de  arranque  para
alcantarilladlo pluvial serán los más altos en la ciudad y los de aguas residuales dependerán de en
donde  comienzan  las  conexiones  domiciliarias  en  el  área  urbana.  Cuando  se  tratar  de  sistemas
pluviales, el Dr. Giraldo dice que el diseño debería tratar de hacerse con todo el caudal fluyendo
por  escorrentía  natural.  Dice  que  el  criterio  para  empezar  a  transportar  las  aguas  por  tuberías
debería ser cuando se alcance una profundidad de 10 cm en la superficie. En estos sitios se debería
colocar los sumideros y así empezar el transporte subterráneo de las aguas.

Para la parte de costos, lo más relevante son los costos debido a la parte constructiva y no a los
insumos para el diseño hidráulico de la red (tuberías, cámaras, etc). Manejar el criterio de lo más
“corto” reduce ambos costos, así que por esta razón es el criterio general. El ingeniero indica que
los costos de impacto ambiental vendrían siendo una constante que no depende de la excavación
que se realiza. Este dice que la reparación de la malla vial será la misma si se excava 3 metros o 10;
sin  embargo  si  hay  que  tenerla  en  cuenta  pero  no  cambiará  el  trazado  por  efectos  de  costos.
Finalmente el Ing. Giraldo realiza como mínimo 2 evaluaciones de las opciones disponibles para el
trazado  y  usa  la  ecuación de  Manning  debido  que  hay  mucha  incertidumbre  en  el  proceso  para
complicarse con una ecuación más larga. El ingeniero usa la hoja de cálculo de PAVCO desarrollada
por  la  ingeniera  Inés  Wills  y  se  usan  EPASWMM  y  SEWERGEMS  para  la  simulación  del
funcionamiento de la red usando flujo gradualmente variado y otras condiciones.

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ENTREVISTA 7

Nombre: Santiago Villanueva
Lugar de trabajo actual: IHT S.A.S
Fecha: Abril  de 2013.

El ingeniero Santiago Villanueva, gerente de la empresa IHT, con más de  15 años de experiencia
en el área, manifestó que los factores principales que hay que tener en cuenta para el trazado son:
la  localización  de  predios  (más  que  todo  los  públicos),  tener  claro  cuáles    serán  los  puntos  de
empalme con otras redes o los puntos de descarga  y finalmente una topografía detallada con un
levantamiento  adecuado  de  detalles  importantes  como  cámaras  existentes,  etc.  Si  es  posible
también se debería saber la ubicación de otras redes de servicio público para saber si hay espacio
suficiente en el corredor para pasar las tuberías por este sitio o es mejor realizar una evaluación
de otra ruta. Teniendo esto en mente el trazado se realiza empezando por la ruta principal la cual
es la espina dorsal del proyecto; esta se traza teniendo en cuenta el drenaje natural del sector y
siguiendo la pendiente del terreno ya que esto brindará los mejores resultados económicamente
hablando.  Sin  embargo  el  trazado  es  un  criterio  del  diseñador  y  se  basa  en  la  experiencia  y
condiciones generales del proyecto. Por razones constructivas el ingeniero dice que es mejor tener
rutas menos profundas con diámetros mayores debido a que  si se hace lo contrario los costos de
entibados subirán alarmantemente. Debido a la suposición anterior, los costos de la tubería serán
los que rijan en los proyectos que usen la anterior metodología.

Para disminuir costos lo que se  hace también es disminuir los puntos de arranque en la red, esto
se disminuye con ciertas configuraciones de trazado, pero debido a que esto cambia de sitio a sitio
no existe una manera adecuada de describir este proceso. El ingeniero Villanueva dice que no hay
entonces  una  diferencial  vital  en  cuanto  a  la  configuración  de  trazado  para  los  tres  tipos  de
alcantarillado  y  que  quiere  resaltar  en  que  no  siempre  el  colector  principal  es  aquel  de  mayor
pendiente; esto solo se cumple para casos muy específicos. El diseño hidráulico es básicamente el
mismo ya que la hidráulica es la misma independiente de la cantidad de caudal que se maneje. Lo
que cambia es la forma de simular el funcionamiento de las redes ya que ambas tendrán régimen
de flujo distinto dependiendo de su naturaleza, lo cual se hace usando los programas EPASWMM y
SEWERGEMS

Puntualiza, con que la ecuación de diseño que usa es la de Manning, pero no tiene ninguna razón
particular de preferencia solo a que es la que siempre se ha usado y es de fácil manejo. El es
experto en tecnologías sin zanja y recalca que muchas veces esta es la mejor solución para
disminuir costos en una red y que no se debe descartar esta opción si no buscar nuevos métodos
constructivos.

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ENTREVISTA 8

Nombre: Miguel Ángel Castro.
Lugar de trabajo actual: Asesor del programa de aguas del Ministerio de Vivienda, Ciudad y
Territorio.
Fecha: Abril de 2013.

En Dr. Castro, respondió a la encuesta de la siguiente manera:

Para alcantarillado sanitario es de suma importancia la ubicación de la PTAR; esta se debe ubicar
de tal forma que el agua llegue lo más rápido posible a esta y todo el diseño se debe realizar con
base  al  criterio  de  la  evacuación  rápida  de  las  aguas  hacia  las  afueras  del  casco  urbano.  En  un
sistema sanitario básicamente se  debe  replicar por todas las calles  que hacen parte  del dominio
público  con  las tuberías, y  este  será  el trazado  básico  de  la  red.  A  toda  costa se  debe  evitar  las
contrapendientes  por  lo  tanto  un  levantamiento  topográfico  de  calidad  es  vital  para  el  buen
desarrollo del proyecto. Por otro lado para alcantarillado pluvial se debe tener en cuenta que en
los  primeros  100  metros  no  hay  necesidad  de  tuberías  ya  que  se  puede  manejar  el  agua  por
escorrentía natural, luego de esto si se tendrían los puntos de arranque en la red. Para sistemas
combinados se tiene que es la mezcla de ambos criterios.

El ingeniero Castro indica que la red deberá tener la mínima longitud posible y que los colectores
secundarios  se  deben  diseñar  para  que  hidráulicamente  trabajen  a  su  máxima  capacidad.
Establece que para la parte de costos se debe tener en cuenta los pozos de inspección debido a
que estos incrementan los costos del diseño como tal. En la parte constructiva siempre se deberá
minimizar  en  los  costos  de  excavación  y  también  se  deberá  tratar  de    minimizar  el  número  de
tramos  iníciales,    pues  esto  facilita  la  comparación  entre  las  posibles  alternativas  mirando  los
costos globales del proyecto. El Dr. Castro coincide con los costos puestos en la encuesta.

En cuanto a la evaluación de alternativas, normalmente no hay muchas, así que con dos posibles
soluciones  al  problema  es  suficiente  para  la  elección  de  un  diseño  sobre  otro.  El  ingeniero  no
conoce  ningún  programa  que  ayude  a  elegir  el  trazado  y  todos  los  cálculos  que  revisa  están
basados  en  hojas  de  cálculo  cuya  ecuación  base  es  la  de  Manning.  El  diseño  hidráulico  se  hace
sobre el trazado elegido y tiene poco que ver en el momento de elección de una ruta específica en
el trazado de la red.

Finalmente el ingeniero puntualiza en que para el trazado es de gran importancia no usar la
información geográfica del IGAC si no contratar un levantamiento topográfico especial para la
zona con un requisito mínimo de 10 m entre las curvas de nivel entregadas al diseñador.

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ENTREVISTA

Nombre: Gustavo Navia
Lugar de trabajo actual: INGETEC
Fecha: Abril de 2013.

El Ingeniero Gustavo tiene más de 20 años de experiencia en el área. Con base a esto respondió
inicialmente que los fundamentos de elección de un trazado no dependen para nada del tipo de
aguas que este esté transportando; por lo tanto no hace una discriminación entre trazados para
los distintos tipos de alcantarillado.

El  trazado  depende  de  varios  factores  y  por  lo  general  la  importancia  de  ellos  cambia  con  cada
proyecto  nuevo  que  se  tenga.  Sin  embargo,  existen  factores  definitivos  como  la  topografía  y  el
urbanismo  los  cuales  indican  la  ruta  por  la  cual  debería  ir  el  agua.  Se  debe  tener  previo  a  la
construcción, la ubicación de otros servicios públicos como gas y agua potable. De igual modo se
debe tratar de que en sistemas combinados y pluviales se tengan longitudes de tramo cortas y que
lleguen lo más pronto posible al interceptor.

Para la parte de costos se debe evaluar el tipo del suelo para ver la viabilidad de ciertos materiales
y de ciertos métodos de cimentación. De igual manera se debe ver la edad de las calles por donde
se  construirá  la  red  para  evaluar  posibles  impactos  ambientales  y  sociales  los  cuales  son
determinantes  en  los  costos  totales  de  la  red  ya  que  la  mayoría  de  las  veces  estos  impactos
ambientales son los que hacen que ciertos proyectos sobrepasen el presupuesto estipulado. Por lo
tanto aunque se pensaría que tecnologías sin zanja aumentarían los costos de la red, a veces son
preferibles para reducir los costos de afectación de los usuarios. Las excavaciones abarcan un gran
porcentaje de los costos del proyecto; sin embargo, en algunos casos, es necesario evaluar que es
más económico, si el aumento de los diámetros o el aumento en la profundidad de excavación.  El
ingeniero  dice  que  los  materiales  con  los  que  se  construyen  las  cámaras  de  inspección son muy
costosos (mampostería) y por lo tanto se podría pensar en sustituirlos por los nuevos materiales
plásticos que están saliendo al mercado. Finalmente el Dr. Navia comenta la importancia de hacer
revisión  en  campo  antes  de  realizar  el  trazado  ya  que  esto  indicaría  sitios  por  los  cuales  no  se
debería pasar y que probablemente no estén demarcados en los levantamientos topográficos.

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ENTREVISTA

Nombre: Lucas Olivella
Lugar de trabajo actual: EAAB
Fecha: Abril de 2013.

El ingeniero Lucas Olivella, lleva más de 10 años trabajando para la EAAB  e indicó que el trazado
está  limitado  a  la  ubicación  de  las  vías  y  al  espacio  que  se  tenga  disponible  ya  que  hay  mucho
espacio subterráneo en el cual ya hay redes de otros servicios públicos. En ciudades grandes y con
expansión  hacia  la  periferia  como  lo  es  Bogotá,  el  sentido  del  flujo  en  gravedad  no  siempre  se
cumple y muchas veces se ha tenido que trabajar en contrapendiente teniendo que usar sistemas
de bombeo.

Dice  que  en  ciudades  planas  tener  varios  puntos  de  inicio  suele  ser  apropiado,  pero  esto  no
siempre  garantiza que se disminuyan los costos de excavación. Debido a que se  está trabajando
con el sector público, los factores que muchas veces limitan el trazado no son técnicos, si no que
son puramente políticos o burócraticos por lo cual no hay mucho que se pueda hacer. Debido a lo
anterior una vez dibujado un trazado viable, es difícil hacerle cambios a este para ver alternativas
en  costos.  Por  lo  general  lo  que  se  hace  es  realizar  una  evaluación  usando  distintos  métodos
constructivos y usando distintos materiales para la construcción de la red como tal.

El  Dr.  Olivella  indica  que  muchas  veces  la  norma  del  RAS  entra  en  conflicto  con  la  de  la  EAAB
debido a que las norma de la EAAB no tiene en cuenta especificaciones para áreas tributarias muy
grandes,  lo cual actualmente está en revisión y prontamente entrara otra normativa en vigencia
que solucione este problema. De igual manera el ingeniero comenta que toda excavación mayor a
1.5  m  debe  llevar  entibado  y  que  esto  encarece  las  obras  sin  embargo  es  algo  necesario.
Adicionalmente indica que se debería revisar la norma de los 120 m como distancia mínima entre
cámaras, ya que con los nuevos materiales disponibles para estas, esta distancia podría aumentar
llevando  a  menores  costos.  En  general  lo  que  se  busca  optimizar  entonces  son  los  costos  de
excavación.

El ingeniero dice que el trazado es básicamente igual para los tres tipos de sistemas salvo
restricciones pequeñas de ubicación que establece la norma. Debido a que el está más involucrado
con los sistemas troncales y con el debido empalme de redes secundarias a la red matriz, los
cálculos que hace son más de funcionamiento de la red los cuales los hace con programas como
EPASWMM. La ecuación que siempre usó para diseño fue la de Manning.

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3.4 CALI

ENTREVISTA

Nombre: Carlos Arango
Lugar de trabajo actual: Hidrooccidente
Fecha: Mayo de 2013

El ingeniero Carlos Arango, gerente de la empresa Hidrooccidente, con más de 10 años de
experiencia en el área, manifestó que los factores principales que hay que tener en cuenta para el
trazado son:

Primero que todo se debe tener en cuenta el futuro del área de estudio para no limitar al trazado
que  se  vaya  a  hacer  solo  a  los  subscriptores  que  se  encuentren  actualmente  en  el  área.  Esto
anterior es en especial para sistemas de alcantarillado residual ya que el régimen hidrológico en
términos  generales  no  puede  cambiar  tan  drásticamente.  Lo  que  se  mira  para  cualquier  tipo  de
red  es  la  topografía  el  urbanismo  y  el  esquema  vial  existente;  estos  tres  factores  le  dan  al
diseñador los criterios suficientes para hacer su elección.

La experiencia del diseñador se encuentra más focalizada hacia sistemas de drenaje pluvial; por lo
tanto desde este punto de vista lo primero que se realiza es localizar los colectores principales los
cuales coincidirán con las vías principales. Todo tendrá su excepción dependiendo de la topografía;
sin  embargo  es  la  tendencia  general  que  se  tiene.    Algunas  veces  se  realiza  la  evaluación  de
distintitas  alternativas  desde  el  punto  de  vista  técnico  y  económico.  Normalmente  la  decisión
involucra  el  trazado  más  corto  y    aquel  que  favorezca  de  una  mejor  manera  el  drenaje  por
gravedad. Para la evaluación de estos trazados, se realiza un diseño hidráulico por cada uno y el
recorrido que de los menores diámetros y  las menores longitudes es el que se elige.

En cuanto a los puntos de arranque el único criterio es que sean ubicados teniendo en cuenta la
localización más alejada  con respecto a los puntos de descarga y que todavía tengan suscriptores
en las cercanías. Se trata de que sean lo mínimos posibles para disminuir costos. De igual manera
solo  para  alcantarillados  pluviales  se  trata  de  seguir  el  drenaje  natural  ya  que  esto  hace  que  la
evacuación  del  agua  sea  más  eficiente;  para  aguas  residuales  esto  no  siempre  se  cumple.  De
manera similar se tiene que la ruta principal no será aquella por donde más valor de pendiente se
tenga ya que probablemente esto no coincida con las vías principales de la ciudad.

La ecuación de diseño que utiliza el ingeniero Arango es la ecuación de Manning.

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ENTREVISTA

Nombre: Orlando Figueroa
Lugar de trabajo actual: Independiente.
Fecha: Mayo de 2013

En Dr. Figueroa, respondió a la encuesta de la siguiente manera:

Para la parte de trazado, tanto para alcantarillado pluvial como residual, se tienen en cuenta los
siguientes parámetros en orden de importancia:

1. Conocer las características topográficas de la entrega.

2. Localización de la entrega (punto de descarga o PTAR).

3. Características topográficas del área a drenar.

4. Características de las vías.

5. Proyectos de desarrollos viales o ampliaciones.

6. Existencia de redes de alcantarillado pluvial y sanitario

7. Planes de integración con las redes existentes y capacidad de los conductos.

8. Existencia de otras redes de servicio y su localización.

9. Proyectos de ampliación o modificación de redes existentes.

Para  el  caso  de  proyectos  que  sean  de  alcantarillado  combinado  se  debe  tener  en  cuenta  la
localización de  sitios de alivio y la existencia de planes futuros para independización de las aguas
residuales y lluvias. El ingeniero dice que todas las anteriores influyen en la decisión de elegir un
trazado y que al ser tantas, se limitan las posibilidades hasta hacerlas casi reducidas dejando unos
pocos  corredores  disponibles.  En  cuanto  a  la  configuración  de  la  red  el  trazado  que  según  su
criterio  se  adapta  mas  a  variaciones  topográficas  es  el  de  red  de  alcantarilla  abierta,
multidireccional,  con  orientación  a  los  colectores  principales  ya  que  este  permite  optimizar  el
tamaño de las tuberías.

Para el diseño hidráulico se busca que los recorridos que vayan de los puntos más altos a los más
bajos para que la red no se entierre demasiado y generando entregas graduales al colector o
colectores principales, de tal manera que su aumento de diámetro sea gradual. De igual manera
estipula que el diseño de los colectores no debe basarse solo en la pendiente si no que hay que
hacer una combinación entre esto, el punto de descarga y el menor recorrido posible.

Por último el Ing. Figueroa estipula que no conoce ningún programa que ayude en la selección de
trazado, que él se apoya de herramientas graficas como AutoCAD, hojas electrónicas con la
ecuación de Manning y programas como el EPASWMM 5.0 para modelación.

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ENTREVISTA

Nombre: Rosario Quevedo
Lugar de trabajo actual: Independiente.
Fecha: Mayo de 2013

La ingeniera Rosario Quevedo establece que los único factores relevantes para la escogencia de un
trazado en la topografía del terreno en especial las vías y claramente la distribución urbanística.
Esto se logra con un catastro bueno y con un levantamiento adecuado que tenga los detalles
importantes del sitio que se busca drenar. Para el Valle del Cauca la mayoría de sistemas que se
tienen son combinados por lo tanto este tipo de sistemas se sigue aprobando debido a que
realizar la separación empezando desde las casas resulta bastante complicado.

Para los sistemas que se diseñan se tiene como único criterio ubicar la ruta principal por el punto
más bajo del proyecto y poner los sitios de inicio en los colectores como los puntos más altos
topográficamente. En cuanto a la parte de costos lo ideal sería seguir la pendiente del terreno ya
que con esto se disminuye los costos de excavación; sin embargo a veces se tienen problemas ya
que con los diámetros que se manejan resulta difícil cumplir el requerimiento mínimo de altura a
la cota clave del ducto.

El punto de descarga final es definido o seleccionado conjuntamente con la empresa de servicios
públicos, pero normalmente no involucran descarga directa al cuerpo receptor si no empalmes a
redes. En estos sitios se cumple al pie de la letra la normatividad del RAS y para realizar
modelaciones se trabaja con programas como Mouse, SewerCAD, EPASWMM y hojas de Excel. La
ingeniera especifica que la ecuación de diseño es la de Manning y que no conoce en Cali alguien
que use la ecuación de Darcy para el diseño de alcantarillados.

Confirma que efectivamente si se hace una evaluación de opciones de trazados, pero esta
evaluación como máximo tendrá 3 posibles distribuciones las cuales no difieren geométricamente
mucho debido a la disponibilidad de espacio en la ciudad.

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ENTREVISTA

Nombre: Juan Sebastián Peña
Lugar de trabajo actual: EMCALI.
Fecha: Mayo de 2013

El  ingeniero  Juan  Sebastián  Peña,  tiene  5  años  trabajando  para  EMCALI  e  indicó  que  el  trazado
está  limitado  principalmente  a  la  topografía  que  se  tenga  en  el  sitio.  Adicional  a  este  hecho  se
deber ver  la presencia de otros servicios públicos, el sitio de entrega final, el tipo de  pavimento
que tenga la vía y como elemento final el estudio de suelos que se tenga de la zona. Estos factores
influyen en la decisión ya que  impactan implícitamente en los costos que  se  van a generar para
construir el proyecto.

Debido  a  que  en  Cali  se  tienen  muchos  sistemas  combinados,  es  importante  para  diseñar  el
trazado de estos que se tenga en cuenta localización de estructuras de separación de caudales y
de cuerpos receptores ya que de esto dependerá la longitud del trazado y otras variables de suma
importancia.  De  igual  manera  debido  a  la  configuración  topográfica  del  Valle  del  Cauca  los
trazados más diseñados han sido configuraciones perpendiculares para los colectores secundarios,
los cuales hacen la entrega de caudal a los colectores principales. En cuanto al diseño hidráulico,
este  se  hace  para  los  distintos  trazados  que  se  tengan  y  se  escoge  la  alternativa  que  mejor
optimice el diámetro de los conductos a la vez que sea factible hidráulicamente en los parámetros
que gobiernan el diseño (fuerza atractiva, q/Q, parámetros del RAS, etc.).

Seguir el drenaje natural sería lo óptimo pero esta no es la realidad de Cali ya que fue una ciudad
que no fue planeada urbanísticamente y por lo tanto hay muchas partes en las cuales el flujo por
gravedad no es viable. El trazado se hace encima de los planos urbanísticos y topográficos; es un
proceso que se hace bajo el criterio del ingeniero y se realiza a mano alzada inicialmente. Luego se
ingresa a AutoCAD para perfeccionarlo y con base a este hace el levantamiento altimétrico de la
red. Todos los costos se tratan de ajustar el presupuesto. Finalmente el ingeniero indica que para
los cálculos hidráulicos hace uso de la metodología tradicional usando la ecuación de Manning

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ENTREVISTA

Nombre: Jesús Antonio Soto Moreno
Lugar de trabajo actual: EMCALI.
Fecha: Mayo de 2013

El ingeniero Jesús Soto está en el área de consultoría del Departamento de Acueducto y
Alcantarilladlo de EMCALI EICE ESP. Es Ingeniero sanitario de la Universidad del Valle y tiene 25
años de experiencia.

Al igual que otros ingenieros este establece que los criterios de trazado se pueden resumir en los
siguientes items:

1.  La topografía del terreno a drenar (drenar naturalmente).
2.  El esquema vial.
3.  El punto de entrega ya sea para aguas lluvias o para aguas residuales.
4.  La premisa de que el sistema debe funcionar por gravedad.

La elección del trazado final simplemente se hace teniendo en cuenta que no haya ninguna
violación al cuarto ítem expuesto anteriormente. Si llegan a existir varias posibilidades, se mira la
parte hidráulica y aquella que presente menores costos por diámetros es la que se erigirá.

Para  determinadas  formas  de  áreas,  la  selección  del  colector  principal  por  la  ruta  de  mayor
pendiente, puede permitir tener diámetros menores, pero es una alternativa que se debe analizar
junto  con otras  posibilidades  de  localización  del o  los  colectores  principales.    Por  lo  tanto  no  es
una  generalización  que  se  pueda  hacer  categóricamente.  En  cuanto  a  los  costos  la  parte  de
cámaras no se tiene en cuenta para la determinación de decir si se hace o no el proyecto. Lo que
más se mira son los costos de excavación, todo lo relativo a la construcción de la red y en algunos
casos a futuro los costos de operación.

Para la modelación del sistema se hace uso de EPASWMM más que todo y de AutoCAD para la
configuración geométrica. Se usa la ecuación de Manning en el diseño. Los puntos de descarga ya
han sigo estipulados con anterioridad por la empresa por lo tanto esto no se vuelve a planificar, lo
que se hace realmente es verificar según la modelación de la red matriz, aquellos puntos donde
todavía se pueden recibir conexiones adicionales.

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ENTREVISTA

Nombre: Jenner Sarria Velasco.
Lugar de trabajo actual: EMCALI.
Fecha: Mayo de 2013

El  ingeniero  Sarria,  lleva  más  de  32  años  trabajando  en  sistemas  de  alcantarillado;  actualmente
trabaja  con  EMCALI  e  indicó  que  para  realizar  el  trazado  se  debe  conocer  aquellos  sitios  más
alejados a los cuales habrá que prestar el servicio de alcantarillado ya que esto definirá la longitud
del  sistema.  De  igual  manera  la  topografía  es  decisiva  para  no  tener  sistemas  de  bombeo  los
cuales encarecen el proyecto. Similarmente se trata de evitar tener rellenos masivos debido a que
tanto el material de préstamo para hacer esto, como el material de excavación que hay que retirar
para la instalación resultan muy costosos.

Cabe aclarar que la evaluación de distintos trazados se limita solo a la ubicación de los colectores
principales y no se tiene en cuenta los colectores secundarios. Se elige como primera opción
aquella que tenga los menores diámetros en su ruta principal y por lo tanto esa ruta principal
suele coincidir en sistemas de alcantarillado pluvial con la ruta de mayor pendiente.

Sin embargo estos criterios los aprendió de la experiencia ya que lo que había en literatura no
aplicaba para todos los proyectos. En cada sitio se tiene que implementar metodologías distintas y
como aplicarlas es cuestión de la experiencia del diseñador.

Los software más usados para simular la red son:



EPASWMM



MOUSE



SEWERCAD

El diseño se realiza con la ecuación de Manning y se prefiere este debido a que es el leguaje de
diseño universal que se usa en Colombia y en otros sitios como Estados Unidos.

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3.5 Medellín

ENTREVISTA

Nombre: Nelson González
Lugar de trabajo actual: Independiente. Proveedor de EPM
Fecha: Junio de 2013

El ingeniero González trabaja como independiente realizando diseños de alcantarillado para
urbanizaciones nuevas en la ciudad de Medellín. Tiene 22 años de experiencia en el área y debido
a su trabajo se le considera como proveedor de EPM.

Este estipula que para el trazado se debe tener en cuenta más que todo la distribución de la malla
vial con respecto a la distribución de edificaciones. Se debe tener en cuenta que no se debe pasar
muy cerca a estructuras grandes, gasoductos, etc. y que bajo ningún motivo se podrá tener
cámaras de inspección de más de 6 m de profundidad. El Ing. González dice que no hay ninguna
diferencia entre la elección del trazado ya que normalmente se tiene la misma distribución, solo
que van por distintos sitios de la vía, así que es indiferente de cuál sea el agua que transporte el
ducto.

EPM tiene estipulado todo el sistema de alcantarillado como separado; sin embargo el ingeniero
comenta que hay algunos sitios como las comunas o barrios populares en los cuales por
disponibilidad de espacio se debe manejar todo por alcantarillado combinado. En estos sitios, una
vez fuera del sector se hace la adecuada separación de caudales y se hace la conexión respectiva a
la red existente.

Debido a que el material que prima en Medellín para la construcción es PVC, se tiene que para la
parte de costos los rellenos entran a pesar mucho dentro del valor total de la obra ya que en el
100%  de  los  casos  se  debe  usar  material  de  préstamo.  De  igual  manera  la  cimentación  es  muy
importante  ya  que  se  deben  hacer  camas  especiales  para  apoyar  las  tuberías;  por  lo  tanto  esto
también se  debe  tener  en  cuenta  para sacar el  costo  total  de  la  red.  Debido a  la  naturaleza  del
terreno en Medellín (topografía empinada), el costo de cámaras de quiebre y de caída es muy alto
ya  que  para  cumplir  con  las  restricciones  de  EPM  se  deben  instalar  muy  frecuentemente  estas
estructuras. Casi el 50% del costo total del proyecto está relacionado con este tipo de estructuras
hidráulicas.  La  razón  de  usar  PVC  es  que    los  costos  de  mano  de  obra  se  reducen  y  no  se  hace
necesario el uso de retroexcavadoras o mini-grúas para la instalación. Debido a que la topografía
no  permite  seguir  la  pendiente  del  terreno  ya  que  se  incumpliría  con  los  criterios  de  velocidad
máxima  en  longitudes muy  cortas,  la  elección  de  pendiente está  a  merced  de la  experiencia  del
diseñador  y  puede  haber  una  mayor  flexibilidad  en  cuanto  a  la  elección  de  este  parámetro.  La
pendiente  que  se  elige  se  hace  pensando  en  no  profundizarse  tanto  pero  si  lograr  con  esta
diámetros adecuados.

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Para los puntos de arranque estos son señalados por el urbanizador y en cuanto a los de descarga
los establece EPM. El diseñador debe llegar a los puntos indicados y debe hacerse cargo de
demostrar que la tubería a la que se conecta tiene capacidad suficiente para resistir la descarga y
analizar su comportamiento hidráulico por lo menos hasta 100 m aguas abajo de la conexión para
garantizar el funcionamiento de toda la red.

La  instalación  de  tuberías  para  el  sistema  de  alcantarillado  pluvial  se  inicia  por  norma  como
mínimo a una distancia de 80 m desde el inicio de  la calzada. Sin embargo la costumbre que se
tiene  es  que  desde  los  40  o  50  m  ya  se  tienen  sumideros  los  cuales  conducen  las  aguas  a  las
tuberías de tramos iníciales. La hoja de cálculo que se usa para el diseño es la que suministra EPM
o  en  ocasiones  la  de  PAVCO;  esta  última  se  basa  en  la  ecuación  de  Manning.  Sin  embargo  la
primera de estas realiza el cálculo de la velocidad con la ecuación de Darcy-Weisbach.

Por último el Ing. González dice que EPM sugiere el uso de algunos programas como EPASWMM
para el análisis del funcionamiento del sistema. Pero al no ser de obligatorio cumplimiento esto no
se hace, dejando el diseño sólo en la etapa primaria el cual se basa en el flujo uniforme por la red.
No se realiza análisis de flujo gradualmente variado, no permanente o rápidamente variado.

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ENTREVISTA

Nombre: Miguel Jerónimo Vergara M
Lugar de trabajo actual: Miguel Vergara ingenieros consultores.
Fecha: Junio de 2013

El ingeniero Miguel Vergara, tiene 10 años de experiencia diseñando sistemas de alcantarillado. El
establece que para el trazado de la red, según las aguas que se transporte, se tiene cierto orden de
importancia en los aspectos relevantes para el trazado.

En sistemas pluviales el orden según la relevancia sería:

1. Topografía de la zona

2. Distribución urbanística incluyendo malla vial

3. Drenaje natural de la cuenca

En sistemas sanitarios o combinados el orden según la relevancia sería:

1. Ubicación de plantas de tratamiento o zonas de empalme

2. Topografía de la zona

3. Distribución urbanística incluyendo malla vial

Para los estudios hidrológicos, según la ubicación del proyecto EPM le asigna la cuenca
hidrográfica con la cual debe hacer los cálculos pertinentes para los caudales de aguas lluvias. Esto
facilita los cálculos ya que EPM tiene registros pluviométricos en distintas estaciones con lo cual
hay poco incertidumbre en los valores usados para el diseño llevando a diseños que no estén tan
sobredimensionados. La distribución geométrica en Medellín (trazado) se hace para aguas lluvias
de oriente a norte y para las aguas residuales se hace la distribución en sentido sur y occidente.
Debido a que cada proyecto es distinto no se puede decir que haya un trazado más frecuente esto
está ligado directamente al urbanismo que se tenga.

El Ing. recalca que seleccionar el colector principal como la ruta de mayor pendiente no es nada
conveniente en sitios de topografía empinada ya que los problemas se socavación de la estructura
son muy graves. El único criterio que se tiene es que el colector se trate de trazar paralelo a la
quebrada o cuerpo de agua donde vaya a descargar. Para la parte de costos se indica que es
importante revisar los costos de reparación de malla vial así como a excavación en conjunto con
costos de instalación ya que si solo se mira costos de excavación primaria más el costo de tubería
por metro lineal que el metro cúbico de terreno removido.

En general se trata que se tenga las tuberías enterradas en promedio el 1.2 m de profundidad que
exige la norma, es decir trabajar con las mínimas profundidades. De igual manera se hace una

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observación  de  que  debido  al  cambio  del  régimen  de  lluvias  que  se  está  experimentando  por
Cambio Climático se  debería aumentar  los periodos de  retorno de  los aguaceros de  diseño  para
tener menos riesgos de sobrecarga en los sistemas. EPM obliga a que se miren 2 o 3 alternativas
posibles  para  el  trazado;  este  es  un  trabajo  en  conjunto  con  el  proveedor  y  con  la  empresa
prestadora del servicio. Para los puntos de arranque normalmente se tiene para agua lluvias que
las tuberías se localizan 50 m aguas abajo del inicio de la vía. Los diseños se hacen con la hoja de
cálculo de EPM y por tal razón dependiendo de la versión que se tenga se trabaja con la ecuación
de Manning. El ingeniero finaliza comentando que no se hace análisis de FGV o FNP para simular el
funcionamiento de la red.

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ENTREVISTA

Nombre: Mario D’Amato.
Lugar de trabajo actual: Urbanismo Viable
Fecha: Junio de 2013

El Ing. D’Amato con más de 45 años de experiencia en el sector de alcantarillado, manifestó que
para  realizar  cualquier  trazado  es  indispensable  tener  un  buen  levantamiento  topográfico  que
indique tanto el urbanismo como las cotas de los Manholes existentes, las zonas de servidumbre y
sobre  todo  un  levantamiento  de  detalles  que  involucren  la  localización  de  postes  de  energía
eléctrica. Lo último se hace debido a que el costo de mover un poste de luz es muy grande y por lo
tanto  a  toda  costa  se  debe  evitar  pasar  por  estos  sitios  y  esto  se  debe  tener  en  cuenta  en  el
trazado.

Una configuración en zigzag o lo que se denomina bayoneta es el trazado más común en zonas
planas para las rutas secundarias; sin embargo en sitios con alta pendiente esto cambia ya que se
pueden presentar allí problemas de excesiva velocidad o aumento excesivo de cámaras de caída,
atraques en concreto, etc. Puede ser más económico dar un rodeo con lo cual cambia totalmente
la configuración del sistema. Lo que hay que tener en cuenta es que para alcantarillado pluvial se
debe recoger todas las áreas productoras de escorrentía y conducirlas lo más rápidamente posible
a su descarga y que para alcantarillados residuales se debe llegar al punto de entrega usando la
ruta más corta asegurando cubrir a todos los subscriptores.

Para la parte de construcción y diseño hidráulico de la red lo que trata de hacer Urbanismo Viable
es  implementar  aquella  opción  que  genere  una  compensación  de  masas,  ya  que  debido  a  la
topografía de Medellín, aparte del relleno que se necesitara para la instalación de las tuberías, se
tendrá  que  poner  relleno  en  ciertas  partes  para  acomodar  el  trazado  elegido.  En  cuanto  a  la
construcción  de  estructuras  de  caída  estas  también  tienen  un  peso  importante  ya  que
normalmente se encuentran cada 40 m y a lo máximo a 80 m cuando se trabajar por el límite de la
norma de EPM.

La posibilidad de alternativas depende de la pendiente del terreno. En zonas de alta o moderada
pendiente,  el  trazado  está  supeditado  al  urbanismo  definido,  el  cual  a  su  vez  depende  de
numerosas variables.  El ingeniero comenta que su empresa desarrolló un programa especial que
hace un uso exhaustivo de AutoCAD. Para hacer uso de este programa se debe tener algo que se
denomina la topografía modificada del terreno, la cual incluye todos los detalles de los cuales se
ha hablando anteriormente.  A continuación se muestra el procedimiento que sigue el ingeniero
D’Amato para realizar cualquier proceso de diseño

1. “Nuestra oficina difiere de la mayor parte de otros diseñadores puesto que nuestro

alcantarilladlo no es un simple tubo para cumplir una función. Se tiene en cuenta la
funcionalidad y la economía como requisitos indispensables, además de cumplir las

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normas de ingeniería. A continuación describimos nuestra labor, partiendo de un
urbanismo realizado por otro profesional:”

1. “Se repite la malla tridimensional entregada por el topógrafo, conforme los puntos

entregados  con  XYZ  y  su  descripción,  labor  realizada  por  un  ingeniero.  Este  trabajo  se
realiza con un software elaborado  por nuestra oficina, similar  a un DTM, interactivo con
AutoCAD. Con este programa se diseñan vías y alcantarillados.”

2. “En AutoCAD se inserta la propuesta urbanística en coordenadas XYZ iguales al trabajo

topográfico y nunca más se podrá cambiar su posición. Esta propuesta se analiza con
varios comando elaborados dentro del programa nuestro.”

3. “Se proponen variaciones al urbanismo que tenga en cuenta las condiciones propias del

lote. Además, las recomendaciones del estudio de suelos y geotecnia.”

4. “Las propuestas se realizan después de conocer las posibles terrazas del urbanismo

original, las posibles rasantes de vías, chaflanes, etc.”

5. “La modificación busca conciliar un proyecto viable y no simples rayas. Se analizan los

nuevos terraceos, nuevas rasantes, etc. Con el software, se determinan los cortes y llenos
de cada vivienda o edificio, de las vías, zonas de parqueaderos, zonas comunes, etc. Esta
información se dibuja en planta a colores identificando las zonas e indicando los espesores
de corte o lleno obtenidos.”

6. “Se itera el proceso cuando se encuentra sitios puntuales que requieren alguna

modificación.”

7. “Con la información anterior, se elabora una nueva malla tridimensional del proyecto final

obtenido.”

8. “Solo después de ejecutadas las anteriores labores, se procede a dibujar en la planta

urbanística, dentro de Autocad, las líneas que visualmente consideramos que van a pasar
a ser redes de alcantarillado. Su ubicación en las vías se ejecuta siguiendo los parámetros
de la entidad que vaya a revisar el proyecto. Generalmente, es una paralela al eje a una
distancia determinada, a un costado Aguas Residuales y al otro las Aguas Lluvias.”

9. “Se obtienen los perfiles de estas líneas y se dibujan, indicando el perfil del terreno

natural,  el  de  la  topografía  modificada  (llámese  rasante  o  terraza)  y  líneas  auxiliares
paralelas  a  ambas  a  la  distancia  que  el  diseñador  elija.  Aquí  el  ingeniero  revisa  y  coloca
cámaras  adicionales  por  cambios  en  las  pendientes  y  hace  los  cambios  de  ruta  que  vea
necesarios y elimina tramos que no se vean obligados para satisfacer las necesidades.”

10. “En este momento, el ingeniero inserta un comando llamado “tubo”, con el cual se

identifica cada tramo de la red. Este comando recibe los atributos propios, a saber:



Área externa tributaria (de otros lotes vecinos).



Área propia del tramo.



Número de viviendas del tramo.



Rugosidad hidráulica de cada tramo.



Diámetro.”

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11. “Facilidad para editar la información anterior y los datos de cotas de tapa y fondo de los

puntos superior e inferior del tramo.”

12. “Este comando permite dibujar el perfil natural y modificado del tramo, indicando su

longitud,  pendiente  y  diámetro  según  lo  ingresado  por  el  ingeniero.  Además  los  perfiles
paralelos  al  tramo,  bien  sea  naturales  o  modificados.  El  dibujo  siempre  lleva  líneas  de
control que sirven para encadenar los tramos en el orden que prefiera el diseñador.”

13. “Una vez completo toda la malla de al menos una de las dos redes, se puede proceder al

cálculo, también dentro de Autocad. El cuadro de diálogo solicita el consumo por vivienda
en  litros/día,  el  nombre  de  la  estación  pluviométricas  donde  se  ubica  el  proyecto,  la
impermeabilidad  del  terreno,  etc.  Cualquier  incongruencia  en  el  cálculo  genera  una
interrupción que solo se subsana corrigiendo el problema.”

14. “Las hojas de cálculo se generan en Excel y en dxf. Se pueden adicionar a los planos

directamente. Suministra toda la información requerida en las hojas de cálculo según el
modelo de EPM (puede variarse, si fuese necesario). Adicionalmente, entrega el listado de
coordenadas de cada cámara de inspección y muestra todos los cruces de tubería
presente en el proyecto. Cada cruce está identificado en coordenadas XYZ de cada uno de
los tubos, dando las distancias y cotas del cruce.”

15. “El cálculo siempre sigue la secuencia del flujo y espera a otro ramal cuando hay una unión

de dos de ellos. Así, se hace fácil la revisión y el empalme para dibujo.”

16. “También entrega un despiece según los diámetros utilizados.”

17. “El ingeniero revisa la información, corrige diámetros, puede que resuelva cambiar alguna

pendiente para mejorar profundidades, disminuir diámetros en los siguientes tubos, etc.
Con el comando “tubos” edita los datos a modificar y repite el cálculo de dibujos y la hoja
de cálculo. No requiere dibujar otra vez todos los tramos, solo los corregidos”

Este programa es bastante útil para ver la geometría del problema y algún momento EPM lo trató
de comprar; sin embargo en la actualidad solo le pertenece a la empresa Urbanismo Viable.
Debido a que los cálculos se hacen con la hoja de cálculo de EPM se trabaja con la ecuación de
Manning. Nuevamente no se realizan análisis de FGV o de FNP

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ENTREVISTA

Nombre: Jaime Restrepo
Lugar de trabajo actual: DHS, Diseños Hidráulicos y Sanitarios.
Fecha: Junio de 2013

En ingeniero Jaime Restrepo tiene 15 años de experiencia; ha sido proveedor de EPM por muchos
años y sus diseños cumplen todo lo establecido por esta empresa de servicios públicos por lo cual
constantemente se está presentando a licitaciones de planes maestros en municipios antioqueños.

Este  indica  que  lo  que  afecta  el  trazado  es  la  topografía  y  los  puntos  de  descarga.  Estas  dos
variables  indican  cuales  serán  las  mejores  rutas  para  transportar  el  agua.  Normalmente  la
topografía  incluye  la  distribución  urbanista  por  lo  tanto  en  la  práctica  se  hace  como  máximo  la
evaluación  de  3  alternativas  para  elegir  dentro  de  estas  la  más  apta  para  su  construcción.    De
ninguna manera dada la topografía de Medellín y Antioquia se define la ruta de mayor pendiente
para  la  colocación  del  conducto  principal.  Esto  incurriría  en  una  elevación  de  costos  que  está
ligada a los anclajes que se deberían colocar en la tubería. Asimismo dadas las pendientes no se
sigue siempre el drenaje natural ya que no se cumplirían las restricciones impuestas por EPM.

Para el ingeniero otro ítem que pesa en la parte de costos es los costos de las cámaras de quiebre.
Así mismo se tratan de poner muchos puntos de arranque ya que estos permiten manejar
pendientes más inclinadas lo cual aprovecha el hecho se seguir la pendiente del terreno y
disminuir costos de excavación en los tramos iníciales.

Se usa la hoja de cálculo de PAVCO y de EPM por lo que en la mayoría de los casos de usa la
ecuación de Manning; sin embargo ya se han hecho diseños exitosos usando la ecuación de Darcy-
Weisbach. Para determinar el costo total de la red se hace una evaluación costo-beneficio. No se
hacen verificaciones con FGV o FNP

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ENTREVISTA

Nombre: Claudia Villegas
Lugar de trabajo actual: EPM
Fecha: Junio de 2013

La ingeniera Claudia Villegas clarifica que los proyectos de los que se encarga EPM corresponden a
la  reposición  y  optimización  de  las  redes  existentes  por  lo  cual  las  preguntas  de  la  encuesta  no
tendría mucha aplicabilidad. No obstante dice que  para aquellos tramos que se diseñan se tiene
en  cuenta  las  interferencias  con  otras  redes  de  servicios  públicos,  árboles,  otras  estructuras,
disponibilidad de espacio, entre otros.

Cuando se está haciendo una reposición de redes lo ideal sería conservar el mismo alineamiento
de la red existente; sin embargo esto muchas veces no es posible por las interferencias
mencionadas. Esto sucede para los dos tipos de sistemas de se manejan en alcantarillados
separados.

En resumen, EPM considera que un alineamiento es ideal (horizontal y vertical) cuando garantiza
conexión  a  todas  las  domiciliarias,  cuando  tenga  el  mínimo  de  interferencias  posibles  y  cuando
garantice  una  descarga  a  un  nivel  tal  que  evite  el  represamiento  del  agua  y  su  retorno  por  las
conexiones domiciliarias.

La  disposición  final  de  las  aguas  es  el  punto  más  crítico  para  decidir  tanto  el  trazado  como  el
diseño  hidráulico  de  la  red  porque  limita  la  cota  final  de  la  red  que  se  diseñe;  en  terrenos  con
pendientes  bajas  este  factor  puede  limitar  considerablemente  todos  los  aspectos  de  la  red.    La
ingeniera  expresa  que  EPM  está  en  el  proceso  de  hacer  que  todos  sus  proveedores  usen  la
ecuación de Darcy-Weisbach y de que se empiecen a usar programas para la simulación de la red
como EPASWMM u otros programas; sin embargo esto ha sido difícil debido al arraigamiento que
existe frente al uso de otras ecuaciones.

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3.6 Síntesis del proceso de diseño Colombiano.

A continuación se realizará un resumen de los criterios que se usan en el medio colombiano para
el diseño de sistemas de alcantarillados, ya sea pluvial, residual o combinado.

 El trazado se realiza a mano usando como criterios principales la topografía, la

urbanización y los puntos de entrega.

 Si la topografía es plana el criterio de selección para alcantarillado pluvial es seguir en

drenaje natural de la cuenca.

 En casos como el de Bogotá donde se sabe que la calidad del suelo es mala en términos

del CBR

, se usan mapas que indiquen el tipo del suelo para saber por dónde orientar el

trazado.

 Para alcantarillado pluvial se sigue la pendiente de la rasante de las vías principales.

 El diseño más común es el separado; sin embargo a pesar de la normativa todavía existen

zonas en el país que diseñan alcantarillado combinado.

 El trazado elegido, siempre presenta la característica de ser entre las opciones revisadas,

aquel con la menor longitud de llegada hasta el punto de descarga.

 Para sitios de alta pendiente el colector principal nunca coincide con la ruta de mayor

pendiente ya que esto causa problemas en el cumplimiento de las restricciones hidráulicas
y además incrementa el número de cámaras de quiebre y anclajes necesarios para las
construcción.

 Los parámetros que se usan para calcular el costo total de la red son: costos de excavación

y entibado, costos de tuberías, costos de cámaras y pozos de inspección y costos de
reparación de malla vial en cuanto a la reparación de la estructura de pavimento.

 Los costos dependen del sitio donde se esté haciendo el proyecto. Por lo tanto la función

de  costos  aparte  de  ser  dependiente  de  las  variables  como:  costos  de  excavación  y
entibado,  costos  de  tuberías,  costos  de  cámaras  y  pozos  de  inspección  y  costos  de
reparación de malla vial en cuanto a la reparación de la estructura de pavimento,  deben
hacerse en función a la topografía que se tenga (plana, empinada, intermedia).

 El proceso de optimización que realiza la mayoría de diseñadores es disminuir al máximo

los costos de excavación restringiendo la máxima profundidad a la que se pueden
enterrar.

 Se está empezando a implementar la tecnología sin zanja para la instalación de tuberías,

ya que muchas veces termina reduciendo costos del proyecto de una manera
considerable. Aunque actualmente la tecnología es cara porque recién está entrando al
país, con el tiempo se esperaría que se pudieran generar precios competentes.

 Los criterios del RAS dan una buena aproximación a lo que sería un red que funcione

adecuadamente; sin embargo muchos ingenieros hacen la observación de ampliar el
tiempo de retorno de los aguaceros ya que esto si mejoraría la seguridad de los sistemas.

CBR es California Bearing Ratio, un índice empleado en Mecánica de Suelos para medir la capacidad de

soporte de un material.

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 Mauricio Rivera comenta que el no permitir contracciones en los diámetros es una medida

que aparte de ser antieconómica no tiene ningún fundamento hidráulico. Si se realizara un
adecuado mantenimiento de la red y se controlaran los sólidos suspendidos no debería
haber ningún problema con los cambios se sección a tuberías más pequeñas en tramos
aguas abajo.

 No se realiza la evaluación de más de tres opciones para el trazado de la red.

Supuestamente dentro de estas 3 opciones estará la más económica debido a la
experiencia del diseñador

 La ecuación que más se utiliza para el diseño hidráulico es la ecuación de Manning. Menos

del 10% de los diseñadores encuestados usa la ecuación de Darcy-Weisbach ya que se
tiene la concepción de que es una ecuación complicada.

 No en todo el país se exige la revisión del funcionamiento de la red diseñada. En el caso de

que el diseñador decida hacerlo lo hace mediante programas como EPASWMM,
SEWERGEMS, SEWERCAD, MOUSE y StormCAD.

 El material más usado para alcantarillado sigue siendo el concreto; sin embargo ya se ve la

tendencia al cambio por tuberías de PVC.

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4. INVESTIGACIÓN CIACUA

Como ya se mencionó en el Capítulo 2, el grupo CIACUA ha estado trabajando en la elaboración de
un algoritmo computacional que permita seleccionar el trazado y el diseño hidráulico de una red
de alcantarillado bajo un criterio de la alternativa más económica.

Esta investigación está siendo desarrollada teniendo en cuenta la definición de Weng & Liaw,
(2005) la cual dice lo siguiente:

“El diseño de un sistema de alcantarillado está dividido en dos etapas: (1) La selección del trazado
de la red, (2) El diseño hidráulico de las tuberías de alcantarillado para el trazado escogido (éste
punto  requiere  la  determinación  de  las  tasas  de  descarga,  el  tamaño  de  los  diámetros,  las
pendientes, y las cotas de batea). Por lo tanto, el óptimo de las dos fases se encuentra cuando se
obtenga un “trazado de la red” que genere el menor costo del “diseño hidráulico” en un sistema de
alcantarillado que sea capaz de solucionar todas las necesidades de los clientes”.

Por  lo  tanto  la  idea  del  programa  desarrollado,  es  que  evalué  todas  las  posibles  alternativas  de
trazado que se podrían tener en un proyecto y que a cada una se le calcule su respectivo diseño
hidráulico, para luego con funciones de costo establecer cuál es el trazado que efectivamente da el
diseño óptimo en términos de costos y de funcionamiento hidráulicamente adecuado que cumpla
las restricciones impuestas por la normativa colombiana.

En  primer  lugar,  la  investigación  partió  del  hecho  de  averiguar  cómo  funcionaba  el  programa
SEDAL  PLUS,  lo  cual  es  lo  más  cercano  a  un  programa  de  diseño  completo  para  sistemas  de
alcantarillado. Este programa fue desarrollado por los ingenieros Rafael Paredes y Mauricio Rivera
y básicamente es un programa que es capaz de elegir la topología de la red de forma automática,
es  decir  que  puede  elegir  como  se  interconectan  los  tramos  de  la  red.  Una  vez  definida  esta
topología  por  el  usuario  o  por  el  programa,  SEDAL  es  capaz  de  realizar  el  diseño  hidráulico  que
incluye  la  elección  de  diámetros  y  pendientes  de  cada  uno  de  los  tubos  que  satisfagan  las
restricciones técnicas. Los resultados finales son mostrados en formato de tablas y se pueden ver
haciendo uso de la interfaz del programa EPASWMM. El algoritmo para la parte hidráulica tiene las
siguientes características:



Manejo de redes de tamaño limitado.



Permite usar cámaras de unión y de inspección.



Modela flujo uniforme, los otros regímenes y tipos de flujo los modela a través de SWWM.



Permite calcular caudales por longitudes y por áreas aferentes en el caso de alcantarillado
sanitario o combinado.



Para el alcantarillado pluvial permite calcular los caudales por el método racional o por
medio de curvas IDF.



Calcula la hidráulica de flujo uniforme, haciendo uso de la ecuación de Manning.

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En el programa que quiere desarrollar el CIACUA se quiere que la hidráulica sea calculada por
medio de la ecuación de Darcy-Weisbach ya que se tendrán resultados más confiables.
Adicionalmente se quiere que el proceso se acerque lo más posible a las condiciones que se tienen
en la vida real, de ahí la importancia de documentar cuales son las prácticas de diseño en la vida
real y todo lo documentado en el Capítulo 3.

Así mismo se quiere incorporar todos aquellos resultados obtenidos de la optimización de diseño
de tramos individuales logrados con el concepto de Pendiente Propia y Potencia Unitaria los cuales
se  describieron  en  la  Sección  2.6.2  del  Capítulo  2  en  el  presente  trabajo.  El  proyecto  inicio  a
mediados del 2012  y debido a que todavía no está completamente terminado no se mostrará la
interfaz  del  programa  ni  las  funciones  de  costo  que  han  sido  estimadas  para  el  programa.  Sin
embargo a continuación se mostraran las conclusiones y objetivos que se han alcanzado hasta el
momento.

4.1 Resultados preliminares de la investigación CIACUA

Como resultados preliminares de la investigación, en cuanto al trazado de la red de alcantarillado
se  encontró  que  existen  tres  criterios  de  diseño  importantes  los  cuales  son:  La  topografía,  la
ubicación del cuerpo receptor y la ubicación de la población; la importancia cada una de ellas la
define  cada  diseñador.  Adicionalmente,  existen  otros  factores  externos  que  intervienen  en  el
trazado  como  son  la  ubicación  de  otros  servicios  domiciliarios,  disponibilidad  de  espacio y otros
aspectos urbanísticos que determinaran la distribución de la red.

En cuanto a la evaluación de las alternativas posibles para el trazado, estas se hacen con respecto
a los costos, pero a su vez, los criterios que definen costos en una red de alcantarillado varían en
cada zona. Dependiendo de la topografía del lugar, variables como la excavación, los diámetros de
la tubería o las longitudes pueden adquirir más peso. De igual manera, la mayoría de ingenieros
que laboran en esta área, coinciden que es solo en el caso de alcantarillados nuevos
(Urbanizaciones Nuevas) donde se logra realizar una valoración exhaustiva de diferentes rutas; sin
embargo, estos proyectos son escasos y en la mayoría de proyectos se tienen que hay factores que
condicionan el trazado, llevando a que solo se tenga una única ruta posible de evacuación de las
aguas.

Actualmente, no existe aún una forma de encontrar el trazado óptimo de la red de alcantarillado;
todos  los  métodos  que  se  han  venido  desarrollando  hasta  el  momento,  parten  de  un  trazado
inicial lógico dado por la experiencia del diseñador, y posteriormente mejoran ese diseño, lo cual
no garantiza el óptimo global, sino un óptimo local. Adicionalmente, la metodología de diseño de
una red de alcantarillado se divide en dos procesos separados los cuales son el trazado y el diseño
hidráulico  de  la  red,  por  lo  tanto  al  no  trabajar  simultáneamente  el  problema  no  se  puede
asegurar  que  se  hayan  encontrado  diseños  óptimos  económicamente.  Debido  a  que  el  trazado
obedece  a  criterios  de  experiencia  del  diseñador,  no  existe  un  software  y/o  método  de
optimización que permita realizar una selección de trazado geométrico óptimo automático a partir
de  unas variables  de  entrada.  No obstante,  existen  dos  programas comerciales gratuitos  para el
diseño  de  alcantarillados  los  cuales  son  STORMCAD  y  SEDAL.  El  primero  de  ellos  cuenta  con  un
módulo de diseño o rediseño, pero está sujeto a un diseño previamente ingresado por el usuario, y

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el segundo si realiza diseños, pero incumple diferentes restricciones hidráulicas impuestas por la
normativa del RAS.

En la investigación desarrollada por el CIACUA, referente a la parte de costos de una red de
drenaje urbano, se ha descubierto que el costo de tuberías es un porcentaje bajo del costo total
de la red, mientras que el costo por excavación corresponde al mayor porcentaje; por lo tanto si se
minimizan los costos de excavación, se reducen los costos del proyecto. Este comportamiento es
mucho más claro en pendientes de instalación medias y altas, que en pendientes bajas.

Cuando se desarrolla el análisis de costos por tramos y por series, se observa que el aumento o la
disminución del costo en diámetro se ve afectado por la disminución o el aumento de la pendiente
de diseño respectivamente. En terrenos planos, los diseños de series que generan menores costos
son aquellos en los que el gasto de la energía al inicio de la serie es bajo y al final aumenta, por lo
que en terrenos planos es importante utilizar Pendientes Propias

bajas al inicio y altas al final de

la red. Por otra parte en terrenos inclinados el gasto de la energía debe ser acorde al terreno, es
decir que las pendientes del tubo sean similares a las del terreno. Lo anterior lleva a generar una
sugerencia para el diseño de redes de alcantarillado y es que al inicio de la red donde los caudales
son bajos es preferible que las pendientes sean bajas, mientras que al final de la red donde se
transporta mayor caudal y se puede reducir el diámetro de los tubos con gastos de energía altos,
es preferible que la pendiente del terreno sea mayor, es decir transportar más caudal por terrenos
inclinados que por terrenos planos.

El criterio de optimización encontrado en la investigación preliminar es: la pendiente de diseño de
la red. La pendiente de diseño es la que determina el diámetro que se debe seleccionar, y es con
base a esta variable que se puede realizar un diseño exhaustivo de los tramos que componen una
red de alcantarillado. Debido a lo anterior, el criterio más adecuado para el diseño optimizado de
un tramo de alcantarillado es la selección de Pendientes Propias, con el objetivo de reducir en
gran medida el costo de las tuberías del sistema y así tratar de reducir los costos totales de la red.
Para terrenos inclinados, es necesario añadir a los diseños en los tramos, pendientes intermedias
que minimicen la diferencia entre la pendiente del terreno y la pendiente de la tubería. Esto
permite que, cuando se lleve a cabo la evaluación de series de tramos, los costos de excavación se
reduzcan de forma importante.

Con los resultados obtenidos por el programa de optimización CIE que ha venido desarrollándose
en el CIACUA, se han logrado obtener mejores resultados que el programa SEDAL PLUS para series
en terrenos planos e inclinados con caudales y longitudes variables en los tramos. Esto se debe a
que  el  programa  CIE  logra  optimizar  la  Potencia  Unitaria  lo  que  lleva  los  tubos  a  su  máximo
porcentaje de llenado mientras cumpla las restricciones, esto haciendo uso de Pendientes Propias
y en el caso de terrenos inclinados haciendo uso de pendientes intermedias y Propias para lograr
ajustarse a éste.  Asimismo, el programa CIE garantiza que el diseño hidráulico es exhaustivo sin
aumentar el tiempo de cálculo debido a las metodologías de poda utilizadas; por lo tanto se están
logrando  evaluar  todas  las  posibles  configuraciones  de  la  red  y  si  se  está  logrando  llegar  a  un
óptimo verdadero.

La Pendiente Propia fue un término introducido en el Capítulo 2 en el Numeral 2.6.1.

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De las anteriores conclusiones se puede decir que según la propuesta del CIACUA, se puede tratar
de realizar un diseño exhaustivo sin tener que incrementar el tiempo de cálculo; todo con la ayuda
de un programa de diseño adecuado que se fundamente en ecuaciones físicamente basadas y en
criterios  apropiados  de  ingeniería  hidráulica.  La  parte  de  experiencia  del  diseñador  es
fundamental,  sin  embargo  no  es  suficiente  para  afirmar  que  siempre  lleva    al  mejor  criterio  de
economía,  por  lo  tanto  lo  que  pretende  el  programa  CIE  es  ser  una  ayuda  para  encontrar  un
optimo global al problema y no un optimo local, que es lo que se viene haciendo por años en la
ingeniería Colombiana.

El programa CIE ha logrado los anteriores resultados tratando de idealizar un esquema de sistema
de  alcantarillado. El  esquema  con  el  que  se  ha  tratado  de  diseñar  una  red es  el  mostrado  en  la
Figura  22. En éste se elige un punto de entrega establecido (punto azul) y los puntos por donde
teóricamente se podría hacer una conexión de conductos respetando la urbanización que se tenga
(Bloques  cuadrados)  y  haciendo  que  el  agua  fluya  por  diferencia  topográfica.  Las  líneas  rojas
indican todas las posibilidades de conexión en la matriz y lo que hace el programa, es contemplar
cada una de las posibilidades de conexión desde el punto que se elija de arranque hasta el punto
de  descarga.    Por  cada  ruta  posible  desde  el  punto  de  arranque  hasta  el  punto  de  descarga,  se
determina  el  diseño  hidráulico  de  todos  los  conductos  y  comparando  cada  una  de  las  rutas
contempladas  por  el  programa,  se  determinan  costos  totales  de  la  red  usando  ciertos  aspectos
económicos como la excavación, instalación, costo de cámaras y costo de tuberías. Finalmente se
elige la ruta de costo mínimo realizando el diseño exhaustivo del que se hablo anteriormente.

Figura 22. Esquema de un problema de diseño de alcantarillado

Debido a la simetría con la que se tiene conceptualizado el programa, no se ha podido evaluar el
criterio de longitud, el cual parece ser decisivo en la elección del trazado. Sin embargo, el futuro
del proyecto va encaminado hacia el diseño de una red real con la cual se puedan realizar más
ajustes al programa comparando con los resultados y valores obtenidos de un sistema que ya esté
diseñado y aprobado.

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5. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Con base en lo descrito en el capítulo 3 y en el capítulo 4 se realiza una primera crítica a la forma
en la que se está diseñando en el país. Esta primera crítica es al uso de la ecuación de Manning
como ecuación base para el diseño hidráulico de la red. A continuación se listan las razones por las
cuales no se debería usar esta ecuación:

1. Ésta fue deducida en su momento para canales de sección transversal rectangular con

Flujo Turbulento Hidráulicamente Rugoso (FTHR). Hoy en día en tuberías para sistemas de
alcantarillado casi siempre se tiene Flujo Turbulento Hidráulicamente Liso debido a los
materiales con los cuales se elaboran las tuberías y a la calidad del terminado constructivo
del material. Por lo tanto el límite de validez de esa ecuación es precisamente que el flujo
sea FTHR lo cual se viola en la mayoría de sistemas de alcantarillado.

2. Los valores del coeficiente de rugosidad n de Manning estimados en laboratorio, son

menores que los que se utilizan usualmente en el diseño de alcantarillados. Por lo tanto en
el diseño se está sobredimensionando ya que la velocidad que se supone para el flujo es
mucho más alta que la velocidad real. Esto aparte de llevar a diámetros más grandes,
puede ser peligroso ya que se puede estar violando la norma de la mínima velocidad
requerida en el sistema para transportar los sedimentos.

3. El n de Manning varía con la relación de llenado, por lo tanto no es un coeficiente que

realmente describa la rugosidad de la tubería. Esto se aprecia en la Figura 23

Figura 23. Curva de la relación de Manning con la relación de llenado.

De la Figura 23 se concluye que

el n de Manning para relaciones de llenado por debajo

de la máxima velocidad (y/d= 0.81) es más grande en cerca del 25% que el valor constante

Tomado de (Zaghloul, 1997)

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supuesto cuando la tubería está llena. Lo cual nuevamente lleva a
sobredimensionamientos si se tienen profundidades de flujo menores al 50% de llenado.
Si se tienen profundidades mayores al 50% de llenado el conducto se está subestimando lo
cual aumenta las probabilidades de sobrecarga.

Todas las razones anteriores indicarían que realmente usar la ecuación de Manning lleva a una
acumulación de errores que no hacen que el diseño funcione óptimamente y más teniendo en
cuenta que los diseñadores eligen un valor constante y no variable para este coeficiente. Si se mira
la otra posibilidad la cual es calcular la velocidad por medio de la ecuación de Darcy-Weisbach

se tiene que es una ecuación explícita y que en ella solo hay que reemplazar valores los cuales son
conocidos durante la etapa de diseño. Por tal razón es una razón inválida decir que la ecuación es
muy complicada para su uso.

Por otro lado queda la duda acerca de que tan verdadero sea el hecho de que el diseño óptimo se
consiga tan solo con  un  proceso  de  observación  del diseñador.   Si  bien  la  experiencia   dará  una
buena  aproximación,  no  hay  razón  por  la  cual  no  se  deban  utilizar  las  herramientas
computacionales para realizar una revisión exhaustiva de todas las posibilidades de diseño. Ya se
probó con los avances hechos en el programa CIE que realizar una revisión de todos los diseños no
aumenta  el  tiempo  computacional  de  cálculo  de  una  manera  significativa;  por  lo  tanto  es  una
práctica que se puede implementar y que seguramente disminuirá el presupuesto necesario para
la construcción total de un red de alcantarillado.

El hecho de que no se hagan revisiones del funcionamiento hidráulico de la red una vez terminado
y planteado el diseño, lleva a que no se identifiquen posibles sitios de sobrecarga y de inundación,
llevando a que los sistemas fallen con una frecuencia no deseada.  El análisis de FGV revela cuales
son los sitios más propensos en la red, y ayuda a que se puedan implementar controles dentro de
la  misma  para  que  en  los  eventos  de  crecientes  altas  se  pueda  controlar  la  presurización  del
sistema  y  se  reduzca  la  posibilidad  de  inundación.  Programas  como  EPASWMM  son  de  acceso
gratuito y los profesionales deberían estar en capacidad de aprender a manejarlo para aportar al
buen diseño de las redes de alcantarillado Colombianas.

Se  descubrió  que  todavía  se  tiene  la  concepción  de  que  las  aguas  que  viajan  por  el  sistema  de
alcantarillado  deben  ser  drenadas  lo  más  rápido  posible.  Esto  lleva  a  que  todo  el  sistema  esté
sobredimensionado  y  que  en  poco  tiempo  las  plantas  de  tratamiento  se  queden  sin  capacidad
debido a que se generan picos de caudales muy grandes en tiempos cortos en el sitio de descarga
hacia la PTAR. Por tal razón a pesar de que se esté tratando de disminuir en el proceso de diseño
volúmenes  de  excavación,  a  la  larga  se  tendrán  diseños  que  la  mayoría  del  tiempo  estén
sobredimensionados en más del 50% de la capacidad. La idea para los alcantarillados que se van a
diseñar  y  los  que  toca  rehabilitar  es  que  sean  sistemas  integrados  en  los  cuales  tanto  la  red,  la
planta  de  tratamiento  y  el  cuerpo  receptor  trabajen  en  conjunto  para  lograr  el  funcionamiento
óptimo de la red. Para lograr esto hay que instalar en los sistemas controles en tiempo real para

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atenuar los picos de caudal que se generan en eventos de lluvia y distribuirlo espacialmente en la
red para lograr caudales constantes a lo largo de red.

De  la  parte  de  diseño  de  sistemas  de  drenaje  urbano, se  rescata  que  la evaluación  de  costos se
hace  teniendo  en  cuenta  muchas  variables,  las  cuales  no  se  habían  pensado  en  el  ámbito
académico  y  que  gracias  a  la  investigación  realizada  ahora  se  podrán  tener  en  cuenta.  Como
ejemplo  de  esto  se  tiene  la  estimación  de  la  reparación  de  la  malla  vial,  la  cual  nunca  se  había
contemplado y en realidad es una parte importante en los gastos en los que se incurre para poder
construir un sistema de alcantarillado.

La  investigación  permitió  identificar  que  tener  una  función  de  costos  única,  no  es  una
aproximación  real.  La  función  de  costos  debería  variar  según  la  naturaleza  del  proyecto
(topografía)  y  por  lo  tanto  se  recomendaría  profundizar  la  investigación  en  aquellos  casos
particulares,  en  los  cuales  probablemente  el  diseño  de  alcantarillado  cambie;  casos  como  las
ciudades costeras, probablemente tienen criterios de diseño diferentes a los identificados en esta
investigación  (Topografía  Plana  y  escarpada);  por  lo  tanto  sería  útil  conocerlos  para  lograr
caracterizar de una mejor manera el diseño de alcantarillados en todo el país.

Se  recomendaría  de  igual  manera  que  según  lo  obtenido  en  esta  investigación  se  siga
perfeccionando  el  programa  CIE  y  que    a  la  vez  se  indague  en  métodos  matemáticos  y
computacionales  que  permitan  la  adaptación  del  programa  al  diseño  de  proyectos  de
alcantarillado de mayor tamaño.

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