Estudio de la influencia en la descarga de un aliviadero tipo lat

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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 
2017 
Estudio de la influencia en la descarga de un aliviadero tipo lateral Estudio de la influencia en la descarga de un aliviadero tipo lateral 
debido a la implementación de pantallas para el control de debido a la implementación de pantallas para el control de 
flotantes en alcantarillados combinados flotantes en alcantarillados combinados 
Daniel Sebastián Corcho Ramírez 
Universidad de La Salle, Bogotá 
Leidy Tatiana Naranjo Moreno 
Universidad de La Salle, Bogotá 
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Corcho Ramírez, D. S., & Naranjo Moreno, L. T. (2017). Estudio de la influencia en la descarga de un 
aliviadero tipo lateral debido a la implementación de pantallas para el control de flotantes en 
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1 
 
ESTUDIO DE LA INFLUENCIA EN LA DESCARGA DE UN ALIVIADERO TIPO 
LATERAL DEBIDO A LA IMPLEMENTACIÓN DE PANTALLAS PARA EL 
CONTROL DE FLOTANTES EN ALCANTARILLADOS COMBINADOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
DANIEL SEBASTIÁN CORCHO RAMÍREZ 
CÓDIGO: 40131600 
LEIDY TATIANA NARANJO MORENO 
CÓDIGO: 40122163 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C. 
2017 
2 
 
ESTUDIO DE LA INFLUENCIA EN LA DESCARGA DE UN ALIVIADERO TIPO 
LATERAL DEBIDO A LA IMPLEMENTACIÓN DE PANTALLAS PARA EL 
CONTROL DE FLOTANTES EN ALCANTARILLADOS COMBINADOS 
 
 
 
DANIEL SEBASTIÁN CORCHO RAMÍREZ 
LEIDY TATIANA NARANJO MORENO 
 
 
 
 
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de 
Ingeniero Civil 
 
 
 
Director del proyecto 
Edder Alexander Velandia Durán 
MSc. MIC Ingeniero Civil 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C. 
2017 
3 
 
DEDICATORIA 
 
Inicialmente a Dios quien es el guía de mi camino y decisiones. 
A mis padres Natalia Moreno y Enrique Naranjo, pues gracias a ellos pude cumplir este gran 
sueño der ser una profesional, por ser mi motor, mi impulso y mi fortaleza, por su apoyo 
incondicional, por sus enseñanzas, amor compresión y sabiduría; por guiarme en cada etapa de mi 
vida y por asumir como propio este gran reto, al sufrir y gozar de cada uno de mis éxitos y 
tropiezos, porque siempre he tenido la fortuna de verlos juntos celebrando cada uno de los logros 
que vengo alcanzando hace varios años. A mi hermana Diana Naranjo por ser quien sigue día a 
día mis pasos, convirtiéndose sin duda alguna en una integrante más de esta grandiosa área de la 
ingeniería civil. 
Dedico mis esfuerzos a cada una de las personas que me permitieron crecer no solo 
profesionalmente, sino como persona, quienes estuvieron a mi lado creyendo en mí, incluso más 
que yo misma, y a aquellos que me aportaron lo invaluable, el cariño y el conocimiento. 
Leidy Tatiana Naranjo Moreno 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
En primera instancia quiero agradecer a Dios por brindarme la oportunidad de formarme como 
profesional en esta maravillosa carrera, por poder cumplir cada uno de mis objetivos durante estos 
años. 
Por otra parte, quiero hacer de este logro como si fuera de ella, mi madre, Olga Liliana Ramírez 
Alipio, quien con esfuerzo y dedicación nos ha dado más de lo que realmente necesitamos, por 
dejarnos claro que no interesa nada en el mundo más que nosotros, sus hijos, por enseñarme que 
no es necesario pasar por encima de nadie para cumplir nuestros sueños, que con humildad 
alcanzaremos todas nuestras metas y objetivos. Sin lugar a dudas es mi ejemplo a seguir, una mujer 
incansable, capaz de hacer hasta lo imposible por llevarnos a cada uno de nosotros hasta donde 
estamos, porque no se dejó derrotar por las adversidades y con la cabeza muy en alto me ha dado 
la posibilidad de ser un profesional. 
También quiero agradecer a la persona que siempre ha estado ahí, que dedico parte de sus años a 
formarnos como personas desde muy pequeños, mi abuelita, Olga María Alipio Suarez. Ella me ha 
acompañado en todas y cada una de mis etapas, siempre con sus sabias palabras para no dejarme 
vencer por ningún obstáculo, incentivándome cada día a ser mejor, recalcando mis defectos para 
que sea una mejor persona, y gozando de cada uno de mis logros. A ti, que has sido una pieza clave 
en mi desarrollo como persona. 
Las palabras se quedan cortas para agradecer el inmenso esfuerzo que han hecho ellas dos para 
que yo pueda estar en este punto, las amo con todo mi ser. 
A mis hermanos, sobre todo a Carolina, por enseñarme que no existe impedimento alguno para 
alcanzar nuestros sueños, que no es válido rendirnos y que siempre habrá un motivo para sonreírle 
a la vida. 
Finalmente, dedico este gran logro a todos aquellos que han creído en mí y han aportado su 
granito de arena para que este gran sueño hoy sea una realidad. 
 
Daniel Sebastián Corcho Ramírez. 
 
 
 
 
5 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
Inicialmente a nuestros padres, quienes apoyaron de manera incondicional el enfoque de este 
proyecto y el proceso que llevó consigo efectuarlo, quienes además fueron personas fundamentales 
en el arduo proceso que conllevo llegar a tan anhelada meta. 
Al director de tesis de este proyecto, Edder Alexander Velandia Durán, quien desde un principio 
oriento y apoyo el desarrollo de este trabajo investigativo proporcionando su conocimiento y 
experiencia a la temática analizada. 
A la Universidad de La Salle por permitirnos un espacio y una educación pertinente, durante todo 
este ciclo, para formarnos no solo como profesionales sino además como personas, para servir y 
aportar en el desarrollo del país, permitiéndonos llegar al final de esta etapa de aprendizaje, y 
dando paso a un nuevo ámbito profesional, dentro del cual buscaremos aportar nuestros 
conocimientos de la manera más adecuada. 
Por otra parte, agradecemos al personal de laboratorio que facilito de manera cordial y 
organizada los implementos que requerimos en los momentos precisos para llevar a cabo el 
montaje del modelo físico a escala, el cual respalda nuestra investigación. 
Finalmente, a nuestros compañeros y futuros colegas quienes también hicieron parte de nuestra 
formación en esta corta, pero valiosa etapa apoyándonos y brindándonos su conocimiento día a 
día. 
 
 
 
 
 
 
6 
 
 
TABLA DE CONTENIDO 
RESUMEN EJECUTIVO ________________________________________________ 11 
1. INTRODUCCIÓN___________________________________________________ 13 
1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA _______________________________________ 13 
1.2. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO _____________________________________ 17 
1.3. OBJETIVO GENERAL ________________________________________________ 18 
1.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ____________________________________________ 19 
2. ANTECEDENTES __________________________________________________19 
3. MARCO TEÓRICO _________________________________________________ 30 
4. MARCO CONCEPTUAL ____________________________________________ 45 
5. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL MODELO A ESCALA _______________ 47 
6. TOMA DE DATOS __________________________________________________ 53 
7. ALCANCE Y LIMITACIONES DEL MODELO _________________________ 59 
8. RESULTADOS _____________________________________________________ 60 
8.1. MEMORIA DE CÁLCULO _____________________________________________ 60 
8.2. CONSOLIDADO DE DATOS ALIVIADERO LATERAL DOBLE SIN 
PANTALLAS _______________________________________________________________ 62 
8.2.1. ALTURA VERTEDERO = 5 cm ______________________________________________ 63 
8.2.2. ALTURA VERTEDERO = 5.5 cm ____________________________________________ 63 
8.2.3. ALTURA VERTEDERO = 6 cm ______________________________________________ 64 
8.2.4. ALTURA VERTEDERO = 6.5 cm ____________________________________________ 64 
8.3. AJUSTE AL MODELO MATEMÁTICO __________________________________ 65 
8.3.1. ECUACIÓN DE ENERGÍA ESPECÍFICA ______________________________________ 65 
8.3.2. ECUACIÓN DADA POR ENGELS ___________________________________________ 71 
8.3.3. ECUACIÓN GENERAL DE DESCARGA EN VERTEDEROS _____________________ 73 
8.4. GRÁFICAS DEL ALIVIADERO LATERAL DOBLE CON PATALLAS _______ 78 
8.4.1. PANTALLA CON PERFIL RECTANGULAR __________________________________ 78 
8.4.1.1. GRÁFICA – PROFUNDIDAD Vs. CAUDAL DESCARGAGO – ALTURA DE 
VERTEDERO = 5 cm _____________________________________________________________ 78 
8.4.1.2. GRÁFICA – PROFUNDIDAD Vs. CAUDAL DESCARGAGO – ALTURA DE 
VERTEDERO = 5.5 cm ____________________________________________________________ 79 
8.4.1.3. GRÁFICA – PROFUNDIDAD Vs. CAUDAL DESCARGAGO – ALTURA DE 
VERTEDERO = 6 cm _____________________________________________________________ 80 
8.4.1.4. GRÁFICA – PROFUNDIDAD Vs. CAUDAL DESCARGAGO – ALTURA DE 
VERTEDERO = 6.5 cm ____________________________________________________________ 80 
8.4.2. PANTALLA CON PERFIL ¼ DE CÍRCULO ___________________________________ 81 
8.4.2.1. GRÁFICA – PROFUNDIDAD Vs. CAUDAL DESCARGAGO – ALTURA DE 
VERTEDERO = 5 cm _____________________________________________________________ 81 
7 
 
8.4.2.2. GRÁFICA – PROFUNDIDAD Vs. CAUDAL DESCARGAGO – ALTURA DE 
VERTEDERO = 5.5 cm ____________________________________________________________ 82 
8.4.2.3. GRÁFICA – PROFUNDIDAD Vs. CAUDAL DESCARGAGO – ALTURA DE 
VERTEDERO = 6 cm _____________________________________________________________ 83 
8.4.2.4. GRÁFICA – PROFUNDIDAD Vs. CAUDAL DESCARGAGO – ALTURA DE 
VERTEDERO = 6.5 cm ____________________________________________________________ 84 
8.5. GRÁFICA DEL ALIVIADERO LATERAL SIMPLE________________________ 84 
8.5.1. PANTALLA CON PERFIL RECTANGULAR __________________________________ 85 
8.5.1.1. GRÁFICA – PROFUNDIDAD Vs. CAUDAL DESCARGAGO – ALTURA DE 
VERTEDERO = 6 cm _____________________________________________________________ 85 
9. ANÁLISIS DE RESULTADOS ________________________________________ 85 
10. RECOMENDACIONES ______________________________________________ 98 
11. CONCLUSIONES ___________________________________________________ 99 
12. BIBLIOGRAFÍA ___________________________________________________ 100 
ANEXO 1 – TABLAS RESUMEN ________________________________________ 103 
ANEXO 2 – PLANO PROTIPO DE ALIVIO – ACUEDUCTO DE BOGOTÁ ___ 108 
ANEXO 3 – PLANOS DEL MODELO A ESCALA. _________________________ 109 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1. Acumulación de flotantes en el canal de la avenida Ciudad de Cali con Calle 66ª. 
(Autores) ........................................................................................................................................... 15 
Figura 2. Canal de la Avenida Boyacá con Calle 66ª con alto contenido de flotantes. (Autores)..... 16 
Figura 3. Modelo experimental (Granata et al.) ................................................................................ 20 
Figura 4. Velocidad axial a lo largo del vertedero. (Granata et al.) .................................................. 21 
Figura 5. Descarga lateral a lo largo del vertedero. (Granata et al) ................................................... 21 
Figura 6. Aliviadero de vertedero lateral (Butler et al.) .................................................................... 26 
Figura 7. Sección continúa del sistema de alivio modificado (Mora). .............................................. 27 
Figura 8. Número de froude aliviado Vs. Caudal aliviado (Mora). .................................................. 28 
Figura 9. Relación entre caudal aliviado y no aliviado (Mora). ........................................................ 28 
Figura 10. Representación general del curso del agua en un sistema de alcantarillado combinado 
con la implementación de estructura de alivio (Butler et al., 2004). ................................................. 34 
Figura 11. Aliviadero de vertedero lateral (Butler et al.) (p.271)...................................................... 38 
Figura 12. Vista en planta de la estructura de alivio (Acueducto de Bogotá, 2000) ......................... 48 
Figura 13. Vista lateral de la estructura de alivio (Acueducto de Bogotá, 2000) .............................. 48 
Figura 14. Foto lateral de la estructura de alivio a escala. (Autores) ................................................ 52 
Figura 15. Vista frontal de la estructura de alivio a escala. (Autores) .............................................. 52 
Figura 16: Prototipo del vertedero lateral a escala. (Autores) ........................................................... 53 
Figura 17. Diagrama de flujo del proceso de toma de datos. (Autores) ............................................ 55 
Figura 18. Estructura de alivio. (Autores) ......................................................................................... 57 
Figura 19. Disposición de la estructura para el aforo de caudal aliviado y caudal que sigue por la 
tubería. (Autores) .............................................................................................................................. 58 
Figura 20. Representación de un flujo con régimen subcrítico a través de un vertedero lateral 
(Chow, 1994) ..................................................................................................................................... 86 
Figura 21. Determinación del perfil hidráulico sobre la cresta del vertedero lateral doble. (Autores)
 ........................................................................................................................................................... 86 
Figura 22. Características geométricas de la sección circular. (RAS, 2012) .................................... 89 
Figura 23. Determinación del perfil hidráulico sobre la cresta del vertedero lateral simple. (Autores)
 ........................................................................................................................................................... 97 
Figura 24. Nuevo planteamiento partiendo del modelo propuesto por Butler et al........................... 98 
Figura 25. Planteamiento propuesto por Buttler et al. ....................................................................... 99 
 
LISTA DE TABLAS 
Tabla 1. Periodos de retorno recomendados según el grado de protección del sistema. (RAS, 2012)
 ........................................................................................................................................................... 14 
Tabla 2. Ventajas y desventajas de algunos tipos de vertederos, de acuerdo con la Empresas 
Públicas de Medellín (EPM) (obtenido de Cortés Torres, 2011) ...................................................... 35 
Tabla 3. Comparación entre las dimensiones del modelo y del prototipo real (Autores) ................. 51 
Tabla 4. Caudal aliviado y caudal alcantarillado para vertedero sin pantallas- Altura 5 cm. .......... 63 
Tabla 5. Caudal aliviado y caudal alcantarillado para vertedero sin pantallas - Altura 5.5 cm. ....... 63 
Tabla 6. Caudal aliviado y caudal alcantarillado para vertedero sin pantallas-Altura 6 cm. ............ 64 
9 
 
Tabla 7. Caudal aliviado y caudal alcantarillado para vertedero sin pantallas-Altura 6.5 cm. ......... 64 
Tabla 8. Caudal vertido para una altura de vertedero de 5 cm según la ecuación de energía 
especifica. .......................................................................................................................................... 67 
Tabla 9. Caudal vertido para una altura de vertedero de 5.5 cm según la ecuación de energía 
especifica. .......................................................................................................................................... 68 
Tabla 10. Caudal vertido para una altura de vertedero de 6 cm según la ecuación de energía 
especifica. .......................................................................................................................................... 69 
Tabla 11. Caudal vertido para una altura de vertedero de 6.5 cm según la ecuación de energía 
especifica. .......................................................................................................................................... 70 
Tabla 12. Diferencia respecto al caudal aliviado, determinados por medio de la ecuación de energía 
específica y el aforado en la estructura de alivio. .............................................................................. 71 
Tabla 13. Diferencia respecto al caudal aliviado, determinados por medio de la ecuación establecida 
por Engels y el aforado en la estructura de alivio. ............................................................................ 73 
Tabla 14. Caudal aliviado para una altura de vertedero de 5 cm según la ecuación general de 
descarga en vertederos. ..................................................................................................................... 74 
Tabla 15. Caudal aliviado para una altura de vertedero de 5.5 cm según la ecuación general de 
descarga en vertederos. ..................................................................................................................... 75 
Tabla 16. Caudal aliviado para una altura de vertedero de 6 cm según la ecuación general de 
descarga en vertederos. ..................................................................................................................... 76 
Tabla 17. Caudal aliviado para una altura de vertedero de 6.5 cm según la ecuación general de 
descarga en vertederos. ..................................................................................................................... 77 
Tabla 18. Diferencia respecto al caudal aliviado, determinados por medio de la ecuación general de 
vertederos y el aforado en la estructura de alivio. ............................................................................. 77 
Tabla 19. Altura de vertedero Vs Caudal alcantarillado. .................................................................. 93 
Tabla 20. Configuración del prototipo que no presenta afectación en el caudal para altura de 
vertedero de 5 cm. ............................................................................................................................. 95 
Tabla 21. Configuración del prototipo que no presenta afectación en el caudal para altura de 
vertedero de 5.5 cm. .......................................................................................................................... 96 
Tabla 22. Configuración del prototipo que no presenta afectación en el caudal para altura de 
vertedero de 6 cm. ............................................................................................................................. 96 
 
LISTA DE GRÁFICAS 
Gráfica 1. Profundidad Vs. Caudal aliviado para altura de vertedero de 5 cm, con perfil de pantalla 
rectangular. ........................................................................................................................................ 78 
Gráfica 2. Profundidad Vs. Caudal aliviado para altura de vertedero de 5.5 cm, con perfil de 
pantalla rectangular. .......................................................................................................................... 79 
Gráfica 3. Profundidad Vs. Caudal aliviado para altura de vertedero de 6 cm, con perfil de pantalla 
rectangular. ........................................................................................................................................ 80 
Gráfica 4. Profundidad Vs. Caudal aliviado para altura de vertedero de 6 cm, con perfil de pantalla 
rectangular. ........................................................................................................................................ 80 
Gráfica 5. Profundidad Vs. Caudal aliviado para altura de vertedero de 5 cm, con perfil de pantalla 
¼ de círculo. ...................................................................................................................................... 81 
Gráfica 6. Profundidad Vs. Caudal aliviado para altura de vertedero de 5.5 cm, con perfil de 
pantalla ¼ de círculo. ........................................................................................................................ 82 
10 
 
Gráfica 7. Profundidad Vs. Caudal descargado para altura de vertedero de 6 cm, con perfil de 
pantalla ¼ de círculo. ........................................................................................................................ 83 
Gráfica 8. Profundidad Vs. Caudal descargado para altura de vertedero de 6.5 cm, con perfil de 
pantalla ¼ de círculo. ........................................................................................................................ 84 
Gráfica 9. Profundidad Vs. Caudal descargado para altura de vertedero de 6 cm, con perfil de 
pantalla rectangular. .......................................................................................................................... 85 
Gráfica 10. Perfil de la lámina para el aliviadero lateral doble en régimen subcrítico obtenido para 
una altura de vertedero de 5.5 cm, sin presencia de pantallas. .......................................................... 87 
Gráfica 11. Variación del caudal Vs. Altura del vertedero sin presencia de pantallas. ..................... 88 
Gráfica 12. Caudal aliviado Vs. Profundidad de pantalla, con altura de vertedero de 5 cm y 
separación de pantallas de 1 cm. ....................................................................................................... 94 
Gráfica 13. Perfil de la lámina para el aliviadero lateral simple en régimen subcrítico obtenido para 
una altura de vertedero de 6 cm, sin presencia de pantallas. ............................................................. 97 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
RESUMEN EJECUTIVO 
El manejo de las aguas residuales y pluviales que se recolectan, transportan y 
disponen a través de conductos, sobre todo de sección transversal circular, deben ser 
diseñados y construidos bajo ciertos criterios hidráulicos que permitan un buen 
funcionamiento de este, con el fin de evitar problemas de saneamiento por la deficiente 
disposición de residuos, producto de las actividades diarias de las personas. La 
combinación de estos dos tipos de aguas (residuales y pluviales) constituye el caudal 
transportado en un alcantarillado combinado. La determinación de este caudal depende, 
sobre todo, de los eventos máximos de precipitación, captados a lo largo del tiempo, a 
través de estaciones de monitoreo constante controladas por el Instituto de Hidrología, 
Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM). Cabe considerar que estos eventos de 
lluvia no obedecen a algún comportamiento predeterminado, sino que, debe llevarse a cabo 
una predicción de acuerdo al histórico de datos obtenido dela zona. Este hecho, trae 
consigo un reto importante para los diseñadores de alcantarillado combinado, teniendo que 
llevar a cabo un análisis completo para la determinación de la tormenta de diseño, debido a 
que la degradación de materia orgánica genera una gran cantidad de gases, produciendo un 
exceso de presión y la posible ruptura del conducto de transporte, y que originaría fugas del 
caudal combinado, malos olores y la contaminación del suelo adyacente. 
Una de las alternativas que se tienen en el control del caudal total de este tipo de 
alcantarillados, es la construcción de aliviaderos, destinadas a mantener un gasto total en 
las tuberías, no mayor al caudal con el cual han sido diseñadas. Uno de los tipos de 
estructuras de alivio consiste en la disposición de un vertedero lateral, con el fin de captar 
los excesos de caudal producto de eventos de precipitación mayores al que fue considerado 
en el diseño. Este caudal captado es dirigido directamente a un cuerpo de agua receptor, en 
12 
 
el que las entidades ambientales han permitido su vertimiento. Adicionalmente, debe 
tenerse en cuenta que el agua vertida debe tener la mejor calidad posible, evitando el alivio 
de grandes cantidades de materia orgánica y elementos flotantes que son comunes en las 
redes de alcantarillado. Una de las propuestas teóricas empleadas, es el uso de pantallas 
para el control de flotantes en estructuras como aliviaderos laterales y frontales. 
Bajo este contexto, este proyecto consistió en la construcción de una estructura a escala del 
modelo real de una estructura de alivio presente en el alcantarillado de Bogotá, ubicada más 
exactamente en la Carrera 7 con Calle 39, en el Parque Nacional. Sobre este modelo a 
escala se tomaron una serie de datos para determinar el comportamiento hidráulico de la 
estructura, teniendo en cuenta variables como: caudal descargado en la estructura, caudal 
que sigue a través del ducto de salida y perfil de la lámina sobre la cresta del vertedero. 
Estos datos, en primera medida, fueron tomados sin la presencia de las pantallas paralelas al 
vertedero lateral, con el fin de conocer el comportamiento de la estructura y ajustarlo a un 
modelo matemático, establecido a partir de estudios científicos; basados en los datos 
obtenidos experimentalmente, se puede afirmar que el modelo matemático que más se 
ajusta es el recopilado por Naudascher, teniendo una diferencia entre el caudal aforado en 
la estructura y el calculado analíticamente del 18%. Posteriormente se llevó a cabo la toma 
de las variables hidráulicas, previamente mencionadas, esta vez con la presencia de las 
pantallas, teniendo en cuenta las variaciones en la altura del vertedero, profundidad de la 
pantalla, separación de las pantallas con respecto al vertedero lateral y el perfil de la 
pantalla que está en contacto con el fluido. El procesamiento de los datos y su posterior 
análisis, permiten observar un claro comportamiento entre las variables analizadas, de las 
cuales se pueden resaltar que: el caudal aliviado es inversamente proporcional a la altura 
del vertedero y a la profundidad de la pantalla; mientras que se tiene una relación 
13 
 
directamente proporcional entre el caudal aliviado y la separación de las pantallas con 
respecto al vertedero lateral; por otra parte el caudal descargado con la presencia de la 
pantalla con perfil rectangular es menor que con la pantalla con perfil de ¼ de circulo. A 
partir del análisis realizado, se sugiere una alternativa diferente teniendo en cuenta lo 
propuesto por Butler et al: 
- Profundidad de las pantallas = 0.05 – 0.18 respecto al diámetro de la tubería de 
entrada. 
- Separación entre el vertedero y la pantalla = 0.08 – 0.28 respecto al diámetro de la 
tubería de entrada. 
- Altura de vertedero = 0.71 – 0.86 respecto al diámetro de salida. 
1. INTRODUCCIÓN 
1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 
El manejo ambiental de las aguas residuales y pluviales por medio de sistemas de 
alcantarillado es importante para mantener unas condiciones de salubridad apropiadas, en la 
cual se mitiguen el riesgo de contraer enfermedades que pueden ser letales como cólera, 
fiebre tifoidea, entre otras. 
A partir de los requerimientos de diseño de alcantarillados combinados, estipulados 
en el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS, 2012), 
uno de los parámetros de mayor importancia es el periodo de retorno de la lluvia de diseño, 
teniendo en cuenta las condiciones climáticas y reportes dados por el estamento estatal 
encargado de esto (IDEAM). 
 
 
14 
 
Características del área de drenaje Mínimo 
(años) 
Aceptable 
(años) 
Recomendado 
(años) 
Tramos iniciales en zonas 
residenciales con áreas tributarias 
menores de 2 ha 
2 2 3 
Tramos iniciales en zonas 
comerciales o industriales, con áreas 
tributarias menores de 2 ha 
2 3 5 
Tramos de alcantarillado con áreas 
tributarias entre 2 y 10 ha 
2 3 5 
Tramos de alcantarillado con áreas 
tributarias mayores a 10 ha 
5 5 10 
Canales abiertos en zonas planas y 
que drenan áreas mayores a 1000 ha 
10 25 50 
Canales abiertos en zonas 
montañosas (alta velocidad) o a 
media ladera, que drenan áreas 
mayores a 1000 ha 
25 50 100 
 
Tabla 1. Periodos de retorno recomendados según el grado de protección del sistema. 
(RAS, 2012) 
Basados en la tabla 1, es posible elegir el periodo de retorno con el cual se define la 
precipitación máxima, con la cual se llevan los cálculos necesarios para el diseño del 
sistema de alcantarillado combinado. El sistema de alcantarillado funcionará de manera 
óptima, siempre y cuando, la precipitación no sea mayor a lo establecido en el diseño. Dado 
el caso de que se llegue a presentar una lluvia que produzca un caudal mayor, hará que el 
sistema trabaje a presión y, en un caso más extremo, se presente un colapso prematuro de 
las tuberías, sobre todo, por los gases, producto de la descomposición de la materia 
orgánica presente en el agua, generándose posiblemente fugas del sistema que contaminan 
el suelo adyacente, incrementando los malos olores y aumentando la probabilidad de 
generar enfermedades. 
Cuando se lleva a cabo el diseño de sistema de alcantarillado combinado, tiende a 
generar estructuras robustas, los cuales no tienen una razón suficiente como para llevar a 
15 
 
cabo una inversión de tal magnitud. Esto ha sido un punto de partida para diversos estudios, 
en los cuales, se han llevado a cabo el diseño de estructuras de alivio para evitar que se 
generen problemas en el funcionamiento hidráulico de los alcantarillados. Muchas de estas 
alternativas se han implementado sin llegar a tener en cuenta la afectación que puede traer 
las descargas directas de alivio al cuerpo de agua receptor. Actualmente muchos de los 
afluentes de agua dulce se encuentran en un estado crítico, como lo afirma la ONU (2015) 
en un informe sobre los recursos Hídricos en el Mundo. Algunas de las razones que 
ocasionan acumulación de basuras en los canales destinados a la conducción de agua lluvia, 
corresponden a la falta de control de la descarga de estas estructuras hace que se cómo 
puede observarse en la figura 1 y figura 2. 
 
Figura 1. Acumulación de flotantes en el canal de la avenida Ciudad de Cali con Calle 
66ª. (Autores) 
16 
 
 
Figura 2. Canal de la Avenida Boyacá con Calle 66ª con alto contenido de flotantes. 
(Autores) 
Estos son algunos de los casos que se encuentran en muchos de los canales de Bogotá 
como el canal Córdoba donde en abril del 2016 fueron necesarios la remoción de cerca de 
dos toneladas de residuos sólidos debido a las alertas por las posibles inundaciones, como 
lo afirman en El Espectador (2016). Otros canales que presentan estas mismas condiciones 
son el Fucha, Salitre y San Cristóbal. 
Generalmente, las soluciones planteadas para el control de contaminantes en la 
descarga de aliviaderos son bastantesimples, como lo afirma Butler et al., “el problema de 
los sólidos que fluyen directamente sobre el vertedero […] se puede reducir mediante la 
colocación de una placa vertical –una scumboard– paralelo al vertedero […], de manera 
que se impide el desplazamiento de estos elementos flotantes hacia el vertedero” (p. 260). 
17 
 
A pesar de que la aplicación de estas alternativas no es tan compleja, para el caso 
colombiano no se ha encontrado información acerca de la implementación de estas en algún 
diseño, y tampoco se encuentra reglamentado en ninguna norma. Con este estudio, se 
realizó un modelo físico que permitiera tener una cantidad suficiente de datos para 
establecer el comportamiento hidráulico de la estructura de alivio con vertedero lateral 
doble debido a la implementación de la pantallas; después del debido análisis de los datos 
obtenidos, se buscó determinar la ubicación de dichas pantallas, que no afectaran el 
funcionamiento hidráulico del vertedero lateral y además permitiera tener un control sobre 
los residuos flotantes para evitar un deterioro ambiental de los afluentes hídricos. Teniendo 
en cuenta el análisis de los datos, se puede encontrar diferentes ubicaciones de las pantallas, 
encontrándose relaciones directamente proporcionales entre la separación respecto al 
vertedero y la profundidad, es decir, que a mayor separación de la pantalla respecto al 
vertedero mayor será su profundidad, para que de esta manera no se presente afectación 
alguna en la magnitud del caudal aliviado por la estructura. 
1.2. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO 
Un sistema de alcantarillado combinado, con el fin de prevenir presurización en el 
sistema, emplea estructuras especializadas como los aliviaderos. Ahora bien, cabe aclarar 
que con la implementación de estas estructuras es indispensable analizar problemáticas 
ambientales, atribuidas a la alta carga de flotantes que implica el alivio del caudal de exceso 
y que finalmente son conducidos hasta un cuerpo de agua sin tratamiento alguno, por lo 
tanto, es necesario plantear soluciones que faciliten el manejo y control de los niveles de 
contaminación para así garantizar un sistema completamente funcional. Considerando así el 
asunto y apoyados en lo propuesto por Butler et al., se adopta la implementación de 
18 
 
pantallas verticales llamadas scumboard, las cuales se ubican paralelas al vertedero. Estas 
pantallas entran en funcionamiento cuando el flujo comienza a aliviar, como se dijo 
anteriormente este proyecto estuvo enfocado en determinar la ubicación de las pantallas 
para control de flotantes donde no se genere una influencia considerable en la descarga de 
alivio. 
El reglamento colombiano que determina los parámetros de diseño, RAS; no tiene en 
cuenta la implementación de estas pantallas a pesar del beneficio que esto conlleva, 
disminuyendo notablemente la cantidad de elementos flotantes que podrían llegar 
directamente a un cuerpo de agua receptor, disminuyendo así la calidad de agua de este. 
Con el proyecto se buscó desarrollar un análisis detallado acerca de la afectación que 
se tendría en la descarga sobre un aliviadero considerando la implementación de pantallas. 
Partiendo de los antecedentes y literatura consultadas se observó que la información acerca 
del comportamiento hidráulico generado por la implementación de pantallas en aliviaderos 
no ha sido abordado en su totalidad, y por esta razón resultó pertinente corroborar la idea 
propuesta por Butler et al. 
Para llevar a cabo esta investigación se realizó un modelo físico a escala cuyas 
dimensiones fueron definidas de acuerdo a una estructura real de alivio del acueducto y 
alcantarillado de Bogotá, las variaciones de las pantallas se establecieron de acuerdo a lo 
propuesto por Butler et al., manejando un régimen de flujo subcrítico antes de la descarga. 
OBJETIVOS 
1.3. OBJETIVO GENERAL 
Estudiar la influencia en la descarga de un aliviadero tipo lateral debido a la 
implementación de pantallas para control de flotantes en alcantarillados combinados 
19 
 
1.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
Definir la ecuación correspondiente al caudal aliviado que mejor se ajuste al 
comportamiento real del modelo físico partiendo de la revisión bibliográfica realizada; para 
así obtener un patrón a partir del cual sea posible evaluar la influencia de la 
implementación de las pantallas en el sistema. 
Desarrollar la modelación física de una estructura hidráulica de alivio lateral sin 
pantallas y con variaciones de estas; en cuanto a su profundidad, separación y perfil 
inferior, con el fin de generar una comparación del funcionamiento del vertedero lateral, en 
cada caso. 
Establecer la ubicación, la profundidad y el perfil de la pantalla bajo el cual se 
presenta la menor afectación en el caudal derivado, para finalmente realizar 
recomendaciones constructivas del aliviadero lateral con pantallas de flotantes 
2. ANTECEDENTES 
Caracterización del flujo a lo largo de un vertedero lateral con flujo 
supercrítico, en el que Granata, Gargano, Santopietro, & De Marinis; en la cual realizan el 
estudio experimental en un canal de sección circular de plexiglás, con un diámetro interno 
de 290 mm con un vertedero lateral, proporcionado con un sistema de recirculación. El 
estudio está enfocado en flujo supercrítico. 
“Los vertederos laterales son estructuras usadas usualmente en drenaje urbano, 
irrigación y protección contra inundaciones por su capacidad para desviar grandes 
cantidades de flujo” (Granata, Gargano, Santopietro, & De Marinis, 2015). A pesar de los 
avances investigativos en este tipo de estructuras aún no se obtienen resultados suficientes 
20 
 
para predecir el funcionamiento de este tipo de vertederos sometidos a diferentes 
condiciones geométricas y caudal total. 
Recientemente, se le ha dado un nuevo enfoque basado en la energía del flujo para el 
análisis de vertederos laterales, propuesto por Granata et al (2013). En su formulación 
original, se asume que la energía de flujo a lo largo de la cresta del vertedero es asumida 
como constante. Este enfoque mostro algunas limitaciones para grandes valores de la 
relación entre la longitud del vertedero lateral y la altura del vertedero. 
 
Figura 3. Modelo experimental (Granata et al.) 
 
21 
 
Algunos de los resultados obtenidos de este estudio están directamente relacionados 
con la variación de la velocidad y caudal aliviado a lo largo del vertedero lateral. 
 
Figura 4. Velocidad axial a lo largo del vertedero. (Granata et al.) 
En la figura 4 puede observarse un aumento en la velocidad axial, en donde sus datos 
se ajustan a un comportamiento parabólico, presentándose su punto máximo cerca del final 
del vertedero lateral. 
 
Figura 5. Descarga lateral a lo largo del vertedero. (Granata et al) 
Por otra parte, basados en los datos experimentales que obtuvieron, afirman que el 
pico en la variación del caudal aliviado tiene una relación directamente proporcional 
teniendo en cuenta el caudal de entrada, es decir, que a mayor caudal de entrada mayor será 
la distancia, respecto al inicio del vertedero, donde se presenta dicho pico. 
22 
 
Finalmente, los investigadores consideraron un coeficiente de descarga, cuyo 
comportamiento es muy variable a lo largo del vertedero. Además, Granata et al, informan 
que “El estudio todavía está en curso. Este está direccionado a evaluar la energía a lo largo 
del vertedero lateral. El conocimiento de la ley de la variación de la energía permitirá 
mejorar la capacidad de predicción en el enfoque de energía”. 
Estudio del flujo de vertedero lateral en un canal artificial estrecho usando 
técnicas de visualización, en el que Gozard, Kozelj, Steinman, & Bajcar; en el año 2013, 
realizaron una serie de mediciones con el fin formular una nueva ecuación del coeficiente 
de descarga de vertedero lateral usando un análisis dimensional. La particularidad de estediseño reside, en que se utilizaron métodos netamente visuales con el fin de evitar las 
perturbaciones con algún tipo de instrumentos intrusivo. Para este caso la velocidad fue 
medida en varios planos horizontales a lo largo del vertedero lateral usando una cámara de 
velocidad digital y de esta manera se convirtieron en imágenes secuenciales para así 
obtener un cálculo numérico de las velocidades locales. Así se propuso una distribución no 
uniforme a lo largo del vertedero y además una energía específica constante. Para este 
estudio se realizaron modelos físicos los cuales incluyen 9 diferentes dimensiones del 
vertedero lateral y nueve combinaciones de caudal, y por ende de altura en la lámina, 
realizando así un total de 81 pruebas. 
Después de realizar los ensayos propuesto en el trabajo analizado para flujo subcrítico 
en canales rectangulares, se logró establecer a partir de parámetros geométricos e 
hidráulicos y utilizando técnicas de visualización no invasivas, la velocidad es claramente 
no uniforme a lo largo del vertedero, pero además la línea de energía se mantiene paralela 
al fondo siempre, es decir, es constante. Finalmente, se desarrollaron las siguientes 
23 
 
ecuaciones fenomenológicas para el coeficiente de descarga Cd usando análisis 
dimensional a partir de datos experimentales. 
𝐶𝑑 = 0.81 − 0.6𝐹𝑟1 
𝐶𝑑 = 0.33 − 0.81𝐹𝑟1 + 0.49 (
𝑝
ℎ1
) 
𝐶𝑑 = 0.864 (
1 − 𝐹𝑟1
2
2 + 𝐹𝑟1
2)
0.5
 
Comportamiento hidráulico sobre las estructuras de alivio en sistemas de 
alcantarillado híbridos y combinados, en el cual Juan Camilo Valle y Juan Camilo 
Acosta, de la Universidad de los Andes, llevaron a cabo en su proyecto de grado, en el año 
2012, un estudio sobre los diferentes tipos de aliviaderos para luego fijar su atención en los 
que presentaban mayores ventajas con base en características económicas, hidráulicas y 
operacionales; para finalmente estudiar su comportamiento hidráulico y sus respectivas 
dimensiones. Uno de los análisis cualitativos obtenidos, indica que siempre y cuando que se 
tengan dos aliviaderos en los cuales la única diferencia sea el ancho de la cresta, se debe 
optar por aquella que posea la cresta más delgada, teniendo en cuenta que los costos son 
menores, ya que, el tamaño de la estructura resulta menor. 
 Además, establecen que para un vertedero de cresta delgada el coeficiente de 
descarga es igualmente menor, lo que significa que el caudal aliviado será mayor en la 
estructura de menos ancho en la cresta. Por otra parte, se concluyó que lo aliviaderos de 
tipo lateral de cresta delgada y los aliviaderos de orifico con vertedero transversal de cresta 
delgada, son los que presentan mayor ventaja de acuerdo a una puntuación realizada a partir 
24 
 
de las características operacionales, las características hidráulicas, y las características 
económicas. 
Análisis de aliviaderos de alcantarillados combinados en ciudades de altas 
pendientes y valles angostos, en caso Manizales, estudio llevado a cabo por Juan Camilo 
Cortes Torres, de la Universidad de los Andes, llevado a cabo en el año 2011. Como 
primera medida el autor lleva a cabo una revisión bibliográfica tanto de estructuras de 
alivio como de disipación de energía de flujo. Esta búsqueda se centra principalmente en 
estos dos aspectos, debido a su articulación con las características topográficas de la zona, 
haciendo necesaria la implementación de estructuras que disminuyan la energía del flujo, 
sobre todo la energía cinética que obtiene el flujo debido a las altas pendientes que se 
presentan en Manizales. Como ya se ha informado, las estructuras de alivio se implementan 
en sistemas de alcantarillado combinado, para garantizar su buen funcionamiento y evitar 
posibles daños prematuros debido a una presurización del sistema debido a grandes eventos 
de lluvia. 
Una de las fuentes bibliográficas en las cuales el autor centro esta búsqueda, fue la 
información suministrada por funcionarios de las Empresas Públicas de Medellín (EPM). 
De acuerdo a los reportes de la EPM, en el 2007 se encontraban 50 estructuras de alivio. 
Posteriormente, llevó a cabo una visita a cada una de estas estructuras, en compañía del 
encargado de la EPM, analizando ciertas características en cuanto al tipo de aliviadero y el 
estado del funcionamiento hidráulico de este mismo. Finalmente, en el reporte, consolida 
toda la información obtenida en campo, arrojando como resultado que, de las 66 estructuras 
de alivio, el 20% contaba con alguna estructura de disipación de energía. Otro análisis que 
proporciona en el trabajo, es el aumento en la construcción de aliviaderos laterales, después 
de la comparación hecha por la EPM de cada una de las estructuras de alivio bajo ciertos 
25 
 
parámetros como: regulación de flujo, represamiento del colector combinado, presencia de 
partes móviles en la estructura, costos y mantenimiento; estudio del cual concluyen que la 
mejor estructura de alivio son los laterales. De esta manera, el autor afirma que cerca del 
41% del total de estructuras de alivio son del tipo lateral. 
Vertedero lateral, soluciones teóricas verificadas experimentalmente y validadas 
con base en el análisis dimensional, con el que González Casas, F; Zamudio Huertas, E; 
Corzo Rivera, C; realizaron el análisis un flujo variado con descarga decreciente en el cual, 
según Salamanca, la cota de la energía especifica no varía a lo largo del canal frente a la 
estructura de vertimiento, mientras que el perfil del flujo es curvo, el cual es descendiente 
cuando el flujo en supercrítico y ascendente cuando es flujo es subcrítico. 
Salamanca (citado en González Casas, Zamudio Huertas, & Corzo Rivera) presenta el 
estudio sobre vertederos laterales, mediante integración de las ecuaciones diferenciales del 
flujo espacialmente variado con descarga decreciente. Cabe aclarar que en esta modelación 
se tuvo en cuenta únicamente el análisis de caudal líquido, es decir, que no se tiene en 
cuenta el transporte de sedimentos. 
Gonzáles realizó un modelo al cual se le midió el caudal, la velocidad y la 
profundidad hidráulicas con distintas condiciones de operación. Para el modelo realizado 
con una pendiente horizontal se observa un cambio en la energía específica de 5.6% y en el 
caso de utilizar pendientes de 0,00256, dicha diferencia alcanza un máximo de 12.5%, 
considerando de esta manera que la hipótesis de energía específica constante se satisface ya 
que dichos cambios pueden considerarse despreciables. Además, para el régimen subcrítico 
se verifica que el perfil de la lámina de agua es creciente frente a la escotadura del 
vertedero lateral, de forma que la profundidad del flujo es función de la longitud del 
vertedero. 
26 
 
Por otra parte, de acuerdo con las mediciones de laboratorio, las ecuaciones de 
Salamanca para definición de caudal vertido y la determinación del perfil del flujo se 
ajustan mejor a los datos experimentales cuando el vertedero lateral es de sección constante 
rectangular y velocidad media variable. 
En el caso de flujo subcrítico y canal rectangular de sección transversal constante, 
con números de Froude menores a 0,60, la utilización de las ecuaciones de Salamanca para 
definición de caudal vertido lateralmente y estimación del perfil de flujo en la zona de 
vertimiento lleva a resultados satisfactorios, por lo que se recomienda el empleo de estas. 
Construcción y análisis de un aliviadero como estructura hidráulica, bajo 
régimen de flujo supercrítico, en el que Pedro Felipe Mora Manrique, en el 2008 llevó a 
cabo su trabajo de grado teniendo en cuenta la poca información que se tiene respecto al 
comportamiento de aliviaderos dentro de un sistema combinado, en especial bajo régimen 
supercrítico, y teniendo en cuenta que Bogotá comprende zonas de alta pendiente. Para 
llevarlo a cabo se realizó el modelo de un aliviadero lateral, tomando como punto de 
referencialas especificaciones descritas en el libro de Butler et al., Urban Drainage. 
 
Figura 6. Aliviadero de vertedero lateral (Butler et al.) 
27 
 
Para el modelo anteriormente descrito, Mora (2008) realizó una modificación 
respecto a la sección variable establecida que para este caso se tomó constante de seis 
pulgadas de diámetro, además a esa misma tubería se le realizo un corte en tipo media caña 
con el fin de crear el área de rebose; posteriormente el agua vertida es conducida a un cajón 
de almacenamiento y finalmente el flujo descarga por medio de una tubería de cuatro 
pulgadas. El modelo físico final se puede observar en la figura 7. 
 
Figura 7. Sección continúa del sistema de alivio modificado (Mora). 
La principal idea de dicho aliviadero es conocer los números de Froude 
correspondientes antes de entrar a la estructura y para cuando el flujo es aliviado, con el fin 
de establecer una correlación entre dichos valores. Para esto realizan una toma de 30 datos 
con las medidas de alturas de la lámina sobre el vertedero, tanto para flujo aliviado como 
para flujo no aliviado, obteniendo finalmente que para ambos casos el flujo se mantiene 
supercrítico, ya que, se obtienen valores para el número de Froude mayor a 1. 
28 
 
 
Figura 8. Número de froude aliviado Vs. Caudal aliviado (Mora). 
A partir de la figura 8 se encontró que a menor caudal aliviado mayor número de 
Froude aliviado. Aunque la dispersión de los puntos no permitió establecer una tendencia 
lineal que permitiera realizar mayor descripción. 
Por otra parte, se realiza un análisis del caudal aliviado y del caudal no aliviado, 
encontrando una relación lineal entre estas y así establecen una ecuación para determinar el 
caudal no aliviado con respecto al caudal aliviado, que se supone es un dato de entrada. 
Este comportamiento puede ser observado en la figura 9. 
 
Figura 9. Relación entre caudal aliviado y no aliviado (Mora). 
 
29 
 
Comportamiento hidráulico y de calidad del agua de aliviaderos en 
alcantarillados combinados, en el que Andrés Barrera Chaves, en 1998, tenía como 
objetivo: “fijar los criterios para el dimensionamiento hidráulico de las estructuras de alivio 
de caudales en un sector real de alcantarillado combinado, teniendo como base el 
comportamiento hidrológico local y la calidad de agua de la descarga al cuerpo receptor” 
(Barrera Chaves, 1998). El autor tomo como base las características hidrológicas de la zona 
de estudio en Piedecuesta – Santander, para de esta manera ajustar las características a un 
modelo simplificado, a partir del software SWMM (Storm Water Management Model). 
Dentro de la metodología que llevó a cabo el autor, modelo el desarrollo de diferentes 
eventos de precipitación, caracterizados por su duración y por el periodo de retorno (5 a 10 
años), para identificar el comportamiento promedio de cada uno en cuanto a escorrentía 
generada, caudal pico y calidad de agua dentro del sector de alcantarillado. 
A partir del modelo aplicado en el software, fue posible apreciar que las lluvias 
comprendidas en el periodo de lluvia de 70-170 minutos, presenta un comportamiento tal, 
que el caudal pico promedio ocurre a los 50 minutos después de haberse iniciado el evento, 
con un caudal bastante alto de 693.69 Litros/segundo aproximadamente. Así mismo la 
escorrentía máxima generada por hectárea es de 65.18 Litros/segundo. 
En cuanto a calidad del agua se puede observar que al inicio de las tormentas 
promedio la concentración de contaminantes sube abruptamente, lo que ha sido encontrado 
en diferentes estudios sobre el tema. Luego el proceso de lavado se estabiliza, arrastrando 
los contaminantes a una tasa casi constante. 
30 
 
3. MARCO TEÓRICO 
El asentamiento surgido a partir de que el hombre dejo de ser nómada para ser 
sedentario, ha generado la necesidad de tener una adecuada disposición de las aguas 
servidas, producto de las actividades cotidianas y necesidades biológicas de las personas, 
debido a la gran cantidad de contaminantes que pueden llegar a tener las aguas residuales, 
todo esto con el fin de evitar problemas de sanidad. 
Este sistema de recolección de aguas es denominado alcantarillado, constituido 
principalmente por tuberías, hechas usualmente de plástico o concreto, con el fin de dirigir 
el agua directamente hacia un cuerpo de agua receptor o, algún sitio en donde se lleve a 
cabo un tratamiento previo para disminuir el impacto generado por estos vertimientos a los 
cuerpos de agua. De acuerdo al tipo de agua que se transporta por estas tuberías, Según el 
Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS, 2012) los 
alcantarillados pueden clasificarse en: 
Alcantarillado sanitario: aguas producto de las actividades y necesidades biológicas 
de las personas. 
Alcantarillado pluvial: aguas producto de los eventos de lluvia. 
Alcantarillado combinado. 
Los sistemas de alcantarillado combinado consisten en los procesos de recolección, 
conducción, tratamiento y disposición final, tanto de las aguas lluvias como de las aguas 
residuales, obtenidas de los aportes generados por los sectores domésticos, industriales, 
institucionales y comerciales. 
Existen factores importantes que deben tenerse en cuenta para garantizar un 
rendimiento adecuado de este tipo de sistemas de disposición de aguas servidas, debido a 
que el buen funcionamiento de estos, es indispensable para garantizar condiciones de 
31 
 
salubridad óptimas. Uno de ellos, consiste en el caudal máximo capaz de ser transportado 
por una tubería de diámetro conocido y que, por ningún caso, debería llegar a presentarse 
un evento en el cual se presurice el sistema; este hecho es producido en el momento en el 
que el caudal transportado alcanza la capacidad máxima de la tubería. Esto podría llegar a 
presentarse en el momento en el que se produzca un taponamiento, ya sea, por objetos de 
gran magnitud que de alguna manera terminaron dentro de las tuberías o debido a la falta de 
control en la cantidad de contaminantes de las aguas servidas, sobre todo por parte del 
sector industrial; otro de los factores que podría llegar a producir una presurización del 
sistema es, sobre todo en alcantarillado combinado, un evento de precipitación mucho 
mayor al obtenido a partir del análisis hidrológico de la cuenca. 
Según lo anuncia el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento 
Básico (RAS, 2012) “Los valores máximos y mínimos que gobiernan el diseño de sistemas 
combinados corresponden a los de redes pluviales” (p.52). Como puede observarse, tiene 
una gran inferencia en el diseño las características hidrológicas de la cuenca donde va a 
llevarse a cabo el diseño de un alcantarillado combinado. 
Algunos de los parámetros más relevantes de diseño que se enuncian en el Ras son: 
Áreas de drenaje: para este caso es necesario considerar el trazado de las vías de la 
zona ya que la red de drenaje deberá seguir este curso, adicionalmente se debe tener en 
cuenta el área tributaria y el área aferente para el cálculo posterior del caudal total que 
llevará dicho tramo. 
Caudal de diseño: teniendo en cuenta que el diseño es regido por los eventos de 
precipitación máximos de la zona, el diseño se ajusta al método racional en el cual se tienen 
en cuenta variables hidrológicas como lo son el tiempo de concentración del área de drenaje 
y un coeficiente de escorrentía implícitos en la siguiente ecuación: 
32 
 
 
𝑄 = 2.78 (𝐶)(𝑖)(𝐴) 
Donde 
𝑄 = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎𝑠 𝑙𝑙𝑢𝑣𝑖𝑎𝑠 ( 𝑙𝑡𝑠 𝑠𝑒𝑔⁄ ) 
𝐶 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑖𝑎 (𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑟𝑒𝑛𝑎𝑗𝑒) 
𝑖 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑙𝑢𝑣𝑖𝑎 (𝑚𝑚) 
𝐴 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 (ℎ𝑎) 
Las curvas de intensidad-duración-frecuencia (IDF): constituyen la base para la 
determinación de los parámetrosclimatológicos de la zona. Estas curvas permiten 
determinar el lapso de tiempo para que se lleven a cabo eventos de precipitación con 
periodos de retorno establecidos con el fin de determinar la intensidad de diseño. Si dichas 
gráficas no están disponibles o no se tiene accesos a éstas es necesario llevarlas a cabo 
teniendo como base mediciones de estaciones pluviométricas cercanas a la zona donde se 
llevará a cabo el proyecto. 
Periodo de retorno: el periodo de retorno con el cual se lleva a cabo el diseño del 
sistema de alcantarillado combinado debe estar directamente relacionado con el nivel de 
importancia y con los daños, perjuicios o molestias que las inundaciones periódicas puedan 
ocasionar a los habitantes. 
Variables hidrológicas: otros parámetros que influyen en el comportamiento 
hidrológico de las zonas y que deben ser igualmente evaluados corresponden al coeficiente 
de escorrentía, el tiempo de concentración. 
Diámetro mínimo: en redes de recolección y evacuación de aguas lluvias, que 
requiere que la sección circular tenga un diámetro mínimo nominal de 250 mm. Sin 
33 
 
embargo, en algunos casos es posible reducir este diámetro a 200 mm, con plena 
justificación por parte del diseñador. 
Velocidad mínima y máxima: ya que se afirma que este tipo de aguas presentan una 
gran cantidad de partículas flotante que pueden sedimentarse por efecto de las bajas 
velocidad generando una disminución de la capacidad hidráulica del sistema debido a la 
presencia de volúmenes muertos. Para ello se establece una velocidad mínima de 0.75 m/s 
para el caudal de diseño. Para el caso de la velocidad máxima, esta depende directamente 
del tipo de material de la tubería. 
Según Olaya (2012), los sistemas combinados podrían generar diseños robustos para 
el caso en el que se presenten eventos de lluvia de gran magnitud, debido a que no es 
recomendable que el sistema se presurice (p.12). 
En muchas ocasiones los diseños de gran magnitud no se encuentran totalmente 
justificados, ya que los periodos en los cuales el sistema estará trabajando a plena 
capacidad de acuerdo a lo establecido, resultan ser poco probables durante la vida útil de la 
estructura, debido a que estas se diseñan para periodos de retorno superiores a los 25 años. 
En otras palabras, se está haciendo referencia a unos diseños económicamente poco 
eficaces, desaprovechando gran parte de la sección transversal y haciendo un uso razonable 
de esta únicamente cuando se presenten precipitaciones pico. 
De esta manera, se entiende que la lámina de agua dentro de la tubería será más baja, 
aumentando la probabilidad de colmatación de partículas y de esta manera reduciendo la 
sección transversal hidráulica. Por esta razón es que las tuberías de alcantarillado 
combinado más antiguo tenían forma de huevo, con una sección más reducida en la parte 
inferior y así aumentar la profundidad de la lámina dentro de la tubería (Butle et al). 
34 
 
Desde el punto de vista de Olaya: “en este tipo de aguas combinadas, al aumentar el 
área drenada se aumentan los aportes de aguas sanitarias y lluvias, con lo cual se requieren 
colectores y estructuras de mayor tamaño” Una estrategia para la reducción de costos que 
esto implica, es la posibilidad de controlar los caudales por medio de estructura de alivio 
(p.12). 
El funcionamiento de un aliviadero consiste en la bifurcación del flujo en un 
alcantarillado combinado, cuando el caudal transportado por un tramo supera la capacidad 
límite del sistema, por factores asociados a la topografía y a la respuesta de la cuenca frente 
a un evento de lluvia, lo cual podría generar un riesgo adicional en caso de que el sistema 
se presurice y no se lleve a cabo una correcta disposición de estas aguas. De dicho caudal 
total, cierto porcentaje (el cual dependerá del diseño y capacidad de la planta de 
tratamiento) continúa su recorrido hasta llegar a una planta de tratamiento donde se llevan a 
cabo una serie de procesos físicos y químicos que disminuyen el nivel de contaminación del 
agua para su disposición final. El porcentaje faltante, corresponde al caudal de exceso que 
es aliviado y conducido a un cuerpo de agua sin tratamiento previo. En la figura 10 se 
muestra un bosquejo general del funcionamiento de estas estructuras de alivio. 
 
Figura 10. Representación general del curso del agua en un sistema de alcantarillado 
combinado con la implementación de estructura de alivio (Butler et al., 2004). 
35 
 
 
TIPO DE VERTEDERO VENTAJA DESVENTAJA 
Frontal 
 
Construcción sencilla en una 
cámara, económico y no requiere 
de partes móviles 
Sobrecarga el interceptor sanitario y 
represa el colector combinado 
Orificio y salto 
 
No sobrecarga el interceptor 
cuando son adecuadas la 
localización y pendiente del 
conducto de fuga. No represa el 
colector combinado. Orificio 
ajustable y costo moderado. 
Tiene elementos metálicos que 
necesitan mantenimiento. Suspende 
todo el flujo hacia el interceptor 
durante Las lluvias y pasa toda la 
carga orgánica al sistema de lluvias. 
Requiere caída en el colector 
combinado 
Lateral 
 
Buena regulación del caudal 
sanitario. No sobrecarga el 
interceptor. No represa el colector 
combinado. No necesita partes 
móviles 
La estructura resulta costosa. Necesita 
caída en el colector combinado. 
Sifones 
 
Excelente regulación del caudal 
sanitario. No represa el colector 
combinado. No tiene partes 
móviles. Mantenimiento escaso 
Estructura grande de costo elevado. 
Ruido y vibración cuando hay 
operación intermitente. 
Tabla 2. Ventajas y desventajas de algunos tipos de vertederos, de acuerdo con la 
Empresas Públicas de Medellín (EPM) (obtenido de Cortés Torres, 2011) 
 
36 
 
Gracias a estudios relacionados en el tema, se han llegado a implementar diferentes 
tipos de aliviaderos, dentro de los cuales se encuentra: aliviadero frontal, lateral, lateral con 
deflectores, diagonal, salto, vórtice, sifón, entre otros. En la tabla 2, se presenta una serie de 
ventajas y desventajas de cada uno de ellos. 
Según Cortés Torres, y de acuerdo a la clasificación dada por las Empresas públicas 
de Medellín (EPM), los aliviaderos laterales son los que presentan un mejor 
comportamiento hidráulico, teniendo en cuenta parámetros como regulación de flujo, 
represamiento del colector combinado, presencia de partes móviles en la estructura y 
mantenimiento (p.17). 
Uno de los factores importantes en el control y funcionamiento de este tipo de 
estructuras está relacionado directamente con la carga contaminante de los caudales de 
descarga. De esta manera, se debe considerar que la proporción entre las aguas pluviales y 
las aguas residuales, tenga una relación en la cual se garantice que el agua aliviada, 
contenga un mínimo contenido de partículas contaminantes, para moderar el impacto 
negativo que trae la disposición sin tratamiento previo de estas aguas combinadas. Es 
necesario que el mayor aporte de las aguas transportadas en un sistema de alcantarillado 
combinado provenga de los eventos de precipitación. 
Lo anteriormente dicho se relaciona directamente con un patrón de medida 
denominado factor de dilución, el cual es definido por Olaya como la relación entre el 
caudal a partir del cual la estructura de alivio empieza a descargar el fluido en exceso y el 
caudal de aguas negras. Este factor debe ser, necesariamente, mayor que 1 y dicho valor 
depende del tamaño de la estructura, de su ubicación dentro de la red de alcantarillado, la 
magnitud del caudal en el cuerpo de agua receptor o del volumen de almacenamiento 
temporal del afluente y del impacto ambiental que pueda llegar a generar la descarga en 
37 
 
este de elementos flotantes. Debe tenerse en cuenta, que cuanto mayor sea el factor de 
dilución, más grande resultan el diseño de los colectores de la red, pero así mismo, menor 
será el impacto potencial en los cuerposde agua receptores de las aguas de alivio (p.33-34). 
De esta manera se podrá garantizar una mitigación en los efectos negativos sobre los 
cuerpos de agua. 
Este caudal aliviado debe cumplir con ciertos requerimientos mínimos de 
contaminantes para evitar fuertes impactos en los cuerpos receptores. De acuerdo con Lara 
(citado en Olaya), el ministerio de obras públicas recomienda diseñar aliviaderos cuando se 
cumplan las siguientes diluciones: “Para colectores principales, situados dentro del 
perímetro urbano y que desagüen en cauces de poco caudal, debe funcionar el aliviadero 
cuando el gasto sea igual a 5 veces el caudal medio de aguas negras”, o para “ emisarios 
principales, situados fuera del perímetro y desagüen en cauces de gran caudal, el aliviadero 
debe funcionar cuando el caudal sea 2.5 veces el caudal medio de aguas negras” (p.35). 
Quizá sea útil enfatizar en los grandes aportes de sólidos flotantes que se pueden 
generar en un sistema de alcantarillado combinado. Según afirma Olaya: “en tiempos de 
lluvia el caudal que circula por la tubería crece […] y en consecuencia la concentración de 
sólidos suspendidos aumenta porque el flujo vuelve a arrastrar los sólidos acumulados. Este 
fenómeno es lo que se conoce como first flush” (p.38). 
Es evidente que los cambios ambientales en todo el mundo, son producto de 
actividades llevadas a cabo por personas inescrupulosas, con una sed incesante por la 
explotación de recursos, sin llegar a magnificar los daños irreparables que puedan traer 
estas actividades. Esta práctica ha traído consigo una gran afectación a los recursos hídricos 
de todo el mundo en general. La falta de políticas de control de contaminantes ha hecho que 
muchos de los afluentes de agua dulce no se puedan considerar para el suministro de agua 
38 
 
potable para la población. De acuerdo, con un informe de las Naciones Unidas (ONU) 
sobre los recursos Hídricos en el Mundo (2015): “A menos que se restablezca el equilibrio 
entre la demanda y el suministro limitado, el mundo se enfrentará a un déficit global de 
agua cada vez más grave” (p. 3). 
Sin lugar a duda, el agua es uno de los motores más importantes para mantener un 
desarrollo sostenible adecuado, y como lo anuncia la ONU en el informe: “El progreso en 
cada una de las tres dimensiones del desarrollo sostenible, está circunscrito dentro de los 
límites que imponen los recursos hídricos, finitos y a menudo vulnerables, y por la forma 
en que se gestionan dichos recursos para proporcionar servicios y beneficios” (p. 3). 
Debido a las dinámicas de cambio que experimenta el mundo, es necesario considerar 
nuevas técnicas que tengan como eje central la disminución de los impactos negativos en el 
ambiente. 
 
Figura 11. Aliviadero de vertedero lateral (Butler et al.) (p.271) 
39 
 
Una solución pertinente para el tratamiento de sólidos flotantes en alcantarillados 
combinados, es aplicada teóricamente por Butler et al., haciendo referencia a la 
implementación de placas verticales, ubicadas paralelas al sentido del flujo, lo cual en 
épocas de lluvias hará que se produzca un efecto de sifón en el agua, previo al paso de esta, 
sobre el vertedero lateral. En este caso, se espera, que la mayor cantidad de los desechos 
flotantes queden atrapados entre las dos placas, o también conocidas como “scumboards”, 
de esta manera, obteniendo un mayor control de los elementos que serán vertidos 
directamente en los cuerpos de agua. 
En la figura 11, puede observarse un bosquejo de la alternativa propuesta por Butler 
et al., para el control de flotantes en los caudales de descarga. 
En cuanto al análisis hidráulico de la descarga del aliviadero es importante aclarar 
que el tipo de flujo que se presenta es un flujo espacialmente variado (FEV). Este tipo de 
flujo no tiene un caudal constante debido a la disminución de agua debido a la descarga 
sobre el vertedero lateral. De acuerdo con Chow, “el comportamiento de un flujo 
espacialmente variado es más complicado que el de un flujo con caudal constante”. 
El concepto de flujo espacialmente variado con caudal decreciente ha sido verificado 
mediante experimentos y consultas teóricas. La ecuación de energía específica ha sido la 
más conveniente para el análisis y diseño de estructuras como los aliviaderos. Esta teoría 
fue utilizada por primera vez para el diseño de vertederos laterales y vertederos de pared 
delgada laterales. 
Estudios realizados por Engels, Coleman, Smith, Forchheimer, De Marchi, entre 
otros, han comprobado que la altura de la línea de energía a lo largo de la escotadura de 
descarga permanece constante y, además concluyen que el perfil del flujo es curvo. 
40 
 
De acuerdo con Chow, para obtener la ecuación del flujo espacialmente variado se 
harán las siguientes suposiciones: 
El flujo es unidireccional. En realidad, existen corrientes transversales fuertes en 
forma de flujo espiral […]. Los efectos de estas corrientes y su turbulencia acompañante no 
pueden evaluarse con facilidad. 
La distribución de velocidades a través de la sección del canal es constante y 
uniforme 
La presión en el flujo es hidrostática. 
La pendiente del canal es relativamente pequeña, entonces sus efectos en la altura de 
presión y en la fuerza en las secciones del canal son insignificantes. 
Se utiliza la ecuación de Manning para evaluar las perdidas por fricción debidas al 
esfuerzo cortante desarrollado a lo largo de las paredes del canal. 
Para el caso expuesto por Chow, la ecuación que satisface el caudal vertido en 
cualquier sección de un canal rectangular se describe así: 
𝑄 = 𝑏𝑦√2𝑔(𝐸 − 𝑦) 
Donde: 
𝑏 = 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 
𝐸 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 
Por otra parte, Salamanca (1970) en su libro Estudio del Vertedero Lateral, busca 
presentar un método racional que consiste en plantear la ecuación diferencial, elaborar las 
integraciones a que ésta da lugar y obtener fórmulas correspondientes, ya que, la mayor 
parte de las ecuaciones que predicen el comportamiento de un vertedero lateral son 
empíricas, producto del análisis de datos experimentales. 
41 
 
De esta manera, basado en el método de aproximaciones sucesivas propuesto por 
Domínguez, se tiene que: 
𝑑𝑦
𝑑𝑥
=
2𝑚 √(𝐸 − 𝑦)(𝑦 − 𝑠)3
𝑏 (3𝑦 − 2𝐸)
 
𝑑𝑄𝑣 = 𝑚 √2𝑔 (𝑦 − 𝑠)
3/2 
Igualando el diferencial dx de cada una de las ecuaciones se tiene que: 
𝑑𝑄𝑣 =
𝑏 √2𝑔
2
(
3𝑦 − 2𝐸
𝐸 − 𝑦
) 𝑑𝑦 
Llevando a cabo la integración por medio del cambio de variable de E – y = v, se 
obtiene la siguiente ecuación para determinar el caudal aliviado por un vertedero lateral: 
(𝑦 √𝐸 − 𝑦)
𝑦1
𝑦0
=
𝑄𝑣
𝑏 √2𝑔
 
Teniendo en cuenta otra bibliografía consultada, de acuerdo con el libro de Hidráulica 
de Canales de Naudascher (2001), basado en algunas publicaciones como la de Ranga Raju 
(1979) y de Uyumaz, Muslu (1985); donde se llevaron a cabo ensayos sobre vertederos 
laterales de pared delgada, teniendo en cuenta el número de Froude de entrada, para 
determinar el coeficiente de descarga. Cq puede expresarse en forma simplificada por 
medio de la siguiente ecuación: 
𝐶𝑞 = 0.81 − 0.6 ∗ 𝐹𝑟1 , 𝐹𝑟1 < 0.5 
La ecuación general de descarga en un vertedero se describe a continuación: 
𝑄𝑣 = 𝐶𝑞 ∗ √2𝑔 ∗ 𝑦
3
2 
Donde: 
𝑄𝑣 = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑑𝑜 (𝑐𝑚
3) 
𝐶𝑞 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 
42 
 
𝑦 = 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑒𝑟𝑜 (𝑐𝑚) 
Sin embargo, Naudascher hace la aclaración de que con la utilización de estas 
ecuaciones se podría incurrir en una generalización del comportamiento hidráulico de un 
vertedero lateral, pues las condiciones de flujo que se presentan son mucho más complejas 
que para un vertedero normal, debido a “las complicaciones debidas a la carga variable 
sobre el vertedero, a la dirección variable del flujo de aproximación y,también, a la 
reducción de la longitud efectiva del vertedor como resultado de las zonas de separación del 
flujo” afirma Naudascher (p. 332). 
No obstante, se tienen ecuaciones que permiten tener un cálculo preliminar 
aproximado del caudal aliviado, así como la ecuación propuesta por Engels y expuesta por 
Liria Montañés (2001), donde: 
𝑄𝑣 = 0.414 ∗ √2𝑔 ∗ 𝐿
0.833 ∗ (𝑦)1.666 
Donde: 
𝑄𝑣 = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑑𝑜 (𝑐𝑚
3) 
𝐿 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑒𝑟𝑜 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 (𝑐𝑚) 
𝑦 = 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑒𝑟𝑜 (𝑐𝑚) 
Cabe recalcar que estas ecuaciones no tienen en cuenta la variación del perfil de la 
lámina a lo largo del vertedero, por lo que dichos valores apenas servirían para tener alguna 
idea de cuál será el caudal aliviado. 
Por otra parte, resulta útil aplicar los principios de similitud, para predecir el 
comportamiento del modelo real, basados en los datos obtenidos experimentalmente del 
modelo a escala, teniendo en cuenta algunas similitudes. Estas similitudes pueden ser 
trabajadas de manera conjunta o independiente; entre estos se encuentra la similitud 
43 
 
geométrica en donde se busca que todas las dimensiones del modelo sean afectadas por el 
mismo factor de escala, tal como se muestra a continuación. 
𝑙1𝑝
𝑙1𝑚
=
𝑙2𝑝
𝑙2𝑚
=
𝑙𝑖𝑝
𝑙𝑖𝑚
 
𝑙1𝑝
𝑙1𝑚
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝐸 
Así mismo existe una similitud cinemática, lo cual implica que las características de 
movimiento del modelo sean homologas, definida como tiempo del prototipo sobre tiempo 
del modelo. 
𝐸𝑡 =
𝑇𝑝
𝑇𝑚
 
 Y por último puede analizarse la similitud dinámica, en donde se espera que las 
fuerzas aplicadas a una parte del modelo sean proporcionales a las aplicadas en el prototipo. 
𝐹𝑡𝑝 = 𝑚𝑝 ∗ 𝑎𝑖𝑝 
𝐹𝑡𝑚 = 𝑚𝑚 ∗ 𝑎𝑖𝑚 
Por otra parte, es necesario tener en cuenta que existen una serie de fuerzas que 
influyen en el comportamiento del prototipo y deben ser reproducidas en el modelo; entre 
estas se encuentran las propiedades del flujo como la densidad, la viscosidad, la tensión 
superficial y el módulo de elasticidad. 
Otra de las similitudes de mayor relevancia en los canales a flujo libre, es respecto al 
número de Froude, el cual basados en la información de Saldarriaga (s.f), el valor debe ser 
el mismo tanto en el modelo como en el prototipo real. Esta premisa, cobra gran 
importancia en el momento de extrapolar el comportamiento encontrado en el modelo a 
escala, teniendo en cuenta algunas variables hidráulicas como el caudal aliviado, caudal que 
44 
 
sigue a través de la estructura, lámina a flujo libre dentro de la tubería, entre otras. Para ello 
se lleva a cabo el siguiente análisis de acuerdo con Salamanca: 
𝑣𝑚
√𝑔 𝑙𝑚
=
𝑣𝑝
√𝑔 𝑙𝑝
 
Dada la escala de velocidades, para una escala longitudinal se obtiene que: 
𝑣𝑝
𝑣𝑚
= √
𝑙𝑝
𝑙𝑚
 
.
→ 𝐸𝑣 = 𝐸𝑙
1/2 
Para la escala de tiempo se tiene que: 
𝐸𝑡 =
𝐸𝑙
𝐸𝑣
=
𝐸𝑙
𝐸𝑙
1/2
= 𝐸𝑙
1/2 
Para la escala de aceleración se tiene que: 
𝐸𝑎 =
𝐸𝑣
𝐸𝑡
=
𝐸𝑙
1/2
𝐸𝑙
1/2
= 1 
Para la escala de caudal se tiene que: 
𝐸𝑄 =
𝐸𝑣𝑜𝑙
𝐸𝑡
=
𝐸𝑙
3
𝐸𝑙
1/2
= 𝐸𝑙
5/2 
Estas similitudes entre el modelo y el prototipo son muy importantes a la hora de 
predecir el comportamiento de la estructura real, basados en los datos experimentales que 
se obtengan. Posteriormente este análisis será utilizado para calcular el caudal total que 
debe ser transportado por el prototipo real para que se obtengan resultados de acuerdo con 
los datos obtenidos del modelo a escala. 
 
45 
 
4. MARCO CONCEPTUAL 
Alcantarillado combinado: Este es un sistema que recolecta y transporta 
simultáneamente aguas residuales y aguas pluviales por una misma tubería. Las localidades 
con densidades de drenaje natural alta pueden ser apropiadas para este tipo de sistemas. En 
los alcantarillaos combinados se deben controlar ciertos factores como lo son la dilución de 
aguas residuales, ya que, en determinado momento estos sistemas alivian el flujo 
redirigiéndolo a cuerpos de agua sin tratamiento alguno. Por otra parte, en épocas de verano 
las bajas velocidades, pueden ser insuficientes para generar una auto limpieza lo cual 
genera acumulación de materia orgánica cuya descomposición puede generar olores 
ofensivos y gases (RAS) (p. 18). 
Alcantarillado pluvial: El alcantarillado pluvial hace referencia a un sistema de 
recolección y evacuación de aguas lluvias; estos pueden proyectarse cuando se requiera 
evacuar la escorrentía pluvial, es importante saber que no toda población requiere un 
alcantarillado pluvial, ya que esto viene dado de acuerdo a la capacidad de evacuar agua 
escorrentía, y lo cual viene condicionado a la topografía, a las características de la vía, al 
tamaño de la población entre otros (Ras). (p. 18). 
Alcantarillado sanitario: El sistema de alcantarillado sanitario tiene como objetivo 
transportar aguas residuales hasta una planta de tratamiento; el principal aporte de estas 
aguas está dado por el sector doméstico, aunque también se generan contribuciones por el 
sector industrial, comercial e institucional. Para garantizar un buen diseño y 
funcionamiento se deben tener en cuenta parámetros como la población, tanto actual como 
futura, rangos máximos y mínimos de velocidades, pendientes y profundidades, entre otros 
(Ras). (pp. 33, 34,35). 
46 
 
Colmatación: Es un proceso de acumulación de sedimentos o material transportado 
los cuales se precipitan de manera progresiva al fondo, debido a la densidad. (Parker, 
2001). (p.112). 
Degradación: Es un proceso biológico que ocurre naturalmente y su velocidad se 
determina por factores como la composición de los organismos del suelo, el entorno físico 
y la calidad de materia orgánica. La degradación representa una alteración de la estructura, 
de forma que las propiedades físicas y químicas del compuesto de ven alteradas (Parker, 
2001). (p. 225) 
Energía especifica: Es definida como la energía por libra de agua en cualquier 
sección de un canal medida con respecto al fondo de este, la energía especifica también 
puede ser definida como la suma de la profundidad del agua más la cabeza de velocidad 
(Chow, 1994) (p. 41). 
Factor de dilución: Corresponde a la relación entre el caudal a partir del cual el 
aliviadero comienza a derivar agua y el caudal medio diario de las aguas residuales, se 
considera que este factor debe der mayor a 1. (Olaya) (pp. 33,34) 
Flujo libre: Es aquel que presenta una superficie libre y se presenta en canales 
abiertos, se caracteriza porque se encuentra sometido a la presión atmosférica, en este tipo 
de flujos la superficie libre puede cambiar con el tiempo y con el espacio por lo que 
resultan más complejos de analizar (Chow, 1994). (p. 5). 
Periodo de diseño: Hace alusión al tiempo para el cual se estima que un sistema ha 
de funcionar de manera adecuada, también es definido como el tiempo que transcurre desde 
que inicia el servicio del sistema hasta que se superan las condiciones de diseño 
establecidas y para las cuales el sistema no tiene la capacidad de solventar dichos 
escenarios. Con respecto a sistemas de recolección y evacuación de aguas pluviales y 
47 
 
sanitarias, el periodo de diseño viene establecido de acuerdo al nivel de complejidad del 
sistema, mientras mayor sea dicho nivel, mayor será el periodo para el cual se realice el 
diseño (Ras). (p. 22). 
Régimen de flujo: Corresponde a la manera como se comporta el movimiento de un 
fluido a lo largo de un ducto, el cual es generado por el efecto combinado de la viscosidad 
de la gravedad, de acuerdo a esto se generan cuatro regímenes de flujo: subcrítico-laminar, 
supercrítico-laminar, súper-critico turbulento y subcrítico-turbulento (Chow, 1994). (p.14) 
Scumboard: Es una placa vertical que se ubica paralela al vertedero, justo