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EVALUACIÓN, ESTUDIO Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES PARA EL CENTRO EDUCATIVO CECIDIC EN EL
MUNICIPIO DE TORIBÍO CAUCA1
Juan Sebastián Castrillón Henao; César Andrés Londoño Salazar; Juan Sebastián López
David; Linda Stefany Patiño Llano; Santiago Troncoso Triviño
RESUMEN
El presente proyecto, tiene como principal objetivo, diseñar un sistema de tratamiento de
aguas residuales para el centro de educación, capacitación e investigación (CECIDIC),
ubicado en el Municipio de Toribío, Departamento del Cauca en Colombia; con esta planta
se espera responder a las necesidades de demanda en el uso doméstico del agua, el
crecimiento poblacional y el cumplimiento de la normativa con respecto a las aguas
residuales, teniendo en cuenta las limitaciones espaciales, ambientales y económicas de la
zona. El proyecto inicia con el análisis de los datos recolectados en el área de influencia,
incluyendo la población, los parámetros hidráulicos, la topografía y las propiedades
mecánicas del suelo. Posteriormente se analizan y se seleccionan las tecnologías más
adecuadas para el contexto y finalmente se desarrolla el mejor diseño, en el cual se
presentarán detalles de la solución y un análisis costo beneficio de la propuesta.
Palabras clave: aguas residuales, tecnología apropiada, plantas de tratamiento de
aguas residuales –PTAR–.
ABSTRACT
This project has as its main objective to design wastewater treatment system for an
educational, training and investigation center, wich is located in the municipality of Toribío
in the department of Cauca, Colombia; responding to the needs of domestic water use,
population growth and the compliance of wastewater´s normative, taking into account the
spatial, environmental and economic limitations of this area. The project starts with colected
data analysis of the field of influence, including the population, hydraulic parameters, the
topography and, the mechanical properties of ground. Later, it analyzes and selects the
appropriate technogies in context and finally it develops the best design, wich will present
the details of the solution and a cost-benefit analysis of the proposal.
Key words: waste water; proper technology; waste water treatment plants.
1 Este artículo se origina en el Trabajo de Grado de Juan Sebastián Castrillón Henao, César Andrés Londoño
Salazar, Juan Sebastián López David, Linda Stefany Patiño Llano y Santiago Troncoso Triviño para optar por
el título de Ingeniero Civil de la Pontificia Universidad Javeriana de Cali.
INTRODUCCIÓN
El tratamiento de las aguas residuales es un
asunto que no ha recibido la debida
importancia en la mayoría de los países
latinos americanos, debido a que las
autoridades ambientales competentes son
muy permisivas en cuanto al vertimiento
de estas aguas a los cuerpos receptores. Si
bien en los últimos años la inversión en los
sistemas de tratamiento de aguas
residuales ha aumentado, aún se mantiene
un atraso de varios años en Latinoamérica
(Yee-Batista, 2013).
Con el fin de disminuir la contaminación
que se vierte sobre este recurso y
permitirle al efluente una capacidad de
asimilación de los contaminantes se han
desarrollado distintos sistemas que
permiten remover una cantidad de los
contaminantes presentes en el agua
residual, ya sea por medio de procesos de
carácter físico, químico o biológico.
Según Gerardo Viña Vizcaíno, presidente
de la Junta Directiva de ACODAL, en el
congreso realizado en agosto del 2016 en
Cartagena afirma que no más del 30% de
las aguas servidas en Colombia son
tratadas, y que gran parte de los sistemas
de tratamiento existentes en el momento
no están cumpliendo el papel que deberían
ejercer, por lo cual no se estaría
cumpliendo con la normatividad del país
como la resolución 0631 del 2015 y el
reglamento técnico del sector del agua
potable y saneamiento básico (RAS)
donde se especifican unas condiciones
mínimas en cuanto al niveles de
contaminación que se pueden verter sobre
una fuente hídrica. (Viña V, 2016).
El objetivo de este proyecto de diseño es
desarrollar un sistema de tratamiento de
aguas residuales para el Centro Educativo
de Capacitación e Investigación para el
Desarrollo Integral de la Comunidad
(CECIDIC) ubicado en el municipio de
Toribío, en el departamento del Cauca, el
cual demanda una opción de tratamiento
para el vertido de sus aguas residuales a la
fuente hídrica, ya que cuenta con un
sistema deficiente de pozos sépticos y
varios puntos de descarga directa al cuerpo
hídrico.
METODOLOGÍA
Para cumplir los objetivos planteados en el
proyecto, se llevó a cabo una metodología,
que consta de recolección de datos e
información para identificar y diagnóstico
del problema, Discusión y elaboración de
alternativas de diseño eficaz para el
tratamiento de estas aguas residuales, y por
último la selección del diseño y ejecución,
que de forma conjunta forman un bloque
de gran importancia para lograr realizar un
diseño óptimo.
PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
El municipio de Toribío, está ubicado al
Nororiente del Departamento del Cauca en
la vertiente occidental de la cordillera
central. En este municipio se destaca la
ganadería y la agricultura como las
actividades económicas más importantes.
(Toribío, 2017)
El municipio de Toribío aprox. desde el
año 1980 ha contabilizado más de 600
ataques terroristas por parte de las
guerrillas colombianas en el marco del
conflicto interno del país (Time Inc., 2011)
Este municipio cuenta con un sistema
educativo amplio en la zona, abarcando
muchas veredas cercanas a Toribío. Entre
las instituciones educativas más
representativas de la zona, se encuentra el
Centro de Educación, Capacitación e
Investigación para el Desarrollo Integral
de la Comunidad, por sus siglas CECIDIC;
lugar de desarrollo del proyecto.
Diagnóstico de servicios públicos
El servicio de energía prestado por la
Compañía Energética de Occidente es
deficiente. Normalmente el servicio se
corta alrededor de 15-20 horas semanales
por dicho problema. El servicio del agua
potable en gran parte es prestado por el
Acueducto de San Francisco, la
comunidad expresa que esta fuente de
agua ha venido siendo contaminada por el
vertimiento de aguas residuales de las
viviendas aledañas a este. Los servicios de
telefonía fija y gas natural no son suplidos
en las instalaciones, solo se cuenta con el
internet contratado por el cabildo y
telefonía móvil Claro, ambos servicios de
baja señal. El servicio de alcantarillado
con que cuentan las instalaciones, es la red
de tubos de PVC que se dirigen de las
viviendas o aulas a los pozos sépticos. El
servicio de recolección de basuras es
prestado por el Acueducto de EMYU del
Municipio de Toribío - Cauca. (CECIDIC,
s.f.) (Alcaldía de Toribio, 2012).
Sistema de alcantarillado
Cuenta con un sistema deficiente de pozos
sépticos y varios puntos de descarga
directa al cuerpo hídrico.
SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA
Para la selección de la tecnología es
necesario determinar qué tipo de
tratamiento se debe emplear para la
eliminación de partículas contaminantes,
por ejemplo, si es físico químico,
biológico químico o solamente biológico.
Estos componentes están basados en unos
rangos establecidos, que tienen como
variables el DBO y el DQO. Como
parámetros de entrada se tenía que el DBO
es de 278.94 (mg de O2 /L) y DQO es de
650.86 (mg de O2 /L), para obtener una
relación de 0.43, lo cual indica que se debe
realizar un tratamiento biológico.
Teniendo en cuenta que el tratamiento que
se debe implementar es el tratamiento
biológico, se comienza a preseleccionar
las tecnologías de tratamiento primario,
secundario y terciario. Se pre seleccionan
tres tecnologías por cada tratamiento como
se puede ver en la taba 1.
Tabla 1. Preselección de las tecnologías del CECIDIC.
Las cuales se fueron eliminando utilizando
el método de barreras, estas barreras son
los requerimientos culturales, la energía, la
facilidad de operación y mantenimiento y
el costo.
Los requenetos culturales son de vital
importancia para la comunicada, ya que
hacen parte de la comunidad NASA, lo
cual el medio ambiente es primordial para
ellos, la energía es una limitación ya que
no se presenta este suministro las 24 horas
del día, habiendo varios días los cuales
Primario Sedimentador primario
Tanque séptico
Tanque IMHOFF
Secundario Sedimentador secundario
Filtro anaerobio
Laguna de estabilización
Terciario Humedales
Filtración por membranas
Lagunas de maduración
este servicio no llega a la institución, la
facilidad de operación y mantenimiento es
importante ya que la comunidad es la que
se va a encargar de estos procedimientos,
de tal manera que se apropien del sistema
y por último los costos de inversión,
operación y mantenimiento de la planta,
deben ir de la mano con una selección
adecuada con relación a la eficiencia de
remoción del sistema seleccionado.
De tal manera se fueron descartando
algunos sistemas que no cumplían con
algunos criterios de selección y otros se
ajustaban más a las condiciones y
peticiones de la comunidad. Por tal motivo
se seleccionaron en el tratamiento primario
el tanque séptico, en el tratamiento
secundario el filtro anaerobio y como
tratamiento terciario los humedales.
CRITERIOS DE SELECCIÓN Y
DISEÑO DEL SISTEMA
Como principal criterio de diseño es la
población la cual va a ser beneficiada con
la instalación de la planta, por tal motivo
se debe realizar una proyección de esta
población, para establecer qué periodo de
diseño va a tener la planta y cuál es la
población futura tendrá la institución en
los años de proyección. Para así poder
realizar los diseños de la planta, como es
una institución y pertenece a una
comunidad indígena, los parámetros de
proyección son diferentes a los de la
normativa del RAS 2012, y se rigen por el
plan de vida de la comunidad y como la
institución espera crecer y en cuanto
tiempo se realizarán estas nuevas obras. El
plan de vida de la comunidad es de 30 años
y su crecimiento es de 10 aulas, con una
capacidad de 45 personas.
Teniendo la población futura de 2616
personas y una población flotante de 2000
personas, las cuales se presentan cuando
hay eventos importantes para la
comunidad, teniendo ya la población se
decide realizar los cálculos para obtener
los cálculos de agua potable, para luego
realizar los cálculos correspondientes al
caudal de aguas residuales, como indica la
norma del RAS 2012 título B y Titulo D.
Se establece un caudal medio diario de
176.58 m3/día y un caudal máximo horario
de 3.26 l/s.
La caracterización del CECIDIC, se
realizó por los aportes de descarga de cada
persona, teniendo como BBO 30 (mg/l),
DQO 70 (mg/l) y SST 25 (mg/l). Para
obtener una concentración de partículas
contaminantes de BBO 278.90 (mg/l),
DQO 650.86 (mg/l) y SST 232.45 (mg/l).
ESTUDIO TOPOGRÁFICO
Para la correcta realización del diseño de
la PTAR, se realizó un levantamiento
topográfico para conocer las cualidades
del terreno y buscar la mejor utilización de
estas. Para este estudio se utilizaron
equipos facilitados por la Pontificia
Universidad Javeriana, tales como:
• GPS Topcon Hiper Lite +
• Colector de datos Recon
• Estación total
• Prisma
• Bastón porta prisma
• Trípode para GPS y estación total
• Brújula
Teniendo la totalidad de los datos del
levantamiento topográfico en la estación
total, se realiza la extracción de la
información para ser procesarla y
posteriormente analizada en el software
AutoCAD Civil 3D 2015. Con la
realización de este levantamiento
topográfico se observó que la institución
contaba con bastantes terrenos óptimos
para la realización del diseño de la PTAR,
y que posteriormente serian comparados
para escoger el terreno que mejor se adapte
a las condiciones esperadas.
Figura 1. Modelación del levantamiento topográfico en
el software AutoCAD
DISEÑO HIDRÁULICO Y
SANITARIO DEL SISTEMA
El CECIDIC cuenta con alrededor de doce
zonas que aportan a la planta, que
actualmente no cuentan con una conexión
de alcantarillado, la cual se va a realizar un
trazado para poder transportar las aguas
residuales a la planta para su remoción,
estas doce zonas como se pueden ver en la
tabla 2. Fueron distribuidas por el número
de personas que permanecían la mayor
parte del tiempo en dichas edificaciones.
Tabla 2. Distribución de las personas por zona
Personas Zonas Lugar Porcentaje
330 1 Colegio 12,61%
100 2 Baños 3.82%
290 3 Salones 11.09%
115 4 Dorm 1 4.40%
190 5 Admi 7.26%
316 6 Cafetería 12.08%
120 7 Baños C 4.59%
120 8 Lavaderos 4.59%
100 9 Piscina 3.82%
810 10 Secund 30.96%
30 11 Casa 1 1.15%
95 12 Dorm 2 3.63%
100.00%
Por medio de comprobaciones se pudo
establecer que el diámetro de las tuberías
que van a conectar cada zona con la planta
de tratamiento es de 4”, para la
determinación del diámetro se utilizó la
guía para el diseño hidráulico de redes de
alcantarillado de EPM. Se pudieron
comprobar las velocidades estaban en el
rango establecido por el RAS 2012, que
0.45 - 10 m3 / s. las velocidades del
sistema se encuentran de 0.50 hasta 2.5
m3/s.
Figura 2. Mapa den CECIDIC y el trazado de la tubería.
Pretratamiento: Desarenador
Esta operación se realiza con el fin de
separar partículas y elementos que se
encuentren en el diámetro estipulado de las
arenas o mayores a esta (> 0,05 mm), para
esto se requiere que el tiempo de retención
hidráulica se encuentre dentro de los 45s ≤
TRH ≤ 90s, para ello es necesario que el
agua residual entre al sistema desarenador
con una velocidad entre los 0,3 m/s y 0,6
m/s con el fin de garantizar el
asentamiento de las partículas. Debido a
que el sistema de alcantarillado presento
velocidades mayores a estas se vio
necesario diseñar una cámara de
disipación de energía con el objetivo de
que el AR llegue al sistema con l velocidad
de acercamiento optima estipulada (Rojas,
2004).
Dentro del pretratamiento suele incluirse
un sistema de desbaste, que es el
encargado de retener los sólidos de mayor
tamaño que puedan entrar al sistema y
obstruirlo como bolsas, papeles, entre
otros tipos de basuras. En este proyecto se
decidió diseñar dos tipos de rejilla con
varillas de ½ pulgada, una rejilla gruesa y
otra delgada (Ver figura 3) comprobando
que la perdida carga causada por estas sea
menor a 0,15 cm.
Figura 3. Dimensiones de las rejillas.
Se tiene entonces que por medio de la
ecuación de perdida de carga que se
muestra a continuación los valores
obtenidos para las rejillas fueron:
𝐻𝑓 =1
0,7(𝑣𝑟𝑔2 −𝑣𝑎
2
2𝑔) < 0,15m
𝐻𝑓𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎 = 0,0025 𝑚
𝐻𝑓𝑑𝑒𝑙𝑔𝑎𝑑𝑎 = 0,0086 𝑚
Vertedero Proporcional O Sutro: Este
dispositivo es utilizado con el fin de
controlar la velocidad y el tirante
hidráulico dentro del sistema rejilla
desarenador, para el diseño de este, es
necesario tener en cuenta el caudal de los
años de proyección (2016 – 2046) y por
medio de las siguientes ecuaciones
dimensionar el vertedero:
𝑥
𝑏= (1 −
2
𝜋) ∗ (tan−1
𝑍
𝑎)
1
2
𝑄 = 𝑐𝑑 ∗ 𝑏 ((2𝑔𝑎)12) ∗ (ℎ −
𝑎
3)
Así se tiene entonces las dimensiones del
vertedero Sutro (Ver figura 4).
Figura 4. Dimensionamiento del vertedero Sutro.
Finalmente se diseña una tolva para el
almacenamiento de arenas con una
capacidad para 66 días (Ver figura 5), para
ello se tuvo en cuenta que el desarenador
0
10
20
30
40
0 20 40 60
Alt
ura
( cm
)
Base (cm)
Vertedero Sutro
no cuenta con pantallas por ende el #Hazen
= 3 y su porcentaje de remoción igual al
75%, teniendo entonces que la capacidad
de la tolva es:
𝑉𝑎 =𝑄
𝐴𝑐= 0,0042 𝑚3/𝑑
𝑉𝑇 = 𝑃 ∗ 𝑉𝑎 = 0,2785 𝑚3
Donde Ac es la capacidad de retención de
partículas = 15 ml/m3 (Rojas, 2004).
Figura 5. Corte transversal de la tolva de arenas del
desarenador.
Para evitar el cierre de las operaciones
durante el mantenimiento y soportar los
caudales durante los periodos de estadía de
una población flotante se decide diseñar
dos trenes de tratamiento, así se puede
observar que el sistema rejilla desarenador
queda (Ver figura 6).
Figura 6. Vista en planta y lateral del desarenador.
Tratamiento Primario: Tanque Séptico
El criterio de diseño de este sistema está
dado según lo especificado en el numeral
E.7.2.1.1 del RAS 2000 donde el volumen
está dado por:
𝑉 = 1000 + 𝑁(𝐶 ∗ 𝑇 + 𝑘 ∗ 𝑠. 𝑓)
Con el objetivo de disminuir el tamaño de
la unidad y evitar la detención de la
operación durante el mantenimiento se
decide dividir el total del tanque en tres
unidades iguales teniendo entonces que el
volumen de cada unidad es:
𝑉/3 = 79,25 𝑚3/ 𝑑í𝑎
En la siguiente imagen se puede observar
el dimensionamiento final de la unidad
tanque séptico (Ver figura 7)
Figura 7. Vista en planta y lateral del tanque séptico.
En la siguiente tabla se puede observar las
concentraciones de las cargas
contaminantes afluente-efluente y los
porcentajes de remoción del sistema (ver
tabla 3).
Tabla 3. Remociones del Tanque séptico.
DBO5 DQO SST Und
Conc.
Inicial 278,94 650,86 232,45 mg/L
Rem.
Sist. 30 30 50 %
Conc.
Salida 195,26 455,60 116,23 mg/L
Tratamiento secundario: Filtro
Anaerobio
En el diseño del FAFA, el criterio utilizado
es el recomendado por las especificaciones
en el numeral E.7.2.1.2 del RAS 2000
donde el volumen está dado por:
𝑉 = 16𝑁 ∗ 𝐶 ∗ 𝑇
De igual forma que en el tratamiento
anterior se decide dividir la totalidad del
filtro en tres unidades, teniendo así que el
volumen de cada una es:
𝑉/3 = 89,69 𝑚3/ 𝑑í𝑎
El medio de soporte elegido para este filtro
es la guadua, utilizando pequeños cilindros
de 5 a 10 cm de largo y alrededor de 10 cm
de radio (Ver figura 8), este material fue
seleccionado ya que presenta una
porosidad del 70% y es una alternativa de
bajo costo y operación.
Figura 8. Forma de corte Guadua.
La guadua como medio filtrante no
presenta problemas de degradación ya que
para que esto ocurra es necesario que haya
presencia de oxígeno y al encontrarse
sumergida en un medio anaerobio no
presentara degradación en el material
(Castaño & Paredes, 2002). En la siguiente
imagen se puede observar el
dimensionamiento de la unidad del Filtro
anaerobio (Ver figura 9).
Figura 9. Vista en planta y lateral del Filtro Anaerobio.
En la siguiente tabla se puede observar los
porcentajes de remoción del sistema es y
la carga contaminante de salida (Ver tabla
4).
Tabla 4. Remociones del filtro anaerobio.
DBO5 DQO SST Und
Conc.
Tanque 195,26 455,60 116,23 mg/L
Rem.
Sist. 50 63 30 %
Conc.
Salida 97,63 167,62 81,36 mg/L
Tratamiento Terciario: Humedales
Se decide implementa un humedal de
Flujo superficial como lo propone (Rojas,
1999). Con un medio de soporte de 0,6 m
en grava para el crecimiento de las plantas,
debido a sus grandes dimensiones de
diseño se decide dividir el total del
humedal en 9, para el fácil mantenimiento
de este, teniendo así que el volumen de
cada uno es:
𝑉/9 = 63,51 𝑚3
La planta selecciona para este tratamiento
es la Espadaña o Enea (Typha sp.) (Ver
figura 10), ya que de las plantaciones es la
que mejor presenta adaptabilidad a las
condiciones de la zona (Estrada, 2010). A
pesar de ser una plantación que tiene
problemas de sobre población en los
humedales cuando no se tiene control
sobre esta a presentado buenos resultados
en la remoción de contaminantes en
sistemas de tratamiento de bajo costo ya
que consume gran parte del material
generado por el AR.
Figura 10. Espadaña o Enea (Typha sp.)
Con el fin de evitar el crecimiento activo
de la planta y la proliferación de mosquitos
en el humedal es necesario hacer cosechas
periódicas de las plantas (EPA). En la
siguiente imagen se muestra el
dimensionamiento de la unidad de
Humedal don de las plantas se encuentran
con una separación aproximado de 3 m
entre sí (Ver figura 11).
Figura 11. Vista en planta y lateral de los humedales.
Se puede observar en la siguiente tabla las
remociones para el humedal (Ver tabla 5).
Tabla 5. Vista en planta y lateral de los humedales.
DBO5 DQO SST Und
Conc.
Filtro 97,63 167,62 81,36 mg/L
Rem.
Sist. 69 60 90 %
Conc.
Salida 30,00 67,05 8,14 mg/L
Cabezal de descarga al rio
Con el fin de hacer una entrega adecuada
del agua residual al rio que no genere
espumas y olores en el efluente se diseña
un cabezal de entrega según los
especificado en las tablas de EMCALI,
teniendo así el diseño de un cabezal para
una tubería de 8 Pulg siendo esta la de
menor diámetro de diseño, en la siguiente
imagen se puede observar el
dimensionamiento del cabezal (Ver figura
12).
Figura 12. Vista en planta y lateral del cabezal de
descarga.
Lechos de Secado
El propósito de este sistema es darles un
tratamiento a los lodos generados por el
tanque séptico y el filtro anaerobio, los
cuales serán extraídos por medio de una
bomba de estos sistemas asegurándose de
dejar alrededor de un 40% de los lodos en
cada unidad para no afectar el cultivo de
bacterias, así tenemos entonces que las
cantidades de lodos generados son (Ver
tabla 6).
Tabla 6. Parámetros para el diseño de los lechos de
secado.
Descripción Prim Sec Und
Producción
de lodos 74,71 19,22 Kg/día
Volumen de
lodos 1,83 0,47 m3/día
Periodo de
extracción 60 30 días
Volumen
total de lodos 109,87 14,13 m3/día
Sumando los datos finales tenemos que el
volumen total de lodos y el volumen de
solidos son respectivamente:
𝑉𝐿𝑜𝑑𝑜𝑠 = 118,75 𝑚3
𝑉𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 = 36,34 𝑚3
Así tenemos que las dimensiones de los
lechos de secado son (Ver figura 13).
Figura 13. Vista en planta y lateral de los lechos de
secado.
ESTUDIO DE SUELOS
En el estudio de suelos, después del
levantamiento topográfico y que se
seleccionara la mejor zona para la
realización del proyecto; se realizó un solo
apique por dificultades de acceso y
extracción de las muestras. Para conocer
las propiedades del suelo, se utilizó la
adaptación del Instituto Nacional de vías,
por sus siglas INVIAS, de la norma
internacional ASTM para estudios de
suelos; por lo cual se realizaron los
siguientes ensayos:
• Humedad natural
• Gravedad específica
• Limite liquido
• Densidad
• Índice de plasticidad
• Limite plástico
• Peso específico
• Análisis granulométrico por tamiz
y por hidrómetro
• Clasificación del suelo
• Compresión inconfinada
• Resistencia corte directo
Con la realización de los anteriores
ensayos se encontró que el suelo estudiado
según la clasificación USCS corresponde a
una arcilla magra arenosa de plasticidad
alta, obteniendo además las siguientes
propiedades con las cuales se desarrollaran
los cálculos pertinentes para el diseño de
la PTAR.
Tabla 7.Normas utilizadas para el estudio de suelos
DISEÑO ESTRUCTURAL
En el proyecto se describe el cálculo y
diseño estructural del reforzamiento de la
PTAR para el CECIDIC, ubicado en
Toribío, Cauca; de acuerdo a las
especificaciones del NSR-10. Teniendo en
cuenta los siguientes objetivos para
realizar el diseño estructural:
Plantear la alternativa de sistema
de reforzamiento Estructural
Especificar los materiales a
utilizar.
Pre-dimensionar los elementos
estructurales, muros según el C-23
del NSR-10
Determinar las solicitaciones y
casos de carga más desfavorables
actuantes en los elementos
estructurales.
Realizar el análisis estructural
Determinar el refuerzo requerido
por el método de la resistencia
última, siguiendo la norma NSR-
10.
Realizar los planos estructurales
El diseño estructural debe resistir las
solicitaciones esperadas, de acuerdo al
sitio y uso, que exige el NSR-10. Se hará
una evaluación ante cargas verticales,
fuerzas de empuje tanto del suelo como del
agua y fuerzas sísmicas.
El sistema estructural usado en el tanque
séptico y el filtro anaerobio es de muros de
concreto reforzado capaces de resistir las
fuerzas gravitacionales, fuerzas de empuje
y fuerzas sísmicas.
Se realizó el diseño conforme al análisis de
vulnerabilidad realizado anteriormente,
usando el método de la resistencia última,
siguiendo los lineamientos del Título A, B
y C del NSR-10, donde se multiplican las
Propiedad Norma Norma
Humedad
Natural (%)
I.N.V. E –
122 17.37
Gravedad
Específica (Gs)
I.N.V. E –
128 2.81
Limite
Liquido (%)
I.N.V. E –
125 49.76
Limite
Plástico (%)
I.N.V. E –
126 20.96
Índice de
Plasticidad (%)
I.N.V. E –
126 28.80
Densidad (g/cm3) ASTM D
4531-86 1.85
Peso Específico
(Tn/m3)
I.N.V. E -
128 1.82
Compresión
Inconfinada (KPa)
I.N.V. E -
152 279.53
Angulo de
Fricción (ϕ°)
I.N.V. E -
154 23.364
Cohesión (C’-KPa) I.N.V. E -
154 44.471
solicitaciones por los respectivos factores
de mayoración de cargas y se reduce la
resistencia de los materiales con los
coeficientes de reducción de resistencia
según sea el caso, después se hacen las
combinaciones de carga.
La determinación de las fuerzas de corte,
momento, fuerza axial y sus esfuerzos
producidos en las diferentes secciones
transversales se realizan con el programa
SAP2000; lo anterior, con la finalidad de
elaborar los diseños estructurales y
determinar el refuerzo requerido, para
finalmente realizar el despiece y los planos
de construcción.
PRESUPUESTO
En la siguiente tabla (Ver tabla 8) se
presenta un presupuesto del proyecto por
capítulos donde cada capítulo representa
una fase del sistema de tratamiento
incluyendo los movimientos de tierra,
tubería y accesorios. De tal forma que una
vez ejecutadas estas actividades sería
posible poner en funcionamiento el STAR
perteneciente al CECIDIC.
Tabla 8.
Capitulo Valor Total
1 Preliminares $28.112.223,93
2 Movimientos de
tierra
$16.791.380,39
3 Rejilla
desarenador
$89.067.436,08
4 Tanque séptico $146.597.104,62
5 Filtro anaerobio $224.511.038,08
6 Lechos de secado $206.932.248,01
7 Humedales $92.171.119,00
8 Complementos
del sistema
$19.183.816,72
9 Alcantarillado $21.840.272,70
10 Cerramiento $33.836.100,00
Valor total del costo
directo
$879.042.739,54
CONCLUSIONES
Se identificó que, el terreno garantiza el
gradiente hidráulico debido a la diferencia
de alturas, pudiendo hacer debidamente la
entrega del agua al afluente principal.
Se analizó y se determinó que el área
escogida para la realización de la obra, es
la mejor ubicación ya que cumple con el
área necesaria para poder ubicar las
estructuras de la mejor manera y cumplir
con los objetivos planteados.
Se determinó que el esfuerzo que las
estructuras ejercen sobre el suelo, son
menores a las permitidas por el suelo, por
lo tanto, no es necesario una mejora del
suelo para la construcción de la obra.
Se concluyó que para el perfil de terreno
critico analizado, los taludes, cortes y
rellenos realizados, cumplen con las
especificaciones de la norma en todas las
etapas del proceso constructivo,
considerando igualmente el sismo
representativo para la zona analizada; por
lo tanto, no es necesario realizar ningún
tipo de estructura de contención.
Gracias al diagrama de flujo del sistema de
tratamiento seleccionado, es posible ver de
manera más clara los procesos que se
llevan a cabo en el sistema y la manera
cómo interactúan las diferentes
tecnologías.
De acuerdo a los estudios realizados en
este trabajo, la solución más conveniente
para el tratamiento de aguas residuales es
seleccionar como tratamiento preliminar:
rejillas y desarenador, para tratamiento
primario: tanque séptico, tratamiento
secundario: filtro anaerobio, tratamiento
terciario: humedales.
Se determinó que el Sistema de
Tratamiento de Aguas Residuales
diseñado tiene una remoción del 89% de
DBO, 90% del DQO y 97% para los SST.
Se propone, además, una alternativa para
la disposición de lodos el cual involucra la
estabilización con cal, para eliminar los
patógenos que posee este lodo.
Con el fin de entregar el agua residual
tratada de una forma correcta al cuerpo
receptor se decidió diseñar un cabezal de
descarga al rio.
Como el caudal es muy pequeño se
presentan inconvenientes a la hora de
encontrar el diámetro mínimo para el
funcionamiento a flujo libre y a presión del
sistema. A demás hay que mencionar que
existe una limitación de diámetro mínimo
por la normativa RAS 2012, en el cual
determina que el diámetro mínimo es de 8”
para las conexiones de alcantarillado,
mientras en la zona rural por medio de
costos es de 4”. Por lo tanto, las
condiciones de diseño son muy diferentes
al comportamiento real de las aguas
residuales dentro de la tubería.
El diseño estructural debe resistir las
solicitaciones esperadas, de acuerdo al
sitio y uso, que exige el NSR-10. Se hará
una evaluación ante cargas verticales,
fuerzas de empuje tanto del suelo como del
agua y fuerzas sísmicas.
Según el análisis de cantidades de obra y
el análisis de precios unitarios, los cuales
se basaron en los APU de la Gobernación
del Cauca, teniendo un incremento
significativo debido a los altos costos de
transporte y difícil acceso a la zona, se
obtiene como resultado un presupuesto
básico de 879.042.739.54 millones de
pesos.
Debido a que el presupuesto general
estimado para el proyecto es relativamente
alto, se proponen las siguientes etapas
constructivas para optimizar los recursos
económicos y se materialice poco a poco
el proyecto, teniendo la posibilidad de ir
gestionando este recurso mientras se lleva
a cabo el proceso constructivo.
AGRADECIMIENTOS
Un agradecimiento especial para Jairo
Ángel Escobar (director del proyecto),
Alexander Aponte Reyes y a Viviana
Valencia Zuluaga, integrantes de la
Asociación Colombiana de Ingeniería
Sanitaria y Ambiental, por sus siglas
ACODAL; por su gran colaboración,
dedicación y en la realización de este
proyecto.
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