UNIVERSIDAD PERUANA UNIN FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera Civil

CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA DE SUELOS COMPACTADOS EN ENSAYOS CON PERMEAMETRO DE PARED FLEXIBLE CON FINES DE

TRATAMIENTO DE RESIDUOS SOLIDOS URBANOS

Proyecto de investigacin presentado para optar el grado acadmico de

Ingeniero Civil.

Por Elida Natividad Ccolque Huaman

Chullunquiani Per

2014

TABLA DE CONTENIDO

1. Planteamiento del problema

2. Objetivos

3. Justificacin y viabilidad

4. Marco Terico

5. Materiales y Mtodos

5.1 Tipo de investigacin.

5.2 Diseo de investigacin

5.3 Identificacin de variables

5.4 Operacionalizacin de variables

5.5 Poblacin y Muestra

5.7 Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de datos.

6. Cronograma de Actividades

7. Presupuesto y Financiamiento

8. Referencias Bibliogrficas

CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA DE SUELOS COMPACTADOS EN ENSAYOS CON PERMEAMETRO

DE PARED FLEXIBLE CON FINES DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS SOLIDOS URBANOS

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Uno de los problemas asociados al crecimiento poblacional y la expansin urbana e industrial reside en la

generacin de residuos de los ms variados tipos y en su disposicin segura en el medio fsico.

En general, la degradacin de los residuos origina gases y lquidos que tiene en su composicin

sustancias capaces de contaminar el suelo, el agua y la atmsfera causando un enorme perjuicio e

impacto negativo al medio ambiente.

La preocupacin de esta problemtica, principalmente en los ltimos tres aos, ha impulsado estudios

para la disposicin segura y adecuada de estos residuos, as como el establecimiento de normas ms

rgidas en la implementacin de sistemas de disposicin de residuos. Es as que, el sistema nacional de

inversin pblica ha implementado guas para la formulacin de este tipo de proyectos a nivel de perfil.

Por otro lado, actualmente existen numerosas tcnicas de tratamiento y disposicin de residuos que

intentan reducirlos y darles un destino final segura. Asimismo, con los avances en el conocimiento de

tcnica para tal finalidad proveniente de investigaciones realizadas en la temtica, es as, que el relleno

sanitario, aun se presenta como un mtodo de disposicin de residuos adecuado desde el punto de vista

econmico y ambiental.

Los rellenos sanitarios poseen elementos estructurales como las barreras impermeables de fondo y

cobertura. Las barreras de fondo tienen la funcin de impedir el flujo de lquido percolado para el medio

hidrogeolgico subyacente. De otro lado las barreras de cobertura funcionan como protectores de los

residuos enterrados, adems de reducir la infiltracin de aguas superficiales y por ende reducir la

generacin de lquido percolado.

Los revestimientos y capas impermeabilizantes pueden ser construidos con suelos arcillosos, materiales

sintticos o por la mezcla de ambos materiales.

Cuando se utiliza suelo compactado en la construccin de una barrera impermeable, es necesario

atender a una serie de requisitos relacionados a la resistencia, a la compresibilidad y a la permeabilidad.

Se debe garantizar estas propiedades en parmetros aceptables durante la vida til de la obra. Muchos

estudios fueron realizados con el intento de aumentar los conocimientos del comportamiento hidrulico de

suelos compactados para que estos puedan ser utilizados en obras de impermeabilizacin.

El grado de saturacin, se muestra como un factor importante en el comportamiento hidrulico del suelo,

est claro que este obtiene su mayor conductividad hidrulica cuando est saturado. Para la utilizacin

del suelo como material de impermeabilizacin, queda evidente la importancia del estudio de la

conductividad hidrulica en la condicin mas critica, o sea, saturada.

Por lo tanto, con este trabajo se busca estudiar el comportamiento hidrulico de suelos arcillosos tpicos

de la ciudad de Juliaca frente a variaciones del contenido de humedad y grado de compactacin, a partir

de muestras alteradas. Se realizarn ensayos de caracterizacin, ensayos de contraccin y observacin

de fisuras frente a ciclos de humedecimiento y secado. Los ensayos de conductividad hidrulica sern

realizados en un permemetro de pared flexible y un permemetro de pared rgida con el fin de comparar

las dos metodologas de ensayo.

2. OBJETIVOS

- Estudiar el comportamiento hidrulico suelos arcillosos tpicos de la ciudad de Juliaca frente a

variaciones del contenido de humedad y grado de compactacin, a partir de muestras alteradas

- Realizar las observaciones de proceso de agrietamiento mediante ensayos de contraccin de las

muestras de suelos arcillosos para impermeabilizacin.

- Determinar los valores de conductividad hidrulica de las muestras de suelo en permemetros de

pared flexible y pared rgida.

3. JUSTIFICACIN Y VIABILIDAD

El presente estudio se justifica en razn a que los residuos generados por el crecimiento urbano e

industrial de la ciudad de Juliaca necesitan de un tratamiento de disposicin final que reduzca su impacto

sobre el medio ambiente. Puesto que, actualmente no vienen siendo dispuestos adecuadamente en el

medio fsico, por una incorrecta aplicacin de la tcnica de rellenos sanitarios. Po lo tanto, existe el riesgo

de que los lquidos percolantes que se originan durante su degradacin, puedan ocasionar la

contaminacin de cursos de agua cercanos por infiltracin, con el consecuente impacto negativo sobre el

medio ambiente.

Los suelos arcillosos tpicos existentes en la ciudad de Juliaca puedan ser caracterizados en relacin a

sus propiedades hidrulicas a fin de que puedan ser empleadas como barreras impermeabilizantes en la

tcnica de rellenos sanitarios para el tratamiento de residuos.

Los suelos arcillosos compactados podrn ser empleados como impermeabilizantes en el fondo y

cobertura de rellenos sanitarios, de modo que impida la infiltracin de los lquidos percolantes que

resultan ser peligrosos para el medio ambiente, as como para la poblacin circundante en las zonas que

vienen siendo depositadas actualmente.

4. MARCO TERICO

La conductividad hidrulica es una de la propiedades esenciales de los suelos y necesaria en todos los

estudios referidos al flujo de agua en su medio. Se trata de una de las propiedades con enorme rango de

variacin, siendo necesaria la utilizacin de herramientas especificas para su determinacin, dependiendo

de los valores que se desea medir.

Para la construccin de barreras impermeabilizantes, la conductividad hidrulica es uno de los factores

preponderantes en la eleccin del material, por eso se hace necesario el estudio de esta caracterstica.

4.1 CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA EN LOS SUELOS

Darcy (1856) se dedico al estudio de flujo del agua en un filtro de arena, en el que estableci una relacin

emprica conocida como la ley de Darcy, ecuacin 4.1. La ley de Darcy relaciona la velocidad de

descarga (v) de un fluido, a travs de un medio poroso con un gradiente hidrulico (i), definido por la

ecuacin 4.2, en una relacin lineal. Fue observado tambin que esa relacin segua una constante de

proporcionalidad k que fue llamada de conductividad hidrulica.

(4.1)

.(4.2)

Donde:

H : Prdida de carga sobre la distancia L;

L : Espesor de capa del medio poroso, medida en la direccin del flujo.

Cuando el flujo fluye a travs de una seccin A, se tiene:

.(4.3)

Donde:

q : Caudal

Por lo tanto se puede escribir que:

. (4.4)

Donde la conductividad hidrulica (k) es expresado generalmente en (cm/s).

Es importante recordar que la velocidad (v) de la ley de Darcy representa la velocidad de descarga y no la

velocidad de percolacin (vp) del agua a travs de los poros del suelo.

Sabiendo que la conductividad hidrulica en suelos es dada por la velocidad de descarga (v) a travs de

una seccin (A), bajo un gradiente hidrulico (i), se puede afirmar entonces que, el valor de conductividad

hidrulica en suelos depender de las caractersticas del fluido y de las caractersticas del suelo.

4.1.1 CARACTERSITICAS DEL FLUIDO

Se sabe que tanto la viscosidad con respecto a la masa especifica del fluido influencian en la

conductividad hidrulica, y que estas propiedades varan en funcin de la temperatura. Entre tanto la

viscosidad es la ms afectada, queda claro que cuanto ms viscoso es el fluido mayor es la dificultad

para percollar entre las partculas del medio poroso y, consecuentemente, menor ser la conductividad

hidrulica. No obstante, el efecto gravitacional sobre la masa del fluido es uno de los factores que causan

el movimiento, teniendo una masa especifica del fluido una relacin directa con la conductividad

hidrulica.

Asimismo, podemos rescribir la relacin propuesta por Darcy de la forma presentada en la ecuacin 4.5,

donde k es la conductividad hidrulica intrnseca del suelo y , son, respectivamente, el peso especfico

y viscosidad del percolante.

(4.5)

4.1.2 CARACTERSTICAS DEL SUELO

La conductividad hidrulica es afectada por diversos factores inherentes al suelo. Se puede destacar,

entre ellas, el tamao de las partculas, el ndice de vacios, la estructura, la estratificacin y el grado de

saturacin del suelo. Queda difcil analizar estos factores separadamente, ya que estn estrechamente

relacionados. Por lo tanto, se intenta mostrar la importancia de cada una de ellas.

Intuitivamente, cuanto menores fueren las partculas del suelo, menores sern las dimensiones de los

canales de flujo, y, por tanto menor ser la conductividad hidrulica. Asimismo, suelos constituidos de

arenas finas, por ejemplo, presentan vacios relativamente pequeos, acarreando una baja permeabilidad

y suelos constituidos de arenas gruesas, presentan vacios relativamente grandes, llevando a una alta

conductividad hidrulica.

A partir de numerosos ensayos, varios trabajos han sido desarrollados en el intento de relacionar la

conductividades con el dimetro de las partculas del suelo: k=f(D). Sin embargo, todos con amplitudes

bastante restringidas e valores aproximados de conductividad hidrulica.

Lambe & Whitman (1969), por medio de datos experimentales demostraron que la mayor influencia sobre

la conductividad hidrulica se debe a la fraccin ms fina del suelo. Por lo tanto una relacin propuesta

por Hazen admiti que la distribucin de las partculas debe ser suficientemente extensa para evitar que

las partculas menores sean arrastradas por la fuerza de percolacin, o sea, el suelo debe presenta una

estabilidad interna. Sin embargo, los suelos constituidos por partculas gruesas uniformes y finas no

presentan tal estabilidad, por lo que, la percolacin en estos casos podr producir un arrastre de los finos

y provocar un aumento de la conductividad hidrulica.

La imposibilidad terica de estimar la conductividad hidrulica en funcin del ndice de vacios del suelo,

k=f(e), condiciona el uso de anlisis experimentales para cuantificar la influencia de este parmetro.

Existen en la literatura muchas propuestas de investigadores para una relacin entre la permeabilidad y el

ndice de vacios del suelo, podemos citar: Taylor (1948), Tavernas et al (1983), Mesri & Rokhsar (1974),

Badillo (1983) entre otros.

La estructura interna es una de las caractersticas ms importantes del suelo que influencian la

conductividad hidrulica, especialmente en suelos finos (Lambe & Whitman, 1969).

Cuando los autores compararon muestras de suelo con el mismo ndice de vacios verificaron que las

muestras que se encuentran con estructura interna floculada presentan mayores permeabilidades en

comparacin a las muestras con estructura interna dispersa. El factor principal es que en un suelo con

estructura interna floculada existen grandes canales para el flujo. Como la percolacin a travs de un

canal grande es mayor que a travs de varios canales pequeos, de la misma seccin total, Lambe y

Whitman (1981) concluyeron que cuantos mayores fueren los canales para un determinado volumen de

vacios, mayor ser la permeabilidad.

Segn Badillo & Rodrguez (1975), un suelo podr tener permeabilidades diferentes para el estado

inalterado y moldeado, aun que el ndice de vacios sea el mismo en ambos casos. Esto ocurre por una

variacin en la estructura y/o estratificacin del suelo.

La figura 4.1 presenta una variacin de la conductividad hidrulica con el ndice de vacios para algunos

suelos.

Cdigo de identificacin de los suelos

1.- Caliche compactado 10.- Arena de Ottawa 19.- Arcilla poco plstica 2.- Caliche compactado 11.- Arena de Gaspee Point 20.- Arena de Unin Falls 3.- Arena siltosa 12.- Arena de Frankli falls 21.-Silice de North Carolina 4.- Arcilla arenosa 13.- Arena de Scituate 22.- Arena de Dique 5.- Arena de playa 14.- Arena de Plum Island 23.-Arcilla azul de Boston sdica 6.- Arcilla azul de Boston compactada 15.- Arena de Fort Peck 24.- Caolinita clcica 7.- Acrilla Buckshort de Visksburg 16.- Silice de Boston 25.- Montmorilonita sdica 8.- Arcilla arenosa 17.- Silice de Boston 26 a 30.- Arena (filtro de presa) 9.- Silice de Boston 18.- Loss

Figura 4.1 Variacin de la conductividad hidrulica con la modificacin del ndice de vacios para algunos

suelos, modificado de Lambe & Whitman (1969)

La composicin mineralgica es un importante factor en la permeabilidad de un suelo. Suelos arcillosos

con minerales de arcilla como las montmorilonitas presentan conductividades hidrulicas menores que

suelos con minerales de arcilla como las caolinitas. Dos factores pueden explicar esta diferencia, (1) las

montmorilonitas presentan partculas con mayor rea de superficie especfica que las caolinitas, (2) las

montmorilonitas presentan mayor capacidad de cambio inico.

El grado de saturacin del suelo es otro factor que ejerce influencia directa en la conductividad hidrulica.

La conductividad hidrulica debe aumentar con el aumento del grado de saturacin. Este comportamiento

fue observado por Olson y Daniel (1981), para una arcilla compactada, que es mostrado en la figura 4.2.

Figura 4.1 Conductividad hidrulica versus grado de saturacin para arcilla compactada. (Olson y Daniel,

1981).

El estado de saturacin se muestra como un factor importante en el comportamiento hidrulico del suelo,

dado que este obtiene su mayor conductividad hidrulica cuando est saturado. Por lo tanto para la

utilizacin del suelo como material de impermeabilizacin, queda claro la importancia del estudio de su

conductividad hidrulica en el estado crtico, o sea, saturado.

Posteriormente, en este contexto, ser discutido el comportamiento hidrulico del suelo compactado y sus

caractersticas, as como, las condiciones para la obtencin de la menor conductividad hidrulica.

4.2 RESIDUOS SOLIDOS

Toda actividad humana genera algn tipo de residuo, ya sea domestico, hospitalario, industrial, entre

otras. Los residuos en general, principalmente los residuos slidos urbanos (RSU), son constituidos de

una fraccin significativa de material fcilmente a moderadamente degradable por procesos fsicos,

qumicos y biolgicos. La degradacin da origen a subproductos de los residuos como percoladores y

gases, que presentan sustancias nocivas al medio. Estos subproductos deben ser controlados y tratados

de forma que se pueda minimizar el impacto ambiental.

Es importante hacer aqu una distincin de los trminos percolado y jugo. El jugo es el trmino utilizado

para el liquido de alta demanda bioqumica de oxigeno (DBO), con olor desagradable y de color negro

producido por la descomposicin de la materia orgnica en basurales y rellenos. El termino percolado es

utilizado para el liquido que pasa a travs del medio poroso, para la filtracin o extraccin de sustancias

de ese medio.

Segn la ABNT 10.004/87, residuo solido es definido como residuos en el estado slido y semislido que

resultan de la actividad de la comunidad de origen: industrial, domestica, hospitalaria, comercial, agrcola,

de servicios y otros. Quedan incluidos en esta definicin los lodos provenientes de sistemas de

tratamiento de agua, as como determinados lquidos cuyas partculas sean inviables para su deposicin

en la red pblica de alcantarillado o cuerpos de agua, o que se exijan para eso soluciones tcnicas y/o

econmicamente inviables en fase de tecnologa disponible.

El residuo puede ser clasificado segn su peligrosidad al ambiente, conforme al ABNT 10.004/87 los

residuos son clasificados en:

- Residuo clase I.- peligrosos: son aquellos que presentan peligrosidad por inflamabilidad,

corrosividad, reactividad, toxicidad y/o patogenecidad;

- Residuo clase II.- no inertes: son aquellos que no se encuadran en la clasificacin clase I y III.

Los residuos clase II presenta propiedades como combustibilidad, biodegradabilidad o

solubilidad en agua.

- Residuo clase III. abarca los residuos inertes e no peligrosos. Por ejemplo, se puede citar

entre otros: rocas, vidrios, ciertos tipos de plsticos que no son descompuestos rpidamente.

La CETESB (1993) divide a los residuos slidos en tres categoras: slidos industriales, semis slidos y

slidos urbanos, los cuales estn definidos como sigue:

- Residuos slidos industriales: son los residuos y semis slidos resultantes de los procesos

industriales, as como determinados residuos lquidos oriundos de los mismos procesamientos

que, por sus caractersticas peculiares, no pueden ser lanzados en la red pblica de

alcantarillado o en cuerpos de agua y no son pasibles de tratamiento por los mtodos

convencionales. Incluyen tambin los lodos provenientes de estacin de tratamiento de

efluentes;

- Residuos semislidos: materiales, productos y sustancias resultantes de los proceso

industriales y de estaciones de tratamiento de efluentes que no son pasibles de

reaprovechamiento y presentan caractersticas semislidas;

- Residuos slidos urbanos: son todos los residuos slidos producidos en edificaciones

residenciales, en estabelecimientos pblicos e comerciales, as como resultantes de las diversas

actividades de limpieza urbana. Se excluyen los residuos producidos en establecimientos de

hospitales, puertos y aeropuertos que, por sus caractersticas peculiares y conforme a la

legislacin vigente, exigen cuidados especiales en cuanto al acondicionamiento, recoleccin y

disposicin final.

4.3 MTODOS DE TRATAMIENTO Y DISPOSICIN DE RESIDUOS

Existen actualmente varias tcnicas de tratamiento y disposicin de residuos que intentan su reduccin

de volumen y destino final en forma segura. Entre estas tcnicas podemos destacar la incineracin,

reciclaje, compactacin y alternativas de trituracin y enfardamiento. Asimismo con avances en el

conocimiento de tcnicas para la destinacin final del residuo, el relleno sanitario aun se presenta como el

mejor mtodo de disposicin de los residuos desde el punto de vista econmico y ambiental.

Segn la ABNT, NBR 8419, relleno sanitario es un mtodo de disposicin de residuos slidos en el

suelo, sin provocar perjuicios o amenazas a la salud y la seguridad, utilizndose principios de ingeniera,

de modo de confinar la basura en el menor volumen posible, cubriendo una capa de tierra, al final de

trabajo de cada da, o ms frecuentemente segn sea necesario. La funcin del relleno sanitario es

disponer los residuos slidos de forma correcta y con relativo bajo costo, propiciar una gran capacidad de

almacenamiento y condiciones especiales para la descomposicin de la materia orgnica, asegurar la

proteccin necesaria para el medio, de modo de impedir la contaminacin de suelos y aguas por lo

productos de la descomposicin, e impedir, tambin la proliferacin de enfermedades por vectores como

ratas, moscas, cucarachas, etc.

El liquido percolado y otros agentes que causan daos a la salud, al medio ambiente deben ser

rigurosamente controlados. As un relleno sanitario debe contener los siguientes elementos:

Conjunto de clulas de residuos recubiertas, diariamente, por una capa de suelo para evitar la

proliferacin de vectores;

Sistema de drenaje de gas y liquido percolado;

Sistema de tratamiento de lquido percolado;

Sistema de drenaje de aguas superficiales y nacientes;

Barrera impermeabilizante de fondo impidiendo que el liquido percolado comprometa la calidad

del suelo y de las aguas sub superficiales;

Barrera impermeabilizante de cobertura para disminuir la infiltracin en el residuo, y

consecuentemente, disminucin del volumen percolado.

La estructura final del relleno es constituida por un conjunto de clulas adyacentes y sobrepuestas, como

se puede observar en la figura 4.3.

Figura 4.3 Estructura final de relleno sanitario.

Las limitaciones de la disposicin de residuos en rellenos sanitarios estn en la indisposicin de grandes

reas prximas a los grandes centros para viabilizar los costos con transporte, la dificultad de obtener

material para el recubrimiento diario, las condiciones climticas y la mano de obra capacitada para el

gerenciamiento del emprendimiento (Lima,1995).

4.3.1 Tipos de rellenos

Debido a las nuevas exigencias ambientales, nuevas tcnicas de recoleccin, separacin y hasta nuevas

caractersticas del residuo, la concepcin de los rellenos se vienen modificando. Por consiguiente, se

puede clasificar los rellenos sobre dos aspectos: en cuanto al tipo y al mtodo de relleno.

En cuanto al tipo de relleno: se tiene los convencionales para residuos slidos, para residuos slidos

triturados y para residuos especiales. Los rellenos convencionales para residuos slidos son

destinados a residuos slidos urbanos y materiales inertes, empleando los procesos de

compactacin. Los rellenos para residuos slidos triturados son destinados a residuos slidos

previamente triturados. De esta forma el residuo adquiere altas densidades, cerca de 35% mayor que

los rellenos convencionales, disminuyendo su volumen y contribuyendo con la estabilidad. Adems

de eso, dependiendo de la legislacin local (municipio), los residuos pueden ser dispuestos sin

cobertura diaria. Los rellenos para residuos especiales son destinados a residuos especficos y son

conocidos como monorellenos, pues se destinan a un tipo especfico de material (cenizas, entre

otros).

En cuanto a las formas constructivas y operacionales: los rellenos pueden ser clasificados en rellenos

de trincheras, de superficie y de depresin. El relleno de trincheras se destina a las comunidades

generadoras de pequeas cantidades de residuos o cuando la descomposicin de residuo presenta

algn riesgo para la salud pblica o al medio ambiente. Las dimensiones de la trinchera estn en

funcin de la cantidad de residuo a ser almacenada y la vida til del relleno. El fondo de la

excavacin debe ser impermeabilizado con una barrera impermeable. El nivel fretico del depsito no

debe estar prximo a la superficie. El relleno de superficie se destina a locales de superficie plana e

inadecuado para la excavacin, el residuo es almacenado en diques construidos de tierra o con el

propio residuo. El relleno de depresin se destina a locales de topografa accidentada, como los

taludes. Las tcnicas de compactacin de residuos en este caso varan con la geometra, hidrologa y

geologa del lugar y con la disponibilidad de material para la cobertura, (Tchobanoglous et al. 1993).

4.3.2 Seleccin de lugares para la implementacin.

La eleccin de lugares adecuados para la implementacin de un relleno sanitario envuelve adems de

factores ambientales, factores econmicos, legales y sociales. Es necesario el desarrollo de varias reas

de la ingeniera para asegurar una disposicin segura y econmicamente viable. Deben ser investigados

condicionantes como topografa, hidrogeologa, geotecnia del rea, distancia de transporte de los centros

generadores de residuos, capacidad de disposicin, condiciones de acceso y movilidad, susceptible de

contaminacin del nivel fretico, disponibilidad de suelos para recubrimiento y proteccin, entre otros

factores.

La geologa, la hidrogeologa y la geotecnia son los factores ms importantes en el anlisis del rea, pues

a partir de estos datos se establecen las medidas del proyecto y monitoreo del relleno. Los datos

geolgicos y geotcnicos se refieren a los parmetros de resistencia, deformacin y conductividad

hidrulica de los terrenos de fundacin, y los de hidrogeologa, se refieren al comportamiento de las

aguas superficiales y subterrneas, entre otros.

La CETESB (1993) determina las restricciones en la eleccin del lugar de implementacin de un relleno

sanitario:

Distancia mnima de 200 m de cursos de agua superficiales;

Distancia mnima de 500 m de residencias, condicionadas a la direccin de los vientos;

Conductividad hidrulica inferior a 10-7 cm/s;

Nivel fretico no menor a 1.5 metros de la cota de fondo del relleno.

De la revisin bibliogrfica son encontradas descripciones de diversas formas para la determinacin

adecuada del rea para la ejecucin de rellenos sanitarios. Estos autores recomiendan criterios para la

seleccin segura y econmica de reas, se puede citar Tiveron et al. (1995), Melo&Val (1994), Zuquete et

al. (1995), entre otros.

El manual de gestin integrada de basura municipal (1995) recomienda la utilizacin de los criterios

presentados en la tabla 4.1 para la evaluacin de posibles reas para la instalacin de rellenos sanitarios.

Tabla 4.1 Criterios para la evaluacin de las reas para la implementacin del relleno sanitario, (Manual

de gestin integrada de basura municipal, 1995).

Clasificacin de las reas

Datos Necesarios Recomendada Recomendada con restricciones

No recomendada

Vida til 10 aos (10 aos, un criterio del rgano ambiental)

Distancia del centro atendido

>10 Km 10-20 Km >20 Km

Zonificacin ambiental reas sin restricciones en zonificacin ambiental Unidades de conservacin ambiental o

correlacionadas

Zonificacin urbana Crecimiento mnimo Crecimiento intermedio Crecimiento mximo

Densidad poblacional Baja Media Alta

Uso y ocupacin de las tierras

reas de restitucin o poco utilizadas Ocupacin intensa

Valorizacin de las tierras buena Media Alta

Aceptacin de la poblacin y de las entidades ambientales y no gubernamentales

buena Razonable Inaceptable

Distancia de los cursos de agua

>200 m

Estos sistemas son, generalmente, construidos con canaletas y descensos de agua en los taludes. Para

evitar la erosin de los taludes, es comn el planto de vegetacin.

Instrumentacin: el monitoreo tiene como objetivo evaluar el comportamiento del relleno sanitario, as

como levantar parmetros para la elaboracin de proyectos futuros con economa y eficiencia. Varios

parmetros son constantemente observados, como presiones internas, desplazamientos horizontales y

verticales, nivel de agua, presiones de gas, movimiento de suelo de fundacin, temperatura, etc. El uso

de equipos de monitoreo no es prctica comn en los rellenos en el Per, y ms aun en la ciudad de

Juliaca.

4.4.1 barrera impermeables

Las barreras impermeables son dispositivos utilizados cuando se desea minimizar la infiltracin de aguas

en el macizo y residuos enterrados (como las barreras impermeables de cobertura) y, o retener al mximo

la percolacin de lquidos, de modo que ello no llegue a las aguas y suelos naturales (como las barreras

impermeables de fondo). La barrera de fondo tiene como papel principal la intercepcin del lixiviado

producido por la descomposicin del residuo y conducir a los sistemas de recoleccin de percolado y

gases. De esta forma, estos elementos deben presentar caractersticas compatibles para su funcin como

estanqueidad, durabilidad, resistencia mecnica, resistencia a la intemperie y compatibilidad con los

residuos enterrados.

Los revestimientos y capas impermeabilizantes pueden ser construidos por suelo arcilloso, materiales

sintticos, o aun, por la mezcla de estos materiales (Sharma&Lewis, 1994). La CETESB (1993) presenta

algunas condiciones mnimas para la disposicin del residuo de clase II, donde se encuadra el residuo

solido urbano (RSU), observando la necesidad de impermeabilizacin del fondo para terrenos en suelos

naturales con conductividad hidrulica inferior a 10-6 cm/s y profundidad del nivel de agua igual o mayor

que 3 m. En el primer caso presentado en la figura 4.4a las condiciones climticas son desfavorables,

pues la diferencia de la evaporacin y precipitacin es mayor que 500 mm. En el segundo caso

presentado en la figura 4.4 las condiciones climticas son desfavorables, pues la diferencia de la

evaporacin y precipitacin es mayor de 500 mm. En el segundo caso, las lluvias pueden ser

perjudiciales, pues infiltran en el relleno elevando el volumen de percolacin, aumentando as el riesgo de

contaminacin, para estos casos es indicado una impermeabilizacin de cobertura.

a) Condiciones climticas e hidrolgicas favorables

b) Condiciones climticas insatisfactorias e hidrolgicas favorables

Figura 4.4 CETESB (1993), Condiciones de fundacin de rellenos sanitarios.

Son presentados tambin otros dos casos donde las condiciones hidrolgicas son desfavorables, pues la

conductividad hidrulica de la zona no saturada est entre 10-4 y 10-6 cm/s y la profundidad del nivel del

agua es del orden de 1.5 m. En ambas situaciones son exigidas impermeabilizaciones de fondo y drenes

para el control de percolados (figura 4.5). En cuanto a la impermeabilizacin de cobertura, las condiciones

son las mismas de los casos indicados anteriormente.

a) Condiciones climticas favorables e hidrolgicas insatisfactorias

b) Condiciones climticas e hidrolgicas insatisfactorias

Figura 4.5 CETESB (1993), Condiciones de fundicin de rellenos sanitarios.

4.4.2 Barreras impermeables con geosintticos

Con el avance de la tecnologa de industrializacin de materiales plsticos, el uso de geosintticos viene

siendo prctica comn en pases desarrollados en las obras de ingeniera geotcnica donde se necesita

de algn tipo de impermeabilizacin. En el caso de la impermeabilizacin de rellenos sanitarios, los

materiales sintticos comnmente utilizados son las geomembranas y los GCLs (geosynthetic clay liner).

Segn la ASTM D4439, las geomembranas son barreras construidas de membranas construidas con

materiales sintticos que presentan permeabilidad baja, utilizada en obras de ingeniera donde se desea

controlar la migracin de fluidos.

Las geomembranas comnmente usadas en las obras de impermeabilizacin son las HDPE (polietileno

de alta densidad), VLDPE (polietileno de baja densidad), CSPE (polietileno clorosulforado), PVC

(Policlorato de Polivinilo), y EIA (interpolimero etileno alloy), siendo, actualmente, las ms utilizadas en

pases desarrollados en sus obras de contencin de residuos, de polietileno (PE) y polivinil cloruro (PVC).

Las ventajas de uso de geomembrana de polietileno de alta densidad (HDPE), cuando son utilizadas

como barrera de fondo, se debe a que este material presenta alta resistencia qumica a las diversas

sustancias, presenta mayor durabilidad en el largo plazo, adems de resistir las elevadas tensiones

generalmente impuestas durante la construccin e instalacin. No obstante cuando son utilizadas como

barrera de recubrimiento, el material debe presentar cierta flexibilidad. En este caso, la geomembrana de

polietileno de baja densidad (VLDPE) es ms indicada.

Las geomembranas de policlorato de polivinilo (PVC) tambin son utilizadas en obras de

impermeabilizacin. En tanto, debido a aspectos de durabilidad en largo plazo y resistencia a ataques

qumicos, su uso es indicado para obras de vida til de 1 a 5 aos. Con el avance de la tecnologa de

fabricacin y la aplicacin de aditivos, las geomembranas vienen presentando mejoras significativas que

pueden viabilizar su uso en obras de largo plazo. Las ventajas de su uso estn relacionadas a la mayor

trabajabilidad, facilidad de fabricacin en paneles y bajo costo.

Es comn el uso de materiales sintticos en conjunto con suelo natural o compactado. En estos casos es

necesario el estudio de otros parmetros como la resistencia al cizallamiento de la interfase suelo

geosintticos. La figura 4.6 presenta un tpico perfil de sistemas de impermeabilizacin de fondo y

cobertura, donde son utilizados materiales sintticos en conjunto con suelo.

Figura 4.6 Perfil tpico de impermeabilizacin con el uso de materiales sintticos y suelo,

SHARMA&LEWIS (1994).

Como se ha indicado anteriormente, otro tipo de geosinttico utilizado como barreras impermeables es el

GCL (geosynthetic clay liner). El GCL es compuesto por una fina capa de bentonita seca (material

arcilloso con elevado potencial expansivo y baja permeabilidad), con aproximadamente 5 mm, asociada a

una geomembrana o un geotextil. La unin entre la bentonita y el geosinttico es hecha por adherencia

mecnica (costura) o qumicamente (resina adhesiva). En general, el GCL es utilizada para sustituir

barreras impermeables construidas de suelo compactado, pues presenta una conductividad hidrulica del

orden 10-8 a 10-10 cm/s. Una de las configuraciones ms utilizadas como barreras impermeables, es

compuesta de una capa de geotextil tejido, una capa de bentonita y otra capa de geotextil no tejido.

A travs de ensayos, Daniel (1996) demostr que la percolacin del jugo no degrada significativamente el

GCL, ahora algunos factores son importantes en el comportamiento de este material como barrera

impermeable. Tales factores, como tensin de confinamiento aplicada, composicin qumica del

percolante, principal lquido hidratante inicial, entre otros, pueden ejercer influencia en el comportamiento

de la GCL. Algunos resultados muestran que la hidratacin inicial con jugo (y no agua) produce las

peores condiciones.

Los GCLs pueden ser una solucin prctica y de costo relativamente bajo donde no se dispone de suelos

con baja conductividad hidrulica. Sus ventajas respecto a la flexibilidad y facilidad de instalacin. En

tanto, mas investigaciones deben ser realizadas en el comportamiento en largo plazo, condiciones de

resistencia en la interface y desempeo de las enmiendas y uniones entre mantas. La tabla 4.2 presenta

las diferencias entre el uso de GCLs y suelos arcillosos como barreras impermeables.

Tabla 4.2 Diferencia entre GCLs y barreras de suelo compactado. Adaptado de USEPA (1993)

SHARMA&LEWIS (1994).

Caractersticas GCL Suelo compactado materiales Bentonita, adhesivos, geotextil y

geomembrana Suelos naturales o mezclas con bentonita

Espesor Aproximadamente 10 mm Entre 0.5 y 1 m

Conductividad hidrulica Tpicamente entre 10-8 y 10-10 cm/s Tpicamente entre 10-7 y 10-8 cm/s

Facilidad y tiempo de construccin Instalacin rpida y simple Baja y de complicada construccin

Contenido de humedad durante la construccin

Inicialmente seca, durante la construccin no puede ser humedecida

Prximo a la saturacin, puede secar. Puede haber consolidacin de capa arcillosa

4.4.3 Barreras impermeables con suelo compactado

En la revisin bibliogrfica es apuntado un tipo de barrera impermeable constituida de suelo en

condiciones naturales. Este macizo debe presentar conductividad hidrulica inferior a 10-6 cm/s y

esta eximido de imperfecciones con fallas, o cualquier discontinuidad que propicie un camino preferencial

de flujo.

Para la utilizacin de barreras impermeables con suelo en condiciones naturales, es necesaria la

verificacin de sus caractersticas por estudios geotcnicos de campo y laboratorio. Se debe recordar que

los hoyos de prospeccin y los destinados a la instalacin de equipamiento de medida causan daos y

comprometen el buen funcionamiento de la barrera. Estos hoyos y perturbaciones al macizo deben ser

apropiadamente reparados.

Es difcil asegurar que una barrera impermeable con el suelo, en condiciones naturales, tenga una baja y

uniforme conductividad hidrulica. Por eso esta prctica no es comnmente utilizada. Por lo tanto, la

ingeniera geotcnica utiliza la compactacin de los suelos como mtodo de mejora del desempeo de

este material. Es presentado indicar algunas peculiaridades de construccin y eleccin del suelo al ser

utilizado como barrera impermeabilizante.

4.5 COMPORTAMIENTO HIDRALICO DE LOS SUELOS COMPACTADOS

El comportamiento hidrulico de los suelos compactados es funcin de los factores relacionados a la

matriz del suelo y factores relacionados a los mtodos de compactacin. En un estudio realizado con 67

muestras de suelos de rellenos sanitarios de los Estados Unidos, Benson et al, (1994), relacionaron la

conductividad hidrulica de los suelos compactados con factores como actividad de las arcillominerales,

grado de compactacin, limites de consistencia, tipo de compactador, entre otros. Los autores

concluyeron que la conductividad hidrulica de los suelos compactados es funcin de los siguientes

factores: estructura de los suelos; composicin granulomtrica y mineralgica; lmites de consistencia;

naturaleza del lquido percolado.

La composicin mineralgica de los suelos influencia directamente a la plasticidad del material as como

su conductividad hidrulica. Hay una tendencia de decrecimos del valor de la conductividad hidrulica con

el aumento de la plasticidad. Tres arcillas con algunos tipo de arcillomineral predominante (caolinita, ilita o

montmorilonita) fueron estudiadas en cuanto a sus comportamientos hidrulicos por Mesri&Olson(1971).

Los resultados son presentados en la tabla 4.3.

Tabla 4.3 Conductividad de los arcillominerales, MESRI&OLSON (1971).

Arcillominerales IP K (cm/s)

Caolinita 20 1.5x10-6

Ilita 60 2x10-9

Montmorilonita 500 1x10-11

Los terrones presentes en el suelo influencian directamente al tamao de los poros existentes en el

macizo o cuerpo de prueba del suelo compactado, siendo que, como se ha sealado anteriormente, la

conductividad hidrulica es funcin no solo de la cantidad de vacios existentes en el suelo, sino tambin

del tamao de los poros. Segn el estudio de Benson et al, (1994), la influencia de los tamaos de los

poros en la conductividad hidrulica fue significativa para suelos compactados en el ramo seco de la

curva de compactacin y en la energa normal. Asi, para los suelos compactados en la rama hmeda de

la curva, el tamao de los terrones no es importante, pues en esta situacin estos terrones se vuelven

blandos y compresibles.

En otro estudio realizado, Watabe et al, (2000) analizaron el comportamiento hidrulico de un suelo no

plstico del norte de Quebec, ellos observaron que la conductividad fue fuertemente afectada por el grado

de saturacin y por la compactacin. Las muestras fueron analizadas por microfotografas y se evidencio

que la conductividad hidrulica es aumentada con el tamao de los poros y la formacin de microposidad,

cuando la muestra es compactada debajo de la humedad optima.

La prctica muestra que valores bajos de conductividad hidrulica para suelos compactados son

alcanzados cuando se realiza la compactacin prxima o encima de la humedad ptima, o cuando es

aumentada la energa de compactacin. Esta diferencia de la conductividad se da por el arreglo de las

partculas, esto es, por la estructura interna formada en el suelo causada por la compactacin. Segn

Lambe&Whitman (1969), cuando el suelo arcilloso es compactado con contenido de humedad encima de

la optima, las partculas estn arregladas de forma paralela (estructura dispersa), lo que dificulta el paso

del flujo y, consecuentemente, disminuye la conductividad hidrulica. Y cuando la compactacin es

realizada debajo del contenido de humedad optimo, rama seca de la curva, las partculas se arreglan de

forma floculada (estructura floculada), el que facilita el paso del flujo. La figura 4.7 muestra el efecto de la

energa de compactacin y el contenido de humedad del moldeado en la estructura interna del suelo

compactado. En la condicin A de la figura 4.7, el suelo se presenta con una estructura interna llamada

de estructura floculada, con el aumento de la humedad de moldeado, el suelo tiene una estructura interna

llamada de estructura dispersa, condicin E. lo mismo ocurre con el aumento de la energa de

compactacin.

Figura 4.7 Efecto de la compactacin en la estructura interna del suelo (LAMBE&WHITMAN, 1969).

Mitchell et al, (1965) analizaron factores como la estructura del suelo, condiciones de compactacin,

mtodo de compactacin, entre otros. Para el anlisis, fue escogida una arcilla siltosa con LL=37% e

IP=23%, compactada de forma dinmica, con variacin de humedad de moldeado y masa especifica

variable y constante. La figura 4.8 muestra los resultados obtenidos de la conductividad hidrulica y masa

especifica seca en funcin del contenido de humedad.

Figura 4.8 Resultados de conductividad hidrulica y masa especifica seca versus contenido de humedad

de moldeado, Mitchell et al (1995).

Se observa tambin que la conductividad hidrulica disminuye bruscamente cuando la compactacin es

realizada encima del contenido de humedad optimo, comportamiento que se asemeja con los estudios

realizados por Lambe&Whitman (1969). Otro factor analizado por Mitchell et al, (1965), fue el efecto del

aumento de la energa de compactacin en la conductividad hidrulica. Para los puntos ms secos no se

observo significativa variacin y, despus el contenido de humedad optima, la disminucin de la

conductividad hidrulica fue bastante pronunciada. Adems de eso, con el aumento de la energa de

compactacin, la disminucin de la conductividad hidrulica fue del orden de 100 veces, principalmente

en los puntos mximo a la humedad ptima. La figura 4.9 muestra los resultados obtenidos por Mitchell et

al, (1965).

Figura 4.9 Variacin de la conductividad hidrulica debido al aumento de la energa de compactacin,

Mitchell et al, (1965).

En cuanto al mtodo de compactacin

Como se ha visto en los estudios revisados anteriormente, la especificacin de una faja de contenido de

humedad y masa especifica seca, con una determinada energa de compactacin, son factores

importantes en la conductividad del suelo compactado. Benson & Daniel (1990) estudiaron factores

limitantes para la obtencin de valores aceptables de conductividad hidrulica en suelos compactados

para el uso como barreras impermeables. Los autores utilizaron la metodologa propuesta por Mundell

& Bayley (1985) y Boutwell&Hedges (1989), donde es recomendada la utilizacin de la curva de

compactacin del suelo obtenida por el ensayo de Proctor Normal. La metodologa propuesta es la

determinacin de una zona admisible en la curva de compactacin del suelo, figura 4.10, en que la

combinacin de masa especifica seca y contenido de humedad lleve a condiciones ideales para el uso del

suelo principalmente como barrera impermeable de relleno sanitario. La faja de masa especfica seca

requerida es un porcentaje P de la masa especfica seca mxima del ensayo de compactacin. El

porcentaje P es usualmente de 95% de la masa especfica seca mxima del ensayo de Proctor Normal

(ASTM D698), o 90% de la masa especifica seca mxima del ensayo de Proctor Modificado (ASTM

D1557). La faja del contenido de humedad vara de acuerdo con las caractersticas del suelo. Para suelos

arcillosos utilizados como barreras impermeables, esta variacin est, tpicamente, entre 0-4% del

contenido de humedad optimo del ensayo de Proctor Normal o modificado. Esta zona admisible tiene

como lmite superior la curva de saturacin 100%.

Figura 4.10 Mtodo tradicional para especificar la zona admisible, (DANIEL&BENSON, 1990).

La zona admisible, mostrada en la figura 4.10, envuelve conocimientos empricos de la prctica de

construccin de base de caminos, barreras de tierra, y otros tipos de rellenos. Las especificaciones fueron

determinadas en el intento de atender las condiciones necesarias de resistencia al cizallamiento,

compresibilidad y conductividad hidrulica para la ejecucin de barreras impermeables. En tanto, Daniel &

Benson (1990) utilizaron los datos de Mitchell et al, (1965) y Boutwell&Hedges (1989) para la

determinacin del rea admisible por el mtodo tradicional. Los autores percibieron algunas deficiencias

del mtodo. Algunas muestras compactadas con masa especifica seca y contenido de humedad que se

encuadraban dentro del rea admisible, presentaban conductividad hidrulica superior a 1x10-7 cm/s, que

es el valor limite aceptable para el uso del material como barrera impermeable.

Como lo mostrado en estudios de referencia anteriores de Mitchell et al, (1965), la energa de

compactacin ejerce influencia directa en la conductividad hidrulica del suelo compactado, siendo que el

aumento de energa de compactacin resulta en el decrecimiento de la conductividad hidrulica para

suelos arcillosos. De esta forma, Daniel & Benson (1990) recomiendan una nueva metodologa para la

determinacin de la zona admisible, incluyendo ensayos de permeabilidad. Los autores recomiendan los

siguientes procedimientos:

i. Realizar las curvas de compactacin en tres energas, Proctor reducido, normal y modificado,

compactando cinco a seis cuerpos de prueba por energa. Figura 4.11a.

ii. Las muestra debe ser sus conductividades hidrulica, este procedimiento debe ser ejecutado

con el monitoreo del grado de saturacin y tensin confinante. Los datos deben ser ploteados en

un grafico de conductividad hidrulica versus contenido de humedad de moldeado (figura 4.11b).

iii. Las muestras que presentasen una conductividad hidrulica igual o inferior a 1x10-7 deben ser

ploteados con smbolos diferenciados, la zona admisible debe ser determinada de forma que se

incluya los valores de permeabilidad aceptable ( 10-7 cm/2). Figura 4.11c.

iv. La zona admisible debe ser modificado incluyendo parmetros de resistencia al cizallamiento,

friccin interfacial con geotextil, consideraciones de humedecimiento y secado, intereses

constructivos y prcticas locales (figura 4.11d).

Figura 4.11 metodologa de determinacin de la zona admisible propuesta por BENSON y DANIEL,

(1990). (a) curva de compactacin para tres energas diferentes; (b) determinacin de la conductividad

hidrulica; (c) reploteo de la curva de compactacin, identificando los puntos con conductividad hidrulica

aceptables; (d) zona modificada conforme otros factores condicionantes.

Daniel y Wu (1993), consideraron una idea de establecer las condiciones de compactacin para suelos

usados en la construccin de barreras impermeables, introdujeron ms de dos parmetros para la

determinacin de la zona admisible. Estos dos parmetros estn relacionados a la contraccin y

resistencia al cizallamiento. Los lmites propuestos por los autores son de 4% para una contraccin

volumtrica y 200 kpa para la resistencia al cizallamiento, adems de 1x10.7 cm/s para la conductividad

hidrulica. Por la propuesta recomendada por los autores, el rea admisible es dada por la superposicin

de las reas lmites segn los parmetros citados anteriormente, como muestra la figura 4.12.

Figura 4.12 Zona admisible basada en parmetros de conductividad hidrulica, contraccin volumtrica y

resistencia al cizallamiento, (Daniel y Wu, 1993).

En cuanto a la contraccin

Es comn la aparicin de especie de fisuras en la superficie del suelo compactado. Estas estn

relacionadas con la contraccin volumtrica sufrida por el suelo, cuando este es sometido al secado. La

aparicin de fisuras puede causar un camino preferencial de flujo, aumentando la conductividad hidrulica

y perjudicando el buen funcionamiento de la impermeabilizacin.

Algunos autores estudiaron la contraccin de suelos compactados cuando son sometidos a secado,

Seed&Chan (1959), hicieron un estudio sobre la contraccin axial de arcillas compactadas. En este

trabajo, los autores relacionan la contraccin axial al contenido de humedad en el moldeado de los

cuerpos de prueba de suelo compactado. Los autores explican el fenmeno de contraccin como

consecuencia del grado de saturacin del suelo en la compactacin. De esta forma las mayores

contracciones fueron observadas para los suelos compactados en el ramo hmedo de la curva de

compactacin. Tal hecho puede ser relacionado con la estructura interna del suelo compactado, conforme

a lo sugerido por Lambe&Whitman (1959).

En el intento de establecer lmites de contraccin volumtrica para garantizar la seguridad en barreras

impermeables, Kleppe&Olson (1985), analizaron el comportamiento del suelos naturales y mezclados. La

intencin de los autores fue relacionar la abertura de los fisuras con la contraccin volumtrica. Los

ensayos realizados fueron de contraccin volumtrica, abertura de fisuras y conductividad hidrulica. En

los ensayos de contraccin volumtrica, los cuerpos de prueba fueron compactados con 38 mm de

dimetro y 76 mm de altura. Para el ensayo de conductividad hidrulica, los CPs fueron moldeados con

82 mm de dimetro y 25 mm de altura. As para el ensayo de fisuramiento, en el intento de mejor

representacin de las condiciones de campo, los CPs fueron moldeados en bloques con dimensiones de

150 mm por 300 mm de largo y 50 mm de espesor.

Kleppe&Olson, (1985), establecieron un patrn del aparicin de fisuras en cinco niveles, como es

mostrado en la tabla 4.4. Utilizando la escala adoptada, los autores plotean el aparecimiento de fisuras en

funcin de la contraccin volumtrica, como es mostrado en la figura 4.13.

Tabla 4.4 Clasificacin del aparecimiento de fisuras en suelo compactado KLEPPE&OLSON (1985).

Numero Descripcin

0 No hay aparecimiento de fisuras

1 Endentado mnimo, fisuras menores que 1 mm de espesor y 5 mm de profundidad

2 Endentado moderado, abertura de fisuras variando de 3 a 10 mm de espesor y 30 mm de profundidad.

3 Endentado mayor, mas de 10 mm de espesor y/o penetracin a travs del cuerpo de prueba

4 Endentado elevado, ms de 20 mm de espesor, posiblemente en campo la profundidad de las fisuras seria sustancial.

Figura 4.13 Escala de fisuras (tabla 4.4) en funcin de la contraccin volumtrica, Kleppe&Olson, (1985).

Los autores sugieren que para contracciones volumtricas menores que 5% la aparicin de fisuras

causan pequeos daos al suelo, y para contracciones volumtricas superiores a 10%, son

generalmente, perjudiciales al suelo. De esta forma, con limitaciones de contraccin volumtrica de 5%,

es admitido la aparicin de fisuras de clases 1 y 2. Daniel y Wu, (1993), adoptan un lmite de 4% de

contraccin volumtrica, el que admite tambin la aparicin de fisuras de clases 1 y 2.

Albercht & Benson, (2001), estudiaron los factores que influencian la contraccin y la aparicin de fisuras

en suelos compactados. Los autores analizaron los efectos del nmero de ciclos (humedecimiento y

secado), condiciones de compactacin y composicin mineralgica del suelo. Fueron seleccionados

suelos utilizados en barreras de fondo y cobertura de rellenos sanitarios de los Estados Unidos. Los

suelos fueron clasificados como CL y CH. Las muestras fueron compactadas en tres energas diferentes,

Proctor normal, reducido y modificado, e inducidos a la saturacin. Las muestras fueron sometidas,

tambin, a ciclos de secado y humedecimiento con duracin de dos semanas cada ciclo, en ambiente con

temperatura de aproximadamente 20 C y baja humedad relativa del aire. Las muestras fueron sometidas

a cuatro ciclos y fue observado que, despus de los diez primeros das de secado, no ocurrieron cambios

significativos de volumen y masa de cuerpos de prueba. Al final del periodo de secado las muestras eran

llevadas a la saturacin nuevamente y sometidas a ms de un periodo de secado.

Para los cuerpos de prueba moldeados con contenido de humedad optimo, las contracciones

volumtricas fueron menores, ya para los cuerpos de prueba moldeados con contenido de humedad

aproximadamente 5% encima del optimo, las contracciones volumtricas fueron significativas, mayores

que 30%. La figura 4.14 muestra el efecto de la energa de compactacin y contenido de humedad de

moldeado en la contraccin volumtrica. Medidas de conductividad hidrulica fueron realizadas en cada

ciclo.

Figura 4.14 Variacin de la contraccin volumtrica en funcin del contenido de humedad de moldeado y

energa de compactacin, (Albrecht&Benson, 2001).

Puede ser observado que la aparicin de fisuras est directamente relacionada con valores de

contracciones volumtricas elevadas (aproximadamente 30%). Los valores de contraccin volumtrica

son ms acentuados en arcillas ms plsticas, la conductividad hidrulica aumenta con el aumento del

nmero de ciclos, debido la aparicin de fisuras en la superficie del suelo. Segn los autores, la

contraccin volumtrica est directamente relacionada al contenido de humedad del moldeado, la energa

de compactacin, el porcentaje de arcilla y el ndice de plasticidad del suelo.

2.6 PERMEAMETROS

El conocimiento de la conductividad hidrulica de los materiales es de inters para diversas aras de la

ingeniera, en especial para la ingeniera geotcnica.

En los materiales inalterados, la conductividad hidrulica presenta enorme variacin. Se encuentran

valores desde 10-2 cm/s, para materias de alta conductividad como piedrecillas, hasta 10-12 cm/s,

generalmente para suelos con presencia de arcillas de alta actividad. Existen varias tcnicas para la

determinacin de este parmetro, abarcando ensayos de campo y laboratorio.

Los ensayos de laboratorios, en comparacin a ensayos de campo, presentan algunas ventajas: control

en las condiciones de contorno (saturacin, nivel de tensiones efectivas, carga hidrulica y direccin de

flujo), posibilidad de medidas de anisotropa, tiempo de ensayo y costo. Po otro lado, los ensayos de

campo sufren un menor efecto escala, pues el volumen de suelo ensayado es mayor que en laboratorio.

Existen variaciones en las determinaciones de campo y en laboratorio, causadas principalmente por

problemas de muestreo (Daniel, 1987).

La conductividad hidrulica en laboratorio puede ser medida por diversos procedimientos y empleando

diferentes equipos. Normalmente se utiliza algn tipo de permemetro. Existen, de un modo general, dos

tipos de permemetros; permemetro de pared rgida y permemetro de pared flexible, contando con

diversas variaciones de contorno a ser adoptadas, as como del tipo de material a ser ensayado, de las

condiciones de presin y de fluido percolante (usualmente el agua).

El permemetro de pared rgida es compuesto por un cuerpo de prueba (CP) cilndrico contenido en una

caja o tubo rgido, donde el fluido percolante atraviesa el CP a lo largo de su eje. Daniel (1994) describe

cuatro tipos de permemetro de pared rgida y variaciones de modelos en cada tipo:

a) Los permemetros tipo cilindro de compactacin tienen como caracterstica el hecho de que el suelo

a ser ensayado es compactado en el propio tubo en que se realizar la percolacin. En la mayora de

estos permemetros el molde de compactacin es encajado entre placas (no permite la expansin

del cuerpo de prueba), o entre una plaza y un anillo de prolongamiento que tiene el mismo dimetro

interno del molde (permite la expansin del cuerpo de prueba). El flujo preferencial entre la pared del

permemetro y el CP, es minimizado debido a la compactacin del material en el propio cuerpo del

permemetro. La vedacion entre los encajes es garantizada por anillos del tipo Orings. Figura 4.15

Figura 4.15 Permemetro tipo molde de compactacin con anillo de prolongamiento, Daniel (1994).

b) Los permemetros tipo clula de consolidacin permiten el control de tensiones en el CP y son

usados solamente para suelos arcillosos que no contengan piedrecillas o arena gruesa.

c) Los permemetros tipo tubo muestreador son utilizados para la determinacin de la conductividad

hidrulica de materiales inalterados. El CP es obtenido por punzonamiento del tubo de pared fina en

el suelo y este tubo es encajado directamente en el permemetro. Un problema frecuente en este

ensayo es el flujo preferencial entre paredes del permemetro y el CP, el que puede llevar a

resultados no reales de la conductividad hidrulica. Figura 4.16.

Figura 4.16 Permemetro que utiliza muestreador de pared fina, Daniel (1994).

d) Otros permemetros tienen como caracterstica bsica de que el borde de la pared del permemetro

no est en contacto con el CP. El material a ser ensayado es colocado en el centro del permemetro

y el espacio entre la pared y el CP es llenado con material sellante, normalmente bentonita. Cuidados

especiales deben ser tomados en el llenado del material sellante para no influencias en los

resultados. Figura 4.17.

Figura 4.17 Permemetro que utiliza material sellante entre el CP y la pared Daniel (1994).

De acuerdo con la ASTM D5984 90 (1990), el permemetro de pared flexible es un equipo utilizado

para la determinacin de la conductividad hidrulica de materiales porosos, cuyo valor sea menor o igual

a 10-3 cm/s. Existen tres diferentes procedimientos para este mtodo de ensayo: carga constante, carga

variable o flujo constante. A travs de estos sistemas, se pueden medir parmetros necesarios para el

clculo de la conductividad hidrulica. Con este mtodo de ensayo, el flujo preferencial en las paredes del

permemetro es eliminado, disminuye el tiempo de saturacin de la muestra y la saturacin es mantenida

durante todo el ensayo.

Los ensayos de permeabilidad con permemetro de pared flexible son utilizados por ser rpidos y

econmicos. Por eso, deben ser conocidas sus limitaciones; (1) la muestra ensayada no siempre

representa la situacin real de campo (efecto escala), (2) durante el ensayo, se puede introducir algunos

errores, entre ellos: introducir aire en la muestra saturada, densificacin del cuerpo de prueba,

crecimiento de microorganismos en ensayos de larga duracin, entre otros.

Este tipo de permemetro es compuesto por una cmara que en el interior es colocado el CP entre dos

piedras porosas envuelto en una membrana flexible, conforme ilustra la Figura 4.18. el doble drenaje en

el cabezal y en el pedestal tienen como finalidad facilitar la saturacin de las piedras porosas y de las

lneas conductoras de flujo. En seguida el montaje descrito encima, se hace el llenado de la cmara y

aplicacin de la presin confinante en su interior que presiona a la membrana flexible contra el CP, de

forma que durante el ensayo no ocurra el flujo entre la membrana y el CP. Al mismo tiempo en que se

aumenta la presin en la cmara se aplica una presin interna en el CP, denominada contra presin,

siendo que la diferencia entre la presin interna y externa del CP constituye la tensin efectiva durante el

ensayo.

Este procedimiento de aumento de presin confinante y contrapresin tiene como objetivo la saturacin

de la muestra y es conocido como saturacin por el contra presin. As, el aire ocluido en los poros de la

muestra ensayada se disuelve en la fase liquida, en un proceso que puede demorar pocas horas o varios

das, dependiendo principalmente de la matriz de suelo.

Figura 4.18 Permemetro de pared flexible, Daniel et al (1984)

La realizacin de ensayos en permemetros de pared flexible propicia a determinacin de bajas

conductividades hidrulicas con un tiempo de ensayo reducido, viabilizando el estudio de suelos

compactados con conductividades hidrulicas iguales o menores que 10-7 cm/s. Otro factor importante de

este ensayo es la posibilidad de la determinacin de la conductividad hidrulica saturada, pues como

se ha visto anteriormente, en este estado, el suelo presentar el mayor valor de conductividad

hidrulica.

5. MATERIALES Y MTODOS

5.1 Tipo de investigacin.

La investigacin es descriptiva, debido a que se busca especificar las propiedades y caractersticas

hidrulicas de los suelos arcillosos compactaos para fines de impermeabilizacin de fundacin de rellenos

sanitarios para la deposicin de los residuos slidos en la ciudad de Juliaca.

Segn Hernndez, R., Fernndez, C., Baptista, M. (2010) el propsito del investigador, consiste en

describir fenmenos, situaciones, contextos y eventos; esto es, detallar cmo son y se manifiestan. Los

estudios descriptivos buscan especificar las propiedades, las caractersticas y los perfiles de personas,

grupos, comunidades, procesos, objetos o cualquier otro fenmeno que se someta a un anlisis. Es decir,

nicamente pretender medir o recoger informacin de manera independiente o conjunta sobre los

conceptos o las variables a las que se refieren, esto es, su objetivo no es indicar como se relacionan

estas.

5.2 Diseo de investigacin

El diseo de investigacin experimental, dado que se manipularan las variables que inciden en la

conductividad hidrulica de suelos arcillosos compactados. Con fines de impermeabilizacin de los

rellenos sanitarios para tratamiento y disposicin de residuos slidos de la ciudad de Juliaca.

En relacin a lo anterior segn Hernndez, R., et al, (2010) la investigacin experimental podra definirse

como un estudio en el que se manipulan intencionalmente una o ms variables independientes

(supuestas causa-antecedentes), para analizar las consecuencias que la manipulacin tiene sobre una o

ms variables dependientes (supuestos efectos-consecuentes), dentro de una situacin de control para el

investigador.

5.3 Identificacin de variables

Variables

Conductividad Hidrulica de suelos arcillosos compactados.

5.4 Operacionalizacin de variables

Tabla 5.1 Definicin operacional de variables de investigacin.

Variable Dimensin Definicin Conceptual

Conductividad Hidrulica de

suelo arcilloso compactado,

Coeficiente de

permeabilidad, k

Grado de facilidad o dificultad

para que un liquido percolador

circule por su medio.

5.5 Poblacin y Muestra

La poblacin corresponde a toda la variedad de suelos arcillosos existentes en la zona de emplazamiento

y alrededores de la ciudad de Juliaca.

5.6 Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de datos.

Tcnicas

A travs de la observacin se pretende obtener el registro sistemtico, vlido y confiable de la informacin

necesaria para el presente trabajo de investigacin, correspondiente a los ensayos en permemetro de

pared flexible y rgida y revisin bibliogrfica de los aspectos relacionados al tratamiento de residuos

slidos desarrollados en investigaciones.

Instrumentos

Las fichas de registro, son los instrumentos de recoleccin de datos de campo a utilizarse en la presente

investigacin.

Tabla 5.2 Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos para medicin de variables

Dimensin o Sub Variable Recoleccin de Datos

Tcnica Instrumento

Coeficiente de Permeabilidad, K Medicin

Permemetro de Pared Flexible y pared rgida

6. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

El cronograma de actividades se ha fijado desde el inicio de actividades previo a la aprobacin del mismo,

considerando la revisin preliminar para la elaboracin del proyecto de investigacin. Por lo tanto, segn

el procedimiento fijado por la normativa interna de la Universidad Peruana Unin, la misma est sujeto a

variacin segn las condiciones reales en los plazos y tiempos de cada etapa.

Tabla 6.1 Cronograma de ejecucin de proyecto de investigacin

7. PRESUPUESTO Y FINANCIAMIENTO

Presupuesto

El presupuesto estimado, son los correspondientes a insumos, bienes y personal de apoyo necesarios

para el adecuado cumplimiento de los objetivos planteados de la presente investigacin.

Tabla n. 7.1 Presupuesto de ejecucin de proyecto de investigacin

Descripcin Und Cantidad Costo

Unitario Parcial

1.- PERSONAL AUXILIAR 500.00

Asistentes Mes 1 500.00 500.00

2.- VITICOS 500.00

Gastos de Transporte Mes 1 500.00 500.00

3.- EQUIPOS, PAPELERIA Y OTROS 2,801.00

Papel Bond A4 Millar 10 25.00 250.00

Papel Bulky Millar 2 13.00 26.00

Flderes Pza 30 0.50 15.00

Archivadores Pza 10 5.00 50.00

CDs Pza 25 1.00 25.00

Lapiceros Azul y Negro Punta Fina Pza 10 2.50 25.00

Resaltador Und 5 2.00 10.00

Engrapador Und 1 10.00 10.00

Clips Caja 1 3.00 3.00

Pos It Pqte 1 7.00 7.00

Impresora de Tinta Und 2 300.00 600.00

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Consultas y Sugerencias *

Revisin Documental * * *

Elaboracin del proyecto * * * * * * * * *

Presentacin del proyecto * * * * * * * * * *

Aprobacin de proyecto * *

Recopilacin de datos * * * * * * *

Revisin Documental * * * * * *

Ensayos de laboratorio * * * * * *

Procesamiento de informacin * * * * * *

Redaccin de conclusiones * *

Presentacin del Informe *

Revisin por los Dictaminadores * *

Modificaciones segn observaciones *

Entrega de ejemplar para revisin *

Sustentacin * * * * * *

Ago-1

5

Jul-

15

Jun-1

5

May

-15

MES/SEMANA

ACTIVIDAD Abr-

15

Mar

-15

Feb

-15

Ene-

15

Descripcin Und Cantidad Costo

Unitario Parcial

Cartuchos de Tinta Negra Und 4 180.00 720.00

Cartuchos de Tinta Color Und 1 180.00 180.00

Fotocopiados Glb 1 200.00 200.00

Empastados Und 8 40.00 320.00

Alquiler Computadora Mes 3 120.00 360.00

TOTAL 3801.00

Adicionalmente a la estimacin anterior se tiene, gastos inherentes a derechos o tasas de cobros

correspondientes a la presentacin, asesora, revisiones y aprobacin del proyecto e informe de

investigacin. stos ascienden a S/. 1,600.00.

Financiamiento

Con recursos propios as como apoyo econmico de familiares directos y otras. Asimismo, es importante

sealar que la escuela profesional de ingeniera civil de la Universidad Peruana Unin, proporcionar el

permemetro de pared flexible.

8. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Albrecht, B.A. & Benson, C.H., (2001) Efecto de la desecacin en arcillas naturales compactadas,

ASCE, 127 (1), 67-75.

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compactadas, ASCE, 120 (2), 366-378.

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Internacional en Mecnica de Suelos e Ingenieria de Fundaciones, Londres, Volumen I, pp. 6-

8.

Boutwell, G. P. & Hedges, C., (1989). Evaluacin de estructuras de retencin lineal por estadstica

multivariable. Conferencia Internacional sobre mecnica de suelos y fundaciones, Rio de

Janeiro, Brasil.

CETESB (1993). Residuos Slidos industriales, 2da edicin.

Carvalho, M.F. (1999). Comportamiento mecnico de residuos slidos urbanos. Tesis para optar el

grado de doctorado, Escuela de Ingeniera de San Carlos, Universidad de Sao Paulo-SP,

Brasil.

Daniel, D.E., Trautwein, S. J., Boyton, S. S. y Foreman, D.E. (1984). Pruebas de permeabilidad con

pemeametros de pared flexible. Revista cientfica de Ensayos Geotcnicos.

Dourado, H.A. (2003). Conductividad hidrulica de materiales de baja permeabilidad: desarrollo,

construccin, y pruebas de un sistema de medida. Disertacin para optar el grado de maestra

en la Escuela de Ingeniera de San Carlos, Universidad de Sao Paulo, Brasil.

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Hernndez, R., Fernndez, C., Baptista, M. (2010). Metodologa de la Investigacin. Quinta Edicin.

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Lambe, T.W. & Whitman, R.V., (1969) Mecnica de suelos, Editorial John Wiley&Sins, Singapur.

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(GCLs) usando el mtodo de volumen de constante. Revista Cientfica Ensayos geotcnicos.