Geotecnia y Desarrollo Urbano
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8/10/2019 Geotecnia y Desarrollo Urbano
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA GEOLGICA
GEOTECNIA Y DESARROLLO URBANO
Para el curso de:
Geotecnia Ambiental
Presentado Por:
Alumnos:
- Alcntara Quispe. Elvis Rubn
-Arteaga Fernndez, Nora Melissa
- Torres Lucano, Danny Lili
Docente:
Ing. Reinaldo Rodrguez Cruzado
CajamarcaPer
2014
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DEDICATORIA
Este trabajo est dedicado a nuestros
padres, quienes nos dieron la vida
y con sus sabios concejos nos hanformado como personas de bien.
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III
RESUMEN
Un plan de desarrollo urbano tiene como fin dar una gua prctica para que lasciudades en vas de expansin, sepan cmo realizar obras urbanas en dichos territorios. Se
parte de una zonificacin geotcnica de la urbe y de muchas microzonificaciones si es que
fuese necesario, cuyos planos son el primer documento que utilizarn los geotecnistas para
seleccionar los mtodos de construccin necesarios. Los tipos de obras de desarrollo
urbano incluyen la implementacin de cimentaciones, tneles y taludes, los mismos que
tienen una gran variedad de metodologa y tcnicas de ejecucin; sin embargo todas
generan un impacto ambiental, el cual debe ser estudiado, a detalle para no tener problemas
en dichas obras.
Palabras Clave:Geotecnia Ambiental, Desarrollo Urbano, Zonificacin, Cimentaciones,
Tneles, Taludes.
ABSTRACT
An urban development plan aims to provide a practical guide for cities burgeoning,
know how to make urban works in those territories. It begins with a geotechnical zoning of
the city and many microzonations if necessary, the plans are the first document used to
select the necessary geotechnical construction methods. The types of urban development
works include the implementation of foundations, tunnels and slopes thereof having a
variety of methods and techniques of execution; yet all generate an environmental impact,
which should be studied in detail to avoid problems in such works.Keywords:Environmental Geotechnics, Urban Development, Zoning, foundations, tunnels,
slopes.
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IV
CONTENIDO Pg.
AGRADECIMIENTO ............................................................................................................ I
DEDICATORIA ................................................................................................................... II
RESUMEN .......................................................................................................................... III
ABSTRACT ........................................................................................................................ III
CONTENIDO . ............................................................................................................... IV
FIGURAS
. ...................................................................................................................... VI
FOTOS . ....................................................................................................................... VIII
TABLAS
. ...................................................................................................................... IX
INTRODUCCIN ................................................................................................................ X
Definicin del problema ............................................................................................... X
Formulacin del problema ............................................................................................ X
Objetivos ........................................................................................................................... X
General.......................................................................................................................... X
Especficos .................................................................................................................... X
Justificacin .................................................................................................................. X
Limitaciones ................................................................................................................ XI
Metodologa ..................................................................................................................... XI
CAPTULO I: PROYECTOS DE DESARROLLO URBANO Y LA GEOTECNIA .......... 1
1.1 DESARROLLO URBANO ......................................................................................... 1
1.2 GEOTECNIA AMBIENTAL ...................................................................................... 1
1.3 RELACIN DE LA GEOTECNIA Y EL DESARROLLO URBANO ..................... 3
1.4 CONTRIBUCIN DE LA MECNICA DE ROCAS A LA GEOTECNIA
AMBIENTAL Y AL DESARROLLO URBANO (Pellet 2014) ...................................... 5
CAPTULO II. ZONIFICACIN URBANA GEOTCNICO-AMBIENTAL .................... 9
2.1 ZONIFICACIN URBANA ....................................................................................... 9
2.2 MICROZONIFICACIONES ..................................................................................... 10
2.3 RESPUESTA DE RELLENOS URBANOS A EVENTOS SSMICOS DE GRAN
ESCALA .......................................................................................................................... 11
2.4 ANLISIS MEDIANTE SIG .................................................................................... 14
2.5 MODELAMIENTO SUBTERRNEO PARA EL PLANEAMIENTO URBANO . 16
2.6 LAS CARTAS GEOTCNICAS .............................................................................. 19
2.6.1 Las cartas geotcnicas y los proyectos de infraestructura en reas urbanas ....... 20
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V
2.6.2 Aplicaciones del Proyecto y Formacin de Recursos Humanos ........................ 21
2.6.3 TUPA en la Evaluacin de Estudios de Impacto Ambiental (EIA) en Proyectos
..................................................................................................................................... 21
2.6.4 Zonificacin Geotcnica de Cajamarca .............................................................. 22
CAPTULO III. CIMENTACIONES URBANAS .............................................................. 25
3.1 MEJORAMIENTO DE SUELOS PARA CIMENTACIONES Y SUS IMPACTOS
AMBIENTALES ............................................................................................................. 25
3.1.1 Micropilotes ........................................................................................................ 25
3.1.2 Pilotes ................................................................................................................. 27
3.1.3 Jet-grouting ......................................................................................................... 30
3.1.4 Compactacin Dinmica..................................................................................... 32
3.4.1 Aplicaciones y Ventajas: .................................................................................... 32
3.4.2 Impactos ambientales ......................................................................................... 33
3.2 ANLISIS DE LOS RELLENOS SANITARIOS URBANOS ................................ 33
3.2.1 Mtodo de trincheras o zanjas ............................................................................ 35
3.2.2 Mtodo de reas .................................................................................................. 35
3.2.3 Monitoreo de residuos urbanos mediante modelos 3D en computadores .......... 37
3.3 PLAN PIGARS-CAJAMARCA ............................................................................... 40
3.3.1 Generacin de Residuos Slidos ........................................................................ 40
3.3.2 El antiguo botadero de Cajamarca ...................................................................... 41
3.3.3 El actual botadero ............................................................................................... 43
CAPTULLO IV. TNELES URBANOS .......................................................................... 47
4.1 DEFINICIN Y CLASIFICACIN DE TUNELADORAS TBM .......................... 48
4.2 VENTAJAS DE LA UTILIZACIN DE LAS TUNELADORAS .......................... 49
4.3 RIESGOS EN EL EMPLEO DE TUNELADORAS ................................................ 50
4.4 TUNELADORAS Y ACUFEROS: CASO TUNEL PAJARES .............................. 52
CAPTULO V. TALUDES URBANOS ............................................................................. 60
5.1 TCNICAS GEOTCNICO AMBIENTAL PARA TALUDES VIALES .............. 60
5.1.1 Peligros geotcnicos en proyectos viales............................................................ 61
5.1.2 El drenaje en taludes viales ................................................................................ 62
5.1.3 Mantenimiento de taludes ................................................................................... 64
5.1.4 Preparamiento y respuesta para emergencias de deslizamientos........................ 64
5.2 MTODOS DE CONTROL DE DESLIZAMIENTOS EN ZONAS URBANAS ... 66
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VI
5.3 BIO-ESTABILIZACIN DE DESLIZAMIENTOS EN ZONAS URBANAS........ 69
5.3.1 Efectos de la Vegetacin sobre el Talud ............................................................ 70
5.3.2 Efectos Hidrolgicos de la Vegetacin .............................................................. 70
5.3.2 Sobrecarga y Fuerzas del Viento ........................................................................ 73
5.3.3 Otros Efectos Negativos ..................................................................................... 74
5.3.4 Accin De Refuerzo De Las Races ................................................................... 74
5.3.5 Estabilidad De Taludes Con Vegetacin ............................................................ 79
5.3.6 Diseo De Revegetalizacin ............................................................................... 81
5.3.7 Estructuras y revestimientos artificiales con vegetacin .................................... 88
CONCLUSIONES ............................................................................................................... 89
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................ 90
LINKOGRAFA .................................................................................................................. 92
FIGURAS Pg.
Figura 1: Marco legal de la Ley General de Desarrollo Urbano (Vega 2005) ...................... 2
Figura 2. Evolucin de la Ingeniera Geo-ambiental: (a) en el Pasado, (b) en el presente, y
(c) en el futuro. ...................................................................................................................... 4
Figura 3: Anlisis de una cimentacin con pilotes mediante modelamientos numricos. .... 8
Figura 4. Zonificacin geotcnica final de la ciudad........................................................... 10
Figura 5. Mapa de Micro-zonificacin de la costa norte de Izmir, con respecto a la
agitacin ssmica del terreno. .............................................................................................. 11
Figura 6. Justificacin y esquema general de la estrategia para la clasificacin del relleno
de Thessaloniki .................................................................................................................... 12
Figura 7. Subdivisin del relleno de Thessaloniki. Clase A: Relleno histrico, clase B:
Relleno moderno (primera expansin costera), clase C: Relleno Moderno (segunda
expansin costera). .............................................................................................................. 13
Figura 8. Distribucin de las construcciones inspeccionadas en el centro histrico. .......... 14
Figura 9. Metodologa de modelamiento desarrolla (Youssef et al. 2011) mostrando el
proceso de extraccin de datos y evaluacin de peligrosidad para el desarrollo urbano. ... 15
Figura 10. Plano final de peligrosidad/viabilidad para una combinacin de modelos
superficiales y subterrneos (Youssef et al. 2011). ............................................................. 16
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VII
Figura 11. Diagrama de flujo del procedimiento propuesto (Rienzo et al. 2008) para
analizar los suelos subterrneos de reas urbanas. .............................................................. 18
Figura 12. Comparacin entre la zona plstica obtenida del clculo numrico en el diseo
original (a) y en el caso en el que el grosor del jet-grouting es incrementado (b) (Rienzo et
al. 2008) ............................................................................................................................... 19
Figura 13: Zonificacin urbana de Cajamarca (Mun. Prov. Caj. rea de desarrollo
urbano) ................................................................................................................................. 23
Figura 14: Esquema vial de la propuesta de desarrollo urbano de Cajamarca (Mun. Prov.
Caj.rea de desarrollo urbano) ........................................................................................ 24
Figura 15: Secuencia tpica en la construccin de un micropilote. Fuente: (de Fomento
2005) .................................................................................................................................... 26
Figura 16: Fases de la ejecucin de pilotes. ........................................................................ 29
Figura 17: Comparacin de desplazamientos verticales monitoreados a lo largo de las
construcciones cercanas a una obra civil. ............................................................................ 31
Figura 18: Construccin de rellenos sanitarios por el mtodo de zanjas............................. 35
Figura 19: Relleno sanitario por el mtodo de reas. .......................................................... 36
Figura 20: Vista area del Valle de Sheepcote en el Reino Unido, donde (Tame et al. 2013)
realiz un estudio 3D de su relleno urbano con fines de zonificacin geotcnica. ............. 38
Figura 21: Comparacin entre los 2 modelos 3D realizados por (Tame et al. 2013). ......... 39
Figura 22: Ciclo de los residuos slidos .............................................................................. 41
Figura 23: Plano de instalaciones del Botadero Cajamarca. ............................................... 43
Figura 24: Tnel urbano para metros, una solucin eficaz para el transporte en zonas
urbanas. ................................................................................................................................ 47
Figura 25: Ejemplo del uso subterrneo para la construccin de estacionamientos (Vahaaho
2014). ................................................................................................................................... 48
Figura 26: Mtodos de excavacin de un tnel (Escobar 2006).......................................... 49
Figura 27: Relacin entre los riegos de una TBM en roca dura y en roca suelta (Escobar
2006). ................................................................................................................................... 52
Figura 28: Ubicacin general del tnel Pajares. .................................................................. 53
Figura 29: Perfil oeste del tnel. .......................................................................................... 54
Figura 30: Seccin transversal del tnel y cronologa de la obra. ....................................... 54
Figura 31: Algunas tcnicas de remediacin de la amenaza y el riesgo a los deslizamientos.
............................................................................................................................................. 60
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VIII
Figura 32. Peligros de deslizamientos naturales que afectan a taludes viales. .................... 62
Figura 33: Ejemplos de mtodos del manejo de aguas superficiales en localizaciones
crticas a lo largo de taludes viales Fuente: (Chan & Lau 2000). ........................................ 63
Figura 34. Estructuras realizadas comnmente por personas en Taludes y Muros de
Retencin que requieren mantenimiento. ............................................................................ 64
Figura 35. Ejemplos de factores comunes que contribuyen al fallamiento de taludes
artificales. ............................................................................................................................ 65
Figura 36 Fases en el diseo, construccin y monitoreo de la remediacin de un
deslizamiento (Popescu, 2001). ........................................................................................... 68
Figura 37. Estabilizacin de taludes utilizando vegetacin. ................................................ 69
Figura 38: Esquema del efecto de la vegetacin sobre el modelo hidrolgico subsuperficial.............................................................................................................................................. 70
Figura 39: Esquema de la fuerza de traccin del viento. ..................................................... 74
Figura 40. Efecto de las races para el control de deslizamientos poco profundos. ............ 75
Figura 41. Refuerzo de superficie de falla por las races de los rboles.............................. 76
Figura 42. Tipos de anclaje de la superficie de falla por accin de las races (Tsukamoto y
Kusakabe) ............................................................................................................................ 77
Figura 43. uerza de anclaje de arbustos y de hierbas de raz profunda (Bache y Mackaskill,1984). ................................................................................................................................... 78
Figura 44. Efecto de arco de la vegetacin. ......................................................................... 79
Figura 45. Esquema del anlisis propuesto para calcular el factor de seguridad teniendo en
cuenta el efecto de la vegetacin. ........................................................................................ 80
Figura 46. Elementos de arquitectura y paisajismo en el diseo de revegetalizacin. ........ 81
Figura 47. Arreglo de rboles en el talud. ........................................................................... 85
Figura 48. Estacas vivas ...................................................................................................... 85
Figura 49. Fajinas vivas. ...................................................................................................... 86
Figura 50. Fajinas vivas en cruz o capas de maleza. ........................................................... 87
Figura 51. Relleno de una crcava utilizando estacas vivas y fajinas. ................................ 88
FOTOS Pg.
Foto 1: Cerro San Cristobal, Lima-Per; ejemplo de la poca planificacin en el desarrollo
urbano. ................................................................................................................................... 5
Foto 2: Parque de produccin de energa elica para Alemania, lder en energas limpias. . 7
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IX
Foto 3: Malla de micropilotes. ............................................................................................. 25
Foto 4: Aspecto de un micropilote recin inyectado. .......................................................... 27
Foto 5: Colocacin de pilotes. ............................................................................................. 28
Foto 6: Pilotes recin formados. .......................................................................................... 29
Foto 7: Mquina de inyeccin para el jet-grouting.............................................................. 30
Foto 8: Gra realizando una compactacin dinmica. ........................................................ 32
Foto 9: Terreno recin compactado mediante el mtodo de compactacin dinmica. ........ 33
Foto 10: Residuos generados por grandes urbes. ................................................................ 34
Foto 11: Combinacin de los mtodos de reas y de trincheras o zanjas para la
construccin del relleno sanitario. ....................................................................................... 37
Foto 12. Botadero Shudal en pleno incendio. ...................................................................... 42
Foto 13: Trabajos de estabilizacin del Botadero Shudal ................................................... 42
Foto 14. Pad de residuos slidos municipales del programa PIGARS. ............................... 43
Foto 15: Proceso de apilamiento de los residuos municipales. ........................................... 44
Foto 16: Impermeabilizacin de la base de la celda de seguridad con geomembrana. ....... 44
Foto 17: Disposicin final de residuos hospitalarios. .......................................................... 45
Foto 18: Procesamiento del Compost. ................................................................................. 45
Foto 19: Vista satelital del depsito PIGARS-Cajamarca, donde se nota su cercana al roCajamarquino. ..................................................................................................................... 46
Foto 20: Vista frontal de una tuneladora TBM (Escobar 2006). ......................................... 49
Foto 21: Estado inundado del Tnel Pajares. ...................................................................... 59
Foto 22: Estabilizacin de taludes mediante bioingeniera. ................................................ 88
TABLAS Pg.
Tabla 1: Tipos de relleno sanitario y cantidad de residuos slidos urbanos (RSU). ........... 34
Tabla 2: Nmero de habitantes y generacin de residuos domsticos por distritos. .......... 41
Tabla 3: Peligros geotcnicos que necesitan ser considerados para proyectos viales. ........ 61
Tabla 4. Listado de algunos mtodos de remediacin de las amenazas por deslizamiento 67
Tabla 5: alores de Et/Eo para diversas coberturas vegetales ............................................... 72
Tabla 6. Componentes de la planta y sus funciones. ........................................................... 73
Tabla 7. Sistemas de proteccin utilizando biotecnologa. ................................................. 82
Tabla 8. Ventajas y desventajas de los diversos tipos de planta (Gray y Sotir, 1996) ........ 84
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X
INTRODUCCIN
Definicin del problema
En la actualidad, el fuerte crecimiento demogrfico y la migracin de la poblacinrural a zonas urbanas, ha generado que estas ltimas crezcan sin un planeamiento
adecuado, y muchas veces no consideran las condiciones geotcnicas y/o ambientales del
lugar en donde realizan obras de desarrollo urbano. Como consecuencia es comn escuchar
de muchos problemas geotcnicos como tambin ambientales en estas obras.
Formulacin del problema
Cules son los criterios geotcnico-ambientales necesarios para planificar
adecuadamente el desarrollo urbano de una ciudad?
Objetivos
General
Estudiar los criterios geotcnico-ambientales necesarios para planificar
adecuadamente el desarrollo urbano de una ciudad.
Especficos
Conocer la relacin entre geotecnia ambiental y desarrollo urbano. Estudiar los mtodos de zonificacin urbana.
Conocer los enfoques geotcnico-ambientales en la implementacin de
cimentaciones urbanas.
Conocer los criterios geotcnico-ambientales en planificacin de Tneles Urbanos.
Conocer los enfoques geotcnico-ambientales en el estudio de taludes urbanos
Justificacin
Muchas veces se considera que una obra es buena con el simple hecho de que los
clculos de estabilidad y econmicos son aceptables, pero es casi seguro que estas obras
tendrn problemas ambientales si es que no se consider esta variable en los anlisis
previos.
Adems, como futuros ingenieros Gelogos, necesitamos tener un criterio
Geotcnico-Ambiental cuando estemos a cargo de obras que puedan afectar al medio
ambiente, marcando, de esta forma, la diferencia con otros profesionales.
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XI
Limitaciones
La limitacin fundamental es la dificultad de encontrar bibliografa referida a la
geotecnia ambiental en el desarrollo urbano, ya que este enfoque es muy reciente y todava
se estn formando las bases cientficas de la misma.
Metodologa
Se partir de los conceptos generales de geotecnia ambiental y desarrollo urbano
para desarrollarlos a la par en los dems captulos de la presente monografa.
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CAPTULO I: PROYECTOS DE DESARROLLO URBANO Y LA GEOTECNIA
1.1 DESARROLLO URBANO
Los procesos de expansin y crecimiento de las ciudades, como de las reas
metropolitanas estn ntimamente ligadas a los procesos de reestructuracin
econmica, poltica y social basadas en principios de liberalizacin econmica y de
desregulacin del Estado que plantea el capitalismo en esta nueva fase; asimismo, a
los cambios tecnolgicos que se dan en el mbito mundial, y finalmente, al proceso de
globalizacin en el que participa cualquier territorio (Vega et al. 2006).
Las polticas de desarrollo urbano, como las estrategias, est orientadas desde
una caracterizacin de los principales aspectos que afectan el desarrollo del territorio
y del sistema de ciudades. El sistema espacial se organiza incluyendo (Vega et al.
2006), la base legal del Plan del Desarrollo Urbano del Per se muestra en laFigura 1:
1. Un sistema de centros urbano y reas de influencia.
2. reas metropolitanas y conurbaciones. Espacios residuales o inter-metropolitanos.
reas naturales.
3.
reas urbanas (ciudades y pueblos).4. reas rurales.
5. reas funcionales especiales (pesqueras, minera, etc., y reas fronterizas).
6. reas naturales protegidas y otras reservas (parques nacionales, reservas
ecolgicas, etc.).
7. Cuencas hidrogrficas.
8. Infraestructura econmica y social.
1.2 GEOTECNIA AMBIENTAL
Los estudios de geotecnia ambiental presentan los avances y mejores prcticas
en esta rea y tiene como objetivo difundir el conocimiento y proporcionar una nueva
perspectiva con respecto a los conceptos bsicos, teora, tcnicas y aplicabilidad
campo (en trminos de sostenibilidad a largo plazo y los impactos ambientales) de la
innovadora ensayos y anlisis de metodologas y prcticas de ingeniera en el campo
de la ingeniera geoambiental (Narain 2014).
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Figura 1: Marco legal de la Ley General de Desarrollo Urbano (Vega 2005)
La geotecnia ambiental se enfoca en los riesgos antropognicos y se ocupa de
la ciencia de los problemas y/o prcticas para mitigarlos. Adems se requiere un
enfoque predominante es en las interacciones de los materiales geolgicos con
agua/ambiente/residuos/productos qumicos desde una perspectiva de la ciencia y la
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ingeniera. El enfoque en los materiales geolgicos trae una dimensin importante a la
palestra como la naturaleza/tipo de materiales geolgicos los cuales varan con la
geografa que, a su vez, tendra una fuerte influencia en las interacciones de losmateriales. Para obtener soluciones significativas, los modelos numricos y
experimentos de laboratorio deben adoptar ajustes geolgicos y geoqumicos locales
en lugar de utilizar la informacin de lugares no especificados (Rao et al. 2014).
(Kosuglu 2014) marca algunos puntos que se deben tratar dentro de la
Geotecnia Ambiental:
1. Retos en materiales reciclados y geosintticos- Los beneficios de los materiales
reciclados utilizados con geosintticos son claramente atractivos, pero hay que
abordar las nuevas cuestiones que plantean. El hormign reciclado puede ser
utilizado como un agregado, pero las partculas de cemento de grano fino puede
lixiviar y eventualmente obstruir geotextiles. Es necesario encontrar una manera de
estabilizar el hormign reciclado.
2. Aguas subterrneas y Estrategias de remediacin de suelos Mtodos in situ
eficientes, eficaces, econmicos para remediar la gran variedad de contaminantes
en el agua y el suelo, como la de los vertederos, despojos de dragado y los residuos
radiactivos, se necesitan como el volumen de los residuos sigue creciendo.
3. Mejoras de suelos y mtodos de estabilizacin de suelos Las hinchazones de
arcillas en suelos expansivos cargados de sulfatos, continan liderando los graves
daos de infraestructuras, a pesar de las tcnicas de estabilizacin con cal que se
utilizan con frecuencia. El uso de bacterias y procesos biolgicos para estabilizar
suelos es tambin un tema apasionante que requiere ms investigacin.
4.
Tecnologas de control de tierras - Se necesitan nuevos sensores y tcnicas demanera eficiente y econmica para controlar y detectar el movimiento de tierras,
tales como los deslizamientos de tierra en terraplenes y de sumideros en terrenos
krsticos.
1.3 RELACIN DE LA GEOTECNIA Y EL DESARROLLO URBANO
La Ingeniera geoambiental ha evolucionado a lo largo de los aos, sin
embargo, su definicin y alcance todava estn a menudo objeto de debate dentro de la
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vida academia y la prctica. La Ingeniera geoambiental es un campo emergente y
emocionante que ofrece numerosos desafos tcnicos y grandes oportunidades para
comprender los problemas multidisciplinarios y desarrollar soluciones para proteger lasalud pblica y el medio ambiente y fomentar el desarrollo sostenible (Readdy 2014)
.
Figura 2. Evolucin de la Ingeniera Geo-ambiental: (a) en el Pasado, (b) en el presente, y (c) en
el futuro.
Fuente:(Readdy 2014).
La Ingeniera geo-ambiental ha evolucionado a partir de una especializacin
dentro de la ingeniera geotcnica hacia un amplio campo de la ingeniera
multidisciplinaria. Puede que no sea posible adquirir tal base multidisciplinar a travs
de programas educativos existentes. Por lo tanto, se necesitan nuevos cursos cortos
geoambientales especializadas para profesionales o cursos avanzados de posgrado que
se pueden cubrir los elementos esenciales pertinentes de varios campos de aplicacin.
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Esto permitir a los estudiantes y profesionales en ejercicio para adquirir los
conocimientos previos necesarios para llevar a cabo proyectos geoambientales.
Existen muchos retos y oportunidades geoambientales y evolucionan, y los ingenierosgeoambientales seguirn desempeando un papel vital en el tratamiento de ellos
(Readdy 2014).
1.4 CONTRIBUCIN DE LA MECNICA DE ROCAS A LA GEOTECNIA
AMBIENTAL Y AL DESARROLLO URBANO(Pellet 2014)
La geotecnia ambiental se enfrenta a enormes retos como una nueva era
comienza (el siglo XXI) con un aumento sin precedentes de la poblacin humana y las
consiguientes demandas y necesidades asociadas. De hecho, la mecnica de rocas e la
ingeniera de rocas son relevantes para muchos problemas ambientales, entre ellos las
consecuencias de la expansin urbana, el desarrollo de medios de transporte, el
aumento de la demanda energtica y la mitigacin de los riesgos naturales y de origen
humano.
Foto 1: Cerro San Cristobal, Lima-Per; ejemplo de la poca planificacin en el desarrollo urbano.
Fuente:http://www.forosperu.net/temas/futuro-cerro-san-cristobal-cuando.576953/pagina-2
Como las grandes ciudades se expanden, los planificadores urbanos necesitan
construir en terrenos ubicados en reas problemticas desde el punto de vista
geotcnico (pendientes pronunciadas, rocas dbiles, macizos rocosos altamente
degradados). Al mismo tiempo, el espacio subterrneo se elige con mayor frecuencia
para la instalacin de medios de transporte u otras infraestructuras, con el fin de
http://www.forosperu.net/temas/futuro-cerro-san-cristobal-cuando.576953/pagina-2http://www.forosperu.net/temas/futuro-cerro-san-cristobal-cuando.576953/pagina-2http://www.forosperu.net/temas/futuro-cerro-san-cristobal-cuando.576953/pagina-2http://www.forosperu.net/temas/futuro-cerro-san-cristobal-cuando.576953/pagina-2 -
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ahorrar la tierra de la superficie o para preservar los edificios de patrimonio histrico o
paisajstico. En tal contexto, la construccin requiere un conocimiento exhaustivo del
entorno geolgico; las formaciones geolgicas tienen que ser identificadascorrectamente con el fin de caracterizar adecuadamente el comportamiento mecnico
de los macizos rocosos. Si hay una buena comprensin del marco ingenieril de las
rocas, se pueden lograr anlisis fiables de evaluacin de riesgos para evitar problemas
ambientales, tales como la aparicin de dolinas o asentamiento inaceptable de
edificios.
Las instalaciones de transporte para las conexiones entre ciudades tambin son
a menudo construidas bajo tierra; adems de las obvias razones relacionadas conlimitaciones topogrficas, las regulaciones ambientales han guiado a los planificadores
a elegir soluciones subterrneas. Se puede encontrar una amplia variedad de rocas
cuando se realiza la excavacin de un tnel, desde una roca dura (granito) a rocas
dbiles (lutitas). Las formaciones rocosas, a veces separadas por fallas, pueden variar
considerablemente a lo largo de un tnel. En un entorno geolgico tan difcil, el
impacto de la excavacin de un tnel podra ser catastrfico desde el punto de vista
medioambiental. Por ejemplo, un tnel puede alterar el rgimen hidrogeolgico ycausar el saqueo de algunos manantiales naturales de agua. Otra de las cuestiones del
medio ambiente relacionado con la construccin subterrnea es la gestin de grandes
volmenes de material excavado, que slo pueden ser reciclados a veces. Todas estas
cuestiones requieren un amplio conocimiento de la mecnica de rocas.
Con respecto a los problemas de suministro de energa, tales como la
produccin con recursos convencionales como el carbn, el petrleo y el gas, ha
producido un rpido aumento en el uso de mtodos de extraccin de recursos noconvencionales que plantean algunos problemas medioambientales importantes, como
la contaminacin de la napa fretica. La produccin ambientalmente segura de gas de
esquisto o de metano en capas de carbn requiere que se llevan a cabo investigaciones
avanzadas de mecnica de rocas. Estas metodologas requieren un enfoque
interdisciplinario que utiliza los conceptos tericos de termo-hidro-mecnica y la
qumica (es decir, un enfoque THM-Q).
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La produccin de energa verde, tales como la energa geotrmica profunda,
tambin requiere una visin clara de la mecnica de rocas. De hecho, algunos
desastres, para la reactivacin de falla ejemplo, se pueden activar si las propiedades delas rocas y las condiciones geomecnicas se ignoran.
Foto 2: Parque de produccin de energa elica para Alemania, lder en energas limpias.
Fuente:http://economia.elpais.com/economia/2012/05/04/actualidad/1336146225_723543.html
Cuando se considera la produccin de energa, tambin es necesario tener en cuenta la
cuestin de la gestin de los efectos secundarios potencialmente dainos. En este contexto,la reduccin de dixido de carbono (CO2) en la atmsfera podra ser abordada por el
almacenamiento subterrneo del CO2 en yacimientos profundos. Una vez ms, la mecnica
de rocas es una herramienta esencial para asegurar que las condiciones de almacenamiento
son seguros para el medio ambiente (integridad de la roca sello, buen sellado perfecto,
etc.). Otra de las preocupaciones relacionadas con la produccin de energa es la gestin de
los desechos radiactivos. En muchos pases, una de las soluciones bajo estudio es
almacenar los residuos en las instalaciones subterrneas profundas. Para este problema enparticular, el tiempo es un parmetro crucial ya que el comportamiento del macizo rocoso
tiene que ser previsto, en un perodo muy largo de tiempo (varios miles de aos).
El ltimo campo donde la mecnica de rocas contribuye a la geotecnia
ambiental es el que trata los peligros naturales, tales como las consecuencias
ambientales de los deslizamientos de tierra en las regiones montaosas y la proteccin
de las zonas propensas a terremotos o amenazadas por los volcanes en un perodo
donde el calentamiento global aumenta su vulnerabilidad.
http://economia.elpais.com/economia/2012/05/04/actualidad/1336146225_723543.htmlhttp://economia.elpais.com/economia/2012/05/04/actualidad/1336146225_723543.htmlhttp://economia.elpais.com/economia/2012/05/04/actualidad/1336146225_723543.htmlhttp://economia.elpais.com/economia/2012/05/04/actualidad/1336146225_723543.html -
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En muchos de los problemas ambientales relacionados con la geotecnia, la
mecnica de rocas contribuye a la produccin de soluciones realistas. En asociacin
con la ingeniera geolgica, mecnica de suelos y otras ciencias fundamentales, lamecnica de rocas ayuda a construir un entorno natural y urbano armnico y
sostenible para beneficio de la humanidad en todo el planeta.
Figura 3: Anlisis de una cimentacin con pilotes mediante modelamientos numricos.
Fuente:https://www.rocscience.com/products/16/RS3
https://www.rocscience.com/products/16/RS3https://www.rocscience.com/products/16/RS3https://www.rocscience.com/products/16/RS3https://www.rocscience.com/products/16/RS3 -
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CAPTULO II. ZONIFICACIN URBANA GEOTCNICO-AMBIENTAL
La geologa urbana ofrece informacin sobre los entornos geolgicos urbanos como
base cientfico para los planificadores y los ingenieros para la planificacin del uso
racional de la tierra y el desarrollo urbano. Tal zonificacin puede clasificarse en trminos
de finalidad, contenido y escala. Los principales factores restrictivos para el desarrollo
urbano, tales como: la litologa, topografa, pendiente, sismotectnica, profundidad del
nivel fretico, susceptibilidad a inundaciones y los efectos inducidos por ssmicos; son los
ms considerados en la preparacin de mapas geotcnicos. Todas estas capas de
informacin son manipuladas usando Sistemas de Informacin Geogrficas (SIG), y luego
se combinan para producir mapas geolgicos uniformes ingenieriles. Los resultados seilustran como un mapa para la adecuada construccin en el rea de estudio.
2.1 ZONIFICACIN URBANA
La mayora de las grandes ciudades se desarrollaron sin tener en cuenta
factores geolgicos y geotcnicos. Es as que muchas de ellas se encuentran ubicadas
en reas vulnerables y sujetas a distintos riesgos naturales. Sin embargo existen
elementos de gestin - las cartas geotcnicas, fundamentalmente - que permiten
introducir criterios geolgicos que son imprescindibles para la expansin de la
infraestructura urbana, pero que no se limitan slo a este aspecto (Verga et al. 2012).
Un ejemplo de zonificacin como del caso de (El May et al. 2010), donde se
zonific la ciudad de Tnez, la cual se categoriz en cuatro zonas diferentes como: (1)
regin alta con riesgo potencial de perturbacin superficial; (2) zona baja plana con
riesgo de inundacin; (3) una zona baja con inundaciones y la probabilidad de riesgo
de deslizamiento; (4) una regin con niveles de arcilla y riesgos de asentamientos.
Los mapas preparados utilizando este enfoque resultaron ser coherentes con el
mapa de capacidad de soporte. El mapa de zonificacin geotcnica preparado es
recomendado como el mapa final de la ciudad de Tnez.
Este mapa final, que es fcil de usar, es un documento til para personas no
gelogas planificadores y tomadores de decisiones para una segura extensin urbana.
Los resultados finales se pueden combinar con ms resultados de las pruebas
geotcnicas para contribuir a la microzonificacin geotcnica.
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Figura 4. Zonificacin geotcnica final de la ciudad.
2.2 MICROZONIFICACIONES
Se tratan de estudios geotcnicos locales de mayor escala, donde se consideran
una serie de parmetros geotcnicos y geolgicos de la regin, que incluyen los
resultados de las perforaciones geotcnicas, as como los resultados de los ensayos
geotcnicos realizados sobre muestras inalteradas (Altun et al. 2012). Por otra parte,
los datos recogidos, y la variacin de las propiedades dinmicas del suelo en la regin
se analizan utilizando diversos software de Sistema de Informacin Geogrfica (SIG),
en el que se determina una cuadrcula de menor de 250 m tamao de la celda. Se
pueden simular movimientos de tierra debidas a terremotos de magnitudes mayores a
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6.9 con un alcance promedio de 10 km fuera de la regin bajo investigacin. Como
consecuencia, estos movimientos se utilizan para mapear la distribucin de las
mximas amplificadores espectrales, para una mejor comprensin del riesgo en unaregin.
(Altun et al. 2012) realiz una Micro-zonificacin de la costa norte de la ciudad
de Izmir (Turqua), el mapa final (Figura 5) se realiz en trminos de la agitacin
ssmica del terreno. AGS, representa un alto riesgo de agitacin ssmica del terreno,
BGS, representa un riesgo medio, y CGS, representa un bajo riesgo de agitacin ssmica
del terreno.
Figura 5. Mapa de Micro-zonificacin de la costa norte de Izmir, con respecto a la agitacin
ssmica del terreno.
2.3 RESPUESTA DE RELLENOS URBANOS A EVENTOS SSMICOS DE GRAN
ESCALA
En las zonas urbanas donde se ha producido la ocupacin continua de la tierra
durante siglos, es probable que haya grandes superficies de tierra con relleno. Los
rellenos pueden haber surgido de forma inadvertida entre los escombros de los
edificios derruidos y la lenta acumulacin de basura. Los rellenos urbanos antiguos de
este tipo pueden contener tierra, escombros, basura e incluso partes enteras de
construcciones anteriores. A pesar del hecho de que las zonas cubiertas de tales
depsitos son generalmente propensas a problemas graves, especialmente en
condiciones de carga dinmica, su influencia como material de cimentacin sobre el
comportamiento ssmico de los edificios modernos es prcticamente impredecible
(Makedon et al. 2009).
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Un caso sobresaliente de un estudio geotcnico de materiales de rellenos es el
caso estudiado por Makedon en la ciudad de Thessaloniki en Grecia, con ms de 2300
aos de evolucin urbana continua. Donde una capa gruesa y heterognea de depsitosartificiales cubre la mayor parte del centro histrico de la ciudad. La presencia de esta
extensa formacin influye en el desarrollo urbano, ya que constituye la base de la
mayora de los edificios, y su investigacin es esencial para la mayora de las
construcciones propuestas. La complejidad y heterogeneidad del relleno hace que la
evaluacin de su comportamiento ingeniera sea una tarea complicada. Esto no es
debido a la gran gama de valores de datos geotcnicos acumulados, sino por el hecho
de que estos datos han sido producidos por mtodos y pruebas no relacionadas entre s.
Figura 6. Justificacin y esquema general de la estrategia para la clasificacin del relleno de
Thessaloniki
Los resultados se dan en trminos de razones de daos es decir, las razones dela cantidad de edificios daados por nmero total de edificios inspeccionados. La
correlacin de la respuesta ingenieril con el espesor del relleno mostr que hay un
aumento significativo del porcentaje de edificios daados con el aumento de espesor.
Sin embargo, un anlisis ms detallado de estos resultados mostr que el aumento
anterior no se aplica a todas las clases por igual, que en realidad sugiere que diferentes
partes del relleno se comportan de manera diferente con respecto al espesor del
relleno.
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Figura 7. Subdivisin del relleno de Thessaloniki. Clase A: Relleno histrico, clase B: Relleno
moderno (primera expansin costera), clase C: Relleno Moderno (segunda expansin costera).
En laFigura 8,los crculos verdes muestran la localizacin de construcciones
que no han disminuido su capacidad ssmica original. Los crculos amarillos muestran
las construcciones con una disminucin de su capacidad ssmica original, y los
crculos rojos muestran las construcciones considerablemente inseguras, a esperas dedemoliciones. A, B y C definen las diferentes clases de relleno.
Estos resultados muestran claramente que, un esquema de clasificacin y la
determinacin de las condiciones de contorno, se deben utilizar como una herramienta
combinada desde un punto de vista de ingeniera geolgica, con el fin de formar una
base para la mejor comprensin del comportamiento ingenieril de dichos depsitos, la
interpretacin de los datos geotcnicos y en el diseo de investigaciones ms
sofisticadas.
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Figura 8. Distribucin de las construcciones inspeccionadas en el centro histrico.
2.4 ANLISIS MEDIANTE SIG
Los desarrollos urbanos, tursticos e industriales son considerados de alta
prioridad. En la actualidad, las investigaciones para las calificaciones de las diferentes
condiciones ambientales, geolgicas y geotcnicas, que se estudian en proyectos
urbanos, se evalan a travs de un sistema de informacin geogrfica (SIG) con un
enfoque multi-criterio. Los Modelos SIG ponderados, que integran diferentes tipos de
fuentes de datos, como: el uso de la tierras/cubierta, geologa, geomorfolgia,
geofsica, teledeteccin ambiental, y de datos de campo, se puede usar para crear unmapa de susceptibilidad. Se debe tener un enfoque basado en procesos de jerarqua
analtica necesarios para desarrollar un modelo ponderado por diferentes factores. El
fin de estos estudios, es identificaron reas de posibles riesgos geotcnicos y
geoambientales que podran afectar el diseo y construccin de proyectos urbanos. Por
lo tanto, se pueden realizar cambios al principio del proceso de diseo antes de los
esfuerzos de diseo significativas se estn invirtiendo (Youssef et al. 2011).
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Figura 9. Metodologa de modelamiento desarrolla (Youssef et al. 2011) mostrando el proceso de
extraccin de datos y evaluacin de peligrosidad para el desarrollo urbano.
Una evaluacin peligro/viabilidad basada en la aplicacin de modelos SIG de
zona podra ayudar a identificar las reas ms ptimas para el desarrollo urbano y
evitar las zonas medioambientalmente sensibles o peligrosos. El mapa de sitio de
peligro/viabilidad puede proporcionar las guas para la toma de decisiones con
informacin til, para determinar las tendencias generales y la distribucin espacial de
las clases de peligro/viabilidad para el desarrollo urbano. Para la evaluacin de la
viabilidad de cualquier zona, un anlisis GIS puede gestionar un gran nmero de datos
relacionados espacialmente e integrar mltiples capas de informacin superficial y del
subsuelo para extraer informacin nueva y til.
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En la Figura 10 se muestra en ejemplo de la creacin de un mapa de
zonificacin peligrosidad/viabilidad de proyectos urbanos, realizado por (Youssef et
al. 2011) en Arabia Saud.
Figura 10. Plano final de peligrosidad/viabilidad para una combinacin de modelos superficiales
y subterrneos (Youssef et al. 2011).
2.5 MODELAMIENTO SUBTERRNEO PARA EL PLANEAMIENTO URBANO
En los ltimos aos, la gestin estratgica del subsuelo de las ciudades ha
llegado a representar un tema tan importante que un nuevo campo interdisciplinario se
ha constituido conocido como "Geo-ciencias urbanas". Esta nueva disciplina estudia
los ambientes geolgicos de las ciudades con el fin de proporcionar una base cientfica
para un uso racional en la planificacin y desarrollo de la ciudad. En la geologa de las
ciudades, uno de los primeros temas que tiene que ser enfrentado es: Qu tipo de
conocimiento geolgico o elaboracin geolgica podra sostener la planificacin de un
metro subterrneo en la ciudad? Los mapas geolgicos 2D tradicionales son menos
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representativos en los mbitos de la ciudad y tambin hacen que sea difcil lograr un
estudio detallado. Una ayuda tcnico-cientfica, junto con un modelo geolgico
tridimensional puede proporcionar una representacin espacial de la variabilidadgeolgica y constituir una base para la planificacin del subsuelo y para la ejecucin
de diversos proyectos (Rienzo et al. 2008).
El inters en el subsuelo en reas de la ciudad para la planificacin y el diseo
de la nueva infraestructura civil ha dado lugar a avances en visualizacin digital y
tcnicas de modelado 3D que son adecuados para representar un volumen de suelo y
sus propiedades geolgicas y geotcnicas.
En el modelamiento del subsuelo de una ciudad, cualquier incertidumbre
relativa a las condiciones geolgicas se debe principalmente a las dificultades para la
obtencin de datos del subsuelo y de su falta de homogeneidad (pozos estratigrficos,
pruebas de penetracin, los registros de parmetros de perforacin, etc.). Por lo tanto,
un enfoque multidisciplinario para el anlisis de datos, se ha convertido en esencial,
para optimizar la planificacin de las obras civiles.
Cualquier condicin geolgica imprevista puede, en particular, en las
excavaciones subterrneas, llevar a: aumentos en los tiempos y costos de construccin,
los altos riesgos para los trabajadores, los daos irreversibles al medio ambiente y
problemas de asentamiento en la superficie.
Varias obras se pueden encontrar en la literatura en relacin con el uso de
modelos 3D de la geologa de una ciudad, pero poco se pueden encontrar en la
metodologa general que se debe seguir para establecer un modelo geolgico que
representa un documento de apoyo en un rea de la ciudad. La importancia de la
planificacin de la ciudad subterrnea como un recurso para el desarrollo de la ciudad
requiere de un enfoque multidisciplinario en el modelado del subsuelo. Un modelo
espacial que muestra la distribucin de los sedimentos y la variacin de sus
caractersticas (propiedades fsicas y geomecnicas) es esencial para diferentes
aplicaciones tales como: evaluacin de peligros naturales, la planificacin de los
trabajos subterrneos, anlisis hidrogeolgico para la evaluacin de la recarga de
acuferos, etc.
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Figura 11. Diagrama de flujo del procedimiento propuesto (Rienzo et al. 2008)para analizar los
suelos subterrneos de reas urbanas.
La metodologa multidisciplinaria, que se resume en la Figura 11, propone
obtener un modelo 3D que es adecuado para la planificacin civil en las zonas de la
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ciudad y la aplicacin para propsitos de ingeniera. El estudio involucra: un anlisis
estratigrfico, una evaluacin de los parmetros geotcnicos, una copia de anlisis de
desplazamiento medido y la gestin del modelo por medio de un sistema deinformacin geogrfica (SIG).
Un caso factible es el mostrado por (Rienzo et al. 2008), en la ciudad de Turin
(Italia), donde gracias a la zonificacin geotcnica btima del subsuelo, se pueden
realizar modelos numricos ms ptimos del terreno como se muestra en laFigura 12.
Figura 12. Comparacin entre la zona plstica obtenida del clculo numrico en el diseo original
(a) y en el caso en el que el grosor del jet-grouting es incrementado (b) (Rienzo et al. 2008)
2.6 LAS CARTAS GEOTCNICAS
Las cartas geotcnicas son una herramienta para representar en forma
cartogrfica, toda la informacin geolgica y geotcnica que posibilite una correcta
planificacin urbana y una ocupacin del territorio que responda a las condicionantes
que presenten los terrenos. As, el diseo, materializacin y posterior mantenimiento
de las construcciones respondern, desde el aspecto geotcnico, al medio en cual se
insertan (Verga et al. 2012).
Es necesario que ellas aporten datos sobre las caractersticas y propiedades delsuelo que permitan prever cul ser su comportamiento ante las intervenciones
previstas a realizar y as determinar la aptitud del mismo y definir la factibilidad de lo
propuesto, diseando las soluciones tcnicas apropiadas a la construccin a ejecutar.
Es fundamental definir e implementar la forma en que toda la informacin relevada
ser volcada facilitando su interpretacin y cumpliendo el objetivo que debe tener
como herramienta de trabajo.
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Las construcciones civiles urbanas representan una parte importante de las
inversiones pblicas y privadas, pero tambin presentan un desafo para los
proyectistas, constructores, urbanistas y otros especialistas, debido a la interaccin conel sustrato geolgico - geotcnico. Entre estas interacciones podemos mencionar:
Las alteraciones que se producen en el medio natural: suelos y aguas
principalmente y
Las externalidades sobre la infraestructura edilicia y construcciones en general.
Asimismo la expansin urbana en reas susceptibles, como el rea sur de la
Ciudad Autnoma de Buenos Aires, puede crear problemas si se ignoran las
limitaciones propias como reas inundables, contaminadas, zonas rellenadas con
materiales inadecuados, reas con niveles de agua fretica rasa, etc. Desde este punto
de vista y con la finalidad de tener en cuenta estos problemas presentes y futuros, es
necesario destacar el papel que deben desempear la ingeniera civil y las geociencias.
Para encarar estas problemticas, existen elementos de gestin como las cartas
geotcnicas que fundamentalmente permiten introducir criterios geolgicos y
geotcnicos que son imprescindibles para la adecuada expansin de la infraestructura
y las construcciones. "La cartografa geotcnica urbana tpica, congrega mtodos y
tcnicas que procuran establecer unidades territoriales homogneas en cuanto a
problemas manifiestos o potenciales y formula orientaciones tcnicas para la
ocupacin de cada una de esas unidades", (Sanejouand 1972).
2.6.1 Las cartas geotcnicas y los proyectos de infraestructura en reas urbanas
Una carta geolgico-geotcnica consta de una planialtimetra con la tipologa
y caractersticas geotcnicas y aptitud de los terrenos en un rea determinada lo quepermite prever en una primera instancia, el comportamiento de las fundaciones y
excavaciones de distintas obras civiles.
Estas cartas se basan en el reconocimiento y la clasificacin de los suelos que
constituyen el terreno del rea en cuestin en base a las propiedades fsico -
mecnicas y comportamientos hidrulicos de estos geo materiales. Sobre esta base se
determinan sus propiedades y la capacidad de carga ante solicitaciones impuestas por
distintas superestructuras civiles. Asimismo, cuando se aplican esfuerzos, los suelos
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pueden deformarse hasta ciertos lmites, los que dependen fundamentalmente de sus
contenidos en arcillas y humedad.
2.6.2 Aplicaciones del Proyecto y Formacin de Recursos Humanos
La cartografa geotcnica urbana tpica, congrega mtodos y tcnicas que
procuran establecer unidades territoriales homogneas en cuanto a problemas
manifiestos o potenciales y formula orientaciones tcnicas para la ocupacin de cada
una de esas unidades.
Constituyen un soporte bsico para el anlisis de estos problemas ligados
tanto al ambiente fsico: agua - suelo, como a las construcciones civiles ya sean obras
edilicias como de infraestructura, tanto subterrnea como superficial.
En este contexto, la sociedad, los inversores privados y en especial las
instancias gubernamentales, contarn con un elemento, que an preliminar, permitir
optimizar las inversiones y reducir las prdidas econmicas y accidentes de trabajo
por problemas ligados al medio fsico, los que principalmente, son:
Deslizamientos de excavaciones profundas
Asentamientos, subsidencias y colapsos de obras edilicias Asentamientos superficiales por causa de la construccin de obras subterrneas.
Degradacin y agotamiento de los recursos hdricos
Variaciones de la capa fretica y consecuencias sobre construcciones civiles.
Degradacin de reas naturales sensibles, etc.
2.6.3 TUPA en la Evaluacin de Estudios de Impacto Ambiental (EIA) en Proyectos
La normativa vigente (MVCS 2013) muestra que se necesita acreditar un
equipo Tcnico Multidisciplinario integrado por no menos de (05) profesionales
colegiados con acreditada experiencia en medio ambiente relacionada con los
aspectos de Vivienda, Construccin y/o Saneamiento para que realicen el EIA para
cualquier proyecto Urbano.
Adems, se requiere la relacin de Equipos e Instrumental Especial para la
realizacin de estudios (propios o alquilados) que se utilicen en la realizacin del
estudio.
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2.6.4 Zonificacin Geotcnica de Cajamarca
La Subgerencia de Desarrollo Urbano y Catastro de la Municipalidad
Provincial de Cajamarca, ha desarrollado una zonificacin geotcnica en base al uso
de los suelos propuesto.
As se han delimitado las siguientes unidades:
AG: Zona Agro Intangible
ARE: rea de Reserva Ecolgica
RDM-3: Residencial de Densidad Media
RDM-4: Residencial de Densidad Alta
CE: Comercio Especializado
C-1: Comercio Local
C-2: Comercio Vecinal
C-3: Comercio Sectorial
C-5 Comercio Distrital
I-1: Industria Elemental y Complementaria
I-2: Industria Liviana
ZA: Zona Arqueolgica
ZA-R2: Zonificacin Arqueolgica de Baja Densidad
ZPA: Zona de Proteccin Ambiental
ZR: Zona de Reforestacin
ZRE: Zona de Reglamentacin Especial
Adems se cuenta con un esquema vial donde se clasifican las vas en:
Vas de Evitamiento Vas Arteriales
Vas Colectoras
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Figura 13: Zonificacin urbana de Cajamarca (Mun. Prov. Caj.rea de desarrollo urbano)
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Figura 14: Esquema vial de la propuesta de desarrollo urbano de Cajamarca (Mun. Prov. Caj.
rea de desarrollo urbano)
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CAPTULO III. CIMENTACIONES URBANAS
Cuando se intenta realizar una cimentacin en zonas urbanas y de expansin, lo
primero que se debe realizar es guiarse de las zonificaciones de cada jurisdiccin para ver
la vialidad de la obra, adems de conseguir los permisos correspondientes. Luego se debe
proseguir al anlisis del suelo o roca en donde se cimentar, para ello se cuenta con
diversas tcnicas de anlisis, tanto geofsicas como directas (perforaciones).
3.1 MEJORAMIENTO DE SUELOS PARA CIMENTACIONES Y SUS IMPACTOS
AMBIENTALES
Si es que se encuentran problemas con la calidad de los suelos o rocas, se
deben aplicar mtodos de mejoramiento de estos mismos. Principalmente se pueden
conocen los mtodos de inyecciones y de compactacin, los cuales pueden o no tener
un impacto grande o no en el medio ambiente, incluso pueden afectar a obras cercanas
existentes.
A continuacin analizaremos geotcnicamente y ambientalmente los
principales mtodos de mejoramientos de suelos y rocas para cimentaciones.
3.1.1 Micropilotes
Llamamos micropilote a una estructura terminada de hasta 250 mm. de
dimetro de perforacin que es inyectada con lechada o mortero de cemento despus
de introducir una armadura (tubos o barras o perfiles metlicos, o una mezcla de ellos).
Se consigue as, un elemento resistente en el que predomina la longitud y resistencia
por rozamiento o fuste.
Foto 3: Malla de micropilotes.
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3.1.1.1 Apli caciones
a) Como elementos de carga
En las fundaciones de edificaciones sobre suelos con poca capacidad portante.
Para recalce y refuerzo de estructuras.
Como reductores de asentamientos diferenciales.
b) Para refuerzo y sostenimiento del terreno
Constituir una pared de suelo "reforzado" al formar una pantalla reticulada.
Contencin, proteccin y sostenimiento de laderas y taludes.
Paraguas en la clave de tneles.
c) Elementos contra fuerzas de traccin
La ejecucin de un micropilote comprende normalemente la realizacin de las
siguientes oparaciones bsicas:
Figura 15: Secuencia tpica en la construccin de un micropilote. Fuente: (de Fomento 2005)
- Perforacin del taladro del micropilote (Fases 1, 2 y 3)
- Colocacin de la armadura (Fase 4)
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- Inyeccin del micropilote (Fase 5)
- Conexin con la estructura (Fase 6) o con el resto de los micropilotes, mediante
un encepado.
3.1.1.2 Impactos ambientales
Durante la ejecucin de un micropilote, se puede contaminar las aguas
subterrneas con la adicin muy comn de cementos cargados de sustancias
qumicas nocivas.
Las vibraciones y los posibles levantamientos de polvo y ruido son limitados por
la las dimensiones pequeas del trabajo. Caso contrario de los pilotes como se
mostrar a continuacin.
Foto 4: Aspecto de un micropilote recin inyectado.
3.1.2 Pilotes
Los pilotes fabricados in situ, son estructura circulares de hormign armado,que permiten trasladar las cargas hasta un estrato de mayor resistencia, cuando este
se encuentre a una profundidad que hace inviable el uso de fundaciones
convencionales. La resistencia de estos deriva principalmente de la friccin
(interaccin entre la lechada de cemento y el terreno circundante) desarrollada entre
el suelo y el pilote a travs del fuste, y asimismo de la resistencia por la punta cuando
este es proyectado y se apoya en un estrato resistente.
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Foto 5: Colocacin de pilotes.
3.1.2.1 Apli caciones
a) Como elementos de carga
En la fundacin de estructuras sobre suelos con poca capacidad soportante.
En la fundacin de estructuras sobre suelos expansivos y colapsables.
Para socalce y refuerzo de estructuras.
Como reductores de asentamientos diferenciales.
Para fundacin de estructuras altas sometidas a grandes cargas de viento y/ossmicas.
b) Sostenimiento de terreno
Contencin, proteccin y sostenimiento de laderas y taludes.
Construccin de estructuras de retencin de tierra.
c) Elementos trabajo a traccin
Bajo estructura sometidas a subpresiones.
Bajo torres de transmisin y losas de stanos bajo el nivel fretico, que estn
sometidas a levantamiento.
d) Fundaciones expuestas a erosin
Se utilizan en la fundacin de puentes, para evitar la posible prdida de
capacidad de carga producto de la erosin del suelo.
Las fases de la formacin de pilotes es similar a la de los micropilotes, solo
que a mayor escala.
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a) Perforacin.
b) Colocacin de la armadura tubular.
c) Inyeccin de relleno para formacin de la vaina. d) Inyeccin a presin para formacin del bulbo.
e) Relleno del interior del tubo.
Figura 16: Fases de la ejecucin de pilotes.
Fuente:http://www.monografias.com/trabajos30/recalces/recalces.shtml
3.1.2.2 Impactos ambientales
Pueden afectar en gran medida a los acuferos subterrneos.
Las grandes maquinarias necesarias para su colocacin pueden producir
grandes ruidos y/o levantar polvo.
Foto 6: Pilotes recin formados.
http://www.monografias.com/trabajos30/recalces/recalces.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos30/recalces/recalces.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos30/recalces/recalces.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos30/recalces/recalces.shtml -
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3.1.3 Jet-grouting
El Jet-Grouting es la tcnica de inyeccin que ms podra afectar al medio
ambiente por la gran presin ejercida para sustituir materiales dbiles y llenar
discontinuidades.
Bsicamente se expulsan chorros de lechada de cemento (grout) a travs de
unas toberas a velocidades muy altas, logrando as la rotura del terreno y su ntima
mezcla con el mismo.
Foto 7: Mquina de inyeccin para el jet-grouting
Se realiza en dos fases:
a) Primera Fase: Perforacin
Se ejecuta a destroza hasta conseguir la profundidad mxima. Este sistema
est sometido a la calidad del material a atravesar, por lo general ser a rotacin con
tricono o trialeta para suelos y rocas blandas y rotopercusin con martillo en cabeza
para gravas, rocas duras y materiales artificiales.
Por encima de la herramienta inferior de corte, se ubica una vlvula especial
de eyeccin que est compuesta por una o ms toberas ortogonales al eje del
varillaje.
b) Segunda Fase: Extraccin con Inyeccin Simultnea
A medida que va subiendo a velocidades preestablecidas, se va extrayendo
el varillaje inyectado.
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Como resultado se obtiene una columna de terreno cementado en cada punto
sometido a tratamiento, cuyas dimensiones y resistencia se encuentran en funcin
del tiempo insumido en enviar los chorros de inyeccin, variando velocidades deextraccin y rotacin del varillaje, como tambin la dosificacin y presin de la
mezcla inyectada en el terreno.
3.1.2.1 Apli caciones
Mejorar el terreno de cimentacin.
Impermeabilizaciones.
Recalce de estructuras.
Muros de contencin.
Asegurar cimentaciones de edificios o estructuras.
3.1.2.2 Impactos ambientales
Se puede afectar en gran medida a construcciones cercanas por las vibraciones
producidas (Chepurnova 2014).
Genera contaminaciones significativas a los acuferos subterrneos.
La maquinaria utilizada puede producir ruidos y levantar polvo.
Figura 17: Comparacin de desplazamientos verticales monitoreados a lo largo de lasconstrucciones cercanas a una obra civil.
Fuente: (Chepurnova 2014)
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3.1.4 Compactacin Dinmica
Existen diversos mtodos de compactacin (con mquinas a rodillos,neumticos, patas de cabra, etc.) pero de todos ellos el de la compactacin dinmica
es que mayor impacto hace al medio ambiente.
La Compactacin Dinmica es una tcnica cuyo fin es el de mejorar las
propiedades mecnicas del suelo densificndolo e incrementando su capacidad
portante. Dicha densificacin se produce gracias a la creacin de ondas de
compresin y de corte de muy alta energa. Fue inventada y desarrollada por Louis
MENARD en 1969.http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Ite
mid=17
La densificacin de los suelos se consigue mediante la ejecucin de impactos
llevados a cabo con pesos de 8 a 200 toneladas que se dejan caer desde 15 a 40
metros.
Foto 8: Gra realizando una compactacin dinmica.
3.4.1 Aplicaciones y Ventajas:
Inmediata densificacin de los suelos granulares.
Disipacin de las presiones intersticiales.
Gran velocidad de ejecucin (> 10.000m2 al mes). Buena adaptacin a grandes
superficies de tratamiento.
http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=17http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=17http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=17http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=17http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=17 -
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Foto 10: Residuos generados por grandes urbes.
El relleno sanitario es una de las tcnicas que se usan en la actualidad para la
disposicin final de residuos slidos urbanos, no perjudica a la salud o seguridad
pblica y es de bajo impacto medioambiental. Es una tcnica que emplea principios de
ingeniera, donde diariamente los residuos slidos se mezclan, se esparcen en capas
delgadas, se compactan y sepultan bajo una capa de tierra o espuma plstica. El relleno
sanitario es en esencia una excavacin en el suelo recubierta con un revestimiento
impermeable con plstico o arcilla, que reduce infiltraciones al subsuelo, sobre la cualse colocan y se distribuyen los residuos urbanos (Jaramillo 2002).
Dependiendo de la cantidad de residuos slidos urbanos que se generan, es el
tipo de relleno sanitario que se utiliza.}
Tabla 1: Tipos de relleno sanitario y cantidad de residuos slidos urbanos (RSU).
Tipo de relleno sanitario RSU Ingresados (ton/da) Tipo de Municipio
Mecanizado >40 UrbanoSemi-mecanizado 16 a 40 Urbano y semirural
Manual 15 o menor Rural
Fuente:(Jaramillo 2002)
Para la construccin y correcta operacin de un relleno sanitario es esencial
tomar en cuenta las caractersticas del terreno, como lo son el tipo de suelo y la
profundidad del nivel fretico, para evitar la contaminacin de los mantos acuferos
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por lixiviados. Los mtodos elementales de construccin son el mtodo de trincheras o
zanjas y el mtodo de reas.
3.2.1 Mtodo de trincheras o zanjas
El mtodo de trincheras o zanjas consiste en cavar varias zanjas o trincheras,
en las cuales se deposita la basura para despus cubrirla con tierra de la misma
excavacin. En este mtodo se requiere un buen sistema de drenaje, para que no haya
acumulacin de lquidos en los periodos de lluvia. El mtodo no se puede utilizar en
zonas donde haya mantos acuferos muy prximos a la superficie, por riesgo de
contaminarlos, o en terrenos excesivamente rocosos, por la dificultad de excavacin
(Jaramillo 2002).
Figura 18: Construccin de rellenos sanitarios por el mtodo de zanjas.
3.2.2 Mtodo de reas
El mtodo de reas se utiliza principalmente en terrenos planos, donde los
mantos freticos estn muy cercanos a la superficie. Este mtodo exige una ligera
elevacin del terreno para la construccin de los rellenos sanitarios. Tambin se
pueden emplear depresiones naturales o canteras abandonadas de poca profundidad.
El material de cobertura que se maneja en estos casos se extrae de terrenos cercanos,
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para evitar costos elevados por manejo de acarreo. La construccin de las celdas de
residuos, espacios donde se va confinando un cierto volumen de basura, debe de
iniciarse desde el fondo del terreno, procurando conservar una pendiente del talud de18 a 27 grados, para evitar deslizamientos y lograr una mayor estabilidad. A medida
que se eleva el relleno las celdas se extienden, se apisonan y se recubren diariamente
con capas de tierra, como parte de su manejo y correcta operacin (Jaramillo 2002).
Figura 19: Relleno sanitario por el mtodo de reas.
Tambin se pueden combinar ambos mtodos, el de trincheras o zanjas y el
de reas, para crear un relleno sanitario hbrido. Esto es posible gracias a que tienen
tcnicas similares de operacin, al combinarlos se obtienen mejores resultados, se
aprovecha mejor el terreno y el material de cobertura.
El costo de los rellenos sanitarios es moderado y en algunos casos se pueden
manejar grandes volmenes de residuos. Estas instalaciones son consideradas obras
de saneamiento bsico y operan como tal. El buen funcionamiento del relleno se basa
en utilizar un suelo adecuado que asegure el buen diseo del relleno, optimizando
con esto su operacin y control (Tyler 1994).
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Foto 11: Combinacin de los mtodos de reas y de trincheras o zanjas para la construccin del
relleno sanitario.
Los rellenos sanitarios se disean para reducir al mximo la contaminacin
atmosfrica, del subsuelo y de los mantos acuferos. Al depositarse los residuos en
los rellenos, stos comienzan a descomponerse mediante una serie de procesos
qumicos complejos. Los productos principales de la descomposicin son los lquidos
lixiviados y los gases. Tanto los lquidos como los gases pueden afectar la salud de la
poblacin de los alrededores (Tyler 1994).
3.2.3 Monitoreo de residuos urbanos mediante modelos 3D en computadores
Las mejoras en la velocidad y capacidad de las computadoras sumado a la
mayor recoleccin y digitalizacin de datos geolgicos permiten ahora a los
geocientficos producen significativas modelos espaciales 3D del subsuelo pocoprofundo en muchas zonas urbanas grandes, para predecir las condiciones del terreno
y reducir el riesgo y la incertidumbre en la planificacin urbana. An no est claro
cun til este enfoque de modelado 3D es a escalas urbanas ms pequeas, donde los
depsitos antropognicas mal caracterizado (rellenos artificiales) forman el material
de subsuelo dominante y donde la disponibilidad de datos geolgicos de
perforaciones y otros son menos completos. Esto es importante ya que es en estos
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sitios urbanos ms pequeos, con historias complejas, que a menudo forman parte
del foco de los planes de regeneracin y de renovacin urbana (Tame et al. 2013).
Estos modelos delimitan claramente la geologa del subsuelo en general en el
sitio, y permiten la visualizacin y modelado de los depsitos antropognicas
presentes. Los datos geofsicos superficiales recogidos en el sitio pueden validar
parcialmente los datos 3D modelados, y pueden mejorar las salidas de las
computadores donde los lmites de depsitos antropognicas pueden no ser
claramente definidos en superficie, o por datos de perforaciones. El reconocimiento
de las propiedades geotcnicas y geoqumicas en los modelo 3D es difcil sin
investigaciones en el propio terreno o sin muestreos. Sin embargo, la combinacin dedatos de perforaciones disponibles, mtodos geofsicos superficiales e datos
histricos puede permitir la reduccin del riesgo en la incertidumbre de como
continuar con el desarrollo urbano de una ciudad (Tame et al. 2013).
Figura 20: Vista area del Valle de Sheepcote en el Reino Unido, donde (Tame et al. 2013)realizun estudio 3D de su relleno urbano con fines de zonificacin geotcnica.
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(Tame et al. 2013) realiz un estudio donde examina el grado en que el
enfoque de modelamiento 3D utilizado anteriormente a grandes escalas urbanas, se
puede extenderse a sitios urbanos ms pequeos menos caracterizado, utilizando elsitio histrico del vertedero del Valle de Sheepcote, Reino Unido. Gener y compar
2 modelos 3D mediante el software GSI3D, uno usando slo datos de perforacin, y
el otro combinando datos de perforacin con mapas geolgicos locales y los
resultados de un estudio terico (que implica el cotejo de datos de sitio disponibles,
incluidos los planes de adaptacin al suelo)
Figura 21: Comparacin entre los 2 modelos 3D realizados por (Tame et al. 2013).
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En la figura anterior, en los diagramas de la izquierda (a-c) se pueden
distinguir 5 unidades: topsoil (amarillo claro), cobertura/topsoil (gris claro), residuos
(gris oscuro), creta (verde), y limo-arcillita gris (uniad menor no visible en laescala del diagrama). El segundo modelo (derecha, d-f) tiene cuatro unidades:
topsoil (amarillo claro), relleno (gris oscuro), depsitos superficiales (morado) y
cretas (verde). Este modelo usa los registros de perforacin combinado con
informacin del mapeo geolgico local y estudios anteriores, as la inclusin del
depstio superficial y se logra incluir depsitos superficales y una mejor estimacin
de la profundidad del relleno basado en la forma del valle. Los diagramas superiofes
muestran un perfil N-S usado para construir cada modelo, no existe exageracinvertical (Tame et al. 2013).
3.3 PLAN PIGARS-CAJAMARCA
Plan Integral de Gestin Ambiental de Residuos Slidos (PIGARS
Cajamarca) es un instrumento base para consolidar una serie de acciones de
mejoramiento de la gestin y manejo de los residuos slidos, que se viene
desarrollando desde la Municipalidad Provincial a travs de su Proyecto Especial de
Limpieza Pblica y la Gerencia de Recursos Naturales, Medio ambiente y
Participacin Ciudadana. Esto permitir contrarrestar los impactos negativos en la
salud y el ambiente, primordialmente en el recurso suelo de la zona Shudal, donde se
ubica el botadero y en las zonas de los puentes donde existen puntos crticos o
acumulacin de residuos de forma permanente y que se viene generado por el
inadecuado manejo de residuos slidos (Ruis 2004).
3.3.1 Generacin de Residuos Slidos
La generacin de residuos slidos de origen domiciliario est ntimamente
ligada al nmero de habitantes o pobladores que existen en la localidad. El Cuadro
16, muestra el tamao poblacional por distrito y la generacin de residuos
domsticos. (ver detalles de la generacin en los anexos 5, 6, 7, 8 y 9). Cabe sealar
que no toda la poblacin vive en el casco urbano, sin embargo en un escenario futuro
debemos pensar en brindar servicio al 100%.
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