ANÁLISIS DE LA COMPRESIBILIDAD DE LOS RELLENOS SANITARIOS, COMPARACIÓN DE MODELOS TEÓRICOS

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1 ANÁLII DE LA COMPREIBILIDAD DE LO RELLENO ANITARIO, COMPARACIÓN DE MODELO TEÓRICO Turcumán, María (1) Instituto d Matrials y ulos, Facultad d Ingniría, Univrsidad Nacional d an Juan. Ingnira Civil. Espcilización n Ingniría Gotécnica otorgado por l CEDEX, Madrid-España. Espcialista n Ingniría Ambintal. Tsis n dsarrollo d la Mastría n Ingniría Ambintal. Facultad d Ingniría d la Univrsidad Nacional d Cuyo, Mndoza-Argntina. Profsora Adjunta d las cátdras Mcánica d ulos y Mcánica d Rocas invstigadora dl Instituto d Matrials y ulos. Facultad d Ingniría - Univrsidad Nacional d an Juan, Argntina. Fior, Juan Manul Instituto d Matrials y ulos, Facultad d Ingniría, Univrsidad Nacional d an Juan. Ibañz, Juan Pablo Instituto IMERI, Facultad d Ingniría, Univrsidad Nacional d Cuyo. Domicilio (1) : Córdoba 2247 ost/barrio Los Olivos - Capital an Juan - CP: Argntina - Tl: +54 (264) Fax: +54 (264) mail: mturcuma@ims.unsj.du.ar/ mturcuman@sinctis.com.ar. REUMEN Los rllnos sanitarios constituyn obras gotécnicas d gran port, cuyo comportaminto mcánico s compljo dbido a la htrognidad d los rsiduos sólidos qu contin. Durant su construcción y dspués d su clausura, los rllnos sanitarios sufrn asintos dbido a procsos d consolidación qu pudn xtndrs por un largo priodo d timpo. Invstigacions basadas n la Gotcnia Ambintal abordan l studio d la stabilidad d los rllnos sanitarios asimilando al rsiduo sólido urbano (RU) compactado como matrial gotécnico, y tomando d la Mcánica d ulos clásica las torías dsarrolladas para l análisis d su comprsibilidad. D sta forma s procura stimar ajustadamnt los asintos y l timpo n qu s producn a través d rlacions matmáticas. Divrsos autors han formulado modlos tóricos para l análisis d la comprsibilidad d los rsiduos sólidos, incluyndo parámtros mcánicos y biológicos. Los asintos xprimntados dpndn d la composición gravimétrica d los rsiduos y d factors socio-ambintals qu caractrizan a cada rgión n particular. En l prsnt trabajo s ralizan stimacions d parámtros gotécnicos d los RU n bas a caractrizacions d rsiduos qu ofrc la bibliografía intrnacional. Con stos parámtros, s calibran los modlos tóricos y s ralizan cálculos stimativos d asintos y los timpos d consolidación d los RU compactados. Los rsultados d los difrnts modlos son comparados, apuntándos las capacidads y limitacions d cada uno d llos PALABRA-CLAVE: rsiduos sólidos urbanos rllnos sanitarios mdio ambint consolidación modlos matmáticos INTRODUCCIÓN Dsd un punto d vista gotécnico, Grisola & Napoloni (1996), dfinn los rsiduos sólidos como un mdio multifacético, igualmnt qu los sulos, constituidos por fass sólidas, líquidas y gasosas. Y los clasifican n: - Matrials inrts stabls (mtals, vidrios, scombros), cuyo comportaminto s asumido como l d un sulo htrogéno d granulomtría grusa. - Matrials altamnt dformabls (cartón, plástico y txtils) qu prsntan grands dformacions y comportaminto anisótropo. - Matrials fácilmnt dgradabls (matrials orgánico, vgtals, rstos d comidas) qu pasan por transformacions físico-químicas, causando rducción d volumn y gnrando gass y líquidos. 1

2 Podmos stablcr qu la clasificación d los RU s basa n la valuación d parámtros como: contnido d humdad, matria orgánica, distribución d los tamaños d las partículas idntificación d las difrnts catgorías d rsiduos contnidas n una mustra. Uno d los grands dsafíos d la ingniría gotécnica ambintal, s dtrminar y cuantificar las propidads gotécnicas d los rllnos sanitarios d RU. Es important l conociminto d stas propidads para disñar un sistma d gstión d RU como también n l análisis d la stabilidad y n l comportaminto a largo plazo d los rllnos sanitarios. COMPREIBILIDAD Los mayors problmas gotécnicos stán asociados al asinto a largo plazo dl rllno. Los asintos difrncials pudn producir fracturas n los sistmas d drnaj d los lixiviados y sto ocasionar saturación d la masa d rsiduos; causar variacions n la suprfici dl trrno, áras d dprsión qu ocasionarían acumulación prmannt d aguas transformándos n una carga adicional para los rsiduos y aumntar los asintos difrncials. Por lo tanto la comprsión d los rllnos sanitarios toma importancia, porqu cualquir proycto d uso futuro ncsitará cuantificar cual srá l asinto a largo plazo. Y más important aún, l studio d los asintos n un rllno sirv para podr prdcir l incrmnto d la capacidad d los vrtdros n rcibir RU. MODELO DE COMPREIBILIDAD Una forma d abordar l análisis d la comprsibilidad n los rllnos sanitarios, s la utilización d xprincias d comportaminto smjants n Gotcnia, sindo varios los autors qu utilizan torías similars a la mcánica d sulos, a través d modlos matmáticos. Modlo d owrs owrs fu l primro n plantar un modlo d comprsibilidad para los RU basado n la Toría d la Consolidación propusta por Trzaghi. Establc qu la comprsibilidad d los RU s divid n una comprsibilidad inicial y primaria y una comprsibilidad scundaria. p Cc 0 log 1 0 (1) Dond: p = asinto al final d la consolidación primaria 0 = altura inicial dl rllno Cc = coficint d comprsibilidad = prsión fctiva n l rllno = sobrcarga fctiva 0 = rlación d vacíos Trminada la primra fas aproximadamnt al cabo d un ms sgún owrs, s inician los asintos producto d cambios físico químicos, dgradación biológica y comprsión mcánica scundaria. Y s dtrminan stos asintos mdiant la siguint xprsión: s C log 1 0 t1 (2) Dond: s = asinto durant la consolidación scundaria al timpo = altura d la clda al timpo t 1 C = índic d comprsión scundaria = timpo d stimación d asintos t 1 = timpo d inicio d la consolidación scundaria 0 = rlación d vacíos 2

3 Una conclusión intrsant s qu s ha podido comprobar qu la comprsión primaria s dominant n la producción d asintos n la fas d opración dl vrtdro y la comprsión scundaria s la más vidnt una vz qu ha concluido la opración dl rllno. En la práctica l principal problma, s la dificultad para obtnr mustras rprsntativas d los matrials para los studios, y la falta d métodos d nsayos y quipos d laboratorio para ralizar nsayos fiabls. El modlo d owrs prdic para los asintos a largo plazo, un procso indfinido y l asinto final s hac infinito, por lo qu l modlo solo prmit la prdicción d asintos para fchas dtrminadas. Otros tipos d asintos como los producidos por colapsos, combustión ó la intracción d varios fnómnos no pudn sr stimados por st mdio. Ya sabmos qu las mayors dificultads radican n ncontrar los parámtros Cc y C, como también la rlación d vacios d los rsiduos. Una solución qu s pud plantar para salvar sta dificultad s tomar como parámtros las siguints xprsions: Cc ' Cc 1 0 (3) C C ' 1 0 Por lo qu la cuación para l cálculo d la magnitud d la Consolidación Primaria s: (4) p Cc ' 0 log (5) Dl mismo modo para calcular la Consolidación cundaria s: s C ' 0 log t1 (6) La xprsión para conocr Cc s la siguint: Cc o log s ' ' (7) La Consolidación cundaria pud sr xprsada n términos dl Indic d Comprsión cundaria por la xprsión siguint: C s o log t1 (8) Modlo d Mrulo Est modlo fu dsarrollado por l Grupo d Gotcnia d la Univrsidad d Cantabria, España con colaboración d invstigadors dl Grupo d Gotcnia d la Univrsidad Católica d Valparaiso. La información fu rcogida d la Tsis d Palma y dl artículo d Espinac t al (1999). El modlo prtnd prdcir los asintos qu ocurrn n un rllno sanitario a partir d una formulación qu incorpor y rlacion los parámtros fundamntals qu dtrminan los procsos d dgradación, como l timpo, l contnido d matria orgánica y l ritmo d dsarrollo d los procsos d dgradación. En l plantaminto d st modlo s considran solamnt los asintos qu son dpndints dl timpo, s dcir los qu s dbn a la dscomposición d la matria orgánica biodgradabl. El procso d pérdida d masa y volumn s pud dscomponr n dos sumandos: uno a volumn constant, qu s manifista como pérdida d dnsidad; y otro a dnsidad constant, qu da lugar a un cambio d volumn y n conscuncia, a asintos. La rlación ntr l total d pérdida d masa y d pérdida d volumn, parc sr razonabl qu s plant como una constant para todos los rsiduos, qu sa indpndint dl timpo y qu no dpnda tampoco dl stado tnsional. Por lo tanto y tnindo n cunta la valuación d los asintos, stos s xprsan para todo l priodo postrior a la tapa d xplotación d un rllno como función d los siguints parámtros n la forma: 3

4 s COD 1 Kh 1 Tc Kh ( t Tc ) Kh t (9) Dond: α = coficint d pérdida d masa transformada n asintos = spsor dl rllno sanitario (mm) COD = contnido d matria orgánica biodgradabl d los rsiduos sólidos (%) Tc = timpo d construcción dl rllno (días) Kh = coficint d hidrólisis (días -1 ) t = timpo al cual s quir prdcir los asintos (días) En cuanto a la rlación ntr l volumn d asinto producido y l corrspondint a la masa prdida por dgradación, l coficint α s considra constant y caractrístico dl tipo d rllno y d los rsiduos dpositados. La xprsión prmit plantar n conscuncia la prdicción d asintos a largo plazo n un rllno d rsiduos compactados. ay qu sñalar qu las condicions rals n un vrtdro controlado s obtinn con rspcto a una primra nivlación llvada a cabo n un momnto to>tc. Introducindo sto s llga a la xprsión qu rflja la producción d asintos: Kh COD Tc 1 Kh Tc Kh t Kh to (10) A partir d sta cuación, s pudn prdcir los asintos a lo largo dl timpo. ANÁLII MEDIANTE LO MODELO DE COMPREIBILIDAD Para hacr st análisis vamos a plantar un jmplo qu nos prmitirá validar los Modlos d owrs y Mrulo, basado n la bibliografía intrnacional. La información d los valors d asintos furon tomados d la Tsis d Ghislan, n l Vrtdro d Madrid. Modlo d owrs Para ralizar l cálculo d los Coficints d Comprsión s utilizarán los valors d asintos xprimntals para 25 puntos dados n la Tabla 1 obtnidos a través d una Lina Continua d Asintos LCA. Tabla 1: Lina Continua d Asintos LCA. Distancia Asintos [mm] d los Contrucción dl Final d la Final d las Puntos Trraplén Consolidación mdicions [m] Primaria 1º Fcha 583 días 92 días ,4 1413, ,4 1525, ,4 1552, ,4 1659, ,4 1886, ,4 1906, ,4 2009, ,4 1973, ,4 2026, ,4 2102, ,4 2062, ,4 2088, ,4 2100,3 4

5 ,4 2140, ,4 2107, ,4 2113, ,4 2059, ,4 1996, ,4 1893, ,4 1894, ,4 1831, ,4 1780, ,4 1556, ,4 1560, ,4 1480,3 Datos dl jmplo: Dnsidad d la basura γ RU = 0,5t/m 3, valor mdio considrando qu s trata d un vrtdro con rsiduo sin compactación Pso spcífico dl trraplén γ T = 1,6t/m 3 Altura dl trraplén h T = 4m Altura inicial d la masa d rsiduos dl rllno = 33m Incrmnto d prsión por la construcción dl trraplén σ = 6,4t/m 2 Priodo total d obsrvación: 19mss Final d la consolidación primaria: 92 días En la Tabla 2 y usando la cuación (7) s prsntan los valors d Cc calculados. Dl mismo modo n la Tabla 3 y usando la cuación (8) podmos obtnr los valors d Cα. Tabla 2: Coficints d Comprsibilidad Cc Puntos Nº [m] [m] γ RU [t/m 3 ] σ 0 [t/m 2 ] σ [t/m 2 ] Cc 1 0, ,5 8,25 6,4 0,06 2 0, ,5 8,25 6,4 0,06 3 0, ,5 8,25 6,4 0,07 4 0, ,5 8,25 6,4 0,08 5 0, ,5 8,25 6,4 0,09 6 0, ,5 8,25 6,4 0,10 7 0, ,5 8,25 6,4 0,10 8 0, ,5 8,25 6,4 0,10 9 0, ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0, , ,5 8,25 6,4 0,05 5

6 Puntos Nº Tabla 3: Indic d Comprsión cundaria Cα [mm] [mm] t 1 [días] [días] Cα , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,056 Los valors d asintos mdidos a lo largo dl timpo para l punto 12, qu rprsnta l punto cntral d la LCA son los qu s mustran n la Tabla 4 y stán rprsntados n la Figura 1. Tabla 4: Mdidas d asintos Punto 12 [mm] [días] 0, , , , , , , , , ,

7 1538, , , , , ,3 583 Figura 1: Valors mdidos d asinto. Con l valor dl índic d comprsión scundaria Cα obtnido a través d la Toría d owrs, s pudn stimar los asintos qu sufrirá la masa d rsiduos n 5 años y mdio (2010 días), para una profundidad dtrminada, por jmplo 15m. Estos valors stán rfridos al Punto 12 qu rprsnta l punto cntral d la lína d asintos, qu l corrspond un valor d Cα d 0,079. Esto quda xprsado n la Tabla 5. Tabla 5: Prdicción d los asintos Profundidad [m] [m] [días] [mm] [%] Cα ,8 0,71 0, ,6 1,41 0, ,4 2,12 0, ,3 2,82 0, ,1 3,53 0, ,9 4,23 0, ,7 4,94 0, ,5 5,64 0, ,3 6,35 0, ,1 7,01 0, ,9 7,76 0, ,8 8,47 0, ,6 9,17 0, ,4 9,88 0, ,2 10,58 0,079 7

8 Figura 3: Valors mdidos y stimados. Primr tramo owrs. En las Figura 3 y Figura 4, s pudn obsrvar las curvas para los valors d asintos mdidos, y los valors d asintos stimados a través dl Modlo d owrs, para 5 años y mdio (2010 días). En la Figura 3, vmos solo l tramo d coincidncia y n la Figura 4 la proycción. Modlo Mrulo Figura 4. Valors mdidos y stimados. Proycción owrs. Para los análisis d comprsibilidad sgún l modlo Mrulo, s utiliza la siguint xprsión: Kh COD Tc 1 Kh Tc Kh t Kh to (11) Dond: = asintos mdidos (mm) α = coficint d pérdida d masa transformada n asintos = spsor dl rllno sanitario (mm) COD = contnido d matria orgánica biodgradabl d los rsiduos sólidos (%) Tc = timpo d construcción dl rllno (días) Kh = coficint d hidrólisis (días -1 ) t = timpo al cual s quir prdcir los asintos (días) t 0 = dad dl rllno al inicio d las mdicions (días) 8

9 El parámtro COD, contnido orgánico dgradabl, fu considrada como COD=0,25. Valor ncontrado por Palma para la composición d los rsiduos sólidos n Cantabria, sindo valors muy similars n toda España. El timpo d construcción dl rllno Tc fu considrado d 4 años (1460 días). El valor dl coficint d hidrólisis s tomó Kh = 0,0126 (Tsis Doctoral d Ana Ghislan. CEDEX España). El mjor valor dl coficint d pérdida d masa qu ajusta a la curva s α = 0,097. En las Figura 5 y Figura 6, s pudn obsrvar las curvas para los valors d asintos mdidos, y los valors d asintos stimados a través dl Modlo Mrulo, para 5 años y mdio (2010 días). En la Figura 5, vmos solo l tramo d coincidncia y n la Figura 6 la proycción. Figura 5: Valors mdidos y stimados. Primr tramo Mrulo. CONCLUIONE Figura 6: Valors mdidos y stimados. Proycción Mrulo. Como conclusión vmos qu ambos modlos s comportan d forma similar n la proycción a cinco años y mdio, dando para l Modlo d owrs un asinto aproximado d 3500mm y con l Modlo Mrulo un asinto aproximado d 3880mm. Con lo cual podmos mostrar qu ambos modlos ajustan bastant bin a la proycción. También podmos obsrvar qu las curvas tóricas tinn bastant similitud con los rsultados obtnidos xprimntalmnt. Los autors stán d acurdo n qu los complicados procsos d asinto dificultan l trataminto tórico dl problma y solo s han obtnidos modlos aproximados. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 9

10 1. Tchobanoglous t al. (1994). Gstión Intgral d Rsiduos ólidos. Editorial Mc Graw ill. 2. Espinac, R. t al. (1989) Rcupración d Vrtdros anitarios. Caso Vrtdro Exprimntal d Limach. Chil. Iº Congrso d Ingniría Ambintal. Bilbao, España. 3. Espinac, R.; Palma J., (1990) Problmas Gotécnicos d los Rllnos anitarios, Rvista Ingniría Civil dl CEDEX, Nº77, Edición Octubr, Novimbr y Dicimbr d 1990, Madrid, España. 4. Ghislan nriqus, Ana (2000). Comprsibilidad d los Rsiduos ólidos Urbanos. Tsis Doctoral, Dpartamnto d Explotación y Prospcción d Minas, Univrsidad d Ovido, España. 5. Grisola, M. & Napoloni, Q. (1996). Gotchnical charactrization of municipal solid wast: choic of dsign paramtrs. Proc. Of th cond Intrnational Congrss on Environmntal Gotchnics, Osaka, Japan, Ed. Kamon, Balkma, Vol II. 6. Juca, J. F. T.; Mariano, M. O.. & Mlo, V. L. A. (1999a), Rcalqus dcomposicao da matrial organic m atrro d rsidus sólidos na rgiao mtropolitan do Rcif. XX Congrsso Brasiliro d Engnharia anitaria Ambintal, Río d Janiro. 7. Espinac, R.; Diaz, I.; Palma J. (1991) Propidads Mcánicas dl Rllno anitario d Limach. IX Congrso Panamricano d Mcánica d ulos Ingniría d Fundacions. Viña dl Mar, Chil. 8. Espinac, R.; Caffarna, J. ; Palma, J. (1999) Patologías n Construccions sobr Áras Impactadas por l Vrtido d Rsiduos ólidos. V Congrso Ibroamricano d Patología d las Construccions. Montvido, Uruguay. 9. owrs, G.F., (1973). ttlmnt of wast disposal Fills. 8ª Int. Conf. oil Mchanics and Foundation Enginrings, vol. 2, Moscú, pp Palma, J.. (1995). Comportaminto gotécnico d vrtdros controlados d rsiduos sólidos urbanos. Tsis Doctoral, Univrsidad d Cantabria, antandr, España. 11. ánchz Alciturri, J.M.; Palma, J..; agasta y C. Cañizal, J. (1991). Aspctos gotécnicos dl vrtdro sanitario controlado d Mrulo. Rvista técnica dl Mdio Ambint, 25 Nov.-Dic., pp owrs, G. F. (1968). Foundation problms in sanitary land fills. Journal of th anitary Enginring Division. ACE, Vol. 94, Nº A1, Fbruary. 13. Trzaghi, K. (1943). Thorical soil mchanics. Jhon Wily and ons, Nw York. 14. Mariano, M. O.. (1999). Rcalqus no atrro d rsiduos sóliodos d Muribca PE. Tsis d Mstrado, UFPE. Rcif. 15. Juca, J. F. T.; Montiro, V. E. D.; Olivira, F. J.. & Macil, F. iliro d Gotcnia Ambintal, REGEO 99. ao José dos Campos. 10