PROYECTO DE GRADO INGENIERÍA CIVIL
USO DE METODOLOGÍAS DE DISEÑO OPTIMIZADO PARA EL
LEVANTAMIENTO DE CATASTRO DE REDES DE DRENAJE URBANO
María Ximena Valenzuela Blanco
Asesor: Juan G. Saldarriaga Valderrama
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
BOGOTÁ D.C.
2021
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por ser mi guía para crecer un poco más todos los días y darme la fuerza para cumplir mis
objetivos.
A mis padres, de manera especial a mi mamá y a mi tía Alejandra por su apoyo y amor incondicional.
Gracias por estar a mi lado en cada paso y motivarme a seguir adelante siempre.
A mis amigos, quienes siempre me han sacado una sonrisa y han sido parte fundamental de mi
camino.
A mi novio, por acompañarme, escucharme y darme animo siempre.
A mi asesor, Juan Saldarriaga, de quien he aprendido mucho durante toda la carrera. Gracias por su
paciencia y guía durante todo este proceso.
A los ingenieros Daniel Rodríguez Amaya, Fredy Angulo Hernández, Iván Paiva y Ligia Zarate por
su apoyo durante el desarrollo de las entrevistas.
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catastro de redes de drenaje urbano
i
TABLA DE CONTENIDO
1
Introducción ........................................................................................................................... 1
1.1
Objetivos ....................................................................................................................... 2
1.1.1
Objetivo General ....................................................................................................... 2
1.1.2
Objetivos Específicos ................................................................................................ 2
2
Marco teórico ......................................................................................................................... 3
2.1
Sistema de drenaje urbano ............................................................................................. 3
2.2
Componentes del sistema............................................................................................... 3
2.3
Etapas de diseño ............................................................................................................ 4
2.4
Cálculo de caudales ....................................................................................................... 4
2.4.1
Contribución de aguas residuales al caudal de diseño ................................................. 5
2.4.2
Contribución de aguas lluvias al caudal de diseño ...................................................... 6
2.5
Supuestos y ecuaciones de diseño .................................................................................. 7
2.6
Restricciones hidráulicas ............................................................................................... 9
3
Metodología ......................................................................................................................... 11
3.1
Antecedentes ............................................................................................................... 11
3.2
Metodología propuesta ................................................................................................ 14
3.3
Encuesta realizada ....................................................................................................... 16
4
Resultados ............................................................................................................................ 17
4.1
Casos de estudio .......................................................................................................... 17
4.1.1
Red Chicó sur.......................................................................................................... 17
4.1.2
Red la Esmeralda .................................................................................................... 20
4.1.3
Red Cedritos ........................................................................................................... 22
4.2
Encuestas realizadas .................................................................................................... 25
4.2.1
Encuesta 1 ............................................................................................................... 25
4.2.2
Encuesta 2 ............................................................................................................... 26
4.2.3
Encuesta 3 ............................................................................................................... 26
4.2.4
Encuesta 4 ............................................................................................................... 27
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ii
5
Análisis de resultados ........................................................................................................... 28
5.1
Prácticas de diseño en Colombia .................................................................................. 28
5.2
Comparación de las redes virtuales .............................................................................. 29
5.2.1
Red Chicó sur.......................................................................................................... 29
5.2.2
Red La Esmeralda ................................................................................................... 31
5.2.3
Cedritos .................................................................................................................. 34
6
Conclusiones ........................................................................................................................ 36
7
Recomendaciones ................................................................................................................. 38
8
Referencias........................................................................................................................... 40
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iii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Interacción población-sistema de drenaje-ambiente. ....................................................................... 3
Figura 2. Sección circular típica. .................................................................................................................. 8
Figura 3. Posibles variables de decisión para un tramo. ................................................................................11
Figura 4. Diagrama de flujo de la metodología para el diseño, propuesta por Duque y adaptado por Zambrano.
...........................................................................................................................................................13
Figura 5. Diagrama de flujo de la metodología propuesta para alcantarillado sanitario y alcantarillado de
aguas lluvias. ......................................................................................................................................15
Figura 6. Caso de estudio zona Chicó sur delimitada. ...................................................................................17
Figura 7. Caso de estudio zona la Esmeralda delimitada. ..............................................................................20
Figura 8. Caso de estudio zona Cedritos delimitada......................................................................................23
Figura 9. Red alcantarillado sanitario Chicó sur registrada por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de
Bogotá. ...............................................................................................................................................30
Figura 10. Red alcantarillado sanitario la Esmeralda registrada por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado
de Bogotá. ..........................................................................................................................................32
Figura 11. Red alcantarillado sanitario Cedritos registrada por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de
Bogotá. ...............................................................................................................................................34
Figura 12. Nuevo diagrama de flujo para levantamiento de catastro para alcantarillado sanitario...................38
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iv
ÍNDICE DE GRÁFICAS
Gráfica 1. Topografía red Chicó sur. ............................................................................................................18
Gráfica 2. Trazado red Chicó sur utilizando criterio 3 de Zambrano. ............................................................19
Gráfica 3. Topografía red la Esmeralda. .......................................................................................................20
Gráfica 4. Trazado red la Esmeralda utilizando criterio 5 de Zambrano. .......................................................22
Gráfica 5. Topografía red Cedritos. .............................................................................................................23
Gráfica 6. Trazado red Cedritos utilizando criterio 8 de Zambrano. ..............................................................25
Gráfica 7. Aspectos utilizados por diseñadores para definir el trazado de una red..........................................28
Gráfica 8. Comparación de tipo de tuberías en redes virtuales vs red alcantarillado sanitario registrado por el
Acueducto. .........................................................................................................................................29
Gráfica 9. Diferencias en el trazado de la empresa de Alcantarillado y Acueducto de Bogotá respecto al
trazado 3. ............................................................................................................................................30
Gráfica 10. Comparación diámetros de la red Chicó sur utilizando todos los diámetros comerciales. .............31
Gráfica 11. Comparación diámetros de la red Chicó sur utilizando el catálogo de diámetros modificado. ......31
Gráfica 12. Diferencias en el trazado de la empresa de Alcantarillado y Acueducto de Bogotá respecto al
trazado 5. ............................................................................................................................................32
Gráfica 13. Comparación diámetros de la Esmeralda utilizando todos los diámetros registrados. ..................33
Gráfica 14. Comparación diámetros de la Esmeralda utilizando el catálogo de diámetros modificado. ..........33
Gráfica 15. Diferencias en el trazado de la empresa de Alcantarillado y Acueducto de Bogotá respecto al
trazado 8. ............................................................................................................................................34
Gráfica 16. Comparación diámetros de Cedritos. .........................................................................................35
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v
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Constribución caudal industrial según complejidad. ......................................................................... 6
Tabla 2. Clasificación del flujo según variaciones espacio-tiempo. ................................................................ 7
Tabla 3. Cantidad de secciones iniciales/continúas obtenidas con los trazados realizados red Chicó sur. .......18
Tabla 4. Resultados del diseño hidráulico para la red de Chicó sur utilizando los criterios de Zambrano. ......19
Tabla 5. Cantidad de secciones iniciales/continúas obtenidas con los trazados realizados red la Esmeralda. ..21
Tabla 6. Resultados del diseño hidráulico para la red de Chicó sur utilizando los criterios de Zambrano. ......21
Tabla 7. Cantidad de secciones iniciales/continúas obtenidas con los trazados realizados red Cedritos. .........24
Tabla 8. Resultados del diseño hidráulico para la red de Cedritos utilizando los criterios de Zambrano. ........24
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vi
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 2.1. Cálculo del caudal de aguas domésticas mediante la proyección de la demanda de agua potable.
............................................................................................................................................................ 5
Ecuación 2.2. Cálculo del caudal de aguas domésticas mediante la proyección de clientes. ............................ 5
Ecuación 2.3. Cálculo del caudal de aguas domésticas mediante la proyección de la población. ..................... 5
Ecuación 2.4. Cálculo del caudal institucional. ............................................................................................. 5
Ecuación 2.5. Cálculo del caudal medio diario. ............................................................................................. 5
Ecuación 2.6. Cálculo del caudal de diseño. .................................................................................................. 6
Ecuación 2.7 Ángulo Theta .......................................................................................................................... 8
Ecuación 2.8. Área mojada. .......................................................................................................................... 8
Ecuación 2.9. Perímetro mojado. .................................................................................................................. 8
Ecuación 2.10. Radio hidráulico. .................................................................................................................. 8
Ecuación 2.11. Ancho espejo de agua. .......................................................................................................... 9
Ecuación 2.12. Número de Froud. ................................................................................................................ 9
Ecuación 2.13. Número de Reynolds. ........................................................................................................... 9
Ecuación 2.14. Esfuerzo cortante. ................................................................................................................. 9
Ecuación 2.15 Ecuación de Darcy-Weisbach en conjunto con Colebrook-White. ........................................... 9
Ecuación 3.1. Función objetivo para la definición del trazado inicial. ...........................................................12
Ecuación 3.2. Ecuación de costo utilizada. ...................................................................................................14
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1
1 INTRODUCCIÓN
En Colombia, al diseñar redes de drenaje urbano se cuenta con distintas normativas de diseño, dentro
de las cuales se destacan: el Reglamento del Sector Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS) y la
Norma del Diseño de Sistema de Alcantarillado de EPM (Empresas Públicas de Medellín). Sin
embargo, no siempre se cuenta con la información completa de las redes de drenaje urbano en todo
el país. Por tal motivo, se generan sobrecostos al momento de diseñar nuevas redes, especialmente en
ciudades pequeñas.
Un catastro de redes de drenaje urbano se entiende como un sistema de registro y archivo en el que
es posible encontrar información relacionada con los puntos de descarga, tipos de tubería, diámetros
de las mismas, entre otras características fundamentales para el entendimiento de la red. Por este
motivo el catastro de redes es un instrumento que puede ser utilizado para apoyar la toma de
decisiones como son: la elaboración de planes de desarrollo, planes de ordenamiento territorial,
evaluación y determinación de la viabilidad de nuevos proyectos, y valoración del estado de proyectos
pre-existentes. Según el artículo 42 del RAS, “se debe contar con un catastro de la red actualizado
que incluya un inventario de las tuberías existentes, su localización y el mayor número de anotaciones
posibles para cada accesorio estratégico en la operación” (Ministerio de vivienda, ciudad y
territorio, 2016).
Al implementar una nueva red de drenaje, hoy día se evidencian problemas tales como la sobrecarga,
debido a que no se conoce la ubicación de las redes existentes y por este motivo se dificulta el cálculo
de caudales circulantes. Así mismo, cuando no se cuenta con la información adecuada y se requiere
realizar mejoras en el sistema, se desperdician recursos económicos y/o humanos, desaprovechando
la posibilidad de obtener soluciones eficientes y perdurables en el tiempo. Lo anterior, constituye un
antecedente en cuanto a la visión clásica del diseño de alcantarillados en Colombia.
En años recientes, se han desarrollado investigaciones para la determinación del catastro en redes de
agua potable, como las evidenciadas en las tesis de maestría de Laura Martínez y Juliana Robles, en
donde se utilizó software que permitía abordar el problema. En la tesis de Natalia Duque se explica
el diseño optimizado de redes de drenaje que puede constituir una herramienta para abordar esta
problemática. En otras investigaciones, se plantea el tema del diseño optimizado de redes de drenaje
urbano; así mismo, se define una metodología para el desarrollo de este.
Durante este proyecto se propone utilizar el software UTOPIA desarrollado por el CIACUA, que
junto con otros programas permitirá evaluar los resultados obtenidos, y compararlos con la
información existente de redes de drenaje en tres casos de estudio: Chicó, Cedritos y la Esmeralda. A
partir de lo anterior se pretende determinar si un diseño optimizado de la red constituye una buena
aproximación para la generación de catastro de redes de alcantarillado sanitario.
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2
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo General
Desarrollar una metodología con base en diseño optimizado, para ayudar en el levantamiento de
catastro de redes de drenaje urbano.
1.1.2 Objetivos Específicos
• Determinar las características hidráulicas de una red d e drenaje óptimamente diseñada.
• Entender cómo han sido las prácticas de diseño de alcantarillado no optimas que se han
utilizado en el país.
• Generar redes virtuales de alcantarillado como base para un catastro.
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3
2 MARCO TEÓRICO
2.1 Sistema de drenaje urbano
Los sistemas de drenaje urbano son todas las estructuras físicas que se construyen mediante obras
civiles, las cuales tienen la finalidad de disponer adecuadamente de las aguas lluvias y residuales.
Permitiendo disminuir los problemas relacionados con una disposición incorrecta de estas aguas, ya
que pueden impactar la vida humana o el medio ambiente. Según Buttler & Davies, un sistema de
drenaje urbano representa la relación entre el medio ambiente y la población como se muestra en el
siguiente diagrama (Butler & Davies, 2000).
Figura 1. Interacción población-sistema de drenaje-ambiente.
Tomado y adaptado de (Butler & Davies, 2000)
En la figura anterior se puede observar que el sistema de drenaje urbano surge de la necesidad de dar
un manejo adecuado tanto al agua que ha sido suministrada y posteriormente utilizada (aguas
residuales), como al agua lluvia, que debido a las zonas impermeables se ha convertido en escorrentía
superficial. En caso que el manejo de estas aguas no fuese el adecuado, podrían presentarse problemas
de contaminación en los cuerpos receptores, generando un riesgo para la salud o inundaciones que se
traducirían en daños a la infraestructura, entre otros. Teniendo en cuenta lo anterior, es de suma
importancia que los sistemas de drenaje urbano sean integrales, es decir que la red de alcantarillado,
las plantas de tratamiento y el cuerpo receptor, sean evaluados como un todo; así, poder evitar que se
sobredimensionen componentes y se incurra en sobrecostos o problemas de funcionamiento. Por lo
tanto, para cumplir con este objetivo, un sistema de drenaje debe contar con componentes de
captación, conducción, inspección y conexión de colectores, regulación/alivio y bombeo (Saldarriaga
Valderrama, Sistema integrado de drenaje urbano, 2020).
2.2 Componentes del sistema
Los componentes de captación, como su nombre lo indica, se encargan de recolectar el agua que
entrará al sistema, por este motivo estas estructuras difieren dependiendo de si se trata de aguas
residuales o aguas lluvias. Para el caso de aguas lluvias, estas provienen de las áreas impermeables
como techos, calles pavimentadas, plazas, entre otros; por lo que es común utilizar canaletas, bajantes
o sumideros. Por otra parte, las aguas residuales se captan directamente de los puntos de descarga.
Según el RAS estas aguas deben ser clasificadas en: domésticas, comerciales, industriales, de uso
especial o de uso oficial para darles una disposición adecuada.
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4
Los componentes de conducción usualmente son las tuberías, que permiten transportar el flujo a lo
largo del sistema. Durante la fabricación de estos componentes es posible utilizar distintos materiales
como: hierro dúctil, concreto, arcilla vitrificada, acero, entre otros. En los casos de estudio que se
mencionan en detalle más adelante, se encontró que el material de los componentes de conducción
por lo general es GRES o PVC.
Los componentes de inspección y conexión de colectores normalmente son cámaras de inspección o
cámaras de caída. Las cámaras de inspección permiten revisar periódicamente cambios en la dirección
del flujo o en la pendiente y el diámetro utilizados en las tuberías. Las cámaras de caída además de
ser un componente de conexión permiten disipar la energía del flujo y dirigirlo. Por otra parte, las
estructuras de regulación y alivio incluyen aliviaderos, sifones invertidos y sistemas de
almacenamiento temporal, que permiten regular la cantidad de flujo que circula el sistema.
Finalmente, los componentes de bombeo son utilizados para evitar excavaciones profundas que
aumenten los costos de construcción o cuando la energía en una zona sea muy baja y en consecuencia
no sea posible evacuar el flujo por gravedad. Dentro de los componentes de bombeo más utilizados
se encuentran las bombas centrífugas, helicoidales y eyectoras.
2.3 Etapas de diseño
Para poder diseñar un sistema de drenaje urbano, el RAS 2016 contempla cuatro etapas de diseño
fundamentales (Ministerio de vivienda, ciudad y territorio, 2016).
La primera es la etapa de conceptualización y planificación, en esta se debe definir el nivel de
complejidad del sistema y justificar la necesidad del mismo dentro del marco institucional,
incluyendo aspectos legales, ambientales y del plan de desarrollo correspondiente. Así mismo, dentro
de la primera etapa se debe definir el alcance del proyecto y se deben llevar a cabo los estudios
correspondientes, incluyendo un análisis de factibilidad económica de distintas alternativas.
Posteriormente se contempla la etapa de diseño, en la que se deben definir las fases de desarrollo y
las especificaciones técnicas de cada alternativa evaluada, incluyendo en el presupuesto las cantidades
y los recursos necesarios. Después, se debe llevar a cabo la etapa de construcción o implementación,
durante la cual se resalta la importancia del desarrollo de un proceso de interventoría. Finalmente, se
considera la etapa de operación y mantenimiento en la cual se debe garantizar el correcto
funcionamiento del sistema de drenaje.
2.4 Cálculo de caudales
La norma colombiana establece un periodo de diseño mínimo correspondiente a 25 años o 30 años
en caso de que la complejidad del sistema sea alta. A continuación, se detalla el cálculo de las
contribuciones de caudal para el caso de aguas residuales y aguas lluvias.
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2.4.1 Contribución de aguas residuales al caudal de diseño
En el RAS 2016, se establece que el caudal sanitario correspondiente a las aguas domésticas
inicialmente debe calcularse mediante una proyección de la demanda neta de agua potable (
𝐷
"#$%&
).
Para esto se propone multiplicar la demanda proyectada por el área de servicio (A) y por un
coeficiente de retorno (
𝐶
)
) que oscila entre 0,8 y 0,5 dependiendo del nivel de complejidad del
sistema, a continuación, se presenta esta ecuación.
𝑄
+
= 𝐶
)
∗ 𝐴 ∗ 𝐷
"#$%&
Ecuación 2.1. Cálculo del caudal de aguas domésticas mediante la proyección de la demanda de agua potable.
En caso de no contar con esta información, el RAS 2016 sugiere dos métodos alternativos. La primera
alternativa sugiere utilizar una proyección de los clientes (
𝑃
0
) multiplicada por la demanda neta
(
𝐷
"#$%0
) como se muestra a continuación.
𝑄
+
=
𝐶
)
∗ 𝑃
0
∗ 𝐷
"#$%0
30
Ecuación 2.2. Cálculo del caudal de aguas domésticas mediante la proyección de clientes.
La segunda alternativa debe ser considerada en caso de no contar con la información para realizar el
cálculo anterior, esta consiste en utilizar una proyección de la población (P) y multiplicar esta por la
demanda neta (
𝐷
"#$%
). Sin embargo, es importante recordar que este método proporciona una
aproximación menos exacta que los anteriores por lo que en caso de ser posible, se recomienda utilizar
los primeros métodos. A continuación, se presenta la ecuación correspondiente al tercer método.
𝑄
+
=
𝐶
)
∗ 𝑃 ∗ 𝐷
"#$%
86400
Ecuación 2.3. Cálculo del caudal de aguas domésticas mediante la proyección de la población.
Adicionalmente, en el calculo de caudales sanitarios en caso que la zona lo requiera deben
considerarse aportes de caudales industriales, comerciales, oficiales, por conexiones erradas y por
infiltración. De la misma manera, el caudal medio diario (el cual incluye aguas domésticas,
industriales, comerciales e institucionales) debe ser mayorado por un factor que considera variaciones
normales del consumo a lo largo de los días, este puede ser establecido mediante mediciones de
campo. A continuación, se presenta la ecuación que define el caudal sanitario total que debe
considerarse en el diseño de una red de alcantarillado sanitario.
𝑄
789:7:;<7=8>?
= 𝑄
=@7<7>?
+ 𝑄
B9CB<7>?
Ecuación 2.4. Cálculo del caudal institucional.
𝑄
DBE7=+7>F7=
= 𝑄
+=GB9:7<=
+ 𝑄
H8E;9:F7>?
+ 𝑄
0=GBF<7>?
+ 𝑄
H89:7:;<7=8>?
Ecuación 2.5. Cálculo del caudal medio diario.
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6
𝑄
+
= (𝐹 ∗ 𝑄
DBE7=+7>F7=
) + 𝑄
H8@7?:F><7ó8
+ 𝑄
0=8B<7=8BL BFF>E>9
Ecuación 2.6. Cálculo del caudal de diseño.
El caudal industrial mencionado anteriormente, debe calcularse mediante información obtenida de
censos, encuestas sobre el tipo de industrias presentes y sus procesos o estimativos de ampliaciones
y consumos futuros. El caudal industrial se debe calcular como el máximo entre la condición inicial
de operación y la condición final del periodo de diseño. En industrias pequeñas se puede utilizar la
siguiente tabla como un estimativo de la contribución según el nivel de complejidad.
Tabla 1. Constribución caudal industrial según complejidad.
Tomado y adaptado de (Ministerio de vivienda, ciudad y territorio, 2016).
Complejidad
Contribución (
𝑳
𝒔∗𝑯𝒂∗𝒊𝒏𝒅
)
Baja
0,4
Media
0,6
Media-Alta
0,8
Alta
1
El caudal relacionado con aguas comerciales debe determinarse mediante un estudio detallado del
consumo actual de los clientes comerciales o del consumo diario por persona y por número de
personas en el área. En caso de no contar con registros históricos de consumos comerciales para
realizar los estudios correspondientes se debe utilizar coeficientes de retorno mayores a los
determinados en el consumo doméstico.
El caudal de uso oficial depende del tipo de instalación y deben realizarse estudios similares a los
requeridos para determinar el caudal de aguas comerciales, en general las instalaciones de uso oficial
incluyen paneles educativos, hospitales o centros de salud, ancianatos y orfanatos oficiales. De igual
forma, el caudal de uso especial se debe determinar mediante estudios detallados del histórico de
consumo. Las instalaciones de uso especial incluyen organizaciones sin animo de lucro como
instituciones de beneficencia, centros culturales e instituciones de servicio social.
El caudal relacionado a conexiones erradas debe calcularse en función de la calidad de las mediadas
de control. El caudal por conexiones erradas no debe superar 0,2
𝐿
𝑠 ∗ 𝐻𝑎
X
. Finalmente, el caudal por
infiltración se debe determinar mediante aforos realizados en horas de consumo mínimo y deben
considerarse factores como la permeabilidad del suelo, topografía, variación del nivel freático, estado
de las tuberías, cantidad de uniones o juntas, entre otros.
2.4.2 Contribución de aguas lluvias al caudal de diseño
Para calcular el caudal relacionado con aguas lluvias es recomendable utilizar modelos lluvia
escorrentía que consideren el coeficiente de impermeabilidad de la zona, la intensidad de la
precipitación, curvas IDH (intensidad, duración, frecuencia) y tiempo de concentración. En general
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el cálculo del coeficiente de impermeabilidad debe considerar factores como el tipo de cuenca, el
grado de impermeabilidad de la zona, la pendiente del terreno y métodos que determinen qué fracción
de la precipitación se convierte en escorrentía. Es importante que estos métodos se estimen al final
del periodo de diseño que como se mencionó anteriormente debe ser al menos 25 años.
En caso de que el área de estudio sea pequeña es posible utilizar el método racional, sin embargo, al
utilizar este método se debe ser consiente que se asume la ocurrencia del caudal pico cuando toda el
área de drenaje contribuye, por lo que puede resultar en un sobredimensionamiento del sistema; por
lo anterior, siempre que sea posible se recomienda utilizar modelos lluvia escorrentía.
2.5 Supuestos y ecuaciones de diseño
Al momento de diseñar un sistema de drenaje es necesario suponer un tipo de flujo, con el fin de
calcular la hidráulica de manera adecuada. La determinación del tipo de flujo depende de cambios en
las condiciones hidráulicas como lo son cambios en la profundidad de la lámina de agua y la velocidad
del flujo. Teniendo en cuenta lo anterior, el flujo se clasificará según las variaciones en el espacio y
tiempo como se muestra en la siguiente tabla. Es importante mencionar que el flujo uniforme no
permanente se encuentra sombreado en rojo ya que este no ocurre de forma natural (Saldarriaga
Valderrama, Repaso mecánica de fluidos, 2021).
Tabla 2. Clasificación del flujo según variaciones espacio-tiempo.
Tomado y adaptado (Saldarriaga Valderrama, Repaso mecánica de fluidos, 2021).
Espacio / Tiempo
Uniforme
Variado
Permanente
Flujo uniforme permanente
Flujo variado
permanente (FGV-FRV)
No permanente
Flujo uniforme no
permanente
Flujo variado no
permanente
Para el caso de tuberías fluyendo parcialmente llenas (como es el caso de las tuberías de alcantarillado
sanitario, de aguas lluvias y mixto), el flujo no es permanente, sin embargo, dado que este flujo tiende
a estabilizarse en el espacio, es posible suponer una condición de flujo uniforme, de esta manera los
cálculos realizados se simplifican considerablemente. Para que las ecuaciones que se van a utilizar
sean válidas, es necesario suponer que el material y la sección transversal utilizada para cada tramo
calculado es constante. Adicionalmente para poder suponer que la distribución de presiones es
hidrostática, es necesario garantizar que la pendiente en todos los tramos es menor al 10%. A
continuación, se presenta un diagrama de la sección circular fluyendo parcialmente llena, ya que es
esta la que se utiliza normalmente en Colombia para sistemas de drenaje urbano.
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Figura 2. Sección circular típica.
Tomado de (Saldarriaga Valderrama, Vasquez, & Rocha, Estudio en montaje físico del flujo cuasicrítico en
tuberías de alcantarillado fluyendo Parcialmente Llenas (Study of the Quasi Critical Flow in Partially-Full Sewer
Pipes Using an Experimental Model), 2017)
A continuación, se presentan las ecuaciones asociadas a la geometría de la sección circular que se
utilizan durante el diseño.
θ = π + 2 ∗ sin
_`
a
𝑦
8
− 𝑑2
𝑑
2
e
Ecuación 2.7 Ángulo Theta
𝐴 = f
1
8
h ∗ (θ − sin θ) ∗ 𝑑
i
Ecuación 2.8. Área mojada.
𝑃 =
𝑑
2
∗ θ
Ecuación 2.9. Perímetro mojado.
𝑅 =
𝐴
𝑃
Ecuación 2.10. Radio hidráulico.
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9
𝑇 = 𝑑 ∗ cos a𝑠𝑖𝑛
_`
a
𝑦
8
− 𝑑2
𝑑
2
ee
Ecuación 2.11. Ancho espejo de agua.
𝐹𝑟 =
𝑣
r𝑔𝐷
Ecuación 2.12. Número de Froud.
𝑅𝑒 =
4𝑅𝑣
𝜐
Ecuación 2.13. Número de Reynolds.
𝜏
w
= 𝜌𝑔𝑅𝑆
Ecuación 2.14. Esfuerzo cortante.
Para calcular la velocidad es posible utilizar la ecuación de Manning o la ecuación de Darcy, en este
caso se decidió utilizar la ecuación de Darcy-Weisbach en conjunto con Colebrook-White la cual se
presenta más adelante. Lo anterior se debe a que la ecuación de Darcy es físicamente basada, mientras
que la ecuación de Manning es empírica, lo que hace que el n de Manning cambie según la relación
de llenado que se utilice.
𝑣 = −2 ∗ r8𝑔𝑅𝑆 ∗ log |
𝑘
9
14.8𝑅
+
2.51𝜐
4𝑅r8𝑔𝑅𝑆
€
Ecuación 2.15 Ecuación de Darcy-Weisbach en conjunto con Colebrook-White.
2.6 Restricciones hidráulicas
Al diseñar sistemas de drenaje urbano se deben utilizar las restricciones de diseño propuestas por el
RAS 2016, dado que a través de estas es posible garantizar el correcto funcionamiento del sistema.
Las restricciones mencionadas a continuación tienen como objetivo garantizar un mínimo de auto
limpieza, adicionalmente, estas evitan fallas en el funcionamiento, tales como una sobrecarga del
sistema. (Ministerio de vivienda, ciudad y territorio, 2016)
• Diámetro mínimo: Con el fin evitar obstrucciones en el sistema, se establece un diámetro
mínimo de 170 mm para sistemas de drenaje urbano. Por otra parte, en caso de tratarse de un
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10
sistema de drenaje de aguas lluvias o aguas combinadas se recomienda que el diámetro
mínimo sea de 215 mm.
• Esfuerzo cortante mínimo: Para poder garantizar un mínimo de auto limpieza es
recomendable tener un esfuerzo cortante mínimo de 1 Pa en sistemas de aguas residuales. En
caso de tratarse de un sistema de aguas lluvias se recomienda utilizar un esfuerzo cortante
mínimo de 2,5 Pa.
• Velocidad mínima: Este requisito está directamente relacionado con el mencionado
anteriormente ya que busca evitar obstrucciones en el sistema. Para el caso de alcantarillado
sanitario la velocidad mínima corresponde a 0,45 m/s mientras que para alcantarillados
combinados o de agua lluvia la velocidad mínima es de 0,75 m/s.
• Relación máxima de llenado: “La relación de llenado tiene como objetivo evitar sobrecargas
en sistema, así mismo, asegura la aeración del mismo para evitar problemas ambientales”
(Duque Villareal, 2015). A partir de lo anterior, en el caso del alcantarillado sanitario se
recomienda que la relación de llenado no supere el 85%. Sin embargo, en caso que el número
de Froud sea cuasi-crítico se debe limitar esta relación de llenado al 70%, debido al carácter
oleado típico de este flujo.
• Pendiente: En el título D del RAS 2016 se establece que la pendiente debe ser aquella que
permita cumplir con los requisitos de velocidad y auto limpieza. Sin embargo, es importante
mencionar que dentro las suposiciones de diseño, se estableció que la pendiente no debe ser
mayor al 10%, con el fin de mantener la distribución de presiones hidrostática.
• Profundidad de la cota clave: Se establece que para zonas verdes o peatonales la profundidad
mínima debe ser de 0,75 m, mientras que para zonas vehiculares la profundidad mínima debe
ser de 1,2 m. De igual manera se establece que la profundidad máxima no debe superar los 5
metros.
Cuando no se cumple con las restricciones de diseño, es posible tener fallas de funcionamiento en el
sistema tales como la sedimentación o la sobrecarga del sistema. La sedimentación ocurre cuando la
velocidad del flujo es baja y en consecuencia las partículas se acumulan en el fondo de la tubería
causando que la capacidad hidráulica disminuya. Por otra parte, la sobrecarga puede ocurrir cuando
la relación de llenado es superior a la recomendada, ya que en caso de superar una relación de llenado
del 94% la capacidad de la tubería disminuye y la tubería se presuriza, lo que se puede traducir en
inundaciones.
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11
3 METODOLOGÍA
3.1 Antecedentes
Al investigar el problema del diseño optimizado en redes de drenaje urbano, se encontró que en
trabajos pasados se abordaron dos problemas fundamentales: la elección del trazado o árbol y el
diseño hidráulico que genera un menor costo a partir del trazado mencionado anteriormente.
Para solucionar el segundo componente del problema, el cual está relacionado con el diseño
hidráulico optimizado, se utilizó la metodología propuesta por Natalia Duque en 2015. Esta
metodología establece que, al conocer el trazado, el caudal de diseño, el sentido del flujo y el tipo de
tubería, se debe seleccionar el tamaño (diámetro) y posición (pendiente) de la tubería a instalar
(Duque Villareal, 2015). En otras palabras, es posible decir que esta metodología busca encontrar la
relación de tamaño y posición, que además de cumplir con las restricciones de diseño propuestas por
el RAS 2016 y detalladas en el marco teórico del presente documento, genere menor costo dada una
ecuación de costos. De la misma manera, es importante mencionar que además de conocer el trazado,
el sentido del flujo y el tipo de tubería, es importante conocer las propiedades del agua que se
transportará por el sistema y las características del material utilizado en las tuberías a instalar, de
manera específica se debe contar con la viscosidad cinemática del agua residual (
u), la rugosidad del
material (
𝑘
9
) y el catálogo de diámetros disponibles para el diseño. Esta metodología fue
implementada en 2015 en el programa computacional UTOPIA y fue la seleccionada para realizar el
diseño hidráulico una vez se cuente con el trazado.
La metodología propuesta por Duque para la selección del trazado inicial, modela la red como un
problema de diseño de redes, de manera que se modela cada tramo suponiendo que existen cuatro
tipos de secciones. De manera resumida estos se pueden entender como la combinación entre los
sentidos de flujo y los tipos de tubería posibles (inicial o continua). La combinación de los criterios
mencionados anteriormente, conlleva a definir una variable binaria de decisión que es igual a uno si
existe determinado tipo de tubería y cero si no existe, como se muestra en la siguiente figura y
ecuación.
Figura 3. Posibles variables de decisión para un tramo.
Tomado de (Duque Villareal, 2015, pág. 35).
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12
𝑚𝑖𝑛 ‚ ‚ c
ij
q
7…: +
(7,…,:)∈ˆ‰
Š∈‹
‚ ‚ a
ij
x
7…:
(7,…,:)∈ˆ‰
Š∈‹
Ecuación 3.1. Función objetivo para la definición del trazado inicial.
Tomado de (Duque Villareal, 2015, pág. 38).
La anterior ecuación es la función objetivo lineal, en esta el primer termino está relacionado con un
costo por unidad de flujo transportado, mientras que, el segundo termino está relacionado con la
existencia del nodo. Para calcular los coeficientes a y c en una primera iteración Duque, propone
realizar una regresión lineal de los costos de diseño hidráulico con el caudal transportado (Duque
Villareal, 2015). Sin embargo, al final de su tesis de maestría, propone implementar mejoras al
considerar otros factores además del caudal como el tipo de tubería. Teniendo en cuenta lo anterior,
se decidió utilizar la metodología planteada por Jesús Zambrano en 2019 para obtener el trazado de
la red. Con el fin de determinar la mejor aproximación al trazado, Zambrano propone la
implementación de una variable (m) que permite asignar distintos pesos a los arcos con el fin de
utilizar esta variable en la determinación del trazado. La variable m puede ser calculada de maneras
distintas, generando un trazado diferente, por lo que Zambrano propone 9 criterios recomendando
utilizar los primeros seis criterios cuando la topografía no es plana y los 3 restantes cuando la
topografía es plana. Los criterios se explican a continuación.
• El criterio 1 tiene como objetivo principal reducir costos asociados a la excavación,
priorizando los tramos con pendiente positiva. Teniendo en cuenta la anterior, este criterio
consiste en asignar un valor de -1 para los tramos con pendiente positiva, de manera similar
se propone asignar un valor de 1 para los tramos que se encuentran en contra pendiente.
• El criterio 2 tiene como objetivo priorizar los tramos con mayor pendiente. Para calcular m
en este caso es necesario multiplicar -1 por la pendiente, de manera que al igual que en el
criterio anterior se continúa priorizando los tramos que cuentan con una pendiente positiva.
• El criterio 3, al igual que el criterio 2, busca priorizar los tramos con mayor pendiente, sin
embargo, en este caso, se penaliza la cantidad de tuberías iniciales con el fin de maximizar
las tuberías continuas presentes.
• El criterio 4, busca priorizar los tramos con mayor pendiente al igual que los criterios
anteriores (criterio 2 y 3), sin embargo, en este caso se penaliza la cantidad de tuberías
continuas con el fin de maximizar las tuberías iniciales presentes en el trazado.
• El criterio 5 tiene como objetivo maximizar tanto los tramos con mayor pendiente como la
cantidad de energía disponible para transportar determinado caudal por lo que m se calcula
como la multiplicación de -1 por la pendiente y por la longitud del tramo.
• El criterio 6 puede ser considerado como una combinación de los criterios 3 y 5, ya que busca
priorizar la cantidad de energía disponible, así como maximizar las tuberías continuas.
Teniendo en cuenta para calcular m en este caso es necesario multiplicar -1 por la pendiente
y la longitud, finalmente se penalizan las tuberías iniciales con un coeficiente.
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• El criterio 7 tiene como objetivo minimizar la profundidad de excavación, por este motivo se
recomienda implementar este criterio cuando la topografía es muy plana. Para minimizar la
profundidad de excavación se busca disminuir la longitud de la serie principal, por lo que m
se calcula como la distancia entre el pozo aguas abajo y la descarga final.
• El criterio 8 busca minimizar la profundidad de excavación al igual que el criterio 7, por este
motivo, m se calcula de la misma manera que en el caso anterior, con la diferencia que en
este caso se penalizan las tuberías de inicio mediante un coeficiente.
• El criterio 9 tiene como objetivo minimizar la longitud de los tramos continuos maximizando
el número de tuberías de inicio. Teniendo en cuenta lo anterior m es igual a cero para los
tramos iniciales y será igual a la longitud del tramo para las tuberías continuas.
A continuación, se presenta el diagrama de flujo del programa UTOPIA, modificado con el fin
de implementar los criterios utilizados por Zambrano.
Figura 4. Diagrama de flujo de la metodología para el diseño, propuesta por Duque y adaptado por Zambrano.
Tomado de (Zambrano Briones, 2019, pág. 40).
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Dado que el programa utilizado para el diseño optimizado desarrollado por el CIACUA (UTOPIA),
requiere una ecuación para calcular el costo de cada uno de los tramos diseñados, se decidió utilizar
para la optimización del diseño hidráulico la ecuación propuesta por Maurer, Wolfram & Herlyn en
2010 al realizar un análisis de los costos de construcción de redes alcantarillado combinado. En este
estudio se tomaron en cuenta características hidrológicas, datos de la población, entre otros; que
permitieron llegar a la ecuación presentada a continuación. En esta ecuación se relacionan la
profundidad de excavación y el diámetro de la tubería seleccionada con el fin de determinar el costo
asociado al proceso constructivo de cada tramo del sistema (Maurer, Wolfram, & Herlyn, 2010). En
la ecuación planteada el termino DN corresponde al diámetro nominal de la tubería en metros,
mientras que el término D corresponde a la profundidad media de la tubería que también se obtiene
durante el diseño hidráulico.
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 (𝑈𝑆) = (0.11 ∗ 𝐷𝑁 + 127) ∗ 𝐷 + 1.2 ∗ 𝐷𝑁 − 35
Ecuación 3.2. Ecuación de costo utilizada.
Tomado de (Maurer, Wolfram, & Herlyn, 2010)
En esta ecuación se relaciona la profundidad de excavación y el diámetro de la tubería seleccionada,
con el fin de determinar el costo asociado al proceso constructivo de cada tramo del sistema (Maurer,
Wolfram, & Herlyn, 2010). En la ecuación planteada el termino DN corresponde al diámetro nominal
de la tubería en metros, mientras que el término D corresponde a la profundidad media de la tubería
que también se obtiene durante el diseño hidráulico.
3.2 Metodología propuesta
Teniendo en cuenta que uno de los objetivos de la presente investigación es entender las prácticas de
diseño que se han dado en el país, se decidió aplicar una breve encuesta a distintos diseñadores que
cuentan con experiencia en este campo. A partir de los resultados se pretende determinar las prácticas
de diseño óptimas y no óptimas que se llevan a cabo en el país.
Otro de los objetivos de la presente investigación consiste en generar redes virtuales como una base
para la generación de un catastro. Para cumplir con este objetivo es necesario tener como datos de
entrada la ubicación del punto de descarga y un plano de calles/carreras que permita definir la
ubicación de las cámaras de unión. Las cámaras de unión se ubicarán en la intersección de las calles
y carreras, sin embargo, en caso de tener tramos muy largos es posible colocar una cámara de unión
a la mitad del tramo.
Posteriormente, se deben calcular los caudales de entrada al sistema, para esto es necesario conocer
las áreas aferentes y el coeficiente de impermeabilidad asociados a cada cámara de unión definida en
el punto anterior. En el caso de alcantarillado sanitario se requiere la dotación de agua potable junto
con la densidad poblacional, de esta manera utilizando el método propuesto por el RAS 2016 es
posible calcular el caudal sanitario correspondiente a cada cámara de unión definida. En el caso de
alcantarillado de aguas lluvias, es necesario conocer el aguacero de diseño correspondiente al periodo
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de retorno especificado en el RAS 2016. A partir del hietograma que describe el aguacero anterior es
posible utilizar un programa hidrológico que permita calcular el caudal máximo correspondiente a
cada cámara de unión.
Para conocer el trazado, se proponer utilizar al menos 3 de los criterios de Zambrano detallados en la
sección anterior del presente documento. De la misma manera para obtener las pendientes,
profundidades y diámetros de cada sección de tubería se recomienda utilizar la metodología propuesta
por Duque en el programa UTOPIA. Finalmente, es necesario comparar los resultados obtenidos con
las redes que se tienen en campo para determinar qué criterio proporciona una mejor aproximación a
un catastro de la zona de estudio. A continuación, se presentan los diagramas de flujo
correspondientes al procedimiento que se debe llevar a cabo tanto para alcantarillado sanitario como
para alcantarillado de aguas lluvias.
Figura 5. Diagrama de flujo de la metodología propuesta para alcantarillado sanitario y alcantarillado de aguas
lluvias.
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3.3 Encuesta realizada
Como se mencionó anteriormente, el objetivo de la encuesta es determinar las prácticas de diseño que
son utilizadas comúnmente. Por este motivo, se diseñaron las siguientes preguntas abiertas
relacionadas con la escogencia del árbol o trazado y posterior diseño de sistemas de drenaje urbano.
1. ¿Cuáles son los aspectos más importantes que le permiten definir el trazado de una red de
alcantarillado pluvial?
2. De los aspectos mencionados anteriormente, ¿cuáles aplican para el diseño de alcantarillado
combinado o alcantarillado sanitario?
3. Durante el diseño de un sistema nuevo de alcantarillado ¿usted minimiza los puntos de
arranque de la red?
4. ¿Qué criterios se utilizan para definir los puntos de arranque de la red?
5. ¿Es la diferencia entre cotas un factor importante en la escogencia del árbol?
6. ¿Utiliza alguna metodología de optimización durante la escogencia del árbol?
7. Si utiliza alguna metodología de optimización en la escogencia del árbol, ¿en qué consiste o
qué criterios involucra?
8. ¿Cuántos árboles evalúa al momento de diseñar una red de alcantarillado?
9. ¿Utiliza algún programa para determinar el costo las alternativas de árbol que usted tiene?
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4 RESULTADOS
4.1 Casos de estudio
La metodología propuesta anteriormente se utilizó para redes de drenaje urbano en tres casos de
estudio. En la siguiente sección del documento se ahondan en algunos detalles tanto de los trazados
obtenidos mediante los criterios de Zambrano como de los diseños optimizados obtenidos mediante
la utilización del programa UTOPIA.
4.1.1 Red Chicó sur
La red de Chicó sur, se encuentra en la ciudad de Bogotá entre la calle 94, la calle 100, la diagonal
92 y la carrera séptima. En esta zona el punto más alto tiene una elevación de 2576,09 m mientras
que el punto más bajo se encuentra a una elevación de 2551,46 m. A continuación, se presenta un
plano topográfico junto con un plano de las calles y carreras delimitadas en la zona de estudio
propuesta.
Figura 6. Caso de estudio zona Chicó sur delimitada.
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Gráfica 1. Topografía red Chicó sur.
La red de Chicó sur cuenta con 109 pozos, los cuales se conectan a través de 160 secciones de tuberías,
adicionalmente, el caudal de descarga de esta red corresponde a 1.525 m
3
/s. En este caso de estudio
se obtuvo el trazado para los criterios 3, 4, 5 y 6. Como resultado de estos trazados se contabilizaron
la cantidad de secciones de cada tipo (iniciales o continuas). En la siguiente tabla se puede observar
los resultados obtenidos para cada criterio.
Tabla 3. Cantidad de secciones iniciales/continúas obtenidas con los trazados realizados red Chicó sur.
Criterio
Red
Secciones
continuas
Secciones
iniciales
Tiempo ejecución
trazado (segundos)
Función
Objetivo
m3
Chicó
103
57
0.5459
-1.639
m4
Chicó
101
59
0.2350
-1.509
m5
Chicó
101
59
0.1560
-183.860
m6
Chicó
104
56
0.1410
-163.868
Posteriormente se procedió a realizar el diseño hidráulico para cada trazado utilizando las
restricciones hidráulicas planteadas en la sección de marco teórico. De la misma manera es importante
mencionar que se utilizó una precisión en la cota de manhole de 10 cm, una profundidad máxima de
5 metros y un catálogo que incluye todos los diámetros comerciales desde el más pequeño hasta el
más grande que se identificaron en los registros de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de
Bogotá para esta zona. A continuación, se presenta el catálogo de diámetros utilizados.
• Catálogo de diámetros utilizados: {8”,10”,12”,14”,16”,20”,24”,28”,30”,32”}
A continuación, se presentan los costos obtenidos para cada uno de los diseños evaluados utilizando
la ecuación de Maurer.
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Tabla 4. Resultados del diseño hidráulico para la red de Chicó sur utilizando los criterios de Zambrano.
Criterio
Red
Costo diseño hidráulico (USD) Tiempo ejecución diseño (segundos)
m3
Chicó
$ 8,189,708
15.573
m4
Chicó
$ 8,717,666
17.192
m5
Chicó
$ 8,737,405
16.496
m6
Chicó
$ 8,352,344
19.074
En la tabla anterior se puede observar que el criterio 3 generó el diseño hidráulico con un menor costo.
Sin embargo, al analizar el catálogo de diámetros utilizado se encontró que no todos los diámetros
comerciales se encuentran registrados en la base de datos de la empresa de Acueducto y
Alcantarillado de Bogotá. Teniendo en cuenta lo anterior, se decidió repetir el diseño hidráulico
utilizando el catálogo de diámetros registrado por la empresa el cual se presenta a continuación.
• Catálogo de diámetros modificados: {8”,10”,12”,24”,28”,30”,32”}
El nuevo diseño hidráulico se realizó utilizando el criterio 3 ya que fue este el que generó un menor
costo anteriormente. Al eliminar algunos diámetros del catálogo utilizado se encontró un aumento en
el costo del diseño hidráulico de $64,039 USD, por lo que el costo final del nuevo diseño es de
$8,253,747 USD. A continuación, se presenta un mapa del trazado que generó un menor costo. En
color verde se puede observar las tuberías continuas, mientras que en color azul se pueden observar
las tuberías iniciales, de igual manera el punto de descarga se encuentra representado por un triangulo
naranja.
Gráfica 2. Trazado red Chicó sur utilizando criterio 3 de Zambrano.
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4.1.2 Red la Esmeralda
La red de la Esmeralda se encuentra ubicada entre la calle 44, la carrera 50, la calle 57 y la carrera
60. En esta zona de estudio el punto más alto se encuentra a 2552,71 metros mientras que el punto
más bajo se encuentra a 2550,34 metros. A continuación, se puede observar un plano de calles/
carreras que delimita la zona de estudio, adicionalmente se puede observar un mapa de la topografía
de la zona.
Figura 7. Caso de estudio zona la Esmeralda delimitada.
Gráfica 3. Topografía red la Esmeralda.
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La red de la esmeralda cuenta con 385 pozos y 413 secciones de tubería que transportan un caudal de
descarga de 4,399m
3
/s. Al igual que en el caso anterior se decidió utilizar los criterios 3, 4, 5 y 6 para
la realización del trazado. En la siguiente tabla se puede observar la cantidad de secciones iniciales y
continúas obtenidas en cada uno de los trazados realizados.
Tabla 5. Cantidad de secciones iniciales/continúas obtenidas con los trazados realizados red la Esmeralda.
Criterio
Red
Secciones
continuas
Secciones
iniciales
Tiempo ejecución
trazado (segundos)
Función
Objetivo
m3
Esmeralda
281
132
0.8929
-0.846
m4
Esmeralda
281
132
0.7649
-0.505
m5
Esmeralda
280
133
0.7189
-35.000
m6
Esmeralda
281
132
0.7189
-27.452
Para realizar el diseño hidráulico se utilizaron las restricciones mencionadas en el marco teórico, sin
embargo, en este caso fue necesario utilizar una profundidad máxima de 10 metros debido a las
características de la red, al igual que en el caso de estudio anterior se utilizó una precisión en la cota
de manhole de 10 cm. A continuación, se presenta el catálogo de diámetros utilizado.
• Catálogo de diámetros utilizados: {8”,9”,10”,12”,14”,16”,20”,24”,28”,30”,32 ,36”,40”}
En la siguiente tabla se puede observar el costo obtenido para el diseño hidráulico realizado con cada
uno de los criterios mencionados anteriormente. En este caso el diseño optimizado corresponde al
trazado generado utilizando el criterio 5.
Tabla 6. Resultados del diseño hidráulico para la red de Chicó sur utilizando los criterios de Zambrano.
Criterio
Red
Costo diseño hidráulico (USD)
Tiempo ejecución diseño
(segundos)
m3
La Esmeralda
$ 15,298,568
14.296
m4
La Esmeralda
$ 15,077,250
13.157
m5
La Esmeralda
$ 14,843,985
14.469
m6
La Esmeralda
$ 15,109,304
12.657
Al revisar el catálogo de diámetros utilizados se encontró que solamente 4 secciones tenían un
diámetro correspondiente a 9 pulgadas, ya que este diámetro no es utilizado comúnmente en el
catálogo de diámetros comerciales se decidió repetir el diseño para el criterio 5 sin considerar este
diámetro. A continuación, se presenta el catálogo de diámetros utilizado.
• Catálogo de diámetros modificados: {8”,10”,12”,24”,28”,30”,32”}
El nuevo diseño hidráulico tuvo como resultado un aumento en el costo de $ 28,989 USD por lo que
el costo final de este diseño fue de $ 14,872,974 USD. A continuación, se presenta el mapa obtenido
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correspondiente al trazado utilizando el criterio 5 de la red la Esmeralda. En color verde se puede
observar los tramos continuos mientras que en azul se pueden observar los tramos iniciales, de la
misma manera, el triangulo naranja corresponde al punto de descarga.
Gráfica 4. Trazado red la Esmeralda utilizando criterio 5 de Zambrano.
4.1.3 Red Cedritos
La red de Cedritos se encuentra entre la calle 164, la autopista norte, la calle 172ª y la carrera 17. En
esta zona de estudio el punto más alto se encuentra a 2557 metros mientras que el punto más bajo se
encuentra a 2553,73 metros. De manera similar esta red cuenta con 147 pozos y 171 secciones de
tubería que transportan un caudal de descarga correspondiente a 0,019 m
3
/s. Es importante mencionar
que esta zona de estudio se caracteriza por tener menos cambios de elevación que la red de Chicó sur
o la red de la Esmeralda, por lo que este terreno puede ser considerado más plano en comparación. A
continuación, se pueden observar un plano de calles/carreras y se presenta un plano topográfico de la
zona de estudio.
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Figura 8. Caso de estudio zona Cedritos delimitada.
Gráfica 5. Topografía red Cedritos.
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Como se mencionó anteriormente, la topografía indica que esta zona es más plana que las evaluadas
anteriormente. Teniendo en cuenta lo anterior se decidió realizar los trazados y los consecuentes
diseños hidráulicos utilizando los criterios 6, 7 y 8; ya que como se explica en el marco teórico,
Zambrano recomienda utilizar estos cuando la topografía es plana. A continuación, se encuentran la
cantidad de tuberías iniciales y continúas obtenidas con los criterios definidos.
Tabla 7. Cantidad de secciones iniciales/continúas obtenidas con los trazados realizados red Cedritos.
Criterio
Red
Secciones
continuas
Secciones
iniciales
Tiempo ejecución
trazado (segundos)
Función Objetivo
m7
Cedritos
122
49
0.1560
96158.997
m8
Cedritos
102
69
0.3120
55525.902
m9
Cedritos
102
69
0.3120
55624.448
Para realizar el diseño hidráulico se utilizaron las restricciones desarrolladas en el marco teórico, sin
embargo, fue necesario aumentar la profundidad máxima a 10 metros, y al igual que en los casos de
estudio anteriores se utilizó una precisión en la cota de manhole de 10 cm. A continuación, se presenta
el catálogo de diámetros utilizados para el diseño hidráulico, de la misma manera en la siguiente tabla
se presentan los resultados obtenidos del diseño hidráulico.
• Catálogo de diámetros utilizados: {8”,10”,12”,14”,16”}
Tabla 8. Resultados del diseño hidráulico para la red de Cedritos utilizando los criterios de Zambrano.
Criterio
Red
Costo diseño hidráulico (USD)
Tiempo ejecución diseño
(segundos)
m7
Cedritos
$ 8,641,260
45.949
m8
Cedritos
$ 7,800,739
162.378
m9
Cedritos
$ 7,810,948
44.827
En la tabla anterior se puede observar que el criterio 8 generó un diseño hidráulico menor que los
demás criterios evaluados por lo que se considera este como el criterio que generó el diseño óptimo.
De manera similar es posible observar que debido al caudal solo se requieren cinco diámetros distintos
para realizar el diseño hidráulico por lo que no es necesario repetir el diseño modificando el catálogo
de diámetros seleccionado inicialmente.
A continuación, se presenta un mapa en el que se puede observar el trazado que generó este criterio,
al igual que en los casos anteriores las secciones azules corresponden a secciones iniciales mientras
que las secciones verdes corresponden a tuberías continuas. Finalmente, es posible observar que el
punto de descarga se encuentra marcado por un triangulo naranja.
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Gráfica 6. Trazado red Cedritos utilizando criterio 8 de Zambrano.
4.2 Encuestas realizadas
A continuación, se presenta un resumen de las repuestas obtenidas al realizar la encuesta a cada uno
de los diseñadores seleccionados.
4.2.1 Encuesta 1
Entrevistado: Daniel Rodríguez Amaya
Empresa en la que labora: Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá
El ingeniero Daniel Rodríguez expresó que dentro de los aspectos que toma en cuenta al momento de
definir el trazado de una red de alcantarillado pluvial o sanitario incluyen la topografía y en especial
el sentido del drenaje natural del terreno, el espacio disponible, las áreas a drenar y los puntos de
entrega. De la misma manera, menciona que en cada caso es importante tener en cuenta las
condiciones de entrega particulares de cada red.
En cuanto a los puntos de arranque de la red, el ingeniero menciona que, si bien es una buena práctica
minimizar los puntos de arranque para garantizar las condiciones de velocidad mínima y
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catastro de redes de drenaje urbano
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autolimpieza, normalmente no es tan fácil de lograr, por lo que en la práctica utiliza los puntos de
arranque necesarios para garantizar el servicio a todos los usuarios en el espacio disponible.
Durante la escogencia del árbol, el ingeniero menciona que la diferencia de cotas es un factor muy
importante ya que en caso de altas pendientes se busca disminuir altas diferencias entre las cotas de
entrada y salida de los pozos para así disminuir elementos críticos en el sistema de alcantarillado
como lo son las cámaras de caída. De la misma manera en casos de baja pendiente se busca disminuir
la profundidad de la tubería para reducir los costos de excavación. Finalmente, el ingeniero no utiliza
ninguna metodología específica para la escogencia del árbol, aunque, evalúa al menos 3 árboles según
la normativa vigente. Los costos de cada alternativa se realizan mediante un análisis de precios
unitarios.
4.2.2 Encuesta 2
Entrevistado: Fredy Angulo Hernández
Empresa en la que labora: Aguas de Cartagena (Acuacar)
El ingeniero Fredy Angulo señalo que la topografía, el urbanismo de la zona, la ubicación del punto
de descarga y la infraestructura de la red existente son los aspectos más importantes para la definición
del árbol tanto en una red de alcantarillado pluvial como en una red de alcantarillado sanitario. En
cuanto a los puntos de entrega, señala que no es una prioridad minimizar los puntos de arranque si no
que estos dependen de la definición de los colectores principales que a su vez dependen de la
topografía de la red. Sin embargo, el ingeniero menciona que la diferencia de cotas si es un factor
importante durante la escogencia del árbol o trazado.
Durante la escogencia del árbol o trazado el ingeniero menciona que no utiliza una metodología de
optimización en si, sin embargo, procura disminuir la longitud de los recorridos y minimizar la
profundidad en la medida de lo posible para no aumentar los costos del diseño. En cuanto a la cantidad
de trazados evaluados el ingeniero refiere que depende del caso específico por lo que en algunos casos
evalúa un único trazado mientras que en otros puede escoger tres árboles muy diferentes y mediante
la utilización de un programa computacional determina el costo y la alternativa más viable.
4.2.3 Encuesta 3
Entrevistado: Iván Paiva
Empresa en la que labora: IPJ Engenharia LTDA
El ingeniero Iván Paiva estableció que para el caso de alcantarillado pluvial los aspectos más
importantes que considera al momento de decidir el trazado de la red incluyen la identificación de
calles que pueden tener escorrentía pluvial de forma superficial, la infraestructura preexistente y la
existencia de zonas verdes. Por otra parte, en el caso de alcantarillado sanitario los criterios más
importantes para definir el trazado incluyen el máximo aprovechamiento de las pendientes naturales
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del terreno y la compatibilidad con infraestructura prexistente. Durante sus diseños, el ingeniero
utiliza la metodología condominial que reduce los puntos de arranque de una red, ya que los pozos
tienen como objetivo recoger los efluentes producidos por cada bloque urbano. Por tal motivo los
puntos de arranque se definen con el objetivo de garantizar la conexión de los efluentes sanitarios
producidos por cada manzana con la red diseñada. De la misma manera, y teniendo en cuenta la
metodología para definir el trazado o árbol utilizada por el ingeniero, la diferencia de cotas es de suma
importancia ya que permite privilegiar el recorrido de las pendientes naturales del terreno.
Al momento realizar el diseño de una red de alcantarillado, el ingeniero menciona que normalmente
evalúa entre dos y tres opciones de trazado para evaluar de forma adecuada las repercusiones del
mismo en el diseño. Para la evaluación de costos realizada con cada trazado seleccionado el ingeniero
utiliza el software gratuito SANIBID, que permite identificar la alternativa de menor costo e impacto
durante la ejecución de las obras.
4.2.4 Encuesta 4
Entrevistado: Ligia Zarate
Empresa en la que labora: Fondo para el Desarrollo del Plan Todos Somos PAZcífico.
La ingeniera Ligia Zarate señaló que el área de servicio, la topografía del terreno, el caudal, los puntos
de descarga, el tipo de suelo los requerimientos constructivos, el ordenamiento territorial y los
materiales; son los aspectos más importantes que le permiten definir el trazado o árbol tanto de una
red de alcantarillado pluvial como de una red de alcantarillado sanitario. Durante el diseño no
disminuye los puntos de arranque de una red, aunque trata de ubicar estos en los puntos altos de la
topografía.
Por otra parte, la ingeniera menciona que, a pesar de no evidenciar metodologías de optimización en
la escogencia del árbol, en sus diseños utiliza los criterios de Zambrano para la definición del trazado
ya que estos involucran coeficientes que reflejan condiciones topográficas, en la sección de
antecedentes se puede encontrar la explicación a detalle de cada criterio propuesto por Zambrano. De
manera similar menciona que en general, los diseñadores no suelen presenta análisis económicos ya
que no evalúan distintas alternativas.
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5 ANÁLISIS DE RESULTADOS
5.1 Prácticas de diseño en Colombia
Al analizar los resultados obtenidos en las encuestas realizadas se encontró que durante la definición
de un trazado pluvial o sanitario la mayoría de los diseñadores consideran que la topografía es uno de
los principales aspectos que deben tenerse en cuenta. En la siguiente gráfica se puede observar que la
mayoría de diseñadores consideran que los aspectos para definir el trazado son muy similares en el
caso de alcantarillado pluvial y sanitario, dentro de estos se destacan la ubicación del punto de
descarga y el urbanismo de la zona.
Gráfica 7. Aspectos utilizados por diseñadores para definir el trazado de una red.
De manera similar se encontró que la mitad de los diseñadores entrevistados realizan el trazado de
manera manual y no buscan minimizar los puntos de arranque ni utilizan una metodología específica
de optimización, sin embargo, todos los entrevistados consideran que la diferencia de cotas es un
factor importante durante la escogencia del arbol. Lo anterior está directamente relacionado con el
hecho que utilizar la diferencia de cotas en la escogencia del trazado, puede disminuir la profundidad
promedio de las tuberías o secciones disminuyendo así los costos asociados a la excavación del
terreno.
Teniendo en cuenta que los nueve criterios propuestos por Zambrano en su tesis de maestría utilizan
como un factor importante la diferencia de cotas, es posible que los trazados resultantes tengan una
alta similitud con los trazados registrados por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá.
Sin embargo, es importante analizar las diferencias en las características de la red con el fin de
detrminar si alguno de los criterios estudiados resulta en un trazado más similar.
0
1
2
3
4
Topografía
Urbanismo de la zona
Ubicación del sitio de descarga
Infraestructura de la red existente
Espacio disponible
Tipo de suelo/zonas verdes
Área de servicio
Caudal
Costos y requerimientos constructivos
Aspectos utilizados por diseñadores para definir el trazado de una red
Alcantarillado sanitario
Alcantarillado pluvial
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5.2 Comparación de las redes virtuales
Para verificar si la metodología utilizada en la presente investigación puede ser utilizada como base
para el levantamiento de catastro se compararon los árboles obtenidos con los criterios 3, 4, 5, 6, 7, 8
y 9 de Zambrano; con el trazado que se encuentra registrado para la red sanitaria de cada caso de
estudio por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. A continuación, se presenta una
gráfica con los resultados obtenidos.
Gráfica 8. Comparación de tipo de tuberías en redes virtuales vs red alcantarillado sanitario registrado por el
Acueducto.
La gráfica anterior presenta el porcentaje de tuberías que tenían el mismo tipo en las redes virtuales
y en la red de alcantarillado sanitario registrada por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de
Bogotá. En la gráfica se puede observar que el criterio 3 tiene una mayor similitud con la red de Chicó
sur, por otra parte, el criterio 5 tiene una mayor similitud con la red de la Esmeralda, finalmente el
criterio 8 tiene una mayor similitud con la red de Cedritos. A partir de lo anterior es posible concluir
que el árbol que tiene una mayor similitud es el mismo que generó un diseño de menor costo o diseño
optimizado. A continuación, se presenta una comparación más detallada para cada caso de estudio.
5.2.1 Red Chicó sur
En la siguiente figura se presenta el mapa del trazado que se encuentra registrado en la Empresa de
Acueducto y Alcantarillado de Bogotá.
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Figura 9. Red alcantarillado sanitario Chicó sur registrada por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de
Bogotá.
Al comparar el trazado de la red de Chicó sur se encontró que el trazado generado utilizando el criterio
3 propuesto por Zambrano tenía una similitud de 83,75% respecto al trazado presentado en la figura
anterior. Dado que el trazado generado utilizando el criterio 3 generaba el diseño con menores costos
y mayor similitud a la red registrada, se realizó un mapa que evidencia los tramos cuyo tipo difiere
del registrado, este mapa se muestra a continuación.
Gráfica 9. Diferencias en el trazado de la empresa de Alcantarillado y Acueducto de Bogotá respecto al trazado 3.
En el mapa anterior se pueden observar en color rojo las secciones cuyo tipo es distinto al registrado.
Teniendo en cuenta que este trazado tiene mayor similitud en términos de tipo de tubería respecto al
registrado, se decidió analizar el diseño hidráulico correspondiente al trazado generado utilizando el
criterio 3. En primer lugar, se determinó la similitud en términos de diámetro al realizar un diseño
hidráulico utilizando todos los diámetros comerciales entre 8” y 32”. A continuación, se presenta una
gráfica en la que se contabiliza la cantidad de tramos con determinado diámetro.
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Gráfica 10. Comparación diámetros de la red Chicó sur utilizando todos los diámetros comerciales.
En la gráfica anterior se puede observar que, tanto en el diseño optimizado como en el diseño
registrado, la mayoría de secciones cuentan con un diámetro de 8”. En este caso se encontró que el
53,75% de las secciones coinciden en diámetro. Sin embargo, en la gráfica anterior se hace evidente
que en el registro de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, no se utilizaron todos los
diámetros comerciales, por este motivo se repitió el diseño modificando el catálogo de diámetros
como se indica en la sección de resultados. A continuación, se presenta una gráfica con la
comparación de diámetros en este nuevo diseño.
Gráfica 11. Comparación diámetros de la red Chicó sur utilizando el catálogo de diámetros modificado.
En esta nueva gráfica se puede observar que al limitar el catálogo de diámetros con los que se realizó
el diseño la coincidencia en diámetros aumenta a un 55,63%. Sin embargo, es importante mencionar
que al realizar este cambio en algunos casos es necesario profundizar más la sección o aumentar el
diámetro evaluado, lo que resulta en un aumento de los costos del diseño inicial.
5.2.2 Red La Esmeralda
En la siguiente figura se puede observar el trazado registrado por la Empresa de Acueducto y
Alcantarillado de Bogotá para la red de la Esmeralda.
106
12
13
6
3
1
1
4
6
8
122
10
22
0
0
0
6
0
0
0
0
20
40
60
80
100
120
140
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.5
0.6
0.7
0.75
0.8
Se
cci
on
es
diámetros (m)
Diámetros red Chicó
UTOPIA
Red alcantarillado sanitario (acueducto)
107
12
18
5
4
6
8
122
10
22
6
0
0
0
0
20
40
60
80
100
120
140
0.2
0.25
0.3
0.6
0.7
0.75
0.8
Se
cci
on
es
diámetros (m)
Diámetros red Chicó
UTOPIA
Red alcantarillado sanitario (acueducto)
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Figura 10. Red alcantarillado sanitario la Esmeralda registrada por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de
Bogotá.
Durante la comparación de tipo de tubería se encontró que el criterio 5 tiene una mayor similitud con
el trazado registrado por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. En la Gráfica 8 se
puede observar que para el criterio 5 resultó en un porcentaje de 92,5% de similitud. En el siguiente
mapa se pueden observar las secciones que presentan un tipo distinto en color rojo.
Gráfica 12. Diferencias en el trazado de la empresa de Alcantarillado y Acueducto de Bogotá respecto al trazado 5.
Posteriormente, se procedió a realizar una comparación de los diámetros obtenidos en el diseño
realizado utilizando UTOPIA. Como se menciono anteriormente en la sección de resultados, se
utilizaron todos los diámetros registrados para realizar el diseño, posteriormente se realizó una gráfica
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para evidenciar la cantidad de secciones correspondientes a determinados diámetros, esta gráfica se
presenta a continuación.
Gráfica 13. Comparación diámetros de la Esmeralda utilizando todos los diámetros registrados.
En este diseño se observó que el 35,6% de las secciones diseñadas mediante UTOPIA coincidía con
las secciones registradas en la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. Sin embargo, dado
que el diámetro de 9” no es muy comercial se decidió repetir el diseño sin considerar este diámetro
en el catálogo utilizado con el fin de evaluar si ocurre una mejoría. En la siguiente gráfica se presenta
la cantidad de secciones del diseño correspondientes a los diámetros del nuevo catálogo.
Gráfica 14. Comparación diámetros de la Esmeralda utilizando el catálogo de diámetros modificado.
Al comparar el nuevo diseño con el trazado registrado por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado
de Bogotá se encontró que el porcentaje de secciones que coinciden en diámetro aumentaron a un
36,6%. Sin embargo, para reducir el diámetro que se utilizó, fue necesario aumentar la profundidad
promedio de algunas secciones lo que se refleja en el aumento de costos presentado en la sección de
resultados.
186
24
27
32
34
32
13
2
4
13
14
8
24
202
4
37
69
57
16
5
23
0
0
0
0
0
0
50
100
150
200
250
0.2
0.225
0.25
0.3
0.35
0.4
0.5
0.55
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Se
cci
on
es
diámetros (m)
Diámetros red Esmeralda
UTOPIA
Red alcantarillado sanitario (acueducto)
190
0
46
33
34
32
13
2
4
13
14
8
24
202
4
37
69
57
16
5
23
0
0
0
0
0
0
50
100
150
200
250
0.2
0.225
0.25
0.3
0.35
0.4
0.5
0.55
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Se
cci
on
es
diámetros (m)
Diámetros red Esmeralda
UTOPIA
Red alcantarillado sanitario (acueducto)
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5.2.3 Cedritos
En la siguiente figura se puede observar el trazado registrado por la empresa de Acueducto y
Alcantarillado de Bogotá para la red de Cedritos.
Figura 11. Red alcantarillado sanitario Cedritos registrada por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de
Bogotá.
Durante la comparación de tipo de tuberías que se presenta en la Gráfica 8 se encontró que los criterios
7, 8 y 9 de Zambrano tienen una mayor similitud con el trazado registrado en la Empresa de
Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. Lo anterior puede estar relacionado con el hecho que en teoría
estos criterios deben ser utilizados para terrenos planos como lo es el caso de Cedritos. Dado que el
criterio 8 dio un mejor resultado al comparar el trazado respecto a la información de la empresa de
Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, se resaltaron las secciones de tubería que presentan un tipo
distinto al obtenido en este trazado como se muestra en el siguiente mapa.
Gráfica 15. Diferencias en el trazado de la empresa de Alcantarillado y Acueducto de Bogotá respecto al trazado 8.
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Como se describe en la sección de resultados, se realizó el diseño optimizado para este criterio
utilizando el programa UTOPIA. A continuación, se presenta una comparación de los diámetros
obtenidos en el diseño respecto a los registrados.
Gráfica 16. Comparación diámetros de Cedritos.
Al comparar los diámetros de las tuberías obtenidas en el diseño se encontró que el 47,95% de las
secciones tenían el mismo diámetro que el registrado por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado
de Bogotá. Adicionalmente, dado que la red transporta un caudal más pequeño que el caudal
transportado en los otros casos de estudio los diámetros resultantes en este diseño eran menores.
161
0
9
1
0
86
21
27
6
31
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Se
cci
on
es
diámetros (m)
Diámetros red Cedritos
UTOPIA
Acueducto
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catastro de redes de drenaje urbano
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6 CONCLUSIONES
En conclusión, es posible decir que la mayoría de los diseñadores en Colombia utilizan aspectos
similares al momento de definir el trazado de alcantarillado sanitario y alcantarillado pluvial. Dentro
de los aspectos que se destacaron en las respuestas de los entrevistados se encontraba: la topografía,
la diferencia de cotas, el urbanismo y la ubicación de los puntos de descarga; estos aspectos fueron
implementados en la selección del trazado que se llevó a cabo en esta investigación a través de los
criterios de Zambrano. Así mismo, la mayoría de diseñadores manifiesta no utilizar ningún programa
de optimización durante la escogencia del árbol y el posterior cálculo de costos de la solución
propuesta. Sin embargo, dado que la mayoría busca implementar criterios como la topografía
mediante algoritmos mentales en sus diseños, es posible utilizar estos criterios junto con metodologías
de diseño optimizado para resolver el problema del levantamiento de redes de drenaje urbano en
donde no se cuenta con esta información.
Al analizar los trazados obtenidos con cada uno de los criterios utilizados es posible concluir que la
elección de un trazado más similar al registrado por la empresa correspondiente, está relacionada con
la diferencia de cotas entre los puntos o topografía de la red a diseñar. Ejemplo de lo anterior son los
casos de estudio de la Esmeralda y Cedritos, ya que al tener topografías con menos variaciones de
altura o más planas resultan en mayor similitud de los trazados utilizando los criterios 5 y 8
respectivamente. A partir de lo anterior, se concluye que en topografías más planas al momento de
realizar el trazado es recomendable utilizar los criterios 5, 6, 7 y 8 propuestos por Zambrano.
Por otra parte, se identificó que las redes de Chicó sur y la Esmeralda contaban con menos nudos que
la red de Cedritos. Los casos de Chicó sur y Cedritos tuvieron un trazado más similar al utilizar los
criterios 3 y 8 respectivamente, como se menciona en la sección de resultados del presente
documento. A partir de lo anterior, es posible concluir que cuando se tiene pocas secciones a evaluar
(como lo son el caso de Chicó sur y Cedritos) se obtiene un diseño de menor costo al utilizar criterios
que minimicen la cantidad de tramos continuos o la longitud de estos.
A pesar de que la mayoría de los diseñadores no suelen minimizar los puntos de arranque en sus
diseños, al comparar los trazados obtenidos para cada caso de estudio se encontró que para el caso de
Cedritos y Chicó norte penalizar las tuberías de inicio tuvo un mejor resultado que no hacerlo. En el
caso de la Esmeralda, el criterio 5, que no penaliza las tuberías de inicio tuvo un mejor resultado que
el criterio 6, el cual si penaliza las tuberías de inicio. Lo anterior puede estar relacionado con el hecho
de que el criterio 5 resulta en un diseño menos costoso que el obtenido al utilizar el criterio 6. Sin
embargo, es importante mencionar que como se puede ver en la Gráfica 8, la diferencia de similitud
entre los criterios 5 y 6 es inferior al 2,5%.
Finalmente, es posible concluir que la metodología propuesta no lleva a redes virtuales que tengan
suficiente similitud con las redes registradas por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de
Bogotá, sin embargo, dado que varios de los criterios involucran aspectos considerados por
diseñadores al momento de realizar el trazado y posterior diseño hidráulico de una red, se recomienda
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realizar modificaciones a la presente metodología para así lograr una mejor aproximación al
levantamiento de catastro de alcantarillado pluvial y sanitario.
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7 RECOMENDACIONES
Durante la presente investigación se utilizaron los criterios de Zambrano como una primera
aproximación para obtener el trazado de la red, estos criterios involucran aspectos como la topografía
y la diferencia de cotas. Sin embargo, durante las entrevistas a los diseñadores se encontró que el
caudal es otro de los factores que ayudan a definir el trazado, por este motivo, es recomendable
involucrar este elemento en trabajos futuros; para verificar si de esta manera se obtiene mayor
similitud entre las redes virtuales y las registradas por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de
Bogotá.
De manera similar, como una posible mejora a la metodología utilizada en la presente investigación,
se encontró que normalmente las secciones iniciales coinciden tanto en diámetro como en el trazado
de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. Teniendo en cuenta lo anterior, se propone
modificar la metodología utilizada en esta investigación definiendo el tipo de las tuberías continuas
del ramal principal. A continuación, se presenta el nuevo diagrama de flujo, en este se puede observar
sombreado en rojo el paso adicional que debería seguirse.
Figura 12. Nuevo diagrama de flujo para levantamiento de catastro para alcantarillado sanitario.
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Al llevar a cabo esta nueva metodología sería necesario comparar los resultados con los trazados
registrados por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá para validar los resultados
obtenidos.
Finalmente, se recomienda utilizar algoritmos relacionados con técnicas de inteligencia artificial
como minería de datos en redes de alcantarillado pluvial y sanitario ya existentes, con el fin de
identificar si es posible involucrar otros aspectos junto con los criterios propuestos por Zambrano
durante el proceso de selección del trazado.
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