Estudio Geotécnico de los Depósitos de Desechos Sólidos Urbanos

1. Introducción al
   Problema
2. Propiedades geotécnicas
   estudiadas. Resultados obtenidos. Experiencia
   internacional
4. Conclusiones y
   recomendaciones
5. Anexos.
6. Referencia
   Bibliográfica.

Capítulo 1.
Introducción al
problema.

2. Generalidades

Los desechos sólidos urbanos constituyen en
nuestros días un nuevo elemento que se inserta en el
quehacer ingenieril del hombre. Con el
desarrollo de
la civilización, la creciente asimilación de
materia prima
se refleja a su vez en un aumento de materia
desechada, la cual requiere, en primera instancia, de su
evacuación hacia lugares donde no causen afectaciones a la
población o al medio
ambiente.

El vertedero sanitario, medio más ampliamente
empleado como disposición final de los residuos
sólidos urbanos, es una obra de ingeniería en la que se emplean técnicas y
maquinaria de movimiento de
tierras para construir rellenos artificiales a partir de dichos
residuos.

Estas obras se caracterizan por su extensión en
área, costo
económico y tiempo de
explotación. Los esfuerzos por reducir la extensión
y costo, y aumentar el tiempo de operación, han llevado al
mundo a dar los primeros pasos en el estudio científico de
los vertederos y específicamente, el estudio de los
residuos sólidos.

En tales obras, el residuo sólido urbano empleado
como material principal del relleno se manifiesta como un
suelo con
parámetros propios, tales como peso específico,
compresibilidad, capacidad portante, estabilidad, etc. Por ello,
es comprensible el empleo de
métodos
propios de la Mecánica de Suelos en la
investigación de este material, y se
justifica que en la actualidad exista una creciente
participación de profesionales geotécnicos en su
investigación.

El estudio del residuo como material de relleno en un
vertedero, se centra en los siguientes aspectos:

• Análisis de la compresibilidad y tiempo de
  estabilización en las deformaciones de los rellenos, con
  el propósito de contribuir a la determinación de
  la vida útil y de futuros usos de los vertederos
  sanitarios.

• Determinación de la resistencia del
  relleno, así como la evolución de los parámetros
  resistentes con el tiempo, fundamentales en la etapa de cierre
  del depósito y su reinserción al
  medio.

• Análisis de la estabilidad de taludes en
  vertederos, particularmente en lugares de topografía accidentada, donde es
  necesario recurrir a diseños que cuentan con taludes
  importantes, previniéndose la ocurrencia de
  catástrofes durante la operación o posterior a la
  clausura del depósito.

Estos trabajos se desarrollan dentro de la línea
que se ha denominado "geotecnia o geotecnología
ambiental", que es el encuentro entre la geotecnia clásica
y las ciencias
ambientales, que se produce cuando se atienden cuestiones en las
que por el propio material o por el método de
solucionar el problema, es preciso el concurso de la geotecnia, o
cuando se trata de aspectos geotécnicos en los cuales las
acciones son
de tipo ambiental. Entre las ciencias ambientales que nutren esta
nueva línea de trabajo juegan
un papel fundamental la Hidrogeología y la Geología
Ambiental.

En Cuba, la
existencia de depósitos de residuos urbanos data de
inicios del siglo XX, fecha en la que algunos especialistas
estiman se creó el vertedero de Cayo Cruz, atendiendo a
las necesidades de la población, y que no contaba con
estructura
civil alguna. Este basurero, con unos ochenta años de
explotación, fue parcialmente abandonado una vez puesto en
operación el depósito de calle 100, junto a la
autopista a Pinar del Río. El depósito de Cayo
Cruz, convertido en un estrato geológico, fue parcialmente
investigado en 1996 y constituye el único estudio de su
tipo en el país. Por su parte, el vertedero de Calle 100
carece desde un inicio de las estructuras
elementales en una obra de este tipo, lo cual ha creado problemas de
sobredimensionamiento e impacto ambiental nocivo, así como
reducción del tiempo de explotación, problema
considerado como de mayor importancia, debido al costo que
implica poner en operación un nuevo vertedero con las
estructuras requeridas, costo que los especialistas estiman en
más de dos millones de dólares de inversión inicial. El residuo depositado se
maneja sin prestar atención a sus propiedades
geotécnicas, de las cuales apenas se conoce, lo que hace
presumir un ineficiente aprovechamiento espacial, y la no
correspondencia entre la tecnología aplicada y
el material que se manipula.

Lo antes expuesto demuestra la necesidad de realizar
estudios geotécnicos de los residuos sólidos
urbanos que se producen en nuestras ciudades. La no existencia de
estos estudios en Cuba, obliga a hacer una investigación
preliminar y general de los conocimientos que sobre este tema se
manejan en el resto del mundo, principales investigaciones
realizadas, resultados obtenidos, y parámetros que rigen
el diseño
de vertederos sanitarios en otros países.

Palabras Claves: vertederos sanitarios, desechos,
geotecnia, basurero

1. Objetivos del trabajo.

Considerando la necesidad de un estudio precedente, que
sirva de base a futuras investigaciones de laboratorio y
de campo, el presente trabajo se plantea los siguientes objetivos:

• Profundizar en la historia del tratamiento
  de los depósitos de desechos sólidos urbanos,
  para demostrar la necesidad del su investigación y la
  posibilidad de hacerlo a partir de la Mecánica de Suelos.
• Resumir las propiedades físicas y
  mecánicas de los residuos sólidos estudiadas
  hasta el momento por diferentes autores.
• Realizar una síntesis
  de la experiencia cubana en el tema: desarrollo de los
  depósitos de desechos sólidos urbanos en Cuba;
  propiedades geotécnicas investigadas y parámetros
  que se emplean en el manejo de los residuos sólidos
  urbanos.
• Comparar la experiencia internacional y la cubana y
  hacer conclusiones y recomendaciones.
• Realizar recomendaciones sobre la manipulación
  y deposición de los desechos, así como los
  procesos de
  selección, acondicionamiento y
  preservación de los vertederos en las etapas de
  diseño, construcción, explotación,
  clausura y post-clausura de los mismos.

1. Novedad científica.

El presente trabajo está dirigido a reunir un
grupo
importante de conocimientos aplicables a las labores
desarrolladas en los vertederos sanitarios del país.
Además, ha de servir de base a futuras investigaciones
desarrolladas por los laboratorios cubanos y que
enriquecerán los conocimientos de esta novísima
ciencia.

Capítulo 2:
Propiedades geotécnicas estudiadas.

Resultados obtenidos.

Experiencia Internacional.

2.1 Introducción.

En la década de 1940 se inician los estudios de
las propiedades físicas y mecánicas de los desechos
sólidos, con el afán de optimizar la
deposición de estos en los vertederos. A partir de los
años 70’ se incrementan hasta alcanzar una
frecuencia casi anual la presentación de nuevas
investigaciones, ritmo que se mantuvo durante los siguientes
veinte años.

Los trabajos realizados a lo largo de esos cincuenta
años se encuentran en libros y
revistas especializadas, publicaciones que en su inmensa
mayoría no existen en Cuba. Con excepción de los
Proceeding correspondientes a algunos congresos de la ISSMGE
(Sociedad
Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería
Geotécnica), resulta imposible consultar documentos
impresos que hagan referencia a los estudios correspondientes a
esos años.

Con el avance de la tecnología, la
creación de la Internet y la
universalización de los ordenadores, ocurre un cambio en la
forma de guardar e intercambiar información. Ahora esta se encuentra en
formato digital, se actualiza con mayor facilidad y se transmite
en menor tiempo, todo lo cual ha favorecido también a la
Geotecnia. Esta ciencia cuenta actualmente con foros de
discusión, revistas digitales, publicaciones
periódicas a través de páginas
Web, etc. Por este medio ha sido posible obtener
información acerca del estado actual
de los estudios referentes a los desechos sólidos y los
vertederos sanitarios. Muchos informes de
laboratorio, resultados de monitoreos de campo y en general
trabajos que se han realizado sobre el tema desde inicios de la
década de 1990 pueden ser consultados a través de
la red de redes: Internet.

También gracias a estas publicaciones, ha sido
posible conocer acerca de los trabajos precedentes que no fueron
digitalizados y que no han sido publicados en Cuba.

2.2 Investigaciones.

Gran cantidad de autores toman como punto de partida los
planteamientos de G. F. Sowers en el VIII Congreso de la ISSMGE,
realizado en Moscú, en 1973.

Sowers (25) desarrolló sus estudios sobre la
compresibilidad de los desechos sólidos urbanos, valor de sus
parámetros y modelo que la
rige. Contaba con dos razones evidentes para investigar esta
propiedad en
particular: la dependencia directa entre la compresibilidad de
los desechos y el tiempo de explotación de un vertedero; y
la necesidad de predecir y conocer el comportamiento
de la superficie de un depósito, con el fin de darle otro
uso al área en la etapa de post-clausura. Este
investigador planteó que los asientos iniciales debido a
procesos mecánicos se pueden determinar mediante la
expresión de la teoría
de la consolidación primaria:

Donde:

Sp = asiento al final de la
consolidación primaria

H0 = altura inicial del relleno

Cc = índice de
compresión.

s V0 = presión
efectiva en el relleno

D s V0 = sobrecarga
efectiva

e0 = índice de poros

Según Sowers (25), la fase de compresión
primaria termina en un periodo aproximado de 30 a 90 días,
pasado el cual se inician los asentamientos producidos por los
cambios físico-químicos, la degradación
biológica y la compresión mecánica
secundaria. Considera que estos procesos tienen un comportamiento
aproximadamente lineal en el logaritmo del tiempo, similar a la
compresión secundaria de los suelos naturales. Para esta
segunda fase, Sowers propone determinar los asentamientos
mediante la teoría de la consolidación
secundaria:

Donde:

Ss = asiento durante la consolidación
secundaria al tiempo t2

H = altura del relleno al tiempo
t1

Ca = índice de
compresión secundaria

e0 = índice de poros

t2 = tiempo de estimación de
asientos

t1 = tiempo de inicio de la
consolidación secundaria

Además, para obtener los parámetros
deformacionales CC y Ca
para rellenos sanitarios propuso los diagramas que se
muestran en la figura 2.1, en los cuales los relaciona al
índice de poros del relleno, su contenido de materia
orgánica y las condiciones de descomposición.
Pueden observarse en estos diagramas los resultados
experimentales que obtuvo.

A partir de sus observaciones, Sowers (25)
planteó que el índice de compresión para el
proceso de
consolidación primaria se encuentra en el siguiente
rango:

CC=0,55e0 = para rellenos con alto
contenido de materia orgánica y favorable
biodegradación; y

CC=0,15e0 = para rellenos con bajo
contenido orgánico y poco biodegradable.

Fig. 2.1: Diagramas de Sowers (25).

El índice de compresión para el proceso de
consolidación secundaria se encuentra en el
rango:

Cα=0,09e0 = en
condiciones favorables para la descomposición.

Cα=0,03e0 = en
condiciones desfavorables para la
descomposición.

Sowers (25) concluye que la consolidación
primaria es dominante en la producción de asentamientos, los cuales se
manifiestan en la fase de operación del vertedero,
mientras que la consolidación secundaria es la más
evidente, y cuya ocurrencia corresponde a la etapa de
post-clausura.

El planteamiento de Sowers (25) en el año 73
resultó ser el punto de partida al estudio
geotécnico de los desechos sólidos urbanos. Su
trabajo se encuentra íntegro en los Proceeding del
congreso.

Además, Braja M. Das (5) y Raúl Espinace
(7) hacen amplia referencia a este. Sin embargo, cinco
años antes ya G. F. Sowers había iniciado sus
trabajos relacionados con la capacidad portante en vertederos
sanitarios, en los cuales enunció el reducido valor de
capacidad de soporte, así como su dependencia de factores
como el espesor del suelo de cobertura, composición de los
residuos, método de deposición y maquinaria de
compactación utilizada, considerando como el factor
más significativo el espesor relativo de la capa
superficial de suelo sobre el relleno sanitario, más
esponjoso y flexible.

En dependencia del espesor de esta capa superficial,
podían producirse fenómenos de punzonamiento en
ensayos de
placa y cimentaciones, lo cual daría una impresión
errada de la capacidad portante del relleno. Estos estudios
previos son apenas referenciados por Espinace (7), que los
menciona de modo general.

En 1975, Yen & Scanlon (31) registraron los asientos
en varios rellenos de California. La tasa de asentamiento
después de clausurado un depósito la expresaron
como:

Donde:

m = tasa de asentamiento.

ΔHf = variación
de la altura del relleno

Δt = tiempo en
que se mide la variación de la altura.

Así, el comportamiento histórico del
asentamiento en un vertedero sanitario lo interpretaron a
través del gráfico que se muestra en la
figura 2. Con base en numerosas observaciones de campo hechas en
depósitos con tiempo de explotación entre 70 y 82
meses, determinaron las siguientes correlaciones empíricas
para la tasa de asentamiento.

Para
alturas de relleno entre 12 m y 24 m.

Para
alturas de relleno entre 24 m y 30 m.

Para
alturas de relleno mayor que 30 m.

Donde:

t1 = edad media del
vertedero, expresada en meses.

De la figura 2.2 se puede definir la edad media del
vertedero como:

Donde:

t = tiempo transcurrido desde el inicio de
explotación del vertedero.

tc = tiempo al que se clausura el
vertedero.

También puede expresarse como:

Donde:

t’ = tiempo transcurrido desde la clausura
del vertedero.

Fig. 2.2: Comportamiento de los asentamientos en el
relleno según Yen & Scanlon (31).

A partir de las ecuaciones
propuestas por estos autores es fácil determinar el tiempo
aproximado en que un vertedero sanitario alcanza el asentamiento
completo, o sea, cuando m=0 (cero tasa de asentamiento).
Considérese un depósito que se mantuvo 6
años en explotación (72 meses) y tiene una altura
entre 12 y 24 metros:

t1=204 meses

t’=168 meses≈14
años

O sea, que a partir del cierre del vertedero, los
fenómenos de asentamiento pueden prolongarse por 14
años. Siguiendo el mismo procedimiento,
para un depósito de igual tiempo de explotación y
altura entre 24m y 30m se obtiene un tiempo de 20 años de
asentamientos en la post-clausura, mientras que para
depósitos mayores de 30m el tiempo de ocurrencia de
asentamientos está en el orden de los 16 años. Es
significativo el hecho de que para los depósitos de mayor
altura, el tiempo total de asentamiento es menor que en el caso
de los depósitos de altura media.

Este resultado es una evidencia más de que el
caso de los rellenos de residuos urbanos, los asentamientos no
dependen únicamente del espesor del estrato, sino que
además, influyen significativamente las condiciones
internas de composición y
biodegradación.

Cualquiera de los resultados obtenidos es considerable,
lo cual enfatiza la necesidad de reconsiderar la
construcción de cimentaciones sobre un vertedero, las que
estarían sometidas a largos períodos de
asentamientos.

Por otro lado, el tiempo de explotación utilizado
en el ejemplo (6 años) es pequeño, pues la historia
cuenta con depósitos explotados durante plazos más
largos, y actualmente es común diseñar los
vertederos sanitarios para 10 y 15 años de
operación.

En 1977, Rao, Multon & Seals (21) realizaron
estudios en campo y laboratorio, desarrollando una técnica
para predecir asentamientos en vertederos sometidos a sobrecarga.
En este mismo año, Zimmerman, Chen y Franklin (34)
enunciaron una ley de
comportamiento que considera dos niveles de porosidad (macro y
micro porosidad). En los residuos, y proponen una relación
de la disipación de la presión intersticial con el
tiempo. Ambos trabajos fueron presentados en el IX Congreso de la
ISSMGE realizado en 1977 en Tokio, y son referenciados por
Espinace (7).

En este mismo año, Fang, Slutter y Koerner (12)
realizaron la prueba de doble punzonamiento y determinaron la
resistencia a las tracciones en desechos urbanos, obteniendo
valores de
cohesión c=63kPa y ángulo de fricción
interna Φ=19º.

O. Souza y M. Rodríguez (24), en 1980, estudiaron
la compresibilidad de un vertedero, considerando la forma de
disposición de la basura. Estos
autores muestrearon dos sistemas
diferentes de depositar los desechos: el primero consistió
en depositarlos sobre un talud y compactar con maquinaria pesada
desde arriba hacia abajo; en el segundo caso se depositó
al pie del talud, y se compactó en tongadas con la misma
maquinaria. Los asientos medidos en ambos casos diferían
en un 17% a un 5%, siendo menores en el segundo procedimiento, lo
que pone de manifiesto la importancia del proceso constructivo y
de operación en un vertedero sanitario.

Souza y Rodríguez (24) realizaron además
ensayos de placa con distintos espesores de cobertura,
encontrando un valor de 0,9kg/cm2 y deformaciones de
25mm para igual espesor de cobertura. En esta misma
investigación se estudió el comportamiento de una
edificación experimental de 30m2 de superficie,
cimentada sobre una placa de hormigón armado de 7cm de
espesor. La presión máxima sobre el terreno en las
zonas de paredes fue de 0,65kg/cm2, y la
presión mínima en la zona central de la planta fue
de 0,2Kg/cm2. En las mediciones se registraron
asientos de 8cm en 120 días, y no se observaron grietas
por efecto de asientos diferenciales.

Teniendo en cuenta que los asentamientos en un vertedero
sanitario pueden ocurrir durante prolongados períodos de
tiempo (mayores de 10 años) según los resultados de
Yen & Scanlon (31), se puede valorar como muy pequeño
el tiempo de muestreo
utilizado por Souza y Rodríguez (24) en su
edificación experimental, por lo que los resultados
obtenidos no son concluyentes. Una edificación sometida a
10 años de asentamientos sobre un material tan
heterogéneo, sin duda alguna llega a sufrir serios
daños estructurales, como se demuestra en estudios
posteriores.

En 1982, Bookter y Ham (2) publicaron estudios acerca
del grado de descomposición de los residuos sólidos
en rellenos sanitarios de Estados Unidos
para distintas condiciones y situaciones geográficas,
llegando a desarrollar un método para conocer el grado de
estabilización de la basura.

En Francia, 1983,
Cartier y Baldit (4) estudiaron el relleno sanitario de
d’Arnouville-les-Mantes, y concluyeron que los ensayos de
penetración estática
pueden ser de utilidad para
identificar zonas relativamente débiles dentro del
vertedero, o para evaluar cualitativamente si la resistencia al
corte de los residuos cambia con el tiempo. Con el empleo del
densímetro nuclear, realizaron mediciones de la densidad en
función
de la profundidad. En base a los resultados obtenidos,
propusieron una ley de variación y parámetros que
son de gran utilidad para aplicar el modelo de Sowers (26), y que
han sido utilizados en varios diseños de vertederos en el
mundo.

En 1989, Espinace (8, 9, 10 y 11) realizó
investigaciones en los vertederos de El Molle, de
Valparaíso, y Limache, de la V Región, en Chile.
Posteriormente en 1991 extendió estas investigaciones a
los vertederos de La Feria y El Errazuriz, también en
Chile. En estos vertederos, clasificados como "de baja densidad",
obtuvo valores de asientos del orden de un 30% de la altura
inicial en un período de 7 años.

A partir de los resultados obtenidos por Espinace (8, 9,
10 y 11) y empleando el modelo de Sowers (26), se pueden calcular
valores tentativos del índice de compresión para la
consolidación secundaria.

Sea:

Donde:

H0 altura inicial del
relleno.

S=0,3H0 asentamiento del 30%
de la altura inicial.

e0=1,2 índice de poros
sugerido por Yuen & Styles (32).

t1=60 días tiempo medio
estimado por Sowers (26) para concluir la

consolidación primaria.

t2=7años=2555dias tiempo de
monitoreo.

Despejando
Cα:

Simplificando y resolviendo:

Cα=0,405

Como se verá, este valor es bastante mayor que
los obtenidos en las numerosas investigaciones a nivel de
laboratorio y de campo (ver tabla 2.2), lo cual demuestra la
influencia de fenómenos que sólo se desarrollan a
gran escala y en
grandes intervalos de tiempo.

En la UCV (Universidad
Católica de Valparaíso) se inició en 1989 el
estudio de una edificación experimental de 16m2
de superficie, construida sobre el vertedero sanitario de
Limache. Este estudio tuvo como objetivos conocer el
comportamiento deformacional del relleno sanitario bajo cargas y
el comportamiento estructural de la construcción, para dar
respuesta a los proyectos reales
de rehabilitación que incluyen la edificación sobre
vertederos clausurados.

La edificación experimental cuenta con una
cimentación de zapatas continuas de hormigón
armado, muros de albañilería en base a bloques
macizos de hormigón reforzados con pilares y vigas de
hormigón armado y escuadras de acero resistente
en los ángulos, favoreciendo la resistencia a asientos
diferenciales. El diseño en general consideró
transmitir al relleno diferentes cargas, a saber:
0,1kg/cm2, 0,25kg/cm2 y
0,65kg/cm2. El esquema general del diseño se
muestra en la figura 2.3.

Los resultados obtenidos hasta 1999 (o sea, 10
años de observaciones) muestran deformaciones que superan
los 35cm en las zonas de mayor carga, y sobre los 25cm en las
zonas de menor solicitación. En cuanto a las
patologías observadas en la estructura, se observaron en
la albañilería de bloques fisuras escalonadas
siguiendo el material de unión, lo cual evidencia la
ocurrencia de asientos diferenciales. En columnas y vigas se
observaron fisuras en las que el acero mostraba un estado
avanzado de corrosión.

El experimento de Limache presenta ciertas
características interesantes y no discutidas por sus
autores. Los bloques macizos de hormigón no constituyen un
material convencional en la construcción, y sin duda
presentan mayor resistencia a la rotura, de ahí que, en
las paredes, las grietas sólo se revelen a lo largo del
material de unión. La zapata continua sí es
ampliamente utilizada en viviendas y construcciones menores, por
lo que su utilización en la investigación se
justifica. Sin embargo, es previsible un comportamiento diferente
en estructuras soportadas por cimientos aislados, en los cuales
serían más evidentes los asientos diferenciales.
Por otro lado, las vigas y columnas han sido arriostradas de
manera inusual, lo cual parcializa el resultado de la
investigación.

Fig. 2.3: Diseño de la edificación
experimental del vertedero Limache, Chile.

Las fisuras producidas por asentamientos ponen al
descubierto la armadura de acero. Sobre esta armadura
desprotegida actúan los gases que se
liberan con el fenómeno de la biodegradación, el
cual produce metano,
amoníaco, óxidos de carbono,
compuestos gaseosos del azufre y del nitrógeno. El
resultado es el surgimiento de abofados y desconchados de las
estructuras en las que las barras de acero pierden su
resistencia.

Existen referencias a los trabajos de Poran &
Alí (20) en 1989, quienes realizaron ensayos triaxiales
sobre muestras de residuos incinerados parcialmente y saturados
en un 60%~70%, obteniendo ángulos de
fricción Φ=43Ί~45º
y un máximo de peso específico seco alcanzado de
13,5kN/m3.

Landva & Clark (17), en 1990, realizaron ensayos de
cortante directo sobre muestras de 287mm de diámetro y
434mm de altura, obteniendo valores de cohesión de 23kPa y
ángulo de fricción Φ=24º~41º. En ese
mismo año Siegel, Robertson & Anderson (23), siguiendo
igual metodología de ensayos y muestras de 106mm
de diámetro. Estimaron valores de Φ=39º~81º.
Estos altos valores de Φ tan elevados hacen pensar en un
relleno que contiene materiales
laminares y fibrosos como papel, textiles, ramas y restos de
vegetación, los cuales actúan como
una armadura e incrementa la fricción interna.

Los estudios de Reddy, Kosgi & Motan (22) en 1996 se
refieren al comportamiento de los áridos y
geosintéticos utilizados para aislar los desechos en un
vertedero sanitario.

En este estudio se asigna un valor de
10,2kN/m3 al peso específico de los desechos
urbanos, valor medio de los encontrados por los autores en la
literatura
consultada. Además, a partir de ensayos triaxiales cuyos
resultados interpretaron según la teoría de
Mohr-Coulomb, y se muestran en el gráfico de la figura
2.4.

En 1999 vio la luz el informe de uno de
los múltiples trabajos del Dr E. Kavazanjian Jr., en
conjunto con N. Matasovic y R. C. Banchus (15). Este trabajo
incluyó extensos ensayos edométricos y de cortante
directo sobre muestras de desechos sólidos
urbanos.

El aporte fundamental de Kavazanjian et al. radica en el
tratamiento que se le da a las muestras estudiadas, dimensionadas
en 460mm de diámetro e igual altura, lo cual
permitió salvar las dificultades planteadas por la
heterogeneidad del material, y por el hecho de que las muestras
pequeñas no suelen ser representativas. Además, el
material muestreado fue caracterizado y se determinó el
año aproximado en que se originó.

En general las muestras tenían de 15 y 40
años, con un porcentaje de desechos del 10% al 99% (el
resto corresponde a los áridos empleados en aislar los
desechos), y cuyo peso corresponde como promedio al 81% del total
de la muestra. Para eliminar las dificultades de
manipulación, las partículas mayores de 10cm de
longitud fueron retiradas, y se compactó el
espécimen en capas de 100mm.

Fig. 2.4: Gráfico de Esfuerzo Cortante vs
Esfuerzo Normal, obtenido por Reddy, Kosgi y Motan
(1996).

Los ensayos edométricos se realizaron con el
propósito de evaluar la compresión
volumétrica instantánea. En todos los casos se
observó que esta es considerable, lo cual se atribuye a
que las muestras fueron drenadas previamente, lo cual elimina el
efecto causado por la presión de poros. Se
determinó que el valor de Cc varió en el
rango de 0,121 a 0,247, mientras que para la consolidación
secundaria se obtuvieron valores de
Cα en el rango de
0,0000066 a 0,0035.

El equipo de investigadores reconoció que estos
valores de Cα son
inferiores a los determinados durante los monitoreos de campo. El
origen de esta diferencia radica en los fenómenos de
biodegradación y descomposición a largo plazo de la
materia orgánica contenida en los desechos sometidos a la
intemperie, fenómenos que difícilmente
podrían ser recreados en el laboratorio.

Se realizaron ensayos de cortante directo en 9 muestras
de iguales dimensiones a las del ensayo
edométrico, para evaluar la cohesión y
ángulo de fricción de los desechos investigados. La
cohesión se evaluó en 43kPa, mientras que el
ángulo de fricción interna varió en el rango
de 26º a 34º (Figura 2.5).

En el mismo año 1999 Mazzucato, Simonini &
Colombo (18) presentaron el informe sobre el estudio de un caso
histórico de deslizamiento del talud de el vertedero
sanitario de Pescantina, perteneciente a Verona, Italia. Este
vertedero se originó a partir de una antigua cantera de
extracción de áridos en la que, luego de
abandonada, se vertieron cerca de 200 000m3 de
desechos sólidos urbanos, los cuales llegaron a sobresalir
unos 36m por encima del borde de la cantera.

Para asegurar este cerro de residuos contra posibles
deslizamientos, se construyó en torno a él
un dique de materiales rocosos con una altura de 5 a 6m sobre el
borde de la cantera. Además, se cubrió el vertedero
con sucesivas capas de arcilla y materiales granulares, para
facilitar el drenaje interno y el confinamiento del
vertedero.

Fig. 2.5: Esfuerzo cortante vs Esfuerzo normal en los
desechos muestreados por Kavasanjian et al (15).

Pese a tales medidas de `reservación, el 20 de
marzo de 1989 ocurrió el deslizamiento de una masa del
relleno sanitario que socavó entre 10 y 20 metros de
profundidad del vertedero.

Para obtener resultados confiables de la resistencia al
cortante de los desechos urbanos, los investigadores recurrieron
a los ensayos de cortante directo, usando muestras de grandes
dimensiones (800mm de diámetro por 220mm de altura). Para
elaborarlas utilizaron dos procedimientos:

Primeramente hincaron anillos con bordes en bisel
directamente en la zona del vertedero que permanecía
inalterada, extrayendo una serie de muestras. La segunda serie se
completó por un procedimiento más sencillo:
colocaron los recipientes de muestreo junto al material que
había sido alterado por el deslizamiento, y los llenaron
utilizando excavadoras.

Ambas series de muestras fueron sometidas a ensayos de
cortante directo, obteniéndose el comportamiento que se
muestra en la figura 2.6.

Fig. 2.6: Resultados del ensayo de cortante directo
de los estudios de Mazzucato et al. (18).

Los ensayos de cortante directo arrojaron valores de
c=22kPa, Φ=17Ί y c=24kPa y
Φ=18Ί para los desechos inalterados y
removidos respectivamente.

En el 2001, Yuen & Styles (32) concluyeron el
monitoreo a gran escala de un vertedero sanitario en Melbourne,
Australia, el cual realizaron a lo largo de 5 años, o sea,
desde enero de 1996.

Este monitoreo se desarrolló en un área de
1,5ha aproximadamente, que contenía 100 824 toneladas de
desecho contenidos en un volumen de 180
365m3 (ambos valores obtenidos de las estadísticas de explotación del
vertedero). Los investigadores dividieron la zona de estudio en
dos partes aproximadamente iguales: la zona oeste, designada
sección de control, y la
zona este, en la que se estableció la recirculación
uniforme de los lixiviados.

Los residuos muestreados presentaron la
composición que se muestra en el esquema de la figura 2.7.
La humedad en la zona oeste del depósito estuvo en el
orden del 55%, presentando variaciones con la profundidad, como
se muestra en la figura 2.8, para las 7 calas
realizadas.

El área de monitoreo fue compactada con un
compactador Caterpillar 826C con masa de operación de 32
toneladas, hasta alcanzar una densidad calculada de
830Kg/m3. La densidad seca calculada fue de
540Kg/m3, y la porosidad de 0,55, valor que se
encontró en el rango sugerido como correcto para desechos
sólidos compactados, según la literatura consultada
por Yuen & Styles (32) (Korfiatis et al. (16); Oweis et al.
(19); Zeiss & Major, (33)).

Fig. 2.7: Composición de los desechos urbanos
(Yuen & Styles, 2001)

Fig. 2.8: Variación de la humedad en
función de la profundidad (Yuen & Styles,
2001).

Los resultados del monitoreo fueron interpretados
según el modelo de Sowers. Para ello, consideraron que la
consolidación primaria concluyó al cabo de 90
días (t1=90 días) según el rango
sugerido por Sowers y experiencia de los propios autores.
Además, se estimó el índice de poros de 1,22
basado en los cálculos de porosidad.

Los valores del índice de compresión para
el proceso de consolidación secundaria se encontraron en
el rango de 0,008 a 0,046 siendo el promedio de 0,030 para el
área oeste o zona de control. Para el área este,
sometida a un proceso de recirculación de lixiviados, se
determinó un rango de variación de
Cα entre 0,035 y 0,055
siendo el promedio 0,048. Estos resultados evidencian el efecto
de la recirculación de lixiviados en el incremento de los
asentamientos durante la consolidación
secundaria.

En julio del año 2003 se publica en Internet el
borrador de un estudio realizado por un grupo de investigadores
encabezados por Timothy G. Townsend (29), de la Universidad
Central de La Florida, en el cual tratan la disposición de
los lodos y biosólidos
conjuntamente con los desechos sólidos urbanos. Se
describen los biosólidos como la materia orgánica
rica en nutrientes, resultante del proceso de tratamiento de las
aguas residuales. Los lodos tienen igual procedencia, aunque
menor contenido de nutrientes.

En dicha investigación se incluye un estudio de
las propiedades de los residuos urbanos. Con el fin de facilitar
el trabajo
experimental, se sintetizaron muestras de desechos a partir de
composiciones examinadas en vertederos sanitarios de los Estados
Unidos. La composición del residuo sintético se
expone en la tabla 2.1.

El material sintetizado fue sometido a
compactación con la energía del ensayo de Proctor
Modificado, como se estipula en la metodología de muestreo
de la ASTM (ASTM D-1557). La curva de compactación
obtenida se muestra en la gráfica de la figura 2.9. El
residuo sintetizado en el laboratorio alcanzó su
máxima densidad γd=304kg/m3
para una humedad del 60%.

Igualmente, fueron realizados ensayos de cortante
directo en 3 muestras prismáticas de 140x140x110mm,
según las regulaciones de la ASTM (ASTM D-3080), cuyos
resultados se muestran en la figura 2.10.

Los valores de cohesión y ángulo de
fricción obtenidos fueron c=29,32kPa y
Φ=28,1º.

Tabla 2.1: Composición de los desechos
sintetizados (Townsend et al. 2003).

Fig. 2.9: Curva de compactación de los
residuos sintéticos para la energía del Ensayo
Proctor Modificado (Townsend et al. 2003).

Fig. 2.10 Relación de esfuerzo cortante vs
esfuerzo normal, obtenidos por Townsend et al.
(28).