geotecnia ambiental 1

Geotecnia
Ambiental
GEOLOGIA AMBIENTAL
RIESGOS GEOLOGICOS
GEOTECNIA AMBIENTAL
PROCESO DE RESOLUCION DE PROBLEMAS
ACTIVIDADES DE LA GEOTECNIA AMBIENTAL
APLICACIONES EN CHILE
EXCAVACIONES SUBTERRANEAS
TRANQUES DE RELAVE
ESQUEMA RELLENO SANITARIO
PRODUCCION DE RESIDUOS
ETAPAS DEL MANEJO DE RESIDUOS SOLIDOS
SELECCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO
ETAPAS DE CONSTRUCCION DE UN RELLENO
TECNICAS PARA DISEÑO Y DESTINO DE UN VERTEDERO
COEFICIENTES DE SEGURIDAD
REINSERCION
Indice
GEOLOGÍA AMBIENTAL
“ Conjunto
de
técnicas , métodos y conocimientos
geológicos aplicados, destinados a dar respuesta a la gestión
responsable de los recursos naturales, protección del medio
ambiente y uso racional del territorio “ ( INSTITUTO
GEOLÓGICO MINERO DE ESPAÑA )
“ La Geología Ambiental constituye la culminación de un
proceso que comienza estudiando y aplicando aisladamente
temas de distintas ciencias, hasta reconocer la necesidad de
un enfoque polivalente, que permita planificar con acierto el
uso del territorio “
RIESGOS GEOLOGICOS
•
•
•
RIESGOS ASOCIADOS A LA GEODINÁMICA EXTERNA :
Desprendimientos , deslizamientos , inundaciones ,
aluviones, hundimientos, etc.
RIESGOS ASOCIADOS A LA GEODINÁMICA INTERNA :
Volcanes, terremotos, etc.
RIESGOS ASOCIADOS A LA ACCIÓN DEL HOMBRE :
Explotación y uso indiscriminado de los recursos
naturales, generación de grandes cantidades de residuos.
GEOTECNIA AMBIENTAL
G EO TEC NIA :
Técnica con elem entos de ciencia y “ arte “ que se dedica alestudio
de las propiedades de suelos,rocas y m ateriales artificiales,asícom o a
la resolución de problem as de fundaciones y/o excavaciones en
ellos o a su em pleo com o m aterial de construcción ( presas,
terraplenes,vías de com unicación ,etc).
GEOTECNIA AMBIENTAL :
Actividad técnica destinada a resolver
diferentes
problemas originados por las variaciones de las condiciones
ambientales, que se presentan en los suelos en condiciones
naturales o artificiales.
Es el punto de encuentro entre la geotecnia clásica y las
ciencias ambientales que se produce cuando se atienden
cuestiones en las que por el propio material o por el método
de solucionar el problema, es preciso el concurso de la
Geotecnia, o cuando se trata de aspectos geotecnicos en los
cuales las acciones son del tipo ambiental.
PROCESO DE RESOLUCION DE LOS
PROBLEMAS DE MECANICA DE SUELOS
Q MECANICA DE SUELOS
Conceptos teóricos : Modelos
y propiedades.
Q
GEOLOGIA, EXPLORACION
Análisis de Laboratorio y de
Terreno. Parámetros de diseño.
Q
EXPERIENCIA
Precedentes - Soluciones que han
resultado correctas
Q
ECONOMIA
+
CRITERIO
PROFESIONAL
SOLUCIONES
A PROBLEMAS
DEL TERRENO
ACTIVIDADES DE LA GEOTECNIA AMBIENTAL
• Erosión de las laderas
naturales por
flujos de aguas, precipitaciones,
influencia de variaciones térmicas,
acciones eólicas, etc.
•
•
Erosión o inestabilidad de taludes
de cortes ejecutados sobre laderas
naturales
Erosión de materiales pétreos
empleados en recubrimientos por
cambios
ambientales
como
viento,humedad, etc.
ACTIVIDADES DE LA GEOTECNIA AMBIENTAL
• Problemas
de estabilidad de
depósitos de residuos mineros.
• Estudio
de
propiedades
geotécnicas
de
residuos
mineros y su utilización en
presas como las de relaves.
• Aprovechamiento
de cenizas
volantes
o
escorias
como
materia prima de caminos,
terraplenes o rellenos.
Ver fotografia en 270º
ACTIVIDADES DE LA GEOTECNIA AMBIENTAL
• Diseño,
construcción
y
operación de rellenos sanitarios.
• Utilización
de
sanitarios
como
estructuras livianas.
• Trabajo
rellenos
apoyo
de
interdisciplinario para
la solución y planificación de
temas medio ambientales.
APLICACIONES EN CHILE
• RECUPERACIÓN
DE ÁREAS IMPACTADAS POR EL VERTIDO
DE RESIDUOS SÓLIDOS
Vertederos Sanitarios : Parques La Feria; La Castrina, y La
Cañamera
Tranques de Relaves : Planta M.A. Matta, Copiapó. Los Maquis,
Cabildo.
• EMPLEO
DE RELLENOS ARTIFICIALES FORMADOS POR
RESIDUOS COMO MATERIAL DE APOYO DE ESTRUCTURAS
LIVIANAS.
Relleno Experimental de Limache : Av. Salesianos, Santiago.
• DISEÑO
Y CONTROL DE OPERACIÓN DE TRANQUES DE
RELAVES.
Los Maquis, Cabildo. Plantas de Relaves en la zona norte del país.
APLICACIONES EN CHILE
• DISEÑO Y CONTROL DE OPERACIÓN DE RELLENOS SANITARIOS
El Molle, Valparaíso. Orito, Isla de Pascua.
• EVALUACIÓN
DE IMPACTO AMBIENTAL DE VERTEDEROS
SANITARIOS Y TRANQUES DE RELAVES.
RELAVES
Relleno Sanitario Loma Los Colorados Til-Til, Santiago.
• FENÓMENOS DE DESLIZAMIENTO DE GRANDES MASAS
Antofagasta, Quebrada de Macul.
• APROVECHAMIENTO
DE CENIZAS VOLANTES O ESCORIAS EN
OBRAS DE CONSTRUCCIÓN.
CONSTRUCCIÓN
Refinería de ENAMI y CHILGENER, Ventanas.
• SISTEMAS DE CONTROL DE AVANCE DE DUNAS.
Chañaral y Reñaca.
Construcción de excavaciones subterráneas y
su efecto en especies vegetales
Caso Colector de Valparaíso
TRANQUES DE RELAVES ( Disciplinas )
CRITERIOS DE SELECCIÓN
1. Control Ambiental
•
•
•
•
•
•
•
Legislación vigente
Utilización de cursos reguladores de agua
Permeabilidad del terreno
Efluentes superficiales
Emisiones de polvo
Distancia planta - tranque y de Centros poblados
Especies de flora y fauna y zonas arqueológicas e
históricas
2. Procesos e Hidráulica
• Ubicación tranque - planta
• Método constructivo
• Transporte del relave
• Capacidad y Seguridad del tranque
• Recirculación de agua
• Velocidad límite
TRANQUES DE RELAVES ( Disciplinas )
CRITERIOS DE SELECCIÓN
3. Geología y Geotecnia
•
•
•
•
Geología del área
Permeabilidad
Fuentes de empréstito
Estabilidad del muro
4. Hidrología
• Crecimiento del muro y capacidad de embalse
• Drenaje superficial
5. Topografía
• Area disponible
• Perfil del terreno
• Bases topográficas
LA GEOTECNIA AMBIENTAL APLICADA A
RELLENOS SANITARIOS
PRODUCCION DE RESIDUOS ( Ton/día )
VERTEDERO
VERTEDERO
VERTEDERO
VERTEDERO
DE
DE
DE
DE
LIMACHE
( Rural )
VALPARAISO ( El Molle )
SANTANDER ( Meruelo )
MADRID
( Valdemín Gómez )
RELAVES MINERÍA
PLANTA M. A. MATTA
DIVISION EL TENIENTE
DIVISION CHUQUICAMATA
80
300
400
3200
2000
15000
106000
VERTEDEROS SANITARIOS DE SANTIAGO(1995)
V E R TE D E R O S
LO
E R R AZU R IZ
C E RR O S D E
RENCA
LE P AN T O
C O M U N AS
A TE N D ID AS
22
TO N . M E D IO
R E CE PC IO N A D O
2100
2616
16
800
1885
6
180
493
Región Metropolitana de Chile: pasó de 0.64 kg/hab/día en 1985 a 0.75
en 1991 y a 0.80 en 1993.
En las ciudades latinoamericanas la producción de desechos puede
variar entre 0.35 y 1.0 kg por habitante cada día.
En los países desarrollados los máximos pueden alcanzar hasta 3 kg
por habitante cada día.
VERTEDEROS (1997) (2000) LEPANTO
Empresa
Municipios atendidos
Recep. diaria residuos (ton)
Costo a municipio (ton)
Costo a privados (ton)
EMERES
22 (16)
4200
U$ 9.2 (id)
U$15.3
TIL TIL
KDM
20 (26)
3000
U$10 (9) (*)
U$ 16.7
Costos en países desarrollados van desde U$ 12 a 40 o más c/t para
residuos municipales dispuestos en rellenos sanitarios.
(*) Incluye estación de trasferencia. (id) Incluye Plan de cierre Lo Erraz.
ETAPAS DEL MANEJO DE RESIDUOS SÓLIDOS
• Producción
• Almacenamiento
• Recolección
• Transferencia
• Transporte
• Procesado
• Disposición final
• Recuperación
Vertido directo
Vaciado al mar, ríos, lagos
Incineración
Compostaje
Vertedero sanitario
FACTORES PARA LA SELECCIÓN DEL
EMPLAZAMIENTO DE UN VERTEDERO SANITARIO
• MEDIO AMBIENTALES
• ECONÓMICOS
• POLÍTICOS
• TÉCNICOS => GEOTECNICOS
Calidad del subsuelo
Existencia de napas subterráneas y drenajes
Estabilidad de taludes
Existencia y calidad del suelo de cobertura
Es una obra de ingeniería, en la que se emplean técnicas y
maquinaria de movimiento de tierras para construir rellenos
artificiales.
Se le considera actualmente como la mejor solución técnica,
económica y sanitaria, mayoritariamente empleada a pesar de
los esfuerzos por generar sistemas alternativos.
Los residuos del relleno, tienen un elevado potencial
contaminante reflejado principalmente en la producción de
lixiviados y biogas.
Las características y heterogeneidad de estos residuos, influyen
en el comportamiento geotécnico de estos rellenos.
En los próximos años los costos de inversión y operación se
incrementarán, debido al aumento en la cantidad y variación de
las características de los desechos y debido a las restricciones
medioambientales que exige el desarrollo sustentable.
SELECCION DEL EMPLAZAMIENTO: Disponibilidad de empréstitos, geología
local, facilidad para excavaciones, condiciones hidrogeológicas,
existencia de material de cobertura, etc.
DISEÑO
CONSTRUCCION OBRAS DE PARTIDA: pretiles, drenes, sellos impermeables, etc.
OPERACION
CIERRE:
Operación que da por finalizada la explotación, se clausura el lugar
y se realizan faenas de desmantelamiento, limpieza superficial y
colocación de una capa de cobertura final.
SELLADO:
Operación posterior al cierre en la cual se construyen las obras
destinadas a mantener los residuos aislados, minimizando los
riesgos de contaminación y peligro sanitario. También se deben
considerar las obras destinadas al monitoreo y eventualmente
preparar la superficie para realizar las futuras obras de
reinserción.
REINSERCION:Operación destinada a reincorporar el sitio ya sellado a su entorno,
controlando las emisiones y los problemas que puedan causar
impactos negativos al ambiente y la salud. Se finaliza con la
Implementación de las instalaciones de monitoreo, necesarias
para controlar que el emplazamiento no sea causa de
contaminación de aire, suelo o agua.
Q
Q
EN LA ETAPA DE SELECCION DEL EMPLAZAMIENTO:
ESTABILIDAD: es indispensable contar con un adecuado conocimiento de la
capacidad portante y deformabilidad del suelo de fundación; de las obras de
partida; la estabilidad de los taludes naturales o artificiales; el riesgo de colapso y
fenómenos geológicos activos o reactivables que puedan generarse.
PREVISIONES SOBRE MATERIALES: es preciso contar con información
acerca de la facilidad para la excavación; disponibilidad y calidad del suelo de
cobertura; composición geológica local y general, que permita investigar si el
subsuelo está compuesto de rocas solubles o cavidades.
HIDROGEOLOGIA: ante la necesidad de proteger el agua por ser el vehículo
más activo de difusión de contaminantes en el terreno, se debe conocer la
distribución de aguas freáticas, acuíferos y sus propiedades hidráulicas.
BARRERAS IMPERMEABLES: estudio de la permeabilidad del subsuelo y en
las situaciones en que no se cuenta con suelo natural suficientemente impermeable
y exista riesgo de contaminación de aguas o suelos, búsqueda de barreras
alternativas
Q EN LAS ETAPAS DE OPERACIÓN Y DE POSTCLAUSURA:
CONTROL GEOTÉCNICO DE LA OPERACIÓN: compactación de residuos y
cobertura; calidad de materiales; comportamiento obras geotécnicas(sellos, drenes,
taludes, etc.)
ANALISIS DE LA COMPRESIBILIDAD yy tiempo
tiempo de estabilización en las
deformaciones de los rellenos, para contribuir a la determinación de la vida útil y
futuros usos de los vertederos sanitarios.
DETERMINACION DE LA RESISTENCIA del relleno,
relleno, así
así como
como la
la evolución
evolución de
de los
los
parámetros resistentes con el tiempo.
ANALISIS DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES en vertederos, especialmente
especialmente en
en
lugares de topografía accidentada donde es necesario recurrir a diseños que
cuentan con taludes importantes.
Diversas maquinarias usadas en vertederos.
Pala empujadora
de basuras
Tractor de oruga
Pala empujadora normal
Tractor de neumaticos
Pala cargadora
de uso múltiple
Pala cargadora normal
Dragalina
Retroexcavadora
TECNICAS PARA EL DISEÑO Y DESTINO FINAL
DE UN VERTEDERO SANITARIO
• Ensayos de penetración ( CPT o SPT )
• Prospección Geofísica
• Ensayos in situ como Placa de Carga
• Ensayos de Laboratorio como Edómetros de gran diámetro
• Ensayos a escala real o prototipos
Asientos iniciales producidos por mecanismos mecánicos:
Sp
Donde:
=
Spp
H00
=
Ccc
=
σV0
=
V0
=
∆σV0
V0
e00
=
=
( σ V0 + ∆ σ V0 )
Cc
log
H0
1+ e0
σ V0
asiento al final de la consolidación primaria
altura inicial del relleno
coeficiente de compresibilidad
presión efectiva en el relleno
sobrecarga efectiva
índice de vacíos
Terminada la primera fase los asientos producto de cambios
físico químicos, degradación biológica y compresión
mecánica secundaria, en condiciones ambientales estables
tienen un comportamiento más o menos lineal con el log.
del tiempo, similar a la compresión secundaria de suelos.
S
=
s
C α
1 + e
H
0
Donde:
Sss
H
Cαα
e00
t22
t11
= asiento durante la consolidación
secundaria al tiempo t22
= altura de la celda al tiempo t11
= índice de compresión secundaria
= índice de vacíos
= tiempo de estimación de asientos
= tiempo de inicio de la consolidación secundaria
t
lo g (
t
2
1
)
100
Vertedero
de Meruelo
80
40
ARENAS CONCHIFERAS Y GRAVAS
RESISTENCIA EN PUNTA, qc (MPa)
60
20
16
14
12
10
8,0
6,0
4,0
ARENAS
MUY
DENSAS
Jessberger
(1990)
Hinkle (1990)
Siegel et al. (1990)
MEZCLAS DE
ARENAS
LIMOSAS
DENSAS
ARCILLAS
ARENOSAS
Y LIMOSAS
ARENAS
ARCILLOSAS
Y LIMOS
MEDIANAMENTE
DENSAS
FLOJAS
MUY
DURAS
2,0
1,6
1,4
1,2
1,0
DURAS
MUY FLOJAS
FIRMES
0,8
Los valores de la
relación de rozamiento
disminuyen en precisión
con valores bajos de qc
y en penetraciones
superficiales
0,6
0,4
0,2
ARCILLAS
INORGANICAS
NO SUCEPTIBLES,
NO FISURADAS
0
1
2
ARCILLAS
ORGANICAS Y
SUELOS
MEZCLADOS
BLANDAS
MUY
BLANDAS
3
4
5
RELACION DE ROZAMIENTO fs/qc (%)
6
7
Círculos de rotura superficiales y de pie.
Rotura general del suelo de cimentación.
Deslizamiento en la zona interior, sobre el sello lateral o suelo natural.
Círculos de rotura del piel y de pie en vertederos en pendiente.
Perfil del vertedero controlado de Meruelo. Malla de tanteos.
410
400
MALLA DE CENTROS
DE CIRCULOS PESIMOS
390
SUELOS CONSIDERADOS
1 = caballones de cierre
380
370
360
2 = residuos sólidos
350
3 = dique inicial
340
330
320
4 = muro de escollera
5 = suelo natural
310
300
290
280
270
260
250
240
230
220
COTAS (m)
80
90
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
240
1
230
220
1
2
210
1
200
5
3
190
4
180
170
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
DISTANCIA HORIZONTAL (m)
180
190
200
210
220
230
240
250
260
Coeficientes de seguridad calculados considerando talud indefinido y
mediante el método de Bishop modificado.
parámetros resistentes
c
(t/m2)
método
0,0
φ
(°)
24
0,5
22
1,0
20
1,5
18
Bishop
talud indefin.
Bishop
talud indefin.
Bishop
talud indefin.
Bishop
talud indefin.
coeficientes de seguridad
γ =1,0
γ = 0,8 (t/m3)
(t/m3)
1,348(S)
1,373(S)
1,336
1,336
1,555(S)
1,566(S)
1,316
1,290
1,703(P)
1,672(P)
1,300
1,258
1,772(P)
1,702(P)
1,287
1,225
(S) = coeficiente de seguridad de un círculo pésimo de carácter superficial
(P) = coeficiente de seguridad de un círculo pésimo de carácter profundo
γ =1,2 (t/m3)
1,440(S)
1,336
1,561(S)
1,281
1,631(P)
1,231
1,648(P)
1,183
CONOCIMIENTOS PARA LA
FASE DE REINSERCIÓN
Q
AGRONOMICOS Y PAISAJISTICOS
Q
GEOTECNICOS
EXPERIENCIAS NACIONALES EN
REHABILITACIÓN DE RELLENOS SANITARIOS
• Congresos
de Ingeniería Sanitaria de Viña del
Mar(1979);
Temuco(1983); La Serena(1989) y
Copiapó(1997)
• Población La Explanada de Valparaíso y antiguo
vertedero de La Florida en Santiago.
• Parque Intercomunal La Reina; antiguo vertedero
de Curicó
• Antiguo vertedero de Macul
EXPERIENCIAS NACIONALES EN
REHABILITACIÓN DE RELLENOS SANITARIOS
Programa de Parques del SERVIU Metropolitano
sobre los antiguos vertederos :
• La Castrina
• La Feria
• La Cañamera
Otros Programas:
• Antiguos Botaderos de Cerrillos
• Reinserción Relleno Sanitario Lo Errázuriz