Zonificación geotécnica de la zona centro del Municipio de Sogamoso por medio de un SIG

Resumen

La zonificación geotécnica hace parte del proceso que conduce a la microzonificación sísmica de un territorio, siendo una de las actividades inmediatamente anteriores a los análisis y modelamiento de la respuesta dinámica de los depósitos de suelo. Este informe, presenta la información geotécnica del subsuelo, así como los aspectos conceptuales y metodológicos de la zonificación geotécnica de la zona centro del área urbana de la ciudad de Sogamoso.

El proyecto se basó en; la recopilación y análisis de la información disponible proveniente de estudios de suelos realizados por diversas firmas consultoras en la ciudad. Y en el proceso detallado empleado para la obtención del mapa de zonificación geotécnica.

Con la recopilación y análisis de estudios de suelos es posible tener una concepción general inicial de las características de los suelos con la cual identificar vacíos de información y planificar nuevas exploraciones. Igualmente, cuando la información disponible es compilada y organizada apropiadamente, se convierte en un valioso complemento para la determinación y caracterización de unidades geotécnicas. Llegar a la organización de datos en una base adecuada, sin embargo, requiere un gran esfuerzo organizativo que parte desde la identificación de fuentes hasta el análisis de los datos. En este informe se describen en detalle ambas actividades y los resultados encontrados para la ciudad de Sogamoso.

PALABRAS CLAVE: zonificación geotécnica, Base de datos, microzonificación sísmica .

ABSTRACT

The geotechnical zoning is part of the process leading to the seismic micro-zoning of an area, one of the activities immediately prior to the analysis and modeling of the dynamic response of soil deposits. This report presents geotechnical subsurface information and the conceptual and methodological aspects of geotechnical zoning of the central urban area of the city of Sogamoso.

The project was based on, the collection and analysis of information available from soil surveys conducted by various consulting firms in the city. And the detailed process used to obtain the geotechnical zonation map. With the collection and analysis of studies of soils is possible to have a general conception initial characterization of the soil with which to identify information gaps and plan further exploration. Similarly, when information is compiled and organized properly, it becomes a valuable complement to the identification and characterization of geotechnical units. Getting to the organization of data on an appropriate basis, however, requires a major organizational effort that starts from the identification of sources to the data analysis. This report describes in detail both activities and findings for the city of Sogamoso.

KEYWORDS: Geotechnical zoning, Database, Microzonation.

Introducción

El municipio de Sogamoso cuenta con una gran cantidad de información del suelo y subsuelo resultado de las obras de ingeniería desarrolladas sobre estos, la cual no ha sido ni almacenada ni procesada. Por tal motivo se requiere desarrollar una base de datos con el fin de recopilar y actualizar la información de estos datos. Una vez recopilados y almacenados se requerirá de un sistema de información geográfica para amarrar la información y finalmente llegar a la zonificación geotécnica con base en la clasificación unificada de suelos (USC) y parámetros físicos (IP y Humedad) obtenidos de dichos estudios. Lo anterior con el fin de brindar una herramienta de apoyo para la planeación y evaluación de posteriores proyectos Tanto del punto de vista estructural como presupuestal.

La zonificación geotécnica se basa en la clasificación de unidades geotécnicamente homogéneas, que pueden abarcar diferentes edades geológicas; a su vez, estas pueden dividirse en subunidades según sus características físicas y propiedades mecánicas, con fines a la planificación y uso del territorio; además de aportar datos sobre las características del suelo y subsuelo de una determinada zona para evaluar su comportamiento y prever los problemas geológicos y geotécnicos.

A partir de datos geotécnicos existentes en el municipio de Sogamoso producto de las diferentes obras de ingeniería que se han desarrollado en este, se pretende generar un modelo conceptual de zonificación por medio de una base de datos y utilización de un SIG (ArcGIS) en base a los parámetros presentes en los suelos del municipio. Este modelo permitirá conocer el comportamiento mecánico de los suelos del municipio así como su posible uso y tratamiento que se debe lleva a cabo para desarrollar sobre estas obras de ingeniería.

Objetivo

Realizar la zonificación geotécnica con base en la clasificación unificada de suelos (USC) según estudios de suelos realizados en la zona centro del área urbana del municipio de Sogamoso, considerando los contrastes hasta una profundidad tope de 7m.

Localización

El municipio de Sogamoso se halla situado a 2570 m.s.n.m., con una temperatura media de 17°C; está localizado a 5°43"15"" de latitud norte y 72°56"54"" de longitud al oeste de Greenwich. Dista de Bogotá a 124 Km hacia el norte y 127 Km al oriente respectivamente. La mayor parte del área urbana se localiza sobre los terrenos planos que constituye el valle de Sogamoso. [1]

La zonificación se realizo específicamente en las coordenadas:

Este: 1"124.700 y 1"123.500.

Norte: 1"126.600 y 1"127.800.

Metodología

Con el fin de conseguir el objetivo central del proyecto, es necesario abordar el análisis de los datos, su origen, su naturaleza, y delimitar la zona de estudio, para exponer seguidamente los instrumentos conceptuales y metodológicos utilizados para el tratamiento de los datos y la obtención de resultados.

Recopilación Bibliográfica

Recopilar la información existente sobre zonificación geotécnica realizada en el municipio de Sogamoso, además de otros estudios de este tipo realizados en otras ciudades como Bogotá, y en países como Argentina y España.

Recopilar La Información Geotécnica Existente En La Ciudad De Sogamoso

Realizar las solicitudes de los estudios geotécnicos de la ciudad de Sogamoso a entidades como la secretaria de planeación y las curadurías de la ciudad.

Evaluar La Información Obtenida

Una vez obtenida la información se realizara una verificación y selección de los datos

Crear La Base De Datos Con Los Datos Recopilados

Con la consolidación de los datos existentes y obtenidos se propondrá un modelo entidad relación adecuado para almacenar y analizar la información, la cual se pueda modelar sobre un SIG (ARCGIS).

Proponer Un Modelo De Zonificación.

Una vez seleccionada e incorporada la información en la base de datos del Sistema de Información Geográfica (ARCGIS) se determinara el modelo conceptual de zonificación.

Estructura y diseño de la base de datos geotécnica (BDG)

IMPLEMENTACIÓN Y ALIMENTACIÓN

Para llevar a cabo esta actividad, se acudió a todas las posibles fuentes de información tales como las compañías de ingenieros consultores, entidades públicas y privadas de la ciudad que elaboraran o dispusieran de estudios de suelos. Como resultado de esta investigación se contactaron a 4 fuentes. Paso seguido se realizó un primer acercamiento con cada una de ellas para identificar su información, con el fin de clasificar a cada una según el tipo, cantidad y accesibilidad de la misma.

De acuerdo con las condiciones establecidas por las fuentes de información, se planteó una estrategia para optimizar los recursos, que consistió en incorporar la mayor cantidad de información consignada en los estudios de suelos. Cuando un estudio lo ameritaba, en lo posible, se procedió a tomar fotocopia a la parte del estudio que fuese de interés (archivo análogo del proyecto) con el fin de tener material de trabajo y de consulta rápidamente. Paralelo al proceso de alimentación de la BDG, cada estudio se localizó en la base cartográfica a Escala 1:10.000 (Fuente: Planeación Municipal). Para ello se digitalizaron las localizaciones de cada estudio o punto de exploración con la aplicación AcrGIS, con lo cual se obtuvieron las respectivas coordenadas planas georreferenciadas con origen Pacífico. .

Se genero un modelo de base de datos relacional para compilar la información existente del subsuelo de la ciudad de Sogamoso (tabla N° 1), proveniente de diversas fuentes públicas y privadas. Así se han recogido 142 estudios los cuales cuentan con un total de 298 sondeos. El modelo se implemento en las herramientas ArcView 9.2 y ACCES vinculando una tabla propietaria de AcrView con las tablas de acces. En las tablas (2, 3, 4 y 5) se pueden ver las principales tablas y sus atributos.

Modelo entidad relación

Para organizar los datos de una base de datos es necesario crear estructuras que los contengan. Existe varios modelos de almacenamiento pero el más extendido es el modelo Relacional. Este modelo se caracteriza por almacenar organizar los datos en forma de tabla, esta es una forma habitual de organizar la información. [2]

A continuación en la figura 3 se presenta el modelo entidad relación desarrollado para la creación de la base de datos, el cual nos permitió manejar la información geotécnica del municipio de Sogamoso de una manera más ordenada, se desarrollaron cinco entidades con sus correspondientes relaciones (uno a muchos y muchos a muchos).

FIGURA 3. Modelo entidad relación

TABLAS

Es la estructura básica de almacenamiento de datos. En ella es donde se introducen, buscan, eliminan y modifican los datos que contiene la base de datos.

Se desarrollaron 5 tablas con sus respectivos ID (llave primaria) de tal forma que se pudiera introducir la totalidad de la información adquirida del subsuelo del municipio, [3]como se sigue a continuación.

• Datos Generales

• Datos de los Sondeos

• Limites de Atterberg

• Propiedades Mecánicas.

• Granulometría.

DISEÑO DE FORMULARIOS

Los formularios son herramientas que mejoran la presentación y manipulación de datos mediante ventanas similares a los programas de entorno Windows. El diseño se realiza colocando controles y campos con el formato deseado. [4]

FIGURA 4. Formulario Datos Generales

FIGURA 5. Formulario Datos de Sondeos

Se desarrollaron dos formularios en los cuales se puede consultar la información necesaria de cada uno de los sondeos recopilados y almacenadas en esta base de datos, también por medio de dichos formularios se permite alimentar la base de datos.

Zonificación geotécnica

Con el fin de llegar a la zonificación geotécnica del municipio de Sogamoso fue necesaria la aplicación de técnicas geoestadísticas para la interpolación espacial con el método Kriging de acuerdo con el objetivo central de este trabajo, que pretende hacer la predicción de los valores de la clasificación USC en toda la zona de estudio a partir de los valores disponibles para una cantidad limitada de puntos, es necesario aplicar una técnica de geoestadística para hacer la interpolación espacial.

El método utilizado fue el Kriging, llamado así en honor al ingeniero de minas sudafricano G. Krige (Cressie, 1990). (Chang, 2002) define el Kriging como un método de interpolación lineal que asume que la variación espacial de un atributo incluye una componente correlacionada espacialmente que representa la variación de la variable regionalizada. Existen varios tipos de método Kriging que se pueden aplicar de acuerdo con la naturaleza de los datos y el comportamiento que se detecte en el variograma, asociado a factores como la estacionariedad (análisis de tendencia) y la disponibilidad de información como la media o la matriz de covarianzas. En este proyecto se utilizó el método Kriging universal, en el cual se asume que la variación espacial en los valores de z, tiene una tendencia o una componente estructural adicional a la correlación espacial entre los puntos muestreados conocidos. [5]

Los software especializados en el análisis espacial de datos que se utilizaron fueron SURFER 8.0, y con el comando SURFACE se obtuvieron los modelos digitales de terreno que muestran en tres dimensiones la distribución de la humedad del suelo. Se usó ARCGIS 9.2 para la generación de los mapas de zonificación geotécnica, ArcGIS es el nombre de un conjunto de productos de software en el campo de los Sistemas de Información Geográfica o SIG. Producido y comercializado por ESRI, bajo el nombre genérico ArcGIS se agrupan varias aplicaciones para la captura, edición, análisis, tratamiento, diseño, publicación e impresión de información geográfica. ArcGIS Desktop, la familia de aplicaciones SIG de escritorio, es una de las más ampliamente utilizadas, incluyendo en sus últimas ediciones las herramientas ArcReader, ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ArcScene y ArcGlobe, además de diversas extensiones. ArcGIS Desktop se distribuye comercialmente bajo tres niveles de licencias que son, en orden creciente de funcionalidades: ArcView, ArcEditor y ArcInfo.

La metodología general para la elaboración de la zonificación geotécnica se explicó anteriormente . Conforme a los requerimientos específicos que se dieron a lo largo del desarrollo de las investigaciones, esta fue objeto de ajustes y complementaciones, de tal manera que la zonificación geotécnica se definió mediante el diagrama de flujo de se presenta en la Figura 6.

FIGURA 6. Diagrama De Flujo Zonificación Geotécnica

Localización del área zonificada geotécnicamente

FIGURA 7.Casco urbano del municipio de Sogamoso.

ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA POR CLASIFICACIÓN USC DE 0-3 METROS

FIGURA 8. Zonificación geotécnica por USC de 0-3m.

ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA POR CLASIFICACIÓN USC DE 3-5 METROS

FIGURA 9. Zonificación geotécnica por USC de 3-5m.

ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA POR CLASIFICACIÓN USC DE 5-7 METROS

FIGURA 10. Zonificación geotécnica por USC de 5-7m.

FIGURA11. Modelo final de Zonificación por clasificación USC

Conclusiones

• El principal aporte de este trabajo es la implementación de una base de datos actualizada en formato electrónico de la información geotécnica existente del municipio de Sogamoso, la cual se adjunta al presente informe.

• Se recopilo un total de 142 estudios de suelos del municipio de Sogamoso entre los años 1995 al 2009, los cuales corresponden a un total de 298 sondeos ubicados sobre el área urbana de la cuidad.

• Se realizo un modelo entidad relación con los datos adquiridos de cada unos de los estudios, el cual se compone de las siguientes tablas: Datos generales, Datos de sondeos, Propiedades mecánicas, limites de atterberg y Clasificación granulométrica.

• Se generaron dos tipos de formularios en los cuales se puede consultar la información almacenada en la base de datos por medio de los datos generales y los datos de los sondeos.

• La Base de Datos Geotécnica se entrega en formato digital elaborado en Access 2007, aclarando que en ella sólo se encuentran los datos tal y cual están reportados en los estudios de suelos recopilados. En ningún caso se presentan los procesamientos y análisis intermedios realizados con esta información, sin embargo los resultados finales, mapas e interpretaciones se presentan detalladamente en el informe.

• Las exploraciones que conforman la base de datos geotécnica no superan los 10 m de profundidad promedio, y no lograron cubrir un gran porcentaje del área de la ciudad, constituyéndose en uno de los principales insumos con que se definió la zonificación geotécnica a nivel superficial. Por tal motivo se realizo únicamente el modelo de zonificación en el área centro del municipio.

Bibliografía

ALBA, Jorge; PARRA MURRUGARRA, Denys, VÁSQUEZ LÓPEZ, David. Microzonificación geotécnica de pisco.

FONSECA, Héctor, et al, Entorno Natural de 17 Ciudades de Colombia. Bogotá: Universidad EAFIT, Sociedad Colombiana de Geología y Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, julio 2007. Paginas (342)

GONZÁLEZ DE VALLEJO, Luis, et al. Ingeniería Geológica. Pearson Educación, S.A., 2004. Paginas (715)

HANSEN, G., & HANSEN, J. Diseño y Administración de Base de Datos. Pearson Universitari. Paginas (30-45)

INGEOMINAS. Microzonificación Sísmica de Santa Fe de Bogotá. 1993.

INGEOMINAS. Microzonificación Sísmica de Cali. Informe 4, Investigación y Zonificación Geotécnica de la Ciudad de Cali. 2005.

INGEOMINAS. Zonificación Geotécnica Del Sitio El Fuerte Para La Reubicación De La Población De Bojayá-Choco.2002.

QUINTANA, Martha y RONCANCIO, Nohora. Zonificación Preliminar De Suelos para el Área Urbana de Sogamoso–Boyacá. Sogamoso, 1995, 98 p. trabajo de grado (Ingeniero Geólogo). Universidad Pedagógica y Tecnológica. Facultad Seccional Sogamoso.

RAMOS, Alfonso. Microzonificación Sísmica Del Campus De La Pontificia Universidad Javeriana Sede Bogotá – COLOMBIA.2003

ROCHA, Jaime Y VILLALBA, Rocha. Estudio Geológico Geotécnico Para La Adecuación De Nuevas Zonas Para El Relleno Sanitario Del Municipio De Sogamoso. Sogamoso, 2005, 68 p. Trabajo de grado (Ingeniero Geólogo). Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad Seccional Sogamoso.

WALPOLE, Ronald. Et al,. Probabilidad Y Estadística Para Ingenieros. Prentice Hall.

Autor:

Olga Lucia Albarracín Sepúlveda

Diana Carolina Gómez Acevedo

Constanza Viviana Alarcón

Fredy Leonidas Sandoval Castillo

Escuela de Ingeniería Geológica. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.

[1] FONSECA, Héctor, et al. Entorno Natural de 17 Ciudades de Colombia. Bogotá: Universidad EAFIT, Sociedad Colombiana de Geología y Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, julio 2007. Paginas (342)

[2] MANUEL. Martin., Conceptos Sobre Bases de Datos. http://www.sietecolinas.es/materiales/inf/bds.pdf

[3] MANUEL. Martin., Conceptos Sobre Bases de Datos. http://www.sietecolinas.es/materiales/inf/bds.pdf

[4] MANUEL. Martin., Conceptos Sobre Bases de Datos. http://www.sietecolinas.es/materiales/inf/bds.pdf

[5] ESTUDIO DE MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA DE LA CIUDAD DE CALI. SUBPROYECTO DE GEOTECNIA. Informe 4. Investigación y Zonificación Geotécnica de la Ciudad de Cali. INGEOMINAS. 2005. Paginas (26-40).