Anexo N° 5 Actualización estudio y diseños Vaso Altair II N° 1

ACTUALIZACIÓN A LOS ESTUDIOS Y DISEÑOS
CORRESPONDIENTES AL VASO ALTAIR, LOCALIZADO EN
EL EXTREMO NORTE DEL RELLENO SANITARIO LA
PRADERA
RESPONDE ACTO ADMINISTRATIVO 248 DE 2012
Informe Final I-2044-01-REV6
FEBRERO DE 2013
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DISEÑOS CORRESPONDIENTES AL
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TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCCIÓN .......................................................................................................... 1
1.
GENERALIDADES ................................................................................................... 2
1.1
2.
3.
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO ................................................... 2
DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROYECTO ...................................................... 4
2.1
GENERALIDADES ............................................................................................. 4
2.2
ALCANCE .......................................................................................................... 5
2.3
METODOLOGÍA ................................................................................................. 5
COMPONENTES FÍSICOS .................................................................................... 10
3.1
HIDROLOGÍA ................................................................................................... 10
3.1.1
Usos actuales del recurso Hídrico ............................................................. 10
3.1.2
Características morfométricas básicas de la cuenca ................................. 11
3.1.3
Régimen climático...................................................................................... 17
3.1.4
Caudales de Diseño................................................................................... 27
3.1.5 Análisis del cambio en el régimen de precipitaciones desde el año 2005
hasta el 2010 .......................................................................................................... 49
3.2
GEOMORFOLOGIA ......................................................................................... 51
3.3
GEOLOGIA ...................................................................................................... 52
3.3.1
Geología regional....................................................................................... 52
3.3.2
Geología local ............................................................................................ 52
3.3.3
Resultados de la fotointerpretación............................................................ 54
3.3.4
Geología estructural................................................................................... 55
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3.3.5
3.4
4.
ASPECTOS HIDROGEOLÓGICOS ................................................................. 59
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA Y ENSAYOS DE CAMPO ................................... 67
4.1
ENSAYOS DE LABORATORIO ....................................................................... 71
4.1.1
Caracterización y propiedades índices ...................................................... 72
4.1.2
Propiedades físico-mecánicas ................................................................... 76
4.1.3
Perfil Geotécnico típico .............................................................................. 77
4.2
5.
Implicaciones geológicas en el comportamiento geotécnico ..................... 59
COMPORTAMIENTO GEOTÉCNICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS ........... 80
DISEÑO.................................................................................................................. 87
5.1
CONFIGURACIÓN RELLENO SANITARIO ..................................................... 89
5.1.1
Alternativa 1 ............................................................................................... 89
5.1.2
Alternativa 2 ............................................................................................... 90
5.1.3
Selección de alternativa ............................................................................. 91
5.1.4
Criterios para el cálculo de la vida útil ........................................................ 92
5.1.5
Adecuación y explotación del vaso por etapas .......................................... 97
5.2
ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL RELLENO Y EL DIQUE .......................... 100
5.2.1
Metodología del análisis de estabilidad ................................................... 101
5.2.2
Resultados del análisis ............................................................................ 105
5.2.3
Conclusiones y recomendaciones del análisis de estabilidad .................. 114
5.3
ANÁLISIS DE ESFUERZOS .......................................................................... 115
5.4
COMPONENTES DEL DISEÑO ..................................................................... 125
5.5
CONFIGURACIÓN DEL DIQUE ..................................................................... 126
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5.6
SISTEMA DE SUBDRENAJE ......................................................................... 127
5.6.1
Excavaciones Iniciales ............................................................................. 128
5.6.2
Sistema de filtros ..................................................................................... 129
5.6.3
Tratamiento de Organales ....................................................................... 130
5.6.4
Colector principal- tubería de 1.4 metros ................................................ 133
5.7
COBERTURAS .............................................................................................. 137
5.7.1
Cobertura de fondo y taludes en terreno natural...................................... 137
5.7.2
Sistema de protección en taludes sobre terreno natural .......................... 137
5.7.3
Sistema de protección de fondo en la plataforma inferior de disposición 139
5.8
SISTEMA DE RECOLECCIÓN Y EXTRACCIÓN DE GASES Y LIXIVIADOS 141
5.8.1
Producción de gases ............................................................................... 141
5.8.2
Balance Hídrico........................................................................................ 146
5.8.3
Sistema de evacuación de lixiviados ....................................................... 148
5.8.4
Sistema de evacuación de gases ............................................................ 150
5.9
SISTEMA DE DRENAJE SUPERFICIAL........................................................ 153
5.9.1
Descripción general del sistema de drenaje superficial ........................... 154
5.9.2
Canales perimetrales ............................................................................... 156
5.9.3
Box culverts de cruce bajo vía de acceso ................................................ 167
5.9.4
Cunetas ................................................................................................... 167
5.9.5 Canal de descarga, Box culvert de cruce bajo vía del ferrocarril y descarga
al Río Medellín ..................................................................................................... 168
6.
VÍA DE ACCESO ................................................................................................. 170
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6.1
Criterios de diseño.......................................................................................... 170
6.2
OBRAS DE DRENAJE DE LA VÍA DE ACCESO ........................................... 172
6.2.1
Dimensionamiento de las alcantarillas circulares..................................... 172
6.2.2 Cruce de la quebrada Altaír I a través de la vía de acceso en la abscisa
K0+165177
7.
CANAL DE TRANSPORTE DE LIXIVIADOS ....................................................... 185
8.
SITIOS DE DEPÓSITO ........................................................................................ 185
9.
INSTRUMENTACIÓN GEOTÉCNICA .................................................................. 186
10. DISPOSICIÓN DE RESIDUOS PELIGROSOS y ESPECIALES .......................... 186
10.1
DISPOSICIÓN DE LODOS DE PTAR ......................................................... 188
10.2
ESCOMBROS ............................................................................................. 189
10.3
PRESUPUESTO ......................................................................................... 189
CONCLUSIONES ........................................................................................................ 192
REFERENCIAS ........................................................................................................... 196
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LISTA DE ANEXOS
Anexo 1.
Registro de la exploración.
Anexo 2.
Perfiles geológicos zonas de organales.
Anexo 3.
Resultados de los ensayos de laboratorio.
Anexo 4.
Análisis de estabilidad
Anexo 5.
Análisis de estabilidad mecanismos cinemáticas de falla a través de las
discontinuidades en el suelo heredadas de la roca.
Anexo 6.
Diseño goemétrico vía de acceso vaso Altair.
Anexo 7.
Análisis estereográfico de taludes.
Anexo 8.
Planos.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Localización general de los vasos del RS La Pradera..................................... 3
Figura 2. Modelo de elevación y Cuenca de la quebrada Altair 2................................. 12
Figura 3. Mapa de pendiente de la microcuenca de la quebrada Altair II. .................... 14
Figura 4. Curva hipsométrica de la quebrada Altair II. .................................................. 15
Figura 5. Perfil del Cauce Principal de la quebrada Altair II ......................................... 16
Figura 6. Estaciones pluviométricas en el área de estudio (EPM, 2005). ..................... 18
Figura 7. Precipitaciones medias mensuales en la estación Gabino (Fuente: EPM,
2010) ............................................................................................................................. 19
Figura 8. Registro de precipitaciones anuales en la estación Gabino (Fuente: EPM) . 20
Figura 9. Registro de precipitaciones mensuales entre 2009 y 2010 en la estación
Pradera. ......................................................................................................................... 21
Figura 10. Precipitaciones anuales acumuladas Estación La Pradera. ........................ 21
Figura 11. Precipitaciones mensuales Estación La Pradera. ....................................... 22
Figura 12. Temperaturas mensuales en la estación Pradera ....................................... 23
Figura 13. Humedad relativa en la estación Pradera .................................................... 24
Figura 14. Dirección del viento ..................................................................................... 25
Figura 15. Variación anual de la Magnitud de la velocidad del viento .......................... 26
Figura 16. Variación mensual de la Magnitud de la velocidad del viento ..................... 26
Figura 17. Distribución espacial de la evapotranspiración potencial anual en la
microcuenca de la quebrada Altair II ............................................................................. 28
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Figura 18. Distribución espacial de la evapotranspiración real anual en la microcuenca
de la qda. Altair II .......................................................................................................... 30
Figura 19. Esquema balance hídrico ............................................................................ 31
Figura 20. Distribución espacial del caudal medio dentro de la microcuenca de la Qda.
Altair II. .......................................................................................................................... 33
Figura 21. Curvas I-D-F de la estación El Gabino (Fuente: EPM 2010). ...................... 39
Figura 22. Hietogramas de precipitación total y efectiva de diseño para periodos de
retorno de 2.33, 5, 10, 25, 50 y 100 años. ..................................................................... 40
Figura 23. Hidrogramas de crecientes (Método de Williams y Hann) ........................... 43
Figura 24. Hidrograma unitario adimensional del SCS ................................................. 44
Figura 25. Hidrogramas de crecientes por el Método del Soil Conservation Service
(SCS) ............................................................................................................................. 47
Figura 26. Caudales máximos para diferentes periodos de retorno por tres métodos . 48
Figura 27. Comparación de curvas IDF para la estación Gabino 2005 vs 2010 (datos
fuente: EPM).................................................................................................................. 50
Figura 28. Variación en el tiempo de la precipitación media multianual en la estación
Gabino (Datos fuente: EPM).......................................................................................... 51
Figura 29. Esquema geológico y fotointerpretación Vaso Altair II. ............................... 56
Figura 30. Roseta de diaclasas. ................................................................................... 57
Figura 31. Estereograma de concentración de discontinuidades en la quebrada
Laureles (representado por los Polos de cada plano). .................................................. 58
Figura 32. Estereograma, concentración de los polos de las discontinuidades en el
Relleno Sanitario La Pradera......................................................................................... 58
Figura 33. Vista General zona de estudio, las flechas marcan la tendencia general de
las corrientes (Tomada de Google Earth, 1: Río Porce, 2: Río Grande, 3 Qda Laureles,
4, Qda Altair II) .............................................................................................................. 61
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Figura 34. Vista Diagrama esquemático de flujo de la zona, el grosor de la línea
representa la importancia del drenaje, (1: Río Porce, 2: Río Grande, 3 Qda Laureles, 4,
Qda Altair II) .................................................................................................................. 62
Figura 35. Modelo de elevación y red de drenaje de las quebradas Altair II y Laureles 63
Figura 36. Sección 1 de la quebrada Altair II y Laureles .............................................. 63
Figura 37. Sección 2 de la quebrada Altair II y Laureles .............................................. 64
Figura 38. Sección 3 de la quebrada Altair II y Laureles .............................................. 64
Figura 39. Localización de la exploración ..................................................................... 70
Figura 40. Sección transversal en la zona donde se proyecta el dique, incluyendo los
resultados de los ensayos de campo y laboratorio en las perforaciones P1, P3 y P4. .. 70
Figura 41. Relación entre el porcentaje de finos y el porcentaje de arenas. ................ 73
Figura 42. Carta de plasticidad para los suelos in situ del vaso Altair II. ....................... 74
Figura 43. Comparación pruebas de compactación laboratorio préstamos para Altair II
con pruebas de campo con densímetro nuclear para La Música. ................................. 75
Figura 44. Tendencia del ángulo de fricción interna y de la cohesión en función de la
relación de vacíos.......................................................................................................... 77
Figura 45. Secuencia asociada a organales. Ver Perfil 5, Anexo 2. ............................. 79
Figura 46. Esquema de secuencias asociadas a depósitos aluviales superficiales,
diferentes de los mezclados con organales. .................................................................. 80
Figura 47. Parámetros de resistencia al corte de residuos sólidos y banda seleccionada
para tener en cuenta la variabilidad en los análisis de estabilidad. ............................... 86
Figura 48. Alternativa 1, vaso Altair II, volumen total de residuos (en condiciones
conservadoras) 5’933.500 m3. ....................................................................................... 90
Figura 49. Alternativa 2, vaso Altair II, volumen total de residuos 5’543.500 m3. ......... 91
Figura 50. Esquema general de residuos incluyendo el dique de contención. ............. 92
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Figura 51 Variación de la cantidad de toneladas dispuestas, volumen disponible y
volumen ocupado .......................................................................................................... 94
Figura 52. Variación promedio mensual volumen ocupado y toneladas dispuestas ...... 95
Figura 53. Variación del Rendimiento ............................................................................ 96
Figura 54. Etapas de disposición de residuos. ........................................................... 100
Figura 55. Distribución del Factor de Seguridad en el análisis del Vaso Altair II. ....... 102
Figura 56. Secuencia típica de materiales en el análisis de estabilidad. .................... 103
Figura 57. Localización de las secciones utilizadas en el análisis de estabilidad. ...... 105
Figura 58. Falla rotacional global en el relleno, sección 1-1 sin manto drenante y
Ru=0,5 ......................................................................................................................... 106
Figura 59. Falla rotacional global en el relleno, sección 1-1 con manto drenante Ru=0,5
y 0,2. ............................................................................................................................ 107
Figura 60. Condición de falla típica a través del sistema de protección de fondo,
disposición final de residuos. ....................................................................................... 110
Figura 61. Sección a analizar. ..................................................................................... 113
Figura 62. Análisis de sensibilidad de la estabilidad al peso Unitario de los residuos 114
Figura 63. Esfuerzo principal mayor σ1 ...................................................................... 117
Figura 64. Variación de σ1 con profundidad ............................................................... 117
Figura 65. Esfuerzo principal menor σ3 ...................................................................... 118
Figura 66. Variación de σ3 con profundidad ............................................................... 118
Figura 67. Esfuerzo normal total a lo largo del perfil .................................................. 119
Figura 68. Esfuerzo cortante a lo largo del perfil ........................................................ 119
Figura 69. Desplazamientos horizontales ................................................................... 120
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Figura 70. Desplazamientos horizontales a lo largo del perfil.................................... 121
Figura 71. Desplazamientos verticales ....................................................................... 121
Figura 72. Desplazamiento vertical a lo largo del perfil .............................................. 122
Figura 73. Desplazamientos horizontales ................................................................... 123
Figura 74. Desplazamiento horizontal a lo largo del perfil .......................................... 123
Figura 75. Máximas deformaciones por cortante ........................................................ 124
Figura 76. Esquema dique de contención. ................................................................. 126
Figura 77. Tratamiento de organales .......................................................................... 133
Figura 78. Área tributaria de escorrentía superficial a la Tubería central bajo
condiciones de escenario 1 ......................................................................................... 135
Figura 79 Esquema del sistema de protección en taludes de corte sobre el terreno
natural. ........................................................................................................................ 138
Figura 80. Método de disposición recomendado para garantizar el funcionamiento
adecuado de la protección de fondo. ........................................................................... 139
Figura 81. Esquema de protección de fondo, arriba zona típica; abajo zona donde se
proyecta el manto drenante al frente de la disposición de residuos. ........................... 140
Figura 82. Fases de estabilización de un relleno sanitario (Engecorps, 1996). .......... 143
Figura 83. Distribución de gases rápidamente descomponibles................................. 144
Figura 84. Producción de gases en el tiempo............................................................. 145
Figura 85. Distribución de la producción de lixiviados del relleno Altair II. ................. 148
Figura 86. Detalles Filtros tipo 1. ................................................................................ 149
Figura 87. Detalles de filtros con gaviones en media ladera. ..................................... 149
Figura 88. Manholes para monitoreo de lixiviados. .................................................... 150
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Figura 89. Detalle de las chimeneas para desfogue de gases sobre el sistema de
evacuación de lixiviados. ............................................................................................. 152
Figura 90. Detalle Quemador de gases convencional (para el caso del vaso Altair no
se utilizará la arcilla, salvo un evento muy particular) ................................................ 153
Figura 91. Esquema del sistema de drenaje superficial (no se muestran las cunetas
sobre el relleno) ........................................................................................................... 155
Figura 92. Delimitación de las áreas tributarias asociadas a los canales perimetrales
.................................................................................................................................... 157
Figura 93. Límites de régimen de flujo en canales escalonados (Llano, 2003) ........... 162
Figura 94. Canal perimetral de concreto reforzado. – Sección Típica ........................ 165
Figura 95. Esquema de localización y dimensiones de las obras proyectadas. ........ 166
Figura 96. Descarga del Box Culvert sobre el Río Medellín ....................................... 169
Figura 97. Vía de acceso proyectada para el relleno sanitario Altair II. ...................... 171
Figura 98. Taludes de corte vía acceso a Altair II....................................................... 171
Figura 99. Delimitación de las áreas tributarias asociadas a las alcantarillas circulares
.................................................................................................................................... 173
Figura 100. Delimitación del área tributaria de la microcuenca de la quebrada Altair I.
.................................................................................................................................... 178
Figura 101 Modelo de elevaciones del terreno y secciones transversales empleadas en
la modelación hidráulica. ............................................................................................. 182
Figura 102. Perfil de flujo de la quebrada Altair I bajo el puente proyectado en abscisa
K0+165. Tr = 100 Años ............................................................................................... 183
Figura 103. Lámina de aguas en sección transversal del puente. ............................... 184
Figura 104. Canal de lixiviados propuesto .................................................................. 185
Figura 105. Flujo de inversiones diferido durante la vida útil ...................................... 191
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Clasificación de las cuencas de acuerdo al número de orden ........................ 15
Tabla 2. Características morfométricas de la cuenca de la Quebrada Altaír II
condiciones actuales ..................................................................................................... 17
Tabla 3. Información básica de las estaciones empleadas en el estudio ..................... 17
Tabla 4. Precipitaciones medias, mínimas y máximas mensuales en la estación Gabino
(unidades en mm) (Fuente: EPM, 2010) ....................................................................... 19
Tabla 5. Coeficiente de pérdidas en la microcuenca de la quebrada Altair II. .............. 34
Tabla 6. Caudal mínimo medio en la quebrada Altair II (cota 1070) ............................. 34
Tabla 7. Caudales mínimos asociados a diferentes periodos de retorno en la Quebrada
Altair II ........................................................................................................................... 35
Tabla 8. Cálculo del tiempo de concentración Tc(min) ................................................. 36
Tabla 9. Calculo del coeficiente de escorrentía ............................................................ 37
Tabla 10. Numero de curva y usos del suelo................................................................ 37
Tabla 11. Parámetros de las hipérbolas para la estación El Gabino (Fuente: EPM,
2010). ............................................................................................................................ 38
Tabla 12. Precipitación de diseño para diferentes periodos de retorno ........................ 39
Tabla 13. Parámetros para el hidrograma Unitario de Williams y Hann. ...................... 42
Tabla 14. Parámetros para el hidrograma Unitario del SCS. ........................................ 46
Tabla 15. Caudales máximos por el Método Racional ................................................. 48
Tabla 16. Resumen de crecientes para diferentes periodos de retorno ....................... 49
Tabla 17. Propiedades hidráulicas materiales del Batolito Antioqueño (Hoyos, 2012) . 64
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Tabla 18. Resumen de los resultados de los ensayos de laboratorio. .......................... 71
Tabla 19. Resumen resultados de pruebas de resistencia al corte directo (CU). ......... 76
Tabla 20. Perfil del vaso Altair I en la zona del dique. .................................................. 78
Tabla 21. Descripción de los horizontes del perfil típico de Altair II. ............................. 78
Tabla 22. Composición de los residuos sólidos urbanos. ............................................. 81
Tabla 23.Peso unitario promedio de los residuos sólidos urbanos. ............................... 82
Tabla 24. Parámetros de resistencia al corte en residuos sólidos urbanos de Rodas
criterio de falla máxima relación 1/3. .......................................................................... 83
Tabla 25. Parámetros de resistencia al corte de residuos sólidos reportados en la
literatura......................................................................................................................... 85
Tabla 26 Volúmenes y cantidades de residuos dispuestos en el Vaso La Música ........ 94
Tabla 27. Propiedades de los materiales y límites para el análisis probabilístico, dentro
del análisis bajo condiciones estáticas. ....................................................................... 103
Tabla 28. Resumen del análisis de estabilidad en condiciones estáticas para la sección
1-1, condición de falla rotacional global. ...................................................................... 107
Tabla 29. Resumen del análisis de estabilidad en condiciones estática para la sección
7-7 teniendo en cuenta las etapas de disposición de residuos sólidos, mecanismo de
falla rotacional global. .................................................................................................. 108
Tabla 30. Análisis de estabilidad para la condición de falla a través de la protección de
fondo, para el caso estático y con carga por sismo. .................................................... 109
Tabla 31. Resultados del análisis de estabilidad por una falla en el suelo de
cimentación ................................................................................................................. 111
Tabla 32. Resumen del análisis de estabilidad por falla global incluyendo los diques 112
Tabla 33. Parámetros de resistencia al corte .............................................................. 116
Tabla 34. Excavaciones componentes del vaso .......................................................... 129
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Tabla 35. Capacidad del colector principal de subdrenaje bajo condiciones del
escenario 1 .................................................................................................................. 135
Tabla 36. Capacidad tubería central con caudal de escorrentía de la microcuenca Altair
II .................................................................................................................................. 136
Tabla 37. Composición gravimétrica de los residuos sólidos ..................................... 143
Tabla 38. Cantidades gas producido por kg de residuos para Medellín ..................... 144
Tabla 39 . Precipitaciones anuales en año normal y año lluvioso ............................... 147
Tabla 40 . Parámetros geomorfológicos de las áreas tributarias asociadas a los
canales perimetrales ................................................................................................... 158
Tabla 41. Resultados del tiempo de concentración (min). ........................................... 158
Tabla 42. Coeficientes de escorrentía para las áreas tributarias de las diferentes obras
de drenaje superficial. ................................................................................................. 159
Tabla 43. Precipitación de diseño para las diferentes obras de drenaje superficial ... 160
Tabla 44. Caudales de diseño para las diferentes obras de drenaje superficial. ........ 161
Tabla 45. Verificación con Flujo Uniforme de las diferentes obras de drenaje superficial.
.................................................................................................................................... 163
Tabla 46. Dimensiones mínimas requeridas para los canales perimetrales ............... 163
Tabla 47. Dimensiones finales e Incremento de Capacidad de canales perimetrales
considerando flujo uniforme a sección llena. ............................................................... 164
Tabla 48. Revisión capacidad hidráulica canal y box culvert de descarga ................. 168
Tabla 49. Áreas tributarias asociadas a las alcantarillas circulares. ........................... 174
Tabla 50. Caudales de diseño de las alcantarillas circulares. .................................... 174
Tabla 51. Verificación capacidad hidráulica alcantarillas circulares con flujo uniforme
.................................................................................................................................... 176
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Tabla 52 . Parámetros geomorfológicos del área tributaria de la microcuenca de la
quebrada Altaír I. ......................................................................................................... 177
Tabla 53. Resultados del tiempo de concentración (min). ........................................... 179
Tabla 54. Coeficientes de escorrentía para para la microcuenca de la quebrada Altair I.
.................................................................................................................................... 179
Tabla 55. Precipitación de diseño para la microcuenca de la quebrada Altair I.......... 180
Tabla 56. Caudales de diseño para la microcuenca de la quebrada Altair I. .............. 180
Tabla 57. Instrumentación Geotécnica Propuesta ....................................................... 186
Tabla 58. Presupuesto resumido ................................................................................. 190
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INTRODUCCCIÓN
Como parte del desarrollo y explotación del Relleno Sanitario La Pradera, de propiedad
de las Empresas Varias de Medellín E.S.P (EEVVM), se han venido realizando estudios
para definir los futuros aprovechamientos del relleno. Entre las zonas aptas, se
destacó el Vaso Altair II, localizado al norte de La Pradera, el cual ofrece una capacidad
del orden de 8´040.000 toneladas con las cuales la explotación del relleno se podría
extender como mínimo por 16 años más, a partir de la finalización de la vida útil del
Vaso la Música.
Como se muestra en la Figura 1 el Relleno Sanitario La Pradera está localizado en
jurisdicción del Municipio de Don Matías sobre la margen izquierda del Río Medellín, a
57 Km. de la Ciudad de Medellín y a 15 Km. de la cabecera municipal del Municipio de
Barbosa. Para la explotación del Vaso Altair II se aprovechará toda la infraestructura
implementada para la operación de los Vasos la Carrilera y la Música de este relleno.
De acuerdo con Salazar Ferro (2004), debido a que el fondo del vaso presenta una
mayor amplitud que los que se encuentran actualmente en funcionamiento, el vaso
Altair II presenta rendimientos Volumen/Área superiores a los del vaso La Música,
(actualmente en explotación), y los obtenidos en Relleno Sanitario Curva de Rodas;
además, la cuenca aferente al relleno es mucho menor a las cuencas del Vaso La
Música y del R.S. Curva de Rodas y en consecuencia, el área de la cuenca por fuera
de la zona de explotación, es significativamente menor, lo que facilita el manejo de los
drenajes superficiales.
Una de las principales ventajas del vaso es su geometría, ya que en la zona baja se
estrangulan los canales de la cuenca facilitando el cierre, accidente topográfico en el
cual se encuentran saprolitos derivados de rocas del Batolito Antioqueño a
profundidades moderadas, que darán un cierre adecuado al Vaso y garantizan su
estabilidad.
Este informe corresponde a la actualización de los estudios y diseños correspondientes
al Vaso Altair del Relleno Sanitario la Pradera, los cuales fueron elaborados inicialmente
como parte del contrato 103 de 2005 suscrito entre las EMPRESAS VARIAS DE
MEDELLÍN E.S.P. y SALAZAR FERRO INGENIEROS S.A. Contiene una consolidación
definitiva de los informes que se han presentado a la Corporación Autónoma Regional
del Centro de Antioquia –Corantioquia -, dentro del trámite de licenciamiento del vaso
Altair y los ajustes realizados, con fundamento en las observaciones consignadas en
Actos Administrativos, el último de ellos el Acto Administrativo 248 de 2012, y en
informes técnicos expedidos por dicha Corporación, relacionados con este trámite.
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INTEINSA ha realizado la actualización de los estudios hidrológicos e hidráulicos con
base en la información pluviométrica disponible hasta el año 2010, con la finalidad de
tener en cuenta las altas pluviosidades observadas en el periodo 2008 – 2010.
Adicionalmente, se revisaron y refinaron todos los parámetros hidrológicos mediante el
empleo de Sistemas de Información Geográfica (SIG), como son: área de la cuenca, los
coeficientes de escorrentía, los tiempos de concentración, entre otros; las variaciones
de estos parámetros no son significativos y no influyeron finalmente en los diseños de
las obras para el desarrollo del Vaso Altair; así mismo se han realizado ajustes al
sistema de impermeabilización y el tratamiento de la zonas de organales.
1.
GENERALIDADES
El vaso Altair, está localizado en el extremo norte del relleno sanitario la Pradera; el
diseño del vaso incluyó una serie de actividades de campo como levantamientos
topográficos, reconocimientos geológicos y geotécnicos, exploración del subsuelo y los
estudios hidrológicos, hidráulicos, geológicos y geotécnicos necesarios para el diseño
seguro de las obras que conforman el vaso y como soporte para la solicitud de
modificación de la Licencia Ambiental y poder implementar la construcción del mismo,
como parte del desarrollo del Relleno Sanitario La Pradera.
1.1
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
La fase inicial fue licenciada mediante la Resolución 5288 de julio de 2002 y modificada
mediante las resoluciones 7998 de noviembre de 2005 y 7162 de julio de 2009.
El presente documento contiene el diseño del vaso ALTAIR, cuya capacidad ha sido
ajustada teniendo en cuenta los estudios y observaciones en campo de la operación
de los vasos La Música, la Carrilera y el RS Curva de Rodas,
cuya información
técnica ha sido recopilada durante los nueve años de operación del relleno sanitario La
Pradera y 19 años de operación del RS Curva de Rodas. En este caso se han
considerado los asentamientos de la masa de residuos debido a la expulsión de gases y
lixiviados y a la descomposición de la materia orgánica, el peso unitario obtenido de los
ensayos de control de compactación de los rellenos con un peso unitario de mínimo 1,0
ton/m3, un promedio de 53000 toneladas de residuos mes, un crecimiento poblacional
de tipo exponencial y una cobertura de residuos en tierra y/o en plástico; dependiendo
del tiempo durante el cual no se va a disponer residuos en un sector.
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Teniendo en cuenta estos factores se calculó un rendimiento en toneladas por metro
cúbico que representa la cantidad de toneladas de residuos que se pueden disponer en
un metro cúbico del volumen del vaso, el cual es mucho mayor que el peso unitario
obtenido durante la compactación debido a los factores citados en el párrafo anterior.
Esto implica, que en la medida que transcurre el tiempo en el relleno y se producen los
asentamientos en los residuos debidos a los factores indicados, es posible obtener una
mayor capacidad del vaso durante el tiempo de operación, lo cual es un aspecto
importante, dada la dificultad que se tiene en el país del emplazamiento de proyectos de
esta naturaleza, que se ven limitados no solo por la disponibilidad de tierras aptas para
tal efecto, sino por los aspectos sociales, políticos y administrativos que ello involucra.
Figura 1. Localización general de los vasos del RS La Pradera.
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2.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROYECTO
2.1
GENERALIDADES
El vaso Altair está ubicado en la Finca Altair, terreno que fue adquirido por el municipio
de Medellín en el año 2002, conjuntamente con la Finca la Pradera para el desarrollo
del sitio de disposición final regional hoy llamado Relleno Sanitario La Pradera, cuyo
desarrollo se ha dado por etapas con la adecuación y operación de los vasos la
Carrilera,
en cierre parcial; la Música en operación; Altair en proceso de
licenciamiento; La Piñuela, Cumbre I y Cumbre II en estudio para desarrollos futuros.
Su operación se inició el 05 de junio de 2003 y a la fecha ha sido la solución definitiva
de muchos de los municipios del Valle de Aburrá, algunos del Oriente Antioqueño y la
Región del nordeste entre otros. En el último año un promedio de 20 municipios fueron
atendidos en el relleno sanitario La Pradera, considerando los residuos recibidos de la
Estación de Transferencia de otra empresa prestadora del servicio de aseo en el Valle
de Aburrá.
Teniendo en cuenta que el vaso la Música (actualmente en operación) tiene una
capacidad disponible menor al 30% de su capacidad total, es necesario adecuar otros
vasos que permitan hacer la disposición técnica de los residuos en el relleno sanitario
La Pradera,
aprovechando las áreas de terreno disponibles tanto en la Finca la
Pradera como Altair, y de esta manera lograr una solución a largo plazo al problema de
la disposición final de residuos sólidos no solo de la ciudad de Medellín sino de la
Región.
El Relleno Sanitario La Pradera, fue licenciado por Corantioquia mediante Resolución
5288 de junio de 2002, modificada en noviembre de 2005 mediante Resolución 7998 y
julio de 2009 mediante Resolución 7162. Tal como se indicó anteriormente, el vaso
Altair es otra etapa del proyecto general: Relleno Sanitario La Pradera, razón por la cual
para la operación del Vaso Altair se utilizará gran parte de la infraestructura
implementada en el R.S. La Pradera.
En el Estudio de impacto Ambiental se describirán todos los aspectos e impactos
ambientales del vaso Altair que como parte del relleno sanitario La Pradera, son en su
mayoría, los mismos que se describen en las Resoluciones antes mencionadas, dado
que la actividad a desarrollar no varía.
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2.2
ALCANCE
El objeto del estudio es presentar los diseños correspondientes del Vaso Altair II,
localizado en el extremo norte del Relleno Sanitario La Pradera, (antes llamado Parque
Ambiental La Pradera) el cual incluye:

La evaluación de las condiciones geológicas, hidrogeológicas y geotécnicas del
vaso.

Definición de la capacidad del vaso y el método de explotación para optimizar el
volumen dispuesto y reducir costos de operación.

Recopilación de criterios geotécnicos y operativos con los cuales se presentarán
los argumentos técnicos para que EEVV adelante la solicitud de la modificación
de la licencia ambiental correspondiente, a las autoridades competentes para la
utilización del vaso.

Diseño de las principales obras que constituyen el vaso como son la estructura
dique de contención, la configuración inicial y final del vaso, los sistemas de
drenaje subsuperficial y superficial del vaso, los sistemas de recolección y
extracción de gases y lixiviado. las vías de acceso y demás obras necesarias
para el adecuado funcionamiento de un relleno sanitario.

Estimación de los costos y elaboración de un presupuesto, que incluyen la
infraestructura necesaria para la explotación del vaso, tales como vías
principales e industriales de acceso, sistemas de extracción y conducción de
lixiviados y gases; así como todas aquellas otras que permitan una explotación
segura.
En el Plano P-2044-01 se presenta la Localización general y Planta del Vaso Altair II
Relleno Sanitario La Pradera.
2.3
METODOLOGÍA
El desarrollo del presente diseño se efectuó mediante la ejecución de las siguientes
actividades básicas:
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
Revisión bibliográfica: se consultaron trabajos previos en el sitio, informes de
instrumentación, manuales, disposiciones de tipo ambiental, manejo de residuos
sólidos, entre otros, donde se destacan los siguientes documentos:
o Decreto Número 838 de 2005. Por el cual se modifica el Decreto 1713 de
2002 sobre disposición final de residuos sólidos y se dictan otras
disposiciones. Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial.
o Compañía Colombiana de Consultores (2003). Consultoría para la
ejecución de los estudios específicos, diseños constructivos y programa
operativo de trabajo de inversión del vaso de la Música y sistema vial
interno de conexión en el Parque Ambiental la Pradera.
o Concepto, a nivel preliminar sobre las posibles zonas aptas para
disposición final en la finca Altair, contigua a la Pradera. C-231.
o Salazar Ferro (2004 a 2005). Asesoría técnica para el Parque Ambiental
la Pradera, informes de estabilidad e instrumentación.
o U.S. Army Corps of Engineers (1999). Construction quality assurance
(CQA) plan requirements for hazardous waste landfill. Engineer Manual
EM 1110-1-4011.
o U.S. Army Corps of Engineers (1984). Sanitary landfill mobilization
construction. Engineer Manual EM 1110-3-177.
o United States Army (1994). Sanitary landfill. Headquarters Department of
the Army, Technical Manual TM 5-814-5.
o E.P.A. (1993) Safer Disposal for Solid Waste – The Federal Regulations
for Landfill, EPA/530 SW-91 092.
o RAS. Resolución No. 1096 de 17 de Noviembre de 2000 por la cual se
adopta el Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y
Saneamiento Básico.
Ministerio de Desarrollo Económico de La
República de Colombia.

Revisión cartográfica.

Fotointerpretación geológica del área: utilizando las Fotos 773 y 774 del vuelo
AE-026 Faja 03, Escala 1:9453 fecha: 29-IV-96.
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
Reconocimiento geológico-geotécnico de campo: se efectuaron cuatro recorridos
completos por toda el área de interés, haciendo énfasis en los principales
drenajes que conforman la cuenca y la zona del cierre inferior de la vía, lo cual
permitió definir la Geología del sector.

Levantamiento topográfico: Se realizó un levantamiento topográfico detallado del
vaso con el objeto de cuantificar correctamente el volumen a disponer y localizar
con precisión las obras diseñadas. Como del relleno la Pradera se disponía de
una restitución fotogramétrica, ambas topografías fueron comparadas.

Exploración de campo: la exploración contempló técnicas directas combinando
pozos excavados manualmente de profundidad media, del orden de 5,0 m, con
perforaciones con taladro rotatorio en las cuales se realizó de forma sistemática
el ensayo de penetración estándar y la toma de muestras inalteradas con tubos
de pared delgada, las cuales alcanzaron profundidades de hasta 30 m. Teniendo
en cuenta que en la zona las formaciones geológicas presentes son
relativamente homogéneas y conocidas, la exploración se concentró en los
puntos neurálgicos del vaso como son: el cierre inferior, el centro del vaso en la
zona de depósitos y organales y una zona baja (en el cierre del vaso) en donde
será necesario construir una obra para garantizar el cierre del vaso.

Pruebas de laboratorio de geotecnia: el programa de ensayos de laboratorio
contempló dos grupos de pruebas, de clasificación y caracterización que
incluyeron: tamaño y distribución de las partículas, límites de consistencia, peso
unitario de las partículas sólidas y contenidos gravimétricos de agua; ensayos de
compactación; y pruebas de resistencia al corte para muestras inalteradas y
compactadas. Los resultados de estos ensayos de laboratorio se compararon
con los obtenidos en los otros vasos del R.S. La Pradera y en estudios
regionales.

Hidrología e hidráulica: cálculo de los parámetros hidrológicos y estimación de
los tiempos de concentración y caudales mínimos y máximos para diferentes
períodos de retorno. Insumos básicos para el dimensionamiento de los sistemas
de drenaje sub-superficial, superficial y tratamiento de organales. Inicialmente los
análisis hidrológicos se realizaron haciendo énfasis en la información de la
estación Gabino de propiedad de EEPPM, localizada varios kilómetros aguas
abajo del Vaso. Considerando las fuertes precipitaciones que se han presentado
en los últimos años (2008, 2009, 2010) se analizó la incidencia de estos valores
en los diseños de las obras del relleno.
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
Diseño de los sistemas de recolección y extracción de gases y lixiviado. Para ello
se utilizó un modelo simplificado que tiene en cuenta la cantidad de residuos
dispuestos, su composición, humedad y las variables atmosféricas que inciden
en la descomposición de la materia orgánica.

Alineamiento preliminar de las vías de acceso, tanto el anillo principal como las
vías industriales que dan acceso a las diferentes etapas tenidas en cuenta en el
proceso constructivo del relleno sanitario Altair II.

Planteamiento y configuración de las excavaciones y adecuaciones previas a la
construcción del relleno sanitario.

Sistema de filtros y tubería central de recolección para recoger y encauzar las
aguas que puedan generar subpresiones bajo el sistema de protección de fondo,
incluyendo las aguas de la quebrada Altair.

Sistema de protección de fondo que tiene como objetivo aislar el relleno sanitario
y sistema de recolección de lixiviados que evacue de forma oportuna los
efluentes producidos por los residuos sólidos hacia un sistema de tratamiento.

Elaboración de esquemas y planos, ubicación en planta de las obras y sistemas
de recolección y extracción de gases y lixiviados y demás detalles de las obras
de adecuación y protección.

Sistema de cubrimiento final una vez se agote la capacidad del relleno y
configuración definitiva que garantice la máxima capacidad a disponer en
condiciones seguras.

Análisis de estabilidad: se evaluaron diferentes condiciones de configuración
geométrica mediante la técnica de equilibrio límite, teniendo en cuenta la
estabilidad interna de los diques y cerramientos, así como la estabilidad de los
taludes de relleno, bajo diferentes combinaciones de cargas, tales como,
sobrecargas por sismo, y exceso de presión de poros. Se incluye la
incertidumbre asociada a la variabilidad de los parámetros de resistencia del
suelo y los materiales que conforman el relleno, así como de cargas que afectan
el relleno. Los análisis se realizaron utilizando software especializado como el
programa de computador Slide V5 desarrollado por Rocscience y licenciado por
INTEINSA.
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
Estimación de las cantidades de obra y los costos de la construcción de la
infraestructura necesaria para la explotación del vaso, incluyendo; vías de
acceso, excavaciones y adecuaciones, sistemas de tratamiento de organales,
obras necesarias para la explotación, sistemas de drenaje superficial y
subsuperficial, sistemas de extracción de gases y lixiviados y demás obras que
se requieran para el adecuado comportamiento del relleno.

Elaboración del informe final.
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3.
COMPONENTES FÍSICOS
La zona de estudio se encuentra localizada a 60 km de Medellín, en jurisdicción del
Municipio de Don Matías, sobre la margen izquierda del Río Medellín. El acceso al sitio
de interés es a través de la vía que de Medellín conduce a la región del Nordeste
Antioqueño, 15 km después de pasar por casco urbano del Municipio de Barbosa, hasta
llegar a las instalaciones donde funciona el Relleno Sanitario La Pradera del cual hace
parte el lote de estudio.
Las coordenadas aproximadas del área del proyecto son:
X =1.213.768 mN
X’ =1.214.405 mN
Y=869.500 mE
Y’=870.500 mE
3.1
HIDROLOGÍA
Este numeral comprende la descripción del uso actual de las fuentes hídricas, la
caracterización fisiográfica de la cuenca, la estimación del caudal medio, de caudales
mínimos y caudales máximos asociados a diferentes períodos de retorno.
3.1.1 Usos actuales del recurso Hídrico
La quebrada Altair II actualmente presenta condiciones naturales; no se detectaron
evidencias de alteraciones ni la presencia de aprovechamientos hídricos a lo largo de
todos los cauces que conforman su red de drenaje. Todo el recurso hídrico generado en
la cuenca confluye finalmente al Río Medellín sin sufrir alteraciones perceptibles en
cantidad ni calidad.
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3.1.2 Características morfométricas básicas de la cuenca
En primer lugar se hace una caracterización de la cuenca puesto que ésta trabaja como
un sistema en el cual se pueden tomar en forma simplificada las precipitaciones como
elementos de entrada, y la escorrentía como elemento de salida. En la Figura 2 se
muestra la delimitación de la cuenca y en la Tabla 2 se presentan en resumen las
características fisiográficas básicas de la cuenca medidas a partir de la cota 1070. Las
características morfométricas, a diferencia de las estimadas en versiones anteriores de
este estudio, y con la finalidad de obtener una mayor precisión, fueron obtenidas
empleando un Sistema de Información Geográfica (ArcGis) a partir de la información
topográfica, lo cual ha significado ligeras variaciones en los parámetros
geomorfológicos (área, perímetro, pendiente media, longitud del cauce principal, entre
otros) que a su vez originaron cambios poco significtivos en algunos de los resultados
de este estudio en relación con las versiones anteriores. Sin embargo, dada su
pequeña variación estos resultados no significaron cambios en la concepción y diseño
de las obras planteadas para el desarrollo del vaso Altair.
A continuación se detallan las características geomorfológicas o morfométricas de la
cuenca:
3.1.2.1.
Área
El área de la cuenca, medida desde la cota 1280 hasta la cota 1070, como se muestra
en la Figura 2, es de 0.35 km2, de los cuales 0.18 km2 serán cubiertos por residuos.
3.1.2.2.
Forma de la cuenca
Se evaluó el Índice de Gravelius también llamado Índice de Compacidad, el Factor de
Forma, el Índice de Alargamiento y el Índice Asimétrico.

El coeficiente de compacidad o índice de Gravelius permite determinar la
irregularidad de la cuenca. Se define como la relación entre el perímetro y la
longitud de la circunferencia correspondiente a un círculo de igual área de la
cuenca.
Kc  0,282
P
A 0,5
Donde:
P es el perímetro de la cuenca, 2,60 km.
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A es el área de la cuenca, 0,35 km2.,
Con base en estos datos se obtiene un Kc de 1,24, de acuerdo con el cual la
cuenca tiene forma oval redonda..
Figura 2. Modelo de elevación y Cuenca de la quebrada Altair 2.

Factor de Forma, Kf: el factor de forma es la relación entre el ancho medio y la
distancia entre los puntos más distantes de la corriente principal, o la relación
entre el área y la longitud mayor de la cuenca al cuadrado.
Kf 
Area de la cuenca
( Longitud mayor de la cuenca) 2
En la expresión anterior L es de 0.80 km y A es de 0.35 km2. De esta forma, se
obtiene un Kf de 0.54. Las cuencas con Kf bajo son menos propensas a tener
lluvias intensas en toda la cuenca y por ende, son menos susceptibles a las
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crecidas. Este hecho, en la cuenca de la quebrada Altair II no aplica debido a
que su área es pequeña, y fácilmente llueve en toda su área, sobre todo en
lluvias intensas.

Índice de alargamiento, Ia:
El índice de alargamiento Ia, es la relación entre la longitud mayor de la cuenca y
el ancho medido perpendicularmente al largo.
Ia 
Longitud mayor de la cuenca
ancho medido perpendicularmente al l arg o
En la expresión anterior la longitud mayor de la cuenca L es de 0.80 km y el
ancho mayor es de 0.44 km, pudiéndose obtener un Ia de 1.84. De acuerdo con
estos valores y la forma de la cuenca, se pueden catalogar como
moderadamente alargada.

Índice de asimetría, (las)
El índice de asimetría (las) es la relación entre las áreas de la vertiente más
extensa y la menos extensa
Ias 
vertiente más extensa
vertiente menos extensa
En la expresión anterior el área de la vertiente mayor es de 0.23 km² y el de la
vertiente menor es de 0.12 km². Se obtiene entonces un índice de asimetría Ias
igual a 1.9. La cuenca de la Quebrada Altair II, se considera asimétrica debido a
que su Ias, se aleja de la unidad. La vertiente mayor está en la margen.
3.1.2.3.
Pendiente media de la cuenca
La pendiente media de la cuenca se obtuvo a partir del mapa de pendientes, el cual fue
calculado mediante un Sistema de Información Geográfica utilizando el modelo digital
de elevaciones (calculado a su vez a partir de la topografía) (ver Figura 3); el promedio
de los valores de todas las celdas de este mapa se tomó como la pendiente media de la
cuenca; de esta manera se obtuvo un valor para este parámetro del 39%, de donde se
concluye que la quebrada Altair II presenta un relieve de alta pendiente.
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Figura 3. Mapa de pendiente de la microcuenca de la quebrada Altair II.
3.1.2.4.
Elevación media de la cuenca
Para su obtención se utilizó el modelo digital de elevaciones mostrado en la Figura 2,
considerando únicamente las celdas del mapa que se encuentran dentro de la cuenca.
El valor promedio de la elevación obtenido es de 1144.9 msnm.
3.1.2.5.
Curva hipsométrica
La curva hipsométrica es una curva que indica el porcentaje de área de una cuenca que
existe por encima de una cota determinada.
Para determinar la curva hipsométrica de la microcuenca de la quebrada Altair II se
agrupó el modelo digital de elevaciones de la cuenca en 15 intervalos de igual rango de
elevación. Posteriormente, se determinó el porcentaje de área que se encuentra por
encima de cada uno de los límites de dichos intervalos en relación con el área total (Ver
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Figura 4). A partir de esta curva puede determinarse la elevación mediana de la cuenca,
asociada al 50% del área, la cual tiene un valor de 1140 msnm.
1320
1270
Elevación (msnm)
1220
1170
1120
1070
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Área acumulada (%)
Figura 4. Curva hipsométrica de la quebrada Altair II.
3.1.2.6.
Red de drenaje
Número de orden: para determinar el número de orden se aplicó el método de Horton.
Las corrientes se clasifican según el grado de bifurcación. En la Tabla 1 se presenta la
propuesta de clasificación utilizada.
Tabla 1. Clasificación de las cuencas de acuerdo al número de orden
Número de orden
Tipo de cuenca
1
Microcuenca elemental
2
Microcuenca
3
Mesocuenca
4
Subcuenca
5
Cuenca
En la corriente principal de la quebrada Altair II el orden es de 3 (Mesocuenca).
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
Densidad de drenaje: se obtiene de la relación entre la longitud total de los
cursos de agua y el área total de la cuenca.
Quebrada Altair II. Densidad de drenaje 6,5 km/km2, valor que la caracteriza
como una cuenca muy bien drenada, y por la conformación topográfica del
terreno tiene patrón de drenaje centrípeto (radial) con flujo convergiendo más
hacia el centro que divergiendo hacia fuera.
3.1.2.7.
Perfil de la corriente principal.
La pendiente media del cauce de la corriente principal se obtiene de la correspondiente
a un triángulo equivalente, con la base igual a la longitud del perfil de la quebrada.
La longitud de la corriente principal es de 1.08 km. Su punto más alto está en la cota
1280 msnm aproximadamente y el punto más bajo de análisis se encuentra en la cota
1070 msnm. Ver Figura 5.
1300
Cota (msnm)
1250
1200
1150
1100
1050
0
200
400
600
Distancia (m)
800
1000
1200
Figura 5. Perfil del Cauce Principal de la quebrada Altair II
La pendiente media del cauce de la corriente principal es de 19,4 %. Si se analiza por
tramos las pendientes varían: entre cotas 1070 y 1090 el 5,8%, entre cotas 1090 y 1140
el 16,8%, y entre cotas 1140 y 1280 el 35,9%
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En la Tabla 2 se presenta un resumen de las principales características fisiográficas de
la cuenca.
Tabla 2. Características morfométricas de la cuenca de la Quebrada Altaír II condiciones actuales
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
Qda. Altair II
0.35
Área (km )
Longitud del cauce ppal (km)
1.08
Cota máxima de la cuenca (msnm)
1280
Cota a la salida de la cuenca (msnm)
1070
Perímetro (km)
2.59
Pendiente promedia del cauce ppal (%)
19.36%
Diferencia de cotas
210
Ancho de la cuenca (km)
0.44
Pendiente media de la cuenca (%)
39.08%
FORMA DE LA CUENCA
Coeficiente de compacidad (Kc)
1.24
Factor de forma (Kf)
0.54
Indice de alrgamiento
1.84
2
3.1.3 Régimen climático
Para la caracterización climática se consideró la información registrada en las
estaciones Pradera y Gabino; la primera, es operada por Empresas Varias de Medellín
(EEVVM) y está ubicada en el relleno sanitario de La Pradera; la segunda, es operada
por Empresas Públicas de Medellín (EEPPM) y está ubicada a 5 Km aproximadamente
del proyecto. En la Tabla 3 se muestra la información básica de las estaciones
empleadas en el estudio.
Tabla 3. Información básica de las estaciones empleadas en el estudio
Estación Tipo Est.
Gabino
Pradera
I-2044-01-Rev-06
PG
CO
Localización
Elevación
Registro
X - Coord. Y - Coord. (msnm)
Inicia Susp.
Santo Domingo 1216360
875150
1080
Dic - 1958
Don Matías
1212774.9 869677.3 1098.32 Ago - 2004
Municipio
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3.1.3.1
Precipitaciones
La estación Gabino, con registros desde el año 1959 hasta el 2010, presenta una
precipitación media multianual de 3073 mm y hasta el 2008 de 3064 mm. Según EPM
(2005), la variación espacial de la lluvia en la zona del proyecto es baja; esto se puede
observar en la Figura 6 donde se muestra la poca cantidad de curvas isoyetas en el
área de estudio.
Área de estudio
Figura 6. Estaciones pluviométricas en el área de estudio (EPM, 2005).
El régimen de precipitaciones en la estación Gabino es bimodal; los meses de mayo y
septiembre corresponden a los más lluviosos y enero al mes más seco. La distribución
de lluvias presenta cuatro períodos así: un período seco que va de diciembre a marzo;
dos períodos de lluvias, el primero se extiende de abril a junio, y el segundo de
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septiembre a noviembre; y un período de transición entre lluvias que va de junio a
agosto, llamado “veranillo”, Ver Figura 7 y Tabla 4.
Figura 7. Precipitaciones medias mensuales en la estación Gabino (Fuente: EPM, 2010)
Tabla 4. Precipitaciones medias, mínimas y máximas mensuales en la estación Gabino (unidades en
mm) (Fuente: EPM, 2010)
Ene
MEDIA 76.18
MIN 1.52
MAX 229.20
Feb
93.33
0.30
399.80
Mar
173.52
30.10
512.80
Abr
292.60
106.10
470.20
May Jun
Jul
Ago
392.98 301.52 324.91 337.74
5.35 11.68 0.00 22.90
747.50 634.70 681.10 690.40
Sep
Oct
Nov
Dic
387.72 352.42 221.00 119.05
189.70 193.40 62.38 12.14
606.00 570.40 442.60 285.70
En la Figura 8 se muestra el comportamiento de las precipitaciones anuales en la
estación Gabino desde el año 1959 hasta el año 2010. En ella puede verse que se
produjo un incremento de las precipitaciones en los años de 2007 y 2008 de un 30%
aproximadamente en relación con los registros de los años 2004, 2005 y 2006. Sin
embargo, la precipitación de estos años no exceden a las máximas registradas a lo
largo de la historia y sus valores han sido igualados o excedidos en el 25% del tiempo
registrado aproximadamente.
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Figura 8. Registro de precipitaciones anuales en la estación Gabino (Fuente: EPM)
Por otro lado, la estación Pradera, con registros desde el año 2004 hasta el año 2010,
presenta una precipitación media multianual de 4182 mm, lo cual corresponde a un 36%
mayor que la registrada en la estación Gabino en ese mismo periodo. Esto da idea de
una importante variación espacial de la lluvia en la zona de estudio, lo cual contrasta
con lo que muestran las isoyetas de Empresas Públicas de Medellín (2005). Sin
embargo, el periodo de registro de la estación Pradera hasta el año 2010 es de siete (7)
años y estadísticamente se considera muy corto para describir con certeza el régimen
de precipitaciones en la zona.
En la Figura 9 se presenta la variación de las precipitaciones mensuales en la estación
Pradera para los años 2009 y 2010; y en la Figura 10 se presenta la variación de la
precipitación anual en la misma estación.
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SANITARIO LA PRADERA
700
600
Precipítación (mm)
500
400
300
200
100
0
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
2009
191.61
236.98
293.62
241.1
420.42
433.25
316.48
306.83
244.35
303.28
128.76
85.162
2010
77.216
34.544
106.17
230.27
455.34
399.8
380.75
440.44
613.92
278.64
323.85
275.84
6352
7000
6605
Figura 9. Registro de precipitaciones mensuales entre 2009 y 2010 en la estación Pradera.
3000
2834
3619
4000
3202
3522
5000
3139
Precipitación Anual Acumulada (mm)
6000
2000
1000
0
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Año
Figura 10. Precipitaciones anuales acumuladas Estación La Pradera.
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Al igual que en la estación Gabino, la estación Pradera también registró un incremento
en las precipitaciones en los años 2007 y 2008, pero en Pradera este incremento fue
sustancialmente mayor ya que los valores en estos años alcanzaron el doble de las
precipitaciones registradas en los demás años. Esta situación da idea también de una
amplificación de los efectos de fenómenos como la niña en la zona de estudio. Esto
podría verificarse cuando se cuente con una mayor cantidad de registros.
La Figura 11 presenta el promedio multianual de las precipitaciones mensuales en la
estación Pradera. Allí puede verse que se presenta una tendencia a un régimen
bimodal de la lluvia, con su pico máximo en el mes de mayo. En enero se presentan las
ESTACIÓN PRADERA
menores precipitaciones.
Precipitaciones Medias Mensuales
700
Precipitación (mm)
600
500
400
300
200
100
0
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Mes
Figura 11. Precipitaciones mensuales Estación La Pradera.
3.1.3.2
Temperatura
La temperatura se analiza con los registros de la estación Pradera en el periodo 20042010.
La temperatura máxima en relación con la media se encuentra aproximadamente en
todos los meses 10°C por encima, mientras que la mínima se encuentra casi siempre a
7.5°C grados por debajo de la temperatura media; las mayores temperaturas se
presentan en los meses de abril, mayo, junio y julio siendo la máxima en el mes de
mayo con 38.9°C, mientras que las menores temperaturas se presentan en los meses
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SANITARIO LA PRADERA
de diciembre, enero y febrero produciéndose la mínima en el mes de enero con valor de
16.1°C; la temperatura media es de 24.8°C.
En la Figura 12, se muestra la variación de la temperatura a lo largo del año, en la cual
puede verse que esta permanece casi constante con variaciones máximas de 2°C en la
temperatura media.
ESTACIÓN PRADERA
TEMPERATURA MIN - MED - MAX
45.00
40.00
35.00
T °C
30.00
25.00
20.00
T media
15.00
Tminima
10.00
Tmaxima
5.00
0.00
Ene
Feb Mar Abr May Jun
Jul
Ago Sep
Oct Nov
Dic
Mes
Figura 12. Temperaturas mensuales en la estación Pradera
3.1.3.3
Humedad Relativa
La humedad relativa muestra la relación entre la humedad absoluta y la cantidad de
humedad en condiciones de saturación. En la estación Pradera se observa que en
todos los meses se alcanzan humedades relativas del 100%; la humedad relativa media
mensual oscila entre 70% y 75% la cual se encuentra por encima del nivel óptimo que
es entre el 40% y 65%; las humedades mínimas se presentan en los meses de marzo y
junio con valores de 20% y 16% respectivamente. Ver Figura 13
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ESTACIÓN PRADERA
HUMEDAD MIN - MED - MAX
120
% Humedad
100
80
60
Humedad Media
40
Humedad Minima
Humedad Maxima
20
0
Ene Feb Mar Abr May Jun
Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Meses
Figura 13. Humedad relativa en la estación Pradera
3.1.3.4
Dirección y Magnitud del viento
La velocidad del viento es una magnitud vectorial tridimensional con fluctuaciones
aleatorias de pequeña escala en el espacio y en el tiempo, sobrepuestas a un flujo
organizado de escala. Normalmente el viento en superficie será considerado una
magnitud vectorial bidimensional especificada por la dirección y la velocidad.
La dirección del viento depende de la distribución y evolución de los centros isobáricos;
se desplaza de los centros de alta presión (anticiclones) y su fuerza es tanto mayor
cuanto mayor es el gradiente de presiones. Para distinguir los vientos uno de otro se
les aplica el nombre de los principales rumbos de la brújula, según la rosa de los
vientos. Los cuatro puntos principales corresponden a los cardinales: Norte (N), Sur (S),
Este (E) y Oeste (W).
Para la estación pradera se realizó el análisis según los diferentes meses del año y en
la Figura 14, se muestra la dirección dominante en cada uno de los meses para cada
una de las horas del día (promedios anuales).
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SANITARIO LA PRADERA
DIRECCION DEL VIENTO MES DE ENERO
0
23 250
22
1
2
200
21
3
0
17
16
5
19
6
18
7
17
8
15
13
11
12
23 250
0
1
20
3
4
0
17
16
15
5
19
6
18
7
17
23 250
12
0
1
23 250
0
17
16
19
6
18
7
17
8
15
13
12
23 250
0
1
200
21
3
4
1
17
5
8
15
9
12
11
10
18
7
17
9
13
12
23 250
0
1
200
2
3
150
20
4
100
5
19
6
18
7
17
12
11
0
15
22
16
13
12
11
10
DIRECCION DEL VIENTO MES DE DICIEMBRE
23 250
0
1
200
21
2
3
150
20
4
4
100
5
19
6
18
7
17
8
9
11
9
14
3
12
7
8
2
15
6
0
10
1
5
50
16
0
13
10
11
DIRECCION DEL VIENTO MES DE SEPTIEMBRE
4
50
14
6
7
21
100
6
5
8
22
150
19
4
16
2
200
20
3
0
3
23 250
21
17
13
7
DIRECCION DEL VIENTO MES DE NOVIEMBRE
22
16
13
2
50
9
2
0
14
18
8
14
50
18
6
0
100
19
0
15
150
20
19
14
150
10
11
1
15
16
DIRECCION DEL VIENTO MES DE OCTUBRE
22
5
50
9
14
0
200
100
5
12
150
10
11
200
20
4
10
11
100
12
21
13
23 250
20
DIRECCION DEL VIENTO MES DE AGOSTO
3
50
18
9
21
9
100
19
7
8
DIRECCION DEL VIENTO MES DE JUNIO
4
15
13
6
15
8
14
5
16
3
16
22
150
20
17
22
0
2
200
21
7
2
150
10
11
DIRECCION DEL VIENTO MES DE JULIO
22
1
4
0
14
50
9
13
0
200
20
8
14
12
3
50
10
11
2
150
100
50
18
13
23 250
21
100
19
18
DIRECCION DEL VIENTO MES DE MAYO
22
150
6
9
14
2
200
21
19
8
15
1
100
5
0
10
0
200
20
4
16
DIRECCION DEL VIENTO MES DE ABRIL
22
23 250
21
3
50
9
14
22
100
50
18
DIRECCION DEL VIENTO MES DE MARZO
2
150
20
100
19
1
200
21
4
0
23 250
22
150
20
DIRECCION DEL VIENTO MES DE FEBRERO
10
5
50
6
0
7
16
8
15
9
14
13
12
11
10
Figura 14. Dirección del viento
I-2044-01-Rev-06
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En la Figura 14 puede verse que todo el año, el viento sopla con una dirección
predominantemente hacia el sur, con algunas variaciones horarias hacia el sureste y el
suroeste.
En la Figura 15, se puede observar que las velocidades máximas se encuentran muy
por encima de los valores medios, dándose las mayores velocidades en el año 2009
con un valor aproximado de 21.4 m/s y el valor medio de velocidad es de 6 m/s.
Magnitud de la velocidad
25
Velocidad media
Velocidad (m/s)
20
Velocidad Maximas
15
10
5
0
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
Año
Figura 15. Variación
anual de de
la Magnitud
de la velocidad del viento
Magnitud
la velocidad
35
Velocidad (m/s)
30
25
20
15
10
5
0
Ene
Feb Mar Abr May Jun
Velocidad media
Jul
Ago Sep
Oct Nov
Dic
Mes
Velocidad Maximas
Figura 16. Variación mensual de la Magnitud de la velocidad del viento
I-2044-01-Rev-06
26
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3.1.4
Caudales de Diseño
En este capítulo se estiman los caudales medios y mínimos, como parte de la
caracterización hídrica de la cuenca en estudio, y se obtienen caudales máximos por el
método Racional y por Métodos Sintéticos de Williams y Hann y S.C.S.
Las precipitaciones de diseño se estimaron con base en los registros de la estación
Gabino, dado que cuenta con un amplio periodo de registro, por el contrario no se
emplearon los registros de la estación Pradera dado su corto periodo de registro.
3.1.4.1
Caudal medio
Para obtener el caudal medio se realizó un balance hídrico a largo plazo, a partir de los
valores de precipitación media anual (3073 mm/año, Fuente: EPM 2010) y en la
estimación de la evapotranspiración media anual que se explica en el siguiente
apartado.
 Evapotranspiración Media
La evapotranspiración es una componente fundamental en el balance hidrológico,
aunque es, a su vez, la variable con mayores incertidumbres en su medición y
estimación. Está compuesta por la evaporación desde superficie y por la transpiración
de las plantas. Debido a que ambos procesos son difíciles de cuantificar, surge la
necesidad de estimarlos conjuntamente empleando variables que influyen de alguna
manera en el comportamiento de ambas componentes. La evapotranspiración depende
fundamentalmente de condiciones climáticas que a su vez son función de las
características físicas de la atmósfera que se encuentra cerca al suelo y a la
vegetación, además depende de la calidad del agua y área de la superficie del agua
(Jaramillo, 1989; Poveda y Mesa, 1995; Barco y Cuartas, 1998).
Para estimar la evapotranspiración en la microcuenca existen diversas metodologías de
fácil aplicación, que involucran la física de la variable y la información disponible,
algunas de estas son: el método de Ecuación Regional de CENICAFE para la
evapotranspiración potencial, la Ecuación de Turc para evapotranspiración real, el
método del factor regional y otros que pueden encontrarse en la literatura (García y
López, 1970; Chow, 1994; UNAL-CTA, 2001).
Dado que son métodos que han sido calibrados en la región, se empleó el método de la
Ecuación Regional de CENICAFE para la estimación de la evapotranspiración potencial
y el método de la ecuación de Turc para la estimación de la evapotranspiración real.
Ambos métodos son explicados a continuación.
I-2044-01-Rev-06
27
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 Evapotranspiración Potencial
Esta ecuación fue obtenida por el Centro Nacional de Investigaciones del
Café(CENICAFE) mediante regresión a los valores obtenidos de aplicar el método de
Penman a los datos de sus estaciones climáticas en Colombia para la obtención de
evaporación potencial (en UNAL-CTA, 2001). Su cálculo es sencillo, ya que solo
depende de la altura sobre el nivel del mar, así:
𝐸𝑇𝑃 = 4.658 × 𝑒 −0.0002ℎ
Donde:
ETP
=
Evapotranspiración potencial en mm/día
H
=
Altura sobre el nivel del mar en metros.
Para obtener la evaporación potencial en mm/año se multiplicó el mapa obtenido por
365 días mediante el álgebra de mapas. El mapa de la evapotranspiración potencial se
presenta en la Figura 17. La evapotranspiración potencial media en la cuenca Altair II
es de 1352.3 mm/año.
Figura 17. Distribución espacial de la evapotranspiración potencial anual en la microcuenca de la
quebrada Altair II
I-2044-01-Rev-06
28
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 Evapotranspiración Real
Esta ecuación estima la evapotranspiración real basándose en un balance de masas,
en función de elementos meteorológicos simples como la temperatura y la precipitación
de la microcuenca, aplicadas a medidas de largo plazo. Turc en1954, adaptó la familia
de curvas de la forma ETR = f (P, T), a partir de observaciones hechas en 254 cuencas
situadas en todos los climas de la tierra (Remenieras, 1974, Baldion, 1986). De esta
manera obtuvo:
𝑃
𝐸𝑇𝑅 =
2
𝑃𝑎𝑟𝑎
𝑃
> 0.316
𝐿
𝑃𝑎𝑟𝑎
𝑃
< 0.316
𝐿
√0.9 + (𝑃)
𝐿
𝐸𝑇𝑅 = 𝑃
𝐿 = 300 + 25 × 𝑇 + 0.05 × 𝑇 3
Donde:
ETR =
Evapotranspiración real en mm/año
T
Temperatura media anual en °C
=
El mapa de la evapotranspiración real se presenta en la Figura 18. La
evapotranspiración real media en la cuenca de la quebrada Altair II es de 1304,9
mm/año.
I-2044-01-Rev-06
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Figura 18. Distribución espacial de la evapotranspiración real anual en la microcuenca de la qda. Altair
II
 Balance hídrico a largo plazo
Un balance hídrico ya sea global o a nivel de una microcuenca o de una zona más
reducida (un acuífero por ejemplo) se establece siempre sobre la base de la ecuación
de continuidad aplicada a un volumen de control:
Entradas = Salidas ± Variación de almacenamiento
En este caso, el volumen de control considerado está conformado por las columnas de
agua y suelo, donde la frontera horizontal está definida por la divisoria de la
microcuenca; el borde inferior de la columna de suelo es un estrato impermeable y el
borde superior de la columna atmosférica es su límite superior.
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Figura 19. Esquema balance hídrico
En la Figura 19, P es la precipitación, E, es la evapotranspiración real, F es el flujo neto
de humedad en la columna atmosférica, R, el flujo neto de agua desde la columna de
suelo, S el almacenamiento de agua en la columna de suelo y W el almacenamiento de
agua en la columna atmosférica. Después de realizar el balance de agua en la columna
atmosférica y en la columna de suelo en el largo plazo de tal manera que los cambios
en las cantidades almacenadas sean despreciables su combinación permite expresar el
balance a largo plazo con la siguiente expresión:
𝑅 =𝑃−𝐸
Una consideración adicional es asumir que el promedio de la escorrentía superficial es
R, la cual se justifica ante la imposibilidad de observar, medir o estimar el aporte
subterráneo.
Para la microcuenca Altair II, el cálculo del balance hídrico se hizo realizando la
operación en cada punto interior (o pixel). La ecuacion entonces se puede escribir
como:
𝑅𝑖 = 𝑃𝑖 − 𝐸𝑖
I-2044-01-Rev-06
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Donde:
Ri= Columna de agua que el punto o pixel i le aporta a la escorrentía dela
microcuenca en el periodo considerado.
Pi= Precipitación que recibe el punto o pixel i, en el mismo periodo considerado.
Ei= Lámina de agua que se pierde por evapotranspiración en el punto i en el mismo
periodo.
Integrando sobre toda la microcuenca resulta:
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = ∫(𝑃𝑖 − 𝐸𝑖 ) 𝑑𝐴
La valoración de los caudales medios se hizo estimando la integral mediante
diferenciales de área del tamaño de los pixeles del Modelo Digital del Terreno (en este
caso de 1 m x 1 m). Así, para cada pixel en el interior de la microcuenca, se dispuso del
valor de la evapotranspiración real y la precipitación. Se evaluó el balance y su
resultado se multiplicó por el área del pixel, obteniendo así el volumen de agua que el
pixel aporta durante el intervalo de tiempo dado (1 año en este caso).
La integración sobre toda la microcuenca estimó el volumen total de agua que sale de la
microcuenca durante el mismo periodo de tiempo, este valor se convirtió finalmente a
m3/s y corresponde a la estimación del caudal medio.
El caudal medio estimado a la salida de la microcuenca de la Quebrada Altair II de 0,02
m3/s (19,6 l/s). En la Figura 20 se muestra un mapa de la distribución espacial del
caudal medio anual.
I-2044-01-Rev-06
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Figura 20. Distribución espacial del caudal medio dentro de la microcuenca de la Qda. Altair II.
 Coeficiente de pérdidas
Para la determinación de coeficiente de pérdidas se tuvo en cuenta la precipitación
media en la microcuenca, el caudal medio obtenido con el balance hídrico de la cuenca
y el área de la microcuenca. Este se determinó de acuerdo con la siguiente expresión:
C=
Donde:
Qm
A × Pm
C
=
Coeficiente de pérdidas (adim)
Qm
=
Caudal medio de la microcuenca (m3/año)
A
=
Área de la microcuenca (m2).
Pm
=
Precipitación media multianual de la microcuenca (m/año)
I-2044-01-Rev-06
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Los resultados se presentan en la Tabla 5.
Tabla 5. Coeficiente de pérdidas en la microcuenca de la quebrada Altair II.
Área
P
Qmedio
C
3.1.4.2
0.35
3072.97
19.6
0.58
km2
mm/año
(l/s)
Adim
Caudales mínimos
Para la estimación de caudales mínimos se cuenta con fórmulas empíricas resultantes
de estudios de regionalización. En este caso las obtenidas para la zona de los ríos
Cauca, Medellín, Porce y parte baja del Nechí, realizadas por profesionales del
Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos de la Facultad de Minas de la
Universidad Nacional de Medellín (Vélez et al. 1995).
Caudal mínimo medio = 10-4.752*A0,960*P0,883 , R = 0,995
Desviación estándar = 10-2,509* A1,502,
Donde:
R = 0,983
A = área de la cuenca en km2.
P = precipitación media multianual en mm/año.
R = coeficiente de correlación.
El caudal mínimo medio y la desviación estándar en las fórmulas están en m 3/s. En la
Tabla 6 se dan en L/s. Los caudales mínimos asociados a diferentes periodos de
retorno se muestran en la Tabla 7.
Tabla 6. Caudal mínimo medio en la quebrada Altair II (cota 1070)
Fuente
P
Área
(mm/año) km2
Q. Altair II
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3072,97
Qmin Desviación
medio estándar
(l/s)
(l/s)
0,35
34
7,7
0,64
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Tabla 7. Caudales mínimos asociados a diferentes periodos de retorno en la Quebrada Altair II
T. de retorno
NORMAL
GUMBEL
años
Q mín. (L/s)
Q mín. (L/s)
2,33
7,6
7,7
5
7,2
7,3
10
6,9
6,9
25
6,6
6,4
50
6,4
6,1
100
6,3
5,7
Teniendo en cuenta las características topográficas de la región, la quebrada Altair II
presenta zonas de recarga importantes que pueden garantizar caudales mínimos que
no son bajos, por lo que se puede tener más confianza en los resultados de la
distribución normal, sin embargo, si como se presenta en los sectores de La Piñuela y
La Música, los niveles freáticos son profundos y conectados con el río Medellín, es
posible que la quebrada Altair II sea influente y los caudales medio y mínimos (caudales
de base) sean muy bajos.
Caudales máximos
3.1.4.3
La estimación de eventos extremos posee varias aplicaciones; la principal en este caso
radica en encontrar los valores de las crecientes máximas asociadas a diferentes
periodos de retorno bajo las condiciones actuales de la cuenca.
Para la determinación de los caudales máximos se utilizaron tres (3) métodos
diferentes:

Modelo de Williams y Hann

Modelo del Soil Conservation Service (SCS)

Método Racional.
3.1.4.3.1
Parámetros básicos
Además de las características fisiográficas de la cuenca, para la obtención de
crecientes se requiere determinar algunos parámetros básicos como son el tiempo de
concentración, el coeficiente de escorrentía que involucra el uso del suelo y la
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pendiente del mismo, las precipitaciones y de éstas la parte que se convierte en
escorrentía directa o precipitaciones efectivas.
Tiempo de Concentración.
Es el tiempo que toma la escorrentía desde el punto más lejano hasta salir de la cuenca
o área de aporte, y podrá obtenerse mediante mediante fórmulas empíricas como las de
Kirpich, Témez, Clark, California Culvert Practice, entre otras (Vélez y Smith, 1997).
Estas expresiones tienen en cuenta parámetros como la pendiente del cauce principal,
la diferencia de cotas entre el sitio más alto y el más bajo del área a evaluar, la longitud
del cauce principal, el área de la cuenca, la pendiente media de la microcuenca y la
impermeabilidad del suelo.
En la Tabla 8 se muestran los resultados del cálculo del tiempo de concentración para
la cuenca de la quebrada Altair II. Los valores del tiempo de concentración calculados
por el método de F.A.A, Pilgrin y California Culvert Practice están por fuera del intervalo
dado por la media y una desviación estándar, por lo tanto se descartaron en el cálculo
del valor promedio. (Ver Anexo 1).
Tabla 8. Cálculo del tiempo de concentración Tc(min)
Nombre
cuenca
Qda. Altair II
California
California
Tc
Culvert Passini I
Giandotti
USBR
tomado
Practice
10.98 24.42 30.56 17.51
5.62
10.65
7.93
20.65
12.62
Kirpich Temez F.A.A. Pilgrin Clark
7.98
Coeficiente de escorrentía.
Los coeficientes de escorrentía, que relacionan la precipitación total con la precipitación
efectiva, fueron estimados teniendo en cuenta los valores propuestos por Ven Te Chow
(1994) para el método racional (ver Anexo 1).
Para ello, se hicieron las siguientes consideraciones fundamentadas en las
observaciones realizadas en campo, en cartografía y en imágenes satelitales del
software Google Earth:

En cuanto a la cobertura del suelo de la cuenca de la quebrada Altair II, se
consideró que el 45% corresponde a pastizales el 55% corresponde a zonas
cubiertas con bosques.
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
En relación con la pendiente del terreno, se consideraron valores mayores a 7% de
acuerdo con la pendiente de las cuencas.
En la Tabla 9 se muestra el cálculo del coeficiente de escorrentía ponderado por áreas.
Tabla 9. Calculo del coeficiente de escorrentía
Coeficientes de escurrimiento, TR (años)
Nombre cuenca
Qda. Altair II
2.33
5
10
25
50
100
0.36
0.39
0.41
0.45
0.48
0.52
Número de Curva
La zona se clasificó de acuerdo con el tipo de suelo y el uso de la tierra como Tipo C
(arenas muy finas, limos, suelos con alto contenido de arcilla) y Tipo B (suelos pocos
profundos depositados por el viento, marga arenosa) con una incidencia del 30% y 70%
respectivamente. Para la determinación del número de curva (CN) se estimaron los
números de curva para condiciones antecedentes de humedad normales (AMC II)
considerando los tipos de suelo mencionados y ponderando con el porcentaje de
incidencia. Luego, se calculó el CN modificado para condiciones antecedentes
húmedas (AMC III), por medio de la siguiente ecuación.
CN Modificado = 23*CN * (AMCII)
10 + 0.13* CN * (AMCII)
En la Tabla 10 se muestran los porcentajes de área utilizados
Tabla 10. Numero de curva y usos del suelo
Uso del
suelo
Bosques
Pastizales
B
Área Área
CN
(km2) (%) teórico
0.13 38.64% 66
0.11 31.36% 79
Uso del
suelo
Bosques
Pastizales
C
Área Área
CN
(km2) (%) teórico
0.06 16.56% 77
0.05 13.44% 86
CN (Ponderado)
CN (Modificado)
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75
87.1
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Precipitaciones de Diseño.
Las precipitaciones de diseño se obtuvieron de las curvas Intensidad–Duración–
Frecuencia (I-D-F).
Las curvas I-D-F sintetizan el comportamiento de las lluvias intensas en un sitio
específico. Tienen utilidad en la determinación de caudales pico, cuando se utilizan
métodos que relacionan las precipitaciones con la escorrentía teniendo en cuenta las
características fisiográficas de las cuencas.
Para que las curvas I-D-F presenten un buen grado de confiabilidad estadística deben
construirse a partir de series con una larga longitud de registros (periodos de tiempo
largos). En nuestro medio, un periodo de registro de 20 años continuos se considera
aceptable desde el punto de vista estadístico para hidrología. Por esta razón, no se
emplearon los registros de la estación Pradera dado que su longitud de registro es
inferior a 10 años. Se emplearon, en su lugar, las curvas IDF de la estación Gabino que
cuenta con un periodo de más de 50 años de registros (desde el año 1959).
Se tienen las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia determinadas por Empresas
Públicas de Medellín del año 2010, sus parámetros, ecuaciones y figuras se presentan
a continuación:
La ecuación general para las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia del año 2010 es
del tipo:
i
K  TR m
C  TC n
Los valores de los coeficientes de las curvas para la estación Gabino se tomaron de
Empresas Públicas de Medellín (EPM, 2010), como se muestra en la Tabla 11. En la
Figura 21 se presenta la gráfica de las curvas I-D-F correspondientes.
Tabla 11. Parámetros de las hipérbolas para la estación El Gabino (Fuente: EPM, 2010).
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Figura 21. Curvas I-D-F de la estación El Gabino (Fuente: EPM 2010).
Para la precipitación de diseño se consideró la duración de la tormenta de diseño igual
al Tiempo de Concentración de la cuenca, situación en la que se considera que toda la
cuenca está aportando escorrentía. Ver Tabla 12.
Tabla 12. Precipitación de diseño para diferentes periodos de retorno
Precipitación de diseño
Ptotal (mm)=I*Tc
Tr (años)
2.33
5
10
25
50
100
Ptotal (mm)
26.1
29.1
32.3
36.9
40.9
45.2
Precipitaciones efectivas
La precipitación efectiva corresponde a la precipitación total menos las pérdidas
hidrológicas. Es la responsable de la escorrentía directa. Para su cálculo se empleó el
método del servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos (SCS)
ampliamente difundido en nuestro medio. Para la distribución temporal de la lluvia se
emplearon las curvas de Huff (Chow,1994) para el primer cuartil y una probabilidad del
50% de excedencia. Los hietogramas de precipitación total y efectiva de diseño para
diferentes periodos de retorno se presentan en la Figura 22.
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Hietogramas pata TR 2.33 años
Hietogramas pata TR 5 años
15
Pt
Pe
Precipitación (mm)
Precipitación (mm)
10
5
Pt
10
5
0
0
2
3
5
6
8
Tiempo (min)
9
11
13
2
5
6
8
Tiempo (min)
9
11
13
15
Pt
Pe
Precipitación (mm)
Precipitación (mm)
3
Hietogramas pata TR 25 años
Hietogramas pata TR 10 años
15
10
5
Pt
Pe
10
5
0
0
2
3
5
6
8
Tiempo (min)
9
11
2
13
Hietogramas pata TR 50 años
3
5
6
8
Tiempo (min)
9
11
13
Hietogramas pata TR 100 años
15
20
Pt
Pe
Pt
Precipitación (mm)
Precipitación (mm)
Pe
10
5
0
Pe
15
10
5
0
2
3
5
6
8
Tiempo (min)
9
11
13
2
3
5
6
8
Tiempo (min)
9
11
13
Figura 22. Hietogramas de precipitación total y efectiva de diseño para periodos de retorno de 2.33, 5,
10, 25, 50 y 100 años.
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Hidrogramas sintéticos
Los hidrogramas sintéticos utilizados para determinar el caudal máximo asociado a
diferentes periodos de retorno son las relaciones lluvia - escorrentía basados en las
Hidrógrafas Unitarias Sintéticas de Williams y Hann y el SCS. Para aplicarlas se
construyó el hidrograma unitario en función de características físicas de la microcuenca
y de los parámetros propios de cada metodología, y luego se hizo una convolución
matemática con cada uno de los hietogramas de precipitación efectivos asociados a los
diferentes periodos de retorno. De esta manera se generaron los hidrogramas de
escorrentía directa que se asumirán como las crecientes de diseño. Los detalles de la
forma operativa de cada uno de los modelos están detallados en Vélez y Smith (1997) y
a continuación se presenta una breve descripción.
Hidrograma de crecientes, Método de Williams y Hann
J. R. Williams y R. W. Hann propusieron en la década de los 70 un modelo para calcular
el hidrograma unitario que produce una lluvia instantánea sobre una cuenca. El modelo
emplea las principales características geomorfológicas de la cuenca y las representa
mediante dos coeficientes, K y Tp, constante de recesión y tiempo al pico
respectivamente. Las expresiones empleadas para calcular estos parámetros son las
siguientes:
L
Tp  4.63  A0.422  SLP0.46  
W 
K  27  A
0.231
Qp 
 SLP
0.777
L
 
W 
0.133
0.124
B  A  R  Tp
896.99
Donde:
Tp:
Tiempo al pico, en horas
A:
Área de la cuenca, en km2
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SLP: Relación entre la diferencia de cotas en la cuenca y la longitud del cauce
principal, en pie/milla
L/W: Relación longitud - ancho de la cuenca, equivalente a la relación entre la longitud
al cuadrado y el área (L2/A).
Qp:
Caudal máximo del hidrograma unitario, en m3/s
R:
Profundidad unitaria efectiva asociada con la hidrógrafa, igual a 1 mm.
El parámetro B empleado para el cálculo del caudal máximo es función de una
constante n, la cual depende de la relación entre la constante de recesión (K) y el
tiempo al pico (Tp) (ver Vélez y Smith, 1997).
En la Tabla 13 se presentan los parámetros utilizados en la construcción del
hidrograma.
Tabla 13. Parámetros para el hidrograma Unitario de Williams y Hann.
Parámetros
Área (millas2) =
Longitud mayor de la cuenca, Lc (km)=
Ancho medio de la cuenca, Wc (km)=
Pendiente de la corriente principal., SLP (pies/milla) =
Constante de recesión, K (min) =
Tiempo al pico, Tp (min) =
n=
B=
Caudal pico, Qp (m3/s/mm)=
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42
0.13
0.80
0.44
1024.5
5.0
5.3
3.84
364
0.61
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Caudal (m3/s)
9
8
TR2
TR5
7
TR10
TR25
6
TR50
TR100
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
Tiempo (min)
Figura 23. Hidrogramas de crecientes (Método de Williams y Hann)
Hidrograma de crecientes, Método del Soil Conservation Service (SCS)
El Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos. (Soil Conservation
Service, SCS) desarrollo un Hidrograma Unitario Adimensional a partir de una serie de
hidrógrafas observadas, correspondientes a cuencas de muy diversos tamaños y
ubicadas en distintos sitios de los Estados Unidos.
El Hidrograma Unitario adimensional curvilíneo del S.C.S puede ser representado por
un Hidrograma Unitario Triangular equivalente, con las mismas unidades de tiempo y
caudal, teniendo por consiguiente el mismo porcentaje del volumen en el lado creciente
del Hidrograma como se observa en la Figura 24. .
I-2044-01-Rev-06
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Figura 24. Hidrograma unitario adimensional del SCS
Caudal pico:
El caudal pico en pies cúbicos por segundo por pulgada se puede calcular como:
𝑈𝑃 =
484 × 𝐴𝐶
𝑇𝑃
Donde:
UP
=
Caudal pico correspondiente a un Hidrograma Unitario
AC
=
Área de la cuenca en mi2
TP
=
Tiempo al pico en horas
I-2044-01-Rev-06
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Tiempo de rezago:
El tiempo de rezago puede calcularse como:
𝑇𝑅 =
𝐿𝐶 0.8 × (𝑆 + 1)0.7
1900 × 𝑆𝐶 0.5
Donde:
TR
=
Tiempo de rezago en horas
LC
=
Longitud del canal principal en pies
SC
=
Pendiente promedio de la cuenca en %
S
=
Factor de almacenamiento, calculado en términos del CN
Tiempo de concentración:
El SCS propone una relación promedio entre el tiempo de rezago, TR y el tiempo de
concentración, TC, como:
𝑇𝐶 =
5
× 𝑇𝑅
3
Donde:
TC
=
Tiempo de concentración en horas
TR
=
Tiempo de rezago en horas
Tiempo al pico:
El tiempo al pico está dado por la siguiente expresión:
𝑇𝑃 =
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𝑇
+ 𝑇𝑅
2
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Donde:
TP
=
Tiempo al pico en hora
T
=
Duración de la lluvia efectiva en horas
TR
=
Tiempo de rezago en horas
Duración del Hidrograma Unitario, T:
La relación entre la duración T de la precipitación efectiva a la que se le va a construir el
hidrograma unitario y el tiempo de concentración está dada como:
𝑇 = 0.133 × 𝑇𝐶
Donde:
TC
=
Tiempo de concentración en horas
T
=
Duración de la lluvia efectiva en horas
En la Tabla 14 se presentan los parámetros utilizados en la construcción del
hidrograma, los cuales se obtuvieron al desarrollar las fórmulas indicadas utilizando
los valores obtenidos para los diferentes parámetros indicados en acápites
anteriores.
Tabla 14. Parámetros para el hidrograma Unitario del SCS.
Parámetros
2
Área A (km )
Tiempo de concentración tc (h)
Tiempo de concentración tc (min)
Duración unitaria de (h)
tiempo de retraso tr (h)
tiempo de pico tp (h)
caudal de pico qp (m3/s/mm)
I-2044-01-Rev-06
46
0,35
0,21
12,62
0,03
0,13
0,14
0,52
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Caudal (m3/s)
9
8
TR2
TR5
7
TR10
TR25
6
TR50
TR100
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
Tiempo (min)
Figura 25. Hidrogramas de crecientes por el Método del Soil Conservation Service (SCS)
Método Racional
Este método, ampliamente reconocido por su sencillez y validez en cuencas pequeñas,
permite estimar el caudal máximo generado por una lluvia de intensidad constante
distribuida homogéneamente en toda el área de la cuenca y con una duración igual al
tiempo de concentración de la cuenca. Este método usa la siguiente expresión:
Q
C i  A
360
Donde:
Q : Caudal máximo en m3/s
C : Coeficiente de escorrentía
i : Intensidad de la lluvia en mm/h
A : Área de la cuenca en ha
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La intensidad de la precipitación para cada periodo de retorno se calculó a partir de las
precipitaciones de diseño, estimadas tal como se explicó anteriormente. Los
coeficientes de escorrentía asociados a cada cuenca se encuentran en la Tabla 9.
En Tabla 15 se presentan los resultados del cálculo de los caudales máximos para la
cuenca Altair II por el método racional bajo condiciones actuales.
Tabla 15. Caudales máximos por el Método Racional
Periodo de
retorno
Intensidad
Coeficientes
escorrentía
Q
(años)
2.33
5
10
25
50
100
(mm/h)
123.92
138.61
153.45
175.54
194.33
215.14
(adim)
0.36
0.39
0.41
0.45
0.48
0.52
(m 3 /s)
4.31
5.30
6.16
7.73
9.12
10.93
En la Figura 26 y en la Tabla 16 se resumen los resultados obtenidos. De estos se
adoptaron los correspondientes al método racional debido a que la cuenca de la
quebrada Altair es pequeña (< 1km2) y puede asumirse por lo tanto que se cumplen
todas las hipótesis de este método, además los caudales son mayores que los
obtenidos por los otros métodos y se tendrán así condiciones más conservadoras.
12
10
Q (m3/s)
8
6
4
Williams y Hann
S.C.S
2
Racional
0
0
20
40
60
80
100
Periodo de retorno (años)
Figura 26. Caudales máximos para diferentes periodos de retorno por tres métodos
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Tabla 16. Resumen de crecientes para diferentes periodos de retorno
Q (m3/s)
Periodo de
retorno Williams y Hann S.C.S Racional Promedio Máximo Escogido
2.33
5
10
25
50
100
2.66
3.47
4.33
5.72
6.97
8.41
2.56
3.32
4.14
5.45
6.63
7.99
4.31
5.30
6.16
7.73
9.12
10.93
3.18
4.03
4.88
6.30
7.57
9.11
4.31
5.30
6.16
7.73
9.12
10.93
4.31
5.30
6.16
7.73
9.12
10.93
Como puede observarse hay variación en los valores reportados en la Tabla 16 con
respecto a los reportados en la Tabla 19, del Documento No 2 de mayo de 2012,
debido a la utilización de los valores ajustados en este documento, producto de la
revisión y ajuste de los diferentes métodos utilizados para la estimación de los
parámetros. No obstante estas diferencias no son significativas y no alteran los
diseños propuestos para del desarrollo del vaso Altair.
3.1.5
Análisis del cambio en el régimen de precipitaciones desde el año 2005
hasta el 2010
Con la finalidad de analizar cómo ha cambiado el régimen de precipitaciones desde el
año 2005 hasta el año 2010, y de evaluar la influencia de estos cambios en el
funcionamiento de las estructuras que se construirán para manejar el drenaje y el
subdrenaje del proyecto, en este apartado se realiza una comparación de las
precipitaciones medias y de las intensidades para diferentes periodos de retorno
calculadas hasta el 2005 y hasta el 2010.
Cambio en las intensidades
En la Figura 27 se muestra de forma comparativa las curvas Intensidad Duración
Frecuencia para la estación Gabino de los años 2005 y 2010, ambas calculadas por
Empresas Públicas de Medellín, para los periodos de retorno de 2 y 100 años. Puede
observarse en ella que la curva asociada a un Tr de 2 años se ha elevado
sustancialmente para duraciones inferiores a 20 minutos, mientras que para un periodo
de retorno de 100 años las intensidades se mantienen estables para duraciones
inferiores a 10 minutos. Para ambos periodos de retorno se observa una ligera
reducción en la intensidad a partir de 30 minutos y de 10 minutos para Tr2 y Tr100
respectivamente. Es claro entonces que ha ocurrido un incremento en la frecuencia de
las lluvias moderadamente intensas, pero es importante anotar que en el periodo entre
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el año 2005 y 2010 no ocurrieron lluvias lo suficientemente intensas como para
incrementar las lluvias estimadas para un periodo de retorno de 100 años en las
duraciones bajas.
De esta manera, intensidades de lluvia que hasta el año 2005 ocurrían en promedio
cada 2 años, ya es común observarlas más seguido, con mayor frecuencia. Pero dado
que las estructuras de drenaje superficial se diseñan para periodos de retorno altos
(100 años), puede decirse que el cambio en el régimen de precipitaciones observado
entre el 2005 y el 2010 no influye en el dimensionamiento de estas obras.
Figura 27. Comparación de curvas IDF para la estación Gabino 2005 vs 2010 (datos fuente: EPM)
Cambio en las precipitaciones medias anuales
En el apartado 3.1.3.1 se analizaron las precipitaciones totales ocurridas en el periodo
2005-2010, y allí se llegó a la conclusión que esos valores de precipitación han sido
igualados o excedidos por lo menos en el 25% del tiempo del periodo total de registros.
En este apartado se analiza cómo ha cambiado la precipitación media multianual a lo
largo del tiempo de registros. Para ello se construyó el gráfico que se muestra en la
Figura 28, en el que se puede observar que esta variable ha permanecido relativamente
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estable a partir de los primeros 15 años de registro, oscilando entre 3014 mm/año y
3090 mm/año. Puede observarse también que la precipitación media anual entre el
2005 y el 2010 ha pasado de 3045 mm/año a 3073 mm/año, correspondiendo a un
incremento inferior del 1%. Este comportamiento se debe a la amplia longitud de los
registros, en la cual una pequeña cantidad de datos no afecta significativamente el
promedio general de la serie.
Figura 28. Variación en el tiempo de la precipitación media multianual en la estación Gabino (Datos
fuente: EPM)
3.2
GEOMORFOLOGIA
La subcuenca de la quebrada Altair se encuentra localizada sobre la margen izquierda
del cañón del río Porce, con alturas entre los 1060 metros sobre el nivel, hacia la
desembocadura en el río Medellín, y los 1280 msnm, hacia sus nacimientos en la parte
alta.
El drenaje existente conforma un cañón moderadamente profundo y estrecho, con
orientación general NO-SE con predominancia NS, su cauce principal tiene una
longitud 700 m aproximadamente, con gradiente moderado hacia su desembocadura
donde el cañón se amplia y alto hacia la parte media y alta de la cuenca; se desprenden
de este cauce algunos ramales con cauces estrechos y gradientes altos. Se
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encuentran sobre el cauce principal organales, los cuales fueron observados en la parte
media y alta del mismo.
Los organales consisten en acumulaciones de bloques rocosos, redondeados, producto
de la meteorización esferoidal del Batolito Antioqueño, con tamaños métricos, que se
depositan sobre los ejes de drenaje, por caída directa de los flancos laterales y
configuran hacia el techo un falso lecho de drenaje, por donde el agua se infiltra
fácilmente y la cual discurre corrientemente por la base del organal.
En general, las pendientes de la cuenca son fuertes y presenta sedimentos activos,
dentro del flujo inferior de la cuenca, los cuales se relacionan con arenas y limos,
compuestos principalmente de cuarzo y mica blanca. En cuanto a la vegetación
predominan en la cuenca de la quebrada Altair II pastos, rastrojos bajos y en menor
proporción bosque secundario. Una descripción más detallada del componente biótico
se encuentra en el estudio de flora y Fauna presentado en el Anexo1 del Documento
No 1.
3.3
3.3.1
GEOLOGIA
Geología regional
A nivel regional la zona hace parte de la cordillera Central en su flanco oriental donde
afloran rocas ígneas del denominado Batolito Antioqueño, rocas metamórficas tipo
esquistos, los cuales se presentan como techos colgados dentro del batolito y rocas
metamórficas tipo anfibolitas. Este núcleo ígneo metamórfico se encuentra afectado por
fallas y lineamientos con orientación preferencial norte - noroeste entre los cuales se
encuentran el lineamiento Porce, las fallas Belmira, Riogrande, Don Matias, y
Miraflores, que han generado en el macizo rocoso discontinuidades, tipo fracturas y
diaclasas.
3.3.2 Geología local
Se encuentran en la cuenca de la quebrada Altair II rocas ígneas del denominado
Batolito Antioqueño y depósitos no consolidados.
Rocas Ígneas
Estas rocas comprenden un extenso cuerpo denominado Batolito Antioqueño,
constituido por rocas homogéneas de composición intermedia que varían entre
granodioritas y cuarzodioritas, con una mineralogía general constituida por plagioclasas,
feldespatos potásicos, cuarzos, hornblendas y biotitas. Su textura es fanerítica,
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equigranular de grano medio a grueso. En superficie, debido al grado de fracturamiento,
su composición y las condiciones climáticas, estas se encuentran alteradas en
horizontes limoarcillosos y limoarenosos, con espesores del orden de 10 m a 15 m en la
cuenca Altair II. En estado fresco estas rocas son duras, competentes, abrasivas y de
buena calidad geotécnica, cuando no se encuentran afectadas.
En general estas rocas desarrollan un perfil de meteorización, que varía desde suelo
residual y zonas de gruss, con texturas areno limosas, en el techo, hasta roca
parcialmente meteorizada, hacia la base, donde es común observar el desarrollo de una
meteorización esferoidal.
Los suelos caracterizados en el lote de estudio por la meteorización de las rocas
ígneas, se describen a continuación, según Deere y Patton (1971):

Horizonte I-A: Suelo arcillolimoso a limoarcilloso de coloración café, con
contenido de materia orgánica, normalmente se encuentra bioturbada, con
presencia de raíces, de mediana plasticidad y espesores que varían entre 0,2 m
y 0,3 m.

Horizonte I-B: Suelo limoarcilloso, de coloración pardo amarillento a rojizo rojiza
a parda, limoso con algún contenido de fragmentos de cuarzo con espesores
vistos hasta 3,0 m. Muy susceptible a procesos de carcavamiento cuando se
dejan al descubierto.

Horizonte I-C: Saprolito, suelo limoarenoso, de coloración parda a rosada a
blanco hueso con moteados, guarda rasgos texturales de la roca parental, posee
una baja cohesión o muchas veces no la presenta.

Roca II-A: Roca que normalmente cuenta con un comportamiento geomecánico
bajo debido al grado de meteorización y oxidación que presenta. Algunas
estructuras son planos de debilidad que afectan su estabilidad.

Horizonte II-B: Roca con oxidación restringida algunas fracturas, en general
presenta un buen comportamiento geomecánico, solo en sitios muy localizados
la roca presenta un mayor fracturamiento, disminuyendo sus características
geotécnicas. Posee algunas discontinuidades que por su disposición y
características (lisas o con muy baja rugosidad) son planos potenciales de
inestabilidad. La menor profundidad a la que se encontró este material en la
zona de estudio fue a 7,0 m, en las perforaciones realizadas cerca del sitio
seleccionado para el dique de cierre del vaso.
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
Horizonte III: Roca sana, en buen estado y poco fracturada, presenta un buen
comportamiento geomecánico, al igual que el anterior, la profundidad mínima a la
que se encontró este nivel fue a 11 m en las perforaciones realizadas cerca del
sitio seleccionado para el dique de cierre del vaso.
Depósitos recientes
En el área investigada se encontraron depósitos cuaternarios generados por la
dinámica fluvial de la cuenca y movimientos en masa, conformados por depósitos tipo
coluvión y de vertiente.
Depósitos vertiente
Las rocas ígneas del Batolito presentan una meteorización esferoidal, que suele ser
muy característica de este tipo de rocas, en donde hay una capa exterior meteorizada
de manera concéntrica, que protege un bloque de roca subredondeado, el agua va
lavando el material meteorizado hasta dejar expuesto el bloque, que con la ayuda de la
gravedad lo incorpora a los cauces de las quebradas, en donde se forman grandes
acumulaciones que obligan a las corrientes de agua a pasar por debajo de ellos,
comúnmente se les denomina “organales”. Generalmente el tamaño promedio es de
3 m, no obstante se encontraron bloques hasta de 7 m de diámetro, estos organales se
encuentran principalmente sobre el cauce principal y sobre el primer afluente del flanco
derecho de la quebrada.
Depósito aluvial
Hacia la parte central de la cuenca donde el cauce disminuye de gradiente se presenta
sobre el fondo del mismo, sedimentos finos arenosos con cuarzo, mica y feldespato con
espesores no mayores de 5 m.
3.3.3 Resultados de la fotointerpretación
Los análisis de las fotografías muestran que se presenta en la zona una unidad
litológica mayor, que corresponde a rocas ígneas del denominado Batolito Antioqueño,
además sobre la parte inferior del cauce principal y en cercanías a la quebrada
Laureles, se encuentran depósitos aluviales, en la Figura 29 se presenta un esquema
de la geología y la fotointerpretación.
Los procesos erosivos que se observan corresponden a los exhibidos hacia el año
1996, y corresponden a los siguientes:
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
Reptación: Aparecen localizados hacia el flanco derecho e izquierdo del vaso.
Dos zonas de reptación sobre el flanco derecho y dos zonas sobre el flanco
Izquierdo.

Deslizamientos activos: Se ven cuatro cicatrices activas sobre el flanco derecho
y una sobre el izquierdo. Tres deslizamientos localizados sobre el talud superior
de la carrilera, se presentan actualmente al descubierto.

Escarpes erosivos: Se presentan un escarpe erosivo cerca al río Medellín y uno
sobre el flanco derecho del vaso.

Estructuras: Se identificó sobre la parte alta de la cuenca coincidente con la zona
de la quiebra en el vaso un lineamiento con orientación N20º-30ºE, el cual
aparece prolongarse hacia el norte y sur del vaso.
Cicatrices antiguas: Sobre el flanco izquierdo se observan algunos rasgos de cicatrices
antiguas que modelaron los flancos de las microcuencas existentes.
Los procesos actualmente se encuentran revegetalizados y no hay evidencias de
actividad reciente.
3.3.4 Geología estructural
El principal rasgo estructural de la zona corresponde al Lineamiento Porce (Page,1988),
con una orientación general noreste. A nivel local se identificó un lineamiento con
orientación N20ºE-N30ºE y parece corresponder a un sistema de diaclasas encontrado
por CCC (2003) en el vaso la Música.
No se encuentran afloramientos de roca en el área de estudio, sin embargo debe
tomarse como patrón de fracturamiento los levantamientos realizados en la quebrada
Laureles, los principales patrones de discontinuidades presentadas por CCC (2003) y el
levantamiento realizado por Salazar Ferro S.A (2005) en el talud superior del Vaso de la
Música, en los cuales se destacan tres familias N51°E/67°SE, N42°E/32°SE y
N40°W/77°NE.
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Figura 29. Esquema geológico y fotointerpretación Vaso Altair II.
Para CCC (Compañia Colombiana de Consultores) (2001) las familias o los principales
patrones de fracturamiento que presenta este cuerpo intrusivo en el sector de la Música
tienen direcciones generales N20ºW-N50ºW; N70ºE a N70ºW, los buzamientos de estas
familias son, en general, mayores de 60º , el sentido del primer sistema es hacia el
norte y el segundo tiene una dirección de buzamiento principalmente hacia el sur. Hay
dos familias muy importantes asociadas a este fracturamiento principal, una con
dirección N30ºE-N60ºE, con buzamientos mayores de 50º hacia el norte principalmente
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y otra que presenta dirección N20ºE a N20ºW, con buzamientos muy verticales,
mayores de 70º, y generalmente hacia el este.
Los levantamientos estructurales del talud del vaso de La Música indican que sobre
este sector representan tres familias principales con las orientaciones N51°E/67°SE,
N42°E/32°SE y N40°W /77°NE.
Los realizados sobre la quebrada Laureles indican que se presentan tres familias con
las orientaciones N90ºW/90ºNE, N30ºW/28ºSW, N60ºW/44ºNE, NS/40ºE (ver Figura 30
y Figura 31).
Figura 30. Roseta de diaclasas.
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Figura 31. Estereograma de concentración de discontinuidades en la quebrada Laureles (representado
por los Polos de cada plano).
Los levantamientos realizados en los taludes que actualmente están expuestos en todo
El Relleno Sanitario La Pradera indican que la mayor concentración representa en
N30ºE/84ºNW, para 54 datos registrados. Otras familias importantes son 30/12 ó
N60ºW/12ºNE y 185/58 ó N85W/58SW.
0
n=52
max. dens.=14.86 (at 300/ 84)
min. dens.=0.00
Contours at:
1.00,
2.00,
3.00,
4.00,
5.00,
6.00,
7.00,
8.00,
9.00,
10.00,
11.00,
12.00,
13.00,
14.00,
(Multiples of random distribution)
Equal area projection, lower hemisphere
Figura 32. Estereograma, concentración de los polos de las discontinuidades en el Relleno Sanitario La
Pradera.
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3.3.5 Implicaciones geológicas en el comportamiento geotécnico
El vaso denominado Altair II tiene un gran confinamiento lateral, fuertes pendientes
transversales, modelado sobre rocas granodioriticas del denominado Batolito
Antioqueño, presenta un perfil de meteorización amplio que de acuerdo con las
perforaciones realizadas para la zona del dique tiene un espesor mínimo de 7 m con
desarrollo de suelos limo arenosos que pueden sufrir deslizamiento superficiales y
movimientos tipo cuñas o deslizamientos planares relacionados con estructuras
heredadas.
Estos suelos cuando no tienen cobertura vegetal son susceptibles a la erosión por
impacto de lluvia desarrollando surcos, que pueden progresar a cárcavas, razón por la
cual los taludes de las vías de acceso y de corte en el vaso requerirán un diseño
apropiado y un recubrimiento inmediato en su superficie. Además se identificaron como
procesos erosivos erosión laminar y dos cicatrices antiguas localizadas sobre la parte
alta de la cuenca.
La quebrada principal presenta bajos caudales en épocas de invierno con presencia de
organales hacia la parte media y alta con bolas con diámetros hasta de 10 metros,
igualmente sobre el primer afluente del flanco derecho se presentan organales con
diámetros similares.
En la parte baja del primer afluente, sobre el flanco izquierdo, donde la pendiente del
cauce disminuye se encuentra una zona de empozamiento y fangosa que debe ser
considerada para efectos de diseño de drenajes. Igualmente la fotointerpretación
realizada indica que este sector sufrió antiguamente procesos erosivos de magnitud
importante.
3.4
ASPECTOS HIDROGEOLÓGICOS
La dinámica del agua subterránea depende de diversos parámetros, como son, las
formaciones geológicas de la zona, la morfología del terreno, las características y
propiedades hidráulicas de los materiales que conforman el subsuelo, el clima, la
cobertura vegetal, entre otros.
Por lo tanto se presentan a continuación una síntesis de conceptos sobre las
características geológicas y geomorfológicas de principal relevancia para el desarrollo
de un concepto sobre la hidrogeología del Vaso Altair.
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3.4.1
Consideraciones generales
La zona donde se encuentra ubicado el Relleno Sanitario Pradera es geológicamente
monótona, ya que en su totalidad está conformada por el Batolito Antioqueño, esta es
una unidad geológica intrusiva de edad Cretáceo, de unos 7.000 km 2 de extensión que
domina la geología del centro-oriente de Antioquia.
El Batolito Antioqueño se caracteriza por desarrollar perfiles de meteorización espesos,
donde las perforaciones realizadas por Salazar Ferro (2005), muestra el desarrollo de
suelo residual de 3- 5 m de espesor y saprolito de hasta 30 m de espesor.
Respecto a la disposición estructural del macizo, los estudios realizados en la zona
(Salazar Ferro, 2005), muestran que el saprolito presenta disposición de fracturas
heredadas, con direcciones preferenciales N30°E a N 60°E y N 30°W a N 60° W y no se
reporta la presencia de grandes estructuras como fallas.
La geomorfología de la zona, muestra la presencia de un cañón fuerte (cañón rio
Porce), que presenta una dirección general S50°W-N50°E, y que conforma la
separación de los altiplanos de Oriente (Santo Domingo, Concepción, Alejandría) y
Norte (Don Matías, Santa Rosa de Osos), siendo así una geoforma de importancia
regional, que controla el sistema de drenaje superficial y subterráneo ya que, en esta
zona, el río corre sobre roca fresca y constituye un nivel base impermeable para la
circulación regional de las aguas.
Los afluentes del río Porce, sobre su margen derecho, conducen aguas provenientes
del Altiplano Norte, y se caracterizan por tener una dirección general noroccidentesureste, corriendo por valles en V amplios y profundos, con alta incisión, donde el
relieve local alcanza hasta 500 m de altura (diferencia divisoria de agua fondo del valle),
y las márgenes están constituidas por vertientes con pendientes moderadas a altas (50
- 80%).
Esta disposición del relieve permite el desarrollo de una red de afluentes densa, con
corrientes que cubren casi toda la extensión de las vertientes, en cauces igualmente
con fuerte incisión y de perfil longitudinal alto.
Si se comparan las direcciones generales de las principales corrientes de la zona
(Figura 33), con las direcciones de las discontinuidades del macizo rocoso medidas en
La Pradera, se nota correspondencia entre estos dos, evidenciando un marcado control
del drenaje por el fracturamiento de la roca.
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2
1
3
4
Figura 33. Vista General zona de estudio, las flechas marcan la tendencia general de las corrientes
(Tomada de Google Earth, 1: Río Porce, 2: Río Grande, 3 Qda Laureles, 4, Qda Altair II)
Geomorfológicamente el Vaso en estudio, es una microcuenca que está limitada al sur
por una cuenca seca sin aportes de agua, al oriente, presenta su desembocadura al río
Porce siendo este su nivel base y al norte y occidente está limitado por la divisoria de
aguas con la cuenca de la quebrada Laureles, siendo esta la única posible fuente de
alimentación de aguas subterráneas para Altair II y la cual es una corriente de mayor
orden, caudal y que presenta un cauce con mayor incisión que Altair II (Figura 34 y
Figura 35).
La Figura 36., la Figura 37 y la Figura 38 muestran las secciones 1, 2 y 3
respectivamente y en ellas se puede observar que el cauce de la quebrada Los
Laureles se encuentra en un nivel más bajo que la quebrada Altair, ambas separadas
por una formación montañosa que actúa como divisoria de aguas. Estas condiciones,
unidas a las características geológicas garantizan que no se presente un aporte de
aguas subterráneas desde la cuenca de la quebrada Los Laureles hacia la cuenca de
Altair.
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2
1
3
4
Figura 34. Vista Diagrama esquemático de flujo de la zona, el grosor de la línea representa la
importancia del drenaje, (1: Río Porce, 2: Río Grande, 3 Qda Laureles, 4, Qda Altair II)
Por otro lado, el cauce de la quebrada Altair I, presenta un nivel superior al nivel de la
quebrada Altair II, pero gracias a que existe un mayor gradiente hacia el sur, en
dirección al río Medellín, y a la baja permeabilidad de los materiales existentes se
produce un flujo preferencialmente en esa dirección, lo cual garantiza que los aportes
de flujos subterráneos desde esa cuenca hacia la cuenca de Altair II sean muy bajos o
nulos.
De la misma forma, la quebrada Tinoco, el afluente de la quebrada Laureles más
cercano a la parte alta de la cuenca Altair II, se encuentra a una elevación mayor que la
quebrada Altair II. Sin embargo, su mayor gradiente en dirección al noreste, hacia la
quebrada Laureles, y la baja permeabilidad de los materiales existentes, garantizan que
los flujos subterráneos sean preferencialmente en esa misma dirección y no hacia la
cuenca Altair II.
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Sección 2
Qda Laureles
Sección 1
Sección 3
Cuenca Qda Altair 2
Qda Altair 1
Figura 35. Modelo de elevación y red de drenaje de las quebradas Altair II y Laureles
Figura 36. Sección 1 de la quebrada Altair II y Laureles
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EXTREMO NORTE DEL RELLENO
SANITARIO LA PRADERA
Figura 37. Sección 2 de la quebrada Altair II y Laureles
QDA ALTAIR II
QDA LAURLES
Figura 38. Sección 3 de la quebrada Altair II y Laureles
3.4.2
Planteamiento Hidrogeológico
Las características hidrogeológicas definidas para los niveles de meteorización del
Batolito Antioqueño por Hoyos (2012), muestran que en general los materiales de este
perfil tienen bajas propiedades hidráulicas (Tabla 17)
Tabla 17. Propiedades hidráulicas materiales del Batolito Antioqueño (Hoyos, 2012)
Material
Tasa media de Infiltración
(cm/h)
Permeabilidad
m/seg
4.8
10-7 a 10-8
Saprolito
2
10-5 a 10-6
Gruss
13
10-5
Suelo Residual
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Considerando las características de baja permeabilidad, de los materiales del perfil de
meteorización del Batolito, éstos no pueden ser considerados como acuíferos per se,
sino que se deben considerar como acuícludos, cuerpos que aunque conteniendo agua
no la pueden transmitir o la transmiten de manera muy lenta.
En el sitio de estudio no se tienen mediciones directas de propiedades hidráulicas de
los materiales, la única información disponible proviene de la perforación P 3, que
reporta pérdida de agua de perforación a los 14 m de profundidad, lo cual coincide con
la presencia de un nivel de Gruss, que es más permeable que el saprolito y el suelo
residual.
Así, dadas las características hidrogeológicas de los materiales y la ausencia de
grandes estructuras que controlen el flujo de agua subterránea dentro del macizo
meteorizado, se puede considerar un modelo hidrogeológico conceptual, donde el flujo
del agua subterránea, es un reflejo del flujo de agua superficial pero con gradientes
menores.
Esto se confirma con lo observado en la exploración realizada en la zona (ver Figura 39
y ANEXO 2), donde las perforaciones localizadas en cercanías a los cauces (1, 2 y 5),
presentan un nivel freático muy superficial, pero las perforaciones que se encuentran
elevadas respecto del cauce, no reportan presencia de dicho nivel aun a profundidades
de 30 m (P 3 y P 4), mostrando un nivel freático con un gradiente mucho menor al de la
superficie del terreno.
Así el flujo de agua subterránea está controlado por la posición de las corrientes
superficiales, que se constituyen en niveles base dentro de cada uno de los sistemas de
flujo y donde su posición establece su relevancia dentro de la definición de la dirección
general de flujo, así la quebrada Altair II, constituye un nivel local para las aguas
subterráneas de su cuenca, la Quebrada Laureles establece un nivel de mayor
relevancia ya que controla el flujo dentro de su cuenca y al tener mayor profundidad que
Altair II, establece control al flujo de aguas subterráneas y el río Porce define el nivel
base del sistema, ya que controla el flujo de toda la zona y se convierte en un nivel
impermeable al estar corriendo sobre roca.
La presencia del nivel de Gruss dentro del perfil de meteorización, no altera el modelo
antes planteado, ya que este material se dispone de manera regular dentro del perfil de
meteorización, y aunque representa un nivel de mayor permeabilidad, la circulación del
agua sigue el mismo patrón planteado de estar controlado por las corrientes
superficiales locales.
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Dado lo antes planteado, la circulación del agua subterránea en la cuenca Altair II, está
controlada por la disposición de las corrientes que se constituyen en los niveles base,
siendo el río Porce el nivel base general para el sistema de circulación de aguas en la
zona y donde los materiales que conforman los niveles iniciales del subsuelo (10-15m),
y aunque no se pueden considerar impermeables, tiene bajas propiedades hidráulicas
que permiten un aislamiento del agua de escorrentía superficial del agua subterránea.
Dadas las condiciones acá definidas del flujo de agua subterránea, se propone una red
de monitoreo para estas, conformada por 2 pozos los cuales están ubicados de acuerdo
a lo mostrado en el plano P-2044-18, y cuya finalidad es determinar la presencia de
contaminación en dichas aguas. Su ubicación se definió siguiendo el planteamiento de
que el flujo subterráneo es similar al superficial, así si el río Porce constituye el nivel
Base local, las aguas tenderán a fluir hacia éste, así se propone un pozo entre el dique
del Vaso y el río Porce y un segundo en la vertiente que marca la divisoria de aguas
entre Altair II y el río Porce, ya que esta es la divisoria más baja de toda la cuenca y
donde la corriente de Altair II tiene mayor cercanía con otras corrientes superficiales.
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4.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA Y ENSAYOS DE CAMPO
Como se comentó en el capítulo de geología, la cuenca de la quebrada Altair está
desarrollada sobre suelos residuales de rocas ígneas que pertenecen al Batolito
Antioqueño, y hacia el cauce principal de la quebrada se encuentran depósitos de
origen aluvial y organales que corresponden a acumulaciones de grandes fragmentos
de roca redondeados, provenientes de la erosión que deja al descubierto fragmentos de
roca debido al proceso conocido como meteorización esferoidal.
Las rocas y suelos residuales del Batolito Antioqueño han sido intensamente
estudiados, debido a que han sido afectados por grandes proyectos hidroeléctricos y
múltiples vías que atraviesan el nororiente de Antioquia, de forma que se cuenta con
estudios regionales del comportamiento típico de estos materiales; además, los Vasos
La Carrilera y La Música se construyeron sobre estos materiales y por tal razón, sus
propiedades geo-mecánicas han sido estudiadas
Teniendo en cuenta este conocimiento previo sobre los materiales de la cuenca de la
Quebrada Altair, la exploración del subsuelo se concentró en los problemas que se
consideraron críticos para la seguridad del Vaso Altair como son:

Espesor y características de los materiales aluviales, especialmente en la parte
baja del vaso en donde se va a apoyar el dique de cierre.

Espesor y características del suelo residual que conforma las colinas de cierre
del vaso en la parte inferior.

Espesor y características típicas de los organales existentes en la parte baja de
la cuenca de la quebrada.

Verificación de la calidad de los materiales existentes en la depresión que se
ubica en la zona noroccidental en la divisoria de aguas entre la quebrada
Laureles y la Quebrada Altair.

Definición de los espesores y características de los materiales de los taludes de
la cuenca.
La exploración consistió en una serie de auscultaciones directas mediante;
perforaciones con taladro rotatorio (P) con profundidades de 13,5 m a 30,0 m;
excavación manual de pozos y apiques (A) con profundidades de 5,5 m y 2,0 m, en la
zona alta y en la zona del dique respectivamente; y destapes en taludes tipo trinchera
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(T). En las auscultaciones directas se recuperaron muestras alteradas tipo bolsa, e
inalteradas en tubo de pared delgada y tipo cajón. La localización de la exploración tuvo
en cuenta las condiciones geomorfológicas y la configuración de la disposición final así
como los diques y cerramiento con el objeto de definir con mayor precisión el tipo de
obras y los materiales en las que se construirán y apoyarán, la ubicación se presenta en
la Figura 39.
En el ANEXO 2 se presentan los registros de las perforaciones y la exploración
efectuada.
Las perforaciones P1 y P2, ubicada a unos 3,0 m del cauce de la quebrada Altair II, se
realizaron para definir el espesor y características del material aluvial y de los suelos
residuales que los subyacen, de forma que se pudiera evaluar la fundación de los
diques de cierre. En ellas se encontró el nivel freático a 0,65 m y 0,30 m
respectivamente. En este sector, superficialmente se encuentra un depósito aluvial de
materiales finos con un espesor entre 4 m y 5 m apoyado sobre suelos residuales de
cuarzodioritas y granodioritas.
En las perforaciones P3 y P4, destinadas a conocer las características de los estribos
en la zona de cierre, se encontró la siguiente secuencia de horizontes geotécnicos:

Superficialmente aflora una capa delgada de suelo residual, con un espesor
entre 2,0 m y 3,0 m.

El suelo residual es subyacido por una transición suelo residual a saprolito, con
un espesor aproximado de 7,0 m.

Finalizando en una roca levemente descompuesta, dura de color claro con
granos oscuros donde predominan las micas, de textura equigranular con
tamaño de grano medio de 2 mm a 6 mm.
A partir de los datos de exploración se realizó una correlación de los ensayos de
penetración estándar (SPT) utilizando un perfil sobre el Dique, en la zona de cierre, este
ensayo permite determinar la densidad relativa y la consistencia de los suelos. En la
Figura 40, se observa la relación entre los horizontes de meteorización y la resistencia a
la penetración estándar, registros que coinciden con la textura del suelo limo arcilloso y
limo arenoso, para el suelo residual y saprolito respectivamente. Es importante resaltar
que en la parte más baja de la zona de emplazamiento del dique los suelos in situ están
cubiertos por depósitos aluviales de poco espesor, condición que se denota como un
contraste en la resistencia a la penetración estándar y que se consigna en los registros
de las perforaciones realizadas. Por otra parte, en la Figura 40 se puede observar la
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posición del nivel freático encontrado en las perforaciones, se destaca que sólo en las
perforaciones localizadas en el fondo del valle se encontró un nivel freático permanente
que coincide aproximadamente con el nivel de la quebrada, mientras que en las
perforaciones localizadas hacia los estribos en materiales correspondientes al perfil de
meteorización no se encontró un nivel freático permanente, a pesar que en la
perforación P4 se alcanzó una profundidad de 30 m, en la perforación P3 a una
profundidad de 14 m se perdió el agua de la perforación, profundidad que coincide con
la transcición entre el saprolito y la roca fracturada.
La perforación P5 se ejecutó con el objeto de estimar el espesor de los organales que
se encuentran dentro del vaso, y en ella se encontraron bolas con diámetros mayores
de 3,0 m, hasta completar un espesor aproximado de más de 15 m de bloques
acumulados. Las bolas de rocas se encuentran incorporadas en los cauces de las
quebradas de la zona de estudio, sobre el cauce principal y el primer afluente del flanco
derecho de la quebrada, principalmente, formándose grandes acumulaciones que
obligan a las corrientes de agua a transitar entre las oquedades dejadas por la
acumulación de bloques. Con el objeto de definir la configuración espacial de los
organales se cartografió su expresión superficial en el levantamiento topográfico y se
dibujaron una serie de perfiles a lo largo de los principales drenajes de los afluentes de
la quebrada Altair II, las secciones analizadas se presentan en el Anexo 2 y Plano P2044-02.
Por último, en la parte posterior del vaso, en donde existe una depresión en la divisoria
de aguas entre las Quebradas Altair II y Laureles, se realizaron dos sondeos excavados
manualmente con 5,5 m de profundidad, destinados a investigar las características de
los materiales en una divisoria débil del vaso. En estos sondeos se detectó la presencia
de suelos in situ derivados del Batolito, de textura limo arenosa a areno limosa con un
espesor superior a los 5 m, y no se detectó la presencia de una falla geológica en la
zona.
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Figura 39. Localización de la exploración
NIVEL FREÁTICO
Figura 40. Sección transversal en la zona donde se proyecta el dique, incluyendo los resultados de los
ensayos de campo y laboratorio en las perforaciones P1, P3 y P4.
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4.1
ENSAYOS DE LABORATORIO
Con el objeto de caracterizar los materiales presentes en el vaso Altair II, en las zonas
de préstamo y los horizontes de suelo subyacentes a los diques y zonas de cierre del
vaso proyectado se efectuaron pruebas de laboratorio sobre las muestras recuperadas
durante la exploración del subsuelo. Pruebas que se pueden diferenciar en tres grupos:
caracterización y propiedades índice, incluyendo humedad natural, tamaño y
distribución de las partículas, límites de consistencia y peso unitario de las partículas
sólidas; pruebas de compactación, Proctor normal; y propiedades físico-mecánicas,
incluyendo pruebas de resistencia al corte directo sobre muestras inalteradas y
compactadas y resistencia al corte mediante compresión triaxial. En la Tabla 18 se
presenta un resumen de los resultados de los ensayos de laboratorio, en el ANEXO 3
se presentan los resultados de los ensayos realizados. Los parámetros de resistencia al
corte de acuerdo con el criterio de Mohr-Coulomb mostrados en la Tabla 18 se
encuentran en términos de esfuerzos totales, y algunos fueron efectuados sobre
muestras remoldeadas, la diferenciación de la condición particular de cada una de las
pruebas es mostrada más adelante.
Tabla 18. Resumen de los resultados de los ensayos de laboratorio.
Sondeo Muestra
Prof.
(m)
Descripción
Wn
(%)
USC*
LL
(%)
IP
Gs
Wopt
(%)
d max
(kN/
m3)
Qu
(kPa)
C
(kPa)
(°)
P-1
2
2.0-2.45
Arena Limosa
34.6
SM
35
5.5
P-1
4
4
Arena Limosa
18
SM
28
3.6
P-1
5
5.0-5.45
Arena Arcillosa
12.8
SC
24
6.7
T-1
2
4.0-5.0
Arena Limosa
28
SM
42
6.4
2.71
25
15
26**
28**
T-1
3
4,5-5,5
Arena Limosa
30
SM
--
--
--
25
25
32**
32**
T-2
5
1.8
Arena Limosa
20
SM
39
8.0
2.69
21.1
16
28**
35**
P-1
3
1.5-2.1
Limo Arcilloso
23
MH
72
32.5
P-2
1
2.6-3.05
Arena Limosa
26
SM
39
10.8
P-2
2
4.0-4.45
Arena Limosa
24.3
SM
37
6.3
P-2
3
5.0-5.45
Arena Limosa
14.1
SM
28
2.6
P-2
4
6.0-6.45
Arena Arcillosa
11.1
SC
26
5.3
P-3
2
2.1-2.55
Limo Arcilloso
30.2
MH
70
24.8
P-3
3
3.0-3.6
Arena Limosa
23.7
SM
42
8.1
P-3
4
3.6-4.05
Arena Limosa
23.6
SM
39
6.1
P-3
5
5.1-5.45
Arena Limosa
22
SM
35
5.3
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158
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Sondeo Muestra
Prof.
(m)
Descripción
Wn
(%)
USC*
LL
(%)
IP
Gs
Wopt
(%)
d max
(kN/
m3)
Qu
(kPa)
C
(kPa)
(°)
P-3
10
10-10.4
Arena Limosa
17.6
SM
32
3.2
P-4
1
1.5-2.1
Arena Limosa
23.2
SM
43
8.2
P-4
4
3.6-4.05
Arena Limosa
26.1
SM
38
7.2
P-4
6
6.0-6.45
Arena Limosa
26.1
SM
40
6.3
P-4
9
10.5-10.95
Arena Limosa
22.4
SM
38
7.4
A1-1
1
2.3
Arena Limosa
27.8
SM
53
19.9
A1-2
2
5.5
Arcilla color café 23.1
CL
36
13.8
A2-1
1
1.3
Arena Limosa
22.7
SM
41
9.4
A2-2
2
5.5
Arena Limosa
18.6
SM
38
6.5
AP-1
1.2
Arena Limosa
30
2.72
18
22
AP-2
2.4
Arena Limosa
25
2.72
20
20
Limo
29.4
Arena Limosa
29
2.76
16
23
AP-3
AP-4
2
55
69
*USC, Sistema Unificado de Clasificación de Suelos
**Parámetros de resistencia al corte sobre muestras compactadas con una humedad dos puntos por encima de la
humedad natural.
4.1.1 Caracterización y propiedades índices

Humedad natural
Se llevaron a cabo 27 ensayos de humedad natural, sobre muestras alteradas tipo
bolsa y saco, e inalteradas tipo bloque y tubo de pared delgada. Los suelos estudiados
presentan un contenido natural de agua entre 11% y 35%, con un valor promedio de
23% y valores que no suelen superar el 30%, en general la humedad presenta una
tendencia a disminuir cuando aumenta la profundidad. Los grados de saturación del
suelo varían entre el 47% y el 85% para humedades entre 25% y 29%.

Tamaño y distribución de las partículas (granulometría)
Se realizaron 24 granulometrías por tamizado mecánico en seco después de lavado
sobre el tamiz No. 200 (0,074 mm). En general los suelos estudiados corresponden a
arenas limosas con contenidos de arena que oscilan entre el 28% y el 75% en peso,
distribución que presenta una tendencia a incrementar en profundidad. Se observa que
la mayor parte de los materiales estudiados tiene tamaños de los granos entre finoI-2044-01-Rev-06
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granular y arenas (ver Figura 41), siendo más arenoso en profundidad, este
comportamiento puede relacionarse con la intensidad de meteorización, ya que el
material parental es una roca ígnea equigranular con tamaño de grano medio y la
diferencia en la distribución granulométrica del suelo es el resultado del proceso de
alteración de los minerales originales.
100
Porcentaje de finos (%)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
20
40
60
80
100
Porcentaje de arena (%)
Figura 41. Relación entre el porcentaje de finos y el porcentaje de arenas.

Límites de consistencia
Se efectuaron 24 límites de consistencia sobre las muestras recuperadas, incluyendo la
evaluación del límite líquido mediante el aparato de Casagrande y límite plástico con el
método de los cilindros elaborados manualmente según el procedimiento sugerido en la
Norma ASTM 4318. En general los suelos in situ producto de la meteorización de una
roca ígnea presentes en el vaso Altair II corresponden a suelos de baja plasticidad, con
un límite líquido menor del 50% (ver Figura 42), y se ubican en la carta de plasticidad de
Casagrande muy cerca de la línea A donde el mineral de arcilla predominante es la
caolinita. Los materiales que presentan un límite líquido por encima del 50%
corresponden básicamente a los suelos con mayor intensidad de meteorización, es
decir suelo residual. De acuerdo con el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos el
80% de los materiales estudiados son arenas limosas, SM.
I-2044-01-Rev-06
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CARTA DE PLASTICIDAD CASAGRANDE
60
Indice Plastico (%)
50
CL
CH
40
Saprolito (z > 3 m)
30
Suelo residual (z < 3 m)
20
MH o OH
10
CL-ML
ML o OL
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
LÍmilte Liquido (%)
Figura 42. Carta de plasticidad para los suelos in situ del vaso Altair II.

Compactación
Sobre materiales de dos posibles zonas de préstamo se efectuaron relaciones masavolumen-humedad con la energía Proctor Normal, obteniendo pesos unitarios secos
máximos de 15 kN/m3 y 16 kN/m3 para humedades óptimas de 25% y 21%
respectivamente. En general para los materiales estudiados la humedad natural se
encuentra ligeramente por encima de la humedad óptima, con valores entre 1 y 5
puntos por encima; por tanto, la compactación de estos materiales se debe realizar por
el lado húmedo de la curva de compactación tomando las precauciones necesarias para
evitar la sobrecompactación y el “acolchonamiento” de los materiales compactados.
Esta condición de compactación se debe a la alta pluviosidad de la zona, con
promedios de 80 mm mensuales en verano y 300 mm en invierno, y a las condiciones
de retención de agua de este tipo de suelos que hacen poco viable el secado.
Con el objeto de efectuar un análisis más detallado del hecho mencionado en el párrafo
anterior se comparó la información de laboratorio con la obtenida en campo durante la
construcción del dique del vaso la Música, en la Figura 50. se presentan ambos
resultados, del gráfico se puede observar que los valores de humedad de los materiales
compactados en el dique del vaso la Música se encuentran en los extremos de los
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materiales estudiados en el vaso Altair II, adicionalmente los pesos unitarios secos son,
en general, superiores a los 14 kN/m3. De acuerdo con lo anterior y para garantizar un
adecuado funcionamiento del dique de cierre en el vaso Altair II se pueden establecer
dos condiciones límite denotadas por las líneas de color gris en la Figura 50. ; las
cuales consideran:

El contenido de humedad admisible es hasta 5% por encima de la humedad
óptima o inferior al 30%., con el objeto de garantizarlas características de
resistencia y deformabilidad del suelo. Se debe exigir que los suelos
compactados tengan un peso unitario seco por lo menos igual al 98% del peso
obtenido en el ensayo Próctor Estándar con el suelo con la humedad natural con
un peso unitario seco mínimo de 14,5 kN/m3.

Un límite mínimo para el peso unitario seco de 14,5 kN/m3 con el cual se
garantiza una compactación que restringe el máximo valor admisible de la
relación de vacíos y que limita los valores mínimos de los parámetros de
resistencia al corte, debido a que en estos materiales compactados la
resistencia al corte es inversamente proporcional a la relación de vacíos, esta
relación se presenta en la Figura 44.
Peso Unitario Seco
( kN/m 3)
20
18
16
14
12
5
10
15
20
25
30
35
Contenido de Humedad (%)
Laboratorio Altair T-1
Laboratorio Altair T-2
Campo La Música
Saturación Gs=2,65
Saturación Gs=2,5
Saturación Gs=2,8
Figura 43. Comparación pruebas de compactación laboratorio préstamos para Altair II con pruebas de
campo con densímetro nuclear para La Música.
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4.1.2 Propiedades físico-mecánicas
Para caracterizar la resistencia al corte se efectuaron pruebas de corte directo y
compresión triaxial sobre muestras inalteradas y compactadas con diferentes
contenidos de humedad a partir de la humedad óptima de compactación con la energía
Proctor normal.

Pruebas de corte directo.
Se efectuaron cinco (5) pruebas de corte directo consolidado no drenado, tres sobre
muestras inalteradas y dos sobre muestras compactadas, en la Tabla 19 se presenta el
resumen de los resultados. Con estas pruebas se obtienen parámetros de resistencia
al corte en términos de esfuerzos totales. Para los materiales in situ la relación de
vacíos encontrada fue cercana a 1,00 y los parámetros de resistencia al corte
correspondientes son en promedio 18 kPa para la cohesión y 22° para el ángulo de
fricción interna en términos de esfuerzos totales. En las muestras compactadas los
parámetros de resistencia al corte son función del empaquetamiento, en este caso
medido con la relación de vacíos, el que a su vez es función de la humedad de
compactación, en la muestra T1 compactada 5 puntos por encima de la humedad
óptima se obtuvieron los menores parámetros de resistencia mientras que la muestra
T2 compactada con la humedad óptima presentó los mayores valores.
Para las probetas con mayor relación de vacíos se obtuvieron menores parámetros de
resistencia al corte (cohesión y fricción), guardando una relación inversamente
proporcional (ver Figura 44).
Tabla 19. Resumen resultados de pruebas de resistencia al corte directo (CU).
Sondeo
AP-1
AP-2
AP-4
T1
T1
T2
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Tipo
Prof. (m)
Inalterada
1,2
Inalterada
2,4
Inalterada
2,0
Compactada
4,0
Compactada
5,0
Compactada
1,8
USC Wn (%) S (%)
SM
30
71
SM
25
62
SM
29
84
SM
30
100
SM
31
100
SM
20
90
76
e gh (kN/m3) C (kPa)
0,946
17,5
18
0,973
16,2
20
1,043
17,5
16
0,752
19,6
26
0,741
15,6
32
0,610
19,7
28
f (°)
22
20
23
28
32
35
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Cohesión (kPa)/Fricción (°)
40
35
30
C Inalterada
25
C Compactada
20
f Inalterada
15
f Compactada
10
5
0
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
0.900
1.000
1.100
Relación de vacíos
Figura 44. Tendencia del ángulo de fricción interna y de la cohesión en función de la relación de vacíos.

Pruebas de compresión triaxial
Se realizó una prueba de resistencia al esfuerzo cortante mediante compresión triaxial
con la modalidad consolidado no drenado en muestras compactadas provenientes del
sitio de préstamo T1, formadas con la energía Proctor estándar y un contenido de
humedad correspondiente al límite máximo e igual al 30%.
4.1.3 Perfil Geotécnico típico
De acuerdo con los resultados de la exploración geológica-geotécnica y las pruebas de
laboratorio se pueden diferenciar tres condiciones de secuencias típicas de materiales:
Perfiles a media ladera, secuencias in situ
Para la secuencia in situ de suelos desarrollados a media ladera el perfil se resume en
la Tabla 20, que corresponde a la secuencia característica en los estribos del dique y
que corresponde a las perforaciones P3 y P4 y a los apiques P3 y P4, en la Tabla 21 se
presenta la descripción de los horizontes de dicho perfil. En las perforaciones el
material de saprolito presentó un espesor moderado entre 5 m y 10 m de profundidad;
sin embargo, considerando las condiciones observadas en los cortes realizados para
las vías de acceso y en el Vaso La Música, el espesor del saprolito puede llegar a ser
mucho más potente, especialmente hacia las laderas.
Las propiedades geotécnicas de cada uno de los horizontes de suelo corresponden a
los resultados de las pruebas de laboratorio, las cuales en algunos casos se
compararon y complementaron con las propiedades obtenidas en los Vasos La Carrilera
I-2044-01-Rev-06
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y la Música del R.S. La Pradera y del banco de datos geotécnicos de la Universidad
Nacional de Colombia Sede Medellín. Los parámetros de resistencia al corte del
horizonte de roca parcialmente meteorizada se definieron mediante el criterio de Hoek y
Brown (1988) que considera la resistencia a la compresión uniaxial de las rocas del
sitio, calculada a partir de ensayos de carga puntual, y los parámetros mi y GSI
obtenidos a partir de la clasificación del tipo de roca y su estado de fracturamiento y
alteración.
Tabla 20. Perfil del vaso Altair I en la zona del dique.
Grado de
Propiedades promedio
Profundidad
meteorización
(m)
NSPT
C (kPa)
h (kN/m3)
Material
 (°)
Suelo residual
VI
0a2
14
17,5
16
23
Transición
suelo residual
a saprolito
V a VI
2a5
22
17,5
18
22
Saprolito
V
5 a10
46
19,0*
27*
32*
Roca
parcialmente
meteorizada
III a IV
10 a 14
R
24
USC=265 MPa,
mi=28 y GSI=65**
*Propiedades promedio del banco de datos geotécnicos para saprolitos SM derivados Batolito Antioqueño de la Universidad Nacional de
Colombia, Sede Medellín. Para un total de 51 datos con desviaciones estándar de 0,5, 14,0 y 4,1 respectivamente.
**Parámetros del criterio de falla generalizado de Hoek y Brown (1988).
Tabla 21. Descripción de los horizontes del perfil típico de Altair II.
Material / Grado de
meteorización
Profundidad
(m)
Descripción
Suelo residual (VI)
0a2
Limo con fragmentos tamaño arena de consistencia
blanda, de color naranja a rojizo oscuro, textura
rugosa con alto contenido de micas
Transición suelo
residual a saprolito
(VI a V)
2a5
Arena limosa de compacidad suelta, de color café
rojizo oscuro, presenta partículas angulares con
presencia de micas y plagioclasa.
Saprolito (V)
5 a10
Arena limosa friable, de color pardo, presenta
partículas angulares con contenido de micas y
plagioclasas.
Roca parcialmente
meteorizada (IV a
III)
I-2044-01-Rev-06
10 a 14
Roca levemente descompuesta, dura de color claro
con granos oscuro donde predominan las micas, de
textura equigranular con tamaño de grano medio de
2 mm a 6 mm
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
Secuencias asociadas a organales
Los organales están compuestos por bloques redondeados de rocas ígneas con
diámetros que en ocasiones superan los 3,0 m, incorporados en los cauces de las
quebradas de la zona de estudio, formando grandes acumulaciones (Figura 45.). Esta
secuencia se encuentra en general cubriendo depósitos aluviales, y en algunos
sectores se observa mezclados con éstos, o directamente apoyados sobre suelos
residuales. La secuencia típica se puede observar en el Perfil 1 y en el Perfil 5,
localizado sobre el eje de la quebrada Altair II. Plano P-2044-02

Secuencias asociadas a depósitos aluviales.
Es posible observar una secuencia de depósitos aluviales, localizados en las zonas de
menor inclinación, aledañas a la parte baja del cauce de la quebrada Altair II, y que son
producto de la dinámica y los procesos de sedimentación de las corrientes de agua.
Está secuencia es caracterizada por la presencia de materiales de grano fino reposando
sobre suelos in situ producto de la meteorización de las rocas ígneas del sector o
mezclados con los organales. Corresponden fundamentalmente a limos arcillosos y
limos arenosos, y se registraron en las perforaciones P1, P3,y P5. Ver Figura 46.
Figura 45. Secuencia asociada a organales. Ver Perfil 5, Anexo 2.
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Figura 46. Esquema de secuencias asociadas a depósitos aluviales superficiales, diferentes de los
mezclados con organales.
4.2
COMPORTAMIENTO GEOTÉCNICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
La selección de los parámetros correctos para la estimación del comportamiento de los
rellenos es una actividad crítica en el diseño. Con este objetivo se recopilaron los
valores reportados en la literatura, incluyendo la información disponible de los rellenos
sanitarios Curva de Rodas y Doña Juana (Villarraga, Congreso Panamericano 2006,
Boston USA), con el objeto de definir los niveles de variación que se pueden esperar, y
con estos efectuar el análisis de confiabilidad para la configuración parcial y definitiva
de los residuos.

Las propiedades índice, tales como: la humedad gravimétrica, el grado de
saturación, el peso específico y el peso unitario son función de los constituyentes
propios de la basura y de la edad de la misma, es decir de su grado de
descomposición.
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
Composición
En la literatura se encuentran una serie de sistemas de clasificación de los tipos de
residuos por su composición, sin embargo, desde el punto de vista práctico resulta
mejor agruparlos en las categorías mostradas en la Tabla 22. Esta composición valida
la utilización de las propiedades de los residuos de Bogotá y Medellín, presentados por
Villarraga, para el Vaso Altair.
Tabla 22. Composición de los residuos sólidos urbanos.
Países
industrializados1
Brasil2
Bogotá3
Medellín4
Materia orgánica
29%
56%
52%
59,5%
Papeles y cartón
35%
17%
18%
12,0%
Plásticos
6%
18%
13%
11,7%
27%5
146%5
60%5
65 %5
Material
Contenido de Agua
1Quian
et al. (2002);
Marques y Vilar (2003)
3 Hidromecánicas (1993)
4 *Fundación Codesarrollo, “Formulación del Plan de Gestión Integral de Residuos Sólidos”, Contrato No. 003 de
2005 Empresas Varias de Medellín.
5 Valores calculados a partir del peso seco, relación común en ingeniería geotécnica, w=Ww/Ws
2

Peso unitario
De acuerdo con la revisión bibliográfica se reporta una amplia gama de valores para el
peso unitario húmedo, que varían desde niveles tan bajos como 3,1 kN/m3 hasta 13,0
kN/m3 dependiendo del método de compactación, de la composición de los residuos y
de su estado de descomposición, en la Tabla 23 se muestran una serie de valores
típicos para rellenos en diferentes países.
De acuerdo con Espinosa-Silva y González-García (2003) el peso específico de los
sólidos, Gs, deber oscilar entre 1,35 a 1,40, ya que los valores reportados en la
literatura técnica desde 1,03 hasta 1,75 son extremos improbables.
I-2044-01-Rev-06
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Tabla 23.Peso unitario promedio de los residuos sólidos urbanos.
Lugar/relleno
Italia/
Sicilia
EU/California
Brasil/
Medellín/
Bogotá/Doña Juana
San Pablo
Fuente
Valore
(1985)
Zornberg et
al. (1999)
Mar--ques
y Vilar
(2003)
Sadat
et al.
(1997)
Peso unitario
(kN/m3)
11,0 a
14,01
10,0 a 13,02
9,73
9,0
Geosyntec
(1998)
10,6
13,04
Rodas
González y
Espinosa
(2000)
10,2
11,84
Villarraga
y García
(2003)
11,0
1
Medidos seis meses después del cierre del depósito, con un alto contenido de arena y limo
Valor promedio hasta 30 m de profundidad, medidos in situ, con porosidades del 60%
3 Valor promedio hasta 2,5 m con una desviación estándar de 1,95, compactado con 6 pasadas de BullDozer
4 Rellenos con coberturas intermedias
2
Los valores de peso unitario medidos en los ensayos que permanentemente se realizan
en el Vaso la Música en el R.S. La Pradera oscilan entre 10,5 y 13 kN/m 3. De forma
conservativa se utilizó un peso unitaro de 1,1 kN/m3 en los análisis.
Diferentes reportes coinciden que el peso unitario tiende a incrementar con la
profundidad siguiendo una trayectoria no lineal, debido a que en la mayor parte de los
rellenos sanitarios la sobrecarga, por la acumulación de residuos, tiene los mismos
efectos que en un suelo sedimentario. Sin embargo, debido a la descomposición de la
materia orgánica y a la generación de lixiviados, con el tiempo el peso unitario se ve
afectado y se ha encontrado que a cierta profundidad este tiende a permanecer
constante (Kavazanjian et al., 1995; Sadat et al., 1997; Tchobanoglous et al., 1993; y
Quian et al., 2002). De acuerdo con estos autores, para la modelación inicial se
utilizaró un peso unitario de 8 kN/m3 para una profundidad entre 0 m y 2 m y de
11 kN/m3 para profundidades superiores a 2 m con una desviación estándar de
2 kN/m3, valor obtenido a partir de 76 datos reportados en la literatura; adicionalmente
se realizaron análisis de sensibilidad de la seguridad del vaso con el peso unitario,
considerando que el rendimiento peso-volumen registrado en los vasos La Carrilera y
La Música puede llegar a ser superior a 14 kN/m3 .

Resistencia al corte
De acuerdo con Quian et al. (2002) la resistencia al corte de los residuos sólidos
urbanos se ve afectada por factores como; el contenido de fibras, el contenido de
materiales orgánicos, la edad del relleno, el estado de descomposición, el modo de
disposición y la dirección de la aplicación de las tensiones de corte. La resistencia al
corte en los residuos urbanos, dado el estado actual del conocimiento, se puede
expresar en términos de la ecuación de Mohr-Coulomb, teniendo en cuenta además la
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variabilidad de los parámetros de resistencia de los residuos, para lo cual se consideran
valores medios y la desviación estándar, suponiendo que las propiedades involucradas
en el análisis tienen una distribución normal.
Para evaluar los valores extremos asociados y los intervalos posibles de los parámetros
de los residuos en los términos estadísticos mencionados se efectuaron los análisis que
se describen a continuación:

Reinterpretación de los ensayos de resistencia al corte mediante compresión
triaxial efectuados en los desechos del Relleno Sanitario de Rodas, ya que en el
comportamiento tensión deformación la característica típica es el incremento de
la tensión desviadora con la deformación sin presentar un valor pico (Villar y
Carvalho, 2003), dificultando la adopción de un criterio de falla, esta condición
fue analizada teniendo en cuenta los siguientes criterios:
o Criterio de deformación, para niveles de 10% y 15%. En general para este
criterio el ángulo de fricción obtenido resulta independiente del nivel de
deformación y además menor que para el criterio 1/3 máximo, con
valores medios de 9° y 11°, la cohesión en estas pruebas resultó
dependiente del nivel de deformación e independiente de la muestra
obteniendo valores medios de 23 kPa y 34 kPa, para los niveles del 10% y
15% respectivamente.
o Máxima relación 1/3, con la cual se obtuvieron los parámetros de
resistencia mostrados en laTabla 24, la tendencia de los parámetros no
guarda ninguna relación con la profundidad que en este caso es un
indicativo de la edad, sin embargo en los materiales más maduros parece
que el ángulo de fricción se estabiliza en un valor de 18,5°.
Tabla 24. Parámetros de resistencia al corte en residuos sólidos urbanos de Rodas criterio de falla
máxima relación 1/3.
I-2044-01-Rev-06
Profundidad (m):
C' (kPa)
'
5,0-10.0
36,0
14,8
20-25
38,9
18,5
35-40
25,5
18,5
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
Recopilación y acopio de propiedades de resistencia al corte de diferentes
rellenos reportados en la literatura, los cuales se presentan resumidos en la
Tabla 25. Donde los parámetros de resistencia al corte corresponden a la
ecuación de Mohr-Coulomb, y se obtuvo en promedio 25,1 kPa para la cohesión
con una desviación estándar de 10,5 kPa y 22,0° para el ángulo de fricción con
una desviación estándar de 7,7°, para un total de 24 datos procesados.

A partir de las propiedades promedio y sus desviaciones estándar asociadas se
modelaron diferentes condiciones de estabilidad por el método del equilibrio
límite, utilizando coeficientes de relación de presión de poros Ru iguales para
todos los horizontes de residuos con valores entre 0,5 y 0,8. Rango que
corresponde a los valores que en diferentes etapas del relleno se han registrado
mediante la instrumentación del Relleno Sanitario Curva de Rodas y los Vasos
La Carrilera y La Música en el R.S. La Pradera.

Los resultados de éste análisis se presentan en la Figura 47, para el Vaso
Altair II se trazaron los contornos de factor de seguridad para la condición
extrema mencionada en el párrafo anterior, mientras que para la Carrilera se
restringen los valores a una región delimitada por factores de seguridad entre 0,9
y 1,25 diferenciando los análisis con Ru=0,5 y Ru=0,7 que representarían una
condición de operación segura. De acuerdo con los resultados obtenidos y la
comparación con los parámetros de resistencia reportados para los residuos
sólidos de Rodas y Doña Juana y teniendo como base los contornos de factor de
seguridad de 0,9 y 1,25 en condiciones extremas para el Vaso Altair II y un nivel
de variabilidad 0,75 veces la desviación estándar de los parámetros se delimitó la
región de color rojo de la Figura 47, la cual se utilizará como la región de
variación base para efectuar el análisis de estabilidad en los residuos incluyendo
la confiabilidad de las configuraciones.
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Tabla 25. Parámetros de resistencia al corte de residuos sólidos reportados en la literatura.
Cohesión
Ángulo de fricción
Fuente
Descripción
(kPa)
(°)
Integral S.A.
Doña Juana y Curva de Rodas
13
16
Salazar Ferro S. A.
Pradera-CR-I Ins-09-diciembre
30
17
Hidromecanicas (1993)
10
20
Geosyntec (1998)
19
28
González-García and
Espinosa-Silva
Integral (1998)
20
20
(2003)
Himtech et al (1999)
40
11
Gonzáles y Espinosa (2000)
47
23,8
Medellin 5-10m
37
14,6
Medellin 20-25m
49
16,5
Medellin 35-40m
30
18,2
Villarraga y García
Medellin Corte Directo
20
25
(2003).
Bogota – Triaxial
19
25
Bogota – Piezcono
4-10
21-30
Literatura Técnica
5-20
20-28
Pagotto & Rimoldi (1987)
29
22
Landva & Clark (1990)
19-22
39-24
Quian et al. (2002)
Envolvente de Kavazanjian
24
33
Richardson & Reynolds (1991)
10
18-43
Nivel de deformación de 0.05
15,75
8,64
Reinterpretación
Nivel de deformación de 0.10
23,37
11,56
Triaxial Curva de
Nivel de deformación de 0.15
33,84
11,69
Rodas
25,51
18,52
Criterio de falla (`1/`3)MAX
Oliveira (2002)
Parámetros
estadísticos
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Para Rellenos viejos
Condición media
Basura Triturada
Back Calculation
Ensayo in situ
Media
Error estándar
Desviación estándar
Valor Máximo
Valor mínimo
16
19
23
29
10
25,1
2,1
10,5
49
10
85
33
39
24
22
18-43
22,0
1,5
7,7
39
8,64
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CONVENCIONES
Contorno igual FS (Ru=0,8)
Banda sugerida Oliveira (2002)
50
Banda La Carrilera Ru=0,5
Banda La Carrilera Ru=0,7
Banda seleccionada Altair II
Cohesión (kPa)
40
Valor promedio todos los ensayos
Valor utilizado en La Música
Valor Rodas 5 m a 10 m
30
Valor Rodas 20 m a 25 m
Valor Rodas 35 m a 40 m
20
Doña Juana (Hidromecánicas, 1993)
Doña Juana (Geosyntec, 1998)
Doña Juana (Integral, 1998)
10
Doña Juana (Himtech et al., 1999)
Doña Juana (González y Espinosa, 2000)
0,0
0,0
10
20
30
40
50
Ángulo de fricción (°)
Figura 47. Parámetros de resistencia al corte de residuos sólidos y banda seleccionada para tener en
cuenta la variabilidad en los análisis de estabilidad.
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5. DISEÑO
En el diseño del Vaso Altair se combinaron una serie de elementos que proveen
seguridad, eficiencia en el proceso de disposición y optimización de la capacidad, entre
otros factores de importancia, estos elementos son descritos, detallados y sustentados
en el presente capitulo. En la sección 4.4 se hace referencia a cada uno de los
componentes del diseño y se remite a los planos respectivos.
La adecuación del Vaso prevé el retiro de todos aquellos materiales incompetentes,
tales como las arenas y arcillas sueltas de origen aluvial del fondo de la quebrada
Altair II, el retiro de toda la materia de origen vegetal presente en la cuenca y la
excavación de una serie de bermas cada 10 m con el fin de disminuir las inclinaciones
monótonas en el trasdós de los residuos sólidos, incrementando con esto la seguridad
al deslizamiento a través el sistema de protección de fondo; esta adecuación es seguida
por el sistema de drenaje subsuperficial, que pretende evacuar todas las aguas del
fondo de la cuenca de manera eficiente y segura por medio de una serie de filtros de
material grueso granular limpio y durable, que entregan en un filtro central con
tubería de concreto de 1,4 m de diámetro interno que sirve además como conducto
de inspección en el caso de que se presente alguna eventualidad con el sistema de
protección de fondo; este sistema de drenaje se combina con los tratamientos de
organales en los cuales se captan la mayor parte de las aguas que puedan transitar a
través de éstos.
Para la configuración final de los residuos sólidos se requiere una estructura de cierre
denominada dique de contención, conformado por una pata en roca, sobre la cual se
apoya el terraplén que se eleva hasta la cota 1090; detrás del dique se conforma un
lleno de nivelación en el fondo que se extiende desde el dique en suelo en la cota 1085
hasta el fondo de la cañada donde termina en la cota 1090 aproximadamente, con el
cual configura un área amplia para la disposición inicial y una cota adecuada para
garantizar el transporte de lixiviados por gravedad hasta el sistema de tratamiento de
lixiviado donde actualmente se tratan los lixiviados de La Pradera. Sobre este lleno se
instalará el sistema de protección de fondo; el cual consta en las zonas planas (lleno
cota 1085) de una geomembrana de polietileno de alta densidad y un relleno que la
cubre, que puede ser conformado con un manto de drenaje o tierra o llantas y/o
colchones y en la zona de taludes la cobertura consta de una geomembrana y en las
zonas de más alta pendiente, en caso de requerirse, geotextil no tejido que la proteja
de elementos cortante de los residuos.
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El sistema de recolección y extracción de lixiviados está orientado a garantizar la
estabilidad del relleno, para lo cual se dividió en dos sectores: uno en la parte baja del
lleno, adyacente al dique de contención, con un ancho de 75 m, en el cual se colocará
en el fondo un manto de drenaje que recoja los lixiviados y una cuadrícula de
chimeneas o filtros verticales con una separación de 30 m por 30 m, con el cual se
busca crear una zona con presiones de poros muy bajas que opere como una
estructura de contención a la parte delantera del lleno. Detrás de este sector el sistema
de recolección y evacuación de lixiviados consiste en una malla generosa de filtros para
la extracción de lixiviados, con un sistema de chimeneas o filtros verticales con una
separación de 40 m, que permiten una evacuación más lenta del lixiviado, pero con
niveles manejables en las presiones de poros, que no amenacen la estabilidad del
relleno y que permitan obtener una mayor eficiencia en el tratamiento de lixiviado dado
que el tiempo de retención en ese gran reactor que es el relleno sanitario, sería
igualmente mayor.
Con esta configuración se consigue una primera fase del
tratamiento de lixiviado, en el vaso de disposición, para lo cual se tendrá un sistema
de aforo de la cantidad y calidad de lixiviados que llega al relleno.
A lo largo y ancho del relleno se propone una red generosa de filtros para la extracción
de lixiviados, ampliamente interconectados y que descargan por tres colectores
principales que finalmente entregan al filtro construido detrás del dique, para lo cual se
diseñaron tres man-holes en los que será posible monitorear la calidad de los lixiviados
y la zona de la que proceden los efluentes. Los man-holes están comunicados mediante
tuberías de alta resistencia que cruzan el dique y entregan el lixiviado al canal que
transporta los lixiviados hasta el sistema de tratamiento instalado en el relleno sanitario
La Pradera o a un sistema de tratamiento (mediante lagunas) y evaporación propio,
localizado en el estribo izquierdo del Vaso Altair.
En este punto es importante aclarar que si bien, se propone transportar por gravedad
los lixiviados mediante un canal hasta un sistema central de tratamiento de lixiviados
del relleno sanitario, en el cual además de los lixiviados de Altair se tratan los
proveniente de los vasos La Música y Carrilera, de acuerdo con las necesidades del
proyecto se podrá tener, en caso de alguna eventualidad,
un sistema in situ
previendo alguna dificultad en el canal de conducción (dada su longitud) o problemas
y/o mantenimientos en la operación del sistema de tratamiento de lixiviado central.
Las chimeneas para la quema del gas metano producido en el relleno, constituyen una
tupida malla con nodos cada 30 m ó 40 m, las chimeneas son continuas y tienen en su
parte superior un quemador que transforma el gas en dióxido de carbono, gas 21 veces
menos contaminante que el metano.
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La cobertura superior consiste en un estrato de tierra compactada, y un estrato de
materia orgánica que permita sustentar el crecimiento de vegetación.
5.1
CONFIGURACIÓN RELLENO SANITARIO
Durante la etapa de diseño se analizaron dos esquemas de configuración definitiva,
ambos independientes de los tratamientos en el fondo, las excavaciones y los diques en
suelo y roca; en los cuales se modificaba la geometría final de los residuos sólidos y el
sistema de drenaje superficial.
Cada una de las alternativas es analizada en las secciones siguientes y los esquemas
se presentan en las Figura 48 y Figura 49
5.1.1
Alternativa 1
La configuración consiste en un cerramiento en la zona baja mediante un dique en
suelo y roca, seguida por el lleno a la altura de la cota 1085, y a su vez la disposición de
residuos sobre las cañadas existentes y la conformación de una serie de plazoletas que
le dan una forma alta y alargada al relleno a la altura de la cota 1175 con dos taludes
dominantes con una inclinación 3H:1V y bermas de 7 m de ancho con una diferencia de
nivel de 10 m entre sí; el primer talud presenta dirección SE y desciende hacia el dique
y el segundo tiene dirección NW hacia el lomo más delgado de la cuenca de la
quebrada Altair II (ver Figura 48).
El relleno cuenta con una capacidad volumétrica total de 6`250.000 m3 los cuales se
reducen a 5’933.500 m3 de residuos sólidos al descontar los llenos a ejecutar para
conformar el dique y los llenos en el fondo de la cañada para definir la plataforma inicial.
Este lleno cubre 18 ha de la cuenca Altair II.
La configuración hace necesario construir cuatro canales perimetrales de drenaje para
recibir el aporte de las cunetas, y por la morfometría del terreno y el relleno dos de
éstos canales deben entregar sus aportes en la quebrada Laureles, los cuales
evacuarían cerca de un 40% del agua de escorrentía de la cuenca de Altair II.
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Figura 48. Alternativa 1, vaso Altair II, volumen total de residuos (en condiciones conservadoras)
5’933.500 m3.
5.1.2
Alternativa 2
La configuración de la alternativa 2, al igual que la alternativa 1, parte del cerramiento
en la zona baja mediante el dique, seguida por el lleno a la altura de la cota 1085, y a
su vez la disposición de residuos sobre las cañadas existentes y la conformación de
una serie de plazoletas que le dan una forma alta y alargada al relleno a la altura de la
cota 1175 con cuatro direcciones dominantes en los taludes finales cuya inclinación es
3H:1V y bermas de 7 m de ancho con una diferencia de nivel de 10 m entre sí;
presentando dos taludes principales sobre el eje longitudinal, en dirección SE
descendiendo hacia el dique y un segundo con dirección NW hacia el lomo más
delgado de la cuenca de la quebrada Altair II; y dos taludes en sentido transversal (ver
Figura 49); el relleno cuenta con una capacidad volumétrica neta para disponer
5’543.500 m3 de residuos sólidos, cubriendo 17,1 ha de la cuenca Altair II. La
configuración evita las descargas hacia la quebrada Laureles, y todo el drenaje se
entrega al río Porce a través de la quebrada Altair II, evitando la construcción de dos
estructuras de descarga de dimensiones similares.
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Figura 49. Alternativa 2, vaso Altair II, volumen total de residuos 5’543.500 m3.
5.1.3
Selección de alternativa
Debido al tamaño del área cubierta por residuos y a las condiciones de drenaje de las
alternativas estudiadas resulta más adecuada la alternativa 2, en la cual todas las
aguas son descargadas por la zona actual de entrega de la quebrada Altair II, para lo
cual es necesario efectuar una serie de obras que permitan evacuar los caudales de las
crecientes. En la figura siguiente se muestra una sección general de la alternativa
seleccionada.
En el Plano P-2044-08 se presenta la configuración definitiva del relleno sanitario Altair
II.
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Figura 50. Esquema general de residuos incluyendo el dique de contención.
5.1.4
Criterios para el cálculo de la vida útil
Para la alternativa de disposición escogida (Alternativa 2) se obtuvo que la capacidad
volumétrica del Vaso Altair II, es de 5’543.500 m3.

Capacidad volumétrica
Para calcular la cantidad de toneladas de residuos que pueden ser dispuestas en el
Vaso, además del volumen del vaso, se deben tener en cuenta los pesos unitarios que
se están obteniendo en la compactación de los residuos que varían entre 1.05 t/m3 y
1,15 t/m3, la cantidad de lixiviado que está siendo expulsado por el sistema de drenaje
(el cual varía entre un 5 y un 15% del peso del material dispuesto) y los asentamientos
que se producen como consecuencia de la descomposición de la materia orgánica,
mediante la cual se tiene la producción de gases y de lixiviado. Al considerar estos
factores y teniendo en cuenta los controles topográficos y del peso de los residuos que
se realizaron para el Vaso La Carrilera y actualmente se realizan para el Vaso la Música
en el R.S. La Pradera, se obtiene un rendimiento del orden 14.5 KN/m3.
Con la experiencia obtenida del Vaso la Música y dado que el tipo de residuos a
disponer en el Vaso Altair es prácticamente el mismo que se dispondrá en el Vaso La
Música; se consideran entonces los anteriores aspectos para calcular la cantidad de
toneladas de residuos que pueden ser dispuestas en el Vaso Altair y los cuales ya
fueron evaluados por la Corporación en el informe técnico que dio origen a la
Resolución130 TH 7162 de julio de 2009, la cual modifica la licencia ambiental del RS
La Pradera y del cual se extrae el siguiente texto:
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“Como se pudo mostrar en el Vaso La Música se está obteniendo un rendimiento de
1,36 ton/m3, el cual es superior al peso unitario de los residuos compactados, que de
acuerdo con las densidades que permanentemente se miden en campo reportan
valores del orden de 1,10 ton/m3. La diferencia entre el rendimiento y el peso unitario
está representada en los siguientes procesos que ocurren al interior del vaso:

Descomposición de la materia orgánica y producción de gases y lixiviado.

Expulsión de lixiviado a través de los sistemas de filtros construidos en vaso,
que pueden llegar a alcanzar más de 400 m3 al día, independiente de las
condiciones ambientales Caudal Base).

Asentamientos de los residuos que alcanzan a ser de hasta el 30%, aun sin
considerar la descomposición de los residuos, como lo encontró el Ingeniero
Carlos Ordoñez en su tesis de maestría en la Universidad Nacional de Colombia,
y como se ha medido en el relleno sanitario Curva de Rodas y Vaso La Carrilera,
en donde se han presentado asentamientos de hasta 6 m una vez han sido
cerrado los vasos, sin contar los asentamientos que ocurren durante la
operación.

Otro factor que ha contribuido a aumentar el rendimiento en este vaso es que no
se esté usando diariamente como material de cobertura una capa de tierra, sino
material plástico impermeable, el cual es removido cuando se va a continuar con
la disposición de los residuos. Esto implica que, se ha obtenido un ahorro
importante en la capacidad del sitio, teniendo en cuenta que la capa de tierra es
de 0,30 m cada 3 m de altura de residuos, es decir, esto significa cerca de un
10% de la capacidad del vaso.
Así mismo, al aprovechar el volumen que ocupa la capa de tierra, con residuos, y
utilizar material de cobertura sintético y removible se incrementa la vida útil del vaso.”
En la tabla siguiente se resumen la cantidad de residuos dispuestos y los volúmenes
ocupados a lo largo del tiempo durante el cual se han dispuesto residuos en el Vaso La
Música del R.S.La Pradera
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Tabla 26 Volúmenes y cantidades de residuos dispuestos en el Vaso La Música
MES
may-04
feb-08
sep-08
ene-10
dic-10
ago-11
dic-11
feb-12
may-12
jun-12
sep-12
dic-12
TOTAL
RESIDUOS (t)
ACUMULADO
TOTAL (t)
52 492.85
56 128.12
51 159.64
69 025.94
52 995.88
62 964.24
48 851.23
61 298.25
55 818.13
52 030.33
61 894.33
0
2 476 784.35
2 864 846.73
3 670 916.83
4 260 489.40
4 684 890.66
4 908 232.69
5 012 631.58
5 181 636.45
5 237 454.58
5 400 841.79
5 578 567.38
VOLUMEN
DISPONIBLE
(m3)
3 580 000.00
2 116 800.00
1 868 459.00
1 455 100.00
1 153 074.00
815 183.00
670 000.00
599 018.00
683 402.00
653 004.00
566 841.00
478 537.00
VOLUMEN CAMBIOS DE VOLUMEN
OCUPADO
VOLUMEN
POR MES
(m3)
(m3)
(m3)
CAMBIOS PROMEDIO RENDIMIENTOS
EN
TON POR
ACUMULADOS
TONELADA MES (m3)
(t/M3)
1 463 200.00 1 463 200.00
1 711 541.00 248 341.00
2 124 900.00 268 150.00
2 426 926.00 302 026.00
2 764 817.00 337 891.00
2 910 000.00 145 183.00
2 980 982.00
70 982.00
3 078 234.00
35 128.00
3 108 632.00
65 526.00
3 194 795.00 151 689.00
3 283 099.00 239 993.00
2 476 784.35
388 062.38
549 941.43
589 572.57
424 401.26
223 342.03
104 398.89
61 298.25
117 116.38
280 503.59
458 229.18
32 515.56
35 477.29
24 377.27
27 456.91
42 236.38
36 295.75
35 491.00
35 128.00
32 763.00
30 337.80
29 999.13
55 039.65
55 437.48
49 994.68
53 597.51
53 050.16
55 835.51
52 199.45
61 298.25
58 558.19
56 100.72
57 278.65
1.69
1.67
1.73
1.76
1.69
1.69
1.68
1.68
1.68
1.69
1.70
A partir de los valores reportados en la tabla, se preparó la Figura 51, en la cual se
muestra la variación de la cantidad de toneladas dispuestas en el Vaso y los volúmenes
ocupados. Llama la atención que la variación de las toneladas dispuestas tienen una
pendiente relativamente constante, lo que representa que no ha habido una variación
sensible en la cantidad de residuos dispuestos desde que entró en operación este vaso,
lo cual también se observa en valor promedio mensual de la cantidad de toneladas
dispuestas.
Figura 51 Variación de la cantidad de toneladas dispuestas, volumen disponible y volumen ocupado
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En la Figura 52 se presenta la variación de los cambios mensuales del volumen
ocupado y de la cantidad de residuos en toneladas dispuestas. Los primeros se
obtienen a partir de las topografías del vaso que se toman todos los meses y las
segundas con base en las mediciones de la báscula.
Figura 52. Variación promedio mensual volumen ocupado y toneladas dispuestas
En esta figura se observa la estabilidad de la cantidad mensual de toneladas dispuestas
y el volumen mensual dispuesto. En promedio se tienen valores de 55310 Toneladas al
mes y 32920 m3 al mes.
Finalmente se analizó la variación del rendimiento, expresado como la relación entre la
cantidad de toneladas dispuestas y el cambio en el volumen para un mismo periodo. En
la Figura 53 se muestra la variación del rendimiento.
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Figura 53. Variación del Rendimiento
En la figura se presentan los rendimientos acumulados que relacionan el volumen total
ocupado y la cantidad total de toneladas dispuestas, analizadas para los meses
mostrados en la tabla anterior; de dichos rendimientos se observa que las variaciones
oscilan entre 1.67 y 1.76 toneladas dispuestas por cada metro cúbico ocupado.
Así las cosas y con base en la experiencia y análisis del Relleno saniatrio Curva de
Rodas y Vaso la Música del RS La Pradera, ambos de propiedad de EEVVM E.S.P. la
capacidad del Vaso Altair solicitada es 5.543.500 m3, sin límite de tiempo, teniendo
en cuenta las consideraciones anteriores es decir un rendimiento de mínimo 45%.
Como puede observarse en la tabla 26, que consigna los análisis de rendimiento en el
vaso la Música, éste es mayor en el tiempo. El 45% se desprende de un 25% por
asentamientos, 10% por aumento en densidad de compactación, 10% evacuación de
gases y lixiviado, cobertura con plástico, disminución de residuos y otros.
No obstante en la medida que vaya avanzando la operación, y se hagan los controles y
análisis del caso, es posible que se ajuste aún más la capacidad del vaso, lo cual será
objeto de análisis y reporte para el ajuste de dicha capacidad.
Con respecto a los asentamientos, dependiendo de su magnitud, se irá reconfigurando
el lleno, razón por la cual se volverán a utilizar estos sectores con la disposición de
residuos, no solo para darle la configuración final al relleno, sino también para
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favorecer las condiciones de estabilidad y drenajes y aprovechar la capacidad de
disposición.
5.1.5
Adecuación y explotación del vaso por etapas
Debido a la alta inversión que genera la adecuación y explotación del vaso Altair II, el
proyecto fue concebido por etapas y/o sectores de disposición. Configuración con la
cual es posible diferir las inversiones de la adecuación en un periodo de tiempo que
mínimo podría estar entre 9 – 16 años; además de cerrar temporalmente cada celda sin
necesidad de llegar a la condición de configuración final, para otros aprovechamientos.
A continuación se ilustran las etapas de disposición, las cuales se resumen en el cuadro
siguiente:
ETAPA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
TOTAL
I-2044-01-Rev-06
TONELADAS
517 650
211 700
545 200
492 275
620 600
759 800
891 750
835 200
881 600
661 200
933 800
689 200
8 039 975
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Lleno cota 1085
Etapa 1: 517.650 ton
Etapa 2: 211.700 ton
Etapa 3: 545.200 ton
Etapa 4: 492.275 ton
Etapa 5: 620.600 ton
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Etapa 6: 759.800 ton
Etapa 7: 891.750 ton
Etapa 8: 835.200 ton
Etapa 9: 881.600 ton
Etapa 10: 661.200 ton
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Etapa 11: 933.800 ton
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Etapa 12: 689.200 ton
Figura 54. Etapas de disposición de residuos.
Es importante considerar que el proyecto es dinámico y que dichas etapas pueden sufrir
alguna variación dependiendo de las necesidades y condiciones del proyecto tales
como clima, facilidad de accesos, conformación de organales, cantidad de residuos
ingresados al relleno, entre otros.
5.2
ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL RELLENO Y EL DIQUE
El análisis de la estabilidad de los taludes del relleno de residuos sólidos y los llenos en
el sistema de diques contempló la incertidumbre debida a la variabilidad de los
parámetros de resistencia al corte y combinaciones de carga que incluyeron sismo y
exceso de presión intersticial, teniendo como base la información generada y
recopilada, consignada en el capitulo anterior.
El análisis numérico se efectuó mediante la técnica de equilibrio límite empleando las
teorías de Bishop para geometría de falla circular, y Spencer y Morgenstern-Price, para
condiciones de falla con geometría circular o planar, puesto que las dos últimas
satisfacen todas las condiciones de equilibrio de fuerzas y momentos. Utilizando para
ello el programa de ordenador SLIDE V5 desarrollado por Rocscience Inc., que
resuelve problemas bidimensionales por el método del equilibrio límite para
mecanismos de falla circulares y no circulares en taludes y laderas de suelo y roca, en
el cual se pueden emplear combinaciones de carga estáticas y dinámicas así como las
variaciones de los niveles piezométricos, distribuciones de presión de poros, variación
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de coeficientes de relación de presión de poros (Ru), y redes de flujo por el método de
los elementos finitos; adicionalmente incluye el análisis probabilística asignando a las
propiedades de cada uno de los materiales una variabilidad y una función de
distribución de dicha variabilidad.
5.2.1
Metodología del análisis de estabilidad
El análisis de estabilidad en condiciones estáticas incluyó las siguientes configuraciones
y mecanismos de falla:
 Falla rotacional en el relleno.
 Falla traslacional del relleno sobre la protección de fondo, incluyendo falla a través
del sistema de recolección de lixiviados.
 Falla local en el sistema final de cobertura.
 Falla por capacidad de soporte en suelo de cimentación.
 Falla incluyendo el dique de contención.
Las condiciones de carga contemplaron la inclusión de la relación de presión de poros
Ru y las cargas por sismo:

Relación de presión de poros, esta combinación de carga se estimó a partir del
parámetrodefinido por Skempton como la relación entre la presión de poros en
un punto (u) y el esfuerzo vertical total en el mismo (v), el cual se puede estimar
razonablemente como el peso de la columna de material que se encuentra sobre
el punto de interés. La relación de presión de poros se puede calcular de
acuerdo con la siguiente ecuación:
Ru  u
v
Cuando se trata de llenos en residuos sólidos, este parámetros se usa para
modelar las presiones generadas dentro del lleno por los gases y lixiviados que
rellenan los vacíos de la masa de residuos. En términos generales, se puede
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decir que un aumento en la relación de presión de poros indica que está
disminuyendo la resistencia al corte de los materiales.

Carga por sismo, se empleó la modalidad de análisis seudo-estático utilizando
para ello un coeficiente de aceleración horizontal igual a 0,15 g y con una
fracción vertical igual a 2/3 de la horizontal. En el análisis se mantuvo la
combinación de carga generada por la relación de presión de poros en el caso
estático, y se incrementaron los parámetros de resistencia al corte en un 25%.
Cada uno de los mecanismos de falla estudiados a partir de las combinaciones de
carga designadas tuvieron en cuenta la incertidumbre asociada a la variabilidad de los
parámetros en el suelo natural, en los diques y en el relleno con residuos sólidos,
variabilidad que fue cuantificada mediante el análisis de equilibrio límite en términos
estadísticos como la distribución del factor de seguridad (ver Figura 55).
Figura 55. Distribución del Factor de Seguridad en el análisis del Vaso Altair II.
Distribución obtenida al combinar la variación de cada uno de los parámetros
involucrados en las teorías de análisis dejando la geometría de cada material fija. Se
incluyó la incertidumbre asociada a la variación de los parámetros de resistencia al
corte C y el peso unitario y las combinaciones de carga, las cuales oscilaron dentro
de la media y la mitad de la desviación estándar; este intervalo fue seleccionado a partir
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de la modelación resumida en la Figura 47. En la Tabla 27 se presentan las
propiedades utilizadas para cada tipo de material y sus respectivos niveles de variación,
la secuencia típica de materiales para los modelos de análisis se muestra en la Figura
56.
Figura 56. Secuencia típica de materiales en el análisis de estabilidad.
Tabla 27. Propiedades de los materiales y límites para el análisis probabilístico, dentro del análisis bajo
condiciones estáticas.
Desviación
Nombre del Material
Propiedad
Media estándar
Rel. Min
Rel. Max
Desechos sólidos
Cohesión
25
10,5
5,25
5,25
Desechos sólidos

22
7,6
3,8
3,8
Desechos sólidos
Peso unitario
11
2
2
2
Desechos sólidos
Coeficiente Ru
0.5
0.05
0.075
0.075
Dique suelo
32
2,6
2,6
2,6

Dique suelo
Peso unitario
18.9
0.8
0.8
0.8
Dique suelo
Cohesión
19.5
11
11
11
Dique Roca
35
3,5
3.5
3,5

Dique Roca
Peso unitario
21
1,5
1,5
1,5
Dique Roca
Cohesión
0
0
0
0
Transición suelo-roca
21.5
4
4
4

Transición suelo-roca
Peso unitario
17.5
1
1
1
Transición suelo-roca
Cohesión
18
0,4
0,4
0,4
Lleno 1085

28
3,1
3,1
3,1
Lleno 1085
Peso unitario
16,7
2
2
2
Lleno 1085
Cohesión
16
6,7
6,7
6,7
Roca parcialmente meteorizada Peso unitario
22
2
2
2
Desechos superficiales
15
7,6
3,8
3,8

Desechos superficiales
Coeficiente Ru
0,5
0,05
0,05
0,05
Desechos superficiales
Peso unitario
11
2
2
2
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SANITARIO LA PRADERA
Nombre del Material
Desechos superficiales
Residuos drenados
Residuos drenados
Residuos drenados
Residuos drenados
Propiedad
Cohesión
Cohesión

Coeficiente Ru
Peso unitario
Desviación
Media estándar
Rel. Min
Rel. Max
36
13
6.5
6.5
25
10,5
5,25
5,25
22
7,6
3,8
3,8
0,2
0,05
0,05
0,05
11
2
2
2
Dentro del análisis de estabilidad se utilizaron tres secciones típicas (ver Figura 57), las
cuales corresponden a; perfil crítico de la configuración, línea de mayor inclinación
incluyendo el eje del dique en la zona de cierre, Sección 1-1; zona crítica de disposición
de residuos en el flanco noroccidental, perfil hacia la quebrada Laureles, Sección B-B; y
zona de disposición sobre la cañada nororiental, con el objeto de incluir un análisis que
tenga en cuenta etapas de disposición; Sección 7-7.
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Figura 57. Localización de las secciones utilizadas en el análisis de estabilidad.
5.2.2
Resultados del análisis
A continuación se resumen los resultados del análisis de estabilidad, teniendo en
cuenta los aspectos mencionados en el numeral anterior. En el Anexo 4 se presentan
todos los resultados del análisis de estabilidad por equilibrio límite.
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EXTREMO NORTE DEL RELLENO
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Falla rotacional en el relleno
El análisis se efectuó sobre las secciones 1-1 y 7-7, para la sección 1-1 se tuvieron en
cuenta dos condiciones principales:

Condición 1: distribución uniforme de la relación de presión de poros en toda la
masa de los residuos sólidos, con variaciones de 0,5, 0,6 y 0,7 (ver caso típico
de la Figura 58).
Figura 58. Falla rotacional global en el relleno, sección 1-1 sin manto drenante y Ru=0,5

Condición 2: reducción de la relación de presión de poros en el frente de los
residuos por el efecto del manto drenante de lixiviados, con reducción hasta 0,2 y
en la zona posterior de 0,5, 0,6 y 0,7 (ver caso típico de la Figura 59).
I-2044-01-Rev-06
106
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Figura 59. Falla rotacional global en el relleno, sección 1-1 con manto drenante Ru=0,5 y 0,2.
En todos los análisis la inclusión del manto drenante mejoró las condiciones de
estabilidad, reduciendo de manera significativa la probabilidad de falla, tal como se
aprecia en la Tabla 28.
Tabla 28. Resumen del análisis de estabilidad en condiciones estáticas para la sección 1-1, condición de
falla rotacional global.
Combinación de la relación
Factor de
de presión de poros Ru
Modificación Probabilidad Modificación
seguridad
de falla (Pf)
FS*
Pf*
Zona
(FS)
Frente
posterior
0,7
0,7
0,79
0,7
0,2
0,93
0,6
0,6
0,96
0,6
0,2
1,08
0,5
0,5
1,14
+17,0%
+12,5%
+8,8%
97,5%
76,5%
64,6%
24,9%
-21,5%
-61,4%
11,4%
-81,6%
0,5
0,2
1,24
2,1%
*Las modificaciones toman como valor base las condiciones de estabilidad del relleno sin manto drenante
adicional en el frente.
Para la condición de falla rotacional global a través de las etapas de disposición por la
sección 7-7 en condiciones estáticas se evaluaron diferentes combinaciones de carga
I-2044-01-Rev-06
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mediante la relación de presión de poros Ru, estos resultados son mostrados en la
Tabla 29.
Tabla 29. Resumen del análisis de estabilidad en condiciones estática para la sección 7-7 teniendo en
cuenta las etapas de disposición de residuos sólidos, mecanismo de falla rotacional global.
Archivo digital
Etapa
Ru
FS
Pf
A-S(7-7)-LM1-0.4
Lleno cañada occidental 1090 a 1145 en la Etapa 1
0,4
1,96
0,0%
A-S(7-7)-LM1-0.5
Lleno cañada occidental 1090 a 1145 en la Etapa 1
0,5
1,85
0,0%
A-S(7-7)-LM1-0.6
Lleno cañada occidental 1090 a 1145 en la Etapa 1
0,6
1,68
0,0%
A-S(7-7)-LM1-0.7
Lleno cañada occidental 1090 a 1145 en la Etapa 1
0,7
1,51
0,0%
A-S(7-7)-LM1-0.8
Lleno cañada occidental 1090 a 1145 en la Etapa 1
0,8
1,35
1,4%
A-S(7-7)-LM1-0.9
Lleno cañada occidental 1090 a 1145 en la Etapa 1
0,9
1,16
20,6%
A-S(7-7)-LM1-1.0
Lleno cañada occidental 1090 a 1145 en la Etapa 1
1,0
1,05
40,8%
A-S(7-7)-LM2-0.4
Lleno ambas cañadas 1090 a 1145 en la Etapa 3
0,4
1,78
0,0%
A-S(7-7)-LM2-0.6
Lleno ambas cañadas 1090 a 1145 en la Etapa 3
0,6
1,38
0,1%
A-S(7-7)-LM2-0.7
Lleno ambas cañadas 1090 a 1145 en la Etapa 3
0,7
1,17
10,9%
A-S(7-7)-LM2-0.8
Lleno ambas cañadas 1090 a 1145 en la Etapa 3
0,8
0,98
56,7%
El análisis con carga de sismo para la configuración definitiva del relleno sin el manto
drenante en el frente y para una condición de Ru de 0,5 la probabilidad de falla es de
99,1% y el factor de seguridad de 0,8; con la inclusión del manto drenante para la
misma condición de Ru el factor de seguridad sólo sube a 0,87 con una probabilidad de
falla de 93,8%. Si se reduce la relación de presión de poros a 0,4 los factores de
seguridad y las probabilidades de falla son 0,95 y 70% para el caso sin manto y de 1,01
y 50% para el caso con reducción en el frente de los residuos.
En condiciones de carga con sismo para los llenos de la etapa 1 se tienen condiciones
cercanas a la falla con Ru=0,8 obteniendo un factor de seguridad de 0,98 y una
probabilidad de falla de 56,2%, si se reduce el Ru hasta 0,7 se tiene un factor de
seguridad de 1,12 y una probabilidad de falla de 19,7%; para la tercera etapa se
presentan condiciones similares Ru=0,7 FS=0,76 Pf=99,1%; con Ru=0,6 FS=0,93
Pf=74,9%; y para Ru=0,5 el factor de seguridad es de 1,10 y la probabilidad asociada
de 18,9%.
En conclusión se deben bajar la presiones de poros para reducir la
probabilidad de falla durante sismo.
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Falla traslacional del relleno sobre la protección de fondo, incluyendo falla a
través del sistema de recolección de lixiviados.
El sistema de protección tiene como objeto impedir la migración de lixiviados al terreno
sobre el cual reposa el relleno, este tratamiento es compuesto por una serie de
geosintéticos en los cuales se asumirán las siguientes propiedades geotécnicas
=
3
18 kN/m , C=0,0 y =18º, parámetros obtenidos a partir de pruebas de corte directo
sobre configuraciones similares. Los resultados de los análisis se resumen en la Tabla
30, en la Figura 60 se ilustra una condición de falla típica
Tabla 30. Análisis de estabilidad para la condición de falla a través de la protección de fondo, para el
caso estático y con carga por sismo.
Archivo digital
Descripción
Ru
FS
Pf
S1-1 0-7 Geo
Falla global sin romper el dique
0,7 1,02 44,3%
S1-1 0-6 Geo
Falla global sin romper el dique
0,6 1,21 2,1%
S1-1 0-5 Geo
Falla global sin romper el dique
0,5 1,38 0,0%
S1-1 0-6 Geo SHV
Falla global sin romper el dique Ah=0,15 Av=0,10
0,6 0,92 83,8%
S1-1 0-5 Geo SHV
Falla global sin romper el dique Ah=0,15 Av=0,10
0,5 1,03 32,2%
S7-7 0-8 Geo
Falla global en la etapa 1
0,8 1,78 0,0%
S7-7 0-75 Geo
Falla global en la etapa 1
0,75 1,89 0,0%
S7-7 0-7 Geo
Falla global en la etapa 1
0,7 1,97 0,0%
S7-7 0-8 Geo
Falla global en la etapa 1 Ah=0,15 Av=0,10
0,8 1,36 0,0%
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Figura 60. Condición de falla típica a través del sistema de protección de fondo, disposición final de
residuos.
Falla local en el sistema final de cobertura.
Estas condiciones de falla generan factores de seguridad aceptables, para el caso de
Ru=0,8 se obtiene un FS de 1,37 y una probabilidad de falla de 1,6% en condiciones
estáticas y 0,96 y 62% bajo carga por sismo; y un factor de seguridad de 1,66 con un
0% de probabilidad de falla en condiciones estáticas, y 1,14 y 14,4% con sismo cuando
la relación de presión de poros se reduce a 0,7 en ambos casos.
Falla por capacidad de soporte en suelo de cimentación.
Para evaluar la estabilidad de la fundación se realizaron tres análisis de estabilidad, uno
global y dos locales cuyos resultados se resumen en la Tabla 31.
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Tabla 31. Resultados del análisis de estabilidad por una falla en el suelo de cimentación
Archivo
digital
Ru
Descripción
Atrás Frente
FS
Pf
S1-1 0-7 Superficie de falla circular global por los residuos que pasa
Fun1
por la transición suelo – roca por debajo de los diques
0,7
0,2
2,19 0,0%
S1-1 0-8 Superficie de falla circular global por los residuos que pasa
Fun1
por la transición suelo – roca por debajo de los diques
0,8
0,2
2,15 0,0%
0,7
0,2
1,23 0,1%
0,8
0,2
1,21 0,0%
Superficie de falla circular global por los residuos que pasa
S1-1 0-7
por la transición suelo – roca por debajo de los diques
Fun1 SHV
Ah=0,15 Av=0,10
Superficie de falla circular global por los residuos que pasa
S1-1 0-8
por la transición suelo – roca por debajo de los diques
Fun1 SHV
Ah=0,15 Av=0,10
Falla incluyendo el dique de contención
Para esta condición de falla se evaluaron básicamente dos alternativas; la primera con
una superficie atravesando el dique en suelo y la segunda a través del dique en roca,
en la Tabla 32 se presentan los resultados obtenidos.
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Tabla 32. Resumen del análisis de estabilidad por falla global incluyendo los diques
Ru
Archivo digital
Descripción
FS
Atrás
Frente
Pf
S 1-1 0-9 D1
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo
0,9
0,2
1,12
12,9%
S 1-1 0-8 D1
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo
0,8
0,2
1,24
1,0%
S 1-1 0-7 D1
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo
0,7
0,2
1,35
0,0%
S 1-1 0-9 D2
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo y el dique en roca
0,9
0,2
1,32
0,0%
S 1-1 0-7 D1 SHV
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo Ah=0,15 Av=0,10
0,7
0,2
0,83
97,5%
S 1-1 0-6 D1 SHV
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo Ah=0,15 Av=0,10
0,6
0,2
0,94
78,9%
S 1-1 0-5 D1 SHV
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo Ah=0,15 Av=0,10
0,5
0,2
1,03
36,6%
S 1-1 0-4 D1 SHV
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo Ah=0,15 Av=0,10
0,4
0,2
1,13
2,9%
S 1-1 0-7 D2 SHV
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo y el dique en roca Ah=0,15 Av=0,10
0,7
0,2
0,92
87,9%
S 1-1 0-6 D2 SHV
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo y el dique en roca Ah=0,15 Av=0,10
0,6
0,2
1,01
46,5%
S 1-1 0-5 D2 SHV
Falla rotacional incluyendo el dique en
suelo y el dique en roca Ah=0,15 Av=0,10
0,5
0,2
1,07
21,0%
Sensibilidad al peso unitario de los residuos
Se realizó un análisis de la sensibilidad de la estabilidad del Vaso Altair II al peso
unitario de los residuos, teniendo en cuenta que para en los análisis de estabilidad se
consideró un peso unitario de los residuos de 1.1 t/m3mientras que en los controles de
compactación realizados en los Vasos La Carrilera y La Música se han obtenido pesos
unitarios ligeramente superiores a este valor. Además, los rendimientos que se están
registrando en el Vaso la Música son superiores a 1.36 t/m3. Por otra parte, es
importante considerar el posible efecto que se produce en el peso unitario de los
residuos como consecuencia a los fuertes asentamientos que sufren los residuos, los
cuales no necesariamente suponen un cambio en el peso unitario, puesto que los
asentamientos se producen por expulsión de lixiviado y pérdidas de masa debido a la
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descomposición de la materia orgánica que se transforma en lixiviado
vapor.
en gases y
Se analizó la Sección 1-1 (Ver Figura 61) del vaso Altair variando el peso unitario de
los residuos sólidos desde 1.1 t/m3 hasta 1.6 t/m3.
Figura 61. Sección a analizar.
Con este objeto se recalcularon las relaciones de presión de poros, las cuales como se
definió anteriormente, corresponden a la relación entre la presión de poros (u) y el
esfuerzo total del suelo ().
Al variar el peso unitario de los residuos cambia el parámetro Ru. Con el objeto de
conocer la sensibilidad del factor se seguridad ante éstos cambios, se trazó la Figura 64
ℎ
en donde se muestra la variación del Factor de Seguridad contra la relación 𝑍𝑤 que es la
𝑠
proporción entre la altura piezométrica del agua y el espesor del estrato de desechos
sólidos.
Se observa cómo a partir de alturas del nivel de lixiviados por encima de 0.25 de la
altura total de residuos, el incremento en el peso unitario de los residuos sólidos genera
un incremento en el factor de seguridad, es decir en la medida en que los residuos sean
más pesados se reduce la posibilidad de una falla debido a la reducción de la relación
de presión de poros y en consecuencia a un incremento en la resistencia al esfuerzo
cortante de los suelos.
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Sensibilidad
2,5
2
Peso = 11kN/m3
Factor de Seguridad
Peso = 12kN/m3
Peso = 13kN/m3
1,5
Peso = 14kN/m3
Peso = 15kN/m3
1
Peso = 16kN/m3
0,5
0
0
0,5
1
hw/Zs
1,5
2
Figura 62. Análisis de sensibilidad de la estabilidad al peso Unitario de los residuos
5.2.3
Conclusiones y recomendaciones del análisis de estabilidad
Para la condición de falla rotacional global a lo largo de todos los materiales de relleno
con residuos sólidos la inclusión del manto drenante cerca del dique mejora de manera
significativa la estabilidad y particularmente en lo que se refiere a la probabilidad de
falla. Incrementando en promedio el 10% en el factor de seguridad y reduciendo como
mínimo un 20% la probabilidad de falla.
Del análisis paramétrico para las condiciones estáticas es necesario que al final de la
disposición de los residuos sólidos se mantengan en condiciones adecuadas el sistema
de filtros de lixiviados en la base, de tal manera que se garanticen relaciones de
presiones de poro inferiores a 0,5, las cuales generan unas condiciones más seguras
para el relleno. Con lo cual se garantiza un factor de seguridad global de 1,24 y una
probabilidad de falla del 2,1%.
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En los análisis de estabilidad para las etapas constructivas se observaron condiciones
de estabilidad aceptables; para la primera etapa la probabilidad de falla es 0,0% con
relaciones de presión de poros hasta 0,7 y del 20% para 0,9; la tercera etapa presenta
una confiabilidad alta hasta Ru de 0,6; y las demás etapas presentan una estabilidad
más favorable ya que los llenos inician desde la zona baja por detrás del dique
incrementando siempre la zona pasiva y mejorando por ende las condiciones de
estabilidad.
Los mecanismos de falla que involucran el sistema de protección de fondo presentan
factores de seguridad aceptables para el caso estático hasta niveles de relación de
presión de poros de 0,6 con probabilidades de falla inferiores a 2,1%. Para las
condiciones de carga con sismo se alcanza una condición cercana al equilibrio (FS≈1,0)
para un Ru de 0,5 con una probabilidad de falla de 32,2%.
Los materiales presentes en la fundación del dique generan una condición bastante
favorable de estabilidad en lo que se refiere a una falla por capacidad de soporte.
Las fallas globales rotacionales que incluyen superficies a través de los diques son en
general más seguras; para el caso de las cargas sísmicas la condición límite se
encuentra para un valor de Ru igual a 0,5 con probabilidades de falla del 32% y 21%
con falla a través del dique en suelo y del dique en roca respectivamente.
De lo anterior se puede concluir que durante la explotación del vaso la condición de
mayor seguridad y por tanto la de menor probabilidad de falla es aquella en donde por
lo menos de la tercera etapa hacia adelante se mantengan una condiciones de relación
de presión de poros del orden de 0,4 cubriendo así las demandas estáticas y durante el
sismo. Condición que una vez conformado el vaso es más fácil de mantener debido a
los procesos presentes en la transformación física y química de los residuos.
Durante la construcción y operación del vaso se verificarán las condiciones de
estabilidad permanentemente con base en los resultados de la instrumentación
instalada que consistirá en piezómetros, inclinómetros y puntos de control topográfico.
5.3
ANÁLISIS DE ESFUERZOS
Como complemento a los análisis de esfuerzos se realizaron análisis del estado de
esfuerzos dentro de la masa de residuos y en su fundación, para lo cual se utilizaron
modelos bidimensionales de elementos finitos que fueron analizados mediante el
programa PHASE II desarrollado por Rocktest.
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A partir de la sección 1-1 de la Figura 57, se realizó un análisis para dicha sección con
el programa PHASE 2, con el fin de encontrar entre otras, la variación del
comportamiento del perfil en términos de esfuerzos totales, desplazamientos y factores
de seguridad.
Los parámetros de resistencia al corte, módulos de elasticidad y Relación de Poisson,
usados para dicho análisis son presentados en la Tabla 33. Los parámetros de
resistencia al corte de residuos sólidos fueron extraídos de estadísticos reportados en la
literatura (principalmente: Curva de Rodas, Doña Juana Bogotá y vaso la MúsicaPradera). Para los demás materiales, los parámetros son resultado de un análisis
estadístico efectuado previamente para los análisis de estabilidad realizados.
Tabla 33. Parámetros de resistencia al corte
Material
C (kPa)
ϕ(°)
γ kN/m 3
Ru
Desechos sólidos
25,0
22,0
11,0
0,5
Módulo de
Elasticidad
kPa
4000,0
Dique Suelo
19,5
32,0
18,9
-
40000,0
0,4
Módulo
Poisson μ
0,3
Dique Roca
0,0
35,0
21,0
-
50000,0
0,4
Transición Suelo Roca
18,0
31,0
17,5
-
45000,0
0,4
Lleno 1085
16,0
28,0
16,7
-
15000,0
0,3
Residuos Drenados
25,0
22,0
11,0
0,2
5000,0
0,3
Material
UCS kPa
GSI
mi
E kPa
280000,0
65,0
28,0
23713740,0
Roca Parcialmente
Meteorizada
Material
Geotextil
Modulo Tensión kN/m Join-C kPa
41,0
Join- ϕ(°)
10,0
25,0
El modelo se planteó en varias etapas de construcción, cada una de un espesor
promedio de 15 m con el fin de reducir los desplazamientos totales en el relleno de
residuos sólidos pues su disposición en el vaso Altair no se hace de manera inmediata
o súbita.
A continuación se muestra los resultados obtenidos para la última etapa de llenado
después de someter el perfil al análisis con software de elementos finitos:
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Trayectoria de esfuerzos principales
En las Figura 63 y Figura 64, se muestra la variación del esfuerzo principal mayor en la
sección y en una línea vertical, y en la Figura 65 el esfuerzo principal menor y Figura
66 se muestra, como se produce un incremento con la profundidad y como los
esfuerzos en los dique pueden alcanzar valores superiores. En la Figura 67 se muestra
la variación del esfuerzo a lo largo del contacto residuos-geomembrana y en la Figura
68 el esfuerzo cortante a lo largo del perfil.
Figura 63. Esfuerzo principal mayor σ1
s 1 [kPa]
0
500
1000
1500
2000
2500
0
20
Profundida [m]
40
60
80
100
120
140
Figura 64. Variación de σ1 con profundidad
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Figura 65. Esfuerzo principal menor σ3
σ3 [kPa]
0
200
400
600
800
1000
0
20
Profundidad [m]
40
60
80
100
120
140
Figura 66. Variación de σ3 con profundidad
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σ normal [kPa]
0
200
400
600
800
1000
0
20
Profundidad [m]
40
60
80
100
120
140
Figura 67. Esfuerzo normal total a lo largo del perfil
σ cortante (Total) [kPa]
0
20
40
60
80
100
120
0
20
Profundidad [m]
40
60
80
100
120
140
Figura 68. Esfuerzo cortante a lo largo del perfil
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A profundidades entre 58 m y 75 m (medidas a partir de la cota más alta-1175 msnm),
donde se ubica la transición suelo roca, la trayectoria de esfuerzos en general tiende a
tener cambios bruscos; esto se debe a las diferencias de rigidez y resistencia presentes
entre esta transición y los desechos sólidos que sobre ella se depositan.
Los esfuerzos cortantes en la superficie (aproximadamente 5 kpa) y hasta un
profundidad promedio de 50m es muy pequeña comparada con la que se observa de
esta profundidad en adelante. Esta diferencia es notable debido a que el
comportamiento de estos residuos difiere del comportamiento del suelo (en este caso el
lleno, transición suelo roca y los estratos que lo subyacen), pues son más deformables,
tiene un mayor contenido de materia orgánica, y la resistencia es afectada a su vez por
el modo y tiempo de disposición ya que en la medida que sean más maduros estos
rellenos, presentaran mayor resistencia al corte.
Desplazamientos
En la Figura 69 y Figura 73 se muestra la variación de los desplazamientos
horizontales; mientras que en la Figura 71, la variación de los desplazamientos
verticales.
Figura 69. Desplazamientos horizontales
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Desplazamiento Horizontal[m]
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0
20
Profundidad [m]
40
60
80
100
120
140
Figura 70. Desplazamientos horizontales a lo largo del perfil
Figura 71. Desplazamientos verticales
I-2044-01-Rev-06
121
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Desplazamiento Vertical [m]
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0
20
Profundidad [m]
40
60
80
100
120
140
Figura 72. Desplazamiento vertical a lo largo del perfil
Los desplazamientos horizontales y verticales son mayores en superficie y disminuyen
a medida que se profundiza en el perfil. Se pueden alcanzar valores superiores a 5 m,
compatibles con los que actualmente se registran en los vasos. Este comportamiento es
el resultado de los procesos de consolidación desarrollados sobre la superficie natural
del vaso, desencadenados por la depositación de material adicional, flujo de lixiviados al
interior del relleno sanitario y cambios volumétricos producto de la descomposición
orgánica.
Los desplazamientos horizontales son del orden de 2.5 m, debido al flujo que se
presenta de estos residuos hacia la parte delantera del relleno, esta magnitud, a pesar
de ser importante, no afecta los materiales, ya que estos tiende a comportarse como un
fluido viscoso hasta que pueda estabilizarse, tal como se registró en los Vasos Curva de
Rodas y en La Carrilera y la Música en la Pradera. Los desplazamientos verticales son
del orden de 8m, resultado comparable a los fenómenos anteriormente mencionados.
I-2044-01-Rev-06
122
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Figura 73. Desplazamientos horizontales
Desplazamiento Total [m]
0
1
2
3
4
5
6
0
20
Profundidad [m]
40
60
80
100
120
140
Figura 74. Desplazamiento horizontal a lo largo del perfil
I-2044-01-Rev-06
123
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La constitución y dispocisión de diques de suelo y roca mejoran la estabilidad pues no
permite que se generen desplazamientos en la fundación del todo el vaso.
Deformaciones por cortante
En la Figura 75 se muestra la variación de las deformaciones por cortante si se supone
que no se produce una disipación de las presiones de poros en los residuos. Se
observa la formación de una superficie de falla a lo largo de los residuos que no
afectaría ni la fundación ni el dique. Estos resultados confirman la necesidad de
controlar la generacion de lixiviado y de contar son un sistema apropiado para facilitar la
recolección y evaucuación del lixiviado y de los gases que se producen dentro del vaso.
En este caso se tiene un factor de seguridad de 1.54.
Figura 75. Máximas deformaciones por cortante
Las zonas donde se observa las mayores deformaciones por cortante, es donde
probablemente ocurriría la falla del material.
El factor de seguridad obtenido por medio del SSR en el área seleccionada corresponde
al factor de seguridad que el perfil tiene en el estado actual. En este caso este es
semejante al factor de reducción de resistencia crítico para el cual el modelo continúa
siendo estable.
I-2044-01-Rev-06
124
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5.4
COMPONENTES DEL DISEÑO
Tal como se indicó en el numeral 4, en esta sección se detallan cada uno de los
componentes el diseño del Vaso Altair y se remite a los planos de Diseño, los cuales se
relacionan a continuación:
Plano No
P-2044-01.
P-2044-02.
P-2044-03.
P-2044-04.
P-2044-05.
P-2044-06.
Diseño
Localización general y Planta
Excavaciones generales y exploración geotécnica (principales
salientes geomorfológicos)
Drenajes Sub-superficiales y Tratamiento de organales . Planta,
secciones y detalles.
Tubería recolectora de drenajes, sub-superficiales. Planta
Secciones y Detalles. (Tubería de 1,4 metros - cobertura
quebrada Altair II )
Tubería recolectora de drenajes, sub-superficiales. Planta
Secciones y Detalles. (Refuerzo)
Dique.
Planta, secciones y detalles
P-2044-07.
Celdas de Disposición y proceso constructivo
P-2044-08.
Configuración Final. Planta y secciones
P-2044-09.
P-2044-10.
Sistema de recolección de lixiviados - cobertura de fondo
Manholes - lixiviado. Localización en Planta, secciones y detalles
P-2044-11
Manholes - refuerzo, secciones y detalles.
P-2044-13
Sistema de drenajes superficiales, Cunetas. Planta, secciones y
detalles.
Sistema de drenajes superficiales – Canales, Planta, Secciones y
detalles
P-2044-14.
Sistema de drenaje superficial – Perfil canal occidental –
Secciones, Detalles y refuerzo de Canales y Box Culverts
P-2044-15 .
Canal de lixiviados.
P-2044-16.
P-2044-17-01.
Sistema de evacuación de gases
Vía de acceso Altair y zona de material de préstamo. Planta,
perfiles y detalles.
P-2044-17-02
Vía de acceso – secciones transversales.
P-2044-17-03
Vía de acceso – secciones transversales.
P-2044-12.
I-2044-01-Rev-06
125
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SANITARIO LA PRADERA
Plano No
5.5
Diseño
P-2044-17-04
Vía de acceso Altair – secciones transversales.
P-2044-18
Instrumentación geotécnica, planta y secciones.
P-2044-19-01
Áreas de Cortes y llenos componentes vaso Altair
P-2044-19-02
Volúmenes de cortes y llenos componentes vaso Altair
P-2044-20
Cuenca del Quebrada Altair.
P-2044-21-01
Diseño de vía -Rancho de lata. Planta, perfiles y detalles.
P-2044-21-02
Diseño de vía -Rancho de lata. Secciones transversales.
P-2044-22
Obras de drenaje de la Vía de acceso - Planta
P-2044-23
Detalles y Descarga típica de las alcantarillas
P-2044-24
Puente sobre qda Altair I en vía de Acceso K0+165
CONFIGURACIÓN DEL DIQUE
Debido a la morfología del Vaso para la disposición de los residuos sólidos fue
necesario proyectar una estructura de cierre: Dique, aprovechando la zona de
estrangulamiento cuyo eje se ubica a unos 100 m aguas arriba de la vía férrea. Tal
como se ilustra en la Figura 76 y en el plano P-2044-06.
Figura 76. Esquema dique de contención.
I-2044-01-Rev-06
126
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El sistema de cierre que incluye los diques de tierra y roca presenta la siguiente
configuración:

Dique en roca apoyado sobre un manto filtrante con la pata en la cota 1065 y la
corona en la cota 1080 (15 m de altura y 7 m de ancho en la corona), con
inclinaciones aguas abajo 1,5H:1,0V y aguas arriba 1,5H:1,0V con un volumen
aproximado de 13.000 m3 sin contar descapote.

Dique en suelo o en tierra, apoyado en el dique de roca, comenzando en la cota
de la 1065 (con respecto al terreno) y la corona en la cota 1090 (10 m de altura a
partir del dique en roca y 10 m de ancho en la corona), pendientes aguas abajo
2.0H:1.0V y aguas arriba 2.0H:1.0V con un volumen estimado de 50.500 m3 sin
contar descapote.
 Plazoleta iniciando en la cota 1085 para facilitar la disposición de residuos y la
recolección de lixiviados y conducirlos hasta la planta de lixiviados con un
volumen de 246.000 m3.Este lleno es necesario en caso de conducir los
lixiviados al sistema actual de tratamiento donde convergen los lixiviados de
Carrilera y Música, tal como se indicó en el numeral 5 del presente informe. En
caso de que el proceso constructivo muestre que es más favorable construir las
lagunas en el estribo izquierdo, no será necesario la construcción de este lleno.
No obstante se aclara que en el proceso constructivo se ajustarán estas
cantidades que pueden aumentarse o disminuirse dependiendo de las
condiciones del terreno y de la conducción del lixiviado por gravedad.
5.6
SISTEMA DE SUBDRENAJE
El sistema de subdrenaje tiene como objeto garantizar la evacuación del agua del fondo
de la cuenca, en donde existen afloramientos y nacimientos de agua, para lo cual se
construirán una serie de filtros a lo largo de los cauces y cañadas del vaso, los cuales
entregan en un colector principal de material granular que cuenta con una tubería de
concreto de diámetro interno 1,4 m y 0,35 m de espesor, en promedio, la cual además
de servir de colector principal, permite la inspección del sistema y la detección de
posibles zonas de funcionamiento inadecuado o la rotura de la protección de fondo.
La tubería está diseñada para extraer las aguas subsuperficiales que recojan los
sistemas de filtros y los organales, y estará protegida por un lleno con un ancho mínimo
de 5 m de forma que nunca esté en contacto con los residuos o con aguas superficiales
I-2044-01-Rev-06
127
Febrero de 2013
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SANITARIO LA PRADERA
de escorrentía. En el evento que por un accidente las aguas superficiales entren dentro
de la tubería esta tiene una capacidad hidráulica que permite evacuar crecientes con
periodos de retorno de 10 Años, valor que es compatible con el periodo de construcción
del relleno; aunque como se dijo anteriormente, esta posibilidad es prácticamente nula.
En el plano P-2044-04 y P-2044-05 se muestra el diseño de este subdrenaje que
consiste en cobertura de la quebrada Altair II mediante tubería en concreto de 1,4
metros de diámetro, tratamiento de organales y filtros de fondo. Los filtros principales
que llegan a la tubería central son filtros de 1,50 m de lado y tendrán en el centro una
tubería de alta resisitencia de 30” de diámetro, la cual permitirá verificar las condiciones
de los filtros y hacer inspecciones con personal o con sistemas robotizados para
verificar el funcionamiento de cada uno de los filtros y poder controlar cualquier poco
probable fuga de lixiviado que se presente.
En el ANEXO 5, se
hidráulicas.
presentan las memorias de cálculo estructural de las obras
El sistema de subdrenaje se divide en los tres siguientes elementos principales.
5.6.1
Excavaciones Iniciales
La adecuación del Vaso prevé el retiro de todos aquellos materiales incompetentes,
tales como las arenas y arcillas sueltas de origen aluvial del fondo de la quebrada
Altair II, el retiro de toda la materia de origen vegetal presente en la cuenca y la
excavación de una serie de bermas cada 10 m con el fin de disminuir las inclinaciones
monótonas en el trasdós de los residuos sólidos, incrementando con esto la seguridad
al deslizamiento a través el sistema de protección de fondo.
Con miras a facilitar la operación del relleno y mejorar la estabilidad, se propuso realizar
excavaciones de las principales salientes geomorfológicos (ver Plano P-2044-02, P2044-19-01 y P-2044-19-02. En este último se presenta la Tabla 34 excavaciones
componentes del vaso, la cual se presenta a continuación:
I-2044-01-Rev-06
128
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Tabla 34. Excavaciones componentes del vaso
Excavaciones componentes del vaso
Excavaciones para vía de acceso
Excavación para lagunas
Excavaciones para adecuación del vaso
Excavación zonas de préstamo
Total excavaciones
Volumen (m3)
252.429,00
66.517,00
117.903,00
200.000,00
636.849,00
El material competente extraído de estas excavaciones será utilizado para conformar el
dique de contención y el lleno de nivelación que se va a conformar detrás del dique,
además del material de cobertura de los residuos cuando se esté en la fase de
operación.
5.6.2
Sistema de filtros
Conforman una red a lo largo de los cauces secundarios y cañadas del Vaso Altair II,
tienen como función cortar el flujo subterráneo y conducirlo hasta el colector principal
circular de subdrenaje; se compone de tres elementos básicos:
-
Filtros tipo A, estos interceptan las aguas en las laderas adyacentes a las
tributarias de Altair II y las conducen hasta los organales o filtros tipo B o C, son
constituidos por una brecha de sección rectangular de 0,7 m de base por 1,0 m de
altura llenas con cascajo procesado o piedra de canto rodado (en la medida de los
posible).
-
Filtros tipo B, son de sección trapezoidal y se ubican sobre el tratamiento de
organales, reciben el flujo de los tipo A, están conformados por relleno en material
grueso granular duro y limpio y se encuentran protegidos en su parte inferior por
una geomembrana para evitar el aporte de agua a los organales y su tratamiento,
hacen su descarga en los filtros tipo C.
-
Filtro tipo C, son los de mayor dimensión (1.5 m x 1.5m), presentan una tubería de
30” para facilitar su inspección y descargan en la tubería recolectora de subdrenaje
o tubería central.
I-2044-01-Rev-06
129
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En el plano P-2044-03, se presentan los detalles de los filtros,
localizaciones y sus memorias se presentan en el Anexo1
dimensiones y
5.6.3
Tratamiento de Organales
Para entender un poco la naturaleza de los organales se explica a continuación el
proceso de formación de los organales.
En general las rocas están sometidas a procesos de meteorización cuando están en
contacto con el medio ambiente; esta meteorización es más profunda a lo largo de las
discontinuidades tales como grietas, fracturas o fallas que tenga la roca, en el caso de
las rocas ígneas como las del Batolito Antioqueño presente en el Vaso Altair, en la parte
central entre dos o varias discontinuidades quedan bloques de roca sana que no
alcanza a meteorizarse. Cuando se producen procesos erosivos estos bloques o bolas
de roca quedan descubiertos y al quedar en desequilibrio ruedan y dan origen a los
denominados organales, que son acumulaciones de bolas de roca de gran tamaño en
los fondos de las quebradas o las cañadas que se presentan en los vasos. Debido a su
formación los organales no tienen una configuración regular y sus espesores son
variables.
Como alternativas para tratar los organales se tienen las siguientes alternativas:
·
Eludirlos: esta alternativa sería válida en una obra lineal, pero en el caso de un
relleno sanitario es imposible.
·
Removerlos : teniendo en cuenta la configuración se podrían generar grandes
movimientos de tierra y podrían generar problemas de estabilidad puesto que
removerlos es equivalente a quitar un bola de cristal en una acumulación bolas. Por
otra parte se corre el riesgo de taponarlos, pudiendo generar problemas hidrogeológicos
al obstruir los pasos actuales del agua.
·
Colocar losas o puentes u otras estructuras rígidas sobre los organales, para no
apoyar las obras directamente sobre las estrucutras. Esta estructura implica
movimientos de tierra porque se debe garantizar un apoyo uniforme de las estructuras
para evitar sobrecargas o concentración de esfuerzos en puntos localizados. Además
corresponde a una solución costosa y difícil de reparar en el caso de un problema.
·
Filtros invertidos colocados directamente sobre las bolas de roca del organal,
con lo cual se logran los siguientes objetivos:
I-2044-01-Rev-06
130
Febrero de 2013
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SANITARIO LA PRADERA
o Estructura flexible en la cual no se producen concentraciones de
esfuerzos y se reduce el riego de falla.
o Se mantiene el sistema de drenaje natural a lo largo de los cauces que
ocupan el organal.
o No se hacen grandes movimientos de tierra.
Por estas razones consideramos que la solución idónea son los filtros invertidos, para
los cuales en este caso se diseñó un sistema de doble cobertura en geomembrana
para garantizar que en el evento en que se produzca una falla de la primera
geomembrana la otra pueda capturar la posible fuga; además sobre la geomembrana
se tiene una cobertura de suelo con espesores mínimos del orden de 5 m y por último
se cuenta con un sistema de drenaje compuesto por una tubería y sistemas de filtros
que se pueden inspeccionar. A continuación se presenta la alternativa de tratamiento
selecionada.
Tratamiento de organales bajo filtro invertido
Debido a la presencia de organales en algunos de los cauces secundarios de la
quebrada Altair y en algunos sectores del cauce principal, y ante la imposibilidad de
extraer estos materiales, se deben realizar tratamientos que permitan incorporar estos
organales a la estructura del relleno sanitario. Los principales objetivos del tratamiento
de organales son:

Incorporar los organales al sistema de subdrenaje del Relleno Sanitario, al
permitir y garantizar la circulación de aguas subsuperficiales propias de la
cuenca a través de los organales sin que se produzcan fenómenos de erosión
interna. Las aguas que circulan por los organales posteriormente serán
capturadas por el colector principal circular de subdrenaje.

Crear un sistema transicional que permita transmitir la carga del relleno sanitario
sobre el organal, evitando la concentración de esfuerzos y de esta manera
preservando el sistema de impermeabilización del vaso e impedir que se
presenten fugas de lixiviado hacia los sistemas de subdrenaje.
Por tanto, el sistema de subdrenaje se combina con los tratamientos de organales,
que consiste en la construcción de una especie de filtro invertido, en el cual se
hace una transición gradual de las grandes bolas que conforman el organal, hasta
materiales finos, sobre los cuales se conformará un lleno para conformar las plazoletas
I-2044-01-Rev-06
131
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EXTREMO NORTE DEL RELLENO
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iniciales para la disposición de los residuos. Se debe garantizar como mínimo un
espesor de 3 m de material impermeable sobre los tratamientos de los organales
(Figura 77). En el Plano No P-2044-03 se presenta la planta, secciones y detalles del
tratamiento de organales. el cual ha sido ajustado reforzando la protección en aras de
brindar mayor seguridad en caso de alguna eventualidad, esta protección consiste en
un doble refuerzo en geomembrana, donde la inferior se extiende mínimo 10 m por
fuera del contorno del organal visto en planta; adicionalmente se implementó un lleno
de mayor espesor entre geomembranas, lo anterior teniendo en cuenta el alto riesgo
que representa una eventual fuga de lixiviado hacia los organales, lo anterior incluye las
siguientes obras de abajo hacia arriba.

Relleno con material limo-arcilloso que corresponde a los niveles más superiores
del perfil de meteorización, el cual se extenderá en el fondo del vaso y hacia los
sectores en donde se encuentren los organales. Este lleno debe tener un
espesor mínimo de 5 m sobre la capa más fina del filtro invertido.

Primera capa de geomembrana de alta densidad apoyada sobre el lleno anterior

Sobre la geomembrana se coloca un material de filtro que recoja cualquier
posible infiltración de lixiviado y la entregue a la parte alta de los filtros o la parte
superior de la tubería central.

Sobre el material de filtro un lleno de nivelación con espesor mínimo de 2 metros.

Segunda capa de geomembrana de alta resistencia texturizada en las dos caras.
Las aguas capturadas en los organales deben ser evacuadas a través del sistema de
subdrenaje. En el caso que un filtro cruce un organal se tomaran las precauciones
necesarias, tales como la colocación de geomembranas o el aislamiento del filtro, para
garantizar la continuidad del mismo y evitar verter el agua recogida sobre el organal.
Sobre los organales perfilados se colocarán varias capas de transición como se indica
en los planos. Las capas serán compactadas de tal forma que formen una superficie
lisa y sin hundimientos, donde se pueda colocar la cobertura de fondo.
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Sobre los organales perfilados se colocarán varias capas de transición como se indica
en los planos. Las capas serán compactadas de tal forma que formen una superficie
lisa y sin hundimientos, donde se pueda colocar la cobertura de fondo.
Figura 77. Tratamiento de organales
5.6.4
Colector principal- tubería de 1.4 metros
Se encuentra localizada aproximadamente por el eje de la quebrada Altair II en una
longitud de 580 m, y evita los organales localizados en las zonas de menor elevación.
Tiene como objeto recoger las aguas subsuperficiales capturadas por el sistema de
filtros y las aguas provenientes de los organales, es decir todas las aguas
subsuperficales que quedarían dentro de la cuenca una vez sea cubierta por los
residuos sólidos. En este caso, debido a que se trata de una cuenca cerrada que va a
ser cubierta en más de un 50% por residuos, el colector sólo recogerá las aguas
subterráneas de una parte de la cuenca.
El colector principal será una tubería de concreto reforzado de 1.4 m de diámetro y 580
m de longitud con entrada aguas abajo del dique de contención y salida en la parte
posterior del relleno. La función de la tubería será drenar a lo largo del dique,
captando las aguas subsuperficiales provenientes del sistema de filtros y las eventuales
fugas de agua a través de los organales. Este elemento está conformado por una
sección circular de concreto de 1,4 m de diámetro interno, emplazada en una
excavación que alcanza en su zona más profunda una altura de 2 m con respecto al
I-2044-01-Rev-06
133
Febrero de 2013
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VASO ALTAIR, LOCALIZADO EN EL
EXTREMO NORTE DEL RELLENO
SANITARIO LA PRADERA
lecho actual de la quebrada Altair II, de tal manera que siempre se garantice la limpieza
y retiro de materiales inapropiados para la fundación tales como arenas sueltas o
arcillas blandas. La localización, planta y detalles de esta tubería se observan en el
plano P-2044-04.
Esta tubería, dadas sus dimensiones, permitirá la inspección de las condiciones del
sistema de subdrenaje y la ubicación y control de las eventuales fugas de agua
subsuperficial a través de los organales.
Bajo condiciones normales de operación del relleno esta tubería únicamente captará y
conducirá las aguas subterráneas que confluyen hacia el interior del vaso, las cuales
son generadas por la infiltración del agua lluvia en la parte superior de la cuenca que no
será cubierta por residuos. Todas las aguas de escorrentía superficial que se generen
en toda la cuenca serán captadas y conducidas a través del sistema de drenaje
superficial conformado por cunetas, canales y alcantarillas (ver capítulo 5.9).
Dado que el caudal bajo condiciones normales de operación será tan pequeño, inferior
al caudal medio de toda la cuenca (19,6 l/s), y con la finalidad de tener en cuenta
situaciones críticas de operación del relleno, se consideró el análisis de la capacidad
hidráulica de la tubería teniendo en cuenta los siguientes escenarios:
Escenario crítico 1:
Está compuesto por la combinación de las siguientes condiciones:

Que todo el caudal medio de la cuenca Altair II sea captado por la tubería (19,6
l/s).

Que la escorrentía superficial generada por la parte alta de la cuenca Altair II,
aguas arriba del inicio de la tubería, para un periodo de retorno de 100 años,
tenga que ser captada y evacuada por la tubería. Esta situación se presentaría
en caso de colmatación u obstrucción de las obras de drenaje superficial de la
vía. Este caudal corresponde a 2.65 m 3/s (ver memorias de cálculo en el Anexo
1). Esta área de aporte se presenta en la Figura 78.
I-2044-01-Rev-06
134
Febrero de 2013
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VASO ALTAIR, LOCALIZADO EN EL
EXTREMO NORTE DEL RELLENO
SANITARIO LA PRADERA
Inicio de Tubería
central
Filtros
Área tributaria parte
alta de la cuenca
Tubería central
Descarga de
Tubería central
Vía de acceso
Figura 78. Área tributaria de escorrentía superficial a la Tubería central bajo condiciones de escenario 1
En la Tabla 35 se presenta la evaluación hidráulica de esta tubería, realizada
considerando flujo uniforme con la formulación de Manning, donde puede verse que
para ese caudal la tubería trabaja con una relación de q/Q apenas del 32% en el tramo
de pendiende mínima, donde q es el caudal de diseño, y Q es el caudal a tubo lleno.
Con ello puede afirmarse que la tubería tiene capacidad suficiente para atender los
caudales generados en las condiciones del escenario 1.
Tabla 35. Capacidad del colector principal de subdrenaje bajo condiciones del escenario 1
Nombre
obra
Tubería
central
I-2044-01-Rev-06
Diametro Caudal Rugosidad
Número
Pen. YN RH
q/Q Vel.
Verificación
interno diseño Manning
Froude
[mm]
[l/s]
[adim] [%] [m] [m] [Adim] [adim] [m/s]
1400.00
2664.76
0.015
2.65 0.62 0.32
135
1.90
0.32
4.08
Cumple
Febrero de 2013
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EXTREMO NORTE DEL RELLENO
SANITARIO LA PRADERA
Escenario crítico 2:
En este escenario, mucho más crítico, se consideró que durante la operación del relleno
se incorpore la escorrentía superficial que genera toda la cuenca en una creciente
superior a 10 años periodo de retorno. Esta situación es muy poco probable dado que la
escorrentía superficial será captada completamente por el sistema de cunetas, canales
y alcantarillas, cuyas dimensiones están concebidas para otorgarle una capacidad
hidráulica de por lo menos 100 años periodo de retorno. Además, el sistema de
subdrenaje no tendrá conexiones directas con la superficie del terreno, con excepción
del inicio y el final del colector principal, lo cual evita la incorporación de aguas
superficiales al sistema de subdrenaje adicionales a las que contepla el escenario
crítico 1. Sin embargo, para tener un grado de seguridad adicional, la tubería central
tendrá una capacidad para atender las condiciones excepcionalmente críticas del
escenario 2, la cual se verifica en la Tabla 36.
Si se considera una relación de q/Q del 75% para garantizar un flujo libre, la tubería en
su tramo menos pendiente tendrá una capacidad de 6.22 m3/s, correspondiente a un
periodo de retorno entre 10 y 25 años. Si se considera que la tubería trabaja a tubo
lleno únicamente en el tramo de menor pendiente, la capacidad de esta estructura es de
8,30 m3/s la cual corresponde a un periodo de retorno entre 25 y 50 años.
En el numeral 3 del ANEXO 5 se presentan las memorias de cálculo estructural de la
tubería.
Tabla 36. Capacidad tubería central con caudal de escorrentía de la microcuenca Altair II
Periodo de Diametro Caudal Rugosidad
Número
Pen. YN RH
q/Q
diseño
interno
diseño
Manning
Froude
(años)
[mm]
[l/s]
[adim] [%] [m] [m] [Adim] [adim]
2
1400.00 4310.18
0.015
2.65 0.80 0.38
1.85
0.52
5
1400.00 5298.26
0.015
2.65 0.91 0.40
1.78
0.64
10
1400.00 6162.88
0.015
2.65 1.01 0.42
1.71
0.74
25
1400.00 7730.11
0.015
2.65 ---0.93
50
1400.00 9122.59
0.015
2.65 ---1.10
100
1400.00 10933.08
0.015
2.65 ---1.32
Tubo lleno 1400.00 8297.0364
0.015
2.65 ---1.00
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5.7
COBERTURAS
5.7.1
Cobertura de fondo y taludes en terreno natural.
El sistema de cobertura de fondo tiene como objeto básico separar la fundación de los
residuos sólidos para evitar el contacto de los materiales dispuestos y la migración de
lixiviados a las corrientes de agua. Debido a esto su correcto funcionamiento es
fundamental desde el punto de vista ambiental.
El sistema de protección de fondo que consta de una geomembrana de alta densidad
se emplaza en dos zonas diferenciadas, sobre el lleno de nivelación de la cota 1085 por
detrás del dique en suelo y en las zonas de corte sobre el terreno natural caso en el
cual se tienen proyectadas una serie de bermas con anchos de 5 m y 8 m alternadas
cada 20 m en diferencia de nivel y con una separación en altura de 10,0 m entre
bermas, las cuales tienen como objeto proporcionar una zona adecuada para el anclaje
de la geomembrana e incrementar la rugosidad relativa de las zonas escarpadas
mejorando las condiciones de seguridad ante una falla por el sistema de protección (ver
Plano P-2044-09).
5.7.2
Sistema de protección en taludes sobre terreno natural
Considerando las pendientes de los taludes, las características de los materiales que
los conforman (teniendo en cuenta que durante los corte pueden quedar expuestos los
niveles más permeables de los suelos residuales del Batolito como saprolito o roca
meteorizada) y la presencia de elementos corto-punzantes en los residuos, se requiere
un sistema de protección redundante conformado por una geomembrana anclada. A
continuación se presenta la descripción de los elementos del sistema de protección en
las zonas inclinadas:

Geomembrana corrugada en polietileno de alta densidad: con una resistencia en
la fluencia de 23,0 kN/m y en la rotura de 41,0 kN/m y un espesor nominal no
menor de 1,5 mm (equivalente a la HDPE 60 mil), la cual impide el flujo de
lixiviados hacia la fundación. Este elemento tiene una serie importante de
combinaciones de carga que producen altos niveles de tensión, por diferentes
factores tales como:
o Durante el proceso de extensión por peso propio; en las primeras capas
de disposición por el tránsito de maquinaria pesada, que genera altas
fuerzas friccionantes entre la geomembrana y el suelo natural.
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o En la operación y la clausura debido a las deformaciones y descensos de
la masa de residuos sólidos por procesos de consolidación.
Figura 79 Esquema del sistema de protección en taludes de corte sobre el terreno natural.
En la Figura 79 se observa el sistema de protección de taludes. Adicionalmente para
evitar que se presenten daños en el sistema de protección se recomienda utilizar la
configuración de disposición que se presenta en la Figura 80.
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Figura 80. Método de disposición recomendado para garantizar el funcionamiento adecuado de la
protección de fondo.
5.7.3
Sistema de protección de fondo en la plataforma inferior de disposición
Sistema de protección en las zonas planas y sobre materiales de relleno en la plazoleta
que parte del dique a la cota 1085. El sistema está conformado por:

Geomembrana corrugada de polietileno de alta densidad: con una resistencia en
la fluencia de 23,0 kN/m y en la rotura de 41,0 kN/m y un espesor nominal no
menor de 1,5 mm (equivalente a la HDPE 60 mil), la cual impide el flujo de
lixiviados hacia la fundación.

Geotextil no tejido: con un espesor no menor de 1,9 mm y una resistencia a la
tensión de 780 N (el equivalente al NT 3000). Solo se colocará en caso de
requerirse especialmente en zonas de taludes o altas pendientes.
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
En la Figura 81 se puede observar el sistema de protección de fondo que se
presenta igualmente en el Plano P-2044-09 cobertura de fondo típica, cobertura
de fondo en talud y cobertura de fondo manto drenante.
Figura 81. Esquema de protección de fondo, arriba zona típica; abajo zona donde se proyecta el manto
drenante al frente de la disposición de residuos.
Para el adecuado funcionamiento de la impermeabilización en el fondo mediante la
geomembrana se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

En las bermas de los taludes se deben anclar las geomembranas para evitar que
estas se deslicen por acción de la gravedad y de los pesos de la masa de
residuos actuando sobre ellas, el material dispuesto sobre la geomembrana
también tiene una componente vertical que confina la capa de fondo y aumenta
la resistencia por fricción.

La superficie del estrato de suelo sobre el cual se apoya la geomembrana debe
estar compactado y debe ser plano y fuerte para que proporcione un soporte
continuo a la geomembrana. Esta superficie debe estar libre de rocas, raíces y
exceso de agua. La geomembrana debe ser transportada en rollos al sitio de
trabajo, en su almacenamiento debe evitarse el contacto directo con el terreno y
debe ser protegida de la exposición excesiva al polvo, agua y calor.
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
5.8
5.8.1
Si las juntas de la geomembrana se llevan a cabo por procesos térmicos, se
requieren buenas condiciones climáticas y superficies completamente limpias. La
junta debe efectuarse cuando la temperatura ambiente está entre 5 °C y 40 °C y
debe existir un buen control del polvo durante el proceso. Debe establecerse un
programa de pruebas de juntas para el control de calidad, el cual puede basarse
en las normas ASTM D4437-84, D4545-86 y D5820-95.
SISTEMA DE RECOLECCIÓN Y EXTRACCIÓN DE GASES Y LIXIVIADOS
Producción de gases
Los desechos generan cantidades altas de gas durante su descomposición, gas que
presenta dos constituyentes fundamentales el metano (CH4) y el dióxido de carbono
(CO2). La recolección del biogas no sólo proporciona una fuente alternativa de energía,
sino que también reduce los riesgos de explosiones sin control asociadas con
concentraciones de metano. Reducir las emisiones de metano a la atmósfera resulta
benéfico al ambiente, puesto que el efecto invernadero generado por este es 21 veces
mayor que el del dióxido de carbono.
Desde el punto de vista geotécnico la importancia de la biodegradación está
principalmente en la alteración del comportamiento de los macizos de los residuos. Por
ejemplo tenemos la disminución de la compresibilidad y de la permeabilidad de los RSU
a lo largo del tiempo como resultado de la continua pérdida de masa y aumento de la
densidad.
Los principales factores que influencian los procesos de biodegradación son:
granulometría, composición y edad de los residuos, humedad, temperatura y
compactación.
Los rellenos sanitarios pueden ser entendidos como reactores biológicos, teniendo
como principales componentes de entrada y alimentación, los residuos sólidos y el agua
y como principales elementos de salida, los lixiviados y el biogás. La descomposición en
un relleno sanitario se da por procesos aerobios y anaerobios de digestión de la materia
orgánica.
En el proceso de descomposición de los residuos para la formación de gas se
presentan 5 etapas descritas a continuación (Figura 82 )
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
Fase I. Ajuste inicial o fase aerobia: Ocurre la descomposición con presencia de
oxígeno atrapado en los residuos recién depositados. Se verifica la producción
de dióxido de carbono (CO2), pero no de metano (CH4).

Fase II de transición: Con la extinción del oxígeno se pasa a la descomposición
anaerobia. El material orgánico complejo es transformado en ácidos orgánicos
dando inicio a la fase III.

Fase III ácida o anaerobia ácida: Se continúa la formación de los ácidos
orgánicos, los microorganismos involucrados son típicamente acidogénicos. No
se presenta generación de biogás, los lixiviados presentan bajos valores de PH
(<5) y elevados valores de DBO y DQO. Para esta etapa se ha descompuestos
cerca del 15% de la materia orgánica.

Fase IV metanogénica acelerada: La producción de ácidos y metano ocurre
simultáneamente, decayendo la tasa de producción de ácidos y aumentando la
producción de metano. El PH de los lixiviados alcanza valores neutros (PH=7) y
reducción de las concentraciones de DBO y DQO. Los principales gases
formados son CO2 y CH4.

Fase de maduración final o metanogénica desacelerada: Esta fase ocurre
cuando la mayor parte de la materia fue ya convertida en CH4 y CO2. La tasa de
producción de gases disminuye y el proceso de degradación se vuelve más lento
formándose también pequeñas cantidades de otros gases (N2 y O2).
La reacción química generalizada para la descomposición anaerobia según
Tchobanouglus et. al. (1998) es la siguiente:
Materia orgánica + H2O = Materia orgánica biodegradable + CH4 + CO2 + Otros
gases
La forma para calcular el volumen de gases emitidos durante el proceso fue
calculada directamente representando los constituyentes orgánicos de la materia
orgánica de los residuos para Medellín, según las cantidades de Carbono (C),
Hidrógeno (H), Oxígeno (O), Nitrógeno (N) típicos para cada tipo de residuo y
suponiendo la conversión completa de los residuos orgánicos biodegradables en
CO2, CH4 y NH3.
Para la estimación de los gases producidos por Kg. de residuo sólidos se utilizó la
composición gravimétrica obtenida por PZ Ingenieros (Tabla 33) para el relleno
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sanitario Curva de Rodas. La humedad medida en el referido estudio fue del 35% en
peso.
Tiempodedeundisposición
Figura 82. Fases de estabilización
relleno sanitario (Engecorps, 1996).
Tabla 37. Composición gravimétrica de los residuos sólidos
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
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Tipo de residuos
% en peso
Rapidamente biodegradable
Alimentos
48,55
Papel
14,24
Cartón
2,62
Follaje (60%)
1,36
Lentamente biodegradable
Textiles
1,92
Madera
0,84
Cuero
0,14
Caucho
0,00
Follaje (40%)
0,91
Inertes
Plásticos
8,88
Vidrio y cerámica
3,58
Aluminio
5,61
Metales no Ferrosos
0,06
Metales Ferrosos
1,39
Escombros y otros
9,90
Total
100,00
143
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De los residuos presentados en la Tabla 37 se considera los 4 primeros como
rápidamente biodegradables (67% del total), los identificados de 5 a 9 se consideran
como lentamente biodegradables (4% del total) y los identificados como 10 a 15 se
consideran inertes (el 29% restante).
Al resolver la fórmula estequiométrica ideal se obtienen los siguientes resultados para
los residuos de Medellín:
Tabla 38. Cantidades gas producido por kg de residuos para Medellín
Volumenes Gas
Rapidamente biodegradable
Metano
Dioxido de carbono
16,30 m3N
14,80 m3N
Lentamente biodegradable
Metano
Dioxido de carbono
Vol (m3/kg)
0,47
0,43
0,90
1,44 m3N
1,27 m3N
0,50
0,44
0,94
Para calcular la distribución de la producción de gases en el tiempo se consideró que
los residuos rápidamente descomponibles se degradan totalmente en 5 años, la tasa de
producción máxima se alcanza al finalizar el primer año y posteriormente sigue un
decremento que obedece a un modelo triangular (Figura 83), cuya idealización
simplificada se presenta en la Figura 84.
Producción (m3/kg)
Distribución producción de gases rápidamente
descomponibles
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
0
1
2
3
4
5
6
tiempo años
Figura 83. Distribución de gases rápidamente descomponibles.
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Según Tchobanouglus (1998) la producción de gases sólo comienza al finalizar el
primer año, pero la experiencia local muestra que en nuestro medio, esa producción
inicia antes, por esa razón en el modelo se consideró que la producción de gases inicia
a los 4 meses después de la disposición.
Para los residuos lentamente descomponibles se consideró que la degradación
completa ocurre a los 15 años, con el pico máximo ocurriendo a los 5 años y una
distribución triangular.
Para el cálculo del volumen de gases producidos se tuvo en cuenta que solo el 75% del
material orgánico disponible se descompone, teniendo en cuenta que alguna parte de
los residuos quedan dentro de bolsas plásticas y se inhibe el proceso de
descomposición. Con esa suposición y considerando que en el relleno se disponen
660 000 ton de residuos por año se realizó el cálculo de gases producidos por año que
se observa en la Figura 84.
Caudal (ton x 1000/año)
Producción de gases en el tiempo
Finalización relleno
300
250
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
Tiempo (años)
Figura 84. Producción de gases en el tiempo.
Se encontró que la tasa de producción máxima de gases al final del año nueve (este
cálculo se realizó con una hipótesis conservadora considerando la capacidad
volumétrica es decir 5.543.000 m3) es de 6,2 m3/s y que la producción acumulada del
relleno Altair II en 20 años es de 2’500 000 ton de gas de los cuales el 47%
corresponde a metano (CH4).
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5.8.2
Balance Hídrico
La producción teórica de lixiviado del vaso Altair II se determinó de acuerdo con el
modelo simplificado de Tchobanoglous et al. (1998), preparando un balance hídrico
para los residuos sólidos. En términos generales, el balance hídrico implica la suma de
todas las cantidades de agua que entran al depósito y la sustracción de las cantidades
de agua consumidas en las reacciones químicas, así como la cantidad que sale en
forma de vapor de agua. El potencial del lixiviado es la cantidad de agua en exceso
sobre la capacidad de retención de humedad de los residuos sólidos.
Matemáticamente, para el caso Altair II, las componentes del balance de aguas se
expresan de la siguiente forma:
SRS = W RS + WA(u) - WGV + W F(L)
Donde:
SRS
=
Variación en la cantidad de agua almacenada en los residuos
WRS
=
Humedad en los residuos sólidos entrantes
34,5% del peso de los residuos sólidos, de acuerdo el estudio “Diagnóstico
Técnico - Ambiental PMA R.S.C.R”, realizado por PZ Ingenieros
WA(u)
=
Agua filtrada superiormente
La infiltración se tomó como el 30% de la precipitación media mensual de
lluvia, que tiene en cuenta la evaporación del agua en la capa superior,
para el caso de operación del relleno. Para el caso de clausura del relleno
se consideró la infiltración como el 5% de las lluvias mensuales debido a
los estratos de cobertura superficial que incluyen geomembrana.
WGV
=
Agua consumida en la formación del gas
Depende de la composición de los residuos y se calcula con las fórmulas
estequiométricas utilizadas para la producción de gases. Involucra
también el vapor de agua presente en el gas que se estima en 0,0341
kg H20/m3 gas generado, para condiciones de la zona de temperatura y
presión.
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WF(L)=
Agua que sale inferiormente, si corresponde a un estrato superior sería
el agua que pasa al siguiente estrato; en el caso de un estrato en
contacto con los filtros de lixiviados corresponde al volumen de lixiviados
producidos. Es función de la capacidad de campo.
Para el cálculo de los lixiviados se tuvo en cuenta el proceso constructivo de colocación
de los residuos en etapas como se describe en la sección 4.3.5, considerando un peso
unitario de los residuos sólidos de 11 kN/m3, valor coherente con las mediciones en
campo para el relleno actual.
Para calcular la capacidad de campo (FC), entendida como la capacidad de retener
líquidos de los residuos sólidos, se utilizó la siguiente ecuación extraída de
Tchobanoglous et. al. (1998):
w 

FC  0,6  0,55
 4536  w 
FC= Fracción de agua en los residuos sólidos basándose en su peso seco.
W= El peso de la sobrecarga calculado a una altura media de los residuos en el nivel en
cuestión, kg.
Para estimar la cantidad de lluvia que se infiltra se tuvieron en cuenta las
precipitaciones anuales en un año normal (3000 mm), y se calcularon los caudales para
el mes más lluvioso (generalmente octubre) en un año normal y en un año húmedo. Las
Tablas de precipitaciones se observan en la Tabla 39
Tabla 39 . Precipitaciones anuales en año normal y año lluvioso
Año Medio
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago
79 88.4 166 274 380 307 335 346
Año Lluvioso
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago
76 372 211 455 475 528 392 266
Sep
401
Oct
364
Nov Dic TOTAL
218 120 3078
Sep
418
Oct
617
Nov Dic TOTAL
168 124 4099
Se obtuvo que en promedio se presentará un caudal de lixiviado de 7,8 lt/s al final del
año 9, para un mes promedio. Para el mes de octubre del año normal se espera un
caudal de 11,3 lt/s y para el mes de octubre de un año lluvioso los caudales esperados
podrían ser del orden de 19,3 lt/s. En la Figura 85 se presenta la distribución de la
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producción de lixiviados en el tiempo para el relleno sanitario Altair II. No obstente ser
estos datos teoricos, permiten preveer estructuras de regulación de caudal de lixiviado
que permitan controlar los caudales pico, y de esta manera asegurar siempre un
caudal promedio en el sistemas de tratamiento de lixiviado.
Producción de Lixiviados
Caudal (l/s)
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
Tiempo (años)
Figura 85. Distribución de la producción de lixiviados del relleno Altair II.
5.8.3
Sistema de evacuación de lixiviados
Teniendo en cuenta los caudales estimados de lixiviado y considerando las altas
concentraciones de sedimentos y partículas en suspensión que tienen los lixiviados, se
diseñó un sistema redundante, ampliamente interconectado, que permite la evacuación
del lixiviado aún en el caso de taponamiento de un ramal. El caudal de diseño es de
45 lt/seg.
El sistema está conformado por una red de filtros excavados sobre el lleno de nivelación
y el terreno natural, el material granulado se coloca en la zanja sobre la cobertura de
fondo, donde la geomembrana está protegida por un geotextil no tejido.
Los filtros principales (tipo 1) tienen dimensiones de 1,5 m x 1,2 m con tubería perforada
Novafor de 12” (u 8” dependiendo de la localización y las condiciones) y transcurren en
la parte plana sobre el lleno de nivelación de la cota 1085, desfogando a tres manholes
localizados en la pata del talud posterior del dique de tierra y que transportan los
lixiviados recogidos al sistema de tratamiento. Plano P-2044-09
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Los filtros tipo 2 tienen dimensiones de 1,0 m x 1,2 m y tubería perforada Novafor de 8”,
forman una cuadrícula con nodos cada 30 m en la zona inmediatamente en el trasdós
del dique de tierra y cada 40 m en el resto del relleno. En las partes con mayor
pendiente, en las que es difícil construir drenajes en zanja se proponen filtros tipo
gaviones consistentes en mallas de gavión y cantos interconectados que desfogan en
los filtros tipo 1 (Figura 86). En el plano P-2044-09 se observan la distribución del
sistema de evacuación de lixiviados y los detalles de los filtros.
Figura 86. Detalles Filtros tipo 1.
Figura 87. Detalles de filtros con gaviones en media ladera.
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En la parte baja del lleno, en el trasdós del dique y 100 m atrás se contempla la
construcción de un manto de drenaje de 0,3 m de espesor adicional al sistema de filtros
de evacuación de lixiviados, con el objetivo de crear una zona con mayor capacidad de
drenaje en la parte baja del lleno y por ese motivo mantener las presiones de poros
bajas, creando una especie de cuña estabilizadora que contribuya en la estabilidad del
vaso. Detalles del sistema de evacuación de lixiviados se pueden ver en el Plano P2044-09.
En el contacto del lleno de nivelación con el dique se construirán tres manholes a partir
de los cuáles se transportarán los lixiviados (Figura 88), bien sea a la plazoleta de las
lagunas de tratamiento de lixiviados, o al canal que transportaría los líquidos al sistema
de tratamiento de lixiviado existente en proximidades del Vaso La Carrilera. Estas
estructuras tienen la ventaja que permitirán monitorear la calidad de los lixiviados y la
zona de la que proceden los efluentes. En el plano P-2044-10 y P-2044-11 se muestran
los detalles de la tubería de transporte de lixiviados y los detalles estructurales de los
man holes.
Se introduce a esta información un nuevo documento denominado Documento No 3,
Manejo y Gestión de Lixiviados que contiene la información relacionada con la captura,
manejo y tratamiento der lixiviado, gestión del riesgo entre otros.
Figura 88. Manholes para monitoreo de lixiviados.
5.8.4
Sistema de evacuación de gases
Para la evacuación de los gases se propone una malla de chimeneas fundadas sobre
bloques de gaviones. Estarán separadas cada 30 m en la zona inmediatamente atrás
del dique de tierra donde se encuentra el manto drenante y cada 40 m en el resto del
relleno. (ver plano P-2044-16).
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Las chimeneas serán continuas desde los filtros y se irán prolongando en la medida en
que se vaya disponiendo hasta alcanzar la cobertura definitiva superior del terreno.
Están diseñadas para quemar el gas producido en el relleno mediante quemador
dispuesto en la parte superior, ( Figura 89 y Figura 90)
La malla de los gaviones deberá ser del tipo galvanizada o en PVC, en la construcción
se deberá proveer de un sistema de atirantamiento adecuado, en la parte central del
gavión se puede colocar agregado grueso de pequeño diámetro pero en ningún caso
más pequeña que el ojo de la malla. Se recomienda un material limpio y durable para el
llenado con un desgaste máximo en la máquina de los ángeles del 25%, con diámetros
entre 0,1 m y 0,2 m. En el caso de tratarse de canastas de alambre este será
galvanizado No. 13 de triple torsión, se dispondrán alambres de amarre galvanizado No.
13 cada 30 cm en las tres direcciones principales. La tubería interna debe ser de alta
resistencia con un diámetro de 8” (20 cm) o de 12 (20 cm) dependiendo de las
condiciones del lleno y la disponibilidad en el mercado
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Figura 89. Detalle de las chimeneas para desfogue de gases sobre el sistema de evacuación de lixiviados.
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Figura 90. Detalle Quemador de gases convencional (para el caso del vaso Altair no se utilizará la
arcilla, salvo un evento muy particular)
5.9
SISTEMA DE DRENAJE SUPERFICIAL
El sistema de drenaje superficial del vaso está constituido por dos canales de drenaje
perimetral, localizados en sus extremos oriental y occidental del relleno, y por cunetas
de forma trapezoidal, prefabricadas de concreto o sacos de suelo cemento, que se
distribuyen en el relleno en forma de espina de pescado, a lo largo de los taludes del
relleno, todas ellas con descarga en los canales perimetrales. Hacen parte también del
sistema de drenaje superficial, cunetas de medios tubos de concreto localizadas en las
plazoletas, tanto de la excavación para las obras de tratamiento de lixiviado, como en
las del relleno, para descarga de las cunetas trapezoidales y drenaje de las propias
plazoletas. La finalidad del sistema de drenaje superficial es recoger, conducir, evacuar
y descargar las aguas lluvias que se generen en la cuenca de la quebrada Altair II. A
continuación se describen cada una de estas obras, indicando los criterios de diseño y
otros detalles que deben tenerse en cuenta para la construcción de las mismas.
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5.9.1
Descripción general del sistema de drenaje superficial
Con la finalidad de otorgar un sistema de drenaje superficial adecuado, según las
condiciones existentes y proyectadas del sitio, y controlar los procesos erosivos en la
zona, se considera necesario desarrollar las siguientes obras (ver Figura 91):

Un sistema de cunetas sobre el relleno que interceptarán las líneas de flujo
superficiales y las conducirán hasta los canales perimetrales.

Instalación de dos canales perimetrales, uno por el costado oriental del vaso y otro
por el occidental. Su finalidad es captar y conducir todas las aguas de escorrentía
superficial (aguas lluvias) que se generan en la cuenca Altair II: las que provienen
del vaso y las que provienen de las laderas adyacentes dentro de la cuenca.

Instalación de dos box culverts que permitirán el paso de los canales Oriental y
occidental bajo la vía de acceso al vaso, a lado y lado del dique de cierre del
relleno.

Construcción de un Canal de Descarga, que recibirá las aguas de escorrentía de
los canales Oriental y Occidental. Incluye un box culvert para permitir el cruce bajo
la vía férrea existente y la descarga final al río Medellín (o Porce) a través de un
enrocado de protección.
En los planos P-2044-13 y P-2044-14 puede verse el sistema de drenaje superficial,
canales, planta, secciones y detalles.
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Canal
Oriental
Tramo 1
Canal
Occidental
Tramo 1
Zona de disposición
residuos solidos
de
Canal
Oriental
Tramo 2
Box Culvert
Canal
Oriental
Tramo 3
Canal
Occidental
Tramo 2
Canal de
descarga
Vía de Acceso
Box Culvert de
descarga
Río Medellín
Figura 91. Esquema del sistema de drenaje superficial (no se muestran las cunetas sobre el relleno)
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5.9.2
Canales perimetrales
Los canales perimetrales se diseñaron para evacuar crecientes con período de retorno
de 100 años, los cuales se evaluaron con base en las curvas de Intensidad - Duración Frecuencia de la estación Gabino. Se consideraron también los cambios en las
condiciones de infiltración de la cuenca que se producen como consecuencia de la
construcción del vaso.
La configuración del relleno originará una red de drenaje superficial cuyos principales
“cauces” correrán cercanos y de forma casi paralela a la divisoria de la cuenca. Por esta
razón se proyectaron dos canales perimetrales denominados Oriental y Occidental que
se ubicarán en los límites del relleno. El área total de la cuenca que deben manejar
estos canales es de 35 hectáreas, correspondientes al área de la cuenca Altair II, de las
cuales aproximadamente 18 son ocupadas por el relleno.
5.9.2.1
Metodología
De forma general, la metodología seguida para el diseño de los canales perimetrales
fue la siguiente:

Definición y trazado en planta de las obras requeridas para el drenaje superficial de
las aguas lluvias de acuerdo con la configuración topográfica del sitio.

Delimitación y caracterización morfométrica de las áreas tributarias.

Mediante relaciones lluvia-escorrentía y haciendo uso de las curvas IDF de la
estación Gabino (ver apartado 3.1) y de las características de las áreas tributarias se
estimaron los caudales máximos asociados a diferentes periodos de retorno para
cada obra de drenaje.

Se determinaron las dimensiones de cada una de las obras de acuerdo con un
análisis de capacidad hidráulica.
5.9.2.2
Delimitación y caracterización de las áreas tributarias.
A partir de la información cartográfica, de la configuración y reconformación
proyectadas del relleno y de las observaciones realizadas en campo, se delimitaron las
áreas tributarias que concentran la escorrentía en cada una de las obras de drenaje
superficial proyectadas, tal como se muestra en la Figura 92.
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Área tributaria
Canal Oriental
Tramo 1
Área tributaria
Canal
Occidental
Tramo 1
Área tributaria
Canal Oriental
Tramo 2
Área
tributaria
Canal
Oriental
Tramo 3
Área tributaria
Canal
Occidental
Tramo 2
Figura 92. Delimitación de las áreas tributarias asociadas a los canales perimetrales
Los parámetros geomorfológicos tales como el área, la longitud del cauce principal y la
diferencia máxima de alturas en las áreas tributarias identificadas, fueron medidos
sobre la restitución, en la Tabla 40 se presentan los principales parámetros
geomorfológicos de las cuencas.
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Tabla 40 . Parámetros geomorfológicos de las áreas tributarias asociadas a los canales perimetrales
Cuenca Hidrográfica
Nombre
Elevación
Área Perimetro Ancho
cuenca
media
[ha]
[Km]
[Km]
[msnm]
CORIT1 6.33
1.17
0.19
1165.00
CORIT2 10.55
1.43
0.27
1150.00
CORIT3 13.15
1.88
0.25
1122.50
COCCT1 14.66
1.93
0.44
1215.00
COCCT2 20.92
2.68
0.35
1177.50
5.9.2.3
Cauce Principal
Indices de forma:
Pen.
Longitud Pendiente
Kc
Kf
Ia
media
[m/m]
[Km]
[m/m] [adim] [adim] [adim]
0.33
0.35
0.03
1.31
0.57
1.77
0.33
0.48
0.08
1.24
0.67
1.48
0.33
0.78
0.12
1.46
0.47
2.13
0.36
0.49
0.26
1.42
1.31
0.77
0.35
0.85
0.24
1.65
0.59
1.70
Tiempo de concentración
En la Tabla 41 se muestran los resultados del cálculo del tiempo de concentración para
las cuencas. Se emplearon métodos tales como Kirpich, Témez, Clark, California
Culvert Practice, entre otras (Vélez y Smith, 1997).
Tabla 41. Resultados del tiempo de concentración (min).
Nombre
Johnstone
California
California
Tc
Kirpich Temez
F.A.A. Pilgrin Clark
Passini I
Giandotti
cuenca
Cross
Culvert
USBR
tomado
CORIT1 7.03
6.77
40.16 26.39 15.98 11.25
6.62
10.83
6.99
36.41
11.48
CORIT2 5.91
7.00
35.88 21.56 19.40 11.08
4.71
8.33
5.88
23.97
11.98
CORIT3 7.38
9.33
41.43 24.11 21.10 11.26
4.73
8.68
7.34
20.14
12.67
COCCT1 3.85
5.72
27.16 14.83 21.98 9.55
2.47
5.25
3.83
14.93
10.87
COCCT2 6.06
8.76
36.48 20.06 25.17 12.11
4.04
7.41
6.03
16.25
13.69
5.9.2.4
Coeficiente de escorrentía
Los coeficientes de escorrentía, que relacionan la precipitación total con la precipitación
efectiva, fueron estimados teniendo en cuenta los valores propuestos por Chow (1994).
Para ello, se hicieron las siguientes consideraciones fundamentadas en las
observaciones realizadas en campo, en las condiciones futuras, y en imágenes
satelitales del software Google Earth:
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
En cuanto a la cobertura del suelo del área tributaria del Canal Oriental en el Tramo
1 se consideró que el 82% del área serán zonas desarrolladas y el 18% restante
corresponderá a pastizales.

En cuanto a la cobertura del suelo del área tributaria del Canal Oriental en el Tramo
2 se consideró que el 85% del área serán zonas desarrolladas y el 15% restante
corresponderá a pastizales.

En cuanto a la cobertura del suelo del área tributaria del Canal Oriental en el Tramo
3 se consideró que el 83% del área serán zonas desarrolladas y el 17% restante
corresponderá a pastizales.

En cuanto a la cobertura del suelo del área tributaria del Canal Occidental en el
Tramo 1 se consideró que el 32% del área serán zonas desarrolladas, el 49%
corresponde a bosques y el 19% restante corresponden a pastizales.

En cuanto a la cobertura del suelo del área tributaria del Canal Occidental en el
Tramo 2 se consideró que el 37% del área serán zonas desarrolladas, el 38%
corresponde a bosques y el 25% restante corresponden a pastizales.
El término “zonas desarrolladas” se emplea en este caso para considerar el proceso de
impermeabilización del terreno que ocurrirá en la etapa final del relleno sanitario al
instalar la cobertura sobre los residuos sólidos.
En la Tabla 42 se presentan los coeficientes de escorrentía estimados para las áreas
tributarias de las diferentes obras de drenaje superficial.
Tabla 42. Coeficientes de escorrentía para las áreas tributarias de las diferentes obras de drenaje
superficial.
Nombre
cuenca
CORIT1
CORIT2
CORIT3
COCCT1
COCCT2
I-2044-01-Rev-06
2.33
0.68
0.70
0.69
0.46
0.51
Coeficientes de escurrimiento, TR (años)
5
10
25
50
0.72
0.75
0.80
0.84
0.74
0.77
0.82
0.86
0.74
0.76
0.81
0.85
0.49
0.52
0.56
0.60
0.55
0.57
0.62
0.65
159
100
0.89
0.91
0.90
0.64
0.69
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5.9.2.5
Precipitación de diseño
Para determinar la precipitación de diseño, se tienen en cuenta los mismos criterios
descritos en el capítulo 3.1.3, por lo tanto se adoptan las intensidades de la estación
Gabino. En la Figura 21 se mostraron las IDF correspondientes a esta estación hasta el
año 2010 calculadas por Empresas Públicas de Medellín.
La duración de las tormentas de diseño en cada una de las cuencas de interés se
consideró igual al tiempo de concentración, ya que se ha observado que esta duración
tiende a ser la más crítica para la generación de la creciente, debido a que toda la
escorrentía en la cuenca alcanza a sumarse en el punto de interés, y por lo que,
teóricamente duraciones mayores no generan un aumento en el caudal pico de la
hidrógrafa.
En la Tabla 43 se muestran las precipitaciones de diseño para cada una de las áreas
tributarias y para cada periodo de retorno entre 2 y 100 años.
Tabla 43. Precipitación de diseño para las diferentes obras de drenaje superficial
Nombre
cuenca
CORIT1
CORIT2
CORIT3
COCCT1
COCCT2
5.9.2.6
Intensidad de la lluvia (mm/h), para cada TR (años)
2.33
5
10
25
50
100
131.53
147.12 162.87 186.31
206.26 228.34
128.03
143.21 158.54 181.36
200.78 222.27
123.57
138.22 153.02 175.04
193.78 214.53
136.14
152.28 168.59 192.85
213.49 236.35
117.67
131.62 145.72 166.69
184.53 204.29
Caudales de diseño
La estimación del caudal de diseño para el sistema de drenaje superficial se realizó de
acuerdo con la metodología del método racional descrita en el capítulo 3.1.4.
Finalmente, los caudales máximos calculados para cada obra de drenaje se presentan
en la Tabla 44.
I-2044-01-Rev-06
160
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Tabla 44. Caudales de diseño para las diferentes obras de drenaje superficial.
Nombre
cuenca
CORIT1
CORIT2
CORIT3
COCCT1
COCCT2
2.33
1.56
2.61
3.09
2.67
3.44
Caudal (m 3 /s) para cada TR (años)
5
10
25
50
1.86
2.14
2.60
3.02
3.11
3.58
4.35
5.04
3.70
4.25
5.17
6.00
3.24
3.75
4.63
5.41
4.16
4.80
5.92
6.91
100
3.54
5.90
7.02
6.41
8.17
Dimensionamiento de los canales perimetrales
5.9.2.7
Dada la importancia del sistema de drenaje superficial en la estabilidad y seguridad del
vaso, se consideró como caudal de diseño el asociado a un periodo de retorno de 100
años. Un periodo de retorno mayor se considera económicamente poco factible y uno
menor se considera poco apropiado dado el grado de protección que se requiere.
En el dimensionamiento de los tramos escalonados se consideró flujo saltante o rasante
para disipar eficiente y controladamente la energía del flujo mientras se conduce hasta
la parte inferior del talud. Para ello, se empleó la metodología propuesta por Llano
(2003), la cual se resume en las siguientes expresiones para calcular los límites de los
diferentes tipos de flujo:
Límite superior para flujo saltante:
2
Yc
h
h
 11.01   4.398   1.249
h
l
l
Límite inferior para flujo rasante:
2
Yc
h
h
 17.476   7.247   1.846
h
l
 
l
Donde:
h:
l:
Yc:
Altura de los escalones m
Longitud de los escalones m
Profundidad crítica de flujo sobre la cresta del canal
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En la Figura 93 se ilustran las zonas asociadas a cada régimen de flujo saltante y
rasante.
Tipo de Flujo
1,80
1,60
1,40
Yc/h
1,20
Flujo Rasante
1,00
Flujo en Transición
0,80
0,60
0,40
Flujo
saltante
resalto hidráulico
0,20
Flujo
saltante
resalto hidráulico
sin
con
0,00
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
h/l
Figura 93. Límites de régimen de flujo en canales escalonados (Llano, 2003)
Límite superior Flujo saltante
Límite inferior Flujo rasante
Adicionalmente, se consideró
flujo uniforme
Límite Superior
Resalto Hdco. (empleando la fórmula de Manning) (Chow,
2004) en aquellos tramos de los canales donde el fondo es continuo a lo largo de una
distancia suficiente para alcanzarse la profundidad normal.
1
Q = n A. RH 2/3 . √S
(Manning)
Donde:
A:
RH:
S:
n:
Q:
Área mojada en m2
Radio hidráulico en m
Pendiente del canal en m/m
Rugosidad de Manning
Caudal en m3/s.
Se consideró un borde libre para tener en cuenta las fluctuaciones de la superficie de
flujo dado por la siguiente expresión:
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𝐵𝑙 = 0.3 + 0.25 × 𝑌𝑁
Donde:
Bl:
YN:
Borde libre en m
Profundidad normal en m
En la Tabla 45 se presenta la verificación con flujo uniforme de las obras de drenaje
superficial.
Tabla 45. Verificación con Flujo Uniforme de las diferentes obras de drenaje superficial.
Nombre Ancho
obra
[m]
CORIT1 1,50
CORIT1 1,50
CORIT2 2,00
CORIT3 2,20
CORIT3 2,20
COCCT1 2,00
COCCT1 2,00
COCCT2 2,20
COCCT2 2,20
Altura
[m]
1,20
1,20
1,20
1,30
1,30
1,25
1,25
1,35
1,35
Caudal
diseño
[l/s]
3538,50
3538,50
5900,55
7015,51
7015,51
6407,29
6407,29
8172,16
8172,16
Rugosidad
Material
Manning
del canal
[adim]
Concreto
0,013
Concreto
0,013
Concreto
0,013
Concreto
0,013
Concreto
0,013
Concreto
0,013
Concreto
0,013
Concreto
0,013
Concreto
0,013
Pen.
[%]
3,00
1,00
3,00
3,00
1,00
1,00
3,00
3,00
1,00
Area
Per.
mojada Mojado
[m]
[m2 ]
0,63
2,35
0,94
2,75
0,94
2,94
1,08
3,18
1,59
3,64
1,47
3,47
1,00
3,00
1,20
3,29
1,77
3,81
RH
Yn
[m]
0,27
0,34
0,32
0,34
0,44
0,42
0,33
0,36
0,46
[m]
0,42
0,63
0,47
0,49
0,72
0,74
0,50
0,55
0,80
Borde
libre
[m]
0,41
0,46
0,42
0,42
0,48
0,48
0,43
0,44
0,50
Altura
mín.
[m]
0,83
1,08
0,89
0,91
1,20
1,22
0,93
0,98
1,31
Vel.
Verificación
[m/s]
5,57
3,76
6,24
6,49
4,42
4,34
6,41
6,80
4,62
Según estos criterios, las dimensiones mínimas que deben tener los canales
perimetrales se presentan en la Tabla 46.
Tabla 46. Dimensiones mínimas requeridas para los canales perimetrales
Nombre Ancho
obra
[m]
CORIT1 1,50
CORIT2 2,00
CORIT3 2,20
COCCT1 2,00
COCCT2 2,20
I-2044-01-Rev-06
Altura
163
[m]
1,20
1,20
1,30
1,25
1,35
Febrero de 2013
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
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Bajo condiciones normales de operación (considerando los bordes libres establecidos)
la capacidad conjunta de los canales oriental y occidental es de 15.2 m 3/s, el cual es un
39% superior que el caudal máximo de la cuenca de la quebrada Altair II en condiciones
actuales para un Tr de 100 años (10.9 m 3/s). De esta manera se tendrá en cuenta los
cambios en las condiciones de la cuenca, los cambios en la cobertura, en el cauce
principal, entre otros.
Sin embargo, con la finalidad de tener en cuenta situaciones críticas de operación del
sistema, en las que se deba incrementar temporalmente el área tributaria de un canal y
reducírsela al otro, o realizar desvíos de caudales de un canal al otro, se adoptó una
altura de los canales igual a la mínima más una altura adicional que oscila entre 0.25 m
y 0.30 m. Con esta altura adicional, y considerando flujo uniforme a sección llena, se
incrementa la capacidad de los canales en los porcentajes que se muestran en la Tabla
47 (respecto a los caudales asociados a un Tr de 100 años).
Tabla 47. Dimensiones finales e Incremento de Capacidad de canales perimetrales considerando flujo
uniforme a sección llena.
Caudal a
Rugosidad
Area
Per.
Altura
sección Material
Pen.
RH Yn
Nombre Ancho Altura Z
Manning
mojada Mojado
mín.
llena
obra
del canal
2
[m]
[m] [m]
[l/s]
[adim]
[%]
[m]
[m] [m] [m]
[m ]
CORIT1
1,5
1,5
0 10903,16 Concreto
0,013
1,00 2,25
4,50 0,50 1,50 1,50
CORIT2
2
1,5
0 16416,43 Concreto
0,013
1,00 3,00
5,00 0,60 1,50 1,50
CORIT3
2,2
1,6
0 20356,29 Concreto
0,013
1,00 3,52
5,40 0,65 1,60 1,60
COCCT1
2
1,5
0 16416,43 Concreto
0,013
1,00 3,00
5,00 0,60 1,50 1,50
COCCT2
2,2
1,6
0 20356,29 Concreto
0,013
1,00 3,52
5,40 0,65 1,60 1,60
Incremento
de la
capacidad
[m/s]
(%)
4,85
208%
5,47
178%
5,78
190%
5,47
156%
5,78
149%
Vel.
La capacidad máxima conjunta de los canales oriental y occidental es de 41 m3/s
(considerando flujo normal a sección llena), el cual es un 168% superior a los caudales
máximos que se presentarán en el vaso bajo condiciones proyectadas para un Tr de
100 años (15.2 m3/s). Esta capacidad dará un grado de protección adicional importante
que permitirá realizar manejos especiales de la escorrentía bajo condiciones de
operación críticas.
El canal Occidental tiene una longitud de 710,48 m y dos tipos de secciones
transversales. El canal oriental tiene una longitud de 788,20 m y tres tipos de secciones
transversales.
I-2044-01-Rev-06
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DISEÑOS CORRESPONDIENTES AL
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El diseño del canal de descarga, incluyendo el box culvert bajo la vía férrea, se plantea
en el apartado 5.9.5, en el cual se analiza la influencia del Rio Medellín sobre la
descarga y viceversa.
En el Anexo 1 se presentan las memorias completas de cálculo de todas las obras
hidráulicas asociadas al vaso, es decir, canales, box culverts, cunetas. En los planos P2044-13 y P-2044-14, se muestra la localización, los perfiles y los detalles de estas
obras. En el Anexo 5 se muestran las memorias del diseño estructural de las obras
hidráulicas.
Conformar
el
terreno para que
drene hacia el
canal
Figura 94. Canal perimetral de concreto reforzado. – Sección Típica
I-2044-01-Rev-06
165
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Canal
Tramo 1
Oriental
1.50 m x 1.50
Canal
Oriental
Tramo 2
Canal Occidental
Tramo 1
2.00 m x 1.50
2.00 m x 1.50
Canal
Oriental
Tramo 3
2.20 m x 1.60
Box Culvert 2.20m x 1.60m
Canal Occidental
Tramo 1
2.20 m x 1.60
Canal de descarga
2.80 m x 2.30 m
Vía de Acceso
Figura 95. Esquema de localización y dimensiones de las obras proyectadas.
I-2044-01-Rev-06
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EXTREMO NORTE DEL RELLENO
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5.9.3
Box culverts de cruce bajo vía de acceso
En los puntos donde la vía de acceso al vaso cruza los canales perimetrales (en dos
puntos) es necesario construir alcantarillas tipo boxculverts, esto ocurre a ambos lados
de la cresta del dique en suelo, para su posterior entrega al canal de descarga.
Estos box culverts de cruce tendrán las mismas dimensiones que los canales
perimetrales en sus tramos finales (2.2 m x 1.6 m). Dado que existe continuidad entre
los canales y los box culverts y no existen transiciones especiales ni cambios de
sección ni de pendiente y dado que son los mismos caudales de diseño aplican los
mismos cálculos de la capacidad hidráulica de los canales en sus tramos finales (ver
apartado 5.9.2).
En los P-2044-13 y P-2044-14 se muestran estas estructuras y en el anexo 5 se
muestran las memorias de diseño estructural.
5.9.4
Cunetas
Las cunetas para drenaje superficial del relleno están constituidas por cunetas
prefabricadas de forma trapezoidal, ensambladas, dispuestas en forma de espina de
pescado, o cunetas en sacos de suelo cemento, con una dirección tal que se localicen
sobre el talud del relleno conformando una pendiente escalonada del 16,5%, dada por
la longitud y el espesor de los módulos dispuestos en forma escalonada y con
pendiente del 1% en cada módulo.
Las cunetas se diseñaron para una creciente de 10 años de período de retorno, con
una intensidad asociada a un tc de 5 min. La separación entre cunetas será aquella que
genere un área tributaria inferior a 0,41 hectáreas.(Ver memorias en Anexo 1)
Los módulos prefabricados tienen ancho variable entre 0,60 m y 0,44 m, una longitud
de 0,50 m y una altura de 0,30 m. Para el área tributaria, el caudal estimado que
maneja la cuneta es de 0,26 m3, con un borde libre de 0,10 m. La revisión de la
capacidad hidráulica de las cunetas se presenta en el Anexo 1.
En las plazoletas de la cota 1160 en la zona nororiental y de la cota 1080 en la zona
suroriental, se dispondrán cunetas prefabricadas de medio tubo de concreto de 0,60 m
de diámetro, en suelo cemento, prefabricadas u otra estructura que esté en capacidad
de evacuar las aguas. Además, dichas cunetas también se dispondrán como rondas de
coronación en la parte superior de los taludes de excavación de esta última plazoleta y
en las coronas del dique y de la pata de roca en las cotas 1090 y 1080,
respectivamente. Dichas cunetas deberán tener una pendiente de mínimo el 1%.
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Igualmente, se colocarán en los sitios donde se requieran, en los contactos del relleno
con el terreno natural y para efectuar descargas hacia los canales perimetrales. En el
plano P-2044-12 se observa la distribución y diseño de las cunetas.
No obstante estas cunetas por facilidad, tiempo, configuración del vaso,
igualmente construirse en sacos de suelo cemento.
5.9.5
pueden
Canal de descarga, Box culvert de cruce bajo vía del ferrocarril y
descarga al Río Medellín
Los canales perimetrales se unirán una vez crucen la vía de acceso, aguas abajo del
dique. Una vez se unan, los caudales serán conducidos a través de un canal de
descarga que tendrá dimensiones de 2.8 m de base x 2.3 m de alto. La evaluación
hidráulica de esta estructura se muestra en la Tabla 48. Puede observarse que el flujo
en este canal es subcrítico dada su baja pendiente, lo cual garantiza la generación de
un resalto hidráulico dado que el régimen de flujo en la llegada de los canales
perimetrales es supercrítico.
Tabla 48. Revisión capacidad hidráulica canal y box culvert de descarga
Caudal
Rugosidad
Area
Per.
Borde
Periodo
Ancho Altura
Pen.
RH Yn
Material
diseño
Manning
mojada Mojado
libre
de
del canal
retorno [m]
[m]
[l/s]
[adim]
[%]
[m]
[m] [m] [m]
[m 2 ]
2.33
2.80 2.30 6530.02 Concreto
0.013
0.30
2.37
4.49 0.53 0.85 0.51
5
2.80 2.30 7854.23 Concreto
0.013
0.30
2.71
4.73 0.57 0.97 0.54
10
2.80 2.30 9053.88 Concreto
0.013
0.30
3.00
4.94 0.61 1.07 0.57
25
2.80 2.30 11088.88 Concreto
0.013
0.30
3.48
5.28 0.66 1.24 0.61
50
2.80 2.30 12908.46 Concreto
0.013
0.30
3.89
5.58 0.70 1.39 0.65
100
2.80 2.30 15187.67 Concreto
0.013
0.30
4.40
5.95 0.74 1.57 0.69
Altura
mín.
[m]
1.36
1.51
1.64
1.85
2.04
2.27
Vel. Número de
Froude
[m/s]
2.75
0.95
2.90
0.94
3.02
0.93
3.19
0.91
3.31
0.90
3.45
0.88
Para el cruce del terraplén del Ferrocarril, de las aguas recogidas por los canales
perimetrales y de las aguas recogidas por el sistema de subdrenaje, es necesario
construir una estructura que reemplace la alcantarilla en piedra por donde actualmente
la quebrada Altair II lo cruza; puesto que la existente tiene una capacidad limitada y
aunque ha funcionado relativamente bien gracias a las condiciones actuales, estas van
a ser modificadas mediante la construcción del vaso lo cual hace necesario su
reemplazo.
Se propone la construcción de un box culvert en concreto de 17.30 m de longitud, con
una sección rectangular de 2,80 m de base x 2,3 m de altura, que recibirá los caudales
del canal de descarga y los entregará en el cauce de la quebrada Altair II antes de
llegar al Río Medellín. Aunque la baja pendiente de esta obra garantizará unas
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velocidades de flujo bajas en la descarga, se propone la construcción de un enrocado
de protección en el cauce de la quebrada Altair II hasta la llegada al cauce del Río
Medellín. De esta manera se disipará gran parte de la energía del flujo y se garantizará
una adecuada entrega al río Medellín.
Una evaluación hidráulica del Río Medellín en un tramo de 100 m aproximadamente,
permitió verificar que la descarga del box culvert no se verá afectada por las crecientes
del Río (hasta 100 años periodo de retorno). Así mismo, pudo verificarse que el
comportamiento del río Medellín no se verá afectado por la descarga del box. (ver
Figura 96). En el Anexo 1 se muestran las memorias de esta modelación.
Vía férrea
Box Culvert
de descarga
Río Medellín
1071.28
1070.46(TR100)
1068.88(TR2)
Figura 96. Descarga del Box Culvert sobre el Río Medellín
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6.
VÍA DE ACCESO
La vía tiene como finalidad servir de acceso general al vaso Altaír, en especial a los
camiones recolectores para la disposición de los residuos sólidos. El proyecto, con una
longitud de 2,6 km, inicia en la vía existente en el vaso La Música y da la vuelta
alrededor del vaso Altair, terminando en una extensión proyectada de la misma vía en
donde inicia (Figura 97).
Desde esta vía partirán ramales industriales que permitirán la llegada de los
recolectores a los diferentes niveles de operación.
En el plano No P-2044-17-01, se presenta el diseño del alineamiento en plata-perfil de
la vía, en los planos No P-2044-17-02 a P-2044-17-04, las secciones transversales y en
el ANEXO 6, las memorias de cálculo de la vía de acceso al Vaso Altair.
6.1
Criterios de diseño
Teniendo en cuenta que el terreno es montañoso y que el tránsito principal está
constituido principalmente por camiones recolectores, se asumió una velocidad de 30
km/h para un radio mínimo de 25 m. La pendiente máxima es del 13 %. El ancho de la
banca es de 8 m, 7 m para la calzada y berma, cunetas triangulares de 0,5 m a cada
lado. Su trazado se hizo tratando de que la cantidad de lleno sea mínima. Los taludes
de lleno tienen una inclinación 2H:1V y los de corte 1H:1V, los cortes y llenos máximos
por el eje no superan los 20 m.
En donde los taludes de corte superen los 10 m se deben hacer bermas horizontales
para darles estabilidad (Figura 98)
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Figura 97. Vía de acceso proyectada para el relleno sanitario Altair II.
Figura 98. Taludes de corte vía acceso a Altair II.
En donde los llenos superen los 8 m se recomienda construir muros de contención para
disminuir el tamaño de los terraplenes, sin embargo la necesidad de estas estructuras
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se definen en el proceso
presenten.
constructivo, dependiendo de las condiciones que se
El trazado contempla la construcción de un puente de cruce que atraviesa la quebrada
Altair I en la parte baja, ver localización en el plano P-2044-17-01, los detalles se
presentan en el plano P-2044-24.
Es de anotar que siempre en el proceso constructivo el trazado y diseño de la vía,
obliga a realizar ajustes dependiendo de las características encontradas en el terreno.
En el ANEXO 7 se incluye el análisis estereográfico de los taludes de la vía
comparados con las principales familias de discontinuidades existentes y las fallas que
se podrían presentar según el tramo analizado.
6.2
OBRAS DE DRENAJE DE LA VÍA DE ACCESO
Para permitir un adecuado drenaje en la vía de acceso al vaso Altair II y permitir el
cruce de las diferentes corrientes de agua a través de ella se proyectaron las siguientes
obras de drenaje:

Un puente de unos 42 metros de longitud que permitirá el cruce de la quebrada
Altair I bajo la vía de acceso en la abscisa km0+165.

2 box culverts de 2.20 m x 1.60 m, que permitirán el paso de los canales Oriental y
occidental bajo la vía de acceso al vaso, a lado y lado del dique de cierre del
relleno.

9 Alcantarillas circulares de 0.90 m de diámetro que permitirán el cruce de
vaguadas menores bajo la vía y recogerán el agua de las cunetas y de los taludes
de la vía.

6 Alcantarillas circulares de 0.90 m de diámetro que recogerán únicamente el agua
de las cunetas y de los taludes de la vía.
Estas estructuras pueden verse en los planos P-2044-22 y P-2044-23 y P-2044-24 .
6.2.1 Dimensionamiento de las alcantarillas circulares
Se determinaron las áreas tributarias de cada alcantarilla (ver Figura 99) y se calcularon
los caudales de diseño para cada una de ellas por el método racional. Las áreas
tributarias asociadas a cada alcantarilla se presentan en la Tabla 49 y los caudales de
diseño se presentan en la Tabla 50.
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A9
A10
A8
A7
A11
A6
A12
A5
A4
A3
Qda. Altair II
A2
A14
A1
A13
Qda. Altair I
A15
Figura 99. Delimitación de las áreas tributarias asociadas a las alcantarillas circulares
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Tabla 49. Áreas tributarias asociadas a las alcantarillas circulares.
Nombre
Área
tributaria
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
A12
A13
A14
A15
Área
Nombre
tributaria
Alcantarilla
(Ha)
k0+020
0.35
k0+290
1.45
k0+410
0.63
k0+870
0.92
k1+075
1.55
k1+220
0.52
k1+375
0.54
k1+570
1.33
k1+952.03
0.75
k2+020.98
0.88
k2+104.84
1.94
k2+229.06
1.60
k2+373.32
2.03
k2+437.05
2.38
k2+502.71
0.22
Tabla 50. Caudales de diseño de las alcantarillas circulares.
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Caudal (m 3 /s) para cada TR (años)
Nombre
Alcantarilla
2
5
10
25
50
100
k0+020
k0+290
k0+410
k0+870
k1+075
k1+220
k1+375
k1+570
k1+952.03
k2+020.98
k2+104.84
k2+229.06
k2+373.32
k2+437.05
k2+502.71
0.09
0.38
0.17
0.24
0.41
0.14
0.14
0.29
0.20
0.23
0.51
0.42
0.53
0.62
0.06
0.11
0.46
0.20
0.29
0.49
0.17
0.17
0.35
0.24
0.28
0.61
0.51
0.64
0.75
0.07
0.13
0.53
0.23
0.34
0.57
0.19
0.20
0.40
0.27
0.32
0.71
0.59
0.74
0.87
0.08
0.16
0.66
0.29
0.42
0.70
0.24
0.25
0.50
0.34
0.40
0.88
0.73
0.93
1.08
0.10
0.19
0.77
0.34
0.49
0.83
0.28
0.29
0.59
0.40
0.47
1.04
0.85
1.09
1.27
0.12
0.22
0.92
0.40
0.59
0.98
0.33
0.34
0.70
0.48
0.56
1.24
1.02
1.29
1.51
0.14
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Para el dimensionamiento de las obras hidráulicas se consideró como caudal de diseño
el asociado a un periodo de retorno de 100 años. Se consideró además un diámetro
mínimo de 0.90 m con la finalidad de facilitar las labores de inspección y mantenimiento.
La evaluación de la capacidad hidráulica de las alcantarillas circulares se realizó de dos
maneras. La primera, considerando que en ellas se presenta flujo uniforme a lo largo de
toda la alcantarilla, la segunda, mucho más precisa, considerando el tipo de control con
el que funciona la obra, sea en la entrada o en la salida.
Para la evaluación por flujo uniforme se empleó la formulación de Manning, se
consideró un borde libre para tener en cuenta las fluctuaciones de la superficie de flujo y
se tuvo en cuenta una pendiente mínima del 3%.
1
Q = n A. RH 2/3 . √S
(Manning)
Donde:
A:
RH:
S:
n:
Q:
Área mojada en m2
Radio hidráulico en m
Pendiente del canal en m/m
Rugosidad de Manning
Caudal en m3/s.
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Tabla 51. Verificación capacidad hidráulica alcantarillas circulares con flujo uniforme
#
Alcantarilla
k0+020
k0+290
k0+410
k0+870
k1+075
k1+220
k1+375
k1+570
k1+952.03
k2+020.98
k2+104.84
k2+229.06
k2+373.32
k2+437.05
k2+502.71
Diametro
interno
Caudal de
diseño
[mm]
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
900.00
[l/s]
221.62
918.45
399.89
586.85
983.89
333.34
342.58
697.75
476.27
560.87
1235.10
1015.80
1292.77
1512.57
138.17
Rugosidad
de
Manning
[adim]
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
0.013
Pen.
YN
YN / Ø
RH
[%]
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
[m]
0.19
0.38
0.25
0.31
0.39
0.22
0.22
0.33
0.28
0.30
0.44
0.40
0.45
0.50
0.16
[adim]
0.21
0.42
0.28
0.34
0.43
0.24
0.24
0.37
0.31
0.33
0.49
0.44
0.50
0.55
0.18
[m]
0.11
0.20
0.15
0.17
0.20
0.13
0.13
0.18
0.16
0.17
0.22
0.21
0.22
0.24
0.10
Número
Verificación
de
q/Q Vel.
flujo
Froude
uniforme
[Adim] [adim] [m/s]
2.10
0.07 2.38
Cumple
2.17
0.29 3.63
Cumple
2.12
0.13 2.82
Cumple
2.13
0.19 3.15
Cumple
2.18
0.31 3.70
Cumple
2.19
0.11 2.68
Cumple
2.20
0.11 2.70
Cumple
2.13
0.22 3.31
Cumple
2.11
0.15 2.97
Cumple
2.13
0.18 3.11
Cumple
2.15
0.39 3.96
Cumple
2.17
0.32 3.74
Cumple
2.15
0.41 4.01
Cumple
2.12
0.48 4.19
Cumple
2.03
0.04 2.13
Cumple
Para evaluar la capacidad hidráulica de las alcantarillas circulares de la segunda
manera, se empleó el software HY-8 de la Federal Highway Administration (FHWA), el
cual considera las condiciones en la entrada y en la salida para determinar si la
capacidad de la obra está controlada por las condiciones en el encole o en el descole, y
estableciendo el tipo y perfil de flujo dependiendo de ellas. Los métodos aplicados por
este software están fundamentados en la publicación "Hydraulic Design Series 5:
Hydraulic Design of Highway Culverts" (HDS-5) [publication FHWA-NHI-01-020, May
2005 revision]. Los perfiles de flujo obtenidos con esta metodología se presentan en el
Anexo 1.
Pudo constatarse que las condiciones en la entrada son las más restrictivas para las
alcantarillas circulares de la vía de acceso, y que por lo tanto su capacidad hidráulica
está determinada por el control en el encole. Los niveles de flujo en la entrada de las
alcantarillas garantizan una relación Hw/D igual o inferior a 1,2, lo cual garantiza que las
alcantarillas, con las dimensiones seleccionadas, no trabajan en condiciones
sumergidas, sindo Hw la profundidad de flujo en la entrada y D el diámetro de la
alcantarilla.
I-2044-01-Rev-06
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SANITARIO LA PRADERA
6.2.2 Cruce de la Vía de Acceso sobre la quebrada Altaír I – Puente en abscisa
K0+165
La vía de acceso cruzará la quebrada Altaír I en la abscisa K0+165. Para ello se
proyecta la construcción de un puente.
Para verificar el gálibo de esta estructura, se determinaron los caudales máximos de
esta quebrada para diferentes periodos de retorno (2.33, 5, 10, 25, 50 y 100 años) en el
sitio de cruce y se realizó una modelación hidráulica de la quebrada.
Delimitación y caracterización del área tributaria.
A partir de la información cartográfica, de la configuración y de las observaciones
realizadas en campo, se delimito el área tributaria de la microcuenca Altair I, tal como
se muestra en la Figura 100.
Los parámetros geomorfológicos tales como el área, la longitud del cauce principal y la
diferencia máxima de alturas en la microcuenca, fueron medidos sobre la restitución. En
la Tabla 52 se presentan los principales parámetros geomorfológicos de esta.
Tabla 52 . Parámetros geomorfológicos del área tributaria de la microcuenca de la quebrada Altaír I.
Nombre
cuenca
Altair I
Área
[ha]
8.49
I-2044-01-Rev-06
Cuenca Hidrográfica
Elevación
Perimetro Ancho
media
[Km]
[Km]
[msnm]
1.80
0.17
1190.10
Cauce Principal
Pen.
media
[%]
50.2
177
Longitud Pendiente
[Km]
0.55
[m/m]
0.33
Indices de forma:
Kc
Kf
Ia
[adim] [adim] [adim]
1.74
0.33
3.01
Febrero de 2013
ACTUALIZACIÓN A LOS ESTUDIOS Y
DISEÑOS CORRESPONDIENTES AL
VASO ALTAIR, LOCALIZADO EN EL
EXTREMO NORTE DEL RELLENO
SANITARIO LA PRADERA
Qda.
Altair I
Sitio de cruce bajo la
vía de acceso
Figura 100. Delimitación del área tributaria de la microcuenca de la quebrada Altair I.
Tiempo de concentración
En la Tabla 53 se muestran los resultados del cálculo del tiempo de concentración para
las cuencas. Se emplearon métodos tales como Kirpich, Témez, Clark, California
Culvert Practice, entre otras (Vélez y Smith, 1997).
I-2044-01-Rev-06
178
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Tabla 53. Resultados del tiempo de concentración (min).
Nombre
cuenca
Altair I
Kirpich
3.85
Tem Johnstone
California
California
Tc
F.A.A. Pilgrin Clark
Passini I
Giandotti
ez
Cross
Culvert
USBR
tomado
5.96
27.16
14.56 17.87 6.48
3.50
4.07
3.83
11.10
6.67
Coeficiente de escorrentía
Los coeficientes de escorrentía, que relacionan la precipitación total con la precipitación
efectiva, fueron estimados teniendo en cuenta los valores propuestos por Chow (1994)
(ver Anexo 1).
Para ello, se hicieron las siguientes consideraciones fundamentadas en las
observaciones realizadas en campo, en las condiciones futuras, y en imágenes
satelitales del software Google Earth:

En cuanto a la cobertura del suelo se consideró que el 50% de la cuenca se
encuentran en pastizales, el 48% en bosques y el 2% restante corresponden a
zonas desarrolladas.

En relación con la pendiente del terreno, se consideraron valores mayores a 7% de
acuerdo con la pendiente de las cuencas.
En la Tabla 54 se presentan los coeficientes de escorrentía para los diferentes periodos
de retorno.
Tabla 54. Coeficientes de escorrentía para para la microcuenca de la quebrada Altair I.
I-2044-01-Rev-06
Coeficientes de escurrimiento, TR (años)
Nombre
cuenca
2.33
5
10
25
50
100
Altair I
0.37
0.40
0.42
0.46
0.49
0.53
179
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Precipitación de diseño
Para determinar la precipitación de diseño, se tuvieron en cuenta los mismos criterios
descritos en el capítulo 3.1.3, por lo tanto se adoptaron las intensidades de la estación
Gabino. En la Figura 21 se mostraron las IDF correspondientes a esta estación hasta el
año 2010 calculadas por Empresas Públicas de Medellín.
La duración de las tormentas de diseño se consideró igual al tiempo de concentración.
En la Tabla 55 se muestran las precipitaciones de diseño para la microcuenca de la
quebrada Altair I, para cada periodo de retorno entre 2 y 100 años.
Tabla 55. Precipitación de diseño para la microcuenca de la quebrada Altair I.
Nombre
cuenca
Altair I
Intensidad (mm/h) para cada TR (años)
2.33
5
184.98 206.91
10
25
229.06 262.02
50
100
290.08
321.13
Caudales de diseño
La estimación del caudal de diseño para la microcuenca de la quebrada Altair I se
realiza de acuerdo con la metodología del método racional descrita en el capítulo 3.1.4.
Finalmente, los caudales máximos calculados para la microcuenca de la quebrada
Altair I se presentan en la Tabla 56.
Tabla 56. Caudales de diseño para la microcuenca de la quebrada Altair I.
I-2044-01-Rev-06
Caudal (m3/s) para cada TR (años)
Nombre
cuenca
2
5
10
25
50
100
Altair I
1.61
1.97
2.29
2.87
3.38
4.05
180
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Evaluación del gálibo y capacidad hidráulica del puente – Modelación
hidráulica de la quebrada Altair I
6.2.2.1
Metodología para el análisis
Para llevar a cabo el tránsito de las crecientes en el tramo dequebrada estudiado, se
empleó el software HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center- River Analysis System)
en su versión 4.1, del U.S. Army Corps of Engineers. Para ello se consideraron los
caudales máximos asociados a períodos de retorno de 2.33, 5, 10, 25, 50 y 100 años
mencionados anteriormente.
El programa HEC-RAS realiza el cálculo del perfil de la superficie de flujo mediante la
solución de la ecuación de la energía de forma unidimensional. Considera las pérdidas
de energía por fricción mediante la ecuación de Manning y pérdidas por
contracción/expansión mediante coeficientes que multiplican el cambio en la cabeza de
velocidad. En aquellas situaciones donde se presente flujo rápidamente variado, el
software emplea la ecuación de momentum para determinar el perfil de flujo. El
programa requiere como datos básicos de entrada la geometría del cauce, los caudales,
los coeficientes de rugosidad y las condiciones de frontera para el cálculo, de acuerdo
con el régimen de flujo y los controles existentes en el tramo. La geometría del canal se
define por las secciones transversales del cauce, tomadas en forma perpendicular a la
dirección de las líneas del flujo, y por la separación longitudinal entre cada par de
secciones adyacentes. Esta geometría se obtuvo a partir de la información topográfica
del cauce.
El tramo de quebrada analizado comprende 270 m, 150 m aguas arriba del sitio del
puente y 120 m aguas abajo.
Para la modelación hidráulica se contó con 135 secciones transversales, distanciadas
2 m entre sí abarcando todos los cambios en la geometría del cauce. En la Figura 101
se muestra la topografía del cauce y la distribución de las secciones transversales a lo
largo del cauce que fueron utilizadas.
El coeficiente de rugosidad de Manning, n, para el cauce natural se consideró con base
en la comparación directa del material que conforma el lecho, las laderas del canal, la
configuración del cauce, etc., con los valores propuestos en Chow (1994), los valores
adoptados fueron de 0.035 para el fondo del cauce, 0.025 para la margen izquierda del
cauce y 0.025 para la margen derecha.
I-2044-01-Rev-06
181
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Las condiciones de frontera utilizadas en el modelo se plantean siguiendo la hipótesis
de que la pendiente de la línea de energía es similar a la pendiente del cauce, en el
tramo aguas arriba igual a 0.54 m/m y en el tramo aguas abajo igual a 0.0098m/m.
Qda. Altair I
Figura 101 Modelo de elevaciones del terreno y secciones transversales empleadas en la modelación
hidráulica.
I-2044-01-Rev-06
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Resultados
En la Figura 102 se muestra el perfil de flujo pahyra crecientes asociadas a periodos de
retorno de 100 años. En esta puede observarse que en la mayor parte del tramo
estudiado se presenta régimen supercrítico, con excepción de algunos tramos cortos
aguas abajo del puente donde se presentan cambios de régimen.
Las profundidades de flujo en el tramo estudiado para periodos de retorno de TR=2.33
años varían entre 0.07 m y 0.57 m; para periodos de retorno de 100 años varían entre
0.12 m y 0.82 m.
Las velocidades de flujo para periodos de retorno de 100 años son muy variables en
todo el tramo estudiado, entre 0.7 m/s y 5.9 m/s. En el sector que comprende
propiamente el puente, 15 m aguas arriba y 15 m aguas abajo, se presentan
velocidades que varían entre 3.4 m/s y 5.1 m/s.
Qda_Altair_I
Plan: ConPuente
07/02/2013
Qda_Altair_I Qda_Altair_I
Legend
Crit TR100
1110
Puente
WS TR100
Elevation (m)
Ground
1105
1100
1095
120
140
160
180
200
Main Channel Distance (m)
Figura 102. Perfil de flujo de la quebrada Altair I bajo el puente proyectado en abscisa K0+165. Tr =
100 Años
I-2044-01-Rev-06
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Qda_Altair_I
.025
Plan: ConPuente
.035
07/02/2013
.025
1130
Legend
Crit TR100
Crit TR50
1125
Crit TR25
Crit TR10
Crit TR5
1120
Elevation (m)
WS TR100
Crit TR_2.33
WS TR50
1115
WS TR25
WS TR10
WS TR5
1110
WS TR_2.33
Ground
1105
1100
Bank Sta
0
20
40
60
80
100
Station (m)
Figura 103. Lámina de aguas en sección transversal del puente.
Como se puede observar en la Figura 103, la lámina de agua bajo el puente, para un
periodo de retorno de 100 años, corresponde a la cota 1103.37 y la cota más baja del
puente (vigas) se encuentra en la 1107.7, por lo que el galibo del puente sería de 4.3 m,
superior a los 2.0 m exigidos por el INVIAS.
I-2044-01-Rev-06
184
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7.
CANAL DE TRANSPORTE DE LIXIVIADOS
Tal como se indicó anteriormente hay dos alternativas para el transporte del lixiviado del
vaso, una la construcción de la laguna in situ u otra el transporte a través de un canal
de lixiviados de 1100 m de longitud que transporte los efluentes del relleno desde la
salida de las tuberías de lixiviados hasta el sistema de tratamiento existente (Figura
104). El canal permite evacuar un caudal muy superior a los caudales máximos
esperados; en el P-2044-15 se presenta el diseño de dicho canal. De esta manera se
concentra todo el tratamiento en un solo sitio permitiendo optimizar el proceso. No
obstante se contemplan la otra alternativa en caso de que se presenten inconvenientes
constructivos, la cual consiste en tratamiento mediante lagunas in situ combinado con
un sistema de evaporación de lixiviados.
En el Documento No 1, Complemento del estudio de impacto Ambiental, se presenta
el sistema de tratamiento de lixiviado.
Figura 104. Canal de lixiviados propuesto
8.
SITIOS DE DEPÓSITO
El balance de masa excavaciones iniciales, lagunas de lixiviado y cortes de la vía está
equilibrado con los llenos necesarios para conformar el dique de contención y plazoleta
cota 1085. En términos generales, dada la homogeneidad del material residual, se
I-2044-01-Rev-06
185
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puede utilizar para llenos el producto de las excavaciones, siendo importante resaltar el
corte para las lagunas de lixiviados en la parte baja del relleno, lateral al dique de donde
se puede obtener parte del material necesario para los llenos.
No se prevé la necesidad de construir un depósito de grandes dimensiones. Se
recomienda utilizar un ramal menor de la quebrada Altair I en la parte alta para disponer
los excedentes de excavaciones que sean impropios para llenos o que no sean
utilizados.
En el plano P-2044-19-01 y P-2044-19-02 se puede observar los llenos y sitios de
depósito.
9.
INSTRUMENTACIÓN GEOTÉCNICA
Se diseñó un sistema de instrumentación que permita mantener una permanente
vigilancia y monitoreo del Vaso Altair, durante la adecuación, construcción y etapas de
cierre y abandono, de forma que se pueda realizar un seguimiento de las condiciones
de estabilidad del relleno y de las laderas adyacentes a el; así como de las variables
ambientales del suelo circundante.
La interpretación y análisis de los registros de la instrumentación debe permitir tomar
decisiones de forma oportuna para garantizar la estabilidad del vaso. El sistema de
instrumentación propuesto cuenta con los siguientes equipos, los cuales pueden
aumentarse o disminuirse dependiendo de las necesidades y comportamiento del vaso
Altair II
Tabla 57. Instrumentación Geotécnica Propuesta
EQUIPO
LOCALIZACIÓN
VARIABLE
QUE MIDE
NÚMERO
OBJETIVO
Piezómetros de
Hilo vibratil
Dique y fundación del dique
Presiones de poros
5
Detectar incrementos en la presion de
poros o flujos de agua que afecten la
estabilidad del dique
Piezómetros de
Hilo vibratil
Fundación residuos
Presiones de poros
25
Detectar incrementos en la presión de
poros, medir la eficiencia del sistema
de
subdrenaje
y
de
la
I-2044-01-Rev-06
186
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EQUIPO
LOCALIZACIÓN
VARIABLE
QUE MIDE
NÚMERO
OBJETIVO
impermeabilización de fondo.
Piezómetros de
Hilo vibratil
Estribos del relleno
Presiones de poros
12
Detectar incrementos en la presion de
poros o flujos de agua que afecten la
estabilidad de los taludes laterales del
relleno
Piezómetros de
Hilo vibratil
Residuos sólidos
Presiones de poros
de
gases
y
lixiviados,
y
tempera
70
Evaluar la generación de gases y
lixiviados dentro de los residuos,
evaluar presiones de poros y controlar
estabilidad del lleno, evaluar la
eficiencia de los sistemas de
extracción de gases y lixiviado,
evaluar el grado de descomposición
de los residuos.
6
Registrar los asentamientos dentro de
la masa de residuos, de forma que
permita evaluar parámetros de
deformabilidad
tura
Celdas
de
asentamientos
Dentro de los residuos a una
altura media en las zonas de
mayor espesor
Deformabilidad
los residuos
de
Inclinómetros
En el dique y en los estribos
del dique
Desplazamientos
en profundidad
6
Registrar desplazamientos del dique y
los taludes debido a los empujes de
los residuos
Puntos
control
superficial
de
Dique
Desplazamiento en
superficie
6
Controlar los desplazamientos
Puntos
control
superficial
de
Sobre las zonas terminadas
de residuos
Desplazamiento
horizontal y vertical
en superficie
35
Controlar
los
desplazamientos,
corregir drenajes y analizar la
evolución de los residuos.
Pozos
monitoreo
de
Aguas abajo del dique y
aguas debajo de la línea
férrea.
Posición del nivel
freático y muestreo
de agua
6
Registrar
variaciones
de
las
condicione hidrogeológicas por la
construcción del vaso y detectar
contaminación de aguas subterráneas
con lixiviado.
Pozos
de
Aguas Arriba de la Corona
Posición del Nivel
freático y toma de
9
Registrar
condicione
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187
variaciones
de
las
hidrogeológicas por la
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EQUIPO
LOCALIZACIÓN
VARIABLE
QUE MIDE
NÚMERO
OBJETIVO
monitoreo
del relleno.
muestras de aire
Vertederos de
aforo
águas
subterranea
Salida
tuberia
concreto
sistema recolección
Caudal
1
Caudal agua subterránea, eficiencia
sistema de subdrenaje y detectar
arrastre de partículas.
Vertedero
de
aforo lixiviados
Entrega
a
canal
de
conducción de Lixiviados
Caudal
1
Medir caudal de lixiviado, evaluar
eficiencia sistema de cobertura
superfical prvicional y permanente, y
evaluar sistema de extracción de
lixiviado.
10.
construcción del vaso y detectar
migración de gases a través del suelo.
DISPOSICIÓN DE RESIDUOS PELIGROSOS y ESPECIALES
Dada la necesidad que existe en la región en materia de disposición de residuos
peligrosos y especiales, se ha considerado dentro del lote Altair dos sitios que se
indican en el Plano 2044 -29-01 llamada zona celda especial, para residuos de carácter
peligroso o que por sus características no puede ser dispuesto con los residuos de
carácter urbano que se disponen en el relleno sanitario La Pradera. Su importancia
radica en la necesidad de dar solución a una problemática que sufre la Región y que
con una adecuación técnica de la zona definida puede ser solución a parte de esta
problemática. Estas zonas se adecuarán conforme a la normatividad existente para
este tipo de residuos.
10.1 DISPOSICIÓN DE LODOS DE PTAR
Otra de las necesidades sentidas en la Región es la disposición de lodos o biosólidos
de las plantas de tratamiento de aguas residuales, razón por la cual el relleno sanitario
La Pradera - Vaso Altair - puede ser una alternativa para su disposición. Para tal efecto
y dependiendo de su caracterización podrá utilizarse como mezcla para utilizar en el
proceso de revegetalización o mezclado con los residuos sólidos para su disposición
en el vaso. En la resolución 5288 de 2002, numeral 8, se permite la disposición de
los lodos de tratamiento de aguas, lo cual pude continuar,
cuando el generador
obtenga la certificación de la Corporación ambiental competente de que dichos lodos
pueden depositarse en un relleno sanitario.
I-2044-01-Rev-06
188
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SANITARIO LA PRADERA
10.2 ESCOMBROS
El escombro es un material que por sus características permite su utilización en el
mantenimiento de las vías industriales y es de gran utilidad especialmente en época de
invierno, Es por ello que en caso de que se tenga disponibilidad de estos materiales
serán utilizados para el mantenimiento de las vías industriales.
10.3 PRESUPUESTO
Se calcularon las cantidades de obra y el presupuesto que incluye las inversiones
necesarias para la construcción del relleno sin contar los costos de operación. Este
presupuesto se difirió a 9 años (vida útil mínima del relleno sin considerar el ajuste de
la capacidad en un 45% de acuerdo a lo indicado en el numeral 4.1.4) teniendo en
cuenta que las inversiones varían de un año para otro de acuerdo al proceso
constructivo.
El presupuesto aproximado, se presenta en la Tabla 58 y la Figura 105, y diferido en el
tiempo. Una vez se inicie el proceso de construcción y operación se irá ajustando el
presupuesto a las condiciones reales del proyecto.
I-2044-01-Rev-06
189
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Tabla 58. Presupuesto resumido
ITEM GLOBAL
Excavaciones
Llenos
Concretos
Acero
Tuberias
Geosintéticos
Filtros
Chimeneas
Cobertura en Tierra
Empradizado
Obras de drenaje superficial
Canal de lixiviados
Adecuación de sitios de depósito
Instrumentación Geotécnica
Vias de acceso
Asesoria
COSTO DIRECTO
A.I.U. (20%)
COSTO TOTAL
I-2044-01-Rev-06
VALOR
$ 2.346.685.534,00
$ 3.044.108.834,00
$ 1.493.464.050,00
$ 958.327.500,00
$ 486.517.361,00
$ 7.449.410.410,00
$ 1.079.613.882,00
$ 1.291.917.900,00
$ 717.994.368,00
$ 1.410.346.080,00
$ 559.312.550,00
$ 312.545.480,00
$ 406.914.754,00
$ 429.387.122,00
$ 3.713.909.055,00
$ 450.000.000,00
$ 26.150.454.880,00
$ 5.230.090.976,00
$ 31.380.545.856,00
190
% TOTAL
9,0%
11,6%
5,7%
3,7%
1,9%
28,5%
4,1%
4,9%
2,7%
5,4%
2,1%
1,2%
1,6%
1,6%
14,2%
1,7%
Febrero de 2013
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DISEÑOS CORRESPONDIENTES AL
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SANITARIO LA PRADERA
$ 7,000,000,000
$ 6,000,000,000
Inversión
$ 5,000,000,000
$ 4,000,000,000
$ 3,000,000,000
$ 2,000,000,000
$ 1,000,000,000
$0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Año
Figura 105. Flujo de inversiones diferido durante la vida útil
I-2044-01-Rev-06
191
Febrero de 2013
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EXTREMO NORTE DEL RELLENO
SANITARIO LA PRADERA
CONCLUSIONES
Este informe corresponde a la actualización de los estudios y diseños realizados como
parte del contrato 103 de 2005 suscrito entre las EMPRESAS VARIAS DE MEDELLÍN
E.S.P. y SALAZAR FERRO INGENIEROS S.A. para realizar los estudios y diseños
correspondientes al vaso Altair II, la información solicitado en el Acto administrativo
248 de 2012, entre otros documentos citados al inicio del informe.
Previo al dimensionamiento de los elementos se realizaron los siguientes estudios
básicos que sirven de base y sustento al diseño:

Topografía del Vaso: permite localizar y cuantificar con precisión las obras
propuestas.

Reconocimiento geológico-geotécnico de campo: Realizado para reconocer los
principales rasgos de la geología del sector.

Exploración de campo: Consistente en la realización de perforaciones profundas
con taladro rotatorio y sondeos superficiales realizados manualmente con el
objetivo de conocer la distribución de los materiales en profundidad y obtener
muestras para los ensayos de laboratorio.

Pruebas de laboratorio de geotecnia: Incluyó pruebas de clasificación y
caracterización, compactación y resistencia la corte que permitieron caracterizar
el suelo y evaluar sus propiedades.
Con los estudios básicos se elaboraron perfiles geotécnicos típicos y se identificaron
comportamientos del suelo. Se resalta la existencia de acumulaciones de roca en la
parte baja de los drenajes denominadas “organales” que requieren un tratamiento
especial para su drenaje y para garantizar la transmisión de las cargas del relleno al
organal sin generar sobresfuerzos que afecten la impermeabilización inferior del vaso.
El estudio incluyó una recopilación de información sobre características y propiedades
de los residuos sólidos en el mundo y en Colombia y un análisis estadístico para definir
las propiedades a utilizar.
La cuenca de la quebrada Altair es una cuenca cerrada de 35 ha, de las cuales se van
a cubrir con residuos 18 ha. Condición que la hace muy favorable puesto que no
existen corrientes de agua externas definidas que deban ser manejadas por sistemas
de drenaje superficial o subsuperficial. Por la forma de la cuenca, la relación
I-2044-01-Rev-06
192
Febrero de 2013
ACTUALIZACIÓN A LOS ESTUDIOS Y
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VASO ALTAIR, LOCALIZADO EN EL
EXTREMO NORTE DEL RELLENO
SANITARIO LA PRADERA
Altura/area de este relleno es mucho más ventajosa que la obtenida para el R.S. Curva
de Rodas y para el Vaso La Música del R.S.La Pradera.
Se calcularon parámetros hidrológicos y estimaron caudales para las condiciones
actuales y proyectadas de la quebrada Altair II. Para ello se emplearon registros de
precipitación y curvas Intensidad Duración Frecuencia actualizadas hasta el año 2010.
Los resultados de este estudio son insumos básicos para el dimensionamiento de los
sistemas de drenaje sub-superficial, superficial y tratamiento de organales.
Diseño de los sistemas de recolección y extracción de gases y lixiviado. Para ello se
utilizó un modelo simplificado que tiene en cuenta la cantidad de residuos dispuestos,
su composición, humedad y las variables atmosféricas que inciden en la
descomposición de la materia orgánica.
Análisis de estabilidad: se evaluaron diferentes condiciones de configuración
geométrica mediante la técnica de equilibrio límite, teniendo en cuenta la estabilidad
interna de los diques y cerramientos, así como la estabilidad de los taludes de relleno,
bajo diferentes combinaciones de cargas, tales como, sobrecargas por sismo, y exceso
de presión de poros, incluyendo incertidumbre asociada a la variabilidad de los
parámetros de resistencia y las cargas para estimar la confiabilidad del diseño desde el
punto de vista de la estabilidad.
Con los resultados de los estudios básicos se diseñaron los elementos necesarios para
la construcción de un relleno seguro. Se obtuvo una configuración definitiva que tiene el
balance óptimo entre los requisitos de capacidad y estabilidad geotécnica, manejo de
drenaje y medio ambiente. Esta configuración permitiría disponer un volumen de
8.040.000 toneladas en el tiempo de operación, el cual no se limita en tiempo, dadas
las condiciones actuales variabilidad de la normatividad y de entrada de residuos al
relleno sanitario, pero con certeza se aumenta en la medida que se optimicen las
condiciones de operación y se reutilicen los aprovechen los asentamientos que sufre al
masa de residuos para nuevas disposiciones.
Debido a la inversión que genera la adecuación del vaso Altair II, el proyecto,
incluyendo la explotación, fue concebido por etapas y/o celdas de disposición.
En la parte baja del Vaso se recomienda realizar un cerramiento mediante un dique de
contención en suelo, apoyado sobre un dique menor en roca. En la parte posterior se
diseñó una plaza de nivelación en la cota 1085 que habilita un área para comenzar la
disposición y permite transportar mediante gravedad los lixiviados generados hasta las
lagunas de tratamiento existentes localizadas cerca al Vaso La Carrilera (hay que tener
en cuenta que se tiene la propuesta alterna de las lagunas in situ para aplicar el mismo
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tratamiento actualmente implementado en caso de que no pueda implementarse el
sistema por gravedad).
Para el subdrenaje se diseñó un sistema de filtros que descolan en un filtro central con
tubería con el objetivo de recoger y encauzar las aguas que puedan generar
subpresiones bajo el sistema de protección de fondo.
El sistema de subdrenaje se combina con los tratamientos de organales, que consiste
en la construcción de una especie de filtro invertido, en el cual se hace una transición
gradual de las grandes bolas que conforman el organal, hasta materiales finos, sobre
los cuales se conformará un lleno para conformar las plazoletas iniciales para la
disposición de los residuos.
Se proyecta un sistema de protección de fondo que tiene como objetivo evitar la
migración de lixiviados y gases a las corrientes y fuentes subterráneas de agua. En el
sistema se incluyen capas de impermeabilización mediante geomembranas y sistemas
de protección al punzonamiento en caso de que presenten bloques en el suelo de
fundación y los residuos sólidos.
El diseño incluye el sistema de evacuación de lixiviados que tiene el propósito de
reducir las presiones de poros (presiones debidas a los fluidos producidos dentro de los
residuos) al interior de la masa de residuos. Este sistema es redundante, con una
capacidad hidráulica superior a la producción de lixiviados estimada y siendo más
intenso en la parte baja, atrás del dique de tierra para que opere como una estructura
de contención a la parte posterior del lleno.
Sobre el sistema de evacuación de lixiviados y hasta la superficie del relleno se
levantan las chimeneas de evacuación de gases formando una tupida grilla espaciada
cada 30 m en la parte baja del relleno y cada40 m en la parte posterior.
El sistema de drenaje superficial del relleno sanitario y de la plazoleta para las obras de
tratamiento de lixiviado está constituido por dos canales de drenaje perimetral,
localizados en los extremos oriental y occidental del relleno, y por cunetas de forma
trapezoidal, prefabricadas de concreto que se distribuyen en el relleno en forma de
espina de pescado, sobre los taludes del relleno, que descarga en los canales
perimetrales.
En el diseño también se incluye el trazado de la vía de acceso, los canales de
transporte de lixiviados al sistema de tratamiento donde se trata el efluente actualmente
y los posibles sitios de préstamo y disposición de materiales.
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Finalmente, se diseñó un sistema de instrumentación que permita mantener una
permanente vigilancia y monitoreo del Vaso Altair, durante la adecuación, construcción
y etapas de cierre y abandono, de forma que se pueda realizar un seguimiento de las
condiciones de estabilidad del relleno y de las laderas adyacentes a el; así como de las
variables ambientales del suelo circundante.
En el diseño del Vaso Altair II se combinaron una serie de elementos que proveen
seguridad, eficiencia en el proceso de disposición y optimización de la capacidad, entre
otros factores de importancia, estos elementos son descritos, detallados y sustentados
a lo largo del informe.
El análisis del régimen de precipitaciones muestra una importante variabilidad espacial
de la lluvia en la zona de estudio. Además, se encontraron evidencias de posibles
efectos de amplificación de fenómenos como el ENSO en el sitio del relleno de residuos
sólidos La Pradera. Estas hipótesis podrán verificarse cuando se tenga un periodo de
registros más amplio en la estación Pradera.
Las altas precipitaciones observadas en el periodo 2007-2010 no han superado los
máximos históricos en la estación Gabino y corresponden a magnitudes que han sido
alcanzados o superados al menos en un 25% de los años de registro. Además, dado el
largo periodo de registros de esta estación, los valores medios son poco alterados por
algún año lluvioso.
Dada la longitud tan corta del periodo de registros de la estación Pradera, los diseños
de las obras de drenaje se realizaron con base en los registros de la estación Gabino,
ubicada cerca del sitio del proyecto. Sin embargo, es sumamente importante ahondar
en el estudio de las precipitaciones y para ello se recomienda aumentar la frecuencia de
la lectura de registros de precipitación a intervalos de 5 minutos en la estación Pradera.
De esta manera se podría comparar las intensidades empleadas en el diseño con las
que se registren en la estación Pradera.
Cuando se vaya a iniciar la construcción del sistema de drenaje deberá realizarse un
análisis de las intensidades de precipitación registradas hasta la fecha en la estación
Pradera, y revisar el diseño de las obras que componen el sistema de drenaje.
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