geotecnia y desarrollo urbano

8/10/2019 Geotecnia y Desarrollo Urbano

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA GEOLGICA

GEOTECNIA Y DESARROLLO URBANO

Para el curso de:

Geotecnia Ambiental

Presentado Por:

Alumnos:

- Alcntara Quispe. Elvis Rubn

-Arteaga Fernndez, Nora Melissa

- Torres Lucano, Danny Lili

Docente:

Ing. Reinaldo Rodrguez Cruzado

CajamarcaPer

2014


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II

DEDICATORIA

Este trabajo est dedicado a nuestros

padres, quienes nos dieron la vida

y con sus sabios concejos nos hanformado como personas de bien.


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III

RESUMEN

Un plan de desarrollo urbano tiene como fin dar una gua prctica para que lasciudades en vas de expansin, sepan cmo realizar obras urbanas en dichos territorios. Se

parte de una zonificacin geotcnica de la urbe y de muchas microzonificaciones si es que

fuese necesario, cuyos planos son el primer documento que utilizarn los geotecnistas para

seleccionar los mtodos de construccin necesarios. Los tipos de obras de desarrollo

urbano incluyen la implementacin de cimentaciones, tneles y taludes, los mismos que

tienen una gran variedad de metodologa y tcnicas de ejecucin; sin embargo todas

generan un impacto ambiental, el cual debe ser estudiado, a detalle para no tener problemas

en dichas obras.

Palabras Clave:Geotecnia Ambiental, Desarrollo Urbano, Zonificacin, Cimentaciones,

Tneles, Taludes.

ABSTRACT

An urban development plan aims to provide a practical guide for cities burgeoning,

know how to make urban works in those territories. It begins with a geotechnical zoning of

the city and many microzonations if necessary, the plans are the first document used to

select the necessary geotechnical construction methods. The types of urban development

works include the implementation of foundations, tunnels and slopes thereof having a

variety of methods and techniques of execution; yet all generate an environmental impact,

which should be studied in detail to avoid problems in such works.Keywords:Environmental Geotechnics, Urban Development, Zoning, foundations, tunnels,

slopes.


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IV

CONTENIDO Pg.

AGRADECIMIENTO ............................................................................................................ I

DEDICATORIA ................................................................................................................... II

RESUMEN .......................................................................................................................... III

ABSTRACT ........................................................................................................................ III

CONTENIDO . ............................................................................................................... IV

FIGURAS

. ...................................................................................................................... VI

FOTOS . ....................................................................................................................... VIII

TABLAS

. ...................................................................................................................... IX

INTRODUCCIN ................................................................................................................ X

Definicin del problema ............................................................................................... X

Formulacin del problema ............................................................................................ X

Objetivos ........................................................................................................................... X

General.......................................................................................................................... X

Especficos .................................................................................................................... X

Justificacin .................................................................................................................. X

Limitaciones ................................................................................................................ XI

Metodologa ..................................................................................................................... XI

CAPTULO I: PROYECTOS DE DESARROLLO URBANO Y LA GEOTECNIA .......... 1

1.1 DESARROLLO URBANO ......................................................................................... 1

1.2 GEOTECNIA AMBIENTAL ...................................................................................... 1

1.3 RELACIN DE LA GEOTECNIA Y EL DESARROLLO URBANO ..................... 3

1.4 CONTRIBUCIN DE LA MECNICA DE ROCAS A LA GEOTECNIA

AMBIENTAL Y AL DESARROLLO URBANO (Pellet 2014) ...................................... 5

CAPTULO II. ZONIFICACIN URBANA GEOTCNICO-AMBIENTAL .................... 9

2.1 ZONIFICACIN URBANA ....................................................................................... 9

2.2 MICROZONIFICACIONES ..................................................................................... 10

2.3 RESPUESTA DE RELLENOS URBANOS A EVENTOS SSMICOS DE GRAN

ESCALA .......................................................................................................................... 11

2.4 ANLISIS MEDIANTE SIG .................................................................................... 14

2.5 MODELAMIENTO SUBTERRNEO PARA EL PLANEAMIENTO URBANO . 16

2.6 LAS CARTAS GEOTCNICAS .............................................................................. 19

2.6.1 Las cartas geotcnicas y los proyectos de infraestructura en reas urbanas ....... 20


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V

2.6.2 Aplicaciones del Proyecto y Formacin de Recursos Humanos ........................ 21

2.6.3 TUPA en la Evaluacin de Estudios de Impacto Ambiental (EIA) en Proyectos

..................................................................................................................................... 21

2.6.4 Zonificacin Geotcnica de Cajamarca .............................................................. 22

CAPTULO III. CIMENTACIONES URBANAS .............................................................. 25

3.1 MEJORAMIENTO DE SUELOS PARA CIMENTACIONES Y SUS IMPACTOS

AMBIENTALES ............................................................................................................. 25

3.1.1 Micropilotes ........................................................................................................ 25

3.1.2 Pilotes ................................................................................................................. 27

3.1.3 Jet-grouting ......................................................................................................... 30

3.1.4 Compactacin Dinmica..................................................................................... 32

3.4.1 Aplicaciones y Ventajas: .................................................................................... 32

3.4.2 Impactos ambientales ......................................................................................... 33

3.2 ANLISIS DE LOS RELLENOS SANITARIOS URBANOS ................................ 33

3.2.1 Mtodo de trincheras o zanjas ............................................................................ 35

3.2.2 Mtodo de reas .................................................................................................. 35

3.2.3 Monitoreo de residuos urbanos mediante modelos 3D en computadores .......... 37

3.3 PLAN PIGARS-CAJAMARCA ............................................................................... 40

3.3.1 Generacin de Residuos Slidos ........................................................................ 40

3.3.2 El antiguo botadero de Cajamarca ...................................................................... 41

3.3.3 El actual botadero ............................................................................................... 43

CAPTULLO IV. TNELES URBANOS .......................................................................... 47

4.1 DEFINICIN Y CLASIFICACIN DE TUNELADORAS TBM .......................... 48

4.2 VENTAJAS DE LA UTILIZACIN DE LAS TUNELADORAS .......................... 49

4.3 RIESGOS EN EL EMPLEO DE TUNELADORAS ................................................ 50

4.4 TUNELADORAS Y ACUFEROS: CASO TUNEL PAJARES .............................. 52

CAPTULO V. TALUDES URBANOS ............................................................................. 60

5.1 TCNICAS GEOTCNICO AMBIENTAL PARA TALUDES VIALES .............. 60

5.1.1 Peligros geotcnicos en proyectos viales............................................................ 61

5.1.2 El drenaje en taludes viales ................................................................................ 62

5.1.3 Mantenimiento de taludes ................................................................................... 64

5.1.4 Preparamiento y respuesta para emergencias de deslizamientos........................ 64

5.2 MTODOS DE CONTROL DE DESLIZAMIENTOS EN ZONAS URBANAS ... 66


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VI

5.3 BIO-ESTABILIZACIN DE DESLIZAMIENTOS EN ZONAS URBANAS........ 69

5.3.1 Efectos de la Vegetacin sobre el Talud ............................................................ 70

5.3.2 Efectos Hidrolgicos de la Vegetacin .............................................................. 70

5.3.2 Sobrecarga y Fuerzas del Viento ........................................................................ 73

5.3.3 Otros Efectos Negativos ..................................................................................... 74

5.3.4 Accin De Refuerzo De Las Races ................................................................... 74

5.3.5 Estabilidad De Taludes Con Vegetacin ............................................................ 79

5.3.6 Diseo De Revegetalizacin ............................................................................... 81

5.3.7 Estructuras y revestimientos artificiales con vegetacin .................................... 88

CONCLUSIONES ............................................................................................................... 89

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................ 90

LINKOGRAFA .................................................................................................................. 92

FIGURAS Pg.

Figura 1: Marco legal de la Ley General de Desarrollo Urbano (Vega 2005) ...................... 2

Figura 2. Evolucin de la Ingeniera Geo-ambiental: (a) en el Pasado, (b) en el presente, y

(c) en el futuro. ...................................................................................................................... 4

Figura 3: Anlisis de una cimentacin con pilotes mediante modelamientos numricos. .... 8

Figura 4. Zonificacin geotcnica final de la ciudad........................................................... 10

Figura 5. Mapa de Micro-zonificacin de la costa norte de Izmir, con respecto a la

agitacin ssmica del terreno. .............................................................................................. 11

Figura 6. Justificacin y esquema general de la estrategia para la clasificacin del relleno

de Thessaloniki .................................................................................................................... 12

Figura 7. Subdivisin del relleno de Thessaloniki. Clase A: Relleno histrico, clase B:

Relleno moderno (primera expansin costera), clase C: Relleno Moderno (segunda

expansin costera). .............................................................................................................. 13

Figura 8. Distribucin de las construcciones inspeccionadas en el centro histrico. .......... 14

Figura 9. Metodologa de modelamiento desarrolla (Youssef et al. 2011) mostrando el

proceso de extraccin de datos y evaluacin de peligrosidad para el desarrollo urbano. ... 15

Figura 10. Plano final de peligrosidad/viabilidad para una combinacin de modelos

superficiales y subterrneos (Youssef et al. 2011). ............................................................. 16


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VII

Figura 11. Diagrama de flujo del procedimiento propuesto (Rienzo et al. 2008) para

analizar los suelos subterrneos de reas urbanas. .............................................................. 18

Figura 12. Comparacin entre la zona plstica obtenida del clculo numrico en el diseo

original (a) y en el caso en el que el grosor del jet-grouting es incrementado (b) (Rienzo et

al. 2008) ............................................................................................................................... 19

Figura 13: Zonificacin urbana de Cajamarca (Mun. Prov. Caj. rea de desarrollo

urbano) ................................................................................................................................. 23

Figura 14: Esquema vial de la propuesta de desarrollo urbano de Cajamarca (Mun. Prov.

Caj.rea de desarrollo urbano) ........................................................................................ 24

Figura 15: Secuencia tpica en la construccin de un micropilote. Fuente: (de Fomento

2005) .................................................................................................................................... 26

Figura 16: Fases de la ejecucin de pilotes. ........................................................................ 29

Figura 17: Comparacin de desplazamientos verticales monitoreados a lo largo de las

construcciones cercanas a una obra civil. ............................................................................ 31

Figura 18: Construccin de rellenos sanitarios por el mtodo de zanjas............................. 35

Figura 19: Relleno sanitario por el mtodo de reas. .......................................................... 36

Figura 20: Vista area del Valle de Sheepcote en el Reino Unido, donde (Tame et al. 2013)

realiz un estudio 3D de su relleno urbano con fines de zonificacin geotcnica. ............. 38

Figura 21: Comparacin entre los 2 modelos 3D realizados por (Tame et al. 2013). ......... 39

Figura 22: Ciclo de los residuos slidos .............................................................................. 41

Figura 23: Plano de instalaciones del Botadero Cajamarca. ............................................... 43

Figura 24: Tnel urbano para metros, una solucin eficaz para el transporte en zonas

urbanas. ................................................................................................................................ 47

Figura 25: Ejemplo del uso subterrneo para la construccin de estacionamientos (Vahaaho

2014). ................................................................................................................................... 48

Figura 26: Mtodos de excavacin de un tnel (Escobar 2006).......................................... 49

Figura 27: Relacin entre los riegos de una TBM en roca dura y en roca suelta (Escobar

2006). ................................................................................................................................... 52

Figura 28: Ubicacin general del tnel Pajares. .................................................................. 53

Figura 29: Perfil oeste del tnel. .......................................................................................... 54

Figura 30: Seccin transversal del tnel y cronologa de la obra. ....................................... 54

Figura 31: Algunas tcnicas de remediacin de la amenaza y el riesgo a los deslizamientos.

............................................................................................................................................. 60


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VIII

Figura 32. Peligros de deslizamientos naturales que afectan a taludes viales. .................... 62

Figura 33: Ejemplos de mtodos del manejo de aguas superficiales en localizaciones

crticas a lo largo de taludes viales Fuente: (Chan & Lau 2000). ........................................ 63

Figura 34. Estructuras realizadas comnmente por personas en Taludes y Muros de

Retencin que requieren mantenimiento. ............................................................................ 64

Figura 35. Ejemplos de factores comunes que contribuyen al fallamiento de taludes

artificales. ............................................................................................................................ 65

Figura 36 Fases en el diseo, construccin y monitoreo de la remediacin de un

deslizamiento (Popescu, 2001). ........................................................................................... 68

Figura 37. Estabilizacin de taludes utilizando vegetacin. ................................................ 69

Figura 38: Esquema del efecto de la vegetacin sobre el modelo hidrolgico subsuperficial.............................................................................................................................................. 70

Figura 39: Esquema de la fuerza de traccin del viento. ..................................................... 74

Figura 40. Efecto de las races para el control de deslizamientos poco profundos. ............ 75

Figura 41. Refuerzo de superficie de falla por las races de los rboles.............................. 76

Figura 42. Tipos de anclaje de la superficie de falla por accin de las races (Tsukamoto y

Kusakabe) ............................................................................................................................ 77

Figura 43. uerza de anclaje de arbustos y de hierbas de raz profunda (Bache y Mackaskill,1984). ................................................................................................................................... 78

Figura 44. Efecto de arco de la vegetacin. ......................................................................... 79

Figura 45. Esquema del anlisis propuesto para calcular el factor de seguridad teniendo en

cuenta el efecto de la vegetacin. ........................................................................................ 80

Figura 46. Elementos de arquitectura y paisajismo en el diseo de revegetalizacin. ........ 81

Figura 47. Arreglo de rboles en el talud. ........................................................................... 85

Figura 48. Estacas vivas ...................................................................................................... 85

Figura 49. Fajinas vivas. ...................................................................................................... 86

Figura 50. Fajinas vivas en cruz o capas de maleza. ........................................................... 87

Figura 51. Relleno de una crcava utilizando estacas vivas y fajinas. ................................ 88

FOTOS Pg.

Foto 1: Cerro San Cristobal, Lima-Per; ejemplo de la poca planificacin en el desarrollo

urbano. ................................................................................................................................... 5

Foto 2: Parque de produccin de energa elica para Alemania, lder en energas limpias. . 7


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IX

Foto 3: Malla de micropilotes. ............................................................................................. 25

Foto 4: Aspecto de un micropilote recin inyectado. .......................................................... 27

Foto 5: Colocacin de pilotes. ............................................................................................. 28

Foto 6: Pilotes recin formados. .......................................................................................... 29

Foto 7: Mquina de inyeccin para el jet-grouting.............................................................. 30

Foto 8: Gra realizando una compactacin dinmica. ........................................................ 32

Foto 9: Terreno recin compactado mediante el mtodo de compactacin dinmica. ........ 33

Foto 10: Residuos generados por grandes urbes. ................................................................ 34

Foto 11: Combinacin de los mtodos de reas y de trincheras o zanjas para la

construccin del relleno sanitario. ....................................................................................... 37

Foto 12. Botadero Shudal en pleno incendio. ...................................................................... 42

Foto 13: Trabajos de estabilizacin del Botadero Shudal ................................................... 42

Foto 14. Pad de residuos slidos municipales del programa PIGARS. ............................... 43

Foto 15: Proceso de apilamiento de los residuos municipales. ........................................... 44

Foto 16: Impermeabilizacin de la base de la celda de seguridad con geomembrana. ....... 44

Foto 17: Disposicin final de residuos hospitalarios. .......................................................... 45

Foto 18: Procesamiento del Compost. ................................................................................. 45

Foto 19: Vista satelital del depsito PIGARS-Cajamarca, donde se nota su cercana al roCajamarquino. ..................................................................................................................... 46

Foto 20: Vista frontal de una tuneladora TBM (Escobar 2006). ......................................... 49

Foto 21: Estado inundado del Tnel Pajares. ...................................................................... 59

Foto 22: Estabilizacin de taludes mediante bioingeniera. ................................................ 88

TABLAS Pg.

Tabla 1: Tipos de relleno sanitario y cantidad de residuos slidos urbanos (RSU). ........... 34

Tabla 2: Nmero de habitantes y generacin de residuos domsticos por distritos. .......... 41

Tabla 3: Peligros geotcnicos que necesitan ser considerados para proyectos viales. ........ 61

Tabla 4. Listado de algunos mtodos de remediacin de las amenazas por deslizamiento 67

Tabla 5: alores de Et/Eo para diversas coberturas vegetales ............................................... 72

Tabla 6. Componentes de la planta y sus funciones. ........................................................... 73

Tabla 7. Sistemas de proteccin utilizando biotecnologa. ................................................. 82

Tabla 8. Ventajas y desventajas de los diversos tipos de planta (Gray y Sotir, 1996) ........ 84


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X

INTRODUCCIN

Definicin del problema

En la actualidad, el fuerte crecimiento demogrfico y la migracin de la poblacinrural a zonas urbanas, ha generado que estas ltimas crezcan sin un planeamiento

adecuado, y muchas veces no consideran las condiciones geotcnicas y/o ambientales del

lugar en donde realizan obras de desarrollo urbano. Como consecuencia es comn escuchar

de muchos problemas geotcnicos como tambin ambientales en estas obras.

Formulacin del problema

Cules son los criterios geotcnico-ambientales necesarios para planificar

adecuadamente el desarrollo urbano de una ciudad?

Objetivos

General

Estudiar los criterios geotcnico-ambientales necesarios para planificar

adecuadamente el desarrollo urbano de una ciudad.

Especficos

Conocer la relacin entre geotecnia ambiental y desarrollo urbano. Estudiar los mtodos de zonificacin urbana.

Conocer los enfoques geotcnico-ambientales en la implementacin de

cimentaciones urbanas.

Conocer los criterios geotcnico-ambientales en planificacin de Tneles Urbanos.

Conocer los enfoques geotcnico-ambientales en el estudio de taludes urbanos

Justificacin

Muchas veces se considera que una obra es buena con el simple hecho de que los

clculos de estabilidad y econmicos son aceptables, pero es casi seguro que estas obras

tendrn problemas ambientales si es que no se consider esta variable en los anlisis

previos.

Adems, como futuros ingenieros Gelogos, necesitamos tener un criterio

Geotcnico-Ambiental cuando estemos a cargo de obras que puedan afectar al medio

ambiente, marcando, de esta forma, la diferencia con otros profesionales.


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XI

Limitaciones

La limitacin fundamental es la dificultad de encontrar bibliografa referida a la

geotecnia ambiental en el desarrollo urbano, ya que este enfoque es muy reciente y todava

se estn formando las bases cientficas de la misma.

Metodologa

Se partir de los conceptos generales de geotecnia ambiental y desarrollo urbano

para desarrollarlos a la par en los dems captulos de la presente monografa.


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GEOTECNIA AMBIENTAL GEOTECNIA Y DESARROLLO URBANO Pgina 1

CAPTULO I: PROYECTOS DE DESARROLLO URBANO Y LA GEOTECNIA

1.1 DESARROLLO URBANO

Los procesos de expansin y crecimiento de las ciudades, como de las reas

metropolitanas estn ntimamente ligadas a los procesos de reestructuracin

econmica, poltica y social basadas en principios de liberalizacin econmica y de

desregulacin del Estado que plantea el capitalismo en esta nueva fase; asimismo, a

los cambios tecnolgicos que se dan en el mbito mundial, y finalmente, al proceso de

globalizacin en el que participa cualquier territorio (Vega et al. 2006).

Las polticas de desarrollo urbano, como las estrategias, est orientadas desde

una caracterizacin de los principales aspectos que afectan el desarrollo del territorio

y del sistema de ciudades. El sistema espacial se organiza incluyendo (Vega et al.

2006), la base legal del Plan del Desarrollo Urbano del Per se muestra en laFigura 1:

1. Un sistema de centros urbano y reas de influencia.

2. reas metropolitanas y conurbaciones. Espacios residuales o inter-metropolitanos.

reas naturales.

3.

reas urbanas (ciudades y pueblos).4. reas rurales.

5. reas funcionales especiales (pesqueras, minera, etc., y reas fronterizas).

6. reas naturales protegidas y otras reservas (parques nacionales, reservas

ecolgicas, etc.).

7. Cuencas hidrogrficas.

8. Infraestructura econmica y social.

1.2 GEOTECNIA AMBIENTAL

Los estudios de geotecnia ambiental presentan los avances y mejores prcticas

en esta rea y tiene como objetivo difundir el conocimiento y proporcionar una nueva

perspectiva con respecto a los conceptos bsicos, teora, tcnicas y aplicabilidad

campo (en trminos de sostenibilidad a largo plazo y los impactos ambientales) de la

innovadora ensayos y anlisis de metodologas y prcticas de ingeniera en el campo

de la ingeniera geoambiental (Narain 2014).


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Figura 1: Marco legal de la Ley General de Desarrollo Urbano (Vega 2005)

La geotecnia ambiental se enfoca en los riesgos antropognicos y se ocupa de

la ciencia de los problemas y/o prcticas para mitigarlos. Adems se requiere un

enfoque predominante es en las interacciones de los materiales geolgicos con

agua/ambiente/residuos/productos qumicos desde una perspectiva de la ciencia y la


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ingeniera. El enfoque en los materiales geolgicos trae una dimensin importante a la

palestra como la naturaleza/tipo de materiales geolgicos los cuales varan con la

geografa que, a su vez, tendra una fuerte influencia en las interacciones de losmateriales. Para obtener soluciones significativas, los modelos numricos y

experimentos de laboratorio deben adoptar ajustes geolgicos y geoqumicos locales

en lugar de utilizar la informacin de lugares no especificados (Rao et al. 2014).

(Kosuglu 2014) marca algunos puntos que se deben tratar dentro de la

Geotecnia Ambiental:

1. Retos en materiales reciclados y geosintticos- Los beneficios de los materiales

reciclados utilizados con geosintticos son claramente atractivos, pero hay que

abordar las nuevas cuestiones que plantean. El hormign reciclado puede ser

utilizado como un agregado, pero las partculas de cemento de grano fino puede

lixiviar y eventualmente obstruir geotextiles. Es necesario encontrar una manera de

estabilizar el hormign reciclado.

2. Aguas subterrneas y Estrategias de remediacin de suelos Mtodos in situ

eficientes, eficaces, econmicos para remediar la gran variedad de contaminantes

en el agua y el suelo, como la de los vertederos, despojos de dragado y los residuos

radiactivos, se necesitan como el volumen de los residuos sigue creciendo.

3. Mejoras de suelos y mtodos de estabilizacin de suelos Las hinchazones de

arcillas en suelos expansivos cargados de sulfatos, continan liderando los graves

daos de infraestructuras, a pesar de las tcnicas de estabilizacin con cal que se

utilizan con frecuencia. El uso de bacterias y procesos biolgicos para estabilizar

suelos es tambin un tema apasionante que requiere ms investigacin.

4.

Tecnologas de control de tierras - Se necesitan nuevos sensores y tcnicas demanera eficiente y econmica para controlar y detectar el movimiento de tierras,

tales como los deslizamientos de tierra en terraplenes y de sumideros en terrenos

krsticos.

1.3 RELACIN DE LA GEOTECNIA Y EL DESARROLLO URBANO

La Ingeniera geoambiental ha evolucionado a lo largo de los aos, sin

embargo, su definicin y alcance todava estn a menudo objeto de debate dentro de la


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vida academia y la prctica. La Ingeniera geoambiental es un campo emergente y

emocionante que ofrece numerosos desafos tcnicos y grandes oportunidades para

comprender los problemas multidisciplinarios y desarrollar soluciones para proteger lasalud pblica y el medio ambiente y fomentar el desarrollo sostenible (Readdy 2014)

.

Figura 2. Evolucin de la Ingeniera Geo-ambiental: (a) en el Pasado, (b) en el presente, y (c) en

el futuro.

Fuente:(Readdy 2014).

La Ingeniera geo-ambiental ha evolucionado a partir de una especializacin

dentro de la ingeniera geotcnica hacia un amplio campo de la ingeniera

multidisciplinaria. Puede que no sea posible adquirir tal base multidisciplinar a travs

de programas educativos existentes. Por lo tanto, se necesitan nuevos cursos cortos

geoambientales especializadas para profesionales o cursos avanzados de posgrado que

se pueden cubrir los elementos esenciales pertinentes de varios campos de aplicacin.


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Esto permitir a los estudiantes y profesionales en ejercicio para adquirir los

conocimientos previos necesarios para llevar a cabo proyectos geoambientales.

Existen muchos retos y oportunidades geoambientales y evolucionan, y los ingenierosgeoambientales seguirn desempeando un papel vital en el tratamiento de ellos

(Readdy 2014).

1.4 CONTRIBUCIN DE LA MECNICA DE ROCAS A LA GEOTECNIA

AMBIENTAL Y AL DESARROLLO URBANO(Pellet 2014)

La geotecnia ambiental se enfrenta a enormes retos como una nueva era

comienza (el siglo XXI) con un aumento sin precedentes de la poblacin humana y las

consiguientes demandas y necesidades asociadas. De hecho, la mecnica de rocas e la

ingeniera de rocas son relevantes para muchos problemas ambientales, entre ellos las

consecuencias de la expansin urbana, el desarrollo de medios de transporte, el

aumento de la demanda energtica y la mitigacin de los riesgos naturales y de origen

humano.

Foto 1: Cerro San Cristobal, Lima-Per; ejemplo de la poca planificacin en el desarrollo urbano.

Fuente:http://www.forosperu.net/temas/futuro-cerro-san-cristobal-cuando.576953/pagina-2

Como las grandes ciudades se expanden, los planificadores urbanos necesitan

construir en terrenos ubicados en reas problemticas desde el punto de vista

geotcnico (pendientes pronunciadas, rocas dbiles, macizos rocosos altamente

degradados). Al mismo tiempo, el espacio subterrneo se elige con mayor frecuencia

para la instalacin de medios de transporte u otras infraestructuras, con el fin de
http://www.forosperu.net/temas/futuro-cerro-san-cristobal-cuando.576953/pagina-2http://www.forosperu.net/temas/futuro-cerro-san-cristobal-cuando.576953/pagina-2http://www.forosperu.net/temas/futuro-cerro-san-cristobal-cuando.576953/pagina-2http://www.forosperu.net/temas/futuro-cerro-san-cristobal-cuando.576953/pagina-2


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ahorrar la tierra de la superficie o para preservar los edificios de patrimonio histrico o

paisajstico. En tal contexto, la construccin requiere un conocimiento exhaustivo del

entorno geolgico; las formaciones geolgicas tienen que ser identificadascorrectamente con el fin de caracterizar adecuadamente el comportamiento mecnico

de los macizos rocosos. Si hay una buena comprensin del marco ingenieril de las

rocas, se pueden lograr anlisis fiables de evaluacin de riesgos para evitar problemas

ambientales, tales como la aparicin de dolinas o asentamiento inaceptable de

edificios.

Las instalaciones de transporte para las conexiones entre ciudades tambin son

a menudo construidas bajo tierra; adems de las obvias razones relacionadas conlimitaciones topogrficas, las regulaciones ambientales han guiado a los planificadores

a elegir soluciones subterrneas. Se puede encontrar una amplia variedad de rocas

cuando se realiza la excavacin de un tnel, desde una roca dura (granito) a rocas

dbiles (lutitas). Las formaciones rocosas, a veces separadas por fallas, pueden variar

considerablemente a lo largo de un tnel. En un entorno geolgico tan difcil, el

impacto de la excavacin de un tnel podra ser catastrfico desde el punto de vista

medioambiental. Por ejemplo, un tnel puede alterar el rgimen hidrogeolgico ycausar el saqueo de algunos manantiales naturales de agua. Otra de las cuestiones del

medio ambiente relacionado con la construccin subterrnea es la gestin de grandes

volmenes de material excavado, que slo pueden ser reciclados a veces. Todas estas

cuestiones requieren un amplio conocimiento de la mecnica de rocas.

Con respecto a los problemas de suministro de energa, tales como la

produccin con recursos convencionales como el carbn, el petrleo y el gas, ha

producido un rpido aumento en el uso de mtodos de extraccin de recursos noconvencionales que plantean algunos problemas medioambientales importantes, como

la contaminacin de la napa fretica. La produccin ambientalmente segura de gas de

esquisto o de metano en capas de carbn requiere que se llevan a cabo investigaciones

avanzadas de mecnica de rocas. Estas metodologas requieren un enfoque

interdisciplinario que utiliza los conceptos tericos de termo-hidro-mecnica y la

qumica (es decir, un enfoque THM-Q).


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La produccin de energa verde, tales como la energa geotrmica profunda,

tambin requiere una visin clara de la mecnica de rocas. De hecho, algunos

desastres, para la reactivacin de falla ejemplo, se pueden activar si las propiedades delas rocas y las condiciones geomecnicas se ignoran.

Foto 2: Parque de produccin de energa elica para Alemania, lder en energas limpias.

Fuente:http://economia.elpais.com/economia/2012/05/04/actualidad/1336146225_723543.html

Cuando se considera la produccin de energa, tambin es necesario tener en cuenta la

cuestin de la gestin de los efectos secundarios potencialmente dainos. En este contexto,la reduccin de dixido de carbono (CO2) en la atmsfera podra ser abordada por el

almacenamiento subterrneo del CO2 en yacimientos profundos. Una vez ms, la mecnica

de rocas es una herramienta esencial para asegurar que las condiciones de almacenamiento

son seguros para el medio ambiente (integridad de la roca sello, buen sellado perfecto,

etc.). Otra de las preocupaciones relacionadas con la produccin de energa es la gestin de

los desechos radiactivos. En muchos pases, una de las soluciones bajo estudio es

almacenar los residuos en las instalaciones subterrneas profundas. Para este problema enparticular, el tiempo es un parmetro crucial ya que el comportamiento del macizo rocoso

tiene que ser previsto, en un perodo muy largo de tiempo (varios miles de aos).

El ltimo campo donde la mecnica de rocas contribuye a la geotecnia

ambiental es el que trata los peligros naturales, tales como las consecuencias

ambientales de los deslizamientos de tierra en las regiones montaosas y la proteccin

de las zonas propensas a terremotos o amenazadas por los volcanes en un perodo

donde el calentamiento global aumenta su vulnerabilidad.
http://economia.elpais.com/economia/2012/05/04/actualidad/1336146225_723543.htmlhttp://economia.elpais.com/economia/2012/05/04/actualidad/1336146225_723543.htmlhttp://economia.elpais.com/economia/2012/05/04/actualidad/1336146225_723543.htmlhttp://economia.elpais.com/economia/2012/05/04/actualidad/1336146225_723543.html


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En muchos de los problemas ambientales relacionados con la geotecnia, la

mecnica de rocas contribuye a la produccin de soluciones realistas. En asociacin

con la ingeniera geolgica, mecnica de suelos y otras ciencias fundamentales, lamecnica de rocas ayuda a construir un entorno natural y urbano armnico y

sostenible para beneficio de la humanidad en todo el planeta.

Figura 3: Anlisis de una cimentacin con pilotes mediante modelamientos numricos.

Fuente:https://www.rocscience.com/products/16/RS3
https://www.rocscience.com/products/16/RS3https://www.rocscience.com/products/16/RS3https://www.rocscience.com/products/16/RS3https://www.rocscience.com/products/16/RS3


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CAPTULO II. ZONIFICACIN URBANA GEOTCNICO-AMBIENTAL

La geologa urbana ofrece informacin sobre los entornos geolgicos urbanos como

base cientfico para los planificadores y los ingenieros para la planificacin del uso

racional de la tierra y el desarrollo urbano. Tal zonificacin puede clasificarse en trminos

de finalidad, contenido y escala. Los principales factores restrictivos para el desarrollo

urbano, tales como: la litologa, topografa, pendiente, sismotectnica, profundidad del

nivel fretico, susceptibilidad a inundaciones y los efectos inducidos por ssmicos; son los

ms considerados en la preparacin de mapas geotcnicos. Todas estas capas de

informacin son manipuladas usando Sistemas de Informacin Geogrficas (SIG), y luego

se combinan para producir mapas geolgicos uniformes ingenieriles. Los resultados seilustran como un mapa para la adecuada construccin en el rea de estudio.

2.1 ZONIFICACIN URBANA

La mayora de las grandes ciudades se desarrollaron sin tener en cuenta

factores geolgicos y geotcnicos. Es as que muchas de ellas se encuentran ubicadas

en reas vulnerables y sujetas a distintos riesgos naturales. Sin embargo existen

elementos de gestin - las cartas geotcnicas, fundamentalmente - que permiten

introducir criterios geolgicos que son imprescindibles para la expansin de la

infraestructura urbana, pero que no se limitan slo a este aspecto (Verga et al. 2012).

Un ejemplo de zonificacin como del caso de (El May et al. 2010), donde se

zonific la ciudad de Tnez, la cual se categoriz en cuatro zonas diferentes como: (1)

regin alta con riesgo potencial de perturbacin superficial; (2) zona baja plana con

riesgo de inundacin; (3) una zona baja con inundaciones y la probabilidad de riesgo

de deslizamiento; (4) una regin con niveles de arcilla y riesgos de asentamientos.

Los mapas preparados utilizando este enfoque resultaron ser coherentes con el

mapa de capacidad de soporte. El mapa de zonificacin geotcnica preparado es

recomendado como el mapa final de la ciudad de Tnez.

Este mapa final, que es fcil de usar, es un documento til para personas no

gelogas planificadores y tomadores de decisiones para una segura extensin urbana.

Los resultados finales se pueden combinar con ms resultados de las pruebas

geotcnicas para contribuir a la microzonificacin geotcnica.


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Figura 4. Zonificacin geotcnica final de la ciudad.

2.2 MICROZONIFICACIONES

Se tratan de estudios geotcnicos locales de mayor escala, donde se consideran

una serie de parmetros geotcnicos y geolgicos de la regin, que incluyen los

resultados de las perforaciones geotcnicas, as como los resultados de los ensayos

geotcnicos realizados sobre muestras inalteradas (Altun et al. 2012). Por otra parte,

los datos recogidos, y la variacin de las propiedades dinmicas del suelo en la regin

se analizan utilizando diversos software de Sistema de Informacin Geogrfica (SIG),

en el que se determina una cuadrcula de menor de 250 m tamao de la celda. Se

pueden simular movimientos de tierra debidas a terremotos de magnitudes mayores a


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6.9 con un alcance promedio de 10 km fuera de la regin bajo investigacin. Como

consecuencia, estos movimientos se utilizan para mapear la distribucin de las

mximas amplificadores espectrales, para una mejor comprensin del riesgo en unaregin.

(Altun et al. 2012) realiz una Micro-zonificacin de la costa norte de la ciudad

de Izmir (Turqua), el mapa final (Figura 5) se realiz en trminos de la agitacin

ssmica del terreno. AGS, representa un alto riesgo de agitacin ssmica del terreno,

BGS, representa un riesgo medio, y CGS, representa un bajo riesgo de agitacin ssmica

del terreno.

Figura 5. Mapa de Micro-zonificacin de la costa norte de Izmir, con respecto a la agitacin

ssmica del terreno.

2.3 RESPUESTA DE RELLENOS URBANOS A EVENTOS SSMICOS DE GRAN

ESCALA

En las zonas urbanas donde se ha producido la ocupacin continua de la tierra

durante siglos, es probable que haya grandes superficies de tierra con relleno. Los

rellenos pueden haber surgido de forma inadvertida entre los escombros de los

edificios derruidos y la lenta acumulacin de basura. Los rellenos urbanos antiguos de

este tipo pueden contener tierra, escombros, basura e incluso partes enteras de

construcciones anteriores. A pesar del hecho de que las zonas cubiertas de tales

depsitos son generalmente propensas a problemas graves, especialmente en

condiciones de carga dinmica, su influencia como material de cimentacin sobre el

comportamiento ssmico de los edificios modernos es prcticamente impredecible

(Makedon et al. 2009).


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Un caso sobresaliente de un estudio geotcnico de materiales de rellenos es el

caso estudiado por Makedon en la ciudad de Thessaloniki en Grecia, con ms de 2300

aos de evolucin urbana continua. Donde una capa gruesa y heterognea de depsitosartificiales cubre la mayor parte del centro histrico de la ciudad. La presencia de esta

extensa formacin influye en el desarrollo urbano, ya que constituye la base de la

mayora de los edificios, y su investigacin es esencial para la mayora de las

construcciones propuestas. La complejidad y heterogeneidad del relleno hace que la

evaluacin de su comportamiento ingeniera sea una tarea complicada. Esto no es

debido a la gran gama de valores de datos geotcnicos acumulados, sino por el hecho

de que estos datos han sido producidos por mtodos y pruebas no relacionadas entre s.

Figura 6. Justificacin y esquema general de la estrategia para la clasificacin del relleno de

Thessaloniki

Los resultados se dan en trminos de razones de daos es decir, las razones dela cantidad de edificios daados por nmero total de edificios inspeccionados. La

correlacin de la respuesta ingenieril con el espesor del relleno mostr que hay un

aumento significativo del porcentaje de edificios daados con el aumento de espesor.

Sin embargo, un anlisis ms detallado de estos resultados mostr que el aumento

anterior no se aplica a todas las clases por igual, que en realidad sugiere que diferentes

partes del relleno se comportan de manera diferente con respecto al espesor del

relleno.


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Figura 7. Subdivisin del relleno de Thessaloniki. Clase A: Relleno histrico, clase B: Relleno

moderno (primera expansin costera), clase C: Relleno Moderno (segunda expansin costera).

En laFigura 8,los crculos verdes muestran la localizacin de construcciones

que no han disminuido su capacidad ssmica original. Los crculos amarillos muestran

las construcciones con una disminucin de su capacidad ssmica original, y los

crculos rojos muestran las construcciones considerablemente inseguras, a esperas dedemoliciones. A, B y C definen las diferentes clases de relleno.

Estos resultados muestran claramente que, un esquema de clasificacin y la

determinacin de las condiciones de contorno, se deben utilizar como una herramienta

combinada desde un punto de vista de ingeniera geolgica, con el fin de formar una

base para la mejor comprensin del comportamiento ingenieril de dichos depsitos, la

interpretacin de los datos geotcnicos y en el diseo de investigaciones ms

sofisticadas.


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Figura 8. Distribucin de las construcciones inspeccionadas en el centro histrico.

2.4 ANLISIS MEDIANTE SIG

Los desarrollos urbanos, tursticos e industriales son considerados de alta

prioridad. En la actualidad, las investigaciones para las calificaciones de las diferentes

condiciones ambientales, geolgicas y geotcnicas, que se estudian en proyectos

urbanos, se evalan a travs de un sistema de informacin geogrfica (SIG) con un

enfoque multi-criterio. Los Modelos SIG ponderados, que integran diferentes tipos de

fuentes de datos, como: el uso de la tierras/cubierta, geologa, geomorfolgia,

geofsica, teledeteccin ambiental, y de datos de campo, se puede usar para crear unmapa de susceptibilidad. Se debe tener un enfoque basado en procesos de jerarqua

analtica necesarios para desarrollar un modelo ponderado por diferentes factores. El

fin de estos estudios, es identificaron reas de posibles riesgos geotcnicos y

geoambientales que podran afectar el diseo y construccin de proyectos urbanos. Por

lo tanto, se pueden realizar cambios al principio del proceso de diseo antes de los

esfuerzos de diseo significativas se estn invirtiendo (Youssef et al. 2011).


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Figura 9. Metodologa de modelamiento desarrolla (Youssef et al. 2011) mostrando el proceso de

extraccin de datos y evaluacin de peligrosidad para el desarrollo urbano.

Una evaluacin peligro/viabilidad basada en la aplicacin de modelos SIG de

zona podra ayudar a identificar las reas ms ptimas para el desarrollo urbano y

evitar las zonas medioambientalmente sensibles o peligrosos. El mapa de sitio de

peligro/viabilidad puede proporcionar las guas para la toma de decisiones con

informacin til, para determinar las tendencias generales y la distribucin espacial de

las clases de peligro/viabilidad para el desarrollo urbano. Para la evaluacin de la

viabilidad de cualquier zona, un anlisis GIS puede gestionar un gran nmero de datos

relacionados espacialmente e integrar mltiples capas de informacin superficial y del

subsuelo para extraer informacin nueva y til.


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En la Figura 10 se muestra en ejemplo de la creacin de un mapa de

zonificacin peligrosidad/viabilidad de proyectos urbanos, realizado por (Youssef et

al. 2011) en Arabia Saud.

Figura 10. Plano final de peligrosidad/viabilidad para una combinacin de modelos superficiales

y subterrneos (Youssef et al. 2011).

2.5 MODELAMIENTO SUBTERRNEO PARA EL PLANEAMIENTO URBANO

En los ltimos aos, la gestin estratgica del subsuelo de las ciudades ha

llegado a representar un tema tan importante que un nuevo campo interdisciplinario se

ha constituido conocido como "Geo-ciencias urbanas". Esta nueva disciplina estudia

los ambientes geolgicos de las ciudades con el fin de proporcionar una base cientfica

para un uso racional en la planificacin y desarrollo de la ciudad. En la geologa de las

ciudades, uno de los primeros temas que tiene que ser enfrentado es: Qu tipo de

conocimiento geolgico o elaboracin geolgica podra sostener la planificacin de un

metro subterrneo en la ciudad? Los mapas geolgicos 2D tradicionales son menos


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representativos en los mbitos de la ciudad y tambin hacen que sea difcil lograr un

estudio detallado. Una ayuda tcnico-cientfica, junto con un modelo geolgico

tridimensional puede proporcionar una representacin espacial de la variabilidadgeolgica y constituir una base para la planificacin del subsuelo y para la ejecucin

de diversos proyectos (Rienzo et al. 2008).

El inters en el subsuelo en reas de la ciudad para la planificacin y el diseo

de la nueva infraestructura civil ha dado lugar a avances en visualizacin digital y

tcnicas de modelado 3D que son adecuados para representar un volumen de suelo y

sus propiedades geolgicas y geotcnicas.

En el modelamiento del subsuelo de una ciudad, cualquier incertidumbre

relativa a las condiciones geolgicas se debe principalmente a las dificultades para la

obtencin de datos del subsuelo y de su falta de homogeneidad (pozos estratigrficos,

pruebas de penetracin, los registros de parmetros de perforacin, etc.). Por lo tanto,

un enfoque multidisciplinario para el anlisis de datos, se ha convertido en esencial,

para optimizar la planificacin de las obras civiles.

Cualquier condicin geolgica imprevista puede, en particular, en las

excavaciones subterrneas, llevar a: aumentos en los tiempos y costos de construccin,

los altos riesgos para los trabajadores, los daos irreversibles al medio ambiente y

problemas de asentamiento en la superficie.

Varias obras se pueden encontrar en la literatura en relacin con el uso de

modelos 3D de la geologa de una ciudad, pero poco se pueden encontrar en la

metodologa general que se debe seguir para establecer un modelo geolgico que

representa un documento de apoyo en un rea de la ciudad. La importancia de la

planificacin de la ciudad subterrnea como un recurso para el desarrollo de la ciudad

requiere de un enfoque multidisciplinario en el modelado del subsuelo. Un modelo

espacial que muestra la distribucin de los sedimentos y la variacin de sus

caractersticas (propiedades fsicas y geomecnicas) es esencial para diferentes

aplicaciones tales como: evaluacin de peligros naturales, la planificacin de los

trabajos subterrneos, anlisis hidrogeolgico para la evaluacin de la recarga de

acuferos, etc.


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Figura 11. Diagrama de flujo del procedimiento propuesto (Rienzo et al. 2008)para analizar los

suelos subterrneos de reas urbanas.

La metodologa multidisciplinaria, que se resume en la Figura 11, propone

obtener un modelo 3D que es adecuado para la planificacin civil en las zonas de la


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ciudad y la aplicacin para propsitos de ingeniera. El estudio involucra: un anlisis

estratigrfico, una evaluacin de los parmetros geotcnicos, una copia de anlisis de

desplazamiento medido y la gestin del modelo por medio de un sistema deinformacin geogrfica (SIG).

Un caso factible es el mostrado por (Rienzo et al. 2008), en la ciudad de Turin

(Italia), donde gracias a la zonificacin geotcnica btima del subsuelo, se pueden

realizar modelos numricos ms ptimos del terreno como se muestra en laFigura 12.

Figura 12. Comparacin entre la zona plstica obtenida del clculo numrico en el diseo original

(a) y en el caso en el que el grosor del jet-grouting es incrementado (b) (Rienzo et al. 2008)

2.6 LAS CARTAS GEOTCNICAS

Las cartas geotcnicas son una herramienta para representar en forma

cartogrfica, toda la informacin geolgica y geotcnica que posibilite una correcta

planificacin urbana y una ocupacin del territorio que responda a las condicionantes

que presenten los terrenos. As, el diseo, materializacin y posterior mantenimiento

de las construcciones respondern, desde el aspecto geotcnico, al medio en cual se

insertan (Verga et al. 2012).

Es necesario que ellas aporten datos sobre las caractersticas y propiedades delsuelo que permitan prever cul ser su comportamiento ante las intervenciones

previstas a realizar y as determinar la aptitud del mismo y definir la factibilidad de lo

propuesto, diseando las soluciones tcnicas apropiadas a la construccin a ejecutar.

Es fundamental definir e implementar la forma en que toda la informacin relevada

ser volcada facilitando su interpretacin y cumpliendo el objetivo que debe tener

como herramienta de trabajo.


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Las construcciones civiles urbanas representan una parte importante de las

inversiones pblicas y privadas, pero tambin presentan un desafo para los

proyectistas, constructores, urbanistas y otros especialistas, debido a la interaccin conel sustrato geolgico - geotcnico. Entre estas interacciones podemos mencionar:

Las alteraciones que se producen en el medio natural: suelos y aguas

principalmente y

Las externalidades sobre la infraestructura edilicia y construcciones en general.

Asimismo la expansin urbana en reas susceptibles, como el rea sur de la

Ciudad Autnoma de Buenos Aires, puede crear problemas si se ignoran las

limitaciones propias como reas inundables, contaminadas, zonas rellenadas con

materiales inadecuados, reas con niveles de agua fretica rasa, etc. Desde este punto

de vista y con la finalidad de tener en cuenta estos problemas presentes y futuros, es

necesario destacar el papel que deben desempear la ingeniera civil y las geociencias.

Para encarar estas problemticas, existen elementos de gestin como las cartas

geotcnicas que fundamentalmente permiten introducir criterios geolgicos y

geotcnicos que son imprescindibles para la adecuada expansin de la infraestructura

y las construcciones. "La cartografa geotcnica urbana tpica, congrega mtodos y

tcnicas que procuran establecer unidades territoriales homogneas en cuanto a

problemas manifiestos o potenciales y formula orientaciones tcnicas para la

ocupacin de cada una de esas unidades", (Sanejouand 1972).

2.6.1 Las cartas geotcnicas y los proyectos de infraestructura en reas urbanas

Una carta geolgico-geotcnica consta de una planialtimetra con la tipologa

y caractersticas geotcnicas y aptitud de los terrenos en un rea determinada lo quepermite prever en una primera instancia, el comportamiento de las fundaciones y

excavaciones de distintas obras civiles.

Estas cartas se basan en el reconocimiento y la clasificacin de los suelos que

constituyen el terreno del rea en cuestin en base a las propiedades fsico -

mecnicas y comportamientos hidrulicos de estos geo materiales. Sobre esta base se

determinan sus propiedades y la capacidad de carga ante solicitaciones impuestas por

distintas superestructuras civiles. Asimismo, cuando se aplican esfuerzos, los suelos


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pueden deformarse hasta ciertos lmites, los que dependen fundamentalmente de sus

contenidos en arcillas y humedad.

2.6.2 Aplicaciones del Proyecto y Formacin de Recursos Humanos

La cartografa geotcnica urbana tpica, congrega mtodos y tcnicas que

procuran establecer unidades territoriales homogneas en cuanto a problemas

manifiestos o potenciales y formula orientaciones tcnicas para la ocupacin de cada

una de esas unidades.

Constituyen un soporte bsico para el anlisis de estos problemas ligados

tanto al ambiente fsico: agua - suelo, como a las construcciones civiles ya sean obras

edilicias como de infraestructura, tanto subterrnea como superficial.

En este contexto, la sociedad, los inversores privados y en especial las

instancias gubernamentales, contarn con un elemento, que an preliminar, permitir

optimizar las inversiones y reducir las prdidas econmicas y accidentes de trabajo

por problemas ligados al medio fsico, los que principalmente, son:

Deslizamientos de excavaciones profundas

Asentamientos, subsidencias y colapsos de obras edilicias Asentamientos superficiales por causa de la construccin de obras subterrneas.

Degradacin y agotamiento de los recursos hdricos

Variaciones de la capa fretica y consecuencias sobre construcciones civiles.

Degradacin de reas naturales sensibles, etc.

2.6.3 TUPA en la Evaluacin de Estudios de Impacto Ambiental (EIA) en Proyectos

La normativa vigente (MVCS 2013) muestra que se necesita acreditar un

equipo Tcnico Multidisciplinario integrado por no menos de (05) profesionales

colegiados con acreditada experiencia en medio ambiente relacionada con los

aspectos de Vivienda, Construccin y/o Saneamiento para que realicen el EIA para

cualquier proyecto Urbano.

Adems, se requiere la relacin de Equipos e Instrumental Especial para la

realizacin de estudios (propios o alquilados) que se utilicen en la realizacin del

estudio.


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2.6.4 Zonificacin Geotcnica de Cajamarca

La Subgerencia de Desarrollo Urbano y Catastro de la Municipalidad

Provincial de Cajamarca, ha desarrollado una zonificacin geotcnica en base al uso

de los suelos propuesto.

As se han delimitado las siguientes unidades:

AG: Zona Agro Intangible

ARE: rea de Reserva Ecolgica

RDM-3: Residencial de Densidad Media

RDM-4: Residencial de Densidad Alta

CE: Comercio Especializado

C-1: Comercio Local

C-2: Comercio Vecinal

C-3: Comercio Sectorial

C-5 Comercio Distrital

I-1: Industria Elemental y Complementaria

I-2: Industria Liviana

ZA: Zona Arqueolgica

ZA-R2: Zonificacin Arqueolgica de Baja Densidad

ZPA: Zona de Proteccin Ambiental

ZR: Zona de Reforestacin

ZRE: Zona de Reglamentacin Especial

Adems se cuenta con un esquema vial donde se clasifican las vas en:

Vas de Evitamiento Vas Arteriales

Vas Colectoras


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Figura 13: Zonificacin urbana de Cajamarca (Mun. Prov. Caj.rea de desarrollo urbano)


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Figura 14: Esquema vial de la propuesta de desarrollo urbano de Cajamarca (Mun. Prov. Caj.

rea de desarrollo urbano)


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CAPTULO III. CIMENTACIONES URBANAS

Cuando se intenta realizar una cimentacin en zonas urbanas y de expansin, lo

primero que se debe realizar es guiarse de las zonificaciones de cada jurisdiccin para ver

la vialidad de la obra, adems de conseguir los permisos correspondientes. Luego se debe

proseguir al anlisis del suelo o roca en donde se cimentar, para ello se cuenta con

diversas tcnicas de anlisis, tanto geofsicas como directas (perforaciones).

3.1 MEJORAMIENTO DE SUELOS PARA CIMENTACIONES Y SUS IMPACTOS

AMBIENTALES

Si es que se encuentran problemas con la calidad de los suelos o rocas, se

deben aplicar mtodos de mejoramiento de estos mismos. Principalmente se pueden

conocen los mtodos de inyecciones y de compactacin, los cuales pueden o no tener

un impacto grande o no en el medio ambiente, incluso pueden afectar a obras cercanas

existentes.

A continuacin analizaremos geotcnicamente y ambientalmente los

principales mtodos de mejoramientos de suelos y rocas para cimentaciones.

3.1.1 Micropilotes

Llamamos micropilote a una estructura terminada de hasta 250 mm. de

dimetro de perforacin que es inyectada con lechada o mortero de cemento despus

de introducir una armadura (tubos o barras o perfiles metlicos, o una mezcla de ellos).

Se consigue as, un elemento resistente en el que predomina la longitud y resistencia

por rozamiento o fuste.

Foto 3: Malla de micropilotes.


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3.1.1.1 Apli caciones

a) Como elementos de carga

En las fundaciones de edificaciones sobre suelos con poca capacidad portante.

Para recalce y refuerzo de estructuras.

Como reductores de asentamientos diferenciales.

b) Para refuerzo y sostenimiento del terreno

Constituir una pared de suelo "reforzado" al formar una pantalla reticulada.

Contencin, proteccin y sostenimiento de laderas y taludes.

Paraguas en la clave de tneles.

c) Elementos contra fuerzas de traccin

La ejecucin de un micropilote comprende normalemente la realizacin de las

siguientes oparaciones bsicas:

Figura 15: Secuencia tpica en la construccin de un micropilote. Fuente: (de Fomento 2005)

- Perforacin del taladro del micropilote (Fases 1, 2 y 3)

- Colocacin de la armadura (Fase 4)


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- Inyeccin del micropilote (Fase 5)

- Conexin con la estructura (Fase 6) o con el resto de los micropilotes, mediante

un encepado.

3.1.1.2 Impactos ambientales

Durante la ejecucin de un micropilote, se puede contaminar las aguas

subterrneas con la adicin muy comn de cementos cargados de sustancias

qumicas nocivas.

Las vibraciones y los posibles levantamientos de polvo y ruido son limitados por

la las dimensiones pequeas del trabajo. Caso contrario de los pilotes como se

mostrar a continuacin.

Foto 4: Aspecto de un micropilote recin inyectado.

3.1.2 Pilotes

Los pilotes fabricados in situ, son estructura circulares de hormign armado,que permiten trasladar las cargas hasta un estrato de mayor resistencia, cuando este

se encuentre a una profundidad que hace inviable el uso de fundaciones

convencionales. La resistencia de estos deriva principalmente de la friccin

(interaccin entre la lechada de cemento y el terreno circundante) desarrollada entre

el suelo y el pilote a travs del fuste, y asimismo de la resistencia por la punta cuando

este es proyectado y se apoya en un estrato resistente.


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Foto 5: Colocacin de pilotes.


a) Como elementos de carga

En la fundacin de estructuras sobre suelos con poca capacidad soportante.

En la fundacin de estructuras sobre suelos expansivos y colapsables.

Para socalce y refuerzo de estructuras.

Como reductores de asentamientos diferenciales.

Para fundacin de estructuras altas sometidas a grandes cargas de viento y/ossmicas.

b) Sostenimiento de terreno

Contencin, proteccin y sostenimiento de laderas y taludes.

Construccin de estructuras de retencin de tierra.

c) Elementos trabajo a traccin

Bajo estructura sometidas a subpresiones.

Bajo torres de transmisin y losas de stanos bajo el nivel fretico, que estn

sometidas a levantamiento.

d) Fundaciones expuestas a erosin

Se utilizan en la fundacin de puentes, para evitar la posible prdida de

capacidad de carga producto de la erosin del suelo.

Las fases de la formacin de pilotes es similar a la de los micropilotes, solo

que a mayor escala.


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a) Perforacin.

b) Colocacin de la armadura tubular.

c) Inyeccin de relleno para formacin de la vaina. d) Inyeccin a presin para formacin del bulbo.

e) Relleno del interior del tubo.

Figura 16: Fases de la ejecucin de pilotes.

Fuente:http://www.monografias.com/trabajos30/recalces/recalces.shtml


Pueden afectar en gran medida a los acuferos subterrneos.

Las grandes maquinarias necesarias para su colocacin pueden producir

grandes ruidos y/o levantar polvo.

Foto 6: Pilotes recin formados.
http://www.monografias.com/trabajos30/recalces/recalces.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos30/recalces/recalces.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos30/recalces/recalces.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos30/recalces/recalces.shtml


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3.1.3 Jet-grouting

El Jet-Grouting es la tcnica de inyeccin que ms podra afectar al medio

ambiente por la gran presin ejercida para sustituir materiales dbiles y llenar

discontinuidades.

Bsicamente se expulsan chorros de lechada de cemento (grout) a travs de

unas toberas a velocidades muy altas, logrando as la rotura del terreno y su ntima

mezcla con el mismo.

Foto 7: Mquina de inyeccin para el jet-grouting

Se realiza en dos fases:

a) Primera Fase: Perforacin

Se ejecuta a destroza hasta conseguir la profundidad mxima. Este sistema

est sometido a la calidad del material a atravesar, por lo general ser a rotacin con

tricono o trialeta para suelos y rocas blandas y rotopercusin con martillo en cabeza

para gravas, rocas duras y materiales artificiales.

Por encima de la herramienta inferior de corte, se ubica una vlvula especial

de eyeccin que est compuesta por una o ms toberas ortogonales al eje del

varillaje.

b) Segunda Fase: Extraccin con Inyeccin Simultnea

A medida que va subiendo a velocidades preestablecidas, se va extrayendo

el varillaje inyectado.


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Como resultado se obtiene una columna de terreno cementado en cada punto

sometido a tratamiento, cuyas dimensiones y resistencia se encuentran en funcin

del tiempo insumido en enviar los chorros de inyeccin, variando velocidades deextraccin y rotacin del varillaje, como tambin la dosificacin y presin de la

mezcla inyectada en el terreno.


Mejorar el terreno de cimentacin.

Impermeabilizaciones.

Recalce de estructuras.

Muros de contencin.

Asegurar cimentaciones de edificios o estructuras.


Se puede afectar en gran medida a construcciones cercanas por las vibraciones

producidas (Chepurnova 2014).

Genera contaminaciones significativas a los acuferos subterrneos.

La maquinaria utilizada puede producir ruidos y levantar polvo.

Figura 17: Comparacin de desplazamientos verticales monitoreados a lo largo de lasconstrucciones cercanas a una obra civil.

Fuente: (Chepurnova 2014)


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3.1.4 Compactacin Dinmica

Existen diversos mtodos de compactacin (con mquinas a rodillos,neumticos, patas de cabra, etc.) pero de todos ellos el de la compactacin dinmica

es que mayor impacto hace al medio ambiente.

La Compactacin Dinmica es una tcnica cuyo fin es el de mejorar las

propiedades mecnicas del suelo densificndolo e incrementando su capacidad

portante. Dicha densificacin se produce gracias a la creacin de ondas de

compresin y de corte de muy alta energa. Fue inventada y desarrollada por Louis

MENARD en 1969.http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Ite

mid=17

La densificacin de los suelos se consigue mediante la ejecucin de impactos

llevados a cabo con pesos de 8 a 200 toneladas que se dejan caer desde 15 a 40

metros.

Foto 8: Gra realizando una compactacin dinmica.

3.4.1 Aplicaciones y Ventajas:

Inmediata densificacin de los suelos granulares.

Disipacin de las presiones intersticiales.

Gran velocidad de ejecucin (> 10.000m2 al mes). Buena adaptacin a grandes

superficies de tratamiento.
http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=17http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=17http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=17http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=17http://www.menard.es/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=17


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Foto 10: Residuos generados por grandes urbes.

El relleno sanitario es una de las tcnicas que se usan en la actualidad para la

disposicin final de residuos slidos urbanos, no perjudica a la salud o seguridad

pblica y es de bajo impacto medioambiental. Es una tcnica que emplea principios de

ingeniera, donde diariamente los residuos slidos se mezclan, se esparcen en capas

delgadas, se compactan y sepultan bajo una capa de tierra o espuma plstica. El relleno

sanitario es en esencia una excavacin en el suelo recubierta con un revestimiento

impermeable con plstico o arcilla, que reduce infiltraciones al subsuelo, sobre la cualse colocan y se distribuyen los residuos urbanos (Jaramillo 2002).

Dependiendo de la cantidad de residuos slidos urbanos que se generan, es el

tipo de relleno sanitario que se utiliza.}

Tabla 1: Tipos de relleno sanitario y cantidad de residuos slidos urbanos (RSU).

Tipo de relleno sanitario RSU Ingresados (ton/da) Tipo de Municipio

Mecanizado >40 UrbanoSemi-mecanizado 16 a 40 Urbano y semirural

Manual 15 o menor Rural

Fuente:(Jaramillo 2002)

Para la construccin y correcta operacin de un relleno sanitario es esencial

tomar en cuenta las caractersticas del terreno, como lo son el tipo de suelo y la

profundidad del nivel fretico, para evitar la contaminacin de los mantos acuferos


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por lixiviados. Los mtodos elementales de construccin son el mtodo de trincheras o

zanjas y el mtodo de reas.

3.2.1 Mtodo de trincheras o zanjas

El mtodo de trincheras o zanjas consiste en cavar varias zanjas o trincheras,

en las cuales se deposita la basura para despus cubrirla con tierra de la misma

excavacin. En este mtodo se requiere un buen sistema de drenaje, para que no haya

acumulacin de lquidos en los periodos de lluvia. El mtodo no se puede utilizar en

zonas donde haya mantos acuferos muy prximos a la superficie, por riesgo de

contaminarlos, o en terrenos excesivamente rocosos, por la dificultad de excavacin

(Jaramillo 2002).

Figura 18: Construccin de rellenos sanitarios por el mtodo de zanjas.

3.2.2 Mtodo de reas

El mtodo de reas se utiliza principalmente en terrenos planos, donde los

mantos freticos estn muy cercanos a la superficie. Este mtodo exige una ligera

elevacin del terreno para la construccin de los rellenos sanitarios. Tambin se

pueden emplear depresiones naturales o canteras abandonadas de poca profundidad.

El material de cobertura que se maneja en estos casos se extrae de terrenos cercanos,


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para evitar costos elevados por manejo de acarreo. La construccin de las celdas de

residuos, espacios donde se va confinando un cierto volumen de basura, debe de

iniciarse desde el fondo del terreno, procurando conservar una pendiente del talud de18 a 27 grados, para evitar deslizamientos y lograr una mayor estabilidad. A medida

que se eleva el relleno las celdas se extienden, se apisonan y se recubren diariamente

con capas de tierra, como parte de su manejo y correcta operacin (Jaramillo 2002).

Figura 19: Relleno sanitario por el mtodo de reas.

Tambin se pueden combinar ambos mtodos, el de trincheras o zanjas y el

de reas, para crear un relleno sanitario hbrido. Esto es posible gracias a que tienen

tcnicas similares de operacin, al combinarlos se obtienen mejores resultados, se

aprovecha mejor el terreno y el material de cobertura.

El costo de los rellenos sanitarios es moderado y en algunos casos se pueden

manejar grandes volmenes de residuos. Estas instalaciones son consideradas obras

de saneamiento bsico y operan como tal. El buen funcionamiento del relleno se basa

en utilizar un suelo adecuado que asegure el buen diseo del relleno, optimizando

con esto su operacin y control (Tyler 1994).


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Foto 11: Combinacin de los mtodos de reas y de trincheras o zanjas para la construccin del

relleno sanitario.

Los rellenos sanitarios se disean para reducir al mximo la contaminacin

atmosfrica, del subsuelo y de los mantos acuferos. Al depositarse los residuos en

los rellenos, stos comienzan a descomponerse mediante una serie de procesos

qumicos complejos. Los productos principales de la descomposicin son los lquidos

lixiviados y los gases. Tanto los lquidos como los gases pueden afectar la salud de la

poblacin de los alrededores (Tyler 1994).

3.2.3 Monitoreo de residuos urbanos mediante modelos 3D en computadores

Las mejoras en la velocidad y capacidad de las computadoras sumado a la

mayor recoleccin y digitalizacin de datos geolgicos permiten ahora a los

geocientficos producen significativas modelos espaciales 3D del subsuelo pocoprofundo en muchas zonas urbanas grandes, para predecir las condiciones del terreno

y reducir el riesgo y la incertidumbre en la planificacin urbana. An no est claro

cun til este enfoque de modelado 3D es a escalas urbanas ms pequeas, donde los

depsitos antropognicas mal caracterizado (rellenos artificiales) forman el material

de subsuelo dominante y donde la disponibilidad de datos geolgicos de

perforaciones y otros son menos completos. Esto es importante ya que es en estos


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sitios urbanos ms pequeos, con historias complejas, que a menudo forman parte

del foco de los planes de regeneracin y de renovacin urbana (Tame et al. 2013).

Estos modelos delimitan claramente la geologa del subsuelo en general en el

sitio, y permiten la visualizacin y modelado de los depsitos antropognicas

presentes. Los datos geofsicos superficiales recogidos en el sitio pueden validar

parcialmente los datos 3D modelados, y pueden mejorar las salidas de las

computadores donde los lmites de depsitos antropognicas pueden no ser

claramente definidos en superficie, o por datos de perforaciones. El reconocimiento

de las propiedades geotcnicas y geoqumicas en los modelo 3D es difcil sin

investigaciones en el propio terreno o sin muestreos. Sin embargo, la combinacin dedatos de perforaciones disponibles, mtodos geofsicos superficiales e datos

histricos puede permitir la reduccin del riesgo en la incertidumbre de como

continuar con el desarrollo urbano de una ciudad (Tame et al. 2013).

Figura 20: Vista area del Valle de Sheepcote en el Reino Unido, donde (Tame et al. 2013)realizun estudio 3D de su relleno urbano con fines de zonificacin geotcnica.


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(Tame et al. 2013) realiz un estudio donde examina el grado en que el

enfoque de modelamiento 3D utilizado anteriormente a grandes escalas urbanas, se

puede extenderse a sitios urbanos ms pequeos menos caracterizado, utilizando elsitio histrico del vertedero del Valle de Sheepcote, Reino Unido. Gener y compar

2 modelos 3D mediante el software GSI3D, uno usando slo datos de perforacin, y

el otro combinando datos de perforacin con mapas geolgicos locales y los

resultados de un estudio terico (que implica el cotejo de datos de sitio disponibles,

incluidos los planes de adaptacin al suelo)

Figura 21: Comparacin entre los 2 modelos 3D realizados por (Tame et al. 2013).


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En la figura anterior, en los diagramas de la izquierda (a-c) se pueden

distinguir 5 unidades: topsoil (amarillo claro), cobertura/topsoil (gris claro), residuos

(gris oscuro), creta (verde), y limo-arcillita gris (uniad menor no visible en laescala del diagrama). El segundo modelo (derecha, d-f) tiene cuatro unidades:

topsoil (amarillo claro), relleno (gris oscuro), depsitos superficiales (morado) y

cretas (verde). Este modelo usa los registros de perforacin combinado con

informacin del mapeo geolgico local y estudios anteriores, as la inclusin del

depstio superficial y se logra incluir depsitos superficales y una mejor estimacin

de la profundidad del relleno basado en la forma del valle. Los diagramas superiofes

muestran un perfil N-S usado para construir cada modelo, no existe exageracinvertical (Tame et al. 2013).

3.3 PLAN PIGARS-CAJAMARCA

Plan Integral de Gestin Ambiental de Residuos Slidos (PIGARS

Cajamarca) es un instrumento base para consolidar una serie de acciones de

mejoramiento de la gestin y manejo de los residuos slidos, que se viene

desarrollando desde la Municipalidad Provincial a travs de su Proyecto Especial de

Limpieza Pblica y la Gerencia de Recursos Naturales, Medio ambiente y

Participacin Ciudadana. Esto permitir contrarrestar los impactos negativos en la

salud y el ambiente, primordialmente en el recurso suelo de la zona Shudal, donde se

ubica el botadero y en las zonas de los puentes donde existen puntos crticos o

acumulacin de residuos de forma permanente y que se viene generado por el

inadecuado manejo de residuos slidos (Ruis 2004).

3.3.1 Generacin de Residuos Slidos

La generacin de residuos slidos de origen domiciliario est ntimamente

ligada al nmero de habitantes o pobladores que existen en la localidad. El Cuadro

16, muestra el tamao poblacional por distrito y la generacin de residuos

domsticos. (ver detalles de la generacin en los anexos 5, 6, 7, 8 y 9). Cabe sealar

que no toda la poblacin vive en el casco urbano, sin embargo en un escenario futuro

debemos pensar en brindar servicio al 100%.


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FACULTAD DE INGENI

geotecnia y desarrollo urbano

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