Uso de metodologías de diseño optimizado para el levantamiento de catastro de redes de drenaje urbano

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

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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

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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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Uso  de  metodologías  de  diseño  optimizado  para  el  levantamiento  de

catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

 

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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catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

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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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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catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

 

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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catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

 

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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catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

 

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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catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

 

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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catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

 

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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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 

 

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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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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13 

 

•  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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14 

 

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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15 

 

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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16 

 

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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17 

 

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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18 

 

 

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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19 

 

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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catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

20 

 

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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21 

 

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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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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28 

 

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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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA

Uso  de  metodologías  de  diseño  optimizado  para  el  levantamiento  de

catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

29 

 

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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30 

 

 

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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31 

 

 

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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32 

 

 

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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33 

 

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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35 

 

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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36 

 

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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catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

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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. 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/419d1dd964e013bfcb1f74d756d155f5/index-html.html
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Universidad de los Andes

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA

Uso  de  metodologías  de  diseño  optimizado  para  el  levantamiento  de

catastro de redes de drenaje urbano

 

 

 

 

 

40 

 

8  REFERENCIAS

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variando  la  topografía  de  terreno,  la  densidad  de  viviendas,  los  coeficientes  de 
impermeabilidad  y  la  densidad  de  tuberías.
  Bogotá:  Tesis  Maestría  Universidad  de  los 
Andes. 

 

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