Estudio Geotécnico de los Depósitos de Desechos Sólidos Urbanos (página 3)

Partes: 1, , 3

Tabla 3.4: Composición de los "desechos comunales sólidos" según estudios de la Empresa de Servicios Comunales (1990).

Leyenda:

PyC = papel y cartón T = Telas

V = Vidrio G = Gasa

L = Lata PP = Películas y Plásticos

C = Cuero M = Madera

Hu = Hueso E = Escombros

Ot.M = Otros Metales H = Hierro

M.Org = Materia Orgánica de fácil descomposición.

Teniendo en cuenta los componentes degradables a mediano y largo plazo (papeles, cuero, madera, telas, gasa), que hacen el 27,55% del total, resulta que a largo plazo el 87,18% de los residuales serán degradados biológicamente, o por la acción física del medio. En el tiempo que tarde tal porcentaje en degradarse, se producirán continuos asientos del relleno.

En 1995 se realizó una investigación ingeniero-geológica en la zona del Anillo del Puerto y Río Luyanó. Tal investigación fue ejecutada por un grupo de ingenieros españoles y cubanos, de ahí que los resultados de la misma no pudieran ser consultados en su totalidad por no disponerse de autorización de la parte extranjera. Sólo fue posible recopilar algunos resultados y copias de anexos, gracias a la asistencia de los investigadores cubanos, el Ing. Civil Wilfredo González y el Ing. Geólogo Eddy Hernandez, el primero de los cuales estuvo al frente de la parte cubana.

La investigación tuvo por objetivo definir las características geotécnicas del área y la resistencia de los suelos ante las cargas de utilización, con el fin de hacer una ampliación a la Terminal de Contenedores, a solicitud de la Lloyd’s Register of Shipping. Se realizaron en el área pruebas de carga, levantamientos topográficos y trabajos de nivelación.

En la ejecución de calas se encontró un estrato de desechos sólidos urbanos, formado del antiguo vertedero de Cayo Cruz. Este estrato se denominó "4to elemento", por ser el cuarto estrato examinado a partir de la superficie, a una profundidad entre 1,45m y 13,85m, y espesor variable entre 0,40m a 3,80m. La edad del estrato se estimó en 80 años. El estudio general de su composición identificó fragmentos de vidrio, plástico, madera, tejidos, ladrillos, neumáticos de automóviles, metales, envases metálicos; todo esto en una matriz de material limoso negro y fétido, resultante de la degradación. Además, el estrato en su totalidad estaba saturado, por encontrarse debajo del nivel freático.

En tres puntos (denominados 1, 3 y 5) del estrato de basura se realizaron ensayos de placa, obteniéndose las relaciones esfuerzo-deformación cuyos comportamientos gráficos se muestra en los anexos 1, 2 y 3 (los esfuerzos representados en escala logarítmica). De tales ensayos se obtuvo los módulos de elasticidad (también conocidos como módulo de deformación) para diferentes intervalos de carga, cuyos valores se resumen en la tabla 3.5.

El análisis de los resultados muestra que el módulo de elasticidad que caracteriza el estrato de desechos sólidos es inferior a 5000, lo que corresponde a suelos muy compresibles. De 15 valores obtenidos, sólo 4 están ligeramente por encima de ese rango, y corresponden a estratos más profundos, o sea, de mayor confinamiento.

Tabla 3.5: Módulos de elasticidad para los intervalos de carga, obtenidos en ensayos de placa.

Por otra parte, el estudio de la relación presión-deformación muestra valores considerables de recuperación volumétrica en la descarga de las placas. A continuación se muestran los cálculos realizados para obtener los porcentajes de recuperación volumétrica.

Sea:

Donde:

R%= porciento de deformación recuperada.

hf= deformación del estrato para la carga máxima del ensayo de placa.

hd= deformación remanente al descargarse la placa.

En el punto 1, el estrato fue cargado inicialmente hasta 1,67kg/cm2, y alcanzó una deformación de 36,63mm. Al ser descargado, la deformación remanente fue de 26,24mm.

De la ecuación anterior se obtiene que:

R%=28,4%

En este punto, al recargarse la placa nuevamente hasta 3,27kg/cm2 la deformación del estrato fue de 37,06mm, y en el proceso de descarga la deformación remanente fue de 20,31mm. Realizando el cálculo correspondiente:

R%=45,2%

En el punto 3, el estrato fue cargado hasta 2,64kg/cm2, y alcanzó una deformación de 27,62mm. Al ser descargado, la deformación remanente fue de 19,78mm.

R%=28,3%

En el punto 5, el estrato fue cargado hasta 4,50kg/cm2, y alcanzó una deformación de 13.54mm. Al ser descargado, la deformación remanente fue de 7,66mm.

R%=43,4%

Como puede constatarse, los valores de recuperación en la descarga (en el rango de 28,3% a 45,2%) son significativos en un estrato de desechos sólidos. Si se agrega que al relleno se le adjudica una edad superior a los 30 años (tiempo que se considera clausurada esta zona del basurero de Cayo Cruz), significa que tal material no es susceptible de ser pre-consolidado con facilidad, o lo que es lo mismo, se manifiesta poco consolidado.

Los autores de la investigación geológica en Cayo Cruz testimonian a su vez "el elemento 4 tiene un comportamiento muy elástico, o sea, grandes deformaciones bajo las cargas y una gran recuperación cuando se retiran estas". Recomendaron utilizar un módulo de elasticidad de 4000kPa para este elemento.

En la actualidad, en Ciudad de La Habana se explota el vertedero sanitario conocido como Vertedero de Calle 100 y Autopista a Pinar del Río, único de su tipo en el país. Se inició en 1976 y cuenta con un área de 104ha, de las cuales sólo restan 24ha por utilizar, y capta los residuos sólidos urbanos de los municipios Playa, Plaza, Marianao, La Lisa, Centro Habana, Cerro, Habana Vieja y 10 de octubre. El resto de los municipios de la ciudad vierten en un basurero ubicado junto al primer anillo, en el municipio Cotorro.

Para conocer las condiciones del Vertedero Sanitario de Calle 100, y ante las dificultades de consultar alguna documentación, fue preciso acudir a las oficinas donde radica la empresa Diseño Ciudad Habana (DCH), donde se consultó al especialista en proyectos Aurelio Boza, proyectista principal de las obras del vertedero.

El especialista explicó que el vertedero recibe un volumen promedio de 3857m3/día, y un peso promedio de desechos de 1510 t/día, según resultados obtenidos por especialistas japoneses en el año 2004. En tal estudio se hizo una nueva clasificación de los componentes del material residual, que se muestra en a tabla 3.6.

Tabla 3.6: Composición de los desechos sólidos urbanos según estudios de especialistas japoneses en el Vertedero Sanitario de Calle 100 (2004).

El estudio japonés ratifica el elevado porcentaje de materia biodegradable en los desechos (que en este caso corresponde a los "residuos de cocina").

El especialista Aurelio Boza explicó los siguientes detalles de la situación actual en el vertedero:

• Inicialmente se diseñaron y realizaron algunas excavaciones para depositar los residuos urbanos en forma de relleno, siguiendo un proyecto adecuado de vertimiento, compactación y aislamiento. Tales excavaciones nunca fueron utilizadas, y se realizó el vertimiento de residuos directamente en la superficie del terreno.
• El valor de densidad o peso específico sólo es considerado únicamente con fines de cálculo volumétrico, para determinar el tiempo de explotación de un determinado espacio del depósito. La norma cubana especifica que los residuos deben alcanzar una densidad media post-compactación de 670kg/m3 (según la bibliografía consultada por el especialista, en el mundo se utilizan valores en el rango de 700kg/m3 a 1400kg/m3). Sin embargo, en la Empresa de Diseño se considera 200kg/m3 como valor de cálculo volumétrico, atendiendo a que en el vertedero se realiza una compactación muy deficiente. No se tiene conocimiento del valor de otras propiedades geotécnicas de los desechos, por lo cual estas no se tienen en cuenta en el momento de su manipulación.
• La compactación se realiza con los mismos equipos que dispersan y acomodan los desechos (buldózeres de orugas), de ahí que resulte de mala calidad y con gasto excesivo de energía. Los desechos se compactan en capas de aproximadamente 1m de espesor, que luego se aíslan individualmente por capas de material inerte en espesores de 0,5m a 0,6m. Este material inerte se estipula sea arcilla, pero en realidad se utiliza cualquier tipo de suelo y fundamentalmente escombros de la construcción, que no cumple las especificaciones como material aislante e impermeable y permiten el drenaje de lixiviados y el escape de gases.
• Se consideran aceptables los taludes de 3:1 (H:V), aunque esta afirmación carece de fundamento teórico y únicamente responde a las necesidades del movimiento de equipos.
• No se realiza control y monitoreo de asentamientos, ya que las áreas del vertedero que han sido clausuradas, sólo se consideran recuperables como áreas forestales o parques, aunque realmente son abandonadas por completo.

En una visita realizada al vertedero el día 14 de Junio de 2005, se tomaron imágenes que ilustran la calidad de las labores que allí se realizan. Las oportunas explicaciones del compañero Lorenzo Osorio Pérez, Jefe de Recursos Humanos en las obras del Vertedero de Calle 100, dan fe de la situación real.

En primer lugar es evidente la carencia absoluta de estructuras civiles de apoyo al vertimiento de desechos sólidos. Los viales que utilizan los vehículos de transporte de desechos son rústicos y generalmente provisionales. Los lixiviados, que no tienen estructuras de drenaje, se esparcen por estos caminos, formando lodazales que dificultan el movimiento mecanizado (ver figuras 3.1 y 3.2).

El derrame de lixiviados ocurre a gran escala. La obra no previó el drenaje de estos, y carece de las estructuras necesarias. Las aguas negras discurren por la superficie, brotan en los taludes produciendo arrastres y deslizamientos locales que hacen temer deslizamientos de taludes a gran escala con consecuencias desastrosas. Es frecuente encontrar micro-embalses de lixiviados, que descomponen los desechos y se infiltran hacia las capas más profundas de la corteza terrestre contaminando el manto freático (ver figuras 3.3, 3.4, 3.5, 3.6 y 3.7)

Fig. 3.1: Los caminos del Vertedero de Calle 100 son provisionales y rústicos.

Fig. 3.2: El derrame de lixiviados afecta los viales y el movimiento de equipos.

Fig. 3.3: Los lixiviados fluyen al pie de los taludes y se derraman por los caminos al no existir estructuras de drenaje.

Fig. 3.4: En las áreas del vertedero que se consideran clausuradas, los lixiviados forman focos infecciosos y discurren por la superficie del terreno.

Fig. 3.5: Los lixiviados arrastran desechos, produciendo deslizamientos locales.

Fig. 3.6: En varias zonas, los lixiviados se embalsan el tiempo suficiente para descomponer los desechos y arrastrar la polución hacia el manto freático.

Fig. 3.7: Talud en el que se observa una fuente de lixiviados que brotan espontáneamente, evidenciando el estado de saturación en los desechos sepultados, que constituyen un peligro de deslizamiento.

Los desechos sólidos urbanos se depositan directamente sobre la superficie natural del terreno, sin realizarse excavaciones previas ni recubrimiento del terreno con materiales impermeables (geomembranas o capas de arcillas compactada) (ver figura 3.8). Se dispersan con buldózeres, los cuales realizan una compactación indirecta, incompleta y por tanto de mala calidad. Según las explicaciones del compañero Lorenzo Osorio Pérez, desde hace varios años las labores de compactación no se realizan por carencia de equipos especializados. La compactación resultante de los medios de acarreo (buldózeres), no está prevista (ver figuras 3.9 y 3.10). Expresó, además, que en la actualidad las únicas labores que se realizan en el vertedero son las de deposición y dispersión de los residuos urbanos.

Las labores de clausura del vertedero se reducen a cubrir con materiales inertes los desechos previamente dispersos. Se utilizan para este fin los escombros de de la construcción. La cubierta resultante resulta permeable, y los residuos permanecen en muchos lugares a la intemperie, dando lugar a focos de vectores y permitiendo la infiltración de las aguas pluviales que forman el lixiviado (ver figuras 3.11, 3.12, 3.13, y 3.14). Las labores de reforestación planeadas no han resultado efectivas, debido a los frecuentes incendios de los rellenos descubiertos.

Fig. 3.8: Los desechos se vierten directamente sobre la superficie natural del terreno, sin excavación previa ni recubrimiento con capas impermeables.

Fig. 3.9: El acarreo se realiza con buldózeres, los cuales indirectamente compactan el material disperso.

Fig. 3.10: Los mismos equipos de acarreo realizan la compactación, resultando esta deficiente, con una superficie irregular.

Fig. 3.11: Una de las áreas de mejor acabado muestra, sin embargo, los desechos sólidos que sobresalen de la cubierta inerte.

Fig. 3.12: Vista general de un área que se considera clausurada. Los desechos permanecen dispersos en lugares no cubiertos por los escombros, y la reforestación es incipiente.

Fig. 3.13: En el área considerada como clausurada, los desechos permanecen formando tongadas mal dispersas y a cielo abierto

Fig. 3.14: Durante meses, los desechos permanecen formando pilas dispersas, en espera de ser cubiertos.

Un peligro inminente constituye la altura que el depósito alcanza (ver figura 3.15), superior a los 30m en muchos puntos ya clausurados, y que hacen temer deslizamientos de taludes que, si bien no constituyen un peligro para núcleos poblacionales, por no existir estos en zonas próximas, sí pueden causar daños severos al personal y equipos que laboran en el depósito.

3.3 Conclusiones parciales.

En Cuba se han realizado estudios elementales en cuanto a las propiedades geotécnicas de los desechos sólidos urbanos. Estos estudios se basan fundamentalmente en la composición de los mismos, lo cual se ha hecho con cierta regularidad histórica y se encuentran actualizados.

Una investigación geotécnica incluyó incidentalmente un estrato formado por desechos. Sobre este solamente se realizaron ensayos de placa, y se determinaron valores del módulo de elasticidad, que permitió caracterizar al material como muy compresible.

Las labores en el Vertedero Sanitario de Calle 100 (único de su tipo en el país) se realizan de forma deficiente. En esta obra, los principales problemas se pueden resumir como sigue:

Fig. 3.15 Imagen en la que se puede apreciar la altura considerable que alcanza el vertedero, con taludes desprotegidos y pobremente reforestados.

• No se utilizan las estructuras civiles elementales para la explotación del vertedero, (excavaciones previas, viales adecuados, drenajes de lixiviados, geomembranas u otros impermeabilizantes, colectores de gases, etc.).
• Prácticamente no existen labores de compactación, fundamentales en la prolongación de la vida útil del depósito y en la estabilidad de este en la post-clausura.
• En la manipulación de los desechos sólidos urbanos no se tienen en cuenta sus propiedades geotécnicas.
• La carencia de estructuras de drenaje y colección de lixiviados convierte el vertedero en un foco potencial de contaminación del manto freático.
• Los taludes empleados (3:1) pueden dejar de ser estables en el estado de saturación que mantienen los residuos sepultados.

Capítulo 4: Conclusiones y recomendaciones.

La historia del tratamiento de los desechos sólidos urbanos es rica en experiencias, si bien no prolongada en el tiempo. El estudio de estos desechos a partir de la Mecánica de Suelos ha demostrado ser efectivo, incrementando favorablemente los conocimientos de sus propiedades geotécnicas, y enunciando nuevas tareas a resolver en este campo. Se han obtenido resultados y valores aplicables a las labores que se realizan en un vertedero sanitario, haciendo su explotación más segura, económica y ecológica.

En Cuba, la construcción de vertederos sanitarios deja mucho que desear en el cumplimiento de las regulaciones y normativas internacionales. El Vertedero de Calle 100, principal exponente de estas obras en el país, se caracteriza por los siguientes problemas:

• Su ubicación no tiene en cuenta la situación geológica e hidrológica del lugar, teniendo un efecto altamente contaminante sobre la cuenca del Río Almendares.
• No se utilizaron excavaciones previas, y el terreno natural no se protege con impermeabilizantes, lo que permite la contaminación del manto freático por infiltración de lixiviados.
• La deposición de los residuos se realiza de forma heterogénea, sin una clasificación especializada de estos.
• Los desechos únicamente se esparcen, sin compactación significativa (ni existen equipos compactadores), lo que reduce el tiempo de vida útil del depósito, al no alcanzar el residuo la densidad máxima posible.
• La cobertura de los desechos con el empleo de escombros de la construcción resulta deficiente, y convierte el vertedero en emisor de malos olores y focos infecciosos por la alta permeabilidad de estos.
• El vertedero carece en lo absoluto de obras destinadas a evacuar los lixiviados y gases y disipar la presión de poros, lo cual prolonga la ocurrencia de asentamientos, disminuye la capacidad portante del relleno y ocurre la pérdida de estabilidad de los taludes, con peligro de accidentes para el personal que labora en el lugar.
• Los caminos de acceso no tienen las condiciones mínimas para su uso, y se hacen intransitables debido a inundación por los lixiviados.

A partir de tales conclusiones, es evidente la necesidad de realizar un grupo de actividades encaminadas a mejorar las condiciones de explotación del vertedero. Basado en la experiencia internacional, se hacen las siguientes recomendaciones:

• Ejecutar perforaciones dotadas de tubos agujereados, que disminuyan la presión de poros existente confiriendo estabilidad al relleno y permitan transitar por los viales anegados casi constantemente.
• Practicar una clasificación de los desechos que permita optimizar su disposición y dispersión en las futuras áreas de explotación.
• Introducir la compactación como actividad fundamental que reducirá los asentamientos post-clausura, conferirá estabilidad al relleno y aumentará el tiempo de vida útil del espacio disponible. Para ello, es imprescindible poner a disposición de la obra equipos de compactación adecuados.
• Una vez dispersos y compactados los desechos, se deben cubrir con capas de suelo arcilloso, compactados con la energía necesaria para crear un sello impermeable. De esta forma se limita la entrada de aguas pluviales que aumentan la carga de lixiviados, y se evita la salida de malos olores y creación de focos infecciosos.

La ejecución de un sello impermeable con las características señaladas, sobre la zona clausurada del vertedero, permitirá disponer en el futuro de una fuente de energía a partir de los gases extraídos mediante perforaciones en dicha área. El recubrimiento debe considerar la reforestación como forma de integrar el vertedero al ecosistema. Con el sello de material arcilloso se eliminarán también los frecuentes incendios de la basura descubierta.

Las investigaciones desarrolladas internacionalmente han dotado al manejo de desechos urbanos de herramientas muy útiles. Para su empleo en Cuba se recomienda:

• Tener en cuenta el comportamiento particular de los rellenos sanitarios, en los cuales las reducciones de volumen se deben a la reducción del índice de poros y a la reducción del volumen de sólidos por descomposición, contrario a lo que ocurre en suelos naturales, donde los asentamientos solamente se deben a la reducción del índice de poros.
• El empleo del Modelo de Sowers en el monitoreo de asentamientos y su predicción en un vertedero sanitario en la etapa de compresión primaria, el cual ha sido respaldado por numerosos autores. En el caso particular de los desechos urbanos nacionales, caracterizados por altos contenidos de materia orgánica y humedad, se recomienda utilizar valores del índice de compresión CC próximos al valor 0,55e0, teniendo en cuenta que el índice de poros es elevado en los residuos no compactados.
• La predicción de asientos en el proceso de consolidación secundaria mediante el Modelo Hiperbólico, cuyo ajuste a tal período de asentamientos ha sido demostrado. Considerar en este modelo el coeficiente de ajuste 0,93.
• Tener en cuenta la inviabilidad de la cimentación sobre rellenos sanitarios, debido a los daños producidos por los asentamientos diferenciales en la estructura. En los rellenos sanitarios cubanos, el alto contenido de materia orgánica incrementa los asentamientos, los prolonga en el tiempo, y reduce la capacidad portante.

En la futura implementación de nuevos vertederos sanitarios, se debe consultar y aplicar de forma integral la metodología internacional de obras de su tipo, adaptándola a las características de los desechos urbanos del país, y teniendo en cuenta los resultados de investigaciones y experiencias precedentes aquí estudiadas.

ANEXOS

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Agradecimientos.

El presente trabajo constituye el fruto de una labor investigativa extensa en tiempo y espacio. Indudablemente, no hubiera sido posible sin el concurso de brillantes personas que sumaron sus esfuerzos y conocimientos. Si bien el número de aportes es considerable, y no por menor es menos valioso, es imprescindible agradecer de forma especial:

• Al Ingeniero Civil Wilfredo González e Ingeniero Geólogo Eddy Hernández, quienes aportaron los datos de la investigación realizada en el antiguo basurero de Cayo Cruz.
• Al especialista Aurelio Boza, por sus explicaciones y documentos relacionados con el Vertedero de Calle 100.
• A la Ingeniera Civil Aymara Infante, por su dedicada investigación y recopilación de los trabajos cubanos de 1990.
• Al Ingeniero Civil Rolando Armas Novoa, por una labor de tutoría brillante y sus vastas enseñanzas investigativas.
• Al Ingeniero Civil Tomás de La Torre, por su considerable apoyo, jamás limitados por su condición de oponente.
• Al Ingeniero Civil Raúl Rogés, por sus oportunas orientaciones y recomendaciones.
• A la compañera Miriam Romero, por su completa disposición a cooperar y sus orientaciones en el tema medioambiental.
• A la Ingeniera Química Nuria de los Ángeles Vaillant López, quién impulsó significativamente la ejecución de esta obra.
• A la Ingeniera Hidráulica Maribel Triana, al Ingeniero Civil Yunior Acosta y a la Ingeniera Hidráulica Yuleidy Salazar, por sus aportes en la investigación histórica.
• A los compañeros Luís Mariano Pardo Rguez, Administrador, y Lorenzo Osorio Pérez, Jefe de Recursos Humanos en el Vertedero de Calle 100, al estudiante de Ingeniería Automática Durley Peña Sancillera y a la profesora Alexis Arocha, por la ayuda prestada en la recopilación de la documentación gráfica nacional.
• A Verónica Fabiola Larriva, por su colaboración en la documentación gráfica internacional.

Autor:

Ing. Yoermes González Haramboure

Ing. Hidráulico; Profesor Adiestrado en el Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Ciudad de la Habana, Cuba.

Categoría: Ingeniería.

"INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO

JOSÉ ANTONIO ECHEVERRÍA"

Facultad de Ingeniería Civil

Especialidad Hidráulica