Geotecnia Ambiental
GEOLOGIA AMBIENTAL RIESGOS GEOLOGICOS GEOTECNIA AMBIENTAL PROCESO DE RESOLUCION DE PROBLEMAS ACTIVIDADES DE LA GEOTECNIA AMBIENTAL APLICACIONES EN CHILE EXCAVACIONES SUBTERRANEAS TRANQUES DE RELAVE ESQUEMA RELLENO SANITARIO PRODUCCION DE RESIDUOS ETAPAS DEL MANEJO DE RESIDUOS SOLIDOS SELECCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO ETAPAS DE CONSTRUCCION DE UN RELLENO TECNICAS PARA DISEÑO Y DESTINO DE UN VERTEDERO COEFICIENTES DE SEGURIDAD
GEOLOGÍA AMBIENTAL “ Co Conj njun unto to de té técn cnic icas as , mé méto todo doss y co cono noci cimi mien ento toss geológicos aplicados, destinados a dar dar respuesta a la gestión responsable de los recursos naturales, protección del medio ambiente y uso racional del territorio “ ( INSTITUTO GEOLÓGICO MINERO DE ESPAÑA ) “ La Geología Ambiental constituye la culminación de un proceso que comienza estudiando y aplicando aisladamente temas de distintas ciencias, hasta reconocer la necesidad de de un enfoque polivalente, que permita planificar con acierto el uso del territorio “
RIESGOS GEOLOGICOS • •
RIESGOS ASOCIAD RIESGOS AS OCIADOS OS A LA GEODINÁMICA GEODINÁMICA GEODIN ÁMICA EXTER EXTERNA NA : ASOCIADOS Desprendimientos , deslizamientos , inundaciones , aluviones, hundimientos, etc.
• •
RIESGOS ASOCIAD RIESGOS AS OCIADOS OS A LA GEODIN G EODINÁMICA ÁMICA INTE INTERNA RNA : ASOCIADOS GEODINÁMICA Volcanes, terremotos, etc.
• •
RIE RIESGO SGOS S ASOCIA ASO CIADOS DOS A LA LA ACCIÓN ACCIÓN DEL DEL HOMBRE HOMBRE HOMBR E: RIESGOS ASOCIADOS Explotación y uso indiscriminado de los recursos naturales, generación de grandes cantidades de residuos.
GEOTECNIA AMBIENTAL
GEOTECNIA AMBIENTAL : Actividad técnica destinada a resolver diferentes problemas originados por las variaciones de las condiciones condiciones ambientales, que se presentan presentan en los suelos en condiciones naturales o artificiales. Es el punto de encuentro entre la geotecnia clásica y las ciencias ambientales que se produce cuando se atienden cuestiones en las que por el propio material o por el método de solucionar el problema, es preciso el concurso de la Geotecnia, Geote cnia, o cuando cuando se se trata de de aspectos aspectos geotecnico geotecnico en los
PROCESO DE RESOLUCION DE LOS PROBLEMAS DE MECANICA DE SUELOS
MECANICA DE SUELOS Conceptos teóricos : Modelos y propiedades.
GEOLOGIA, EXPLORACION Análisis de Laboratorio y de Terreno. Parámetros de diseño.
EXPERIENCIA Precedentes - Soluciones que han resultado correctas
ECONOMIA
+
CRITERIO PROFESIONAL
SOLUCIONES A PROBLEMAS DEL TERRENO
ACTIVIDADES DE LA GEOTECNIA AMBIENTA • Erosión de las laderas
naturales por flujos de aguas, precipitaciones, influencia de variaciones térmicas, acciones eólicas, etc.
•
Erosión o inestabilidad de taludes de cortes ejecutados sobre laderas naturales
•
Erosión de materiales pétreos empleados en recubrimientos por cambios ambientales como
ACTIVIDADES DE LA GEOTECNIA AMBIENTA
• •
Problemas de estabilidad de depósitos de residuos mineros.
• •
Estudio de propiedades geotécnicas de residuos mineros y su utilización en presas como las de relaves.
• •
Aprovechamiento de cenizas volantes o escorias como materia prima de caminos, terraplenes o rellenos.
ACTIVIDADES DE LA GEOTECNIA AMBIENTAL
Diseño, construcción y operación de rellenos sanitarios.
Utilización de rellenos sanitarios como apoyo de estructuras livianas.
Trabajo interdisciplinario para la solución y planificación de temas medio ambientales.
APLICACIONES EN CHILE • •
RECUPERACIÓN DE ÁREAS IMPACTADAS POR EL VERTIDO DE RESIDUOS SÓLIDOS Vertederos Sanitarios : Parques La Feria; La Castrina, y La Cañamera Tranques de Relaves : Planta M.A. Matta, Copiapó. Los Maquis, Cabildo.
• •
EMPLEO DE RELLENOS ARTIFICIALES FORMADOS POR RESIDUOS COMO MATERIAL DE APOYO DE ESTRUCTURAS LIVIANAS. Relleno Experimental de Limache : Av. Salesianos, Santiago.
• •
DISEÑO Y CONTROL DE OPERACIÓN DE TRANQUES DE RELAVES. Los Maquis, Cabildo. Plantas de Relaves en la zona norte del país.
APLICACIONES EN CHILE • •
DISEÑO Y CONTROL DE OPERACIÓN DE RELLENOS SANITARIOS El Molle, Valparaíso. Orito, Isla de Pascua.
• •
EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL DE VERTEDEROS SANITARIOS Y TRANQUES DE RELAVES. RELAVES Relleno Sanitario Loma Los Colorados Til-Til, Santiago.
• •
FENÓMENOS DE DESLIZAMIENTO DE GRANDES MASAS Antofagasta, Quebrada de Macul.
• •
APROVECHAMIENTO DE CENIZAS VOLANTES O ESCORIAS EN OBRAS DE CONSTRUCCIÓN. CONSTRUCCIÓN Refinería de ENAMI y CHILGENER, Ventanas.
• •
SISTEMAS DE CONTROL DE AVANCE DE DUNAS. Chañaral y Reñaca.
su efecto en especies vegetales Caso Colector de Valparaíso
TRANQUES DE RELAVES ( Disciplinas ) ITERIOS DE SELECCIÓN 1. Control Ambiental Legislación vigente Utilización de cursos reguladores de agua Permeabilidad del terreno Efluentes superficiales Emisiones de polvo Distancia planta - tranque y de Centros poblados Especies de flora y fauna y zonas arqueológicas e históricas • • • • • • •
2. Procesos e Hidráulica Ubicación tranque - planta Método constructivo Transporte del relave Capacidad y Seguridad del tranque Recirculación de agua • • • • •
TRANQUES DE RELAVES ( Disciplinas ) RITERIOS DE SELECCIÓN 3. Geología y Geotecnia Geología del área Permeabilidad Fuentes de empréstito Estabilidad del muro • • • •
4. Hidrología • •
Crecimiento del muro y capacidad de embalse Drenaje superficial
5. Topografía • • •
Area disponible Perfil del terreno Bases topográficas
LA GEOTECNIA AMBIENTAL APLICADA A RELLENOS SANITARIOS
PRODUCCION DE RESIDUOS ( Ton/día ) VERTEDERO DE LIMACHE ( Rural ) VERTEDERO DE VALPARAISO ( El Molle ) VERTEDERO DE SANTANDER ( Meruelo ) VERTEDERO DE MADRID ( Valdemín Gómez ) RELAVES MINERÍA PLANTA M. A. MATTA DIVISION EL TENIENTE DIVISION CHUQUICAMATA
80 300 400 3200
2000 15000 106000
VERTEDEROS SANITARIOS DE SANTIAGO(1995) V E R TE D E R O S LO ERRAZURIZ CERROS DE RENCA LE P A N T O
COM UNAS ATENDIDAS 22
TO N. M ED IO
R EC E PC IO N A DO
2100
2616
16
800
1885
6
180
493
Región Región Metropolitana Metropolitana de de Chile: Chile: pasó pasó de 0.64 0.64 kg/hab/día kg/hab/día en en 1985 1985 aa 0.75 0.75 en 1991 y a 0.80 en 1993. En las ciudades latinoamericanas la producción de desechos puede variar entre entre 0.35 0.35 y 1.0 kg kg por habitante cada día. En los países desarrollados los máximos pueden alcanzar hasta 3 kg por habitante cada día.
VERTEDEROS VERTEDEROS (1997) (2000) LEPANTO Empresa Empresa Municipios atendidos atendidos Recep. diaria residuos (ton) (ton) Costo Costo a municipio municipio (ton) (ton) Costo Costo a privados privados (ton)
EMERES EMERES 22 22 (16) (16) 4200 4200 U$ U$ 9.2 9.2 (id) (id) U$15.3 U$15.3
TIL TIL KDM KDM 20 20 (26) (26) 3000 U$10 U$10 (9) (9) (*) (*) U$ U$ 16.7 16.7
Costos en países desarrollados van desde U$ 12 a 40 o más c/t para residuos municipales dispuestos en rellenos sanitarios.
ETAPAS DEL MANEJO DE RESIDUOS SÓLIDO
• •
Producción
• •
Almacenamiento
• •
Recolección
• •
Transferencia
• •
Transporte
• •
Procesado
• •
Disposición final
• •
Recuperación
Vertido directo Vaciado al mar, ríos, lagos Incineración Compostaje Vertedero sanitario
FACTORES PARA LA SELECCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO DE UN VERTEDERO SANITARI •
MEDIO AMBIENTALES
• •
ECONÓMICOS
• •
POLÍTICOS
• •
TÉCNICOS => GEOTECNICOS Calidad del subsuelo Existencia de napas subterráneas y drenajes Estabilidad de taludes
Es una obra de ingeniería, en la que se emplean técnicas y maquinaria de movimiento de tierras para construir rellenos artificiales. Se le considera actualmente como la mejor solución técnica, económica y sanitaria, mayoritariamente empleada a pesar de los esfuerzos por generar sistemas alternativos. Los residuos del relleno, tienen un elevado potencial contaminante reflejado principalmente en la producción de lixiviados y biogas. Las características y heterogeneidad de estos residuos, influyen en el comportamiento geotécnico de estos rellenos. En los próximos años los costos de inversión y operación se incrementarán, debido al aumento en la cantidad y variación de las características de los desechos y debido a las restricciones medioambientales que exige el desarrollo sustentable.
SELECCION DEL EMPLAZAMIENTO: Disponibilidad de empréstitos, geología local, facilidad para excavaciones, condiciones hidrogeológicas, existencia de material de cobertura, etc. DISEÑO CONSTRUCCION OBRAS DE PARTIDA: pretiles, drenes, sellos impermeables, etc. OPERACION CIERRE:
Operación que da por finalizada la explotación, se clausura el lugar y se realizan faenas de desmantelamiento, limpieza superficial y colocación de una capa de cobertura final.
SELLADO:
Operación posterior al cierre en la cual se construyen las obras destinadas a mantener los residuos aislados, minimizando los riesgos de contaminación y peligro sanitario. También se deben considerar las obras destinadas al monitoreo y eventualmente preparar la superficie para realizar las futuras obras de reinserción.
REINSERCION:O peración destinada a reincorporar el sitio ya sellado a su entorno, controlando las emisiones y los problemas que puedan causar impactos negativos al ambiente y la salud. Se finaliza con la Implementación de las instalaciones de monitoreo, necesarias
EN LA ETAPA DE SELECCION DEL EMPLAZAMIENTO: ESTABILIDAD: es indispensable contar con un adecuado conocimiento de la capacidad portante y deformabilidad del suelo de fundación; de las obras de partida; la estabilidad de los taludes naturales o artificiales; el riesgo de colapso y fenómenos geológicos activos o reactivables que puedan generarse. PREVISIONES SOBRE MATERIALES: es preciso contar con información acerca de la facilidad para la excavación; disponibilidad y calidad del suelo de cobertura; composición geológica local y general, que permita investigar si el subsuelo está compuesto de rocas solubles o cavidades. HIDROGEOLOGIA: ante la necesidad de proteger el agua por ser el vehículo más activo de difusión de contaminantes en el terreno, se debe conocer la distribución de aguas freáticas, freáticas, acuíferos yy sus propiedades hidráulicas. BARRERAS IMPERMEABLES: estudio de la permeabilidad del subsuelo y en las situaciones en que no se cuenta con suelo natural suficientemente impermeable y exista riesgo de contaminación de aguas o suelos, búsqueda de barreras
EN LAS ETAPAS DE OPERACIÓN Y DE POSTCLAUSURA: CONTROL GEOTÉCNICO DE LA OPERACIÓN: compactación de residuos y cobertura; calidad de materiales; comportamiento obras geotécnicas(sellos, drenes, taludes, etc.) ANALISIS ANALISIS DE DE LA LA COMPRESIBILIDAD COMPRESIBILIDAD y tiempo de de estabilización estabilización en las deformaciones de los rellenos, para contribuir a la determinación de la vida útil y futuros usos de los vertederos sanitarios. sanitarios. DETERMINACION DE DE LA RESISTENCIA RESISTENCIA del relleno, relleno, así así como como lala evolución evolución de de los los parámetros resistentes con el tiempo. ANALISIS DE DE LA LA ESTABILIDAD ESTABILIDAD DE DE TALUDES TALUDES en en vertederos, vertederos, especialmente especialmente en en lugares de topografía accidentada donde es necesario recurrir a diseños que cuentan con taludes importantes.
versas maqu nar as usa as en ver e eros.
Pala empujadora de basuras
Tractor de oruga Pala empujadora normal
Tractor de neumaticos
Pala cargadora de uso múltiple
Pala cargadora normal
Dragalina
Retroexcavadora
TECNICAS PARA EL DISEÑO Y DESTINO FINAL DE UN VERTEDERO SANITARIO
•
Ensayos de penetración ( CPT o SPT )
• •
Prospección Geofísica
• •
Ensayos in situ como Placa de Carga
• •
Ensayos de Laboratorio como Edómetros de gran diámetro
• •
Ensayos a escala real o prototipos
Asientos iniciales producidos por mecanismos mecánicos:
C c = S 1+ e0
0
log
( σ V0 + ∆ σ V0 σ V0
Donde:
Spp H00 Ccc V0 V0
e00
V0 V0
= = = = = =
asiento al final de la consolidación primaria altura inicial del relleno coeficiente de compresibilidad presión efectiva en el relleno sobrecarga efectiva índice de vacíos
Terminada la primera fase los asientos producto de cambios físico químicos, degradación biológica y compresión mecánica secundaria, en condiciones ambientales estables tienen un comportamiento más o menos lineal con el log. del tiempo, similar a la compresión secundaria de suelos.
S
=
s
C 1 + e α
H 0
Donde: Donde:
Sss H C e00 t22 t
== asiento asiento durante durante la consolidación secundaria al tiempo t22 == altura altura de la la celda al al tiempo tt11 == índice índice de de compresión compresión secundaria == índice índice de vacíos == tiempo tiempo de de estimación estimación de asientos = tiempo tiempo de inicio de la consolidación secundaria secundaria
l o g (
t 2 t 1
)
Vertedero de Meruelo
80 60
) a 40 P M ( c 20 q , A 16 14 T N 12 U 10 P 8,0 N E 6,0 A I C 4,0 N E T S I 2,0 S 1,6 E 1,4 R 1,2
ARENAS MUY DENSAS
S A V A R G Y DENSAS S A R E F I H C MEDIANAMENTE N DENSAS O C S A N E R AFLOJAS
Jessberger (1990)
Hinkle (1990) Siegel et al. (1990) MEZCLAS DE ARENAS LIMOSAS
ARENAS ARCILLOSAS Y LIMOS
ARCILLAS ARENOSAS Y LIMOSAS
ARCILLAS INORGANICAS NO SUCEPTIBLES, NO FISURADAS
MUY DURAS DURAS MUY FLOJAS
1,0
FIRMES
0,8 0,6
0,4
Los valores de la relación de rozamiento disminuyen en precisión con valores bajos de qc y en penetraciones superficiales
BLANDAS
MUY BLANDAS
ARCILLAS ORGANICAS Y SUELOS MEZCLADOS
Círculos de rotura superficiales y de pie.
Rotura general del suelo de cimentación.
Deslizamiento en la zona interior, sobre el sello lateral o suelo natural.
Círculos de rotura del piel y de pie en vertederos en pendiente.
Perfil del vertedero controlado de Meruelo. Malla de tanteos.
410
MALLA DE CENTROS
400
DE CIRCULOS PESIMOS
390
LOS CONSIDERADOS
380
caballones de cierre
370 360
residuos sólidos
350
dique inicial
340 330
muro de escollera
320
suelo natural
310 300 290 280 270 260 250 240
230 220
COTAS (m)
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170 180
190
200
210 220
1
1
2
1 5 3 4
Coeficientes de seguridad calculados considerando talud indefinido y mediante el método de Bishop modificado. parámetros resistentes c (t/m2) 0,0
método
γ = 0,8 (t/m3)
γ =1,0 (t/m3)
γ =1,2 (t/m3)
Bishop
1,348(S)
1,373(S)
1,440(S)
talud indefin.
1,336
1,336
1,336
φ (°) 24
coeficientes de seguridad
0,5
22
Bishop talud indefin.
1,555(S) 1,316
1,566(S) 1,290
1,561(S) 1,281
1,0
20
Bishop
1,703(P)
1,672(P)
1,631(P)
talud indefin.
1,300
1,258
1,231
Bishop talud indefin.
1,772(P) 1,287
1,702(P) 1,225
1,648(P) 1,183
1,5
18
(S) = coeficiente de seguridad de un círculo pésimo de carácter superficial (P) = coeficiente de seguridad de un círculo pésimo de carácter profundo
CONOCIMIENTOS PARA LA FASE DE REINSERCIÓN
AGRONOMICOS Y PAISAJISTICOS GEOTECNICOS
EXPERIENCIAS NACIONALES EN REHABILITACIÓN DE RELLENOS SANITARIOS
• Congresos
de Ingeniería Sanitaria de Viña del Mar(1979); Temuco(1983); La Serena(1989) y Copiapó(1997)
• Población La Explanada de Valparaíso y antiguo vertedero de La Florida en Santiago.
• Parque Intercomunal La Reina; antiguo vertedero de Curicó
• Antiguo vertedero de Macul
EXPERIENCIAS NACIONALES EN REHABILITACIÓN DE RELLENOS SANITARIOS Programa de Parques del SERVIU Metropolitano sobre los antiguos vertederos :
• La Castrina • La Feria • La Cañamera Otros Programas:
• Antiguos Botaderos de Cerrillos • Reinserción Relleno Sanitario Lo Errázuriz
