Zonificación geotécnica de la zona centro del Municipio de Sogamoso por medio de un SIG

Resumen

La zonificación geotécnica hace parte del
proceso que conduce a la microzonificación sísmica
de un territorio, siendo una de las actividades inmediatamente
anteriores a los análisis y modelamiento de la respuesta
dinámica de los depósitos de suelo. Este informe,
presenta la información geotécnica del subsuelo,
así como los aspectos conceptuales y metodológicos
de la zonificación geotécnica de la zona centro del
área urbana de la ciudad de Sogamoso.

El proyecto se basó en; la recopilación y
análisis de la información disponible proveniente
de estudios de suelos realizados por diversas firmas consultoras
en la ciudad. Y en el proceso detallado empleado para la
obtención del mapa de zonificación
geotécnica.

Con la recopilación y análisis de estudios
de suelos es posible tener una concepción general inicial
de las características de los suelos con la cual
identificar vacíos de información y planificar
nuevas exploraciones. Igualmente, cuando la información
disponible es compilada y organizada apropiadamente, se convierte
en un valioso complemento para la determinación y
caracterización de unidades geotécnicas. Llegar a
la organización de datos en una base adecuada, sin
embargo, requiere un gran esfuerzo organizativo que parte desde
la identificación de fuentes hasta el análisis de
los datos. En este informe se describen en detalle ambas
actividades y los resultados encontrados para la ciudad de
Sogamoso.

PALABRAS CLAVE: zonificación
geotécnica, Base de datos, microzonificación
sísmica .

ABSTRACT

The geotechnical zoning is part of the process leading
to the seismic micro-zoning of an area, one of the activities
immediately prior to the analysis and modeling of the dynamic
response of soil deposits. This report presents geotechnical
subsurface information and the conceptual and methodological
aspects of geotechnical zoning of the central urban area of the
city of Sogamoso.

The project was based on, the collection and analysis of
information available from soil surveys conducted by various
consulting firms in the city. And the detailed process used to
obtain the geotechnical zonation map. With the collection and
analysis of studies of soils is possible to have a general
conception initial characterization of the soil with which to
identify information gaps and plan further exploration.
Similarly, when information is compiled and organized properly,
it becomes a valuable complement to the identification and
characterization of geotechnical units. Getting to the
organization of data on an appropriate basis, however, requires a
major organizational effort that starts from the identification
of sources to the data analysis. This report describes in detail
both activities and findings for the city of Sogamoso.

KEYWORDS: Geotechnical zoning, Database,
Microzonation.

Introducción

El municipio de Sogamoso cuenta con una gran cantidad de
información del suelo y subsuelo resultado de las obras de
ingeniería desarrolladas sobre estos, la cual no ha sido
ni almacenada ni procesada. Por tal motivo se requiere
desarrollar una base de datos con el fin de recopilar y
actualizar la información de estos datos. Una vez
recopilados y almacenados se requerirá de un sistema de
información geográfica para amarrar la
información y finalmente llegar a la zonificación
geotécnica con base en la clasificación unificada
de suelos (USC) y parámetros físicos (IP y Humedad)
obtenidos de dichos estudios. Lo anterior con el fin de brindar
una herramienta de apoyo para la planeación y
evaluación de posteriores proyectos Tanto del punto de
vista estructural como presupuestal.

La zonificación geotécnica se basa en la
clasificación de unidades geotécnicamente
homogéneas, que pueden abarcar diferentes edades
geológicas; a su vez, estas pueden dividirse en
subunidades según sus características
físicas y propiedades mecánicas, con fines a la
planificación y uso del territorio; además de
aportar datos sobre las características del suelo y
subsuelo de una determinada zona para evaluar su comportamiento y
prever los problemas geológicos y
geotécnicos.

A partir de datos geotécnicos existentes en el
municipio de Sogamoso producto de las diferentes obras de
ingeniería que se han desarrollado en este, se pretende
generar un modelo conceptual de zonificación por medio de
una base de datos y utilización de un SIG (ArcGIS) en base
a los parámetros presentes en los suelos del municipio.
Este modelo permitirá conocer el comportamiento
mecánico de los suelos del municipio así como su
posible uso y tratamiento que se debe lleva a cabo para
desarrollar sobre estas obras de ingeniería.

Objetivo

Realizar la zonificación geotécnica con
base en la clasificación unificada de suelos (USC)
según estudios de suelos realizados en la zona centro del
área urbana del municipio de Sogamoso, considerando los
contrastes hasta una profundidad tope de 7m.

Localización

El municipio de Sogamoso se halla situado a 2570
m.s.n.m., con una temperatura media de 17°C; está
localizado a 5°43"15"" de latitud norte y 72°56"54"" de
longitud al oeste de Greenwich. Dista de Bogotá a 124 Km
hacia el norte y 127 Km al oriente respectivamente. La mayor
parte del área urbana se localiza sobre los terrenos
planos que constituye el valle de Sogamoso.
[1]

La zonificación se realizo específicamente
en las coordenadas:

Este: 1"124.700 y 1"123.500.

Norte: 1"126.600 y 1"127.800.

Metodología

Con el fin de conseguir el objetivo central del
proyecto, es necesario abordar el análisis de los datos,
su origen, su naturaleza, y delimitar la zona de estudio, para
exponer seguidamente los instrumentos conceptuales y
metodológicos utilizados para el tratamiento de los datos
y la obtención de resultados.

Recopilación
Bibliográfica

Recopilar la información existente sobre
zonificación geotécnica realizada en el municipio
de Sogamoso, además de otros estudios de este tipo
realizados en otras ciudades como Bogotá, y en
países como Argentina y España.

Recopilar La Información
Geotécnica Existente En La Ciudad De Sogamoso

Realizar las solicitudes de los estudios
geotécnicos de la ciudad de Sogamoso a entidades como la
secretaria de planeación y las curadurías de la
ciudad.

Evaluar La Información
Obtenida

Una vez obtenida la información se realizara una
verificación y selección de los datos

Crear La Base De Datos Con Los Datos
Recopilados

Con la consolidación de los datos existentes y
obtenidos se propondrá un modelo entidad relación
adecuado para almacenar y analizar la información, la cual
se pueda modelar sobre un SIG (ARCGIS).

Proponer Un Modelo De
Zonificación.

Una vez seleccionada e incorporada la información
en la base de datos del Sistema de Información
Geográfica (ARCGIS) se determinara el modelo conceptual de
zonificación.

Estructura y
diseño de la base de datos geotécnica
(BDG)

IMPLEMENTACIÓN Y
ALIMENTACIÓN

Para llevar a cabo esta actividad, se acudió a
todas las posibles fuentes de información tales como las
compañías de ingenieros consultores, entidades
públicas y privadas de la ciudad que elaboraran o
dispusieran de estudios de suelos. Como resultado de esta
investigación se contactaron a 4 fuentes. Paso seguido se
realizó un primer acercamiento con cada una de ellas para
identificar su información, con el fin de clasificar a
cada una según el tipo, cantidad y accesibilidad de la
misma.

De acuerdo con las condiciones establecidas por las
fuentes de información, se planteó una estrategia
para optimizar los recursos, que consistió en incorporar
la mayor cantidad de información consignada en los
estudios de suelos. Cuando un estudio lo ameritaba, en lo
posible, se procedió a tomar fotocopia a la parte del
estudio que fuese de interés (archivo análogo del
proyecto) con el fin de tener material de trabajo y de consulta
rápidamente. Paralelo al proceso de alimentación de
la BDG, cada estudio se localizó en la base
cartográfica a Escala 1:10.000 (Fuente: Planeación
Municipal). Para ello se digitalizaron las localizaciones de cada
estudio o punto de exploración con la aplicación
AcrGIS, con lo cual se obtuvieron las respectivas coordenadas
planas georreferenciadas con origen Pacífico. .

Se genero un modelo de base de datos relacional para compilar
la información existente del subsuelo de la ciudad de
Sogamoso (tabla N° 1), proveniente de diversas fuentes
públicas y privadas. Así se han recogido 142
estudios los cuales cuentan con un total de 298 sondeos. El
modelo se implemento en las herramientas ArcView 9.2 y ACCES
vinculando una tabla propietaria de AcrView con las tablas de
acces. En las tablas (2, 3, 4 y 5) se pueden ver las principales
tablas y sus atributos.

Modelo entidad
relación

Para organizar los datos de una base de datos es
necesario crear estructuras que los contengan. Existe varios
modelos de almacenamiento pero el más extendido es el
modelo Relacional. Este modelo se caracteriza por almacenar
organizar los datos en forma de tabla, esta es una forma habitual
de organizar la información. [2]

A continuación en la figura 3 se presenta el
modelo entidad relación desarrollado para la
creación de la base de datos, el cual nos permitió
manejar la información geotécnica del municipio de
Sogamoso de una manera más ordenada, se desarrollaron
cinco entidades con sus correspondientes relaciones (uno a muchos
y muchos a muchos).

FIGURA 3. Modelo entidad
relación

TABLAS

Es la estructura básica de almacenamiento de
datos. En ella es donde se introducen, buscan, eliminan y
modifican los datos que contiene la base de datos.

Se desarrollaron 5 tablas con sus respectivos ID (llave
primaria) de tal forma que se pudiera introducir la totalidad de
la información adquirida del subsuelo del municipio,
[3]como se sigue a continuación.

• Datos Generales

• Datos de los Sondeos

• Limites de Atterberg

• Propiedades
  Mecánicas.

• Granulometría.

DISEÑO DE FORMULARIOS

Los formularios son herramientas que mejoran la
presentación y manipulación de datos mediante
ventanas similares a los programas de entorno Windows. El
diseño se realiza colocando controles y campos con el
formato deseado. [4]

FIGURA 4. Formulario Datos
Generales

FIGURA 5. Formulario Datos de
Sondeos

Se desarrollaron dos formularios en los cuales se puede
consultar la información necesaria de cada uno de los
sondeos recopilados y almacenadas en esta base de datos,
también por medio de dichos formularios se permite
alimentar la base de datos.

Zonificación
geotécnica

Con el fin de llegar a la zonificación
geotécnica del municipio de Sogamoso fue necesaria la
aplicación de técnicas geoestadísticas para
la interpolación espacial con el método Kriging de
acuerdo con el objetivo central de este trabajo, que pretende
hacer la predicción de los valores de la
clasificación USC en toda la zona de estudio a partir de
los valores disponibles para una cantidad limitada de puntos, es
necesario aplicar una técnica de geoestadística
para hacer la interpolación espacial.

El método utilizado fue el Kriging, llamado
así en honor al ingeniero de minas sudafricano G. Krige
(Cressie, 1990). (Chang, 2002) define el Kriging como un
método de interpolación lineal que asume que la
variación espacial de un atributo incluye una componente
correlacionada espacialmente que representa la variación
de la variable regionalizada. Existen varios tipos de
método Kriging que se pueden aplicar de acuerdo con la
naturaleza de los datos y el comportamiento que se detecte en el
variograma, asociado a factores como la estacionariedad
(análisis de tendencia) y la disponibilidad de
información como la media o la matriz de covarianzas. En
este proyecto se utilizó el método Kriging
universal, en el cual se asume que la variación espacial
en los valores de z, tiene una tendencia o una componente
estructural adicional a la correlación espacial entre los
puntos muestreados conocidos. [5]

Los software especializados en el análisis
espacial de datos que se utilizaron fueron SURFER 8.0, y con el
comando SURFACE se obtuvieron los modelos digitales de terreno
que muestran en tres dimensiones la distribución de la
humedad del suelo. Se usó ARCGIS 9.2 para la
generación de los mapas de zonificación
geotécnica, ArcGIS es el nombre de un conjunto de
productos de software en el campo de los Sistemas de
Información Geográfica o SIG. Producido y
comercializado por ESRI, bajo el nombre genérico ArcGIS se
agrupan varias aplicaciones para la captura, edición,
análisis, tratamiento, diseño, publicación e
impresión de información geográfica. ArcGIS
Desktop, la familia de aplicaciones SIG de escritorio, es una de
las más ampliamente utilizadas, incluyendo en sus
últimas ediciones las herramientas ArcReader, ArcMap,
ArcCatalog, ArcToolbox, ArcScene y ArcGlobe, además de
diversas extensiones. ArcGIS Desktop se distribuye
comercialmente bajo tres niveles de licencias que son, en orden
creciente de funcionalidades: ArcView, ArcEditor y
ArcInfo.

La metodología general para la elaboración
de la zonificación geotécnica se explicó
anteriormente . Conforme a los requerimientos específicos
que se dieron a lo largo del desarrollo de las investigaciones,
esta fue objeto de ajustes y complementaciones, de tal manera que
la zonificación geotécnica se definió
mediante el diagrama de flujo de se presenta en la Figura
6.

FIGURA 6. Diagrama De Flujo Zonificación
Geotécnica

Localización del área zonificada
geotécnicamente

FIGURA 7.Casco urbano del municipio de
Sogamoso.

ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA POR
CLASIFICACIÓN USC DE 0-3 METROS

FIGURA 8. Zonificación geotécnica por USC
de 0-3m.

ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA POR
CLASIFICACIÓN USC DE 3-5 METROS

FIGURA 9. Zonificación geotécnica por USC
de 3-5m.

ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA POR
CLASIFICACIÓN USC DE 5-7 METROS

FIGURA 10. Zonificación geotécnica por USC
de 5-7m.

FIGURA11. Modelo final de Zonificación por
clasificación USC

Conclusiones

• El principal aporte de este trabajo es la
  implementación de una base de datos actualizada en
  formato electrónico de la información
  geotécnica existente del municipio de Sogamoso, la
  cual se adjunta al presente informe.

• Se recopilo un total de 142 estudios de suelos del
  municipio de Sogamoso entre los años 1995 al 2009, los
  cuales corresponden a un total de 298 sondeos ubicados sobre
  el área urbana de la cuidad.

• Se realizo un modelo entidad relación con los
  datos adquiridos de cada unos de los estudios, el cual se
  compone de las siguientes tablas: Datos generales, Datos de
  sondeos, Propiedades mecánicas, limites de atterberg y
  Clasificación granulométrica.

• Se generaron dos tipos de formularios en los cuales
  se puede consultar la información almacenada en la
  base de datos por medio de los datos generales y los datos de
  los sondeos.

• La Base de Datos Geotécnica se entrega en
  formato digital elaborado en Access 2007, aclarando que en
  ella sólo se encuentran los datos tal y cual
  están reportados en los estudios de suelos
  recopilados. En ningún caso se presentan los
  procesamientos y análisis intermedios realizados con
  esta información, sin embargo los resultados finales,
  mapas e interpretaciones se presentan detalladamente en el
  informe.

• Las exploraciones que conforman la base de datos
  geotécnica no superan los 10 m de profundidad
  promedio, y no lograron cubrir un gran porcentaje del
  área de la ciudad, constituyéndose en uno de
  los principales insumos con que se definió la
  zonificación geotécnica a nivel superficial.
  Por tal motivo se realizo únicamente el modelo de
  zonificación en el área centro del
  municipio.

Bibliografía

ALBA, Jorge; PARRA MURRUGARRA, Denys, VÁSQUEZ
LÓPEZ, David. Microzonificación geotécnica
de pisco.

FONSECA, Héctor, et al, Entorno Natural de 17
Ciudades de Colombia. Bogotá: Universidad EAFIT, Sociedad
Colombiana de Geología y Academia Colombiana de Ciencias
Exactas, Físicas y Naturales, julio 2007. Paginas
(342)

GONZÁLEZ DE VALLEJO, Luis, et al.
Ingeniería Geológica. Pearson Educación,
S.A., 2004. Paginas (715)

HANSEN, G., & HANSEN, J. Diseño y
Administración de Base de Datos. Pearson Universitari.
Paginas (30-45)

INGEOMINAS. Microzonificación Sísmica de
Santa Fe de Bogotá. 1993.

INGEOMINAS. Microzonificación Sísmica de
Cali. Informe 4, Investigación y Zonificación
Geotécnica de la Ciudad de Cali. 2005.

INGEOMINAS. Zonificación Geotécnica Del
Sitio El Fuerte Para La Reubicación De La Población
De Bojayá-Choco.2002.

QUINTANA, Martha y RONCANCIO, Nohora.
Zonificación Preliminar De Suelos para el Área
Urbana de Sogamoso–Boyacá. Sogamoso, 1995, 98 p.
trabajo de grado (Ingeniero Geólogo). Universidad
Pedagógica y Tecnológica. Facultad Seccional
Sogamoso.

RAMOS, Alfonso. Microzonificación Sísmica
Del Campus De La Pontificia Universidad Javeriana Sede
Bogotá – COLOMBIA.2003

ROCHA, Jaime Y VILLALBA, Rocha. Estudio Geológico
Geotécnico Para La Adecuación De Nuevas Zonas Para
El Relleno Sanitario Del Municipio De Sogamoso. Sogamoso, 2005,
68 p. Trabajo de grado (Ingeniero Geólogo). Universidad
Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad
Seccional Sogamoso.

WALPOLE, Ronald. Et al,. Probabilidad Y
Estadística Para Ingenieros. Prentice Hall.

Autor:

Olga Lucia Albarracín
Sepúlveda

Diana Carolina Gómez
Acevedo

Constanza Viviana
Alarcón

Fredy Leonidas Sandoval
Castillo

Escuela de Ingeniería
Geológica. Universidad Pedagógica y
Tecnológica de Colombia.

[1] FONSECA, Héctor, et al. Entorno
Natural de 17 Ciudades de Colombia. Bogotá: Universidad
EAFIT, Sociedad Colombiana de Geología y Academia
Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales,
julio 2007. Paginas (342)

[2] MANUEL. Martin., Conceptos Sobre Bases de
Datos. http://www.sietecolinas.es/materiales/inf/bds.pdf

[3] MANUEL. Martin., Conceptos Sobre Bases de
Datos. http://www.sietecolinas.es/materiales/inf/bds.pdf

[4] MANUEL. Martin., Conceptos Sobre Bases de
Datos. http://www.sietecolinas.es/materiales/inf/bds.pdf

[5] ESTUDIO DE MICROZONIFICACIÓN
SÍSMICA DE LA CIUDAD DE CALI. SUBPROYECTO DE GEOTECNIA.
Informe 4. Investigación y Zonificación
Geotécnica de la Ciudad de Cali. INGEOMINAS. 2005.
Paginas (26-40).