Sistemas de control de escorrentía pluvial en ciudades: techos verdes vs. tanques de almacenamiento

Analizar y evaluar la efectividad en el manejo y control de escorrentía pluvial de los techos verdes y tanques de almacenamiento, a partir de la simulación de escenarios en un modelo de lluvia-escorrentía en EPASWMM con la red de alcantarillado pluvial de Chicó Norte (Bogotá).

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PROYECTO DE GRADO EN INGENIERÍA CIVIL 

 

SISTEMAS DE CONTROL DE ESCORRENTÍA PLUVIAL EN CIUDADES: 

TECHOS VERDES VS. TANQUES DE ALMACENAMIENTO 

 

TESIS DE USO DE SOFTWARE 

 

 

Laura Carolina Vega Piña 

 

 

Asesor: Juan G. Saldarriaga Valderrama 

 

 

 

 

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 

FACULTAD DE INGENIERÍA 

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 

PREGRADO EN INGENIERÍA CIVL 

BOGOTÁ D.C. 

DICIEMBRE DE 2015 

 

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AGRADECIMIENTOS 

Doy  gracias  a  Dios  por  permitirme  llegar  a  esta  instancia  de  mi  carrera 
profesional  y  motivar  mi  trabajo  y  dedicación  en  el  estudio  y  desarrollo  del 
presente proyecto de grado. Agradezco también a mi familia por el amor, soporte 
e instrucción bridados a lo largo de mi vida; a los docentes de Ingeniería Civil e 
Ingeniería  Ambiental  que  hicieron  parte  de  mi  formación  como  profesional  y 
construyeron  en  mí  nuevas  iniciativas  y  propósitos  como  proyecto  de  vida. 
También, agradezco a  la Universidad  de  los  Andes  por  los  grandes  estándares 
fijados en lo que respecta a la educación de calidad, siempre con metas del orden 
internacional; y finalmente, a mi asesor de tesis, Juan Saldarriaga, quien guio el 
desarrollo del presente trabajo y motivó mi interés por el aprendizaje sobre el 
manejo de los recursos hídricos. 

 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

 

TABLA DE CONTENIDO 

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

1.1 

Objetivos ............................................................................................................................. 3 

1.1.1 

Objetivo General ......................................................................................................... 3 

1.1.2 

Objetivos Específicos ................................................................................................... 3 

Marco teórico .............................................................................................................................. 4 

2.1 

Hidrología y drenaje urbano ............................................................................................... 4 

2.2 

Sistemas de alcantarillado ................................................................................................... 6 

2.3 

Sistemas de control de escorrentía ..................................................................................... 8 

2.3.1 

Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible – SUDS ..................................................... 10 

2.3.2 

Techos Verdes ........................................................................................................... 14 

2.3.3 

Tanques de Tormenta ............................................................................................... 19 

2.4 

Storm Water Management Model – SWMM .................................................................... 20 

2.5 

Modelo Hidrológico del Soil Conservation Service – SCS .................................................. 21 

Metodología .............................................................................................................................. 23 

3.1 

Caracterización del área de estudio .................................................................................. 23 

3.2 

Modelación del área de estudio en EPASWMM ............................................................... 29 

3.2.1 

Parámetros hidráulicos ............................................................................................. 31 

3.2.2 

Parámetros de cuencas ............................................................................................. 33 

3.2.3 

Parámetros del modelo de infiltración y evento de lluvia ........................................ 42 

3.3 

Análisis de sensibilidad ...................................................................................................... 45 

3.4 

Escenario con Techos Verdes ............................................................................................ 47 

3.5 

Escenario con Tanques de almacenamiento ..................................................................... 48 

Resultados y análisis de resultados ........................................................................................... 52 

4.1 

Análisis de sensibilidad ...................................................................................................... 52 

4.2 

Evaluación de escenarios .................................................................................................. 54 

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ii 

 

4.2.1 

Hidrogramas de salida ............................................................................................... 54 

4.2.2 

Inundaciones ............................................................................................................. 57 

Conclusiones.............................................................................................................................. 58 

Recomendaciones ..................................................................................................................... 61 

Referencias ................................................................................................................................ 62 

Anexos ....................................................................................................................................... 65 

8.1 

Número de Curva en áreas urbanas – NRCS (2004) .......................................................... 65 

8.2 

Valores recomendados de n de Manning de acuerdo al tipo de superficie – Ministerio de 

vivienda y urbanismo de Chile (1997) ........................................................................................... 66 

8.3 

Mapa Zonas Geotécnicas de Bogotá (Decreto  523 de 2010) ........................................... 67 

8.4 

Asignación del porcentaje de área impermeable por subcuenca (capa vectorial) ........... 68 

8.5 

Asignación del CN por subcuena (capa vectorial) ............................................................. 69 

8.6 

Zonas Geotécnicas por subcuenca en el área de estudio (capa vectorial) ....................... 70 

8.7 

Hidrogramas de salida por variable evaluada en el análisis de sensibilidad ..................... 71 

 

 

 

 

 

 

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iii 

 

ÍNDICE DE FIGURAS 

Figura 1. Influencia de la urbanización en la ciclo hidrológico (adaptado de Butler & Davies, 2011). ............... 4

 

Figura 2. Influencia de la urbanización en el pico de escorrentía (adaptado de Butler y Davies, 2011). ........... 5

 

Figura 3. Funcionamiento del sistema convencional de drenaje urbano (UNESCO y Taylor & Francis Group, 

2010) .......................................................................................................................................................... 7

 

Figura 4. Tipos de techo verde (Adaptado de Texas A&M University, Interdisciplinary Green Roof Research 

Group web site. ....................................................................................................................................... 14

 

Figura 5. Sección transversal típica y estructura de drenaje del techo verde (adaptado de Urban Drainage 

and Flood Control District, 2010 y Clean Water Services, 2009). ............................................................ 16

 

Figura 6. Tipos de Tanques de Tormenta subterráneos prefabricados (izq. Conder Storage Tank, der. 

Aquacell). ................................................................................................................................................. 20

 

Figura 7. Perímetro urbano de Bogotá y área de estudio ................................................................................ 24

 

Figura 8. UGAs incluidas en el área de Estudio. ............................................................................................... 24

 

Figura 9. Configuración urbana: (de izq. a der.) área construida, lotes y manzanas. ....................................... 25

 

Figura 10. Acercamiento a sección del área urbana – área construida, lotes y manzanas. ............................. 26

 

Figura 11. Zonas verdes, parques, plazas y vías. .............................................................................................. 26

 

Figura 12. Usos de suelo – clasificación zonal. ................................................................................................. 28

 

Figura 13. Caracterización topográfica - Curvas de nivel. ................................................................................ 28

 

Figura 14. Estratificación socio-económica por manzanas. .............................................................................. 29

 

Figura 15. Configuración hidráulica de la red de alcantarillado pluvial “Chicó Norte”. ................................... 32

 

Figura 16. Red Chicó Norte y capas del visor geográfico del acueducto. ......................................................... 33

 

Figura 17. Diagrama de flujo – delimitación de subcuencas de la zona urbana. .............................................. 34

 

Figura 18. Diagrama de flujo – delimitación de subcuencas de la zona rural. ................................................. 35

 

Figura 19. Imágenes del procedimiento de delimitación de subcuencas rurales y área final de estudio. ....... 36

 

Figura 20. Subcuencas de drenaje y nodos aferentes del área de estudio (zona rural y urbana). ................... 37

 

Figura 21. Diagrama de flujo – cálculo del área y ancho de las subcuencas. ................................................... 38

 

Figura 22. Diagrama de flujo – estimación de la pendiente media de las subcuencas. ................................... 39

 

Figura 23. Estaciones pluviométricas – análisis hidrológico Chicó Norte y Chicó Sur (CIACUA, 2014, p. 35). .. 45

 

Figura 24. Parámetros de EPA-SWMM para un Techo Verde estándar. .......................................................... 48

 

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Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

iv 

 

Figura 25. Nodos de la red Chicó Norte con inundaciones superiores a los 800 lps en el minuto 45. ............. 49

 

Figura 26. Ubicación de tanques y caudal de inundación en nodos y tanques del minuto 0:45 a la 1:15. ...... 51

 

 

 

 

 

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Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

vi 

 

ÍNDICE DE TABLAS 

Tabla 1. Ventajas y desventajas del sistema convencional de drenaje (adaptado de Butler y Davies, 2011). ... 7

 

Tabla 2. Evolución en el manejo del agua urbana en países desarrollados (UNESCO y Taylor & Francis Group, 

2010). ......................................................................................................................................................... 9

 

Tabla 3. Tipologías SUDS típicamente empleadas para el manejo de escorrentía. .......................................... 10

 

Tabla 4. Principales beneficios y limitaciones de los Techos Verdes. ............................................................... 17

 

Tabla 5. Eficiencia de retención en relación con el espesor del sustrato y pendiente de Techos Verdes (Dietz, 

2007). ....................................................................................................................................................... 18

 

Tabla 6. Eficiencia de reducción de escorrentía, 13 casos de estudio (Ahiablame et al., 2012). ..................... 18

 

Tabla 7. Clasificación del uso del suelo por Código Zonal ................................................................................ 27

 

Tabla 8. Parámetros Hidráulicos ....................................................................................................................... 30

 

Tabla 9. Parámetros de cuencas ....................................................................................................................... 30

 

Tabla 10. Parámetros del modelo de Infiltración ............................................................................................. 31

 

Tabla 11. Componentes principales de la red Chicó Norte. ............................................................................. 31

 

Tabla 12. Asignación inicial de porcentajes de área impermeable por tipo de suelo ...................................... 40

 

Tabla 13. Valores de área impermeable corregidos por zonificación de uso de suelo. ................................... 40

 

Tabla 14. Valores típicos de almacenamiento en depresiones (Iglesias & Martínez, 2013) ............................ 42

 

Tabla 15. Relación zonas geotécnicas en Chicó Norte (Decreto 523 de 2010) con el Grupo Hidrológico de 

Suelo (SCS). .............................................................................................................................................. 43

 

Tabla 16. Rango de valores por grupo de datos de cada parámetro – análisis de sensibilidad ....................... 46

 

Tabla 17. Resultados del análisis de sensibilidad – comparación con caudales pico. ...................................... 52

 

Tabla 18. Reducción del caudal pico – escenarios de control. ......................................................................... 55

 

Tabla 19. Reducción en el volumen de inundación  - escenarios de control.................................................... 57

 

 

 

 

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Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

Laura Carolina Vega Piña 

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1  INTRODUCCIÓN 

Con  el  proceso  de  industrialización  se  incrementó  en  gran  medida  el  proceso  de  urbanización 
alrededor del mundo; no obstante, solo hasta los últimos 50 años se ha evidenciado la tasa máxima 
de crecimiento poblacional en zonas urbanas alrededor del mundo. De acuerdo al programa de las 
Naciones  Unidas  (UN-HABITAT,  2015),  en  1950  un  tercio  de  la  población  mundial  vivía  en 
asentamientos urbanos, hoy en día más del 50% de la población mundial vive en las ciudades. A 
nivel  nacional  dicha  situación  ha  sido  más  crítica,  pues  según  un  estudio  realizado  por  el  Banco 
Mundial (2012), cerca del 75% de la población nacional vive en ciudades, comparado con un 38% en 
1938.  

De la mano con el desarrollo urbano, se ha generado una continua y creciente interacción entre el 
ser humano y el ciclo hidrológico. De acuerdo con Butler y Davies (2011), esta interacción se ha dado 
en principalmente de dos formas: la extracción de agua del medio natural para abastecimiento y 
desarrollo de diversas actividades económicas, y la creación de superficies artificiales impermeables 
que  desvían  el  curso  del  agua  del  sistema  natural  de  drenaje.  Lo  anterior,  sumado  al  acelerado 
proceso de urbanización, ha dado lugar a la generación de altos volúmenes de aguas residuales (o 
aguas  negras)  y  aguas  lluvias,  para  las  cuales  ha  sido  indispensable  la  creación  de  sistemas  de 
drenaje urbano que permitan su efectiva evacuación. En un comienzo, en ciudades como Londres, 
la  construcción  de  sistemas  de  drenaje  (sistemas  artificiales)  buscaba  reemplazar  la  función  del 
sistema  natural  de  drenaje  conformado  por  los  diversos  causes  y  zanjas  preexistentes  a  la 
urbanización, que permitían la descarga de aguas lluvias a cuerpos de agua receptores. Por su parte, 
las  aguas  negras  eran  depositadas  en  pozos  sépticos  residenciales,  desocupados  con  cierta 
periodicidad.  No  obstante,  con  el  acelerado  incremento  poblacional,  rápidamente  se  superó  la 
capacidad de dichos sistemas, forzando la conexión de las descargas de aguas negras con el sistema 
de drenaje de la ciudad (Butler y Davies, 2011).  

Hoy en día, en la mayoría de ciudades del mundo se han construido sistemas de alcantarillado pluvial 
y  sanitario,  principalmente  conformado  por  pozos  y  tuberías  interconectadas,  en  dos 
configuraciones principales: sistema combinado y/o separado. Esto es lo que hoy se considera como 
el sistema convencional de drenaje urbano. A pesar de que estos sistemas han proporcionado la 
disminución  de  inundaciones  urbanas  y  principalmente  el  adecuado  mantenimiento  de  la  salud 
pública,  su  implementación  ha  redundado  en  el  deterioro  de  los  cuerpos  de  agua  receptores 
afectando su calidad y la salud pública de poblaciones aguas abajo de las descargas; por otro lado, 
se han generado mayores probabilidades de inundación por la rapidez y magnitud de los volúmenes 
descargados a los cuerpos de agua receptores. Debido a esto, han surgido nuevas iniciativas que 
buscan generar el control de la calidad y/o cantidad del agua drenada, por medio de sistemas control 

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Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

 

en la fuente, es decir sistemas que generen mecanismos de control previo al ingreso del agua al 
sistema convencional de drenaje.  

Dentro  de  las  nuevas  aproximaciones  abordadas  se  encuentran  los  Sistemas  de  Drenaje  Urbano 
Sostenible  (SUDS),  en  los  cuales  se  emplean  diversos  tipos  de  estructuras  que  permiten  el 
tratamiento,  reducción  y/o  retención  temporal  del  agua  drenada  por  escorrentía  superficial. 
Algunos mecanismos de control sobre el volumen de escorrentía empleados por estas estructuras 
son  la  infiltración,  filtración,  evapotranspiración,  retención  y  detención.  Se  considera  que  una 
amplia  implementación  de  estos  sistemas  implicaría  reducciones  significativas  del  caudal  pico  y 
volúmenes  de  escorrentía  sin  la  necesidad  de  acudir  a  mecanismos  de  infraestructura  de  alta 
envergadura, por lo cual han logrado emplearse en gran medida en países como Australia, Canadá, 
Estados Unidos, el Reino unido, la Unión Europea y Chicle (CIIA, 2015). No obstante, en el caso de 
ciudades  altamente  densificadas,  la  factibilidad  de  implementación  de  SUDS  se  ve  restringida  a 
cierto tipo de estructuras, como los alcorques inundables, techos verdes, cunetas verdes y zanjas 
de infiltración, las cuales presentan mayor facilidad de implementación en zonas reducidas. Por otro 
lado,  también  existe  un  gran  interés  por  las  alternativas  que  permiten  el  amortiguamiento  de 
grandes  volúmenes  de  agua de  manera directa y controlada,  como es  el caso de  los tanques  de 
tormenta,  de  instalación  subterránea  y  alta  capacidad  de  almacenamiento,  que  a  pesar  de 
representar mayores intervenciones a nivel de infraestructura, prometen una mayor resiliencia del 
sistema en caso de eventos de lluvia de alta magnitud.  

El  presente  trabajo  tiene  la  finalidad  de  evaluar  y  contrastar  dos  de  los  sistemas  de  control  de 
escorrentía  más  empleados  en  ciudades  altamente  densificadas:  techos  verdes  y  tanques  de 
tormenta, el primero representativo de la nueva perspectiva de sistemas alternativos al sistema de 
drenaje convencional (ingeniería suave), y el segundo  representativo de una solución estructural 
de ingeniería de alta envergadura (ingeniería dura). Esta evaluación se desarrolla por medio de la 
elaboración de un modelo de lluvia-escorrentía en EPASWMM con la red pluvial del sector Chicó 
Norte (Bogotá). Posterior al levantamiento del modelo, incluyendo la caracterización hidráulica de 
la red, la caracterización de cuencas de drenaje y las variables hidrológicas del modelo, se creará un 
escenario  de  techos verdes  y  otro  con  tanques  de  tormenta,  considerando  una  implementación 
extensa de los mismos, de tal forma que se pueda evaluar su funcionamiento y nivel de efectividad 
sobre  el  control  de  escorrentía  e  inundaciones  del  sistema.  Adicionalmente,  se  desarrollará  un 
análisis de sensibilidad del modelo respecto a las variables características de las cuencas y variables 
hidrológicas definidas. 

En  el  presente  documento  se  desarrolla  una  sección  de  marco  teórico  en  el  que  se  incluye  una 
descripción  de  los  efectos  y  transformaciones  del  drenaje  y  ciclo  hidrológico  por  cuenta  del 
desarrollo urbano; adicionalmente, se hace una descripción del sistema convencional de drenaje 
urbano, de las diversas aproximaciones de tipologías SUDS y estructuras de control de escorrentía 

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Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

 

seleccionadas  para  el  análisis  en  el  presente  documento,  y  finalmente  sobre  los  fundamentos 
teóricos  del  modelo.  Posteriormente,  se  describe  el  paso  a  paso  de  la  recopilación  y  análisis  de 
información requeridos para el desarrollo del modelo, así como del procedimiento seguido en el 
análisis de  sensibilidad  y  la simulación de  los escenarios con sistemas de  control de  escorrentía. 
Seguidamente, se presentan los resultados obtenidos con el análisis de sensibilidad y la respuesta 
del  modelo  ante  la  simulación  de  los  escenarios  con  sistemas  de  control  de  escorrentía.  Y 
finalmente, se aborda el análisis de resultados, conclusiones y recomendaciones correspondientes 
al trabajo desarrollado.  

1.1  Objetivos 

1.1.1  Objetivo General 

Analizar y evaluar la efectividad en el manejo y control de escorrentía pluvial de los techos verdes y 
tanques  de  almacenamiento,  a  partir  de  la  simulación  de  escenarios  en  un  modelo  de  lluvia-
escorrentía en EPASWMM con la red de alcantarillado pluvial de Chicó Norte (Bogotá). 

1.1.2  Objetivos Específicos 

  Caracterizar  el  área  de  estudio  en  términos  de  variables  cualitativas  y  cuantitativas 

necesarias para el desarrollo del modelo. 

  Recrear el sistema hidráulico, áreas de drenaje y parámetros hidrológicos de Chicó Norte en 

EPASWMM, dando lugar al modelo de lluvia-escorrentía correspondiente. 

  Desarrollar un análisis de sensibilidad del modelo respecto a las variables características de 

las cuencas y variables hidrológicas definidas. 

  Simular los escenarios correspondientes a los sistemas de control de escorrentía a analizar 

(techos verdes y tanques de almacenamiento).  

  Analizar el control sobre inundaciones, volúmenes y picos de escorrentía de los mecanismos 

evaluados. 

 

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2  MARCO TEÓRICO 

2.1  Hidrología y drenaje urbano 

Previo  al  proceso  de  urbanización,  en  el  ciclo  hidrológico  natural  parte  del  agua  que  cae  por 
precipitación  es  evaporado  o  transpirado  por  las  plantas;  otra  parte  es  infiltrada  en  el  suelo, 
contribuyendo a la recarga de acuíferos  y flujo base de los ríos; y la fracción remanente es conducida 
por la superficie natural en forma de escorrentía hacia cuerpos de agua receptores. La proporción 
de agua en cada componente varía de acuerdo a varios factores como la humedad y temperatura 
de la zona, la pendiente del terreno, tipo de suelo, humedad antecedente y tipo o densidad de la 
vegetación en la superficie; no obstante, la mayor transformación del ciclo se da por cuenta de la 
acción del hombre en el proceso de urbanización.  

El  desarrollo  urbano  implica  la  transformación  y  reemplazo  de  la  superficie  natural  por  la 
construcción de diversas edificaciones, vías y plazas que implican la impermeabilización del suelo 
en grandes extensiones de área. Dicha situación, genera el incremento del agua lluvia convertida en 
escorrentía, lo que a su vez implica la reducción de agua infiltrada y conducida a los acuíferos, y el 
agua  evapo-transpirada  por  la  reducción  de  cobertura  vegetal,  como  se  muestra  en  la  Figura  1. 
Además del aumento de volumen, la impermeabilización de superficies incrementa la rapidez de 
generación de escorrentía. Estos factores son la principal motivación para la creación de sistemas 
de  infraestructura  de  drenaje  efectivos  en  la  rápida  evacuación  del  agua  lluvia,  evitando  la 
generación de inundaciones y proliferación de vectores o problemas de salud pública.  

 

Figura 1. Influencia de la urbanización en la ciclo hidrológico (adaptado de Butler & Davies, 2011). 

Con el desarrollo de la infraestructura de drenaje artificial, se ha garantizado apropiadas condiciones 
de vida para la población; no obstante, la rápida generación de altos volúmenes de agua drenada 

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por las tuberías de  la red, implica mayores caudales de  descarga y caudales  picos a la salida del 
sistema sobre los cuerpos de agua receptores (ver Figura 2). Este hecho, incrementa el riesgo de 
inundación en los cuerpos de agua y deteriora el estado original del cauce al generarse erosión del 
mismo. Por otra parte, la concentración de diversas actividades humanas, junto con el desarrollo 
industrial y productivo, incrementa la concentración de diversos tipos de contaminantes que son 
drenados a los cuerpos de agua luego de los eventos de lluvia. Por lo anterior, sumado a los sistemas 
que  conectan  aguas  residuales  al  sistema  de  drenaje  pluvial,  los  diversos  ecosistemas  acuáticos 
sufren grandes daños, lo que genera a su vez nuevas necesidades de tratamiento que requieren de 
soluciones de ingeniería de alto impacto. 

 

Figura 2. Influencia de la urbanización en el pico de escorrentía (adaptado de Butler y Davies, 2011). 

Como puede notarse, el desarrollo de estos sistemas parece formar un problema sin salida, en el 
cual se requiere el desarrollo de infraestructura de dimensiones cada vez mayores, pues difícilmente 
se obtiene una solución sostenible a las diversas externalidades formadas por el mismo. Respecto a 
esto, se han planteado mecanismos alternativas al sistema convencional de drenaje analizados con 
mayor detalle en la sección de sistemas de control de escorrentía. 

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2.2  Sistemas de alcantarillado  

De  acuerdo al reporte “The  Global Water Supply  and Sanitation Assessment” de  la Organización 
Mundial  de  la  Salud  y  UNICEF,  las  tecnologías  de  saneamiento  consideradas  adecuadas  son: 
conexión a alcantarillado público, conexión a sistema séptico, letrina de fosa simple, letrina de fosa 
simple mejorada  y  ventilada,  y  letrina  de  sifón  (WHO  &  UNICEF, 2000).  Lo  que  hace  evidente  la 
existencia  de  diversas  posibilidades  on-site  aceptables  para  la  disposición  de  aguas  residuales 
alrededor del mundo; no obstante, es claro que cuando se trata de zonas altamente densificadas 
(zonas urbanas), la alternativa más apropiada es la conexión a alcantarillado público.  

Los  sistemas  de  alcantarillado  son  redes  subterráneas  compuestas  por  tuberías  y  pozos 
interconectados que permiten la recolección y transporte de aguas residuales y/o agua lluvia de la 
ciudad  para  ser  tratado  y  finalmente  descargado  en  cuerpos  de  agua  receptores.  Existen 
básicamente dos tipos de sistemas de alcantarillado: sistema combinado y sistema separado; sin 
embargo,  hoy  en  día  también  se  da  la  combinación  de  ambos,  en  este  caso  llamados  sistemas 
híbridos.  

En el sistema combinado, la recolección y transporte de aguas lluvias se da en conjunto con el agua 
residual por medio de una sola red de tuberías, en cuyo caso el destino de las mismas consiste en 
las plantas de tratamiento de agua residual, antes de su posterior descarga al medio natural. Cuando 
se dan periodos secos, el sistema solo conduce el agua residual; sin embargo, en periodos húmedos 
este debe estar en la capacidad de transportar adicionalmente el agua de escorrentía de la ciudad. 
Según  Butler  y  Davies  (2011),  el  agua  lluvia  puede  llegar  a  representar  entre  50  y  100  veces  el 
volumen  promedio  de  agua  residual,  por  lo  cual  para  este  sistema  se  han  diseñado  estructuras 
especiales de alivio ubicadas aguas arriba de las plantas de tratamiento. Las estructuras de alivio 
permiten drenar volúmenes o caudales de agua que excedan la capacidad de diseño del sistema, 
evitando  con  ello  la  presurización  de  las  tuberías  y  posteriores  inundaciones  en  la  ciudad.  Las 
descargas de los mismos se conectan de forma directa con los cuerpos de agua receptores. Sobre 
esto, si bien parece haber una alta dilución del agua residual en el agua lluvia, varios estudios han 
demostrado el alto nivel de contaminación que puede tener el agua lluvia, especialmente cuando 
se da el primer lavado, arrastrando altas concentraciones de diversos contaminantes de la superficie 
de la ciudad.  

El sistema separado, consiste en dos sistemas de tuberías, casi siempre paralelos, por los cuales se 
pretende recolectar y conducir de forma separada el agua residual y el agua lluvia. La tubería de 
agua lluvia se diseña con proporciones similares a la del sistema combinado y el agua recolectada 
por lo general es drenada de forma directa a los cuerpos de agua. En el caso de las aguas residuales, 
a pesar de que el volumen descargado varía con el tiempo, el sistema se diseña para transportar el 
caudal máximo horario y se conecta a la planta de tratamiento antes de ser descargado al sistema 

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natural. En primera instancia, una de las desventajas de este tipo de sistemas es el incremento en 
los costos constructivos, de operación y mantenimiento; no obstante, la principal falencia radica en 
la dificultad de mantener el sistema separado, en primera medida por la dificultad de controlar las 
conexiones erradas al sistema pluvial y en segunda medida por fenómenos de infiltración y flujo 
directo del agua lluvia al sistema de aguas residuales.  

El sistema de drenaje híbrido consiste en adaptar ambos tipos de sistemas con el fin de darle una 
mayor vida útil y mejorar la capacidad de evacuación del sistema en conjunto. Un ejemplo claro se 
da en las ciudades más antiguas del Reino Unido, donde en el centro de la ciudad (por lo general la 
zona  más  antigua)  se  cuenta  con  alcantarillado  combinado  y  en  la  periferia  las  nuevas 
urbanizaciones manejan sistema separado. Las aguas residuales del sistema separado son dirigidas 
al sistema combinado, mientras que el sistema de aguas lluvias descarga directamente a los cuerpos 
de agua receptores, mitigando la probabilidad de inundación en zonas urbanas (Butler & Davies, 
2011). Existe adicional a este tipo de sistemas, una alta probabilidad de que los sistemas separados 
tiendan a ser considerados como mixtos, al haber problemas con las conexiones erradas bien sea 
por negligencia o ignorancia de quienes llevan a cabo las debidas conexiones a los mismos.  

En la Figura 3 se presenta un esquema del funcionamiento general de este tipo de sistemas y en la 
Tabla  1  se  incluyen  las  principales  ventajas  y  desventajas  del  sistema  separado  y  combinado 
respectivamente.  

 

Figura 3. Funcionamiento del sistema convencional de drenaje urbano (UNESCO y Taylor & Francis Group, 2010) 

Tabla 1. Ventajas y desventajas del sistema convencional de drenaje (adaptado de Butler y Davies, 2011). 

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Sistema separado 

Sistema combinado 

V

en

ta

ja

* No emplea alivios, lo que implica menor 
contaminación por aguas residuales  
* Menores esfuerzos requeridos por las Plantas de 
Tratamiento de Agua Residual (PTAR). 
* De ser necesario, solo se requeriría bombear el 
volumen de agua residual a las PTAR. 
* Cada sistema se diseña con un criterio óptimo de 
forma independiente. 
* Pozos de menor tamaño para el sistema de aguas 
residuales, mayores velocidades con bajo caudal. 
* Menor variación de caudal y concentración del 
agua residual tratada. 
* No residuos de carretera en las aguas residuales. 
* Las inundaciones se producirán únicamente con 
agua lluvia 

* Menores costos de construcción. 
* Menor ocupación de espacio. 
* Drenaje residencial más económico y simple. 
* Lavado de sólidos depositados en la tubería de 
aguas residuales durante eventos de lluvia. 
* Se provee tratamiento al agua de escorrentía 

Desv

en

ta

ja

* Costos extra por la instalación de las dos tuberías. 
* Espacio adicional requerido en vías angostas y 
áreas construidas. 
*Mayor cantidad de drenajes con riesgo de generar 
conexiones erradas. 
* No hay lavado de sólidos depositados en la 
tubería en tiempo húmedo. 
* No hay tratamiento del agua de escorrentía. 

* Alivios necesarios para el adecuado 
funcionamiento de la tubería y planta de 
tratamiento. 
* Necesita de grandes esfuerzos para manejo y 
tratamiento del agua probablemente con necesidad 
de almacenamiento y alivios. 
* Altos costos de bombeo si es necesario el bombeo 
de caudal para el tratamiento del agua. 
* La profundidad óptima de la tubería de agua lluvia 
puede no corresponder con la de agua residual. 
* Flujo lento y de baja profundidad en tuberías largas 
y en periodos secos que pueden generar 
sedimentación de sólidos y descomposición de los 
mismos. 
* Alta variación de caudal y concentración de 
contaminantes, perjudiciales para el bombeo y 
tratamiento respectivamente. 
* Necesaria la remoción de arenas. 
* Si hay inundación y se excede la capacidad de los 
pozos, pueden haber problemas de salud pública. 

 

2.3  Sistemas de control de escorrentía 

De acuerdo al documento “Integrated Urban Water Management in Humid Tropics” desarrollado 
por  la  UNESCO  y  Taylor  &  Francis  Group  (2010),  la  evolución  del  drenaje  urbano  en  países 

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desarrollados ha pasado por las etapas: pre-higienista, higienista, correctiva y sostenible como se 
muestra a continuación en la Tabla 2. 

Tabla 2. Evolución en el manejo del agua urbana en países desarrollados (UNESCO y Taylor & Francis Group, 2010). 

Etapa 

Periodo  

Características 

Pre-higienista 

Hasta principios del siglo 

XX 

Sistemas urbanos sin alcantarillado pluvial y sanitario 

o algún tipo de tratamiento. Muchos hogares 

emplean algún tipo de sistema en sitio (on-site) y el 

agua lluvia drena por las calles con alta proliferación 

de enfermedades asociadas a la contaminación del 

agua. 

higienista 

Hasta 1970s 

Provisión de agua potable y redes de alcantarillado 

sanitario sin plantas de tratamiento que generan alta 

contaminación de cuerpos de agua; el agua lluvia es 

conducida por canales, conductos o calles, 

transfiriendo  el impacto por contaminación de la 

escorrentía aguas abajo. 

Correctiva 

Después 1970s 

Tratamiento de aguas residuales, implementación de 

pondajes de retención y detención en los sistemas 

de alcantarillado pluvial para controlar picos de 

caudal de escorrentía de áreas urbanas. 

Sostenible 

Después de 1990s 

Introducción de mejores medidas de regulación y 

control para reducir la contaminación del agua lluvia; 

los sistemas de drenaje incorporan prácticas 

naturales como la infiltración y procuran mantener 

las funciones hidrológicas naturales. La planeación 

urbana tiene en cuenta la escorrentía y la necesidad 

de mantener condiciones de flujo naturales.  

 

La etapa “sostenible” implica la coordinación entre diferentes autoridades públicas, la colaboración 
entre diversas organizaciones públicas, privadas y ONGs para promover una efectiva asociación con 
la población civil y el sector privado; y adicionalmente, la capacidad para transformar y mejorar la 
planeación,  diseño  y  operación  de  los  sistemas  urbanos  de  drenaje  (Karamouz,  Moridi,  &  Nazif, 
2011).  

Dado  que  la  implementación  del  sistema  convencional  de  drenaje  implica  a  groso  modo  una 
solución de “final de tubo” con altos costos ambientales y de infraestructura, existe una presión 
cada vez mayor de adoptar nuevas alternativas y cambiar el paradigma de drenaje, de tal manera 
que su desarrollo sea sostenible y efectivo en forma integral. Por lo anterior basado en un concepto 
de  Planeación  de  Bajo  Impacto  (Low  Impact  Development  –  LID),  se  ha  generado  un  enfoque 

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10 

 

centrado en el manejo de volumen de escorrentía, a partir del cual se considera que una reducción 
del volumen implica a su vez reducción de contaminantes, velocidades, caudales máximos, erosión 
y  sedimentación.  Lo  anterior  por  medio  de  mecanismos  de  recolección,  almacenamiento, 
tratamiento, redistribución, y/o reciclaje de aguas lluvias (Ahiablame et al., 2012). 

Dentro  de  esta  aproximación  de  bajo  impacto,  nacen  diferentes  medidas  estructurales  y  no 
estructurales  en  el  control  de  escorrentía,  conocidas  en  diferentes  contextos  como  Sistemas 
Urbanos  de  Drenaje  Sostenible  (SUDS),  Medidas  de  Control  de  Agua  Lluvia  (Stormwater  Control 
Measurements - SCM) o Mejores Prácticas de Manejo (Best Management Practices – BMP) (Zhen et 
al., 2006). Las medidas no estructurales son principalmente medidas preventivas de control de la 
contaminación  en  la  fuente  a  través  de  mecanismos  como  la  preservación  del  paisaje  natural, 
reducción y desconexión de superficies impermeables, limpieza de calles y sumideros, reducción de 
contaminantes en la fuente y educación (como se cita en CIIA, 2015, p. 50). Por su parte, las medidas 
estructurales  se  diseñan  para  generar  control  directo  sobre  el  volumen,  caudal  de  descarga  y/o 
contaminación del agua de escorrentía por medio de mecanismos como filtración o sedimentación 
previo  a  su  descarga  a  los  cuerpos  de  agua  receptores  o  incluso  al  sistema  convencional.  A 
continuación se describe con mayor detalle el concepto de SUDS como sistemas estructurales de 
control de escorrentía.  

2.3.1  Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible – SUDS 

De  acuerdo  con  CIRA  (2007)  y  Wild  et  al.  (2002),  un  SUDS  es  aquella  medida  de  aproximación 
holística que provee un balance entre el control de calidad del agua, cantidad de agua y servicios 
ambientales. Estos sistemas pueden emplearse de forma independiente o en conjunto de acuerdo 
a las necesidades definidas para su uso. Existen diversas estructuras SUDS, cuyos mecanismos de 
tratamiento  y  control  varían  según  su  diseño.  A  continuación  se  da  una  breve  descripción  e 
ilustración de las estructuras o tipologías más empleadas y comúnmente disponibles (ver Tabla 3). 

 

 

 

 

 

Tabla 3. Tipologías SUDS típicamente empleadas para el manejo de escorrentía. 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

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Nombre                 

(en inglés) 

Definición 

Ilustración 

Tanques de 

almacenamiento 

(Storage Tanks) 

Sistema empleado para interceptar, conducir y almacenar agua lluvia 
para futuros usos. El agua almacenada corresponde al agua de 
escorrentía captada por superficies impermeables como techos, 
parqueaderos, entre otros. Su capacidad varía desde tanques de lluvia 
o residenciales (típicamente de 190 a 400 litros) a grandes depósitos 
para usos comerciales, institucionales o industriales (750 a 40.000 
litros). Con poco tratamiento, por ejemplo filtración o separación del 
primer lavado, el agua almacenada puede ser usada para irrigación, 
lavado a presión o descarga de sanitarios, lo que puede implicar 
reducciones en el consumo de agua municipal de hasta el 55% (CVC & 
TRCA, 2010). 

 

Cunetas verdes 

(Swales / 

enhanced 

vegetated 

swales) 

Son canales abiertos vegetados, diseñados para conducir, tratar y 
atenuar la escorrentía superficial. La instalación de pequeñas barreras 
o diques permeables y vegetación, permite la disminución de la 
velocidad del agua para favorecer la sedimentación de partículas, la 
filtración a través de la zona radicular y sustrato, y la infiltración en el 
suelo nativo. Donde la densidad urbana, topografía y profundidad de 
la tabla de agua lo permite, el uso de estas estructuras es preferido 
sobre los bordillos, cunetas y desagües pluviales como sistema de 
conducción del agua (CVC & TRCA, 2010). 

 

Drenajes 

filtrantes 

vegetados 

(Vegetated Filter 

Strips) 

Son franjas de pendiente suave densamente vegetados que tratan la 
escorrentía que ingresa como flujo laminar proveniente de áreas 
impermeables adyacentes. Permiten la reducción de la velocidad y 
filtración de sólidos suspendidos y contaminantes asociados, y 
permite la infiltración al suelo circundante. Aunque originalmente se 
empleaba como una práctica de tratamiento en la agricultura, hoy en 
día ha evolucionado en una práctica de manejo de escorrentía (CVC & 
TRCA, 2010). 

 

Zonas de bio-

retención 

(Bioretention 

Zones) 

Las estructuras de bioretención corresponden a un área deprimida 
diseñada para capturar, filtrar y/o infiltrar el volumen para el cual fue 
diseñada, proveyendo cierto tratamiento. Esta estructura también se 
conoce como jardines de lluvia (rain gardens). El nombre bioretención 
se encuentra asociado al tipo de tratamiento que este provee, donde 
gracias a la alta presencia de diversas especies vegetales se da la 
absorción biológica y retención de los contaminantes encontrados en 
el agua de escorrentía (Urban Drainage and Flood Control District, 
2010). 

 

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Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

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Superficies 

permeables o 

humedales 

artificiales 

(Wetlands) 

Los humedales artificiales o construidos son cuerpos de agua de poca 
profundidad densamente vegetados que emplean en gran medida la 
sedimentación de sólidos, filtración de partículas finas y absorción 
biológica de contaminantes provenientes del agua de escorrentía. El 
nivel de agua se incrementa con los eventos de lluvia y su salida está 
configurada para drenar lentamente el caudal, típicamente sobre los 
tres días, hasta regresar al nivel de agua de tiempo seco. Los 
humedales artificiales están compuestos por 3 partes principales: una 
zona de entrada, típicamente con cuenca de sedimentación; una zona 
de macrófitas densamente vegetada, y un canal de bypass para 
proteger la zona macrófita (EPA Victoria, 2005). 

 

Cuencas de 

infiltración 

(Infiltration 

Basins) 

Las cuencas de infiltración consisten en áreas planas o de baja 
pendiente diseñadas para capturar el volumen de diseño o 
tratamiento. El agua lluvia se infiltra a través del fondo de la cuenca 
en el suelo circundante en un periodo de tiempo cercano a las 72 
horas. El caudal que excede el volumen de diseño debe descargarse a 
un sistema de drenaje aguas abajo para evitar exceder su capacidad. 
Las basuras y sedimentos son acumulados en la antecámara ubicada a 
la entrada de la antecámara. Este sistema resulta efectivo en la 
remoción de los diversos contaminantes de la escorrentía (Riverside 
County Flood Control and Water Conservation District, 2011). 

 

Pavimentos 

porosos 

(Permeable 

Pavements) 

Consisten en pavimentos que permiten el paso del agua a través de 
las capas que lo conforman. Dependiendo del diseño, los pavimentos 
permeables pueden ser usados para promover la reducción de 
volumen, proveer tratamiento, controlar la velocidad descarga del 
volumen tratado y reducir el área impermeable. Este sistema es 
comúnmente empleado en combinación con otras estructuras SUDS 
para garantizar un completo tratamiento y control de la descarga 
(Urban Drainage and Flood Control District, 2010). 

 

Franjas 

infiltrantes o tiras 

de filtro 

(Infiltration 

Trenches) 

Las franjas de infiltración son zanjas poco profundas equipadas  con 
un reservorio subsuperficial compuesto de grava o agregado grueso. 
El espacio vacío creado por el agregado proporciona cierto volumen 
de almacenamiento a la escorrentía superficial que es drenada a la 
zanja. Posteriormente, este volumen de agua es infiltrado al suelo 
circundante a través del fondo y lados de la estructura. Inicialmente 
está ideada para tratar la calidad del agua de escorrentía; no 
obstante, cuando se instala una tubería de drenaje perforada en su 
interior, esta puede atenuar picos de escorrentía con periodos de 
retorno de 1 o 2 años (Virginia Department of Transportation, 2013). 

 

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Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

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Sumideros tipo 

alcorque 

inundable (Tree 

Box Filters o Box 

Planters) 

Son sistemas similares a las Zonas de Bioretención dado que emplean 
de igual manera vegetación y suelo mejorado para filtrar y retener la 
escorrentía. Existen tres tipos de alcorques que pueden ser 
implementados dependiendo de las características del sitio y 
requerimientos: alcorques plantados con descarga únicamente por 
desbordamiento, alcorques con tuberías de drenaje perforadas en el 
fondo y alcorques con capacidad de drenar el agua por medio de 
infiltración y recarga de acuíferos (The City of Edmonton). 

 

Pondajes 

húmedos 

vegetados (Wet 

Ponds o 

Retention Basin) 

Son áreas deprimidas que permiten el almacenamiento temporal del 
agua de escorrentía y cuentan con una piscina permanente o 
estacional. Los lagos artificiales pueden considerarse como una forma 
particular de los pondajes húmedos; no obstante, estas estructuras 
incorporan nuevos elementos de diseño para garantizar el 
tratamiento del agua lluvia. La piscina permanente permite mejorar la 
calidad del agua al sedimentar partículas finas, adicionalmente se da 
lugar a otros fenómenos físicos, químicos y biológicos que garantizan 
el adecuado tratamiento del agua de escorrentía (Louisiana 
Department of Environmental Quiality, 2010). 

 

Cuenca Seca de 

Drenaje 

Extendida 

(Extended 

Detention Basin) 

Consiste en una cuenca de sedimentación diseñada para almacenar 
por varias horas el agua drenada por escorrentía. Esta estructura es 
similar a las cuencas de detención empleadas para el control de 
inundaciones; no obstante, estas emplean estructuras de salida que 
controlan la salida gradual del agua, extendiendo el tiempo de drenaje 
de eventos de lluvia de alta frecuencia y garantizando con ello una 
mayor efectividad en la remoción de contaminantes. Un tiempo de 
drenaje de 40 horas es recomendado para garantizar la adecuada 
remoción de solidos suspendidos, mientras que la remoción de 
contaminantes disueltos se da por medio de absorción biológica en la 
sección de micropiscina permanente o humedal a la salida de la 
estructura (Urban Drainage and Flood Control District, 2010). 

 

Techos Verdes 

(Green Roofs o 

Living roofs) 

Son sistemas livianos que cuentan con una cobertura delgada de 
vegetación y sustrato instalado sobre los techos de edificaciones, por 
lo general con nula o poca pendiente. Estos sistemas son altamente 
promovidos por sus amplios beneficios a las ciudades; entre estos, 
mejora en eficiencia energética (regula la temperatura), reduce el 
fenómeno urbano de "isla de calor" y genera más zonas verdes aptas 
para la recreación pasiva, las cuales generan un alto valor estético; 
adicionalmente, son atractivos por su capacidad de trata, balancear y 
reducir caudales pico de escorrentía. Los techos verdes actúan como 
un césped o prado en el cual se da almacenamiento de agua lluvia en 
el medio de crecimiento y áreas encharcadas. El exceso de lluvia 
ingresa a tuberías perforadas en la base del sistema y a tuberías de 
drenaje por desbordamiento, por medio de las cuales el agua es 
conducida al sistema de drenaje de la edificación. Como mecanismos 
de control, durante el evento de lluvia, el agua es evaporada, 
evapotranspirada o drenada lentamente (CVC & TRCA, 2010). 

 

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Con el propósito de abordar aspectos más específicos de los mecanismos de control de escorrentía 
seleccionados para el presente trabajo, en las siguientes secciones se  describirá  con más detalle 
cada uno de ellos. 

2.3.2  Techos Verdes 

Los techos verdes  pueden  definirse  como  sistemas  vivos contenidos en  la  superficie  de  diversas 
estructuras  hechas  por  el  hombre;  conformando  sistemas  vegetados  donde  las  plantas  no  son 
sembradas propiamente en el suelo (Urban Drainage and Flood Control District, 2010). Existen dos 
tipos  de  techos  verdes,  intensivos  y  extensivos.  Según  la  descripción  dada  por  Daniel  Roehr  y 
Elizabeth  Fassman-Beck  (2015),  el  primero  de  estos  consiste  en  un  sistema  multicapa  (drenaje, 
medio de crecimiento o sustrato y plantas) diseñado en forma individual o compuesta (modular), 
con  profundidades  de  sustrato  usualmente  superiores  a  los  150  mm,  superficie  nivelada  o  con 
variabilidad  topográfica,  con  capacidad  de  albergar  diversas  especies  vegetales  (desde  plantas 
herbáceas  hasta  árboles)  y  otras  estructuras  como  pavimentos  y  pérgolas.  Para  su  cuidado  es 
necesaria una frecuente irrigación y mantenimiento, usualmente se hace referencia a ellos como 
jardines de techo. Por su parte, los techos extensivos son sistemas simples o multicapa, diseñados 
de  forma individual o modular cuyo sustrato o medio de  crecimiento oscila entre  25 y 150 mm, 
conforman  por  lo  general una  superficie  nivelada o gradada  con  pocas variaciones  topográficas, 
manejan  vegetación  herbácea  y  arbustiva  de  poca  altura,  y  exigen  relativamente  poco 
mantenimiento  en  términos  de  fertilización,  irrigación  o  humedad.  En  la  Figura  4  se  muestra  la 
configuración típica de los techos verdes intensivos y extensivos. 

 

Figura 4. Tipos de techo verde (Adaptado de Texas A&M University, Interdisciplinary Green Roof Research Group web 

site. 

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Respecto a la estructura del techo verde, en la Figura 5 se muestra cada una de las capas que lo 
conforman, así como la tubería típica de drenaje por desbordamiento. A continuación se describe 
la función y algunos aspectos importantes de cada una de ellas según la información suministrada 
por  el  Distrito  de  control  de  inundaciones  y  drenaje  urbano  de  Denver  (2010)  y  la  empresa  de 
servicios  públicos  de  la  cuenca  del  río  Taulatin  y  condado  de  Washington  –  USA  (Clean  Water 
Services, 2009). 

Soporte estructural o cubierta del techo: La cubierta o techo debe estar en la capacidad de soportar 
el sustrato, la vegetación, el agua almacenada y/o nieve (en caso de presentarse), el paso peatonal 
y diversos equipos para su mantenimiento.  

Membrana  impermeabilizante:  Impide  el  paso  del  agua  a  la  edificación.  Algunos  materiales 
recomendados son asfalto modificado, caucho sintético o termoplásticos reforzados. Esta también 
puede actuar como bloqueo de las raíces. 

Barrera  aislante  contra  raíces:  Ésta  protege  la  membrana  impermeabilizante  previniendo  su 
perforación por las raíces de las especies vegetales plantadas en el sistema. Su densidad y material 
dependerán  del  material  empleado  como  membrana  impermeabilizante  y  tipo  de  vegetación 
empleada. Este debe extenderse incluso sobre la zona de basalto de grava y lateralmente a cualquier 
elemento vertical. 

Membrana protectora o de filtración: Previene el ingreso de partículas finas o material del sustrato 
a la capa de drenaje luego de presentarse un evento de lluvia. 

Medio de crecimiento o sustrato: Aunque el medio de crecimiento no es típicamente “suelo”, se 
emplean otros términos como sustrato de crecimiento o suelo mejorado para referirse a este. El 
material que lo conforma debe ser liviano y debe proveer suficientes nutrientes para garantizar el 
crecimiento de plantas. La mezcla típica del material que lo conforma varía entre 5% orgánico, 95%  
inorgánico  de  material  inorgánico,  y  30%  orgánico/70%  inorgánico,  dependiendo  del  tipo  de 
vegetación (Clean Water Services, 2009). 

Vegetación: Por lo general, la vegetación sembrada corresponde a especies nativas o naturalizadas, 
de  raíces  poco  profundas,  resistentes  a  sequías,  perenes,  resistentes  al  frío  y  vientos  fuertes; 
predominantemente de poca necesidad de irrigación, fertilización y mantenimiento. Se recomienda 
la siembra de diversas especies para incrementar la supervivencia de las mismas y mayor cobertura. 

Lastre  de  grava:  debe  ser  ubicado  en  el  perímetro  del  techo  verde  y  alrededor  de  ductos  de 
ventilación u otros elementos verticales para separarlos de la vegetación y sustrato. Su necesidad 
de implementación depende del tipo de techo y detalles del mismo. Adicionalmente, el basalto o 

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adoquines de azotea pueden ser empleados para proveer acceso, especialmente para los elementos 
verticales que requieren de mantenimiento.  

Tubería de drenaje: este debe permitir el drenaje del agua lluvia de exceso en el sistema cuando el 
sustrato  se  encuentre  saturado.  El  uso  de  techos  verdes  modulares  o  manufacturados  es 
recomendado cuando existe un mecanismo efectivo de drenaje. Debe ponerse especial atención al 
punto de ubicación del drenaje procurando evacuar efectivamente el agua de exceso. 

 

Figura 5. Sección transversal típica y estructura de drenaje del techo verde (adaptado de Urban Drainage and Flood 

Control District, 2010 y Clean Water Services, 2009). 

El funcionamiento de este sistema, en términos hidrológicos, consiste en el almacenamiento de la 
precipitación  que  cae  en  forma  directa  para  su  posterior  evapotranspiración,  en  términos  de 
mecanismos de control de escorrentía, este sistema está en la capacidad de proveer retención y 
detención,  incrementando  el  tiempo  de  concentración,  y  con  ello,  el  tiempo  requerido  para  la 
generación del pico de escorrentía y magnitud del caudal drenado al sistema de drenaje de la ciudad 
(Roehr  y  Fassman-Beck,  2015).  A  medida  que  el  agua  lluvia  cae  sobre  el  techo  verde,  el  agua 
comienza a percollarse humedeciendo el sustrato, posteriormente solo hasta alcanzar una humedad 
cercana a la capacidad de campo del medio, el agua comenzará a descender por la capa de drenaje 
por  acción  de  la  gravedad.  En  el  caso  de  presentarse  un  evento  de  lluvia  de  baja  intensidad,  es 
probable que el techo verde esté en la capacidad de retener y evapotranspirar el agua precipitada 
en forma directa sobre su superficie; no obstante, tras de eventos de lluvia de alta magnitud una 

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alta  proporción  del  agua  precipitada  será  lentamente  drenada  por  el  sistema  y  conducida  a  las 
tuberías de drenaje. 

Algunos factores que  pueden afectar el funcionamiento de  los techos verdes son la intensidad y 
frecuencia de los eventos de lluvia, el vigor de las plantas y adecuado desarrollo de las raíces, la 
pendiente  del  techo  y  la  composición  del  sustrato.  En  este  último  caso,  Stovin  et  al.  (2013)  ha 
encontrado  que  una  la  heterogeneidad  del  sustrato  puede  generar  el  drenaje  del  agua  a  una 
humedad  menor  a  la  capacidad  de  campo.  Por  otra  parte,  la  capacidad  disponible  de 
almacenamiento  del  sistema,  asociado  a  diferencia  entre  las  condiciones  secas  y  el  total  de 
almacenamiento potencial de agua del medio también se ve influenciado de variables como la tasa 
de  evapotranspiración,  el  tiempo  entre  eventos  del  lluvia,  las  condiciones  de  las  plantas  y 
condiciones ambientales y las características de almacenamiento propias del medio de crecimiento 
(Roehr y Fassman-Beck, 2015). Por su parte, la tasa de ET dependerá de la disponibilidad y facilidad 
de  acceso  al  agua  almacenada.  Según  se  sabe,  el  agua  requerida  o  potencial  para  ser 
evapotranspirada  corresponderá  a  la  humedad  contenida  en  el  sustrato  entre  la  capacidad  de 
campo  y  el  punto  de  marchitamiento  permanente  (Roehr  y  Fassman-Beck, 2015).  En  la  Tabla  4. 
Principales  beneficios  y  limitaciones  de  los  Techos  Verdes.Tabla  4  
se  presentan  los  principales 
beneficios  y  limitaciones  asociadas  a  los  techos  verdes  (Adaptado  de  Urban  Drainage  and  Flood 
Control District, 2010; y Clean Water Services, 2009). 

Tabla 4. Principales beneficios y limitaciones de los Techos Verdes. 

Beneficios 

Limitaciones 

  Reduce caudales y volúmenes de escorrentía 

 

  Experiencia limitada sobre su implementación 

  Reduce el efecto de isla de calor en áreas 

urbanas 

  Los costos iniciales de instalación son mayores 

que los correspondientes a un techo 
convencional 

  Puede proporcionar valor en la acreditación 

LEED 

  Irrigación requerida en zonas de clima semi-

árido 

  Puede extender la vida útil del techo 

reduciendo las fluctuaciones de temperatura 
diaria y evitando el ingreso de luz ultravioleta 

  Requiere de mantenimiento significativo 

durante el periodo de establecimiento de la 
vegetación (primeros dos años) 

  Puede proporcionar ahorro de energía por 

aislamiento adicional  y refrigeración por 
evapotranspiración 

  Su uso se ve restringido por la resistencia 

estructural de las edificaciones; no obstante 
hay mayor flexibilidad para nuevas 
urbanizaciones 

  Provee espacios abiertos estéticamente 

agradables en zonas de alta densidad urbana 

  

 

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Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

18 

 

Respecto  a  su  desempeño,  algunos  trabajos  académicos  han  recopilado  información  sobre 
diferentes  estudios  desarrollados  en  diferentes  partes  del  mundo.  El  primero  de  estos,  recopila 
información del porcentaje de reducción de precipitación o escorrentía en relación con el espesor 
del sustrato y pendiente del techo de 10 estudios previamente desarrollados en diferentes partes 
del mundo (Dietz, 2007); el segundo suministra información de 13 casos de estudio donde se mide 
el nivel de reducción de escorrentía de los techos verdes analizados (Ahiablame et al., 2012). En la 
Tabla 5 y Tabla 6 se presenta la información descrita. 

Tabla 5. Eficiencia de retención en relación con el espesor del sustrato y pendiente de Techos Verdes (Dietz, 2007). 

Ubicación 

Retención de 

precipitación (%) 

Espesor del 

sustrato (cm) 

Pendiente del 

techo (%)  

Referencia 

Augustenborg, Suecia 

63.0 

3.0 

2.6 

Bengtsson et al. 2005 

Oregon, USA 

69.0 

12.7 

Hutchinson et al. 2003 

Michigan, USA 

38.6 

2.0 

2.0 

Monterusso et al. 2004 

Michigan, USA 

58.1 

1.0 

2.0 

Monterusso et al. 2004 

Carolina del Norte, USA 

62.0 

7.6 

Moran et al. 2004 

Carolina del Norte, USA 

63.0 

10.2 

3.0 

Moran et al. 2004 

Michigan, USA 

69.8 

2.5 

2.0 

Van Woert et al. 2005 

Michigan, USA 

70.7 

4.0 

2.0 

Van Woert et al. 2005 

Michigan, USA 

65.9 

4.0 

6.5 

Van Woert et al. 2005 

Michigan, USA 

68.1 

6.0 

6.5 

Van Woert et al. 2005 

Promedio 

62.8 

  

  

  

 

Tabla 6. Eficiencia de reducción de escorrentía, 13 casos de estudio (Ahiablame et al., 2012). 

Estudio 

Ubicación 

Reducción de 

escorrentía (%) 

Scholtz-Bart (2001) 

Ilinois, USA 

65.0 

Bass and Baskaran (2003) 

Ottawa, Canadá 

23.0 

Liu (2003) 

Ottawa, Canadá 

54.0 

DeNardo et al. (2005) 

Pennsylvania, USA 

40.0 

Van Woert et al. (2005) 

Michigan, USA 

49-83 

Hathaway et al. (2008) 

Carolina del Norte, USA 

64.0 

Bliss et al. (2009) 

Pennsylvania, USA 

70.0 

Roehr and Kong (2010) 

Vancouver and Kelowna, Canadá 

29-100 

Roehr and Kong (2010) 

Shanghai, China 

55.0 

Stovin (2010) 

Sheffield, UK 

34.0 

Voyde et al. (2010) 

Auckland, Nueva Zelanda 

82.0 

Gregoire and Clausen (2011) 

Connecticut, USA 

51.0 

Carpenter and Kaluvakolanu (2011) 

Michigan, USA 

68.0 

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Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

19 

 

Respecto a esta información, se puede notar en el estudio desarrollado en 2007 un porcentaje de 
reducción de escorrentía entre el 38.6% y el 70.7%; no obstante la información suministrada para 
el año 2012 da cuenta de valores menores en 3 casos y amplias variaciones en dos casos particulares, 
el más representativo de 29 a 100% de reducción de escorrentía. De lo anterior, se puede decir que 
dicha variación en el rango de resultados para un techo verde y los valores extremos encontrados 
pueden deberse a las diversas condiciones de lluvia (frecuencia e intensidad) a las que se pudieron 
haber  sometido  los  mismos.  Sin  embargo,  hay  que  resaltar  una  marcada  prevalencia  de  buen 
desempeño en la reducción de escorrentía, pues la mayoría de los resultados se encontraron por 
encima del 50%. Por otro lado, no es calara la incidencia del espesor del sustrato y pendiente del 
techo en la reducción de escorrentía. 

2.3.3  Tanques de Tormenta 

Según lo descrito por el Centro de Investigación en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA (2014), 
de la universidad de los Andes, los tanques de tormenta son depósitos de retención empleados para 
contener  temporalmente  el  agua  de  escorrentía  pluvial  evitando  con  ello  problemas  de 
inundaciones  urbanas,  los  cuales  pueden  ser  clasificados  según  su  funcionalidad,  tipología 
constructiva o tipo de conexión con el sistema de drenaje. Dentro de su funcionalidad, estos pueden 
controlar los caudales descargados a cuerpos de agua para evitar su inundación, así como controlar 
la calidad de los vertimientos descargados. Respecto a su tipología constructiva, estos pueden ser 
depósitos abiertos a la atmósfera, como los sistemas SUDS, o pueden ser depósitos subterráneos 
como tanques de hormigón de alta capacidad o tanques prefabricados. Finalmente, estos sistemas 
de control pueden ser instalados considerando una conexión de tipo on-line u off-line con el sistema 
convencional de drenaje y plantas de tratamiento.  

Dado  que  el  propósito  del  presente  trabajo  es  comparar  dos  tipos  de  sistemas  con  diferentes 
mecanismos de control en zonas urbanas altamente densificadas, los tanques de tormenta a los que 
se  hará  alusión  corresponden  a  los  depósitos  subterráneos  de  gran  capacidad

1

,  preferiblemente 

sintéticos. Este tipo de tanques constituyen una de las alternativas más viables cuando la capacidad 
de las tuberías del sistema convencional no puede ser ampliada, así también en el caso de ciudades 
altamente  densificadas  donde  es  poco  factible  la  instalación  de  sistemas  de  control  en  espacios 
abiertos. A pesar de ser mecanismos que pueden garantizar altos volúmenes de control, algunas 
desventajas  asociadas  a  su  uso  están  relacionadas  con  su  costo  de  instalación,  operación  y 
mantenimiento, así como el aporte nulo en paisajismo en comparación con los sistemas abiertos a 
la  atmósfera  como  los  SUDS.  Algunos  ejemplos  de  tanques  de  tormenta  prefabricados  son  los 

                                                           

1

 De acuerdo con la información técnica suministrada por la  empresa Premier Tech, los tanques prefabricados Conder 

Storage Tanks (ver Figura 6), tienen capacidad de almacenamiento de 1 a 250 m

3

 (Premier Tech - Aqua, 2015).

 

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20 

 

tanques en forma cilíndrica compuestos por materiales termoplásticos y tanques compuestos por 
múltiples elementos estructurales o módulos, como se muestra en la siguiente Figura. 

 

Figura 6. Tipos de Tanques de Tormenta subterráneos prefabricados (izq. Conder Storage Tank, der. Aquacell).   

2.4  Storm Water Management Model – SWMM 

El Storm Management Model o Modelo de Gestión de Aguas Pluviales de la Agencia de Protección 
del Medio Ambiente de Estados Unidos (EPA - Environmental Protection Agency), es un modelo de 
simulación dinámica del agua lluvia, de libre acceso en la página web de la EPA, descrito por Burszta-
Adamiak  y Mrowiec  (2013)  como  uno  de  los más  empleados  en  todo  el  mundo.  Éste  puede  ser 
empleado para un evento particular de precipitación o para la simulación continua en un periodo 
extendido. Está en la capacidad de simular tanto la calidad como la cantidad del agua lluvia drenada, 
especialmente  en  alcantarillados  urbanos.  Maneja  un  Módulo  de  escorrentía  o  Hidrológico  y  un 
Módulo  de  Transporte  o  Hidráulico,  que  dirigen  el  análisis  de  la  precipitación  y  escorrentía  en 
función  de  cuencas  de  drenaje  y  diversos  modelos  hidrológicos,  y  a  su  vez  permiten  la 
caracterización  puntual  del  sistema  convencional  de  drenaje  compuesto  por  tuberías,  canales, 
dispositivos  de  almacenamiento  y  tratamiento,  bombas  y  elementos  reguladores.  De  acuerdo  a 
esto, el modelo de la EPA está en la capacidad de seguir la transformación de la calidad y cantidad 
del agua de escorrentía en cada cuenca, el caudal y nivel de agua en los pozos, y la calidad en cada 
tramo de tubería o canal, en múltiples intervalos de tiempo. La 5ª versión ha sido desarrollada por 
la  National  Risk  Management  Research  Laboratory  de  la  EPA,  en  colaboración  con  la  firma 
consultora CDM, Inc (EPA, 2010). 

Las técnicas de infraestructura verde (Green Infrastructure – GI) o LID (Low Impact Development) 
fueron explícitamente introducidas en el algoritmo del modelo en 2010, y posteriormente revisadas 

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21 

 

en 2014 para la publicación de la versión 5.1. Los mecanismos de control LID o SUDS incluidos son: 
celdas de bioretención o alcorques inundables, zonas de bioretención o jardines de lluvia, techos 
verdes, zanjas de infiltración, pavimentos permeables, tanques de almacenamiento (domiciliarios) 
y cunetas verdes vegetadas.  

En lo que respecta a los techos verdes, SWMM 5.1 define las propiedades de este sistema en función 
de su estructura multicapa, incluyendo tres fases: superficie, suelo o sustrato y material drenante. 
Para cada una de estas, el usuario debe ingresar la información técnica relevante para su simulación. 
Según lo describe Daniel Roehr y Elizabeth Fassman-Beck (2015), SWMM 5.1 asume que la humedad 
del sistema se moviliza de forma vertical en el proceso de percolación, de acuerdo al modelo de 
infiltración de Green-Ampt y que el agua precipitada sobre el sistema es drenada luego de que la 
humedad del sistema alcanza la capacidad de campo del sustrato; consecuentemente, el mínimo 
contenido de  humedad del sistema corresponde al punto de marchitamiento permanente.  Dado 
que  los  tanques  de  almacenamiento  incluidos  en  la  sección  de  mecanismos  LID  corresponden  a 
depósitos  del  orden  residencial,  los  tanques  de  tormenta  se  ven  mejor  representados  por  los 
“sistemas  de  almacenamiento”  o  “storage  units”,  definidos  como  nodos  con  alta  capacidad  de 
almacenamiento, cuyas propiedades volumétricas pueden ser representadas por tablas o funciones 
de  la superficie de  almacenamiento en función de  la  altura.  Otros parámetros característicos de 
estos  sistemas  en  el  modelo  son:  la  cota  de  fondo,  altura  máxima  del  mismo,  la  proporción  de 
evaporación que se produce en el sistema de almacenamiento, la superficie de almacenamiento del 
agua  estancada  cuando  hay  inundación  (parámetro  opcional)  e  información  sobre  aportantes 
externos de caudal (parámetro opcional).  

2.5  Modelo Hidrológico del Soil Conservation Service – SCS 

El Technical Release (TR)-55, conocido coloquialmente como  el método del “Número de Curva” (CN) 
es uno de los métodos más ampliamente empleados para la estimación del volumen de escorrentía 
pluvial  producido  luego  de  un  evento  de  lluvia.  Éste  fue  desarrollado  por  el  Natural  Resources 
Conservation  Service  (NRCS),  más  conocido  como  el  Soil  Conservation  Service  (SCS)  del 
Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. La metodología se encuentra descrita de forma 
puntual en el National Engineering HandbookPart 630 – Hidrology, disponible en la página web del 
NRCS con sus últimas actualizaciones. 

La gran acogida de este método se debe en gran medida a su simplicidad y razonable precisión en 
la estimación de  escorrentía (especialmente volúmenes  de  escorrentía)  para un evento de  lluvia 
dado (Hawkins et al., 2009) El método introduce una variable cuantitativa (el número de curva) que 
indica la proporción de escorrentía generada en una zona particular de acuerdo al uso del suelo, el 
tipo de  suelo y algunas condiciones  de  cobertura vegetal existentes  para una magnitud dada de 
lluvia. Entre mayor sea el número de curva, existe mayor potencial de generación de escorrentía o 

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22 

 

mayor proporción de áreas impermeables del suelo. Para áreas urbanas, el CN se encuentra entre 
valores de 39 y 98. El valor correspondiente al CN puede definirse según las especificaciones técnicas 
dadas en la Tabla 9-5 del Capítulo 9 del National Engineering Handbook (ver Anexo 8.1). Como lo 
cita Roehr y Fassman-Beck (2015), la expresión empleada para calcular el volumen de escorrentía 
pluvial corresponde a la siguiente: 

𝑄 =  

(𝑃 − 𝐼

𝑎

)

2

𝑆 + 𝑃 − 𝐼

𝑎

     

 

 

Ecuación 1. Cadual de escorrentía - 

SCS 

 

 

   𝑆 = [

1000

𝐶𝑁

− 10] ∗ 25.4  

 

Ecuación 2. Almacenamiento en 

función del CN 

 

Donde,  Q  es  la  profundidad  de  escorrentía  por  zona  de  captación  (mm  o  pulgadas),  P  es  la 
profundidad de lluvia (mm o pulgadas), S es la máxima capacidad de almacenamiento en la zona de 
captación (mm o pulgadas), CN es el número de curva del área de captación e 𝐼

𝑎

 es considerado 

como la profundidad de lluvia a partir de la cual se genera escorrentía (NRCS, 2004, pág. 10-5). 

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23 

 

3  METODOLOGÍA 

El análisis desarrollado se basó en la simulación de un modelo de lluvia-escorrentía del sector Chicó 
Norte (Bogotá)  en la versión 5.1 del software SWMM de la  USEPA (United States Environmental 
Protection  Agency).  Dado  que  se  quiere  verificar  y  evaluar  el  comportamiento  de  sistemas  de 
control de escorrentía pluvial únicamente se trabajó con la red pluvial del sector. Para su desarrollo 
fue  necesario el análisis espacial de la información característica del área  de  estudio, lo cual fue 
posible por medio del software ArcGIS 10.1. De acuerdo a lo requerido para el desarrollo del modelo, 
la recopilación y análisis de información se desarrolló en tres etapas: 1. Caracterización del modelo 
hidráulico, 2. Caracterización de cuencas, y 3. Definición de parámetros del modelo de infiltración y 
evento  de  lluvia.  Los  cuales  se  describen  con  detalle  en  las  siguientes  secciones.  El  modelo 
hidrológico empleado, como ya se describió en el numeral 2.5 del marco teórico, corresponde al 
Technical  Release  55  o  “Número  de  Curva”  desarrollado  por  el  Natural  Resourses  Conservation 
Service  (NRCS)  del  Departamento  de  Agricultura  de  los  Estados  Unidos  (USDA,  por  sus  siglas  en 
inglés).  

La  red  de  alcantarillado  pluvial  analizada,  red  Chicó  Norte,  fue  seleccionada  debido  a  su  previa 
inclusión en el proyecto Drenaje Urbano y Cambio Climático: Hacia los sistemas de alcantarillado 
del  futuro
,  desarrollado  por  el  Centro  de  Investigación  en  Acueductos  y  Alcantarillados  de  la 
Universidad  de  los  Andes.  En  dicho  proyecto  se  definieron  3  redes  de  alcantarillado  pluvial  de 
Bogotá,  a  saber,  Chicó  Norte,  Chicó  Sur  y  Mini-Chicó  Sur,  por  medio  de  las  cuales  se  planteó  el 
objetivo de probar las metodologías de control y gestión inteligente de redes de drenaje urbano en 
tiempo  real  planteadas  en  el  desarrollo  del  proyecto.  De  esta  forma,  la  selección  de  las  redes 
cumplió con criterios de cercanía del sistema a puntos de medición de caudales y niveles, e inclusión 
de zonas donde se han presentado sobrecargas e inundaciones en puntos localizados. Por lo anterior 
y teniendo en cuenta que para el sector analizado en el proyecto se desarrolló un análisis hidrológico 
con escenarios de cambio climático y adicionalmente se desarrolló de forma preliminar el modelo 
hidráulico de la red Chicó Norte, se consideró apropiado la selección de la misma para su análisis en 
el presente estudio. 

3.1  Caracterización del área de estudio 

La  red  Chicó  Norte,  ubicada  al  Nor-Oriente  de  la  ciudad  de  Bogotá,  se  definió  en  torno  al  área 
delimitada por las Unidades de Gestión de Alcantarillado (UGAs) comprendidas entre la Calle 100 y 
Calle 127, sentido Sur-Norte, y entre la Carrera 7ª y la Autopista Norte, sentido Oriente-Occidente 
(CIACUA, 2014). Las UGAs fueron definidas por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá 
(EAB) con el objetivo de mejorar la gestión administrativa y operativa de cada uno de los sectores 
que conforman la red de alcantarillado de Bogotá. En la Figura 8 se puede observar la ubicación del 

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24 

 

área de estudio en la ciudad y extensión de la misma, y en la Figura 8 las UGAs que se encuentran 
inscritas en ella. 

 

Figura 7. Perímetro urbano de Bogotá y área de estudio 

 

Figura 8. UGAs incluidas en el área de Estudio. 

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25 

 

En lo que respecta al área urbana, es indispensable la previa identificación de información espacial 
caracteríastica del área de estudio que será necesaria para su posterior análisis e inclusión en el 
modello.  Dentro  de  esta,  información  relevante  sobre  la  configuración  y  organización  urbana, 
incluyendo la parcelación de tierras, identificación y ubicación de zonas verdes, parques, plazas y 
vías es importante para la futura estimación del grado de impermeabilidad del suelo urbano. De 
igual modo, el uso de suelo sera fundamental para la definición del Número de Curva, pues como 
se  mencionó éste  consiste  en  uno  de  los  parámetros  determiantes  para  su estimación.  Por otra 
parte, será necesario el uso de informaicón que defina la topografía del terreno, por lo cual se hará 
uso de curvas de nievl del terreno. Finalmente, dado que es importante reconocer la factibilidad de 
implementación de los techos verdes la estratificación socio-económica del suelo urbano puede dar 
un indicio del tipo de edificaciones o techos y capacidad económica de los residentes.  

Sobre la configuración urbana, fue necesario acceder a información catastral suministrada por el 
Centro de Investigación en Sostenibiliad Urbana y Regional (SUR) de la Universidad de los Andes. 
Con esta fue posible conocer la parcelación del área urbana en las categorías lotes, manzanas y área 
construida, como se puede ver en la Figura 9 y . Hay que decir que la capa de área construida será 
el  insumo  principal,  no  solo  para  definir  el  grado  de  impermeabilidad,  sino  para  estimar  el  área 
factible de implementación de techos verdes.  en de la Figura 9 a la Figura 14  

 

Figura 9. Configuración urbana: (de izq. a der.) área construida, lotes y manzanas. 

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Figura 10. Acercamiento a sección del área urbana – área construida, lotes y manzanas. 

Dado  que  el  área  de  estudio  será  dividida  por  subcuencas  de  drenaje,  aferentes  a  los  pozos  de 
inspección del sistema, se han unido diversas capas de información sobre la ubicación de diversas 
áreas verdes, parques, plazas y trazado de vías, como se observa en la Figura 11. Esto se hace con 
el  fin  de  caracterizar  asertivamente  el  porcentaje  de  impermeabilidad  de  cada  subcuenca  de 
drenaje; no obstante, hay que decir que adicionalmente debe hacerse un seguimiento y análisis de 
imágenes satelitales actualizadas para asegurar la similitud del modelo con la realidad.  

 

Figura 11. Zonas verdes, parques, plazas y vías. 

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En  lo  que  respecta  al  uso  del  suelo,  gracias  a  información  suministrada  por  el  SUR,  fue  posible 
caracterizar  el  área  de  estudio  como  se  muestra  en  la  Figura  12,  de  acuerdo  a  la  siguiente 
clasificación: 

Tabla 7. Clasificación del uso del suelo por Código Zonal 

Zona 

Código 

zonal 

Descripción 

Residencial 

101 

Zona residencial neta 

102 

Zona residencial con zona 

delimitada de comercio y servicios 

Dotacional 

301 

Zona de equipamientos colectivos 

302 

Zona de servicios urbanos básicos 

Comercio y servicios 

401 

Zona de servicios empresariales 

405 

Zona de comercio cualificado 

408 

Grandes superficies comerciales 

Área de actividad 

central 

502 

Zona de núcleos fundacionales 

 

Como se observa en la Figura 12, predomina el uso de suelo residencial en una proporción mayor al 
70%,  seguido  del  uso  dotacional  y  en  menor  medida  el  uso  comercial  y  de  servicios.  El  área  de 
actividad central no es significativa, si se compara con la Figura 11 ésta corresponde a la única área 
de plaza o plazoleta. Al igual que para las áreas abiertas o zonas verdes, ésta información debe ser 
verificada con imagen satelital, pues a pesar de que se ha definido por lineamientos del POT (Plan 
de Ordenamiento Territorial), es susceptible de modificaciones por diversos cambios o falencias en 
el sector constructivo o urbanismo de la ciudad. 

Sobre la información topográfica, Chicó Norte se encuentra ubicado a una altura promedio cercana 
a los 2555 m.s.n.m.; no obstante, como se puede notar en la Figura 13 hacia el oriente incrementa 
la  altura  del  terreno  en  forma  considerable,  alcanzando  un  nivel  máximo  de  2728  m.s.n.m. 
solamente considerando el perímetro urbano. Esto implica una diferencia de 475 m con la curva de 
nivel más bajo. 

 

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Figura 12. Usos de suelo – clasificación zonal. 

 

Figura 13. Caracterización topográfica - Curvas de nivel. 

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Con respecto a la estratificación socio-económica (ver Figura 14), predomina el área residencial de 
estratos altos (5 y 6), en tanto que existe una proporción muy baja de los estratos 3 y 4, y no se 
identifican predios de estrato bajo. Lo anterior indica que a pesar de que la mayoría del área de 
estudio  es  de  tipo  residencial,  existe  una  alta  factibilidad  de  que  en  dichas  residencias  exista  la 
capacidad económica tanto para la instalación, como para el mantenimiento de los techos verdes.  

 

Figura 14. Estratificación socio-económica por manzanas. 

3.2  Modelación del área de estudio en EPASWMM 

Para la simulación del modelo de lluvia-escorrentía es necesario puntualizar la información recopilada en las variables 

o parámetros definidos por el modelo, lo cual fue desarrollado por medio de las diversas herramientas de análisis de 

información geográfico brindadas por el software ArcGis. A continuación se listan las variables que fueron 

modificadas para cada elemento del modelo (Nodos, tuberías y cuencas) como se muestra en la Tabla 8 (parámetros 

hidráulicos),  

Tabla 9 (Parámetros de cuencas) y Tabla 10 (Parámetros del modelo de infiltración). Respecto a los 
parámetros del modelo de infiltración, estos fueron definidos para cada subcuenca de acuerdo al 
modelo de infiltración de Número de Curva. Hay que resaltar que los parámetros no especificados 
en las tablas fueron definidos con los valores que aparecen por defecto en el programa o en blanco, 

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en  el  caso  de  las  descripciones  y  etiquetas  (Tags).  Adicionalmente,  gracias  a  la  versatilidad  del 
programa SWMM los grupos de información obtenidos para cada variable fueron incluidos en el 
modelo de lluvia-escorrentía por medio de la edición de datos en formatos de tipo “.txt”, los cuales 
tienen compatibilidad con el formato empleado por SWMM (“.inp”). 

Tabla 8. Parámetros Hidráulicos  

Elemento 

Características 

Nodos 

Identificación 
Coordenada X 
Coordenada Y 
Cota de fondo del nodo (m) 
Profundidad del pozo (m) 

Tubería 

Identificación 
Nodo de entrada 
Nodo de salida 
Forma 
Profundad máxima de la sección 
transversal o diámetro (m) 
Longitud (m) 
Rugosidad (n de Manning) 

 

Tabla 9. Parámetros de cuencas 

Elemento 

Características 

Subcuencas 

Identificación 
Patrón de lluvia o hietograma  
Nodo de salida 
Área (ha) 
Ancho (m) 
Pendiente media de la superficie (%) 
Porcentaje de área impermeable (%) 
n de Manning del área impermeable 
n de Manning del área permeable 
Profundidad de almacenamiento en zonas deprimidas de área impermeable (mm) 
Profundidad de almacenamiento en zonas deprimidas de área permeable (mm) 
Porcentaje del área impermeable sin almacenamiento en depresiones (%) 
Flujo interno entre subáreas permeables e impermeables (Salida, Permeable, 
Impermeable) 
Porcentaje de escorrentía transportada (%) 

 

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Tabla 10. Parámetros del modelo de Infiltración 

Tipo 

Variable 

Número 

de Curva 

Número de Curva 
Conductividad hidráulica* 
Tiempo requerido para que el suelo 
saturado esté completamente seco (días) 

* Variable no significativa en el análisis (obsoleta) 

3.2.1  Parámetros hidráulicos 

Como se describió, se tomó como insumo el modelo hidráulico inicial desarrollado por el CIACUA 
(2014) donde ya se había especificado la topología y diversas características de la red troncal y local, 
como diámetros, profundidades del pozo, rugosidades, longitud, sección transversal, y cotas de lo 
pozos. No obstante, fue necesaria su revisión y corrección dado que algunos pozos  se encontraban 
repetidos, algunas tuberías quedaban en contrapendiente y las cotas de los pozos tenían un desfase 
respecto al nivel del terreno. Hay que decir que el modelo desarrollado por el CIACUA se basó en 
información catastral suministrada por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB), 
la  cual  presentó  bastantes  errores  sobre  la  topología  y  características  físicas  del  sistema,  lo  que 
generó la necesidad de depurar la información al momento de construir el modelo; de igual modo, 
fue  necesario  el  desarrollo  de  un  procedimiento  de  esqueletización

2

,  debido  a  la  complejidad 

agregada  por  la  gran  cantidad  de  componentes  de  la  misma  (CIACUA,  2014).  Finalmente,  cabe 
resaltar que la corrección del modelo hidráulico fue posible gracias al apoyo del Asistente Graduado 
Carlos  Montes,  quien  tuvo  gran  participación  al  respecto.  Con  el  fin  de  dar  una  noción  de  la 
magnitud  de  la  red,  en  la  Tabla  11  se  indican  la  cantidad  de  los  elementos  principales  que  la 
conforman. 

Tabla 11. Componentes principales de la red Chicó Norte. 

Componente 

Cantidad 

Tuberías y conductos  

1275 

Cámaras de Inspección (pozos) 

1300 

Puntos de descarga 

 

Como puede notarse, la cantidad de tuberías y conductos del sistema es menor en 25 elementos en 
comparación con la cantidad de pozos debido principalmente a la presencia del Canal Molinos el 
cual hace parte de la red troncal, ubicado en sentido Oriente-Occidente sobre la mitad del área de 

                                                           

2

 Corresponde a un procedimiento donde se busca reducir el tamaño de la red, sin afectar su comportamiento 

hidráulico. 

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estudio. Finalmente, en la Figura 15 se presenta la topología de la red, así como cada uno de los 
componentes que la conforman: red troncal (en verde), red local (en azul), cámaras de inspección 
(en blanco) y punto de descarga (en rojo). 

 

Figura 15. Configuración hidráulica de la red de alcantarillado pluvial “Chicó Norte”. 

Cabe resaltar que para la corrección y verificación de la información hidráulica de la red se hizo uso 
del visor geográfico de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, disponible en la página 
web: http://www.acueducto.com.co/wascont/sigue-web/visor/base/index.html (ver Figura 16). 

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Figura 16. Red Chicó Norte y capas del visor geográfico del acueducto. 

3.2.2  Parámetros de cuencas  

3.2.2.1  Delimitación de Subcuencas 

Dado que SWMM trabaja con base en subcuencas de drenaje, para la definición de las mismas en la 
zona urbana se hizo uso de la herramienta “Create Thiessen Polygons” de ArcGIS teniendo en cuenta 
las  capas  de  información  del  perímetro  urbano  de  la  red  previamente  definido  y  los  pozos  del 
sistema  de  alcantarillado  correspondientes  al  área  urbana.  En  la  Figura  17  se  detalla  el 
procedimiento seguido. Dado que al costado oriental de la red se cuenta con la presencia de una 

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extensa  zona  rural  de  alta  pendiente,  se  consideró  apropiado  su  inclusión  como  subcuencas  de 
drenaje  aferentes  a  los  pozos  colindantes  con  la  zona.  De  esta  forma,  para  su  definición  fue 
necesario  aplicar  un  nuevo  procedimiento  donde  pudiesen  identificarse  la  dirección  de  flujo  y 
acumulación del agua en función de la topografía del terreno. 

 

Figura 17. Diagrama de flujo – delimitación de subcuencas de la zona urbana. 

La  definición  de  las  cuencas  de  drenaje  de  la  zona  rural,  cuyo  procedimiento  se  detalla  en  el 
diagrama de flujo de la Figura 18Figura 17, fue posible gracias a la herramienta “Watersheds” de 
ArcGIS. Esta herramienta permite obtener una capa raster con información de cuencas de drenaje 
delimitadas por criterios de dirección de flujo y acumulación o empozamiento del agua de acuerdo 
a  la  topografía  del  terreno  y  sumideros  definidos. Posteriormente,  para  facilitar  el manejo  de  la 
información obtenida, es posible vectorizar la capa raster por medio de la herramienta “Raster to 
Polygon” de ArcGIS. En la Figura 19 se observan algunas capas creadas en el proceso de delimitación 
de  subcuencas  rurales  y  área  de  estudio  final;  de  igual  manera,  en  la  Figura  20  se  observan  las 
subcuencas de  drenaje  del área  urbana y rural finalmente  definidas; en total se  definieron 1294 
subcuencas de drenaje. 

  

 

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Figura 18. Diagrama de flujo – delimitación de subcuencas de la zona rural. 

 

 

 

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36 

 

 

Figura 19. Imágenes del procedimiento de delimitación de subcuencas rurales y área final de estudio. 

 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

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37 

 

 

Figura 20. Subcuencas de drenaje y nodos aferentes del área de estudio (zona rural y urbana). 

3.2.2.2  Área y ancho 

El  área  superficial  y  ancho  de  cada  una  de  las  subcuencas  es  posible  estimarlo  a  partir  de  la 
herramienta “Zonal Geometry as Table” de ArcGIS, en la cual es posible exportar una tabla “.txt” 
con  una  serie  de  parámetros  característicos  de  las  mismas.  Dado  que  el  ancho  requerido  en  el 
modelo corresponde a la distancia entre el punto más alejado de la cuenca y el punto de descarga 
o drenaje, ésta herramienta es ideal dado que permite calcular el ancho como la longitud del eje 
mayor de la elipse inscrita en la sección de mayor longitud de cada polígono (ver diagrama de flujo 
de la Figura 21).  

 

 

 

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38 

 

 

Figura 21. Diagrama de flujo – cálculo del área y ancho de las subcuencas. 

3.2.2.3  Pendiente media 

Respecto a la pendiente media, a partir de la información suministrada por las curvas de nivel, es 
posible generara una tabla de estadísticas donde se incluya la pendiente media por subcuenca a 
través de la herramienta “Zonal Statistics as Table” de ArcGIS. Lo anterior es posible con la previa 
generación  de  un  modelo  digital  de  elevación  (DEM)  y  su  posterior  parametrización  en  valores 
porcentuales del cambio de pendiente, así como la sectorización de la información por subcuencas 
(ver diagrama de flujo en la Figura 22)

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39 

 

 

Figura 22. Diagrama de flujo – estimación de la pendiente media de las subcuencas. 

3.2.2.4  Porcentaje de área impermeable 

Para estimar el porcentaje de área impermeable, fue útil la información geográfica recopilada sobre 
los usos del suelo, áreas verdes, parques, plazas/plazoletas y vías. La definición del porcentaje de 
área impermeable por subcuenca se basó, en primera medida en el criterio o clasificación dada por 
el Natural Resources Conservation Service (NRCS) del Departamento de Agricultura de los Estados 
Unidos, en el  capítulo  9  de  la  sección  Hidrológica  del  National  Engineering  Handbook  (Tabla 9-5  
incluida en el Anexo 8.1). De acuerdo a esto se procedió a crear una capa de información geográfica 
donde se caracterice dicho parámetro. Dado que cada subcuenca puede contar con diversos tipos 
de uso de suelo, se calculó el área impermeable por subcuenca como el promedio ponderado de los 
valores de área impermeable asignados por tipo de uso de suelo, con relación al área  total de la 
subcuenca (ver Ecuación 3)

Luego de la asignación inicial de porcentajes de área impermeable por tipo de suelo (ver Tabla 12) 
conforme a lo descrito por la Ecuación 3, se hizo una corrección de los valores asignados a algunas 
zonas  urbanas  (según  lo  define  el  código  zonal  de  usos  de  suelo)  verificando  la  información  por 

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40 

 

medio de fotografías satelitales actualizadas

3

, y la información geográfica de áreas verdes, parques, 

plazas/plazoletas, andenes y vías. En total se corrigieron 25 zonas de uso de suelo, de acuerdo a lo 
que  se muestra en la  Tabla 13. El mapa resultante de  la asignación de valores por subcuenca se 
muestra en el Anexo 8.4. 

Tabla 12. Asignación inicial de porcentajes de área impermeable por tipo de suelo 

Zona 

Código 

zonal 

Descripción 

% Área 

Impermeable 

Residencial 

101 

Zona residencial neta* 

12 a 65 

102 

Zona residencial con zona 

delimitada de comercio y servicios 

65 

Dotacional 

301 

Zona de equipamientos colectivos 

25 

302 

Zona de servicios urbanos básicos 

Comercio y 

servicios 

401 

Zona de servicios empresariales 

85 

405 

Zona de comercio cualificado 

408 

Grandes superficies comerciales 

Área de actividad 

central 

502 

Zona de núcleos fundacionales 

30 

* Valor dependiendo del área comprendida por la zona residencial 

 

Tabla 13. Valores de área impermeable corregidos por zonificación de uso de suelo. 

Área          

(Código de 

área) 

Identificador 

de Zona 

Número 

Zonal 

% AI 

Promedio 

Residencial       

(1) 

102 

78.6 

47.9 

102 

20 

101 

90 

19 

101 

12 

23 

101 

55 

103 

80 

101 

Dotacional       

(3) 

20 

301 

32.1 

21 

301 

80 

18 

303 

65 

22 

301 

60 

24 

301 

30 

15 

302 

                                                           

3

 La EAAB cuenta con información geográfica e imágenes satelitales actualizadas disponibles en la página 

web http://gme.acueducto.com.co/datos/. 

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41 

 

302 

12 

302 

Comercio y 

Servicios           

(4) 

10 

405 

90 

88.1 

11 

408 

85 

12 

405 

90 

25 

401 

80 

408 

90 

14 

401 

90 

16 

405 

90 

17 

401 

90 

Actividad 

Central             

(5) 

502 

85 

85 

 

%𝐴𝐼

𝑆

𝑖

=

(%𝐴𝐼

𝑗

∗ 𝐴

𝑗

)

𝑗=𝑛

𝑗=1

𝐴

𝑠

𝑖

  

 

 

Ecuación 3. Área imermeable 

ponderada. 

Donde, %𝐴𝐼

𝑆

𝑖

= porcentaje de área impermeable de la subcuenca de drenaje  (%)𝐴

𝑆𝑖

= área total 

superficial de la subcuenca de drenaje (ha), %𝐴𝐼

𝑗

= porcentaje de área impermeable asociado al 

tipo de suelo  j  (%),  𝐴

𝑗

= área superficial de la subcuenca i asociado al tipo de suelo j (ha), 𝑛 = 

cantidad de tipos de uso de suelo en la subcuenca i

3.2.2.5  Coeficiente de rugosidad para áreas permeables e impermeables 

El coeficiente de rugosidad o n de Manning se definió de acuerdo a los valores establecidos en la 

Guía de Diseño Técnicas alternativas para soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos 
(Ministerio de Vivienda y Urbanismo de Chile, 1997). Los valores se presentan en el Anexo 
8.2.  Dada  la  alta  variabilidad  del  espacio  urbano  y  tipo  de  vegetación  del  área  rural,  se 
asignaron valores aleatorios con distribución de probabilidad uniforme, considerando como 
límite superior e inferior del rango de opciones a los valores extremos dados por la Guía de 
Diseño. En el área urbana (zona predominantemente impermeable) se consideró un rango 
de valores comprendidos entre 0.011 y 0.035; en tanto que para el área rural se consideró 
un rango de valores entre 0.03 y 0.16. 

3.2.2.6  Almacenamiento en depresiones de áreas permeables e impermeables 

El  almacenamiento  en  depresiones  hace  alusión  al  agua  estancada  o  almacenada  en  zonas  de 
hundidas  o  deprimidas  en  la  subcuenca.  Típicamente,  en  zonas  impermeables  dicho  valor  se 
encuentra en un rango entre 1.25 y 2.5 mm; mientras que en zonas permeables tal magnitud varía 

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42 

 

entre 2.5 y 7.5 mm (Iglesias & Martínez, 2013). De manera similar al procedimiento desarrollado 
para definir el coeficiente de Manning, dada la alta variabilidad de escenarios en la ciudad y zona 
rural, se asignaron números aleatorios comprendidos en los rangos anteriormente descritos para 
cada subcuenca, dependiendo del grado de impermeabilidad. No obstante, dado que la zona rural 
(costado oriental de la red) presenta alta pendiente el rango definido para la zona permeable fue el 
correspondiente a céspedes y hierba (2.5 a 5 mm), como se observa en la Tabla 14. 

Tabla 14. Valores típicos de almacenamiento en depresiones (Iglesias & Martínez, 2013) 

Tipo de superficie 

Profundidad de 

almacenamiento (mm) 

Zonas Impermeables  

1,25 - 2,5 

Césped/Hierba 

2,5 - 5  

Pastos/Prados 

≈ 5  

Lecho Forestal 

7,5  

 

3.2.2.7  Porcentaje de área impermeable sin almacenamiento en depresiones 

Para  definir  el  porcentaje  de  área  impermeable  se  consideró  la  posibilidad  de  que  las  áreas 
construidas, entre estas vías peatonales y vehiculares, techos de edificaciones, puentes, y plazas 
pavimentadas tuviesen adecuadas condiciones de drenaje o evacuación del agua de escorrentía. Lo 
anterior, dado que el área urbana de estudio presentó una alta proporción de predios de estrato 
alto  (estrato  5  y  6),  se  considera  que  existe  una  alta  proporción  del  área  impermeable  que  no 
permite  el  almacenamiento  del  agua  en  zonas  deprimidas.  Por  lo  anteros,  considerando  la 
variabilidad de la configuración urbana, se definieron valores aleatorios entre el 75 y 100% para las 
subcuencas urbanas, las subcuencas rurales mantuvieron un valor de 0%. 

3.2.3  Parámetros del modelo de infiltración y evento de lluvia 

3.2.3.1  Modelo de infiltración 

Aunque SWMM permite estimar la generación de escorrentía y nivel de infiltración de la zona de 
estudio con diversos modelos de infiltración (Horton, Green-Ampt y Número de Curva), se consideró 
que el Método del Número de Curva es el más apropiado dado que requiere de pocos parámetros 
y  consiste  en  un  método  confiable.  Los  parámetros  requeridos  en  SWMM  son:  coeficiente  del 
número de curva (CN) y tiempo de secado. El primero de los parámetros depende de dos factores 
principales, uso de suelo y características de la subcuena, y tipo de suelo (Grupo Hidrológico A, B, C 
y D, dependiendo de su configuración). El segundo de estos valores varía entre 2 y 14 días (Iglesias 
& Martínez, 2013); no obstante, dada la caracterización de cuencas definida por el CIACUA (2014), 

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43 

 

el valor estándar definido para las subcuencas corresponde a 7 días. Más adelante se verificará con 
el análisis de sensibilidad, que dicho valor no tiene incidencia alguna en los resultados del modelo. 

En lo que respecta a la definición del CN, fue necesario crear una capa de información geográfica en 
ArcGIS a partir de la información suministrada por el Mapa de Zonas Geotécnicas, desarrollado en 
conformidad con el Decreto 523 de 2010 por la Unidad Administrativa Especial de Catastro de la 
Secreta Distrital de Planeación. El mapa y clasificación de zonas geotécnicas se incluye como anexo 
en el presente documento (Anexo 8.3). En el Decreto 523 de 2010 se da una descripción detallada 
de  la composición principal de cada uno de los tipos de  suelos definidos,  lo que  hace  posible su 
asociación  con  el  Grupo  Hidrológico  definido  en  por  el  método  del  SCS  para  la  posterior 
identificación  del  CN  (ver  Tabla  15).  En  el  Anexo  8.6  se  muestra  una  imagen  de  la  capa  de 
información geográfica desarrollada con las zonas geotécnicas del área de estudio. Por otro lado, la 
selección del CN de cada subcuenca se dio cruzando la información del tipo de suelo y uso de suelo 
correspondiente. Inicialmente, en cada subcuenca, para cada grupo de suelo (A, B, C o D) se calculó 
un valor de CN ponderado por la fracción de área correspondiente a los usos de suelo incluidos en 
los el tipo de suelo en cuestión (ver Ecuación 4). Posteriormente, se pondera el valor de CN asignado 
a cada tipo de suelo con relación al área ocupada en la subcuenca (ver Ecuación 5). La asignación 
final del CN correspondiente a cada subcuenca se muestra en el Anexo 8.5. 

Tabla 15. Relación zonas geotécnicas en Chicó Norte (Decreto 523 de 2010) con el Grupo Hidrológico de Suelo (SCS). 

Zona geotécnica 

Composición principal 

Grupo Hidrológico (SCS) 

Aluvial 

Arenas arcillosas sueltas a compactas 

Cauce 

Gravas arenosas sueltas a compactas 

Cerros A 

Areniscas duras  

Depósito ladera 

Gravas arenosas sueltas a compactas 

Lacustre A 

Arcillas limosas muy blandas 

Piedemonte A 

Gravas areno arcillosas compactas 

Piedemonte B 

Gravas areno arcillosas compactas 

 
 
 

𝐶𝑁

𝑗𝑖

= %𝐴

𝑐

∗ 𝐶𝑁

𝑐

+ %𝐴

𝐼𝑛

∗ 𝐶𝑁

𝐼𝑛

+ %𝐴

𝑅

∗ 𝐶𝑁

𝑅

+ %𝐴

𝐷𝑃

∗ 𝐶𝑁

𝐷𝑃

+ %𝐴

𝐸𝐷

∗ 𝐶𝑁

𝐸𝐷

 

 

 

 

Ecuación 4. CN por 

tipo de suelo 

 

Donde,  𝐶𝑁

𝑗𝑖

= Número de Curva del tipo de suelo j de la subcuenca i, %𝐴

𝑐

= fracción de área 

comercial en el tipo de suelo  j, %𝐴

𝐼𝑛

= fracción de área industrial en el tipo de suelo j, %𝐴

𝑅

fracción de área residencial en el tipo de suelo j, %𝐴

𝐷𝑃

= fracción de área desarrollada permeable 

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44 

 

en el tipo de suelo j y %𝐴

𝐸𝐷

= fracción de área en desarrollo del tipo de suelo j. La variable 𝐶𝑁 

hacer referencia al Número de Curva de cada uso de suelo según el subíndice. 

𝐶𝑁

𝑆

𝑖

=

(𝐶𝑁

𝑗𝑖

∗ 𝐴

𝑗

)

𝑗=𝑛

𝑗=1

𝐴

𝑆

𝑖

 

 

Ecuación 5. CN 

ponderado por área 

 

Donde, 𝐶𝑁

𝑆

𝑖

= Número de Curva de la subcuenca de drenaje i, 𝐴

𝑆𝑖

= área total superficial de la 

subcuenca de drenaje (ha), 𝐶𝑁

𝑗𝑖

= Número de Curva asociado al tipo de suelo de la subcuenca i,  

𝐴

𝑗

= área superficial asociada al tipo de suelo de la subcuenca i (ha), 𝑛 = cantidad de tipos de 

suelo en la subcuenca i

3.2.3.2  Evento de lluvia 

Dado que la red Chicó Norte fue una de las tres redes seleccionadas en el proyecto Drenaje Urbano 
y Cambio Climático: hacia los sistemas de alcantarillado del futuro, 
desarrollado por el CIACUA, se 
incluyó un análisis exhaustivo de la precipitación en la zona de estudio (incluyendo Chicó Norte). De 
esta forma, se analizaron 5 escenarios de cambio climático a partir de los cuales se obtuvieron los 
hietogramas correspondientes al evento de lluvia de diseño de las redes (Inés Camilloni et al., 2014). 
Las estaciones pluviométricas empleadas en el análisis se  muestran en la Figura 23. Dado que el 
análisis del modelo de lluvia-escorrentía bajo diversos escenarios de cambio climático se sale del 
alcance del presente trabajo, únicamente se seleccionaron 2 hietogramas de diseño, a saber, la serie 
original y la “Estrategia 1” especificada para la red Chicó Sur. Las dos series se asignaron de forma 
aleatoria a las subcuencas para agregar variabilidad espacial de la precipitación en el área de estudio 
(ver Gráfica 1)

 

Gráfica 1. Hietogramas de diseño para el modelo de lluvia-escorrentía Chicó Norte (CIACUA, 2014) 

 

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

0:00 0:05 0:10 0:15 0:20 0:25 0:30 0:35 0:40 0:45 0:50 0:55 1:00 1:05 1:10 1:15 1:20 1:25 1:30 1:35

In

te

n

si

d

ad

 (

m

m

/hr

)

Instante (minutos)

Hietogramas  para las series de tiempo en SWMM   

ORIGINAL

ESTRATEGIA 1

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

Laura Carolina Vega Piña 

Proyecto de grado en Ingeniería Civil 

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Figura 23. Estaciones pluviométricas – análisis hidrológico Chicó Norte y Chicó Sur (CIACUA, 2014, p. 35). 

3.3  Análisis de sensibilidad  

Con la finalidad de conocer la respuesta del modelo ante las diversas variables características de las 
cuencas y  del modelo  de  infiltración  seleccionado,  se  ha  desarrollado  un  análisis  de  sensibilidad 
donde cada una de las variables es analizada de forma independiente. La metodología empleada 
consistió  en  definir  grupos  de  datos  clasificados  por  percentiles  con  base  en  la  información 
consignada o base de datos de cada variable. En la mayoría de los casos se emplearon cuartiles; no 
obstante hubo variables que no permitían la creación de más de 2 o 3 grupos de datos. Posterior a 
la generación de percentiles o grupos de datos, se generaron números aleatorios con el rango de 
datos comprendido en cada gurpo, teniendo en cuenta una distribución normal. Para cada uno de 
los casos, luego de generar los números aleatorios de la variable objetivo, se simuló el modelo en 
SWMM con el fin de obtener y comparar el hidrograma de salida del sistema con el hidrograma de 
la  red  original.  Las  variable  analizadas  fueron:  área,  porcentaje  de  área  impermeable,  ancho, 
pendiente  media,  n  de  Manning  de  áreas  impermeables,  n  de  Manning  de  áreas  permeables, 
almacenamiento  en  depresiones  de  áreas  permeables  e  impermeables,  porcentaje  de  área 

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impermeable sin almacenamiento en depresiones, Número de Curva, flujo entre subáreas y tiempo 
de  secado.    Las  gráficas  correspondientes  a  los  hidrogramas  de  salida  comparativos  de  cada 
parámetro se incluyen en el Anexo 8.7. 

A  continuación  se  muestran  los  rangos  definidos  para  cada  uno  de  los  grupos  de  datos  de  las 
variables analizadas. 

Tabla 16. Rango de valores por grupo de datos de cada parámetro – análisis de sensibilidad 

Parámetro (Unidad) 

Rango de valores por grupo de datos 

Grupo 1 

Grupo 2 

Grupo 3 

Grupo 4 

Área (ha) 

[12.5 - 2156] 

[2156 - 417] 

[4172 - 7152] 

[7152 - 25884759] 

%Área Impermeable (%) 

[0 - 0.552] 

[0.552 - 0.786] 

[0.786 - 0.9] 

Ancho (m) 

[2.05 - 37.54]  [37.54 - 54.48] 

[54.58 - 72.37] 

[72.37 - 896.14] 

Pendiente (%) 

[0.01 - 0.65] 

[0.65 - 3.54] 

[3.54 - 54.78] 

n-Manning Imp. 

[0 - 0.009] 

[0.009 - 0.016] 

[0.016 - 0.017] 

n-Manning Perm. 

[0 - 0.021] 

[0.021 - 0.078] 

[0.078 - 0.13] 

s- Impermeable (mm) 

[1.25 - 1.59] 

[1.59 - 1.88] 

[1.88 - 2.19] 

[2.19 - 2.5] 

s -  Permeable (mm) 

[2.5 - 3.19] 

[3.19 - 3.99] 

[3.99 - 4.69] 

[4.69 - 7.49] 

%AI sin A/D (%) 

[60 - 70] 

[70 - 80] 

[80 - 90] 

[90 - 100] 

Número de Curva (-) 

[39 - 70.75] 

[70.75 - 102.5] 

[102.5 - 134.3] 

[134.3 - 166] 

Flujo entre subáreas 

"Outlet" 

"Impervious" 

"Pervious" 

Tiempo de secado (días) 

[1 - 3] 

[3 - 6] 

[7 - 10] 

[10 - 15] 

 

Para la generación aleatoria del grupo de datos comprendido en los rangos descritos en la Tabla 16, 
de  manera  que  se  cumpla  una  distribución  de  probabilidad  normal,    es  necesario  identificar  la 
desviación estándar y la media del conjunto de datos. Dado que se cuenta con los valores extremos 
de cada conjunto de datos, el la media se define como el promedio de los valores extremos, en tanto 
que la desviación estándar se obtiene definiendo previamente un intervalo de confianza. En el caso 
del  conjunto  de  datos  creados,  se  consideró  un  intervalo  de  confianza  mayor  al  99.74%

4

.  La 

expresión empleada para su cálculo se describe a continuación (Ecuación 6). 

𝑣

𝑚í𝑛

𝑖

= 𝑥̅

𝑖

− 4𝜎

𝑖

       ⇒         𝜎

𝑖

=

𝑥̅

𝑖

− 𝑣

𝑚í𝑛

𝑖

4

 

 

Ecuación 6. Desviación estandar 

– análisis de sensibilidad. 

                                                           

4

 La expresión 𝑥̅ ∓ 3𝜎 indica un intervalo de confianza del 99.74% en una distribución normal.  

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Donde 𝑣

𝑚í𝑛

= extremo inferior del rango definido para el conjunto de datos 𝑖, 𝑥̅

𝑖

= promedio del 

conjunto de datos (promedio de los valores extremos) y 𝜎

𝑖

= desviación estándar del conjunto de 

datos. 

3.4  Escenario con Techos Verdes  

Dado que se quiere analizar el nivel y tipo de control que es capaz de ejercer este sistema sobre la 
generación de escorrentía urbana y mitigación de  inundaciones,  se modeló un escenario de  alto 
nivel  de  incidencia  donde  el  100%  del  área  construida  es  factible  de  implementación  de  techos 
verdes.  Como se  mencionó  en  el marco  teórico,  la  caracterización  de  los  techos  verdes en  EPA-
SWMM se determina por medio de la parametrización de tres capas o niveles que lo conforman: 
superficie, suelo o sustrato y material drenante. Para este escenario se consideró conveniente la 
definición  de  un  solo  tipo  de  techo  verde  (“TV1”),  cuyas  variables  se  consideran  estándar,  de 
acuerdo a una revisión bibliográfica previa. Los parámetros de cada capa del techo se muestran en 
la  Figura  24.  Para  definir  el  número  de  techos  verdes  en  cada  subcuenca,  se  calculó  el  área 
construida y se dividió por un área promedio de 250 M

2

, adicionalmente, el ancho se calculó como 

la raíz cuadrara del área, suelo seco (porcentaje del suelo inicialmente saturado) y ningún aporte de 
agua de escorrentía proveniente de áreas impermeables, únicamente el aporte por lluvia. 

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Figura 24. Parámetros de EPA-SWMM para un Techo Verde estándar. 

3.5  Escenario con Tanques de almacenamiento 

La simulación del escenario con Tanques de almacenamiento se llevó a cabo a partir de la conversión 
de  algunos  nodos  de  la  red  original  en  “Storage  Units”  (unidades  de  almacenamiento),  para  los 
cuales fue necesario evaluar la función de la superficie de almacenamiento en función de la altura 
del volumen almacenado. Al convertir el nodo en una unidad de almacenamiento, permanecen las 
mismas  propiedades  de  cota  de  fondo  y  altura  máxima  del  nodo  o  pozo,  y  dado  que  se  quiere 
generar depósitos regulares, el área de almacenamiento no debe cambiar con la profundidad. Por 
lo  anterior  en  la  función  expresada  como  𝐴 = 𝐴 ∗ ℎ

𝐵

+ 𝐶,  donde  A  corresponde  al  área  de 

almacenamiento,  h  corresponde  a  la  profundidad  de  almacenamiento  y,  B  y  C  a  variables 
características de la geometría del depósito, se define el exponente B y la constante C iguales a cero. 
Con  lo  anterior  solo  es  necesario  definir  el  área  ocupada  por  el  depósito,  la  cual  permanece 
constante con la profundidad del agua almacenada con máxima profundidad igual a la del pozo.  

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Al  igual  que  en  el  escenario  de  techos  verdes  es  deseable  recrear  un  escenario  de  alta 
representatividad  donde  pueda  analizarse  el  potencial  de  control  de escorrentía  y mitigación de 
inundaciones. Para definir la ubicación de los tanques, se analizó en lapos de tiempo de 15 minutos 
el comportamiento del sistema durante el evento de lluvia. Esto fue posible gracias a las aplicaciones 
de visualización de los caudales de inundación en los nodos de la red por medio de la herramienta 
Map Query”. Al simular la red original, se encontró que la red presentaba su estado más crítico, en 
términos de inundaciones, al minuto 45, en el cual se presentaban 21 pozos con inundación superior 
a los 800 litros por segundo (ver Figura 25). De acuerdo a esto se ubicaron inicialmente 21 tanques 
en los nodos con mayores volúmenes de inundación, todos con 500 m

de área. Posteriormente, 

luego de realizar varias pruebas e intentar reducir el número de tanques al incrementar el volumen 
de los tanques en zonas críticas, se definió un escenario final de 16 tanques: uno de 1000 m

2

, tres 

de 850 m

2

, dos de 800 m

2

, cuatro de 500 m

2

 y seis de 350 m

2

. El criterio final de selección de tanques 

tuvo en cuenta el cambio gradual de inundación de pozos del sistema en el lapso de tiempo más 
crítico:  del minuto 0:45  a 1:25  (ver  Figura  26).  Cabe  resaltar,  que  la  profundidad  máxima  de  los 
tanques  quedó  definida  en  2.2  m  de  acuerdo  a  la  información  proveniente  de  los  pozos  de 
inspección iniciales. 

 

Figura 25. Nodos de la red Chicó Norte con inundaciones superiores a los 800 lps en el minuto 45.  

 

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Figura 26. Ubicación de tanques y caudal de inundación en nodos y tanques del minuto 0:45 a la 1:15. 

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4  RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 

4.1  Análisis de sensibilidad 

Luego de simular el modelo con el conjunto de datos generado para cada rango definido en la Tabla 
16, s
e ha analizado el comportamiento del caudal de salida del sistema por medio de la generación 
de hidrogramas; éstos se presentan con detalle en el Anexo 8.7. Para visualizar de forma resumida 
y concreta los resultados obtenidos, se ha decidido analizar y comparar el caudal pico generado en 
cada simulación en comparación con el caudal pico obtenido a la salida del sistema original. De esta 
forma en la Tabla 17 se presentan los resultados por variable y rango de datos. El caudal pico del 
sistema original fue de 7088.98 lps. 

Tabla 17. Resultados del análisis de sensibilidad – comparación con caudales pico. 

Caudal Pico (LPS) y diferencia relativa absoluta (%) 

Variable 

Rango 1 

Rango 2 

Rango 3 

Rango 4 

Promedio  

Sensibilidad 

Área 

1321.23 

3396.15 

5276.25 

14110.47 

6026.03 

Alta 

81.4% 

52.1% 

25.6% 

99.0% 

64.5% 

%AI 

5892.09 

6950.61 

7234.43 

6692.38 

Media 

16.9% 

2.0% 

2.1% 

6.96% 

Ancho 

5749.88 

6274.42 

7088.75 

9437.92 

7137.74 

Alta 

18.9% 

11.5% 

0.003% 

33.1% 

15.9% 

Pendiente 

6879.4 

8155.45 

9752.26 

8262.37 

Alta 

3.0% 

15.0% 

37.6% 

18.5% 

n-Imp 

7250.62 

7154.29 

7143.12 

7182.68 

Baja 

2.3% 

0.9% 

0.8% 

1.3% 

n-Perm 

9580.05 

7656.28 

5557.19 

7597.84 

Alta 

35.1% 

8.0% 

21.6% 

21.6% 

S-Imp 

7292.46 

7154.29 

7320.02 

7229.37 

7249.04 

Baja 

2.9% 

0.9% 

3.3% 

2.0% 

2.3% 

S_Perm 

7385.07 

7336.79 

7256.92 

6481.39 

7115.04 

Media 

4.2% 

3.5% 

2.4% 

8.6% 

4.7% 

AI_sinAD 

7288.75 

7189.1 

7210.82 

7077.16 

7191.46 

Baja 

2.8% 

1.4% 

1.7% 

0.2% 

1.5% 

CN 

1652.87 

7288.35 

10738.44 

10738.44 

7604.53 

Alta 

76.7% 

2.8% 

51.5% 

51.5% 

45.6% 

Flujo entre 

subáreas 

7542.22 

7191.09 

7366.66 

Media 

6.4% 

1.4% 

3.9% 

Tiempo de Secado 

7088.98 

7088.98 

7088.98 

7088.98 

7088.98 

Nula 

0.0% 

0.0% 

0.0% 

0.0% 

0.0% 

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En la Tabla 17, las variables “n-Imp” y “n-Prem” corresponden al coeficiente de Manning o rugosidad 
del  área  impermeable  y  permeable,  respectivamente;  las  variables  “s-Imp”  y  “s-Perm”  hacen 
referencia a la profundidad de almacenamiento en depresiones del área impermeable y permeable, 
y la variable “AI_sinAD” es el porcentaje de área impermeable sin almacenamiento en depresiones. 

De acuerdo a lo que se puede observar en la Tabla 17, las variables más influyentes en el modelo 
son el área, ancho, pendiente, rugosidad de la superficie del área permeable y el Número de Curva, 
de las cuales sobresalen las variables área y Número de Curva con variaciones promedio del caudal 
pico generado respecto al sistema original del 64.5% y 45.6%, respectivamente. Por otro lado, se 
identifica  una  incidencia  leve  de  las  variables  porcentaje  de  área  impermeable,  profundidad  de 
almacenamiento en depresiones de áreas permeables y el tipo de flujo entre subáreas. Finalmente, 
las  variables  menos  influyentes  en  el  modelo  fueron  la  rugosidad  de  la  superficie  de  la  zona 
impermeable, la profundidad de  almacenamiento en zonas impermeables, el porcentaje de área 
impermeable sin almacenamiento en depresiones y tiempo de secado. Respecto a esta última, no 
se encontró variación alguna de los resultados del modelo en el lapso de tiempo analizado, por lo 
cual se identifica como una variable de incidencia nula en el modelo. 

Con respecto al análisis de sensibilidad, debe decirse que las variables que deben ser estimadas con 
mayor precisión y exactitud son aquellas identificadas con un alto grado de influencia en el modelo, 
en especial el procedimiento de delimitación de cuencas y el cálculo del CN de cada subcuenca. Lo 
anterior  dado  que  errores  asociados  a  las  mismas  incrementarían  en  gran  medida  el  nivel  de 
incertidumbre,  así  como  el  grado  de  precisión  del  modelo  respecto  al  comportamiento  real  del 
sistema. Llama la atención, el bajo nivel de influencia de las variables representativas de la zona 
impermeable: rugosidad del terreno, profundidad de agua almacenada en depresiones y proporción 
de  ésta  que  no  permite  almacenamiento,  lo  que  deja  en  claro el  poco  nivel  de  influencia  de  las 
variables asociadas a la configuración urbana y su posible interacción. No obstante, debe decirse 
para la definición del Número de Curva, una de las variables de mayor influencia en el modelo, fue 
necesaria la recopilación de información relevante sobre la configuración urbana, específicamente 
la relacionada a la distribución y extensión de usos de suelo, presencia de parques, zonas verdes y 
áreas  abiertas,  por  lo  que  es  de  gran  importancia  su  adecuada  caracterización.  Finalmente,  se 
observa que las variables de mayor influencia son aquellas asociadas a la caracterización topológica 
y topográfica de las cuencas, así como el grado de almacenamiento y permeabilidad de las mismas, 
lo que deja de manifiesto el alto grado de interdependencia entre ellas. 

A pesar de que el análisis de sensibilidad buscó incluir una gran variedad de rangos de datos en cada 
variable, su análisis se limitó al grupo de datos inicial incluido en la caracterización de cuencas; es 
decir,  únicamente  se  contempló  la  variación  de  los  parámetros  del  modelo  en  relación  con  los 
valores previamente definidos para cada una de ellas en el modelo original. Lo anterior implica que 
variaciones de otro orden de magnitud, no contempladas en el rango de datos definidos para los 

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parámetros del modelo original pueden generar mayor incidencia en los resultados en comparación 
con  lo  presentado  en  la  Tabla  17.  Por  otro  lado,  dado  que  el  presente  análisis  se  dio  de  forma 
independiente  para  cada  variable,  se  ignora  la  posibilidad  de  que  exista  cierta  interacción  e 
interdependencia  entre  diversos  grupos  de  variables  de  tal  forma  que  puedan  influenciar  en 
conjunto el comportamiento del modelo. Por lo anterior, resultaría apropiado desarrollar un análisis 
con esta aproximación en futuros trabajos. 

4.2  Evaluación de escenarios 

Reconociendo que los principales impactos ambientales a cuerpos de agua receptores se generan 
por el incremento tanto de los volúmenes de agua vertidos, como de los caudales pico generados 
por  el  diseño  de  sistema  de  drenaje  basados  en  el  paradigma  de  la  rápida  evacuación  del  agua 
urbana, la evaluación de los escenarios se basó en el análisis de los hidrogramas de salida del sistema 
y el volumen de inundaciones mitigado en comparación con el modelo original de lluvia-escorrentía 
de la red Chicó Norte. 

4.2.1  Hidrogramas de salida 

Para los escenarios de control de escorrentía definidos, en los cuales se procuró un alto nivel de 
implementación de los sistemas evaluados, se analizó el cambio del caudal drenado en el sumidero 
de descarga de la red a partir de su variación relativa en el tiempo en relación con el hidrograma de 
salida del sistema original (ver Gráfica 2). Este análisis permitió identificar el tiempo de reacción de 
los mecanismos de control en cuanto a la reducción del caudal drenado, así como la magnitud de 
mitigación  del  caudal  descargado  a  los  cuerpos  de  agua  receptores  en  un  tiempo  determinado. 
Como se puede observar en la Gráfica 1, la serie de tiempo de los eventos de lluvia tiene su máxima 
intensidad entre el minuto 30 y el minuto 50, lo que permite tener una referencia temporal de la 
acción  de  control  ejercida  por  los  mecanismos  a  evaluar.  De  acuerdo  a  esto,  en  la  Gráfica  2  se 
observa una intersección de las curvas generadas por cada mecanismo, la cual se da en un tiempo 
muy cercano al tiempo de generación del caudal pico del modelo original. De esta forma dado que 
una variación porcentual positiva en el eje de la Gráfica 2 implica la reducción en el caudal de 
salida,  se  puede  notar  que  los  tanques  de  almacenamiento  reducen  el  caudal  de  escorrentía 
drenado en el tiempo previo y durante la generación del caudal pico del sistema original, en tanto 
que los techos verdes mitigan el volumen descargado  posteriormente a la generación del caudal 
pico. Adicionalmente, se puede notar una reacción opuesta entre ambos mecanismos a lo largo de 
toda la serie de tiempo, pues mientras los tanques de almacenamiento reducen el caudal drenado 
en el tiempo previo a la generación del caudal pico, la implementación techos verdes permite el 
incremento de los caudales a la salida del sistema; y caso contrario cuando los techos verdes ejercen 
control sobre el caudal. Finalmente, se puede notar que la máxima reducción de caudal se da por 

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cuenta de los techos verdes con una reducción del 34% en comparación con los tanques cuya valor 
máximo fue del 24%.  

 

Gráfica 2. Variación del hidrograma de salida de los escenarios de control de escorrentía respecto al sistema orignial. 

Al comparar los hidrogramas de salida generados por el escenario de  techos verdes, tanques  de 
tormenta y modelo original no se observa a simple vista un cambio representativo sobre el control 
del caudal, tal situación se da por los altos volúmenes drenados por el sistema; no obstante, como 
se presentó en la Gráfica 2, la reducción del caudal supera el 20% durante el momento más crítico 
para los dos casos seleccionados. En la Gráfica 3 se muestran los hidrogramas correspondientes. 
Como se puede observar en la Tabla 18, en ninguno de los dos escenarios de control modelados se 
logró una reducción mayor al 1% en el caudal pico de descarga. 

Tabla 18. Reducción del caudal pico – escenarios de control. 

Escenario 

Original  Techos Verdes  Tanques  

Caudal pico (lps) 

11889.13 

11803.0 

11777.1 

Diferencia relativa 

0.72% 

0.94% 

Caudal reducido (lps) 

86.1 

112.1 

 

Por  otro  lado,  durante  las  pruebas  realizadas  en  el  escenario  de  control  con  techos  verdes,  se 
identificó que la variable berma de la superficie del techo tiene una alta incidencia en la cantidad 
del volumen retenido por el sistema, lo cual se vio reflejado en una reducción del caudal pico en un 
9.8% cuando se empleó una berma de 30 mm (Techo Verde T2 en la  Gráfica 4). 

 

-140%

-120%

-100%

-80%

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

00:33 01:26 02:19 03:12 04:06 04:59 05:52 06:46 07:39 08:32 09:25 10:19

Varia

ción

 d

el ca

u

d

al 

d

e salid

(%

)

Tiempo (hh:mm)

Reducción porcentual del cauda de salida

Techos
Verdes

Tanques

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Gráfica 3. Hidrogramas de salida de los escenarios de control y modelo original. 

 

 

Gráfica 4. Hidrogramas de salida con escenario de techos verdes con berma de 2 y 30 mm (TV1 y TV2). 

 

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

00:00

01:12

02:24

03:36

04:48

06:00

07:12

08:24

09:36

10:48

Cau

d

al 

(lps

)

tiempo (hh:mm)

Hidrogramas de salida - comparación de sistemas de control

Original

Techos Verdes

Tanques

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

00:00

01:12

02:24

03:36

04:48

06:00

07:12

08:24

09:36

10:48

Cau

d

al 

(lps

)

Tiempo (hh:mm)

Hidrogramas de salida - comparación de techos verdes

TV1

Original

TV2

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Como se puede ver en la Gráfica 4, existe la posibilidad de generar un mayor control sobre el caudal 
pico a la salida del sistema en el escenario de techos verdes, lo que deja de manifiesto la necesidad 
de evaluar las propiedades descritas para el techo verde estándar “TV1” definidas en el modelo. Por 
otro  lado,  cabe  decir  que  a  pesar  de  la  gran  cantidad  de  escenarios  modelados  con  tanques  de 
almacenamiento, no fue posible identificar cambios importantes en el control del caudal pico, lo 
que  puede  deberse  a  la  forma  en  que  fue  configurado  el  sistema  de  tanques,  considerando  su 
cantidad,  ubicación  y  capacidad  de  los  mismos.  Dado  que  existe  una  amplia  posibilidad  de 
escenarios apropiados para el control de la escorrentía, se recomienda acudir a metodologías de 
optimización; algunas de estas descritas por el CIACUA (2014) en el Informe de la Fase 1 del proyecto 
“Drenaje Urbano y Cambio Climático: Hacia los sistemas de Alcantarillado del Futuro”. 

4.2.2  Inundaciones 

Al acudir a la información suministrada en la tabla “Node Flooding” de la sección de Resumen de 
Resultados brindado por SWMM se ha sumado el volumen total de inundación de todos los nodos 
de  la red bajo los  escenarios propuestos y modelo original. Al desarrollar este procedimiento se 
encuentra un volumen de inundación de 296484 m

3

 en el modelo original, de los cuales 14300 m

3

 

(4.8%) son evitados en el escenario de tanques de almacenamiento, mientras que en el escenario 
de techos verdes dicho volumen aumentó en 8885 m

3

 (3%) (Ver Tabla 19). Respecto a esto, puede 

concluirse que si bien los techos verdes permiten cierta reducción del volumen de agua precipitado 
por  medio  de  la  evapotranspiración  y  retención  en  el  sustrato,  estos  mecanismos  no  resultan 
efectivos para el almacenamiento de un volumen apreciable de agua lluvia de tal manera que se 
reduzca el volumen de inundación. Contrariamente a lo esperado, los techos verdes parecen afectar 
negativamente  el  sistema  de  drenaje  pluvial  incrementando  las  inundaciones,  lo  que  puede  ser 
explicado por el tiempo y forma de reacción de este mecanismo, el cual evidenció reducciones de 
caudal a la salida del sistema solo después de la generación del caudal pico. 

Tabla 19. Reducción en el volumen de inundación  - escenarios de control. 

Escenario 

Original 

Techos Verdes 

Tanques 

Volumen total de 

inundación (m3) 

296484 

305369 

282184 

Diferencia relativa 

-3.0% 

4.8% 

Volumen reducido (m3)  

-8885 

14300 

 

 

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5  CONCLUSIONES 

Con  el  proceso  de  urbanización  se  ha  generado  la  transformación  del  espacio  natural, 
incrementando la superficie impermeable y generando nuevas necesidades de evacuación tanto del 
agua  lluvia  como  del  agua  residual  para  evitar  su  concentración  en  zonas  urbanas  y  prevenir  la 
afectación  de  la  salud  pública.  Por  lo  anterior,  con  el  paso  de  los  años  se  han  creado  diversos 
sistemas  de  drenaje  urbano,  pasando  por  sistemas  de  evacuación  de  aguas  lluvias  en  canales 
abiertos y empleo de pozos sépticos para el manejo de aguas residuales en ciudades como Londres, 
hasta los sistemas de alcantarillado pluvial y sanitario convencionales que se conocen hoy en día: 
sistema combinado y sistema separado. A pesar de que el sistema convencional logró solucionar el 
problema  de  la  rápida  evacuación  de  aguas  urbanas  para  prevenir  inundaciones,  esta  solución 
implicó  a  su  vez  la  generación  de  nuevos  problemas  ambientales  y  de  salud  pública,  esta  vez 
asociados a la contaminación, erosión de cauces y mayor propensión de inundación de los cuerpos 
de agua receptores. Por lo anterior, en las últimas décadas se ha venido evaluando la posibilidad de 
implementar  nuevos  elementos o  sistemas  de  control  complementarios  al  sistema  convencional 
que permitan una concepción del drenaje urbano de forma más integral y sostenible. 

Los  diversos  mecanismos  de  control  de  escorrentía  propuestos  con  la  nueva  aproximación  del 
drenaje urbano como los conocidos SUDS o BMP, implican en su mayoría sistemas de instalación en 
áreas abiertas, y en ocasiones extensas, que buscan integrarse con el espacio urbano, aportando 
valor  estético  y  recreativo  además  de  la  mejora  en  la  calidad  y  reducción  de  la  cantidad  de 
escorrentía generada por la zona urbana. Por otro lado, el uso de varios de estos mecanismos se ve 
restringido por la disponibilidad de espacio en áreas urbanas altamente densificadas, por lo que su 
número  se  ve  drásticamente  reducido  en  estos  casos.  Uno  de  estos  mecanismos  factibles  de 
implementación en zonas altamente densificadas corresponde a los techos verdes, que por su gran 
atractivo y reconocimiento a nivel internacional ha sido seleccionado para el análisis en el modelo 
de lluvia-escorrentía. Adicional a este tipo de sistemas, surgen los tanques de tormenta, los cuales 
prometen altas capacidades de almacenamiento, sin alterar el suelo urbano en su superficie. Dado 
que también se constituyen en un mecanismo fiable de retención y a su vez permiten su operación 
y control en conjunto con la dinámica del sistema de drenaje, también fueron seleccionados para 
su análisis en el modelo y posterior contraste con los techos verdes. 

En  la  búsqueda  bibliográfica  sobre  las  características  de  estos  sistemas  se  identificaron  algunas 
ventajas adicionales al mecanismo de control de escorrentía en el caso de los techos verdes, tales 
como la capacidad para regular la temperatura de las edificaciones, reducir la incidencia de la luz 
ultravioleta sobre el techo incrementando la vida útil del mismo, mitigar el efecto de isla de calor 
asociado a las zonas urbanas y crear espacios de alto valor paisajístico, en contraste con los tanques 
de  tormenta.  No  obstante,  el  conocimiento  y  difusión  del  uso  de  estos  sistemas  en  la ciudad es 

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limitado y requiere de importante atención para su mantenimiento. En el caso de los tanques, estos 
no  presentan  beneficios  adicionales  como  los  mencionados  para  techos  verdes  y  a  su  vez 
representan altos costos de  instalación y mantenimiento; no obstante a diferencia de los techos 
verdes estos brindan la oportunidad de trabajar con sistemas de control y operación en conjunto 
con el sistema de alcantarillado de la ciudad. 

Al  respecto  del  software  empleado  (SWMM),  se  considera  que  es  una  herramienta  práctica, 
completa  y  versátil  para  su  uso  en  el  análisis  de  la  información  relacionada  a  redes  de  drenaje 
urbano, pues permite la exportación e introducción de datos en formatos de texto, lo que facilitó el 
manejo de la amplia base de datos en la parametrización del modelo. Por otra parte, el modelo de 
infiltración seleccionado para el análisis fue el Número de Curva, el cual se consideró apropiado por 
la reducida cantidad de parámetros requeridos: tiempo de secado, CN y conductividad hidráulica; 
de  los  cuales  solo  el  CN  influyo  en  el  modelo,  pues  la  conductividad  hidráulica  se  considera 
innecesaria por SWMM, y a su vez se identificó una influencia nula de la variable tiempo de secado 
en el análisis de sensibilidad. 

En lo relacionado con la Metodología, fue indispensable iniciar con la recopilación de información 
geográfica que permitiera la adecuada caracterización del área de estudio, insumo para el posterior 
análisis espacial y definición puntual de los parámetros del modelo. En este proceso es fundamental 
contar con información actualizada, así como acudir a fuentes de información fiables para procurar 
el mayor acercamiento posible del modelo con las condiciones reales. Para el análisis espacial se 
hizo  uso  del  software  ArcGIS,  el  cual  cuenta  con  herramientas  apropiadas  para  la  delimitación y 
caracterización de las cuencas de drenaje. En cuanto al modelo hidráulico, es importante verificar 
la adecuada conectividad del sistema y la correcta recreación topológica de la red en conformidad 
con los registros o información catastral disponible. Este proceso es fundamental para la adecuada 
representación del funcionamiento hidráulico real de la red y con ello lograr resultados fiables sobre 
el volumen de inundaciones e hidrogramas de salida. 

Respecto  al  análisis  de  sensibilidad  se  identificó  una  baja  influencia  de  algunas  variables 
características del área impermeable como rugosidad del terreno, agua almacenada en depresiones 
y proporción del área que  no permite  almacenamiento en depresiones,  las cuales se  definen de 
acuerdo a las características propias del entorno urbano. No obstante, a pesar de la baja influencia 
de este grupo de parámetros, el Número de Curva, cuyo valor depende de la configuración urbana 
en los usos del suelo, influenció en gran medida el modelo. El modelo fue altamente sensible a las 
variables  topológicas,  topográficas  y  aquellas  que  definen  la  facilidad  de  paso,  estancamiento  o 
infiltración del agua en el suelo de las subcuencas (área, ancho, pendiente, CN y rugosidad de la 
superficie permeable); las cuales se encuentran estrechamente relacionadas. 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Sistemas de control de escorrentía en ciudades: Techos Verdes vs. Tanques de Almacenamiento.

 

 

 

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Con respecto a los resultados obtenidos en los escenarios incluidos en el modelo de infiltración, se 
encontró una muy baja influencia de los mecanismos de control en la reducción del caudal pico de 
escorrentía del sistema, logrando reducciones inferiores al 1% para ambos sistemas. Lo anterior, en 
el  caso  de  techos  verdes,  pudo  deberse  a  los  parámetros  identificados  como  estándar  para  su 
caracterización, pues como se vio, al modificar la berma de la superficie del techo verde se logró 
reducir el caudal pico a la salida del sistema en un 9.8%. En el caso de los tanques tal situación pudo 
darse por la distribución y capacidad dada a los mismos. Por otra parte, se encontraron tiempos de 
respuesta diferentes y contrarios entre los mecanismos analizados. Mientras los tanques parecen 
tener un mecanismo de acción temprano (previo a la generación del caudal pico), los techos verdes 
permitieron la reducción del caudal drenado luego de la generación del caudal pico. Por lo anterior, 
al inicio de la serie de tiempo, actuando de forma contraria a los tanques, el hidrograma producido 
por  los  techos  verdes  mostró  mayores  caudales  en  comparación  con  el  hidrograma  del  sistema 
original, lo que pudo influir en el aumento del volumen de inundación en un 3%. Caso contrario, los 
tanques permitieron una reducción del 4.8% del volumen de inundación.  

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6  RECOMENDACIONES 

Dado que el análisis de sensibilidad abordado en el presente trabajo tuvo en cuenta la influencia en 
el modelo de cada variable de forma independiente, se recomienda desarrollar un futuro análisis 
donde se tenga en cuenta las distintas interacciones multiparamétricas en el funcionamiento del 
modelo; en especial, de las variables topológicas, topográficas y de aquellas que definen el nivel de 
retención, movilización y filtración del agua en el suelo, las cuales parecen tener un alto nivel de 
interdependencia.  Así  mismo,  se  reconoció  como  una  limitación  el  conjunto  de  datos  sobre  los 
cuales se desarrolló el análisis de sensibilidad, el cual se estableció conforme a los valores definidos 
previamente  en  cada  variable  de  las  subcuencas  de  infiltración.  Por  lo  anterior,  se  recomienda 
ampliar  el  rango  de  análisis  en  las  variables  cuyos  valores  no  variaron  en  mayor  medida  al  ser 
definidos. Finalmente, se recomienda hacer una previa verificación de las variables más influyentes 
en la definición de sistemas de control LID o unidades de almacenamiento (Storage Units) con el fin 
de definir con mayor precisión aquellas que sean determinantes en los resultados arrojados por el 
modelo. 

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63 

 

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8  ANEXOS 

8.1  Número de Curva en áreas urbanas – NRCS (2004) 

 

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8.2  Valores  recomendados  de  n  de  Manning  de  acuerdo  al  tipo  de 

superficie – Ministerio de vivienda y urbanismo de Chile (1997) 

 

 

 

 

 

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8.3  Mapa Zonas Geotécnicas de Bogotá (Decreto  523 de 2010) 

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8.4  Asignación del porcentaje de área impermeable por subcuenca (capa vectorial) 

 

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8.5  Asignación del CN por subcuena (capa vectorial) 

 

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8.6  Zonas Geotécnicas por subcuenca en el área de estudio (capa vectorial) 

 

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8.7  Hidrogramas de salida por variable evaluada en el análisis de sensibilidad 

 

 

 

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