GeotecniadeRellenosSanitarios

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GEOTECNIA DE RELLENOS SANITARIOS
Thesis · November 2011
DOI: 10.13140/2.1.4040.5121
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Johnatan Ramos Rivera
National University of Colombia
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GEOTECNIA DE RELLENOS
SANITARIOS
Johnatan Ramos Rivera
Trabajo de Grado
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
GENERALIDADES
La implementación de rellenos sanitarios es una técnica de disposición de los
desechos sólidos en el suelo, que no causa molestia ni peligro para la salud y
seguridad pública; tampoco perjudica el ambiente durante su operación ni después de
terminado el mismo. Esta técnica utiliza principios de ingeniería para confinar la
basura en un área lo más pequeña posible, cubriéndola con capas de tierra
diariamente y compactándola, para así reducir su volumen lo máximo posible; además
prevé los problemas que puedan causar los líquidos y gases producidos en el relleno,
por efecto de la descomposición de la materia orgánica.
Entre los profesionales dedicados al área de tratamiento de residuos existe el
consenso de que los rellenos sanitarios son uno de los medios más adecuados para la
disposición de los residuos sólidos urbanos (RSU). En la actualidad se considera a los
Rellenos Sanitarios como una solución técnica, económica y sanitaria para disponer
los residuos sólidos. A esta solución se llega después de muchos años en los cuales se
utilizaron otras metodologías de disposición, las que presentaban como común
denominador una gran contaminación del medio ambiente. Chile, es junto con Brasil,
pioneros en Latinoamérica, habiéndose más que duplicado el número de rellenos en
los últimos 15 años.
METODOS CONSTRUCTIVOS EN RELLENOS SANITARIOS
El método constructivo y la secuencia de operación de un relleno sanitario están
determinados principalmente por la topografía del terreno , aunque también depende
de la fuente de material y de la profundidad del nivel freático. Existen dos maneras
distintas para construir un relleno sanitario.
Método de trinchera o zanja
Este método se utiliza en regiones planas y consiste en excavar periódicamente zanjas
de dos o tres metros de profundidad, con el apoyo de una retroexcavadora o tractor
de oruga. Es de anotar que existen experiencias de excavación de trincheras de hasta
7,0 m de profundidad para un relleno sanitario. La tierra que se extrae, se coloca a un
lado de la zanja para utilizarla como material de cobertura. Los desechos sólidos se
depositan y acomodan dentro de la trinchera para luego compactarlos y cubrirlos con
tierra.
2
Se debe tener cuidado en épocas de lluvia dado que las aguas pueden inundar las
zanjas, por lo tanto, se deben construir canales perimetrales para captarlos y
desviarlas e incluso proveerlas de drenajes internos. En casos extremos puede
requerirse el bombeo de agua acumulada. Las paredes longitudinales de las zanjas tendrán
que ser cortadas de acuerdo con el ángulo de reposos del suelo excavado.
Figura 1 Ejemplo método de trinchera, tomado de Diseño, Construcción y Operación de
rellenos sanitarios manuales (http://www.bvsde.paho.org)
Método de áreas
En áreas relativamente planas, donde no sea factible excavar fosas o trincheras para
enterrar las basuras, éstas pueden depositarse directamente sobre el terreno natural,
elevando el nivel algunos metros. En estos casos, el material de cobertura deberá ser
recolectado de otros sitios o de ser posible extraído de la capa superficial. En ambas
condiciones, las primeras se construyen estableciendo una pendiente suave para
evitar deslizamientos y lograr una mayor estabilidad de la masa de residuos a medida
que se eleva el relleno.
3
Figura 2 Esquema método de áreas, tomado de Diseño, Construcción y Operación de rellenos
sanitarios manuales (http://www.bvsde.paho.org)
Se adopta también como sitios de relleno depresiones naturales o canteras
abandonadas de algunos metros de profundidad. El material de cobertura se excava
de las laderas del terreno. La operación de descarga y construcción de las celdas debe
iniciarse desde el fondo hacia arriba.
El relleno se construye apoyando las celdas en la pendiente natural del terreno, es
decir, la basura se vacía en la base del talud, se extiende y apisona contra él, y se
recubre diariamente con una capa de tierra de 0,1 a 0,2 m de espesor; se continua la
operación avanzando sobre el terreno, conservando una pendiente suave de unos 30
grados en el talud y de 1 a 2 grados en la superficie.
4
Figura 3 Configuración final del relleno sanitario, tomado de Diseño, Construcción y Operación
de rellenos sanitarios manuales (http://www.bvsde.paho.org)
Es necesario mencionar que dado que estos dos métodos de construcción de rellenos
sanitarios tienen técnicas similares de operación, pueden combinarse lográndose un
mejor aprovechamiento del terreno del material de cobertura y rendimientos en la
operación.
La utilización de material de cobertura tiene como finalidad aislar los residuos de su
entorno, ya sea impidiendo la salida indiscriminada de flujos gaseosos no controlados
hacia el exterior, o cortando la infiltración de agua de escorrentía hacia el cuerpo de
residuo, o actuando como barrera ante la posible acción de animales como insectos,
roedores y aves.
CLAUSURA DE RELLENOS
La clausura de un relleno sanitario implica la finalización o el cese de las operaciones
para la disposición de residuos sólidos. En esta fase ya no se acepta el ingreso de
residuos sólidos al sitio y, en consecuencia, ellos deben ser dispuestos en otras
instalaciones o manejados mediante otros métodos.
5
En términos generales, la clausura de un relleno sanitario se refiere al período de
tiempo cuando la operación del relleno sanitario ha cesado, razón por la cual, dicho
relleno se cubre con un material denominado cobertura final con el fin de darle
seguridad a la estructura y eliminar focos de contaminación. El período de tiempo
posterior al cese de operaciones de disposición y durante el cual el relleno sanitario se
mantiene y se controla durante un lapso indefinido de tiempo es denominado el
período post-clausura.
PROBLEMÁTICA DE LOS RELLENOS SANITARIOS
Durante el proceso de operación, clausura y post-clausura de un relleno sanitario, se
presentan diferentes procesos internos que pueden llegar a comprometer el buen
desempeño de este, por esto se hace necesario el monitoreo continuo, para así poder
prever eventos futuros en los cuales los factores detonantes pueden ser:
 Composición del relleno
Los valores de composición de residuos sólidos municipales o domésticos se
describen en términos de porcentaje en masa, también usualmente en base
húmeda e ítems como materia orgánica, papeles y cartones, escombros,
plásticos, textiles, metales, vidrios, etc. aspectos como los mencionados sirven
para determinar la metodología a llevar en el manejo del relleno, los cuales se
comentaran en dicho capitulo; entre los que se pueden destacar estudios de
factibilidad de reciclaje, factibilidad de tratamiento, investigación,
identificación de residuos y calidad del lixiviado generado.
 Lixiviados
Las características de los lixiviados generados en rellenos sanitarios, dependen
de las características de los residuos depositados y de las condiciones
predominantes en el sitio, como temperatura, contenido de humedad, edad del
relleno, capacidad del suelo para remover contaminantes y la calidad y
cantidad de agua que entra en contacto con la masa de residuos. (OíLeary y
Tausel 1985).
 Gases
Un relleno sanitario es un reactor bioquímico, con residuos y agua como
entradas principales, y con gases de relleno sanitario y lixiviado como
principales salidas. El material almacenado en el relleno sanitario incluye:
material orgánico parcialmente biodegradado y otros materiales inorgánicos
de los residuos, originalmente colocados en el relleno sanitario.
6
 Temperatura
Los niveles de calor en un relleno sanitario están relacionados con la
composición de los residuos, así mismo la mayoría de los incendios
subterráneos que se presentan en un relleno sanitario son asociados a la
infiltración de oxigeno en la masa de residuos; por esto se hace necesario un
adecuado monitoreo de la temperatura y de su rápida identificación visual en
campo.
 Presión de Poros y estabilidad de taludes
En la etapa de operación de un relleno sanitario, se debe asegurar la correcta
construcción y seguridad del mismo, para lo cual se deben integrar diferentes
aspectos geotécnicos como: la estabilidad del suelo de fundación y los taludes
adyacentes, las características del material para el recubrimiento de los
residuos, determinación de la resistencia del relleno así como la evolución de
los parámetros resistentes con el tiempo, análisis de la compresibilidad y
tiempos de la estabilización de las deformaciones en los rellenos.
Las condiciones geomorfológicas y topográficas de nuestro país, implican la
construcción de rellenos en zonas de ladera en las que el acondicionamiento de
la fundación, conlleva a la intervención de taludes de alturas considerables las
cuales son motivo de constante preocupación tanto para el diseñador así como
los habitantes de la zona, debido a los eventuales problemas de inestabilidad
que se pueden sufrir.
 Asentamientos
Los asentamientos más fuertes se presentan en los primeros dos años después
del periodo de clausura del relleno, por lo tanto se dificulta el uso del terreno.
El tiempo de asentamiento dependerá de la profundidad del relleno, tipo de
desechos sólidos, grado de compactación y de la precipitación pluvial de la
zona.
 Contaminación de aguas subterráneas
Las substancias contaminantes del lixiviado al percolar a través del suelo,
llegan con gran agilidad al nivel freático y puede contaminar el agua de los
manantiales, las aguas subterráneas, debido a un alto fracturamiento en el
macizo o a la presencia de suelos permeables, que a la vez pueden causar un
efecto negativo en la calidad del suelo.
7
 Permeabilidad de la masa de residuos
Sería ideal evitar todo tipo de contacto entre líquidos percolados, suelos y
aguas subterráneas, pero para lograrlo, habría que cuidar muchos aspectos que
encarecerían la obra en tal forma que sería imposible de realizar. Sin embargo,
llevar este contacto a un nivel mínimo de modo que las características del nivel
freático no sufran grandes variaciones y que el uso actual o eventual de ella no
sea afectado, es perfectamente posible si se conocen y se controlan las
condiciones hidráulicas del relleno sanitario.
Así como se pretende dar una visión general de los factores que durante el periodo de
operación, clausura y post-clausura podrían afectar el adecuado funcionamiento del
relleno sanitario, también se quiere dar a conocer los nuevos avances en la tecnología
de los rellenos sanitarios.
El propósito de este trabajo es presentar experiencias recientes de diferentes autores
en la evaluación de varios aspectos relacionados con los rellenos sanitarios; lo cual ha
conllevado a la elaboración de nuevas tendencias en la operación y manejo de este
tipo de obras; se pretende con esta información introducir al lector a nuestro entorno
colombiano, vincular los mayores aportes de esta investigación para plantear futuras
mejoras en nuestro de sistema de manejo de desechos sólidos.
8
CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS
SÓLIDOS
En residuos sólidos, la caracterización responde a la determinación de las principales
cualidades y características de la basura, básicamente consiste en una determinación,
en base a porcentajes de los principales elementos que los constituyen para establecer
las cantidades y variaciones de las mismas a través del tiempo, además de la
estimación de algunas de sus propiedades físicas (humedad, densidad, etc.).
Lo importante de una caracterización es que se trata de un método que permite
conocer la composición de los residuos sólidos urbanos Este conocimiento permitirá
diseñar una mejor gestión integral, logrando a su vez una optimización de los recursos
disponibles para tales efectos. Los estudios realizados hasta ahora han sido y deben
seguir siendo la base de aproximación al conocimiento del problema. De no haber un
proceso de caracterización que lo avale, puede ocasionar un fracaso en el sistema de
gestión elegido, haciéndolo ineficaz, carente de sentido y alejado de las necesidades
reales.
La caracterización de los residuos sólidos domiciliarios tiene su importancia en cada
una de las fases de la gestión integral de los residuos sólidos (generación,
almacenamiento, recolección, transporte, tratamientos intermedios y eliminación
final). La cantidad y composición de los residuos sólidos varía considerablemente ya
que, en cada una de las fases mencionadas, existe una activa recuperación de
materiales. Es necesario, entonces, seleccionar la fase más apropiada para que las
muestras sean representativas y confiables.
El porcentaje y peso de los residuos que componen un relleno sanitario son datos
importantes para la toma de decisiones. Esta información es necesaria tanto para
identificar cual será el comportamiento del relleno sanitario, así como las medidas que
se deben implementar para reducir los efectos nocivos que estos tienen. Esta
composición varía dependiendo de la zona y del nivel de desarrollo del país. En la
Tabla 1 se describen las categorías en las cuales se clasifican los residuos sólidos
urbanos. Cabe anotar que dependiendo de las regiones, los estados han prohibido la
disposición de algunos materiales (escombros, residuos hospitalarios, abono, entre
otros) para los cuales ya se tiene destinados otros sitios de disposición.
9
Tabla 1 Clasificación de los Residuos Sólidos Urbanos
Composición de la Basura
Componentes de la Basura
Papel
Cajas, Papel corrugado, Revistas, Periódicos,
Papel de Oficina
M. Orgánico
Residuos de comida, madera, abono, textiles,
entre otros.
Plástico
Metal
Polietileno, PVC, Bolsas entre otros.
Hierro, Aluminio, Acero
Vidrios
Otros
Residuos hospitalarios, escombros, pañales,
suelo, rocas
METOLOGÍA PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
Para la planificación de la gestión de los residuos sólidos urbanos es muy importante
conocer las cantidades de residuos y su composición, para lo cual necesitamos
realizarlos estudios de caracterización. En los estudios de caracterización se necesita
implementar una metodología para obtener los datos de generación y composición lo
más fiables posibles ya que estos son los datos que nos permitirán tomar las
decisiones más precisas para la gestión de los residuos sólidos, ya sea en el diseño de
un sistema, instalaciones, selección de equipos, así como en el control y seguimiento
del funcionamiento de los mismos en una localidad.
Existen varios métodos generales para determinar las cantidades de residuos sólidos
urbanos, RSU, entre los principales están:
 Análisis de pesada total. Se pesan la totalidad de los residuos que llegan a
las instalaciones de tratamiento o vertido, [6]. También se le llama análisis
del número de cargas que implica el pesaje en básculas de un número de
cargas que llegan a los lugares de tratamiento o disposición final en un
periodo determinado. Las tasas de generación por unidad se determinan
utilizando datos de campo
 Análisis peso-volumen. En este método se determina el peso y el volumen
de las cargas que llegan a las instalaciones de tratamiento o vertido, con lo
que se puede conseguir las densidades suelta y compactada. En base al
volumen de carga de los camiones se puede determinar el peso y en base a
la densidad se puede tener una idea del tipo de material contenido en los
10
camiones de carga, este aspecto es muy utilizado en la recepción de
residuos en plantas de tratamiento de residuos de construcción y
demolición. También es muy utilizado para el diseño de Ecoparques.
 Análisis de balance de masas. Es la mejor forma de determinar la
generación y el movimiento de residuos con cierto grado de fiabilidad.
Consiste en identificar las entradas y salidas de materiales de un sistema
limitado. El método se torna muy complejo debido a que se necesita una
gran cantidad de datos, muchos de ellos no disponibles. Para la aplicación
de un balance de masas se requiere conocer las fronteras del sistema, las
actividades que cruzan u ocurren dentro del mismo y la generación de
residuos sólidos asociada con las actividades del sistema.
 Análisis por muestreo estadístico. Este método implica la toma de un
número representativo de muestras de residuos sólidos de alguna de las
fuentes, durante un tiempo, determinándose los pesos totales y de sus
componentes, A partir de un análisis estadístico se determinan la tasa de
generación y la composición. El número de muestras dependerá de la
precisión que se quiera alcanzar, aplicándose métodos estadísticos. Para el
diseño de sistemas de gestión de residuos sólidos, es necesario determinar
las características estadísticas de las tasas observadas de la generación de
residuos. Por ejemplo la capacidad de los contenedores proporcionados
debería basarse en el análisis estadístico de las tasas de generación, y en las
características del sistema de recolección. La mayor parte de los estudios
de caracterización utilizan el muestreo estadístico para obtener toda la
información necesaria sobre los RSU con una diversidad de criterios.
METODOLOGÍAS PROPUESTAS POR ALGUNOS ORGANISMOS OFICIALES
Se realizó una revisión de organismos oficiales que tienen propuestas metodológicas
sobre la caracterización de RSU y encontramos dos importantes organizaciones de
relevancia internacional, estas son:
 Organización Panamericana de la Salud, OPS, a través del Centro
Panamericano de Ingeniería Sanitaria, CEPIS, plantea que para diseñar o
mejorar los sistemas de manejo y tratamiento de residuos sólidos, se debe
conocer las características de los mismos en relación con la generación,
composición, y la densidad, según el tratamiento que se requiera para
tratar esos residuos, en tal sentido se requiere de la realización de estudios
de caracterización en determinado número de viviendas. Para la de
11
caracterización de los Residuos Sólidos, el CEPIS propone una metodología,
diseñada por el Doctor Kunitoshi Sakurai en 1982, la cual se aplica en los
países de América Latina y el Caribe. En función de un procedimiento
estadístico determinan la muestra representativa de una población para
realizar la caracterización y el proceso de validación de los datos obtenidos
y el número de la muestra seleccionada. 1
 United States Environmental Protection Agency, USEPA. La Agencia de
Protección Ambiental de los Estados Unidos, USEPA. La USEPA utiliza dos
enfoques metodológicos para la realización de la caracterización de los
residuos sólidos urbanos, RSU una la del flujo de material y la de estudios
específicos, los estudios específicos de caracterización en el sitio. A nivel
nacional la EPA utiliza la metodología del flujo de material que se basa en
un balance de masas. Las tasas de residuos reciclados son determinadas a
partir del recuento de materiales reciclables recolectados. Se calcula la
cantidad de material y productos en toneladas que son generados,
recuperados y desechados. Luego completa la información con los estudios
específicos de caracterización en comunidades locales, que consiste en
seleccionar muestras, para determinar su peso y los componentes
individuales del flujo de residuos. 2
Una vez analizadas las metodologías propuestas por estos dos importantes
organismos oficiales podemos concluir que la metodología propuesta por el CEPIS,
está orientada solo hacia la caracterización por muestreo estadístico, y más hacia los
residuos residenciales. En los países en vías de desarrollo es muy limitada la
aplicación del método de caracterización por balance de material, ya que no cuentan
con un registro histórico sistematizado y organizado de la información sobre la
generación y composición de los residuos sólidos urbanos que permita tener un tener
una información consolidada a nivel estatal y nacional.
De la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América podemos
concluir que aplica diferentes metodologías para la caracterización de los residuos
sólidos urbanos, RSU. Estratifican las mismas de acuerdo al alcance requerido de la
información. Es decir que a nivel de pequeñas localidades utilizan la caracterización
1
Cantanhede, A.; Sandoval, L.;Monge, G.; y Caycho, C. (2005). Procedimientos estadísticos para los estudios
de caracterización de residuos sólidos. Hojas de Divulgación Técnica, HDT Nº 97, Organización Panamericana
de la Salud, OPS/CEPIS, 1-8.
2
United States Environmental Protection Agency, USEPA. (02
http://www.epa.gov/epaoswer/non-hw/muncpl/pubs/06numbers.pdf.
de
Septiembre
de
2008).
12
por muestreo y a nivel estatal o nacional emplean el método de caracterización por
balance de material.
Una vez determinada la composición de los residuos sólidos, es necesario hacer una
subdivisión en los cuales se encuentran los compuestos orgánicos e inorgánicos, los
cuales van a determinar el comportamiento tanto a largo como a corto plazo de la
masa de residuos, e identificar los posibles mecanismos a utilizar tanto en el proceso
de apertura, operación, clausura y post-clausura; por tanto la subdivisión se hace de la
siguiente manera:
Orgánico




Inorgánico




Papel
M. Orgánico
Plástico
Residuos de comida
Metales
Vidrios
Materiales inertes
Otros(No
clasifican
anteriores)
en
los
Dependiendo de cuál sea la composición que predomine en un relleno sanitario, se
pueden presentar comportamientos desde el punto de estabilidad, hasta los que
presentan inestabilidades tanto químicas, físicas, térmicas y que pueden así mismo
implicar un riesgo de toxicidad en el ambiente. A continuación se presenta una
recopilación de análisis realizados a rellenos sanitarios en el mundo.
Tabla 2 Datos composición de los residuos sólidos de algunos rellenos sanitarios en el mundo;
recopilación de varios autores3
Componente
U.S
U.K
Alemania España Australia Brasil Colombia
de la Basura (2001) (2004)
(2006)
(2001)
(1999) (Recife (D. Juana
2007)
2007)
Total Papel
28,0
19,0
10,3
21,0
9,9
12,2
8,9
Total
metales
Total
Plástico
Total
Vidrios
7,4
8,0
5,4
4,0
7,1
0,9
1,1
14,9
7,0
7,9
11,0
7,3
19,4
19,8
6,3
4,0
4,0
7,0
6,8
1,0
1,7
3
Barlaz M. A. (2006) “Forest products decomposition in municipal solid waste landfill” Waste Management
26(4)- P321-333
13
Basura de
Comida
Abono
15,8
N/A
N/A
N/A
38,1
N/A
N/A
N/A
41,0
26,0
44,0
N/A
N/A
N/A
M.O
7,5
N/A
N/A
N/A
17,8
46,3
61,6
Textiles
8,5
2,0
3,5
5,0
3,1
4,4
Madera
7,4
6,0
3,3
6,4
2,4
1,0
Otros
4,2
13,0
39,6
6,6
11,3
1,5
8,0
Con base en los porcentajes mostrados en la tabla anterior, podemos apreciar que en
los países más industrializados el porcentaje de residuos orgánicos es menor con
respecto a los países llamados tercermundistas. Este hecho puede apreciarse de
manera directa si confrontamos Colombia y Estados Unidos donde el porcentaje de
residuos orgánicos oscila entre el 90% y 65% respectivamente. He aquí donde nos
preguntamos ¿La composición de nuestros residuos solo depende de nuestro nivel de
vida?, o en cambio, ¿existen agentes externos que modifican esta composición como lo
pueden ser la facilidad de acceso a los recursos, tanto desde el punto de vista socioeconómico, ¿o también ejerce una gran influencia factores como el clima?.
100%
80%
60%
40%
20%
0%
U.S
U.K
Alemania
España
Organico
Australia
Inorganico
Brasil
Colombia
(Doña
Juana)
Colombia
(Pradera)
Preguntas como las anteriores son la base para entender los problemas que se
presentan en un relleno sanitario a raíz de la composición de los residuos. Dichas
preguntas han sido tratadas de responder por varios autores. (Gidarakos & Havas) 4
trataron de correlacionar los rellenos sanitarios en la ciudad de Creta (Grecia) con la
temporada de turismo, concluyendo que en las dichas temporadas se presentaban
4
E. Gidarakos *, G. Havas, P. Ntzamilis, (2005)“Municipal solid waste composition determination supporting
theintegrated solid waste management system in the island of Crete” Waste Management
14
unos picos anómalos en las clasificaciones, las cuales podrían influir de manera
negativa en el relleno.
Según Yinghui Zeng 5 es difícil hacer una correlación acertada sobre los
comportamientos de un relleno sanitario debido a que muchos de estos presentan
metodologías distintas con respecto a la clasificación de los componentes de los
residuos sólidos.
Una vez abordado el tema de la clasificación de los residuos sólidos urbanos, es
necesario mencionar los problemas que de manera directa están relacionados al tipo
de basura. A continuación se describen algunos de los problemas asociados a la
composición del relleno
 Generación de gas metano y otros gases.
 Producción de ácidos orgánicos que pueden movilizar metales, incrementando
la toxicidad del lixiviado.
 Problemas de inestabilidad en el relleno y daño en estructuras, los casos más
representativos son la descomposición orgánica y la ocurrencia de
asentamientos en el terreno.
 Gran producción de lixiviado a causa del alto contenido de humedad de los
residuos asociados a los residuos de tipo orgánico.
Como solución de estos problemas se han planteado varias metodologías en el manejo
de los residuos sólidos urbanos, donde el proceso más efectivo ha sido la
implementación del reciclaje, el cual reduce la generación de gases dentro del relleno.
Sin embargo, la aceptación de esta metodología no ha sido acogida por todas la
poblaciones mundiales.
A continuación veremos casos puntuales para Colombia, de los cuales se seleccionaran
las principales ciudades del país y se hará una breve descripción de su problemática 6.
5
Yinghui Zeng, (2005) “Characterization of solid waste disposed at Columbia Sanitary Landfill in Missouri”;
Waste Management & Research Journal (ICE)
6
Noguera, K. M. & J. T. Olivero: Los rellenos sanitarios en Latinoamérica: caso Colombiano.Rev. Acad.
Colombia. Cienc. 34 (132): 347-356, 2010. ISSN 0370-3908.
15
Cundinamarca-Bogotá
El Distrito Capital de Colombia (Población: 6.778.691 habs.)Cuenta con el relleno
sanitario de Doña Juana, en el cual se disponen los residuos de 6 municipios con un
promedio de5.891,8 ton/día, y de las cuales Bogotá aporta 5880 ton/día (SSPD, 2008
a). El relleno está ubicado en la vía a Usme, en el suroriente de Bogotá (4°29´50.59´´ N
y 74°08´43.28´´ O) ver Figura 4, y cuenta con un área de 472 ha, de las cuales 219
están destinadas para el depósito de las basuras y capacidad para recibir desechos
hasta el año 2012 (RGS, 2007).
Figura 4 Relleno sanitario Doña Juana; Tomado de Google Earth
Este relleno lleva más de 20 años de operación continua, y su historia ha estado
marcada por su mal funcionamiento. En la actualidad presenta problemas diversos,
tales como la proliferación de malos olores, vectores como moscas y roedores, debido
a la exposición de basuras que no son cubiertas a tiempo, volúmenes de lixiviados
superiores a la capacidad de la planta de tratamiento de los mismos (Personería de
Bogotá, 2006), e inclusive deslizamiento de los desechos depositados, además de
hundimiento y agrietamiento del dique (Procuraduría general de La Nación, 2009). A
causa de estos problemas, las comunidades aledañas se han visto afectadas,
reportando tierras menos fértiles e infección del ganado.
16
Antioquia- Medellín
La ciudad de Medellín (Población: 2.219.861 habs.3), una de las tres ciudades más
importantes de Colombia, dispone sus residuos sólidos en el relleno sanitario “Parque
Ambiental La Pradera”, el cual es de tipo regional en donde un total de 22 municipios
disponen sus residuos. El relleno se encuentra ubicado en un área de 354 hectáreas
(EEVVM, 2009) en el municipio de Don Matías, a 57 km de la ciudad de Medellín ver
Figura 5, y recibe 2.787 ton/día, de las cuales Medellín genera aproximadamente
1.795 ton/día de residuos sólidos.
Figura 5 Relleno sanitario “Parque ambiental la Pradera”; Tomado de Google Earth.
Este relleno sanitario presenta múltiples problemas de impacto ambiental, entre ellos
la no existencia de un sistema de tratamiento para los lixiviados. En la actualidad
cuenta con una laguna de estabilización como sistema de pre-tratamiento, el cual
viene funcionando desde el año 2003. Los vertimientos tienen caudales muy grandes,
causando contaminación de recursos hídricos cercanos como el Río Porce y las
quebradas afluentes La Música, La Jagua y La Piñuela, pues en su composición se
encuentran materiales persistentes y sustancias toxicas (Corantioquia, 2006),el
relleno genera olores ofensivos y es frecuente la presencia de vectores por ausencia
de cobertura diaria de residuos sólidos en los vasos de La Carrilera y La Música,
17
sumado a la ausencia de barreras vivas (Corantioquia, 2006) 7.También se han
presentado afectaciones de tipo abiótico por la falta de desarrollo de medidas
compensatorias en materia forestal, pues la capacidad de erodabilidad de los suelos
ha incrementado con la consecuente reducción de hábitats.
Valle del Cauca –Cali
El municipio de Santiago de Cali (Población: 2.075.380habs) dispone sus residuos en
el Relleno Sanitario de Yotoco Colomba- El Guabal, el cual inició operaciones el 25 de
junio de 2008 reemplazando el antiguo botadero de Navarro (SSPD, 2009). El
proyecto posee un área de 363 ha. Está localizado en el área rural del municipio de
Yotoco a 32,5 Km de la glorieta de Sameco. El relleno actualmente recibe 1800ton/día
de residuos provenientes de los municipios de Candelaria,Jamundí, Caloto, Villarica,
Yumbo y Cali (EMSIRVA,2008). A mayo de 2009 no contaba con planta de tratamiento
de lixiviados y presentaba olores desagradables por el inadecuado manejo de los
gases en el relleno (CVC, 2009).
Atlántico – Barranquilla
La capital del Departamento del Atlántico (población:1.112.889 habs.) dispone sus
basuras en el relleno sanitario Los Pocitos, el cual entró en funcionamiento en marzo
del2009, reemplazando al antiguo relleno sanitario de Henequén. El relleno está
ubicado a 12 kilómetros al norte de la ciudad de Barranquilla en el Municipio de
Galapa, por la vía que conduce al corregimiento de Juan Mina, y tiene una extensión de
135 ha (Minambiente, 2009). En promedio son depositadas 1600 ton/día de residuos
sólidos provenientes de los municipios de Barranquilla, Soledad, Galapa y Puerto
Colombia, y cuenta con una vida útil de 32años (Presidencia de la República, 2008 a).
Aunque entró en funcionamiento recientemente, en la actualidad presenta fallas que
impactan el medio ambiente. A junio de 2010se encontraba operando sin planta para
el tratamiento de lixiviados, generando malos olores, vertimiento de basuras en las
vías por sobre carga de carros colectores y destrucción de las vías terrestres aledañas
al relleno (Gobernación del Atlántico, 2005).
Bolívar – Cartagena
A partir de enero de 2006, la disposición final de los residuos ordinarios en la ciudad
de Cartagena (Población: 895.400 habs.) es realizada en el relleno sanitario
7
Corantioquia. 2006. Formulación del plan de gestión integral deresiduos sólidos regional del Valle de Aburrá
– PGIRS regional”marzo 2006. Universidad de Antioquia. Convenio No. 325 de2004 pág. 106.
18
denominado “Parque Ambiental Loma de los Cocos” (SSPD, 2008b). Este relleno cuya
vida útil ha sido considerada hasta el1 de febrero de 2025, solo recibe los desechos de
esta ciudad, los cuales suman 750 ton/día de residuos sólidos (SSPD, 2008 a). El
relleno cuenta con un área total de 64 ha y se localiza en el sector rural del
corregimiento de Pasacaballos, 14 km al sureste de Cartagena (SCSEnginners, 2007),
con coordenadas 10°16´20.08´´ N y75°29´30.75´´ O, ver Figura 6.
Figura 6 Relleno sanitario Loma de los cocos; Tomado de Google Earth
De acuerdo con el criterio de la Dirección Técnica General de Aseo SSPD (2008), la
operación en el relleno es aceptable, debido a que maneja cobertura diaria, posee un
frente de descargue de residuos definido, cuenta con suficientes chimeneas fácilmente
identificables y los vectores están controlados, además el flujo vehicular es bajo
(SSPD,2008 b). Sin embargo, la empresa presenta deficiencias operativas, las cuales
básicamente están relacionadas con la conformación y mantenimiento de las vías, la
falta de cunetas continúas tanto en la vía externa así como en las vías internas, la
adecuación de los canales perimetrales de las zonas terminadas y en operación y
finalmente con los canales de conducción de lixiviados (SSPD, 2008 b).
Santander – Bucaramanga
19
Bucaramanga (Población: 509.918), capital de Santander dispone sus residuos en el
relleno sanitario El Carrasco que recibe cerca de 734,3 ton/día de residuos
provenientes de 11 municipios. La producción de Bucaramanga es de
aproximadamente 562 Ton/día de residuos sólidos, es decir el 76,5% de los residuos
recibidos en el sitio (SSPD, 2008 a). El relleno dispone de un área de 92 ha (Hermelin,
2007) y está ubicado en la parte suroccidental de la ciudad de Bucaramanga, en una
depresión o cañada natural dentro de los depósitos aluviales de la terraza de
Bucaramanga (EMAB, 2009) (7°04´39.82´´ N y 73°06´45.49´´ O) ver Figura 7
Figura 7 Relleno sanitario El Carrasco; Tomado de Google Earth
La vida útil del relleno sanitario El Carrasco culminó en2007 (SSPD, 2008a); sin
embargo, se encuentra en operación gracias a una celda transitoria que funcionará
hasta finales de 2011, de acuerdo con la disposición del MAVDT (Ministerio de
Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial) que mediante la resolución 1529 de 2010
modificó los plazos de cierre para las celdas transitorias en los diferentes municipios,
que cumplan con los requisitos mencionados en dicha resolución (Minambiente,
2010).
El relleno sanitario el Carrasco a lo largo de diferentes auditorías realizadas por la
contraloría municipal ha presentado diversos problemas, la empresa encargada no
cumple con la cobertura diaria apropiada y acorde con el manual de operaciones, los
20
desechos depositados diariamente no alcanzan la densidad de compactación
planteada dentro del diseño del relleno, incumpliendo con el programa de operación
en la celda diaria, disminuyendo de esta forma la capacidad operativa del relleno
sanitario y evitando que su vida se prolongue (Contraloría de Bucaramanga, 2008).
Tolima – Ibagué
La ciudad de Ibagué (Población: 495.246 habs), capital del departamento cuenta con
el único relleno sanitario del departamento, El Parque Industrial de Residuos Sólidos
La Miel que atiende solamente al municipio de Ibagué, en promedio se dispone 355,9
Ton/día de residuos sólidos, y cuenta con una vida útil de disposición hasta el 26 de
marzo del2020 (SSPD, 2008a). El relleno está ubicado en la vereda Buenos Aires,
aproximadamente a 5 km del municipio de Ibagué (5000´31.46´´ N y 74054´12.05´´ O)
ver Figura 8.
Figura 8 Relleno sanitario La Miel; Tomado de Google Earth
En la actualidad son pocos informes los que se tienen sobre el funcionamiento de este
relleno por parte de los organismos ambientales, la contraloría de Ibagué emitió un
reporte años atrás donde evidencio algunos problemas entre ellos la no existencia de
estudios que permitan evaluar la situación actual de la disposición final de los
21
residuos, los impactos generados, el Plan de Monitoreo y seguimiento y los Planes de
Mitigación.
En síntesis, es claro que la mayoría de los rellenos sanitarios de las principales
ciudades de Colombia, presentan problemas debido a su mal funcionamiento, el más
común es la proliferación de olores desagradables y en muchos casos tóxicos, tales
como ésteres, sulfuro de hidrógeno y otros hidrocarburos; los cuales pueden generar
diversos efectos sobre la salud humana, incluyendo obstrucción de las vías
respiratorias, conjuntivitis, irritación de las mucosas, tos, alteraciones en el ritmo
cardiaco, exacerbaciones de enfermedades cardiovasculares, y dañosa nivel del
sistema nervioso central, entre otros(Méndez et al., 2006) 8. Además de olores,
también se ha reportado la presencia de insectos, roedores y gallinazos, resultado de
la exposición de las basuras que no poseen la cobertura correcta o no presenta
cobertura; falta de gestión de programas en materia forestal como barreras vivas;
problemas en el tratamiento de los lixiviados o ausencia del mismo, así como
inconvenientes en las vías periféricas al rellenos, entre otros. Todos estos procesos,
los cuales a su vez por lo general constituyen incumplimientos en los planes de
manejo de los rellenos, afectan el medio ambiente y al entorno, haciendo necesaria la
urgente coordinación en el trabajo que realizan los operadores de los rellenos, las
administraciones municipales y el gobierno en general.
8
Mendez, F., Gómez, O., Girón, S., Mateus, J., Mosquera, J.,Filigrana, P., Gómez, R., Ocampo, C., Gulloso, L.
2006.Evaluación del impacto del relleno sanitario Doña Juana en la salud de grupos poblacionales en su área
de influencia. http://www.cerrarelbotadero.org/inicio/archivos/Estudio EpidemiologicoRSDJ.pdf. Noviembre
5 de 2010.
22
LIXIVIADOS
La disposición final de los residuos sólidos es, hoy en día, uno de los problemas más
importantes que afectan a las sociedades del mundo en términos ambientales. En la
gran mayoría de las grandes ciudades el acelerado crecimiento demográfico ocasiona
un incremento en la demanda de servicios de limpieza, así como la generación de
elevadas cantidades de residuos sólidos, para este se destinan lugares de disposición
denominados rellenos sanitarios.
Sin embargo frecuentemente se presentan algunos problemas a causa de la
degradación de la materia orgánica presente en los residuos sólidos, originados por la
generación de gases que son formados a partir de la descomposición de los ácidos
orgánicos y líquidos con altas concentraciones de ácidos orgánicos y materia disuelta
en forma de sólidos (lixiviados).
Los lixiviados son líquidos que se generan por la liberación del exceso de agua de los
residuos sólidos y por la percolación de agua pluvial a través de los estratos de
residuos sólidos que se encuentran en las fases de composición. El lixiviado es
considerado como el principal y gran contaminante generado en un relleno. La
composición de los lixiviados varía mucho de acuerdo con el tipo de residuos, las
precipitaciones en el área, las velocidades de descomposición química y otras
condiciones del lugar, pero todos coinciden en poseer una alta carga orgánica. 9
Los mecanismos de formación de lixiviados como ya se mencionó, los lixiviados son
producidos cuando la humedad entra en contacto con los residuos sólidos,
disolviendo los contaminantes en la fase líquida. Las fuentes de entrada de humedad
al sitio de disposición final son:









Precipitación pluvial
Evapotranspiración
Forma de operación del relleno
Existencia y tipo de cobertura sobre los residuos
Pendiente superficial del material de cobertura
Degradación de la materia orgánica contenida en los residuos
Existencia y tipo de barreras entre los residuos y el agua en zonas húmedas
o pantanosas
Espesor de los residuos depositados
Capacidad de campo de los residuos
9
Cruz R., Orta M., Sánchez J. y Rojas M., 2001, “Estimación de la generación de lixiviados en rellenos
sanitarios mediante un balance de agua en serie”, Memorias del AMCRESPAC, Querétaro, México.
23


Reacciones físico-químicas y biológicas
Cantidad de materia biodegradable
FACTORES CLIMÁTICOS E HIDROGEOLÓGICOS
La lluvia es el factor más importante en la formación de lixiviados, la migración de
contaminantes hacia el relleno sanitario y el gran contribuyente humedad para la
producción de gas metano debido a la actividad biológica, aunque los residuos
presentes en el relleno también aportan humedad, el mayor precursor para la
formación de lixiviados es la infiltración del agua lluvia; el impacto del clima en la
calidad y cantidad de lixiviados ha sido ampliamente estudiado, en climas húmedos y
calientes la producción de lixiviado puede ser máxima comparada con un clima
caluroso y árido, altos niveles de lluvias y suelos porosos pueden llegar a generan una
gran cantidad de lixiviado, aunque la concentración de contaminantes pueden ser
menores que en áreas de poca precipitación.
Figura 9 Balance Hídrico de un relleno sanitario
De acuerdo con el balance hídrico encontramos que:
Donde,
L= Caudal de lixiviados
ET= Evapotranspiración
P= Precipitación media anual
ΔUs= Cambio de humedad del suelo
R= Escorrentía
ΔUw= Cambio de humedad de los
residuos
24
Aunque los ambientes hidrogeológicos de dos sanitarios cualesquiera sean similares ,
cada relleno exhibirá factores únicos, la cual influenciara de manera directa la
cantidad y cantidad de lixiviado, factores determinantes en la formación de lixiviado ,
así como de sus características propias del relleno serán : el tamaño de las partículas y
el tipo de suelo, material de recubrimiento, grado de compactación 10, obviamente,
materiales con texturas finas permitirán relativamente bajas tasas de lixiviado o
movimiento de gas.
La degradación de los residuos para la producción de lixiviados ocurre en dos etapas
biológicas: aeróbica y anaeróbica.
El lixiviado producido durante la fase aeróbica es formado por la humedad de la
basura durante la compactación y construcción de celdas, está constituido
principalmente por partículas, sales disueltas inicialmente presentes en el relleno y la
presencia de cantidades relativamente pequeñas de especies orgánicas.
Durante la degradación anaerobia inicial, prevalece la fermentación ácida,
obteniéndose un lixiviado de bajo pH (debido a la producción de ácidos grasos
volátiles y la alta presión parcial de (CO 2 ), alta concentración de ácidos volátiles y
considerables concentraciones de iones inorgánicos que son resultado de la
solubilización de materiales disponibles en la basura.
Existen varios antecedentes de tratamiento aerobio y anaerobio de lixiviados, que van
desde experiencias a escala laboratorio hasta experiencias a escala real. El tipo de
tratamiento aerobio más extendido es Lodos Activados o Lagunas Aireadas. Otro
Sistema Aerobio utilizado para el tratamiento de los lixiviados es el Reactor de
Biodiscos.
La composición química de los lixiviados variará mucho según la antigüedad del
relleno sanitario y la historia previa al momento del muestreo. Por ejemplo, si se
recoge una muestra de los lixiviados durante la fase acida de la descomposición, el pH
será bajo y las concentraciones de nutrientes y metales pesados serán altos. Por otro
lado si se recoge una muestra durante la fase de fermentación del metano el pH estará
en el rango de 6.5 a 7.5 y los valores de concentración de los nutrientes serán
significativamente más bajos.
10
Hughes, G. M., R. N. Farvolden, 1971, “Summary of findings of solid waste disposal sites in northeastern
Illinois”, Illinois state geological survey environmental geology note, pp 26-42
25
PROBLEMAS ASOCIADOS A LA GENERACIÓN DE LIXIVIADOS
Uno de los principales problemas en los rellenos sanitarios es la descarga de
lixiviados. El movimiento que realiza el lixiviado en los límites del terreno en el nivel
freático o en las fuentes de aguas superficiales, causa considerables problemas de
contaminación.
Figura 10 Esquema contaminación de acuíferos por lixiviado, Tomado de Econotochile.org
Un aspecto previsor de contaminación por lixiviados es la prevención de su
producción. Aunque es la calidad del lixiviado la que causa la contaminación, su
cantidad es más controlable. Lo deseable es la no existencia de este, pero en la
practica el agua emigra del relleno sanitario y se forma algo de lixiviado incluso en
lugares cuidadosamente elegidos, por lo que las medidas de control y previsión deben
ser efectuadas antes y durante el vertido, adicional a lo anterior se presentan
problema de estabilidad en los casos en que no es posible evacuar el volumen de
lixiviado, ya que este ejerce una cabeza hidráulica generando presiones de poros e
inestabilizando la masa de residuos, por otro lado tenemos el problema de los malos
olores y la generación de gases.
RECIRCULACIÓN DE LIXIVIADO
La recirculación de los lixiviados se ha propuesto desde hace varios años como una
alternativa para su tratamiento.
26
Recientemente se conoce su uso aplicado a la tecnología del relleno biorreactor, que
en la actualidad se está estudiando en detalle en los Estados Unidos con apoyo de la
EPA (Environmental Protection Agency) para clarificar varias preguntas que aún
persisten sobre el proceso. Se pretende utilizar el relleno sanitario como un gran
reactor anaerobio de tal manera que dentro del mismo relleno se logre la conversión a
metano de los ácidos grasos que están presentes en el lixiviado. Al recircular los
lixiviados se logra un aumento en la humedad de los residuos dispuestos, que a su vez
genera un aumento de la tasa de producción de gas metano en el relleno. Una vez los
ácidos grasos han sido metanizados, el pH del lixiviado aumenta, y al aumentar el pH
la solubilidad de los metales disminuye de tal forma que se logra una disminución de
los metales en solución que son transportados por el lixiviado. De esta manera se
logra una reducción significativa tanto de la DBO como de los metales que finalmente
arrastra el lixiviado. Usualmente se considera que el nivel de tratamiento alcanzado es
el de pre-tratamiento, siendo necesario algún tipo de tratamiento posterior que
dependerá de los requisitos de los permisos de vertimiento en cada caso.
Figura 11 Esquema convencional relleno Biorreactor
A la recirculación del lixiviado con frecuencia se le agregan otros beneficios
adicionales a su efecto en el pre-tratamiento de los lixiviados como son:
 Aumento en las tasas de producción de biogás en el relleno sanitario.
27
 Aumento de las tasas de estabilización y asentamientos en el relleno. Esta
última a su vez genera ventajas como son el aumento de la capacidad del
relleno por la ganancia asociada de volumen, y la disminución en las
actividades de post-clausura del relleno.
 En el caso de los residuos sólidos municipales de los países en desarrollo, en
donde la humedad intrínseca de los residuos es superior a la de los países
desarrollados, usualmente las tasas de producción de gas son superiores a las
que se reportan en los rellenos sanitarios de países desarrollados. Dentro de
esta lógica, es de esperarse que los beneficios adicionales de la recirculación en
los rellenos sanitarios no sean tan notorios en países en vías de desarrollo
como si lo son en los países desarrollados en donde las tasas de producción de
gas se ven severamente limitadas por la humedad.
Adicionalmente, por el aumento de la humedad y la tasa de generación de gas, la
recirculación de los lixiviados en el relleno sanitario puede generar aumentos
significativos de las presiones internas de los fluidos, gases y líquidos, que
comprometan la estabilidad estructural de los taludes.
Este efecto puede ser más notorio en los residuos húmedos de países en desarrollo
que en los secos de los países desarrollados. Los efectos de la humedad en las
conductividades hidráulicas de los gases y los líquidos en un medio no saturado como
un relleno sanitario, obedecen a relaciones altamente no lineales, en donde pequeñas
variaciones de la humedad pueden generar grandes variaciones en la conductividad.
Es necesario mirar con cuidado los aspectos de seguridad geotécnica en los rellenos
sanitarios cuando se considere el uso de la recirculación de los lixiviados como un
método de pre-tratamiento. Esto implica cuidados especiales en términos de la
instrumentación geotécnica del relleno, y en los sistemas de drenaje y evacuación de
líquidos y gases. Con frecuencia esta instrumentación adicional, al igual que los
requisitos adicionales de drenaje tanto de lixiviados como de gases aumentan
significativamente el costo de los sistemas. 11
11
GIRALDO, Eugenio. Tratamiento de lixiviados de rellenos sanitarios.2002
28
LIXIVIADOS: CASO COLOMBIANO
Una vez descritos los factores que influyen en la generación y características de los
lixiviados, podemos enfocarnos ahora sí en Colombia donde alrededor de 12.500
toneladas de residuos, 43% del total producido en Colombia, no tienen una
disposición final adecuada (Suárez, 2005) cifra que es alarmante, de lo cual se hace
necesario estudiar medidas que minimicen la contaminación generada por lixiviados;
la universidad de los Andes ha venido adelantando investigaciones tratando de
comparar los tratamientos convencionales tales como lagunas aerobias y anaerobias y
el tratamiento por medio de humedales artificiales, con el fin de plantear la mejor
opción de tratamiento de lixiviados para el caso colombiano 12.
Asociados a problemas de lixiviados tenemos el deslizamiento ocurrido en el relleno
sanitario doña Juana, al cual se le atribuye un mal manejo de obras de drenaje en los
lixiviados, este relleno cuenta con un sistema de recirculación de lixiviado, motivo que
a dado controversia debido a que asocian el deslizamiento ocurrido a este sistema de
drenaje de lixiviado.
A pesar de los avances en investigación se ve la necesidad de seguir en el proceso con
el fin de lograr una comparación más acertada, es necesario desarrollar un modelo
experimental de los sistemas de tratamiento, utilizando muestras de lixiviados de
rellenos sanitarios municipales. De esta forma se tendría conocimiento y certeza del
funcionamiento de humedales artificiales para tratar lixiviados, y se aportarían
nuevas fuentes de información para este tema de poco desarrollo en la literatura
científica.
En la literatura no hay registros de que estos tratamientos se hayan implementado en
países de Latinoamérica. Esto contribuye a estimular la investigación en este campo y
ya que es una alternativa sencilla de desarrollar, se puede pensar en la idea de
implementarla en países como Colombia. Por esto, es importante realizar pruebas
piloto e investigaciones experimentales de humedales artificiales para tratar
lixiviados, y determinar las características de vegetación, suelo y microorganismos,
que se deben emplear para lograr las remociones requeridas, además de establecer,
unas condiciones de diseño óptimas para su posterior construcción en un relleno
sanitario.
12
Peña, Gina; Comparación del tratamiento de lixiviados por medio de humedales artificiales con otros
sistemas convencionales de tratamiento, Coloquios Ambientales,2007
29
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA DE LOS
RELLENOS SANITARIOS
La conductividad hidráulica de un relleno sanitario debe ser estimada para el diseño
del sistema de drenajes de este; de acuerdo con U.S Environmental Regulation, la
cabeza hidráulica de lixiviado sobre el revestimiento no debe exceder los 0.3 m. por lo
tanto, un sistema de recolección y evacuación debe ser diseñado para remover el
lixiviado acumulado sobre el revestimiento inferior. Este sistema de revestimiento
consiste en una capa de material granular o su equivalente, una capa de geosintetico y
una red de drenajes adicionales como tuberías, sumideros y bombas. Los análisis
hidráulicos del revestimiento son realizados por el fabricante, sin embargo, el
parámetro de entrada es la permeabilidad del terreno. En Rellenos con Biorreactores,
donde el lixiviado y otros líquidos son recirculados para incrementar la humedad de
los residuos y la degradación, la conductividad hidráulica es supremamente
importante, ya que este dicta el flujo y la distribución de lixiviado infiltrado en los
residuos. La conductividad hidráulica de los RSU varia significativamente
dependiendo de la composición de los residuos, grado de compactación, y la presión
de carga, adicionalmente la conductividad hidráulica del relleno varia espacialmente y
con dependencia del tiempo a medida que se extiende la degradación de los residuos,
resultando en un cambio significativo en la composición y distribución de tamaños de
los componentes de los residuos. En general, la conductividad hidráulica de cualquier
medio poroso es primordialmente una función de la interconexión entre los vacíos. En
el caso de suelos, se han encontrado correlaciones entre la conductividad hidráulica y
la relaciones de vacíos, sin embargo, la masa solida de los residuos de un relleno
sanitario es función del tiempo y por lo tanto la relación de vacíos no podría ser el
mejor parámetro que explique la relación espacial en los rellenos sanitarios; en
muchos casos, el peso unitario seco ha sido preferido por encima de la relación de
vacíos para los rellenos sanitarios 13, sin embargo, el peso unitario seco no es solo
13
Hettiarachchi, C. H. (2005). “Mechanics of Biocell landfill settlements.” Ph.D. dissertation, New Jersey
Institute Technology.
30
función de la relación espacial de vacíos, este también depende de la gravedad
especifica de los sólidos. Se debe prestar atención a este hecho antes de comparar los
valores de conductividad hidráulica reportado en diferentes unidades de peso seco, el
peso específico de los RSU pueden variar ampliamente.
FACTORES QUE AFECTAN LA PERMEABILIDAD HIDRÁULICA
BASE TEÓRICA
El caudal de un líquido a través de una barrera capilar, de acuerdo con la ecuación de
Hagen-Poiseuille es proporcional a la cuarta potencia del diámetro capilar, otros
factores que intervienen son el gradiente de presión que constituye la fuerza motriz
del flujo y su viscosidad dinámica. En el caso de materiales porosos, caracterizados
por su estructura compleja, el caudal es descrito por la ecuación de Darcy, el cual
manifiesta que el caudal es proporcional al gradiente de presión y la permeabilidad
hidráulica k, la cual es característica propia de los materiales.
La conductividad hidráulica k está ligada al suelo y a la dinámica del fluido de acuerdo
por la ecuación de Kozeny-Carman (Michel &Soga, 2005) 14:
Donde:
k: Conductividad Hidráulica
g: Aceleración de la gravedad
ρ: Densidad masa-fluido
μ: Viscosidad del fluido
T: Tortuosidad
Kn: Factor del tamaño del poro
So: Frente húmedo por unidad de volumen
e: Relación de vacios
S: Grado de saturación del suelo
14
Mitchell, J.K., Soga, K., (2005). Fundamentals of Soil Behavior, 3rd Edition. John Wiley &Sons, Hoboken.
31
COMPACTACION
La pregunta clave para constructores y operadores de los rellenos sanitarios es la
forma de reducir los efectos negativos de la masa de residuos, como deslizamientos de
tierra, infiltración de lixiviados al agua y al suelo, los olores, la lluvia y la erosión del
viento sobre el medio ambiente circundante. Un adecuado sistema de aislamiento
para la masa de residuos puede ser lograda mediante la construcción de la parte
inferior y superior de revestimientos para así limitar la salida de lixiviados y la
infiltración de agua (por ejemplo, Bagchi, 2004;Horn &Stępniewski, 2004; Tatsi y
Zouboulis 2002;. Wysocka et al, 2007 15) al mismo tiempo que permite la emisión de
gases y el flujo de oxígeno en la parte superior del relleno. De acuerdo con reportes de
la literatura y práctica de la ingeniería dos enfoques diferentes de la construcción de
revestimientos se pueden observar: aplicación de las membranas de polímero y el uso
de materiales minerales con frecuencia locales que contienen cantidades significativas
de arcilla (Bagchi, 2004). Ambos métodos tienen sus ventajas y sus limitantes, pero en
algunos casos, especialmente en los países en desarrollo de aplicaciones de arcillominerales, a pesar del riesgo de agrietamiento, a veces con el apoyo de simples
membranas han tenido gran acogida por las autoridades locales (por ejemplo, Ahmed,
200816; Gunarathna et al, 2007).Estos intentos se observaron por ejemplo, no sólo
en Asia sino también en Europa.
15
Wysocka, A., Stępniewski, W. & Horn, R., (2007). Swelling-shrinkage properties andhydraulic conductivity
of a compacted coal mine tailing rock likely to be used forlandfill capping. Int. Agrophysics 21. 405-408
16
Gunarathna, H.A.Y.R., Kapukotuwa, A.S.B., Karunarathna, A.K. & Basnayake, B.F.A. (2007).Construction and
Evaluation of a Low Cost, Waste Polyethylene Based Liner forSmall Landfills. Proceedings of the International
Conference on Sustainable SolidWaste Management, Chennai, India. pp.226-233
32
Figura 12 Compactador de Basura para rellenos sanitarios
La permeabilidad hidráulica de los suelos naturales es a menudo más altos que los
valores requeridos descrito por normas nacionales e internacionales para la
construcción de filtros de fondo (en la mayoría de los países, que se han mencionado
anteriormente el mínimo requerido para la conductividad saturada del revestimiento
inferior debe ser no más de 1.10-9m/s) y no aptos incluso para los mejores
construcciones de sellado. Como consecuencia métodos de compactación mecánica se
puede utilizar para disminuir la conductividad hidráulica. Sin embargo, como la
compactación mecánica causada por las cargas externas generan fuerzas estáticas y
dinámicas incrementando la densidad aparente, como consecuencia tenemos
disminución de la porosidad, así como cambios en las formas de los poros y tamaño de
partículas, pero este reduce la resistencia del sistema a causa de que se genera una
presión de poros positiva debido a la dinámica del remoldeo del material.(Por
ejemplo, Flores y Lal, 1998; Radford et al, 2000; Horn, 2004; Yavuzcan et al, 2005;
Zhang et al, 2006).
33
LIXIVIADOS
Los lixiviados de un relleno sanitario son generados durante la infiltración en la
superficie de agua a través del cuerpo de los residuos, comúnmente considerado como
uno de los más peligrosos tipos de aguas residuales, que influyen de manera
significativa en las condiciones ambientales, con alto contenido de concentraciones de
amonio, sales, materia orgánica, etc. (DiIaconi et al., 2010 17). El volumen de lixiviados
y su composición depende de la cantidad de agua que se infiltra a la masa de residuos,
y en las reacciones químicas que tienen lugar entre las fases sólida y líquida disolución, intercambio iónico y procesos bioquímicos(Francisca y Glatstein, 2010).
La migración de lixiviados generados en el interior de la masa de residuos de los
rellenos sanitarios, del suelo a las aguas subterráneas, se evita con la construcción de
revestimientos de fondo basado en materiales porosos de baja permeabilidad. Como
ya se mencionó, los revestimientos de fondo por lo general tienen múltiples capas y se
componen de arcilla natural, compactados o mezclas de suelos arcillosos, filtros
granulares y geosinteticos.
A continuación se presentara una tabla resumen con referencia de varios autores a
cerca del efecto de los lixiviados en la conductividad hidráulica del relleno sanitario.
Tabla 3 Tabla resumen de los efectos de los lixiviados en la permeabilidad de materiales seleccionado
(recopilación de varios autores)
Material
Arcilla natural de un
relleno
Suelo Lateritico de la
india
Limo con 5 y 10% de
Bentonita
Dos Geosinteticos
Descripción en
cambios de
permeabilidad.
Poco incremento,
Duración: 3-4
Semanas
Incremento mayor al
50% con un 5-20%
lixiviado diluido.
Decremento,
Duración: 15 Meses.
Decremento.
Liquido de
referencia
Fuente
Agua
Ozcoban et al., 2006
Agua
Nayak et al., 2007
Agua Destilada
Francisca & Glatstein,
2010
Shan & Lai, 2002
Agua de grifo
Resumiendo podemos decir que las referencias citadas y lo mencionado
anteriormente demuestran diferentes efectos de los lixiviados en la conductividad
hidráulica de materiales de revestimiento de rellenos sanitarios (Tabla 3). Cabe
destacar que no hay datos relacionados con el tiempo de acción a largo plazo, el
17
Di Iaconi C., Pagano M, Ramadori R., & Lopez A. (2010). Nitrogen recovery from astabilized municipal
landfill leachate. Bioresource Technology 101, 1732–1736.
34
registro de tiempo que más se tiene es de 15 meses, (Francisca y Glatstein, 2010 18).
Hay que añadir que la conductividad hidráulica puede cambiar debido a la
modificación de la repelencia del agua del suelo por los lixiviados (cf. Hartman et al.,
201019).
PRUEBAS DE PERMEABILIDAD
Las pruebas de permeabilidad se clasifican como sigue:
Pruebas de campo
 Pozos de absorción.
 Pozos de filtración.
 Pozos en material homogéneo.
Pruebas de laboratorio
 Permeámetro de carga constante.
 Permeámetro de carga variable.
 Permeámetro de capilaridad horizontal.
DESCRIPCIÓN DE PRUEBAS EN EL CAMPO
Pozos de absorción




Se excavan pozos de 20 x 30 x 30 cm., en lugares representativos.
Estos pozos se espacian 50 m ó bien, se perforan cuatro en cada hectárea.
Se raspa el fondo y las paredes para eliminar superficies sucias o grasosas.
Cada pozo se llena con agua unas tres veces antes de tomar las lecturas, para
saturar el terreno circundante. Se puede dejar el agua de toda una noche, con
el mismo objeto, después de lo cual se vuelve a llenar con agua el pozo.
 Se determina el tiempo de infiltración como indicio de la permeabilidad. Esta
prueba es representativa de una capa de material de un metro.
18
Francisca, F.M. & Glatstein, D.A. (2010). Long term hydraulic conductivity of compactedsoils permeated
with landfill leachate. Applied Clay Science 49. 187–193
19
Hartmann ,P., Fleige, H., Horn, R. (2010). Water repellency of fly ash- enriched forest soilfrom eastern
Germany. Europ. J. Soil Sci. 61,107-1078.
35
 Si el descenso total del agua se realiza en menos de una hora, se puede decir
que el terreno es permeable e inadecuado. Si el agua tarda más de una hora en
infiltrarse totalmente, el terreno puede ser bueno.
 Un manto es prácticamente impermeable si el agua tarda más de 24 horas en
ser absorbida completamente.
 A partir del tiempo de infiltración se calcula el volumen de infiltración, en
m3/m2.
Pozos de filtración
Se excavan dos pozos a una distancia de un metro, se llenan de agua y así se mantienen con
una diferencia de nivel de un metro. La permeabilidad de este caso se calcula por medio de
redes de flujo.
Pozos en material homogéneo
Cuando el material es homogéneo, excavando tres pozos e instalando en uno de ellos un
equipo de bombeo, se va midiendo el abatimiento del nivel freático en los otros.
DESCRIPCIÓN DE PRUEBAS EN EL LABORATORIO
Permeámetro de carga constante
Se utiliza para suelos relativamente permeables como: grava, arenas y mezclas de
arena y grava cuyos coeficientes de permeabilidad varían de 10 -2 a 10-3cm/s.
Permeabilidad por capilaridad horizontal.
Se usa en materiales que tienen una permeabilidad comprendida entre 10 -1 y 10-5
cm/s. Es adecuada para ensayar con gran rapidez un buen número de muestras en el
campo.
Permeámetro de carga variable
Esta prueba se utiliza para determinar el coeficiente de permeabilidad de suelos
relativamente impermeables tales como: mezclas de arena, limos y arcillas, limos con
arcillas o arcillas simplemente. El coeficiente de permeabilidad de estos suelos varía
de 10-4 a 10-9cm/s.
Una vez descritos los diferentes ensayos de laboratorio y de campo para la
determinación del coeficiente de permeabilidad, a continuación se presentan valores
reportados en la literatura de la conductividad hidráulica de rellenos sanitarios
36
divididos en 2 clases: ensayos de laboratorio Tabla 4 y ensayos de campo Tabla 5,
algunos de ellos asociados al peso unitario.
Tabla 4 Variación de la conductividad hidráulica de un RSU basado en ensayos de laboratorio
Fuente
Peso Unitario (kN/m3)
Conductividad Hidráulica (cm/s)
8,6
5,0x 10-3- 3,0x 10-3
Blieker et al (1993)
5,9-11,8
1,6x 10-4- 1,0x 10-6
Brandl (1994)
9,0-17,0
2,0x 10-3- 3,0x 10-6
Beaven and Powrie (1995)
5,0-13,0
1,0x 10-2-1,0x10-5
Reddy et al. (2009)
3,9-5,5
1,0x10-8-1,0x10-4
3,8
1,5x 10-4- 3,4x 10-5
7,1
2,7x 10-6- 3,7x 10-8
Jang et al. (2002)
7,8-11,8
1,1x 10-3- 2,9x 10-4
Penmethsa (2007)
6,4-9,3
1,0x 10-2- 8,0x 10-4
Korfiatis et al. (1984)
Powrie & Beaven (1999)
Tabla 5 Variación de la conductividad hidráulica de un RSU basado en ensayos de campo
Fuente
Peso Unitario (kN/m3)
Conductividad Hidráulica (cm/s)
12,5-14,5
2,6x 10-2- 1,6x 10-2
10,0-12,9
1,3x 10-2- 1,1x 10-2
10,7-13,6
5,0x 10-3- 1,0x 10-3
10,5-13,1
1,3x 10-2- 1,1x 10-2
Alto grado de compactación
2,5x 10-6- 5,9x 10-7
Leve grado de compactación
2,5x 10-5- 2,0x 10-5
Ensayo de Bombeo
-----
1,0x 10-3
Cabeza Variable in-situ
-----
1,6x 10-4
infiltración de pozo
-----
1,3x 10-3
Shank (1993)
-----
9,8x 10-4- 6,7x 10-5
3-6m de profundidad
6,1x 10-5- 5,4x 10-6
Landva and Clark(1986)
Ettala(1987)
Oweis et al. (1990)
Jain et al. (2006)
37
6-12m de profundidad
2,3x 10-5- 5,6x 10-6
12-18m de profundidad
1,9x 10-5- 7,4x 10-6
Reddy et al. Investigó la variación de la conductividad hidráulica de los rellenos
sanitarios dependiendo de la edad de este, y encontró que esta disminuía con el
tiempo y asoció este decrecimiento al incremento de las partículas finas resultantes
del proceso de degradación del relleno. Adicional a este encontró una correlación para
cuantificar la permeabilidad del relleno basado en el peso específico seco.
A continuación se despliega la grafica resumen de los ensayos obtenidos.
Figura 13 Variación de la conductividad hidráulica de rellenos sanitarios con el peso
unitario seco en permeámetros de pared rígida y flexible.
38
Figura 14 Envolvente de la conductividad hidráulica de rellenos sanitarios basada en ensayos
de laboratorio (la edad de los rellenos se encuentra indicada en paréntesis).
Donde
γd = Peso específico seco.
γw = Peso específico del agua.
Una vez explicado, el estado del arte de la conductividad hidráulica de los residuos
sólidos en el mundo, vemos que Colombia carece de una amplia gama de ensayos,
discusiones y nuevos focos de investigación para poder ser mas certeros en la
interpretación de los resultados obtenidos, he aquí la necesidad de fomentar estudios
tales como: la variación de la permeabilidad debida a los cambios de biodegradación
en la masa de residuos, influencia de la temperatura en el comportamiento hidráulico
de los lixiviados, así como todo lo relacionado a la permeabilidad de la masa de
residuos en zonas donde la materia orgánica es preponderante sobre los demás
desechos.
39
ASENTAMIENTOS
La evaluación del asentamiento en rellenos sanitarios es un proceso complejo, debido
a la heterogeneidad de los residuos sólidos urbanos, variación de las propiedades con
el tiempo y la influencia de factores como la compresión mecánica por la carga
aplicada y el “creep”, y procesos físico-químicos y biológicos causados por la
descomposición de los residuos. Varios modelos empíricos de análisis para la
predicción de asentamientos han sido reportados en la literatura, las cuales requieren
la aplicación a un caso real para ser validados.
Muchas aproximaciones y modelos para la estimación de asentamientos en un relleno
sanitario han sido propuestos. Según Liu et al 20(2006), pueden ser divididos en las
siguientes categorías: (i) Modelos de consolidación, basados en la teoría de
consolidación de Terzaghi; (ii) Modelos geológicos; (iii) Modelos de biodegradación,
los cuales tienen en cuenta los procesos de descomposición de la materia orgánica; y
(iv) Modelos de regresión, los cuales utilizan funciones comunes como logaritmos,
hipérbolas, para simular el asentamiento del relleno. Es importante mencionar que la
mayoría de estos modelos solo analizan el estado de una sola condición.
Como lo mencionó Marques (2003), cada uno de estos enfoques nos lleva solo a uno
de los tres mecanismos importantes en la compresión de los rellenos sanitarios: (i)
Respuesta instantánea a la aplicación de la carga; (ii) Dependencias mecánica y
“creep” con respecto al tiempo, y (iii) Descomposición biológica de los residuos.
Ordoñez et. al(2007) 21 recopiló información existente del relleno sanitario La
Pradera(vaso la Carrilera), obtenida mediante registros de instrumentación ubicada
sobre la masa de residuos; los asentamientos registrados por los puntos de control
topográfico, fueron procesados y analizados para un periodo de 18 meses (mediados
de2004 – 31 de Diciembre de 2005), una vez procesada la información se procedió a
utilizar los modelos matemáticos empíricos de tipo hiperbólico, los cuales han tenido
gran aceptación en el medio, como conclusión de su investigación, encontró que la
composición de los desechos sólidos influye de manera directa en los asentamientos
que se producen en su interior; con respecto al modelo hiperbólico planteado se
20
Liu, C. N.; Chen, R. H.; Chen, K.S.(2006). “Unsatured consolidation theory for the prediction of long-term
municipal solid waste landfill settlement”. Waste Management & Research, volume. 24:1, pages 80-91
21
Ordoñez, C. Calibración de modelos geotécnicos para simular el comportamiento de los rellenos sanitarios
Curva de rodas y La Pradera mediante registros de instrumentación, Tesis de MSC, Universidad Nacional de
Colombia, 2007
40
concluyó que era aceptable y que era el mejor estimador de asentamientos para los
rellenos sanitarios colombianos.
Los modelos propuestos por Simoes & Campos (2002) y Marques (2003) incorporan
tres expresiones por separado que explícitamente toman en cuenta todos los tres
mecanismos de la compresión de rellenos sanitarios.
Recientemente, algunos modelos 2D han sido desarrollados para predecir los
asentamientos en rellenos sanitarios, como el HBM Model (McDougall, 2007) y el
modelos de Machado et al (2008).
El modelo propuesto por Simoes (2000) y Simoes & Campos (2002) implementa un
sistema acoplado entre la biodegradación y el comportamiento mecánico del relleno.
La componente referente al comportamiento mecánico abarca los asentamientos
inmediatos, en los cuales la carga aplicada genera reducciones en la macroporosidad
de la masa de residuos, lo cual también disminuye el drenaje de líquidos y gases, así
mismo un periodo de asentamientos a largo tiempo. La componente biológica es el
resultado del proceso de descomposición que ocurre dentro de la masa de residuos,
en el cual la constante transferencia de fase sólida a líquida, y principalmente a fase
gaseosa, causa una reducción en el volumen de la basura.
Simoes & Da Silva (2011) 22 proponen un modelo acoplado entre el comportamiento
mecánico de los residuos y la biodegradación de estos para la estimación de los
asentamientos, con la variante de poder calcularlos dependiendo del tiempo y de la
etapa de carga que se tenga. Adicionalmente, el modelo planteado tiene la ventaja de
poder analizar los cambios presentes en el peso específico del relleno dependiendo
del tiempo.
El modelo planteado por Simoes & da Silva se resume así:
Componente Mecánica
Compresión Primaria o instantánea
Dónde: ΔH1= Asentamiento de la capa de material de espesor Ho
Po= Esfuerzo inicial vertical total
22
Simoes, G.F.(2011) “Calibration of a coupled mechanical and biological model for landfill settlement
prediction based on field monitoring data”. Fourth International Workshop “Hydro-Physico.Mechanics of
Landfills”. Santander, España.
41
ΔP= Incremento en el esfuerzo total
CR= Coeficiente de compresión primaria
Compresión Viscosa
Dónde:
ΔH2= Asentamiento de la capa de material de espesor Ho debido al comportamiento
viscoso de la masa de residuos
t= Tiempo
ti= Tiempo transcurrido desde la disposición de la capa j
Cα= Coeficiente de compresión viscosa
Componente Biológica
La componente biológica, relacionada a la degradación de la fracción orgánica, se
expresa así:
Dónde:
ΔMijo= Potencial biodegradable de la fracción i en la capa j
to=
Tiempo transcurrido desde la disposición de la capa j
Kij=
Tasa de biodegradación de la fracción i en la capa j
Los resultados obtenidos fueron comparados con la instrumentación ubicada en el
relleno sanitario de Belo Horizonte (Brasil) y se obtuvieron los siguientes resultados
42
Figura 15 Comparación entre los asentamientos registrados y simulados en el relleno
sanitario de Belo Horizonte
Como se mencionó anteriormente, este modelo también predice la variación del peso
específico y espesor de las capas en función del tiempo, como se muestra en la Figura
16 y Figura 17.
43
Figura 16 Variación del espesor de las capas (Capas 1 a 13)
Figura 17 Variación del Peso específico de las capas con el tiempo(Capas 1 a 13)
Podemos observar que el peso específico incrementa debido al proceso constante de
compactación. Además vemos que dicho incremento es mayor conforme la
44
profundidad, en este caso el valor límite es de 13,4 kN/m 3, mientras que en superficie
el incremento es menor.
Modelos empíricos como funciones matemáticas o funciones de tipo logarítmico,
potencial e hiperbólico han sido planteados a lo largo de las investigaciones,
ajustándolos con la instrumentación en los rellenos. Sin embargo, muchos de estos
presentan limitaciones de uso; en algunos casos el método hiperbólico se ajusta bien,
conforme sea el volumen de datos que se tengan disponibles, una desventaja de este
método es que a diferencia del método planteado por Simoes, solo tiene en cuenta el
asentamiento provocado por la componente mecánica, pero a pesar de esto los
valores que arroja este método son muy confiables dependiendo de qué tan confiables
sean los parámetros de entrada 23.
En síntesis podemos ver que aún existen temas que , si ya han sido abordados, es
necesario validar para los diferentes rellenos sanitarios, ya sea bordándolos desde su
composición o el ambiente en que se encuentran localizados, tal es el caso de Simoes
& Campos, los cuales han logrado un gran avance en la incorporación de los
mecanismos de biodegradación en su modelo, por otro lado vale la pena anotar que es
necesario chequear, como lo expone Ordoñez en su trabajo hasta que punto la presión
de poros disminuye con el tiempo, o si en cambio este cambio se ve afectado por la
biodegradación de la masa de residuos y por ende cambios en los asentamientos a lo
largo del tiempo.
23
M.K. Singh; I.R. Fleming “Application of a hyperbolic model to municipal solid waste” Journal
Géotechnique, Volume 61, Issue 7, November 2010 , pages 533 –547
45
RESISTENCIA AL CORTE
El conocimiento de las propiedades mecánicas de los residuos sólidos urbanos tiene muchas
implicaciones en el diseño del relleno sanitario, la resistencia al corte de los residuos
determina la inclinación que deberán tener los taludes de corte, el cual gobierna la capacidad
que tendrá el relleno, la medida de estas propiedades no es una tarea fácil, diferentes
opciones para estos análisis son posibles, ensayos de laboratorio convencionales, los cuales la
representatividad de la muestra no es la adecuada y las dificultades ambientales asociadas al
muestreo, debido a estas restricciones , el número de resultados publicados es relativamente
poco, por tanto el uso de ensayos in-situ se ha convertido en una alternativa atractiva para la
determinación de estos parámetros , debido a que este no presenta las dos restricciones
mencionadas anteriormente , existe una tercera manera de estimar los parámetros usando un
back-análisis de escenarios reales, en los cuales se hayan presentado casos de falla, sin
embargo la interpretación de cualquiera de los métodos mencionados anteriormente son
basados en la geotecnia clásica, pero los residuos sólidos presentan un comportamiento
diferente, como una aparente deformación ilimitada, sin una superficie de falla definida en la
mayoría de los casos, por tal motivo nace la necesidad de llegar a entender el comportamiento
mecánico de estos materiales y abrir camino a una interpretación en los cuales se tenga el
conocimiento del comportamiento que sufren estos materiales con el tiempo, composición,
presión de confinamiento, el lixiviado generado, la tasa de biodegradación, la etapa de
consolidación y la temperatura a la cual se encuentra el material en el instante del muestreo.
La estabilidad de un relleno sanitario se basa en la resistencia al corte de sus elementos, este
depende de las características de los materiales que conforman los residuos dispuestos en el,
también como las características de los materiales que conforman las barreras de protección,
asilamiento y capas de cobertura
CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS RELLENOS SANITARIOS
Los rellenos sanitarios presentan algunas características generales que son reflejadas en casi
todos los registros bibliográficos, ellos son resumidos como se muestra a continuación (Bray
et al., 2009; Stark et al., 2008)24:
 Como tendencia general, la resistencia al corte de los RSU incrementa con la presión
de confinamiento en una forma no-lineal. Para una baja presión de confinamiento, hay
24
Bray, J. D., Zekkos, D., Kavazanjian, E., Athanasopoulos, G. A., Riemer, M. F. “Shear strength of municipal
solid waste”. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. ASCE. (2009)
46
algo de fuerza proporcionada por el material fibroso que contienen los residuos,
dando lugar a una cohesión equivalente.
 Los resultados de los ensayos son influenciados por las condiciones en que se hayan
realizados los ensayos y la preparación de la muestra.
 Dentro de los rangos usuales, variaciones en la densidad de los residuos no producen
grandes cambios en la resistencia mecánica de los rellenos.
 La degradación y la edad de los rellenos parecen tener un importante efecto en la
resistencia al corte, disminuyendo en términos de la cohesión e incrementando el
ángulo de fricción.
 La curva esfuerzo-deformación de los residuos sólidos muestran un notable
endurecimiento (Grisola et al., 1991; Jessberger et al., 1993; Eid , 2000; Zhan et al.,
2008)25, y un nivel asintótico en el cual no se alcanzan grandes deformaciones, por lo
cual es necesario definir un cierto nivel de deformación en el cual se asume que la falla
se está presentando.
FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA AL CORTE
De acuerdo con Shafer et al. (2003) y Qian et al. (2002)26, los factores influyen en la
estabilidad de los taludes de un relleno sanitario, contempla la geometría, resistencia al corte
de los materiales, condiciones de carga, presión intersticial, asentamientos y el método de
operación.
25
Eid H, Stark TD, Evans WD, Sherry P. “Municipal solid waste slope failure 1: Waste and foundation
properties”. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. (2000).
Grisolia, M., Napoleoni, X. “Geotechnical characterization of municipal solid waste: choice of design
parameters”. Proc. 2nd Int. Cong. On Environmental Geotechnics, Osaka, Japan, vol. 2, pp. 641–646. (1996).
Jessberger, H.L., Kockel, R. “Determination and assessment of the mechanical properties of waste
materials”. Proc. Sardinia 93, 4th Int. landfill Symp., Cagliari, Italy, pp. 1383–1392. (1993).
26
Qian, X., Koerner, R.M. and Gray D.H. (2002), Geotechnical Aspects of Landfill Design and Construction,
Prentice Hall Publications
47
GEOMETRÍA
La geometría del relleno sanitario tiene un profundo efecto en la estabilidad de los taludes. La
inclinación del talud, pendiente del fondo, altura del relleno y sobrecargas que inducen
fuerzas, se deben incluir en el análisis de estabilidad de taludes. Por otro lado, Shafer et al.
(2003) sugieren que la pendiente de los sellos de fondo, la pendiente final de los residuos y las
pendientes de los sellos laterales deben ser mantenidas o diseñadas tan lisas como sea
posible. Estos autores sugieren que se debe seleccionar una sección transversal crítica, para el
análisis de estabilidad, por superposición de las pendientes finales o intermedias de los
residuos con las pendientes finales de los sellos. Se seleccionan secciones transversales para
el análisis, donde los RSU y el sello tengan las combinaciones de pendientes mayores.
También se deben dar consideraciones para la localización, donde los apoyos de sellos
inclinados sean los más superficiales o la terraza de apoyo es mínima.
RESISTENCIA AL CORTE DE LOS MATERIALES
La resistencia al corte del suelo de fundación y las interfaces entre diferentes materiales
geosintéticos, suelo y residuos, también afectan la estabilidad de los rellenos sanitarios. La
resistencia al corte de los materiales de fundación, soporta las roturas por carga en la base del
relleno de residuos. La resistencia al corte interna de los residuos y en los taludes de suelo
también juega una importante función en la estabilidad de los taludes del relleno sanitario.
Una vez que se ha identificado la interface crítica del sello con el sistema de recolección de
lixiviados, se puede realizar una selección de valores razonables de rozamiento de la interface.
Shafer et al.27 (2003) recomiendan la realización de ensayos de laboratorio empleando cajas
de corte de grandes dimensiones para determinar las interfaces críticas.
DENSIDAD DE LOS RESIDUOS Y CARGAS EXTERNAS
La densidad de los residuos y cualquier carga externa aplicada, como apilamientos de suelos
sobre el relleno de residuos, según Shafer et al. (2003) son factores que afectan las
condiciones de carga del relleno sanitario. La expansión vertical y apilamientos sobre rellenos
existentes, incrementa las cargas normales sobre los residuos existentes, los sellos y los
materiales de base. La expansión vertical induce consolidación sobre los residuos existentes.
Algunas actividades posteriores al cierre pueden incrementar o incluso disminuir las cargas
normales sobre los materiales de relleno.
27
Shafer AL, DeGroff W, Hater GR, Gabr M, Presentation at US EPA Bioreactor Workshop, February 27–28,
2003, Arlington-VA.
48
PRESIÓN DE POROS
La presión intersticial con sus incrementos puede tener impactos adversos sobre la
estabilidad de los rellenos. De la misma forma, disminuciones en la presión intersticial pueden
estabilizar un relleno o talud. La estabilidad del relleno puede ser afectada si no se controlan
adecuadamente aspectos como la co-disposición de lodos, los residuos líquidos, las aguas
subterráneas, la infiltración superficial de agua y la recirculación de líquidos dentro de la
masa del relleno sanitario.
ASENTAMIENTOS
Los asentamientos de los materiales de relleno pueden estabilizar o agregar factores de
desestabilización a la masa del relleno sanitario. Los asentamientos localizados y los puntos
bajos (depresiones localizadas) facilitan la infiltración del agua superficial en el relleno, con lo
cual se incrementa la presión intersticial y el nivel piezométrico en la masa de residuos.
OPERACIÓN
Las operaciones en el relleno sanitario tienen un alto impacto en su estabilidad. El grado de
saturación de los residuos, los sistemas de inyección de líquidos, los sistemas de inyección de
aire, los sistemas de extracción de gas, la temperatura de los residuos, el nivel piezométrico en
el relleno y la presión intersticial deben ser monitoreados. La bibliografía revisada no muestra
un procedimiento universal para la disposición de RSU, infiriéndose que los procedimientos
deben adecuarse al tipo de relleno sanitario, la infraestructura y equipos disponibles, las
características los RSU que se dispongan.
PARÁMETROS DE RESITENCIA DE MOHR-COULOMB PROPUESTOS
Figura 18 Intervalo determinado para los parámetros de resistencia
49
En las últimas dos décadas se ha obtenido información valiosa resultados de ensayos tanto de
laboratorio como in-situ de fallas reales, considerando esos datos la Figura 18 puede ser
incrementada y ajustada a rangos deformación (Stark (2009)28, presenta una recopilación de
datos a lo largo de la historia de fallas en rellenos sanitarios)
Los ajustes fueron presentados por Canizal et. al.29 , en el Fourth International Workshop
“Hydro-Physico-Mechanics of Landfills” realizado el 27 de abril de 2011.
Figura 19 Parámetros de resistencia ajustados a los nuevos datos.
ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE LA MASA DE RESIDUOS
La estabilidad de los taludes en los rellenos sanitarios es evaluada generalmente por
procedimientos geotécnicos convencionales. La experiencia internacional plantea que los
deslizamientos más comunes en vertederos en altura, presentan superficie de rotura
aproximadamente circular. Los planos de rotura activos que se pueden originar en el interior
de la masa de residuos del relleno, alcanzan un desplazamiento progresivo. Estos
deslizamientos generan figuraciones y agrietamientos externos que pueden dejar los residuos
descubiertos y facilitar la introducción de aguas superficiales que generan un incremento del
desplazamiento, disminuyendo progresivamente la estabilidad. En muchos casos, se pueden
producir deslizamientos causados por el peso propio, debido a que aunque el material de
relleno es liviano en si mismo, dicho peso se incrementa con el suelo de cobertura y su
28
Stark, T., Huvaj-Sarihan, N., Li, G. “Shear strength of municipal solid waste for stability analyses”. Environ
Geol. 57: pp.1911–1923. (2009).
29
J. Cañizal, P. Lapeña, J. Castro, A. da Costa & C. Sagaseta, Fourth International Workshop “Hydro-PhysicoMechanics of Landfills”, Spain, 2011
50
saturación. Cuando la masa de residuos es inestable, el deslizamiento ocurre en su talud, con
círculos de rotura que pueden ser superficiales de pie o de talud. Por otro lado, las causas de
los deslizamientos en rellenos sanitarios pueden ser originadas con la participación de otros
factores adicionales como aumentos en la presión intersticial causadas por drenaje deficiente
de lixiviados y gases, factor presente en este caso estudiado, o debilitamientos a lo largo de
interfaces entre materiales de baja adherencia tales como sellos basales compuestos.
La estabilidad se ha estudiado mediante métodos de equilibrio límite, como el de Janbu, o
Spencer aplicando programas computacionales especializados, aplicados en los perfiles que se
consideran de baja estabilidad.
Para los análisis de estabilidad realizados por los autores, se consideran para las situaciones
estudiadas, como factores que generarían potenciales deslizamientos los aumentos en las
presiones intersticiales, los parámetros resistentes de los diferentes materiales que
componen el relleno y en menor medida planos de debilitamiento a lo largo de interfaces
entre materiales de baja adherencia como sellos basales compuestos. El factor de seguridad
que por lo general es adoptado corresponde a los valores propuestos por la Environmental
Protection Agency (EPA) y por recientes publicaciones internacionales (Shafer et al, 2003;
Qian et al, 2003), estos son los siguientes:
 Para largo plazo el factor de seguridad contra el deslizamiento debe ser mayor a 1,5.
 Durante la etapa operacional y periodos inferiores a 2 años, el factor de seguridad
debe ser mayor a 1,3.
 El factor de seguridad para superficies de deslizamiento que involucren el sello basal
debe ser superior a 1,4, considerando deformaciones importantes.
51
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