evaluación de asentamientos por consolidación generada por descenso del nivel freático

7/22/2019 Evaluacin de Asentamientos Por Consolidacin Generada Por Descenso Del Nivel Fretico

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EVALUACIN DE ASENTAMIENTOSPOR CONSOLIDACIN GENERADA

POR DESCENSO DEL NIVELFRETICO

ING. JUAN CARLOS GARZN RODRGUEZ

Universidad Nacional de ColombiaFacultad de Ingeniera

Departamento de Ingeniera Civil y AgrcolaBogot D.C., Colombia

2011


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EVALUACIN DE ASENTAMIENTOS

POR CONSOLIDACIN GENERADAPOR DESCENSO DEL NIVEL

FRETICO

Juan Carlos Garzn Rodrguez

Trabajo de investigacin presentado como requisito parcial para optar al ttulo de:Magister en Geotecnia

Director:I.C. M.Sc.FLIX HERNANDEZ RODRGUEZ

Universidad Nacional de ColombiaFacultad de Ingeniera

Departamento de Ingeniera Civil y AgrcolaBogot D.C., Colombia

2011


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A mi Jhoy


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AGRADECIMIENTOSQuiero expresar un profundo agradecimiento al profesor Flix Hernndez, por susenseanzas y apoyo desde los aos de pregrado. Por su apoyo, dedicacin y pacienciaen la direccin de esta tesis de Maestra, muchas gracias Profesor.

A la Universidad Nacional de Colombia por brindarme la oportunidad de crecer personal yprofesionalmente, en especial a los docentes del rea de geotecnia, cuyo profesionalismoy sentido de pertenencia son una motivacin importante cuando las cosas se ponendifciles

A mis padres, por su apoyo, formacin personal que me brindaron y el ejemplo que

siempre me han dado.A mi novia Johanna Tocasuche, por su apoyo durante este proceso, por ser unamotivacin muy importante para conseguir los logros propuestos y por su amor sincero.

Al ingeniero Jose Daz, por su valiosa ayuda para desarrollar la herramientacomputacional que hace parte de este trabajo.

A mi sobrina Mariana, mi hermana Yolima y su esposo Francisco, por creer en m.

A mis amigos Juan Carlos Corts Corts, Rober Rojas y Raul Tolosa, por su apoyoincondicional y por el nimo que me dieron en todo momento.


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Resumen

En el presente documento se hace un recuento de algunos casos importantes dedeformacin asociada a los descensos del nivel piezomtrico y nivel fretico, paraposteriormente proponer una formulacin que permita determinar los asentamientosasociados al nivel fretico, teniendo en cuenta el efecto de incremento de esfuerzosefectivos y el flujo asociados al abatimiento del nivel fretico. La metodologa paradeterminar la deformacin superficial se sigue a travs de un programa de computador(macro instruccin) realizada en formato de hoja electrnica del programa Excel, con estaherramienta se puede determinar la sensibilidad del abatimiento del nivel fretico y de ladeformacin con las propiedades que gobiernan el proceso, permeabilidad y modulo decompresibilidad, as como hacer un seguimiento al fenmeno en a travs del tiempo.

Palabras claves: Subsidencia, consolidacin, abatimiento, nivel fretico, esfuerzos

efectivos, esfuerzos de infiltracin.

AbstractIn this document gives an account of some important cases of deformation associated with

declines in piezometric level and groundwater level in order to propose a formulation todetermine the settlements related to water table, taking into account the effect ofincreasing effective stress and the flow associated with the depletion of water table. Themethodology for determining the surface deformation is followed by a computer program(macro command) implemented in spreadsheet format in Excel, this tool can determine thesensitivity of the depletion of the water table and the deformation properties governing theprocess, permeability and compressibility module and track the phenomenon over time.

Keywords: Subsidence, consolidation, depletion, water table, effective stress, seepagestress.


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CONTENIDO

Contenido1. INTRODUCCIN ........................................................................................................ 1

1.1 Generalidades .......................................................................................................... 2

1.2 Justificacin .............................................................................................................. 4

1.3 Objetivos .................................................................................................................. 6

1.4 Alcance ..................................................................................................................... 7

2. REVISIN CASOS DE SUBSIDENCIA ...................................................................... 8

2.1 Subsidencia originada por extraccin de agua subterrnea ...................................... 9

2.2 Subsidencia causada por explotacin de agua subterrnea en la ciudad de Suzhou,China 3............................................................................................................................ 9

2.3

Subsidencia causada por explotacin de agua subterrnea en la planicie deHangzhou-Jianxing-Huzhou, China 9............................................................................ 12

2.4 Caracterizacin de subsidencia inducida por descensos en el nivel piezomtrico delagua subterrnea en el rea de Su-Xi-Chang, China. 12.............................................. 14

2.5 Subsidencia en de Ciudad de Mxico 16, 5, 14.................................................... 16

2.6 Caracterizacin de subsidencia en El rea de la cuenca Chalco. (Mxico) 1, 5, 16,14 18

2.7 Caracterizacin de subsidencia en El rea del Proyecto del Lago de Texcoco 1, 5,16 20

2.8 Caracterizacin de subsidencia en el rea de EE.UU. 16, 13, 15, 14................... 20

2.9 Caracterizacin de subsidencia en el rea Arizona Central 16, 13, 15, 14........... 21

2.10 Caracterizacin de subsidencia en el rea del Valle de San Joaqun en California.16, 15, 14...................................................................................................................... 22

2.11 Caracterizacin de subsidencia en el rea del Valle de Santa Clara en California.16, 13, 15, 14................................................................................................................ 24

2.12 Caracterizacin de subsidencia en El rea de Houston-Galveston en Texas 16, 15,14 26

2.13 Caracterizacin de subsidencia en Bangkok. 16.................................................. 27

2.14 Caracterizacin de subsidencia en Japn. 16, 14................................................ 28

2.15 Caracterizacin de subsidencia en el rea de la Llanura de Nobi. 16, 14............. 29

2.16 Caracterizacin de subsidencia en el rea de Niigata. 16, 14.............................. 30

2.17 Subsidencia unidimensional no lineal de un suelo saturado. Aplicacin al cascourbano de Murcia. 16, 17............................................................................................... 31

2.18 Descensos del nivel fretico en Bogot, Colombia. 10, 11................................... 32

3. MARCO TERICO ................................................................................................... 35


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CONTENIDO

3.1 Flujo de agua en suelos .......................................................................................... 36

3.2 Teora de consolidacin .......................................................................................... 37

3.3 Teora de compactacin de sistemas acuferos multicapa 14............................... 38

3.4 Tipos de esfuerzos ................................................................................................. 41

3.5 Anlisis esfuerzos deformacin .............................................................................. 42

3.6 MODELOS DE PREDICCIN DE SUBSIDENCIA .................................................. 49

3.6.1Mtodos empricos ................................................................................................. 49

3.6.2Mtodos semi-tericos ............................................................................................ 52

3.6.3Mtodos tericos .................................................................................................... 56

3.7 Problemas de frontera libre. [6, 19] ......................................................................... 62

3.7.1La ecuacin del calor y la conservacin de la masa. .............................................. 65

4. FORMULACIN MATEMTICA ............................................................................... 69

4.1 Descripcin del problema ....................................................................................... 70

4.2 Solucin como problema de frontera libre ............................................................... 71

4.3 Solucin determinando abatimiento del nivel fretico y asentamiento asociado, paraintervalos de tiempo ......................................................................................................... 72

4.3.1Ecuacin de gobierno del abatimiento de nivel fretico .......................................... 72

4.3.2Ecuacin de gobierno la deformacin ..................................................................... 78

4.4 Esquema de solucin numrica .............................................................................. 81

4.4.2Condiciones iniciales .............................................................................................. 81

4.4.3Pasos de clculo .................................................................................................... 83

5. RESULTADOS DE LA MODELACIN ...................................................................... 87

5.1 Escenarios de modelacin ...................................................................................... 88

5.2 Modelo con descenso inmediato............................................................................. 88

5.3 Modelo con descenso inmediato y diferente permeabilidad .................................... 93

5.4 Modelo con descenso gradual ................................................................................ 96

5.5 Modelo resolviendo la ecuacin de consolidacin con frontera mvil ................... 102

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................... 105

6.1 CONCLUSIONES ................................................................................................. 1067. BIBLIOGRAFA ....................................................................................................... 108


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CONTENIDO

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 Seccin hidroestratigrfica en el rea de subsidencia. Ref 3..................... 11Figura 2 Comparacin entre los asentamientos medidos (punto) y los asentamientos

simulados (lnea) obtenidos en el estudio realizado para la ciudad de Suzhou. Ref 3... 12Figura 3Seccin hidroestratigrfica en el rea de estudio. Ref 9............................ 14Figura 4Seccin hidroestratigrfica tpica del rea Xi-Chang. Ref 12..................... 16Figura 5. Magnitud de subsidencia del terreno debido a extraccin de agua

subterrnea, USA, el nmero al interior de la columna representa el rea en Km 2. Ref 14........................................................................................................................................ 21

Figura 6. Relacin entre cambios de esfuerzo efectivo y asentamientos porabatimiento del nivel fretico calculados para diferentes posiciones del nivel fretico. Ref11.................................................................................................................................. 34

Figura 7. Hidrgrafas, cambio en los esfuerzos aplicados, compactacin, subsidencia

y relacin esfuerzos-deformacin. Ref 14...................................................................... 43Figura 8. Curva tpica de consolidacin. Ref 14....................................................... 44Figura 9. Grfica de compresibilidad para muestras de suelo fino granular

provenientes de cuatro perforaciones realizadas en el suroeste de los Estados Unidos ypara arcillas puras ensayadas por Chilingar y Knight (1960). Ref 14............................. 46

Figura 10. Coeficiente de compresibilidad mv (cm2/kg) contra profundidad (m). Ref14.................................................................................................................................. 48

Figura 11. Ajuste a una curva cuadrtica (punto de referencia No. 2179, Niigata). Ref14.................................................................................................................................. 49

Figura 12. Relacin de tipo logartmico entre la subsidencia y el tiempo. Ref 14..... 50Figura 13. Ajuste a una curva exponencial (punto de referencia No. 2179, Niigata). Ref

14.................................................................................................................................. 50

Figura 14. Relacin entre la subsidencia y la disminucin del nivel de agua, en el reade Houston, Texas (Gabrysh, 1969). Ref 14................................................................. 51

Figura 15. Correlacin entre la subsidencia y el cambio en la cabeza artesiana en eloeste del Condado de Fresno, California (Lofgren, 1969). Ref 14................................. 51

Figura 16. Relacin entre el hundimiento anual del terreno y la correspondientedescarga (Kumai, 1969) ................................................................................................... 54

Figura 17. Correlacin entre el hundimiento y la descarga de agua subterrnea(Comit Editorial de subsidencia del terreno en Osaka, 1969) ......................................... 54

Figura 18. Volumen acumulado de subsidencia y bombeo, Los Banos-Kettleman City,California. Los puntos en la curva de subsidencia indican los tiempos de control denivelacin (Poland, 1975) ................................................................................................ 55

Figura 19 Problema de Stefan unidimensional ejemplificado por un recipiente con

hielo. Ref 6.................................................................................................................... 63Figura 20 Problema de Stefan unidimensional. Ref 6.............................................. 64Figura 21 Problema de Stefan unidimensional ........................................................... 66Figura 22 Dispositivo fsico que simula el problema de deformacin por consolidacin

inducida por el descenso del nivel fretico. ...................................................................... 71Figura 23. Esquema del modelo con detalle .............................................................. 73Figura 24. Formulario para el ingreso de datos, paso 1-geometra ............................ 82


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CONTENIDO

Figura 25. Formulario para el ingreso de datos, paso 2-discretizacin ....................... 83Figura 26. Resultado grfico tpico del modelo .......................................................... 86Figura 27. Esquema del modelo fsico que representa el modelo numrico

implementado, en la figura de la derecha se observa un detalle de los dos primerosestratos discretizados ...................................................................................................... 90

Figura 28. Altura de la columna de agua y de la columna de suelo en funcin delnmero de intervalos de tiempo. ...................................................................................... 91

Figura 29. Abatimiento del nivel fretico, expresado en metros, en funcin del tiempode simulacin expresado en nmero de das. (a) Escala aritmtica-aritmtica y (b) escalaLog-Log ........................................................................................................................... 92

Figura 30. Esquema del modelo fsico que representa el modelo numricoimplementado para observar la influencia de la permeabilidad en el proceso .................. 93

Figura 31. Abatimiento y asentamiento en funcin del nmero de intervalos de tiempo........................................................................................................................................ 94

Figura 32. Relacin asentamiento-abatimiento para modelos con relacin depermeabilidad de 100 ...................................................................................................... 96

Figura 33. Abatimiento y asentamiento del terreno, para una tasa de descenso de lacabeza piezomtrica de 0,5m/ao ................................................................................... 97




Figura 37. Abatimiento del nivel fretico para descenso del cabeza piezomtricainmediato y gradual a diferentes tasas ........................................................................... 100

Figura 38. Asentamiento del terreno asociado al abatimiento del nivel fretico cuando

el descenso del cabeza piezomtrica es inmediato y gradual a diferentes tasas ........... 101Figura 39. Relacin asentamiento/abatimiento cuando el descenso de la cabeza

piezomtrica es inmediato y gradual a diferentes tasas ................................................. 102Figura 40. Variacin de la presin de poros en el tiempo, cada curva corresponde a un

elemento de suelo, a) descenso de cabeza piezomtrica con tasa de 0,5m/ao; b)descenso inmediato de cabeza piezomtrica. ................................................................ 102

Figura 41. Comparacin entre los resultados del modelo, a) de consolidacin confrontera mvil y b) de abatimiento-asentamiento por intervalos de tiempo. .................... 104

ANEXOS

Archivo Excel PLANTILLA MACRO.xlsm


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INTRODUCCIN

1. INTRODUCCINEn este captulo se expone la

importancia del tema estudiado, lajustificacin de realizar la presente tesis, losobjetivos planteados y el alcance de latesis.


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INTRODUCCIN

1.1 Generalidades

La deformacin del suelo producto del cambio en los esfuerzos es un tema de inters queha generado grandes desarrollos en la mecnica de suelos; los mecanismos que danorigen a esta relacin entre esfuerzos y deformaciones constituyen los principios bsicosde esta disciplina, derivando en teoras como el principio de esfuerzos efectivos y la teorade consolidacin.

El mecanismo de deformacin ms recurrente en la prctica de la ingeniera geotcnicaes la imposicin de cargas en la superficie de la masa de suelo, sin embargo ladeformacin puede presentarse no solo en respuesta a los incrementos de esfuerzosinducidos por cargas externas, los cambios volumtricos de la fase lquida y de la fasegaseosa contenidos en la masa de suelo contribuyen a la deformacin y el efecto de estosmecanismos de deformacin puede llegar a ser considerable.

El mecanismo de deformacin que se trata en esta tesis est asociado a la extraccin delagua que se aloja en los poros de una masa de suelo fino saturado, es decir el proceso enel cual el agua contenida en los poros fluye a travs del suelo saturado, partiendo de unacondicin hidrosttica determinada por la posicin inicial del nivel fretico y hacia unacondicin final en que el flujo de agua se detiene al alcanzar nuevamente el equilibriohidrosttico.

El estudio de la deformacin asociada al flujo del agua bajo las condiciones descritasanteriormente, requiere definir otra serie de condiciones que permiten enfocar la solucindel problema hacia un caso prctico; en el presente estudio, el flujo vertical y ladeformacin unidimensional del suelo, en el sentido del flujo, constituyen condicionesdeterminantes en la forma como se plantea la solucin.

El fenmeno fsico ms representativo del mecanismo de deformacin que es abordadoen el presente estudio, es la subsidencia unidimensional asociada al descenso en losniveles piezomtricos de los sistemas acuferos, como se puede evidenciar en los casosde subsidencia analizados como parte del proceso de revisin bibliogrfica, elcomponente principal de los hundimientos de la superficie del terreno es la compresin deestratos de suelo fino, es decir de los acuitardos intercalados entre los acuferos.

La subsidencia regional producto de la explotacin de agua subterrnea es un fenmenocomplejo debido a la no uniformidad temporal y espacial que conllevan los procesos deextraccin. De igual forma, la complejidad de los materiales involucrados, cuyos

parmetros mecnicos exhiben anisotropa dependencia del tiempo y de la historia deesfuerzos, sumado al desconocimiento de las propiedades mecnicas de los materiales ydel campo de flujo, hace difcil estimar cuantitativamente la relacin dinmica que existeentre la explotacin de agua subterrnea y la subsidencia del terreno.

En el captulo 2 de la tesis se hace una descripcin de algunos casos importantes desubsidencia ocurrida en diferentes partes del mundo, resaltando aspectos importantes


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INTRODUCCIN

para este estudio como son las caractersticas del medio en que ocurre, los mximoshundimientos generados, el tiempo en que se producen y la relacin entre asentamiento ydescenso de la cabeza piezomtrica evidenciada.

El captulo 3 se presenta un resumen de las teoras de mayor aplicacin en ladeterminacin de hundimientos del terreno por efecto de extraccin de agua subterrnea,pasando por la descripcin de mtodos empricos, sem-tericos y tericos. Las leyes quepermiten modelar y comprender la manera en que el agua fluye en el suelo y los efectosen la deformacin que este flujo pude tener tambin se incluyen en este captulo.

La formulacin matemtica para determinar el abatimiento del nivel fretico, comorespuesta a un desequilibrio de energa del fluido contenido en la masa de suelo, esderivada en el captulo 4; de igual forma en este captulo se presenta la formulacinempleada para determinar los asentamientos asociados al flujo del agua que tiene lugartravs de la columna de suelo, sumados a los asentamientos por efecto del alivio en lapresin de agua.

En el captulo 5 se presenta el esquema de solucin establecido para simular la variacinde la posicin del nivel fretico y la posicin de la superficie del terreno, para un periodode tiempo definido. Se incluyen los resultados de modelaciones correspondientes a dosescenarios de condiciones externas que inciden en el flujo del agua a travs del suelo,estos escenarios estn definidos por el descenso inmediato o gradual de la presin deagua en el acufero confinado que subyace al acuitardo en estudio, tambin se simularonescenarios definidos por estratigrafa variable, tanto en nmero de estratos y posicin delos estratos dentro de la columna de suelo simulado, esto con el fin de determinar lainfluencia de estos parmetros en la respuesta del modelo.

En el captulo 6 se presentan las conclusiones y recomendaciones derivadas del presenteestudio.

Por ltimo, el captulo 7 incluye las referencias bibliogrficas que fueron consultadasdurante el desarrollo de la presente tesis.


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INTRODUCCIN

1.2 Justificacin

El crecimiento acelerado de las ciudades impone una necesidad de abastecimiento deagua, y una fuente de este recurso se encuentra en el subsuelo; el aprovechamiento delagua subterrnea en cuencas sedimentarias caracterizadas por la alternancia deacuitardos y acuferos trae consigo el hundimiento generalizado de la superficie delterreno.

El hundimiento del terreno es lento e imperceptible en los primeros aos de extraccin ypor ello pasa desapercibido por mucho tiempo; sin embargo la tendencia cada vez mscreciente de la explotacin del agua subterrnea, con tasas de extraccin mayores a lasde recarga de los acuferos productores, imprime una caracterstica importante a ladeformacin y que a su vez la hace evidente, la deformacin producto de la extraccin deagua subterrnea es en parte irrecuperable.

Al ser irrecuperable parte de la deformacin que sufre el suelo, el efecto acumulativo quese observa en estratos de espesor importante deriva en hundimientos considerables de lasuperficie del terreno, fenmeno conocido como subsidencia.

Las experiencias que hay sobre subsidencia en varas regiones del mundo, ponen enevidencia que tan serio puede ser el impacto del fenmeno, y son un llamado de atencinpara que en los sitios donde es probable que ocurra, se tomen las medidas necesariaspara evitarlo o por lo menos para mitigar sus efectos; es all donde el aporte acadmico esvalioso, al poner en discusin el tema y mostrar su importancia.

La discusin acerca de que el problema de subsidencia puede estar afectando y afectar

la Sabana de Bogot ya comenz y una ventaja importante es que se estn involucrandoadems de las Universidades, a los Entes gubernamentales que tienen injerencia en laspolticas de uso del agua subterrnea.

Hace parte de la poltica estatal, a travs del Ministerio del Medio Ambiente, Vivienda yDesarrollo Territorial, el establecer el uso racional y proteccin del recurso hdrico delpas, razn por la cual las autoridades ambientales se han agrupado y lideran el ProyectoHidrolgico Nacional, cuyo objetivo es sealar las pautas para el manejo integrado delrecurso hdrico, haciendo parte de este manejo integral el Programa de Exploracin de

Aguas Subterrneas a cargo de INGEOMINAS, entre las funciones de este Ente seencuentra definir las zonas potenciales para la acumulacin de aguas subterrneas aescala regional, dejando a jurisdiccin del IDEAM y de las Corporaciones AutnomasRegionales un nivel mayor de detalle.

Aunque en el pas existe, en general, una abundante oferta hdrica, el Programa deExploracin de Aguas Subterrneas constituye la base para una alternativa necesariahacia el futuro, si se tiene en cuenta que 14 millones de habitantes pueden sufrir dedesabastecimiento en pocas de sequa ante la deforestacin de microcuencas y ladesigual distribucin del recurso. Adems, la calidad del agua se deteriora como resultadodel vertimiento de aguas residuales, ya que tan slo el 8% de los vertimientos son


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INTRODUCCIN

tratados. Esto pone en riesgo la salud de la poblacin, disminuye la productividad yaumenta los costos de tratamiento del recurso.

La subsidencia del terreno induce serios problemas econmicos y sociales, los cualesdesafortunadamente son evidentes mucho tiempo despus de que el evento comienza ycuando los daos son irreversibles.

Debido a que la explotacin de agua subterrnea es cada vez ms intensa, y con mayorfrecuencia ocurren en reas urbanizadas y/o industriales, los efectos de losasentamientos asociados al descenso del nivel fretico se extienden en grandes reasafectando la infraestructura.

Entre los aspectos importantes a estudiar en torno al problema de subsidencia, en estatesis se estudia lo relacionado con la deformacin de los suelos finos que sobreyacen losacuferos productivos.


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INTRODUCCIN

1.3 Objetivos

Objetivo general

Determinar el abatimiento del nivel fretico y la deformacin del suelo asociada en unestrato de suelo fino (acuitardo), generado por el descenso de la cabeza piezomtricaen el estrato subyacente.

Objetivos especficos

Determinar el abatimiento del nivel fretico y la deformacin del suelo asociada en un

estrato de suelo fino, generado por el descenso sbito en la cabeza piezomtrica delestrato subyacente. Determinar el abatimiento del nivel fretico y la deformacin del suelo asociada en un

estrato de suelo fino, generado por el descenso gradual en la cabeza piezomtrica delestrato subyacente.

Implementar en un programa de cmputo la solucin numrica para simular elabatimiento del nivel fretico y la deformacin del medio en que ocurre.

Comparar los resultados que se obtienen de simular el abatimiento del nivel fretico yla deformacin asociada, cuando el descenso en la cabeza piezomtrica del estratosubyacente es instantnea o gradual.


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INTRODUCCIN

1.4 Alcance

La presente tesis, tal como se indica en los objetivos, pretende desarrollar un modelo parasimular el abatimiento del nivel fretico en una columna de suelo fino, bajo condiciones deflujo vertical en direccin descendente; simultaneo con la determinacin de la posicin delnivel fretico, se determina el acortamiento de la columna de suelo referido a la superficiedel terreno.

La simulacin se desarrolla a travs de la automatizacin de una serie de instrucciones yclculos, en un libro personalizado de la aplicacin Excel, programa desarrollado ydistribuido por Microsoft, sta automatizacin escrita en lenguaje de programacin visualBasic for Applications, en forma de macro, permite al usuario ingresar datos que definenel modelo, como son: la altura de la columna de agua, el nmero de estratos, nmeros deelementos en que desea discretizar la columna de suelo, parmetros del suelo requeridos

en los clculos para cada uno de los estratos definidos, tiempo que desea simular ycondicin inmediata o gradual de descenso de presin de agua en la base de la columna.Los escenarios posibles de simulacin sern aquellos resultantes de la combinacin delos diferentes parmetros de entrada, bajo las restricciones propias establecidas paracada uno de ellos.

La simulacin no tiene en cuenta los posibles efectos producidos por la interaccin entrelas condiciones atmosfricas en superficie y el agua en el suelo, como son infiltracin,evaporacin, evapotranspiracin, tampoco pretende simular el proceso de deformacin enla porcin de suelo no saturado, resultante del proceso de abatimiento del nivel fretico,ya que el mecanismo de deformacin en este tipo de suelo se debe abordar con unanlisis en tres dimensiones a partir de las deformaciones volumtricas.

La deformacin del suelo considerada en el anlisis realizado en la presente tesis,corresponde a los efectos de disminucin de la presin de poros asociada al cambio en laposicin del nivel fretico y a los esfuerzos generados por la infiltracin de agua en surecorrido vertical, ambos efectos producto del abatimiento del nivel fretico.


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REVISIN CASOS DE SUBSIDENCIA

2. REVISIN CASOS DESUBSIDENCIA

En el presente captulo se incluye laimportancia del tema, la justificacin, elalcance de la tesis, los objetivos planteados

y una descripcin de la revisinbibliogrfica.


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2.1 Subsidencia originada por extraccin de agua subterrnea

La primera vez que se relacion la subsidencia con la extraccin de agua fue en 1908(Fuller) 16, desde esta poca el inters por estudiar los mecanismos y efectos de lasubsidencia asociada a descensos de cabeza piezomtrica ha incrementadosustancialmente. Para el ao 1969 tal era el inters en el tema, que se realiz el PrimerSimposio Internacional sobre Subsidencia del Terreno (International Symposium on LandSubsidence) en la ciudad de Tokyo, Japn; recientemente tuvo lugar la octava versin deeste evento en el Estado de Quertaro, Mxico, este constante inters en el tema se debea los impactos negativos que la subsidencia del terreno ha generado en la infraestructuray en el desarrollo de las grandes ciudades, y ltimamente tiene un ingrediente especialrelacionado con la sostenibilidad del recurso hdrico, en este caso el agua subterrnea,debido a la creciente demanda de este recurso que se almacena en el subsuelo.

Son varios los casos de subsidencia asociados al abatimiento del nivel fretico porextraccin de agua subterrnea, a continuacin se presentan algunos de los msrepresentativos, los cuales han dado pauta para el tratamiento del problema analizado.

2.2 Subsidencia causada por explotacin de agua subterrnea en la ciudad deSuzhou, China 3

La ciudad de Suzhou, localizada en el tramo inferior del rio Yangtze, al sudeste de laProvincia de Jiangsu, es una de las pocas ciudades de China en que se han presentadoproblemas serios de subsidencia. Estudios geolgicos e hidrogeolgicos muestran queexiste un acufero multicapa con tres capas de sedimentos blandos de origen lacustre ymarino. Una revisin de registros histricos de extraccin de agua subterrnea, nivelespiezomtricos y asentamientos del terreno muestran que la subsidencia est asociada a laextraccin, cada vez mayor, de aguas subterrneas del acufero confinado profundo. Lahiptesis es que la consolidacin de las capas blandas de sedimentos, especialmente latercera capa de espesor importante y que se encuentra cercana al principal acuferoproductor, contribuye al asentamiento del terreno. Un modelo numrico tridimensional endiferencias finitas que representa el acufero confinado multicapa fue desarrollado paraestudiar el asentamiento en respuesta a la extraccin de agua subterrnea. Calibrando el

modelo con los niveles piezomtricos medidos junto con los asentamientos del terreno, seestimaron los parmetros del acufero. Los resultados del modelo se ajustanrazonablemente bien con los resultados observados, lo que indica que el modelonumrico puede reproducir los procesos dinmicos tanto del flujo de agua subterrneacomo de la consolidacin del suelo. La conductividad hidrulica de la tercera capa desedimentos cercana al centro de los asentamientos del terreno se ha reducido en ms del30% en los ltimos 14 aos. El detrimento gradual en la conductividad hidrulica de los


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sedimentos puede tener un efecto significativamente adverso sobre la sostenibilidad de lafuente de agua subterrnea del acufero confinado profundo, ya que la recarga desde

acuferos superficiales a travs de las capas de sedimentos es la nica fuente de recargapara el acufero profundo. Un anlisis de la distribucin espacial del abatimiento de aguasubterrnea y de los asentamientos muestra que el rea con mximo abatimiento nonecesariamente es el rea con mximo asentamiento debido a la presencia de capas desuelo blando. Una simple redistribucin de los caudales de bombeo en funcin de laspropiedades espaciales de la gruesa capa de sedimentos podra generar una reduccinsignificativa de los asentamientos superficiales.

En laFigura 1 se presenta una seccin con informacin hidroestratigrfica del rea consubsidencia, la cual est conformada por depsitos Cuaternarios de origen marino,lacustre y aluvial con espesor total que supera los 200m. Los sedimentos cuaternarios

pueden dividirse en 11 capas con base en sus caractersticas geolgicas ehidrogeolgicas. Los depsitos fluviales, que constituyen los acuferos, estn compuestospor arenas de varios tamaos. Existe un acufero libre y tres acuferos no confinados, deestos ltimos, el tercero consiste en una espesa capa de depsitos aluviales gruesos,tiene la mayor conductividad hidrulica y representa el principal acufero para explotacin.

Algunas intercalaciones de depsitos lacustres y aluviales son ricos en arcillas y seencuentran bien consolidados, estos estratos fueron denotados como capas duras,existen cuatro de estas capas, la mayora de los depsitos de origen marino y lacustreestn compuestos por arcillas oscuras, plsticas, blandas y ricas en materia orgnica,

estos estratos fueron denotados como capas blandas, de las cuales hay tres en el rea deestudio, la tercer capa blanda tiene el mayor espesor y est localizada muy cerca delacufero principal. Tanto las capas blandas como las capas duras tienen unaconductividad hidrulica pobre y pueden considerarse acuitardos o unidades semi-confinadas.


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Figura 1 Seccin hidroestratigrfica en el rea de subsidencia. Ref 3

El modelo matemtico que usaron se basa en la ecuacin de flujo de agua subterrnea yla ecuacin de consolidacin de Terzaghi, relacionadas con el coeficiente dealmacenamiento en trminos de la compresibilidad del esqueleto mineral, mv; en elproceso de consolidacin, tanto la conductividad hidrulica como el coeficiente dealmacenamiento, es decir el mdulo de compresibilidad del esqueleto mineral, varan conla porosidad. La relacin entre la conductividad hidrulica y la porosidad se deriv conbase en la ecuacin de Kozeny-Carma (Huang 1983), por otra parte la variacin delcoeficiente de almacenamiento especfico se obtuvo de la curva e-log a partir deensayos de consolidacin, permitiendo expresar esta variable en trminos de la relacinde vacos y el ndice de compresin del suelo.

En laFigura 2se presentan los asentamientos medidos y los simulados para uno de losocho puntos de monitoreo realizado en el periodo comprendido entre 1983 y 1997, paraeste periodo el asentamiento mximo medido fue de 1.17m, el mnimo fue de 0.32m y elasentamiento promedio de 0.69m.


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Figura 2 Comparacin entre los asentamientos medidos (punto) y los asentamientos

simulados (lnea) obtenidos en el estudio realizado para la ciudad de Suzhou. Ref 3Como producto de la modelacin los autores tambin obtuvieron el cambio en laspropiedades del suelo, especficamente de la porosidad y la conductividad hidrulica, paraun periodo comprendido entre 1983 y 1997 la porosidad se redujo en un 7%, mientras quepara el mismo periodo, la conductividad hidrulica se redujo cerca del 34%.

Una de las conclusiones ms importantes del estudio que se realiz para la ciudad deSuzhou, es que la subsidencia es controlada por: la cada en los niveles piezomtricos, elespesor y el coeficiente de compresibilidad volumtrico de todas las capas de suelo; portanto, el asentamiento mximo y la distribucin espacial de asentamientos puede ser

diferente si los pozos de bombeo son diseados teniendo en cuenta la distribucin de lascapas de suelo, especialmente en funcin del espesor de las mismas.

2.3 Subsidencia causada por explotacin de agua subterrnea en la planicie deHangzhou-Jianxing-Huzhou, China 9

La Planicie HangzhouJiaxingHuzhou ubicada al norte de la Provincia Zhejiang y que selocaliza entre los ros Yangtze y Qiantang es una de las regiones donde el desarrolloeconmico es ms rpido en China.

Los levantamientos geolgicos e hidrogeolgicos muestran un sistema de acuferos devarias capas que subyace la Planicie, el cual incluye capas freticas Holocnicas yacuferos confinados Pleistocnicos. Con base en registros histricos de explotacin deagua subterrnea, niveles de agua subterrnea, e informacin sobre colonizacin del ao1964 al ao 2000, los autores demostraron que la subsidencia del terreno ha sidoocasionada por la continua y cada vez mayor extraccin de agua subterrnea enacuferos confinados profundos, y que la evolucin del hundimiento del terreno puede


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caracterizarse mediante un modelo multifractal. Con base en este modelo se hanestablecido un conjunto de relaciones empricas de ley potencial entre la velocidad de

subsidencia del terreno y la extraccin anual de agua subterrnea; descenso de aguasubterrnea y velocidad anual de subsidencia del terreno; y la cantidad de hundimientodel terreno y el rea asociada del terreno en que se produce. Proponen as un grupo dendices para evaluar la evolucin dinmica de la explotacin de aguas subterrneas y elhundimiento del terreno en el futuro cercano para la Planicie HangJiaHu. Los ndiceselaborados permiten estimar, usando datos de explotacin de agua subterrnea ycambios en niveles de agua, el grado crtico de evolucin de subsidencia del terreno en elfuturo cercano.

En la Figura 3 se presenta la distribucin espacial de los cuatro acuferos, el mssuperficial corresponde a las capas de agua fretica del Holoceno, y los tres restantes

corresponden a los acuferos confinados del Pleistoceno superior, medio e inferior.Existen dos capas de agua fretica del Holoceno en el rea (acuferos libres), ambas sedistribuyen ampliamente en la planicie con espesores de 0.5 a 5m y bajo flujo de agua.Estas capas estn constituidas principalmente por arcillas, arcillas limosas, arcillasarenosas, limos y arenas finas, las cuales son depositadas en la desembocadura del ro,en ambientes fluvio-lacustres.

La profundidad de la frontera superior del acufero confinado ms superficial vara de 23 a60m, este acufero est compuesto principalmente por limo, arena fina a media, arcillaarenosa y limosas con gravas, puede dividirse en dos subacuferos por zonas arcillosas yarcillolimosas con espesores que van desde 10 hasta 30m.

La frontera superior del acufero confinado Pleistoceno medio vara entre 60 y 120m deprofundidad, este acufero est conformado principalmente por arenas con gravas yarenas finas, se encuentra divido por una zona de baja permeabilidad arcillosa cuyoespesor es de 10 a 50m, los dos subacuferos tienen espesores que vara de 5 a 32m yde 10 a 40m, respectivamente. El acufero Pleistoceno Medio es el principal acuferodesde el punto de viste de explotacin de agua subterrnea en la planicie.

El acufero Pleistoceno Inferior tiene dos zonas ricas en agua, la profundidad de lafrontera superior vara entre 140 y 170m, est compuesto principalmente por arenas finasa medias, gravas, gravas matriz soportadas, puede separarse en tres subacuferos por

dos zonas arcillosa de baja permeabilidad intercaladas. Los tres sub acuferos tienenespesores que van desde 3 a 20m, 8 a 51m y 13 a 60m, respectivamente.


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Figura 3Seccin hidroestratigrfica en el rea de estudio. Ref 9

Los mtodos existentes para predecir subsidencia se basan principalmente en lamecnica del medio continuo (De Waal y Smits 1985, entre otros). Por otra parte, algunosprocedimientos estadsticos incluyendo ajustes de funciones cuadrticas, logartmicas yexponenciales, y algunos mtodos de aproximacin semi-tericos (Vega y Yamamoto1984) tambin han sido usados para evaluar las relaciones entre la explotacin de aguasubterrnea y la subsidencia del terreno, as como para estimar tasas de subsidencia.

En el estudio de la subsidencia en la planicie HangzhouJiaxingHuzhou los autoresaplicaron el concepto de estadstica fractal; para la aplicacin del mtodo tomaron datosde un periodo de observacin comprendido entre 1964 a 2000, con estos datos seconstruy un grfico log-log de tasa de subsidencia anual contra volumen de extraccinanual, el ajuste de estos datos en tramos rectos, las pendientes de cada uno de lostramos rectos y los puntos de quiebre corresponden a los valores caractersticos paraevaluar el desarrollo de la subsidencia como consecuencia de la extraccin de aguasubterrnea.

2.4 Caracterizacin de subsidencia inducida por descensos en el nivelpiezomtrico del agua subterrnea en el rea de Su-Xi-Chang, China. 12El rea de Su-XI Chang es una de las regiones tpicas de China que presenta seriosproblemas de subsidencia. Varias herramientas de monitoreo fueron integradas por losinvestigadores para estudiar las caractersticas y mecanismos de subsidencia en estaregin. La presencia y desarrollo de subsidencia en esta regin est fuertemente


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relacionada con el bombeo de agua subterrnea en el tiempo y en el espacio. Lasprincipales capas que se consolidan son las capas blandas de sedimentos; sin embargo,

en el estudio realizado para esta rea especfica se concluye que la compresibilidad delas capas arenosas confinadas no debe ignorarse. En el caso especfico que trata estenumeral, se encontr que ms del 30% de la subsidencia total se debe a los estratosarenosos.

Las diferentes capas arenosas se deforman de diversas manteras bajo diferentescondiciones de esfuerzos, algunas tienen caractersticas elsticas. Pero los estratos,incluyendo capas arenosas y arcillosas localizadas en el centro del cono de depresin deagua subterrnea exhibiendo comportamiento mecnico viscoso causaran un fenmenocomn de retraso. Por medio de una serie de ensayos de laboratorio para modelar losesfuerzos efectivos debido al descenso en los niveles piezomtricos los autores

investigaron el mecanismo del fenmeno de retraso, llegando a expresar la relacinesfuerzo-deformacin-tiempo como un funcin potencial. Los resultados que obtuvierontambin mostraron que la compresin de las capas arenosas depende del tiempo y queesa deformacin puede ser importante.

En la figuraFigura 4 se presenta una seccin hidroestratigrfica tpica del rea de estudio,en ella se observa como los depsitos Cuaternarios estn distribuidos en una zonaamplia. Basados en datos sedimentolgicos, junto con evidencia de estudios de laspropiedades del suelo, los autores del artculo referenciado caracterizaron el subsuelocomo un sistema de cuatro acuferos, incluyendo un acufero no confinado y tres acuferos

confinados, interestratificados con cuatro acuitardos.

Los autores del estudio citado concluyen que la ocurrencia y desarrollo de la subsidenciadel terreno en Su-Xi_Chang esta cercanamente relacionada con el bombeo de aguasubterrnea, tanto en tiempo como en el espacio. La configuracin del cono desubsidencia tiene la misma configuracin del cono de depresin de agua subterrnea.


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Figura 4Seccin hidroestratigrfica tpica del rea Xi-Chang. Ref 12

2.5 Subsidencia en de Ciudad de Mxico 16,5, 14Las propiedades mecnicas nicas de los suelos de ciudad de Mxico se ubican comovalores extremos en la mayora de las cartas de propiedades geotcnicas. Los

sedimentos lacustres de origen volcnico de ciudad de Mxico presentan propiedadesndice y mecnicas singulares, que no se ajustan a los patrones de comportamiento de lamayora de los suelos. Su comportamiento mecnico, tanto esttico como dinmico escomplejo y a la fecha presenta desafos en su interpretacin.

Basados en una gran cantidad de sondeos realizados a diferentes profundidades, Marsaly Mazari (1959) definieron tres zonas en la ciudad de Mxico: la zona del Lago, la zona deTransicin y la zona de Lomas. La zona del Lago corresponde a la zona lacustre, la zonade Transicin es material predominantemente arenoso y la zona de Lomas corresponde atobas volcnicas y rocas intemperizadas.

El hundimiento de la ciudad de Mxico se descubri en 1891, mediante mediciones seencontr que la velocidad de hundimiento varaba entre 3 y 5cm/ao. En 1947 lasvelocidades haban aumentado de 15 a 30 cm/ao y recientemente el monitoreo muestravelocidades entre 5 y 7cm/ao.


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Uno de los problemas ms graves que ha tenido Ciudad de Mxico a lo largo de suhistoria ha sido la subsidencia provocada por el bombeo de agua subterrnea, para el

suministro de agua domstica e industrial. La causa del asiento reside en el descenso enla presin del agua debido a un bombeo, particularmente fuerte en el centro de la ciudad,que supera a los aportes de la lluvia, riego o filtracin de corrientes superficiales yprofundas. Este descenso produce un incremento en la presin efectiva y, a raz de ello,un asiento.

Durante los aos 50, se realiz una profunda investigacin para hallar las caractersticasfsicas de los sedimentos lacustres. Se determin la compresibilidad y el contenidovolumtrico de agua, resultando ambos con valores altsimos, por lo que fueron loscausantes de una capacidad potencial de asiento sin precedentes.

Carbognin et al. (1978) dicen que en el perodo entre 1854 y 1959 una subsidenciamxima de 750 cm correspondi a un descenso del nivel piezomtrico de 35 m, de donderesulta una relacin entre asentamiento de subsidencia y variacin del nivel piezomtrico,s/(-h), de 21,43 cm/m. Ricceri y Butterfield (1974) dan un promedio de 16 cm/m paradicho cociente.

La subsidencia ha sido cuantificada con nivelaciones de precisin que arrancan de 1891(Figueroa, 1977). Desde 1952 estas nivelaciones se han extendido a toda la superficie dela ciudad. Como media, la parte ms antigua tuvo una tasa de subsidencia de 4,5 cm/aode 1891 a 1938, 7,6 cm/ao de 1938 a 1948, con mximos de 44 cm/ao de 1948 a 1950

y 46 cm/ao de 1950 a 1951, correspondientes a una bajada del nivel piezomtrico de 3m/ao (Scott, 1979). En esta fecha el bombeo llega a su mximo de 9 m3/s y se mantieneestable hasta 1970.

Otra forma de estudio de la subsidencia consiste en el recuento y anlisis de los casosms sobresalientes en cuanto a daos y asientos en las diferentes partes de la ciudad. Engeneral coinciden las zonas donde se ha medido la mxima subsidencia con aquellas enla que hay una mayor profusin de casos. El mximo asiento se ha observado en loslmites de la ciudad ms antigua y su valor supera los 850 cm, lo que no significa, sinembargo, que sea el extremo absoluto. Bouwer (1977) seala un asentamiento de 800 cmentre 1938 y 1968. Como promedio, desde 1960 la subsidencia ha alcanzado ms de 300

cm en el rea metropolitana completa (Scott, 1979).

Los problemas causados por la subsidencia son de varios tipos: daos en edificios,cimentaciones, pavimentos, sistemas de transportes e instalaciones como redes de aguacorriente y saneamiento. En cuanto a la repercusin sobre la edificacin, hay que aadircontinuamente escalones a los edificios pilotados al quedar separados del terreno. Incluso


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se colocan gatos entre el pilote y los pilares para ir bajando la construccin a medida queasienta la superficie del suelo. Un ejemplo de edificio con grandes asientos, a pesar de los

recalces realizados, es el Palacio de Bellas Artes, donde la planta baja se ha convertidoen planta stano, debido al descenso del edificio respecto al nivel de la calle (JimnezSalas et al., 1980; Jaramillo, 1997).

2.6 Caracterizacin de subsidencia en El rea de la cuenca Chalco. (Mxico) 1,5,16,14

Para minimizar los perjuicios provocados por los asientos, sobre todo en el centro deCiudad de Mxico, se cerraron muchos de los pozos y los nuevos campos de extraccinpara el abastecimiento se construyeron en las afueras de la ciudad. Ello ha llevado a ungran aumento en el bombeo del acufero en las llanuras lacustres perifricas, donde se

han extendido rpidamente los asentamientos satlites de Ciudad de Mxico. Una deestas reas es la Cuenca Chalco donde haba existido uno de los lagos ms antiguos dela parte sur de la Cuenca de Mxico.

El espesor del acuitardo en esta zona es el mayor de la Cuenca de Mxico, con unpromedio de 100 m y un valor mximo de 300 m. Por lo tanto, esta regin es susceptiblepotencialmente de los mayores efectos que puede tener la subsidencia en toda la cuencacomo resultado de la extraccin de agua subterrnea.

El perfil consiste en estratos de arcilla de 5 a 35 m de espesor, separados por delgadascapas de fina arena volcnica, de varios cm de espesor. Los piezmetros que seinstalaron para medir los niveles a lo largo de la Cuenca de Mxico en los aos 50 secolocaron en estas delgadas capas de arena. Dos estratos distintos, generalmenteencontrados a profundidades de 20 y 40 m bajo la superficie terrestre, tienen variosmetros de espesor y se conocen localmente bajo el nombre de capas duras. El acuitardodescansa sobre un acufero granular cuyo espesor vara entre 200 y 400 m y que estlimitado inferiormente por una base de roca volcnica del Terciario.

La extraccin total de la Cuenca Chalco era de 5 m3/s a mediados de los aos 70. Aprincipios de los 80 se perforaron 14 pozos a profundidades de ms de 400 m en SierraCatarina para colmar la creciente demanda de agua del rea metropolitana de Ciudad de

Mxico. Desde 1984 estos pozos han proporcionado entre 1,4 y 1,75 m3

/s a la ciudad. En1988 la cantidad total de agua extrada en la Cuenca Chalco fue de 7,75 m 3/s y en 1991de 8 m3/s. El balance de agua estimado para la cuenca sugiere que el acufero recibe unarecarga anual total de 6,5 m3/s. Si se compara a la tasa de extraccin global en estosaos resulta una sobreexplotacin de la capacidad del acufero de un 20%.


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Cuando se perforaron los pozos de Sta. Catarina en 1982, se observaron niveles de aguaestticos en el acufero, aproximadamente a unos 17 m bajo la superficie terrestre. Se

estima que este valor coincide con el descenso experimentado por el nivel piezomtricohasta la fecha.

Al asumir que el contacto entre el acufero y el acuitardo se encontraba, antes delcomienzo del bombeo generalizado en los aos 50, cercano a las condicioneshidrostticas, parece razonable el valor de 0,5 m para el descenso anual del nivelpiezomtrico entre estos aos y los 80s. Desde que empez el bombeo en los pozos deSta. Catarina en 1983 esta velocidad de descenso del nivel piezomtrico ha aumentado a1,5 m/ao. En 1991 el nivel piezomtrico en el acufero se encontraba a 30 m bajo lasuperficie. Tanto los datos piezomtricos del acufero de produccin (pozos de Sta.Catarina) como del acuitardo de la Cuenca Chalco indican claramente que el nivel

piezomtrico no ha alcanzado el estado de equilibrio y contina evolucionandodinmicamente.

El desarrollo de la campaa de pozos en la Cuenca Chalco ha derivado en latransferencia parcial de los problemas de subsidencia desde el interior del reametropolitana de Ciudad de Mxico al suelo agrcola de aquella. En 1960 la superficie delsuelo en la Cuenca Chalco se encontraba en una situacin estable. En los aos 70, antesde la instalacin del campo de bombeo de Sta. Catarina, la tasa de subsidencia tena unpromedio de 10 a 15 cm/ao. Probablemente se deba al bombeo en los lmites lateralesdel estrato de arcilla. Desde 1984, cuando comenz el bombeo desde Sta. Catarina, se

han registrado varios metros de subsidencia en el centro de la cuenca, donde el espesordel acuitardo es mayor, y la tasa de subsidencia ha aumentado a 40 cm/ao en 1991,fecha en la que se alcanza un valor total de 800 cm.

Ortega-Guerrero et al. (1999) aseguran que los registros de subsidencia en la CuencaChalco ya han igualado, e incluso superado, los valores mximos alcanzados en el centrode Ciudad de Mxico. Debido a este descenso del terreno se ha creado una depresintopogrfica considerable en el centro de la cuenca y el gradiente de alturas de la red dedrenaje superficial, diseado para mantener el nivel de agua bajo la superficie terrestre,ha disminuido en gran medida y, en algunas zonas, incluso se ha invertido. Debido a ello,parte de la red no puede funcionar por ms tiempo y se est inundando una superficie de

suelo cada vez mayor, principalmente durante la estacin lluviosa. Las inundacionesafectan a tierras dedicadas al cultivo y amenazan a las zonas de asentamiento de lascomunidades locales.

Los estudios hechos sobre la subsidencia de la zona (Ortega-Guerrero et al., 1999)sugieren que, si persisten las tasas de bombeo de 1999, la cada del nivel piezomtrico


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llegar a los 60 m y la subsidencia alcanzar los 1.500 cm en el rea de mayor espesorde sedimentos lacustres en el ao 2010. Este valor sera el mayor producido a lo largo de

toda la Historia. Incluso, si se consigue reducir la tasa de extraccin lo necesario para queno siga bajando el nivel piezomtrico, el mximo de asiento alcanzara en torno a 1.000cm en el 2010, aunque la velocidad del asiento bajara a 10 cm/ao, tendiendo adesaparecer.

2.7 Caracterizacin de subsidencia en El rea del Proyecto del Lago de Texcoco1, 5,16

Pero no todos los fenmenos relacionados con la subsidencia han sido perjudiciales. Alfinal de la dcada de los 60, dentro del Proyecto del Lago de Texcoco, se hicieron

investigaciones detalladas (Herrera et al., 1977) para construir un lago artificial en el nortede Ciudad de Mxico a travs de subsidencia provocada mediante la extraccin degrandes cantidades de agua.

En una unidad arenosa de los depsitos lacustres se instal una red de pozos de grancapacidad de extraccin que, tras un perodo experimental de diez meses de bombeocontinuo (desde octubre de 1967 hasta julio de 1968), lograron una subsidencia de 3 m enlas proximidades. As se construyeron cuatro lagos que son usados principalmente paraproteger de las inundaciones.

2.8 Caracterizacin de subsidencia en el rea de EE.UU. 16,13, 15, 14La subsidencia en EE.UU. se ha desarrollado a partir de la II Guerra Mundial comoconsecuencia de la extraccin de agua subterrnea para satisfacer las crecientesnecesidades de agua, petrleo y gas del terreno.

La mayora de las partes afectadas se extienden a lo largo de las costas, donde elfenmeno se hace ms evidente por la subida del nivel del agua del mar o de los lagosexistentes. Hay zonas muy pobladas y en las que se desarrolla una industria muyimportante que son protegidas de inundaciones mediante la construccin de un caro y

complicado sistema de diques, presas y estaciones de bombeo.

La subsidencia a menudo se desarrolla en un rea extensa y con una velocidad baja, demanera que no se hace evidente en las zonas del interior hasta que no se lleva a cabouna nivelacin de precisin o se rompen los conductos subterrneos, las cubiertas de lospozos fallan o se quedan elevadas sobre la superficie del terreno, o los canales nopueden mantener por ms tiempo el sentido de la corriente para el que fueron diseados.


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En laFigura 5se presenta un resumen de los casos de subsidencia en 17 reas de losEstados Unidos.

Figura 5. Magnitud de subsidencia del terreno debido a extraccin de agua subterrnea,

USA, el nmero al interior de la columna representa el rea en Km2.Ref 14

2.9 Caracterizacin de subsidencia en el rea Arizona Central 16,13, 15, 14Las grandes presas de los ros de Arizona Central proporcionaban inicialmente el agua

necesaria para el desarrollo agrcola e industrial. Si a estas posibilidades se les agrega unclima soleado, seco y apacible, Arizona se convierte en un lugar deseable para vivir. Entre1970 y 1975 el aumento de poblacin fue de un 25%, la mayor tasa de crecimiento de losEE.UU.


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Las crecientes exigencias de agua provocaron un aumento sin lmite del bombeo, con loque rpidamente el volumen sacado super a la tasa de recarga. La extraccin de agua

del subsuelo a gran escala, principalmente para satisfacer las necesidades de riego, haderivado en la subsidencia y en la aparicin de fisuras terrestres de gran longitud. Laprimera vez que se registraron las fisuras fue en 1927 y que se midi la subsidencia en1948.

En 1964 el nivel de agua en el terreno haba descendido ms de 110 m en algunas zonas(Winikka y Wold, 1977). Desde 1964 hasta 1976 baj ms de 24 m en varios puntos.Carbognin et al. (1978) dicen que la cada piezomtrica entre 1940 y 1967 fue de 61 m. Elmximo de subsidencia documentada entre 1948 y 1967 ha sido de 230 cm (Bouwer,1977; Carbognin et al., 1978), cerca de la ciudad de Eloy. De 1967 a 1976 se midieronms de 90 cm de descenso a lo largo de la carretera interestatal 10, cerca de Picacho(Winikka y Wold, 1977). Otras referencias del rea descendieron ms de 70 cm.

Inicialmente el ancho en superficie de las grietas es de 1-2 cm y la longitud vara entre 1 y2 km, aproximadamente. Los movimientos descendentes y laterales del agua en lasfisuras las ensanchan rpidamente cerca de la superficie, en parte debido a losdesprendimientos y principalmente por la erosin de los lados. El resultado son grietas de5 a 10 m de ancho y ms de 10 km de longitud. La profundidad final ronda los 5 a 10 m ypuede haber sido mayor anteriormente pues las porciones ms profundas se vanrellenando por la acumulacin y sedimentacin de los materiales que entran en ellas.

La subsidencia en Arizona Central adquiri el suficiente alcance como para que lasautoridades responsables tomasen las actuaciones pertinentes. El Proyecto de ArizonaCentral y los de control de las inundaciones han tratado de minimizar sus efectos.

2.10 Caracterizacin de subsidencia en el rea del Valle de San Joaqun enCalifornia. 16,15, 14

Los registros de subsidencia del Valle de S. Joaqun ocupan el primer puesto de todos loscasos ocurridos en el mundo a lo largo de la Historia, compartiendo este lugar con Ciudadde Mxico. Aproximadamente la mitad del valle, lo que representa 13.500 km2de tierrasagrcolas para riego, se ha visto afectada por el fenmeno y el valor mximo ha superadolos 880 cm (Bouwer, 1977; Logfren, 1977).

Tres procesos fruto de la actividad humana han causado subsidencia en el Valle de S.Joaqun. En orden decreciente en cuanto a la superficie de la zona en la que seextienden, son la compactacin de los sistemas acuferos ocasionada por el bombeointensivo de agua subterrnea, la compactacin de depsitos de poca humedad cuandose humedecen por primera vez (hidrocompactacin) y la extraccin de petrleo en varioscampos de produccin. Otros fenmenos conocidos que tambin afectan a la estabilidad


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de la superficie terrestre son los ajustes tectnicos, la emersin de las montaas en loslmites sur y oeste y el lento hundimiento del fondo del valle. La subsidencia se ha visto

aumentada por la oxidacin y la descomposicin de restos orgnicos en el Delta deSacramento y el Ro S. Joaqun, debidas a la actividad agrcola.

El Valle de S. Joaqun es una extensa y aluvial depresin estructural que ocupa dostercios del Valle Central de California. Mide aproximadamente 400 km de longitud y entre40 y 90 km de ancho. Est limitado por el complejo grantico de Sierra Nevada al este y alsur y por las rocas sedimentarias, volcnicas y metamrficas de la Cordillera de la Costaal oeste y al sur. Su eje principal se extiende desde el noroeste hacia el sureste, un pocodesplazado al oeste respecto al eje de drenaje del valle.

Aparentemente, la subsidencia comienza en los aos 20 en los centros de consumo y se

convierte en una preocupacin generalizada a finales de los aos 40. Hasta despus de laII Guerra Mundial el volumen de subsidencia no tuvo valores altos. En 1970 el volumentotal acumulado en el valle era de 19.000 hm3, habindose duplicado desde 1957.

En los aos 70, 111 km2 de tierra agrcola haban descendido ms de 30 cm. Lascubiertas de los pozos fallaron en un nmero alarmantemente grande y los asientosdiferenciales de la superficie terrestre provocaron numerosos problemas. Los daoscausados en pozos, canales y sistemas de drenaje representaron muchos millones dedlares.

La subsidencia ha ocurrido de una forma lenta y homognea, en un rea tan extensa susefectos han sido ignorados por la mayora de sus residentes durante mucho tiempo. Sinembargo, a nivel local se ha producido de un modo no uniforme, lo que ha derivado engraves consecuencias para el diseo y mantenimiento de los canales, en gastos muygrandes en las reparaciones y sustituciones necesarias para el funcionamiento de lospozos y en obligados cambios en las prcticas agrcolas, principalmente en loconcerniente al riego.

El coeficiente de almacenamiento virgen, correspondiente a tensiones superiores a la depreconsolidacin, es de 10 a 100 veces el coeficiente de almacenamiento elstico, esdecir, con tensiones inferiores a la de preconsolidacin. Logfren (1979) da unos valores

de 3,3x10-6m-1(metros de agua por metro de descenso del nivel piezomtrico y por metrode espesor del estrato) para el almacenamiento especfico elstico, correspondiente a lacompactacin recuperable, y de 3,3x10-4 m-1 para el almacenamiento especfico virgen,correspondiente a la compactacin mayormente no recuperable. Por consiguiente, losniveles de agua bajaran mucho ms rpidamente (de 10 a 20 veces) en un segundo ciclode bombeo prolongado.


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Adems, la deformacin ha hecho llegar a los pozos agua de compactacin, lo que

representa un mayor recurso de agua. Por lo tanto, los niveles han bajado mslentamente y las alturas de bombeo han sido menores que si se hubieran extrado losmismos volmenes de agua desde un terreno menos compresible.

Pero el agua de compactacin extrada por primera vez de los poros del suelo ya noestar disponible en un segundo perodo de extraccin. Durante 50 aos de extraccin(1926-1976) el volumen de subsidencia ha sido 1/3 del bombeo total, variando entre un1% y ms de un 60%. De ello se deduce que el agua de compactacin de la primeraextraccin representa 1/3 del total del agua bombeada. Menos del 5% de la misma vuelvea los huecos del suelo cuando se recuperan los niveles de agua.

En los aos secos de 1976 y 1977 hubo un nuevo aumento del bombeo. Los niveles deagua se mantuvieron altos en 1976. Sin embargo, bajaron con gran rapidez en losprimeros ocho meses de 1977, consumndose un descenso de 50 m. En agosto comenzuna nueva recuperacin, aunque la compactacin continuaba con una tasa de 0,9cm/mes.

La demanda creciente de agua para riego, sobre todo en los aos de precipitacionesescasas, puede amenazar con incrementar de nuevo el bombeo, con lo que otro ciclo desubsidencia afectara a una gran superficie. Sin embargo, los importantes cambioshidrogeolgicos experimentados en el suelo durante la extraccin entre 1930 y 1970

hacen diferente la respuesta de la cuenca a una segunda fase de explotacin. En unprincipio, el nivel del agua en el terreno bajara mucho ms rpidamente que con elbombeo inicial. La subsidencia, no obstante, sera mnima hasta que no se superase lapresin de preconsolidacin.

2.11 Caracterizacin de subsidencia en el rea del Valle de Santa Clara enCalifornia. 16,13, 15, 14

El Valle de Sta. Clara consiste en una estructura larga y estrecha que se extiende a lolargo de 145 km al sureste de S. Francisco. La Baha de S. Francisco ocupa gran parte de

su tercio norte. La zona de mayor inters, por estar ms densamente poblada, es el reacentral de 48 km que se encuentra al sureste de la ciudad de S. Jos.

Los depsitos que conforman la reserva acufera en esta extensin proceden delCuaternario. Su naturaleza es principalmente aluvial y varan desde gravas gruesas hastalimos y arcillas. Cerca del valle predominan los de grano grueso y cerca de la baha, sin


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embargo, hasta un 80% est constituido por limo y arcilla. Los acuferos son explotadospor varios cientos de pozos que llegan hasta profundidades entre 150 y 365 m.

Entre 1916 y 1966 en el rea de S. Jos, en el Valle de Sta. Clara, al carcternormalmente escaso de las precipitaciones se le sum un incremento en las extraccionesde cuatro veces el promedio habido hasta entonces. En los 50 aos citados las lluviasestacionales descendieron en torno a un 300%. El bombeo anual total aument de 60hm3/ao en 1915-1920 a 228 hm3/ao en 1960-65. Como respuesta a ello el nivelpiezomtrico baj de 55 a 75 m (Poland, 1977). Segn Carbognin et al. (1978) eldescenso piezomtrico fue de 60 m entre 1915 y 1965.

La primera vez que se notific la subsidencia fue en 1932 (Poland, 1977; Johnson, 1992),cuando se revis una referencia establecida en 1912 y se encontr un asiento de 120 cm.

Como consecuencia se estableci en 1934 una red de registros que se extenda por todoel valle. Entre 1934 y 1967 la National Geodetic Survey fue revisando todos ellos. En eseperodo la subsidencia vari desde 30 hasta 120 cm bajo la baha y hasta 240 cm en S.Jos. El volumen de subsidencia, es decir, la reduccin del espacio de los poros delsuelo, fue de aproximadamente 617 hm3.

La subsidencia comenz en torno a 1918 y en 1938 era de 160 cm. De 1938 a 1947 sedetuvo durante un perodo de recuperacin del nivel piezomtrico, pero se reanud en1947 coincidiendo con un descenso brusco del mismo. Registros en S. Jos habandescendido 386 cm en 1967 (Poland, 1977; Carbognin et al., 1978) y en 1969, 393 cm

(Poland, 1977). Segn Bouwer (1977) el mximo de subsidencia del valle alcanz los 400cm en 1969.

Entre 1967 y 1975 se produjo una importante recuperacin del nivel piezomtrico, que endos pozos representativos de S. Jos alcanz en 1975 hasta 32 m sobre el registro de1967 y un nivel aproximadamente igual que el de 1925. Las causas fueron el aumento dehasta cinco veces de los suministros de agua superficial entre 1965 y 1975, el aporte delagua local, la disminucin en las extracciones por bombeo y el incremento de la recarga.

La trada de agua superficial comenz en el Condado de Sta. Clara alrededor de 1940,cuando S. Francisco inici la venta de agua importada desde Sierra Nevada a varios

municipios. La importacin aument a 15 hm3 en 1960 y a 54 hm3 en 1975. Tambin setrajo agua superficial desde el Valle Central a travs del acueducto de la baha, lo queempez en 1965 y alcanz 128 hm3 en 1974-75. Como resultado, el total de lasimportaciones al condado aument cinco veces entre 1964-65 y 1974-75, de 37 a 183hm3/ao.


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2.13 Caracterizacin de subsidencia en Bangkok. 16

Bangkok se asienta en la mitad sur de una llanura extremadamente plana y de pocaaltitud. La superficie del suelo est entre 0,5 y 1,5 m sobre el nivel del mar como media,con zonas por debajo del mismo (Brand y Balasubramaniam, 1977; Piancharoen, 1977;Prinzl y Nutalaya, 1987). La extensin del Gran Bangkok se localiza en la ribera de laparte ms baja del Ro Chao Phrya, aproximadamente 25 km al norte del Golfo deTailandia. La ciudad se extiende a ambos lados del ro. La zona administrativa ocupaaproximadamente 1.500 km2, con la principal rea urbanizada en el centro y las tierrasagrcolas en la periferia. El Campus del Instituto Tecnolgico de Asia se sita 42 km alnorte de Bangkok.

La Llanura de Chao Phrya se implanta en una depresin estructural que se extiende denorte a sur con 120 km de ancho y 200 km de longitud, y fue generada por fallas de los

bloques tectnicos durante el Terciario. Durante el ltimo Pleistoceno el mar invadi lallanura, llegando probablemente hasta unos 175 km al norte del golfo, y se fue retirandoen el perodo que media entre hace 45.000 aos y hace 14.000 aos, no retrocediendodel todo hasta hace 3.000 aos. El resultado de esta formacin es una cuenca ancha yprofunda, rellena de sedimentos aluviales y delticos, con fases ocasionales desedimentacin marina superficial, originndose capas de arcilla y arena con grava hastaprofundidades de ms de 2.000 m.

Durante ms de 30 aos la Ciudad de Bangkok haba sufrido una subsidencia severaprovocada por el excesivo bombeo de agua desde los pozos profundos (Scott, 1979). Aprincipios de los aos 70 se reconoci la evidencia del fenmeno y se consider que tenauna estrecha relacin con el rpido crecimiento demogrfico experimentado desde 1960.

En las zonas con mayor tasa de subsidencia se haba creado una gran depresin delterreno con forma de cuenco. Esto ocurri en los suburbios orientales de Bangkok, laparte del rea metropolitana que haba experimentado el proceso de urbanizacin msrpido y en las que el suministro de agua tuvo como nica fuente el bombeo desde pozosprofundos hasta 1985.

Se observ, adems, que la tasa de subsidencia correspondiente a la estacin seca eramayor que en la estacin hmeda. En el Campus del Instituto Tecnolgico de Asia semidi una tasa de asentamiento media en 1984 de 2,39 cm/ao, y de 7,34 cm/ao en laestacin seca. En 1986 este ltimo registro era de 8,54 cm/ao (Bergado et al., 1987).

La compresin de las capas de arcilla de la zona superior contribua a la subsidencia totalen un 40%, la de la zona inferior hasta una profundidad de 200 m en un 40-55% y la delas capas por debajo de 200 m en un 5-15% (Prinzl y Nutalaya, 1987). Bergado et al.(1987) encontraron en el Campus del Instituto Tecnolgico de Asia que en los 9 msuperiores se produca el 75% de la compresin del suelo y en la zona entre 9 y 200 m deprofundidad el 25%.


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Entre 1978 y 1986 se ha llevado a cabo un anlisis para la cuantificacin y la localizacinde las reas de subsidencia, la determinacin del efecto del bombeo sobre los asientos, laprediccin del posible descenso mximo total y las medidas oficiales que podran tomarsepara detener el fenmeno.

Se desarroll una investigacin sobre los recursos de agua subterrnea y otra sobre laelevacin del terreno mediante el estudio de nueve series de nivelaciones de precisin enla superficie de toda el rea de Bangkok. El Campus del Instituto Tecnolgico de Asia fueobjeto de un seguimiento pormenorizado de nivelaciones del suelo y de medidas de lapresin del agua en los poros mediante piezomtros desde 1983.

En 1976 las autoridades de la metrpolis en materia de agua iniciaron la realizacin de unprograma cuyo objeto era conseguir una produccin total de agua superficial de 2,3 hm3en 1985 y de 2,8 hm3en 1989, suficientes para colmar las necesidades de 6 millones depersonas. Como resultado de la reduccin de la tasa de bombeo, los nivelespiezomtricos dejaron de bajar e incluso, comenzaron a subir en la dcada de los aos80s.

La primera consecuencia del ascenso del nivel piezomtrico fue que en 1982 la tasa desubsidencia decreci en un 10-20%, aunque segua siendo bastante grande. En 1986 elasiento producido era nulo o muy pequeo en muchas de las localizaciones, midindoselevantamientos en algunas de ellas.

2.14 Caracterizacin de subsidencia en Japn. 16,14La causa de la subsidencia en Japn es la extraccin de agua del terreno. En un principio,en 1960, era bombeada para los usos industrial y municipal, excluyendo la destinada parael abastecimiento de la poblacin y para la explotacin de gas, pero despus tambin fueextrada para el consumo humano, el agrcola y para calefaccin en el perodo invernal.En 1970, el destino principal era la agricultura (166,7 m3/s de un total de 243,3 m3/s). Enalgunos lugares se emprendi una explotacin geotrmica a gran escala (Yamamoto,1977). Se estima que en 1989 en Japn se usaban 366.512 m3/s de agua subterrnea.

Aproximadamente el 30% del agua destinada a la industria, el 22% de la del consumo y el7% de la empleada en tareas agrcolas proceda del subsuelo (Akagi, 1992).

Se ha demostrado que la subsidencia comenzaba a ocurrir en aquella zona en la que elbombeo exceda el valor de 1 mm/da.km2, lo que podra valer como lmite para laextraccin (Yamamoto, 1977).

El nmero de localizaciones que han experimentado la subsidencia en Japn creci sinparar desde principios de siglo hasta los aos 80, llegando a completar 60 y hasta 7.380km2en superficie. De ellos, 1.200 km2se encontraban por debajo del nivel del mar. Lasreas que en 1976 tenan una tasa de subsidencia superior a 2 cm/ao son Kanaura(Akita), Naoetsu (Niigata), Kujikuri (Chiba), la Llanura de Mikawa (Aichi), la Llanura deNobi (incluyendo Aichi, Mie y Gifu), la Llanura de Tottori (Tottri), la Llanura de Saga


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(Saga), la Ciudad de Aomori, la Ciudad de Nanao, la Ciudad de Yamagata, y la Ciudad deHaranomachi. La superficie total que ocupaban era de 1.946 km2 en 1978. De ellos, 404km2 descendan ms de 4 cm en un ao (Akagi, 1992).

La subsidencia desencaden daos en las estructuras y gran cantidad de problemas enlos ros, los puertos, las zonas agrcolas, etc. Se tuvieron que tomar medidas en las reasde altitud prxima al nivel del mar para protegerlas de las inundaciones, las altas mareas,y las grandes olas debidas a los terremotos.

2.15 Caracterizacin de subsidencia en el rea de la Llanura de Nobi. 16,14

La Llanura de Nobi ocupa una superficie de 1.300 km2 del rea central de Japn, que dan

a la Baha Ise, donde circulan los ros Ibi, Nagara, Kiso y Shonai y se compone deabanicos aluviales, llanuras de inundacin, llanuras delticas, terrazas, tierras salvadasdel mar y suelos de relleno.

Las tasas anuales de subsidencia han sido de 1,4 a 1,8 mm antes de 1925, de 2 a 5 mmen el perodo 1925-1950, de 10 a 20 mm entre 1950 y 1960, de 20 a 40 mm entre 1960 y1965 y ms de 100 mm en los aos 70. Entre 1950 y 1973 la subsidencia aumentexponencialmente. En 1973 la tasa de subsidencia variaba entre 2 y 20 cm/ao. En 1976el rea descendente total era de 1.140 km2. La superficie que se encontraba por debajodel nivel del mar pas de 186 km2 en 1961 a 250 km2 en 1973.

Kuwahara et al. (1977) hicieron una estimacin de la subsidencia futura basndose en laTeora de Consolidacin de Terzaghi. Las hiptesis de reduccin de la presin intersticialdel agua en el terreno fueron varias, cuyos casos lmite consistan en que los nivelespiezomtricos se estabilizaran en los valores de 1973 y que siguieran descendiendo conlas tasas de ese mismo ao. Estimaban que el asiento producido una dcada ms tarde,debido al tiempo requerido por la consolidacin, en el mejor de los casos alcanzara los 70cm, y en el peor 160 cm. Si la superficie piezomtrica de los acuferos principalesdesciende en el peor de los casos, solamente el asentamiento de los sedimentosalcanzar de 3 a 4 m en las zonas sur y oeste de la llanura.

Como resultado de las medidas oficiales los niveles piezomtricos han cambiado sutendencia, experimentado una recuperacin a partir de 1974, lo que hizo que la tasa desubsidencia comenzara a descender en 1975. La superficie descendente tambin se haido empequeeciendo en extensin. Es ms, se han medido rebotes de hasta 3 cm/aoen algunos puntos de las zonas perimetrales


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2.16 Caracterizacin de subsidencia en el rea de Niigata. 16,14

Otra zona de Japn que ha experimentado desde 1956 una subsidencia severa a causadel bombeo de agua y gas para uso industrial y domstico es Niigata.

La extraccin de gas natural se desarroll con gran rapidez a partir de 1953. Para suexplotacin industrial proliferaron los pozos de produccin en el rea cercana a ladesembocadura del Ro Shinano y a lo largo de la costa del Mar del Japn. En el reainterior de la Llanura de Niigata, al sur de la Ciudad de Niigata, se distribuyeron 10.000pozos de gas natural para uso domstico.

En 1960 los pozos de la llanura bombeaban 0,69 m3/s. Como resultado de la extraccinde agua del terreno en los pozos de gas, el nivel piezomtrico sufri un gran descenso.

Entre 1957 y 1959 se publicaron numerosos artculos de investigacin, especialmenteacerca de las causas de la subsidencia y las medidas para minimizar sus efectos. Losregistros de los pozos de observacin revelaban una notable compresin de los estratossituados a profundidades entre 380 y 610 m.

La tasa mxima de subsidencia fue medida en 1959 en Yamanoshita y era de 50 cm/ao.En la misma fecha, en Shirone Town, en el rea interior de la Llanura de Niigata, semidieron 14 cm en 10 meses, y el rea total de subsidencia ocupaba 2.000 km 2(Yamamoto, 1977).

En 1965 y 1973, se realizaron algunas investigaciones respecto a la compatibilidad de laprevencin de la subsidencia terrestre con una nueva explotacin de los recursos de gas.

El sistema de inyeccin se compona de una serie de pozos de bombeo y de inyeccin. Lacantidad total de agua bombeada, unos 0,03 m3/s, se haca pasar por filtros de gas-agua yse volva a inyectar en los cuatro acuferos existentes. Se instalaron, tambin, pozos deobservacin cerca de las estaciones experimentales. Se estudiaron los cambios en losniveles piezomtricos y la compactacin de las capas bajo la superficie, llegndose alconvencimiento de que con la inyeccin continuada la extraccin de agua del terrenotena poca influencia en la subsidencia de la zona.

Basados en los resultados anteriores, se perforaron pozos de inyeccin para la recargaartificial en los alrededores de los pozos de produccin. Desde 1973, el caudal de aguabombeada, 1,27 m3/s, se volva a inyectar en los acuferos subterrneos una vez extradoel gas natural.

Debido a ello, el nivel de agua en el terreno ha ido creciendo rpidamente desde octubrede 1973 y se han producido levantamientos de la superficie terrestre. El aumento del nivelpiezomtrico alcanz en Nishikanbara la tasa de 20 m/ao en el acufero que seencuentra a 1.050 m de profundidad y de 5 m/ao en el que est a 380 m. El rebote delterreno, con un mximo medido de 2,8 cm/ao en Uchino, parece ser temporal y estarcausado por la expansin de los estratos que se extienden bajo los acuferos en los que


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se inyecta el agua. En 1974 el rea de subsidencia se haba reducido a 70 km2(Yamamoto, 1977).

2.17 Subsidencia unidimensional no lineal de un suelo saturado.Aplicacin al casco urbano de Murcia. 16, 17

La cada de nivel piezomtrico producida durante la dcada comprendida entre 1990 y2000 ha dado lugar a asentamientos del terreno en la zona urbana, causando daos enedificaciones y pavimentos. El perfil de suelo puede asimilarse a un acuitardo confinadoentre dos acuferos. Los autores del estudio plantearon la formulacin del problema de laconsolidacin unidimensional no lineal de una capa de arcilla normalmente consolidada osobreconsolidada, causada por la variacin del nivel piezomtrico en sus lmites. Lasolucin numrica al problema la encontraron implementando un esquema de diferenciasfinitas. Los asentamientos que calcularon fueron comparados con los obtenidos mediantela teora de consolidacin de Terzaghi-Frolich, con lo cual comprobaron que la diferenciaera pequea. La teora que propones puede utilizarse para la evaluacin y prediccin dela subsidencia provocada por la extraccin de agua subterrnea.

Las hiptesis que usaron para tratar el problema fueron: el suelo se encuentra saturado;tanto la deformacin como el flujo de agua en el suelo ocurren solo en direccin vertical;el coeficiente de compresibilidad mvse define en trminos de la relacin de vacos inicial,el cambio en la relacin de vacos y el cambio en el estado de esfuerzos efectivos; lasdeformaciones obedecen una ley logartmica; el mdulo de compresibilidad tambinpuede expresarse en trminos de la relacin de vacios, el estado de esfuerzos efecticos yel ndice de compresin; el coeficiente de consolidacin se supone constante, lo cual esequivalente a suponer que al aproximarse las partculas de suelo kvy mvdecrecen de talforma que su coeficiente se mantiene constante; se admite valida la Ley de Darcy; lacompresibilidad de los slidos y del agua es despreciable en relacin con lacompresibilidad del esqueleto del suelo, por tanto los pesos especficos del agua y de laspartculas slidas permanecen constantes; se ignoran los efectos de consolidacinsecundaria.

Bajo las hiptesis antes mencionadas los autores del estudio, resuelven el problemaconsiderando las alturas piezomtricas en los lmites variables con el tiempo.

La subsidencia en la ciudad de Murcia sobrepasa los 10cm, lo cual ha originadoproblemas en edificaciones, urbanizaciones, instalaciones y obras pblicas. El descensode la superficie del terreno se hizo observable a simple vista en muchos lugares a travsde aceras y bordillos desorganizados, cortes en pavimentos, rotura en infraestructurasuperficial, separaciones de peldaos, etc,. Estos procesos de subsidencia han afectadosa mas de cien edificios, distribuidos por toda la ciudad y con diferentes tipos decimentacin y estructura.


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2.18 Descensos del nivel fretico en Bogot, Colombia. 10, 11

El descenso regional del agua subterrnea es la principal causa de los fenmenos decompactacin y hundimiento que se observan en las capas superficiales de la FormacinSabana, reflejado en el deterioro en construcciones y pavimentos, y de sobrepresiones enpozos profundos.

En la Sabana de Bogot se est duplicando la experiencia negativa del Valle de Mxico,tambin constituido por sedimentos lacustres no consolidados.

En el trabajo sobre Geologa e Hidrogeologa de Santaf de Bogot y su Sabanapresentado en el Primer Foro sobre Geotecnia de la Sabana de Bogot (1992) se afirma(Lobo-Guerrero, 1992) que el nivel potenciomtrico del agua subterrnea en la cuencaartesiana est descendiendo a tasas entre 3 y 5 m/ao debido a una extraccin agregada

mayor que la recarga natural.Para contribuir al abastecimiento de la poblacin de Facatativ, en el ao de 1972 seconstruy un pozo hasta 208m de profundidad, que sumado a otro pozo en la zonadestinados a la produccin de agua para el sector industrial, fueron abatiendoprogresivamente los niveles de agua en la zona, hasta que el poz

evaluación de asentamientos por consolidación generada por descenso del nivel freático

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