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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