Las redes de telecomunicaciones han crecido en forma acelerada en los últimos años impulsadas fundamentalmente por la enorme oferta de contenido sobre Internet. Las tecnologías de red han evolucionado acompañando esta demanda y los operadores han sabido aceptar el desafío de este crecimiento brindando cada vez más y mejores servicios a sus clientes. Con ciclos de renovación de infraestructura muchísimos mas cortos que los históricos y con precios de los servicios a la baja por la fuerte competencia, los operadores de red enfrentan desafíos enormes para mantenerse en el mercado. Estos desafíos incluyen: la diferenciación de los servicios basados en precio y calidad, la generación de ingresos incursionando en nuevos negocios y la optimización de los costos operativos y de despliegue de infraestructura. El objetivo de esta tesis es la búsqueda de soluciones de buena calidad para el diseño de redes de telecomunicaciones multi-capa sobre redes ópticas existentes, optimizando el costo de su despliegue y asegurando un buen nivel de resiliencia ante fallas de la infraestructura física subyacente. Este trabajo continúa investigaciones previas sobre redes sintéticas y reales. Basándose en la experiencia y los resultados obtenidos explora nuevos algoritmos basados en heurísticas y métodos exactos para el diseño de este tipo de redes. Esta Tesis cuenta con el soporte del proveedor de comunicaciones uruguayo Antel, el cual gestiona la más importante red de telecomunicaciones de Uruguay y se encuentra además en pleno proceso de expansión internacional de su infraestructura de red y servicios. Los resultados obtenidos logran mejorar soluciones previas sobre redes reales de este operador y generan soluciones de muy buena calidad sobre instancias para los cuales no se conocen resultados previos.