estado del arte fenÓmeno de la subsidencia en …
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ESTADO DEL ARTE FENÓMENO DE LA SUBSIDENCIA EN BOGOTÁ
EDWIN EDUARDO SILVA GUEVARA
NICOLÁS JOSÉ GARCÍA MIRQUEZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA TOPOGRÁFICA
2015
ESTADO DEL ARTE FENÓMENO DE LA SUBSIDENCIA EN BOGOTÁ
PRESENTADO POR:
EDWIN EDUARDO SILVA GUEVARA - 20101032032
NICOLÁS JOSÉ GARCÍA MIRQUEZ - 20101032011
DIRECTOR:
ING., DR. HUGO ALEXANDER RONDON QUINTANA
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO
TOPOGRÁFICO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA TOPOGRÁFICA
2015
APROBACIÓN
El Trabajo de Grado con título “ESTADO DEL ARTE FENÓMENO DE LA
SUBSIDENCIA EN BOGOTÁ.”, desarrollado por los estudiantes NICOLÁS JOSÉ
GRACÍA MIRQUEZ Y EDWIN EDUARDO SILVA GUEVARA, en cumplimiento de
uno de los requisitos depuestos por la Universidad Distrital Francisco José de
Caldas, Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales, para optar el Título
de Ingeniero Topográfico, fue aprobado por:
Director
Ing., Dr. Hugo Alexander Rondón Quintana
DEDICATORIA
Nicolás José García Mirquez
Dedico este trabajo principalmente a Dios, por permitirme cumplir esta meta en mi
vida. A mi mamá Luz Nancy Mirquez Bernal; a mis papás Héctor Gabriel García
Caro y Jorge Enrique Rojas Gonzales; a mis hermanos Felipe, Mateo y Nancy
patricia; a mi tía Mariahelena, a mis familiares y amigos por acompañarme siempre
en este proceso y apoyarme en los momentos más necesarios de mi vida.
Edwin Eduardo Silva Guevara
Dedico este trabajo principalmente a mi familia, por ayudarme y apoyarme a cumplir
esta meta en mi vida. Mi mamá Martha Zoraida Guevara; a mi papá Wilson Fredy
Silva Cárdenas; a mis hermanos Cristian y Valentina, al resto de mis familiares y
amigos que me han acompañado y ayudado en todo este trayecto para lograr subir
este escalón y cumplir esta meta de vida.
AGRADECIMIENTOS
Los autores desean expresar sus más sinceras muestras de agradecimiento a:
Ingeniero Hugo Alexander Rondón Quintana, Director del Trabajo de Grado,
por su orientación, apoyo y dedicación en el desarrollo de esta investigación,
y la confianza depositada en nosotros.
Ingeniero Carlos González Vergara por los aportes brindados durante la
elaboración del proyecto.
A nuestro compañero Ernesto David Agudelo Sánchez quien nos apoyó en
un comienzo con la idea de este trabajo de grado.
A nuestro compañeros y en especial a Manuel Orlando Prieto Mora por ser
un apoyo en nuestras vidas y siempre estar en los momentos difíciles
alegrándonos.
Nuestros Padres y familia, por la confianza y el apoyo constante en las
decisiones; el amor y la motivación para la materialización de nuestros
sueños.
Todos nuestros maestros, quiénes nos acompañaron durante nuestra
formación como ingenieros, por brindarnos su asesoría y conocimientos.
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN .............................................................................................................. 1
ABSTRACT ............................................................................................................. 2
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 3
OBJETIVOS ............................................................................................................ 5
1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................... 5
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................... 5
SUBSIDENCIA ........................................................................................................ 6
1. DEFINICIÓN .................................................................................................. 6
1.1. TERMINO GENERAL: ......................................................................... 6
1.2. MÁS DEFINICIONES: ......................................................................... 6
2. CAUSAS Y VARIABLES DE LA SUBSIDENCIA ........................................ 8
2.1. SUBSIDENCIA POR DISOLUCIÓN SUBTERRÁNEA EN SAL, YESO O
ROCAS CARBONÁTICAS ................................................................................... 9
2.2. SUBSIDENCIA POR EROSIÓN SUBTERRÁNEA ..................................... 9
2.3. SUBSIDENCIA POR EXTRACCIÓN DE FLUIDOS ................................... 9
2.4. SUBSIDENCIA POR CONSOLIDACIÓN DEL TERRENO ....................... 10
2.5. SUBSIDENCIA TECTÓNICA ................................................................... 10
2.6. SUBSIDENCIA POR LA PREPARACIÓN DE SITIOS PARA EL
DESARROLLO DE CONSTRUCCIONES ......................................................... 10
3. ¿POR QUÉ OCURRE Y CÓMO OCURRE? ............................................... 11
3.1. SUBSIDENCIA POR DISOLUCIÓN DE ROCAS CARBONÁTICAS. ....... 11
3.2. SUBSIDENCIA POR EFECTO DE LA MINERÍA. .................................... 11
3.3. SUBSIDENCIA POR EROSIÓN O PIPING. ............................................. 12
3.4. SUBSIDENCIA POR FLUJO LATERAL EN MATERIALES SALINOS Y
ARCILLAS PLÁSTICAS ..................................................................................... 13
3.5. SUBSIDENCIA POR CARGA .................................................................. 13
3.6. SUBSIDENCIA POR VIBRACIONES ....................................................... 14
3.7. SUBSIDENCIA POR EXTRACCIÓN DE FLUIDOS. ................................ 14
3.8. SUBSIDENCIA POR HIDRO COMPACTACIÓN...................................... 15
3.9. SUBSIDENCIA TECTÓNICA ................................................................... 16
4. ¿QUIÉNES HAN ESTUDIADO EL FENÓMENO? ...................................... 17
4.1. MÉXICO ................................................................................................... 18
4.2. SHANGHAI, CHINA ................................................................................. 19
4.3. VENECIA, ITALIA..................................................................................... 19
4.4. JAPON ..................................................................................................... 20
4.5. MURCIA, ESPAÑA................................................................................... 20
4.6. ESTADOS UNIDOS ................................................................................. 21
5. MÉTODOS DE ESTUDIO ........................................................................... 22
5.1. MÉTODOS TOPOGRÁFICOS CONVENCIONALES ............................... 22
5.2. MÉTODOS GEODÉSICOS ...................................................................... 23
5.3. MÉTODOS FOTOGRAMÉTRICOS.......................................................... 23
5.4. MÉTODOS DE TELEDETECCIÓN .......................................................... 24
6. ENSAYOS DE LABORATORIO ................................................................. 28
6.1. DISTRIBUCIÓN DEL TAMAÑO DE PARTÍCULAS .................................. 28
6.2. PERMEABILIDAD .................................................................................... 28
6.3. PESO ....................................................................................................... 29
6.4. PESO ESPECÍFICO DE SÓLIDOS G ...................................................... 30
6.5. POROSIDAD Y RELACIÓN DE VACÍOS (N) ........................................... 30
6.6. CONTENIDO DE HUMEDAD ................................................................... 31
6.7. LÍMITE LÍQUIDO WL ................................................................................ 32
6.8. LÍMITE PLÁSTICO WP ............................................................................ 32
6.9. CONSOLIDACIÓN ................................................................................... 32
7. MITIGACIÓN DEL FENÓMENO ................................................................. 33
7.1. DATOS SUPERFICIALES ........................................................................ 33
7.1.1. FOTOGRAFÍAS AÉREAS Y TELEDETECCIÓN ............................... 33
7.1.2. RECONOCIMIENTO EN CAMPO ..................................................... 33
7.1.3. INFORMACIÓN TOPOGRÁFICA Y GEODÉSICA ............................. 34
7.1.4. INFORMACIÓN ORAL Y FUENTES IMPRESAS .............................. 34
7.2. DATOS DEL SUBSUELO. ....................................................................... 34
7.2.1. EXPLORACIONES ESPELEOLÓGICAS .......................................... 34
7.2.2. INVESTIGACIÓN GEOFÍSICA .......................................................... 35
7.3. EVALUACIÓN DE LA PELIGROSIDAD ................................................... 35
7.4. PREDICCIÓN ........................................................................................... 36
7.5. MITIGACIÓN ............................................................................................ 37
8. TÉCNICAS DE MONITOREO DEL FENÓMENO DE LA SUBSIDENCIA .. 39
8.1. EXTENSÓMETRO DE VARILLAS ........................................................... 39
8.1.1. PROCEDIMIENTOS Y EXPERIENCIA DE MEDICIÓN EN OTROS
PROYECTOS. ............................................................................................ 40
8.1.2. CONTROL HIDROLÓGICO DEL SUELO .......................................... 41
8.2. EXTENSÓMETRO MAGNÉTICO ............................................................ 41
8.3. INCLINÓMETROS ................................................................................... 42
8.4. MICRÓMETRO ........................................................................................ 44
9. SUBSIDENCIA EN BOGOTÁ ..................................................................... 46
9.1. ESTRATIFICACIÓN DEL TERRENO ....................................................... 46
9.1.1. FORMACIONES ROCOSAS ............................................................. 49
9.1.2. SUELO RESIDUAL (Qrs) .................................................................. 49
9.1.3. DERRUBIOS DE PENDIENTE (Qdp) ................................................ 49
9.1.4. COMPLEJOS DE CONOS O ABANICOS (Qcc) ................................ 49
9.1.5. DEPÓSITOS FLUVIO-LACUSTRES (Terraza Alta, Qta) ................... 50
9.1.6. DEPÓSITOS FLUVIO-LACUSTRES (Terraza Baja, Qtb) .................. 50
9.1.7. LLANURAS DE INUNDACIÓN (Qlla) ................................................ 50
9.1.8. RELLENOS DE BASURAS (Qb) ....................................................... 50
9.2. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS ........................................................ 51
9.3. ARCILLAS ................................................................................................ 55
9.4. EXPLOTACIÓN DE AGUAS .................................................................... 56
9.5. FENÓMENO DE SUBSIDENCIA ............................................................. 57
9.6. NIVELACIÓN GEOMÉTRICA Y REDES GEODÉSICAS PARA LA
DETERMINACIÓN DE LA SUBSIDENCIA ........................................................ 58
9.6.1. NIVELACIÓN GEOMÉTRICA ............................................................ 59
9.6.2. RED GNSS ........................................................................................ 60
9.6.3. RESULTADOS .................................................................................. 61
10. ¿QUÉ EFECTOS GENERAN SOBRE VÍAS, POBLACIÓN Y MEDIO
AMBIENTE? ......................................................................................................... 65
CONCLUSIONES ................................................................................................. 68
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 70
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Diferentes tipos de subsidencia ................................................................ 9
Tabla 2. Estudios de subsidencia ......................................................................... 17
Tabla 3. Características de las técnicas topográficas básicas .............................. 23
Tabla 4. de los métodos geodésicos ..................................................................... 23
Tabla 5. Características de los métodos fotogramétricos ..................................... 24
Tabla 6. Características principales de los métodos de teledetección ................. 25
Tabla 7. Características principales de los diferentes sistemas de medida de las
deformaciones. ...................................................................................................... 27
Tabla 8. Rangos de tamaño de las partículas del suelo ....................................... 28
Tabla 9. Listado de métodos in situ usados en subsidencia ................................. 45
Tabla 10. Descripción de las zonas geotécnicas (parte 1) (Decreto-523, 2010) ... 53
Tabla 11. Descripción de las zonas geotécnicas (parte 2) (Decreto-523, 2010) ... 54
Tabla 12. Rangos típicos de algunos parámetros de las arcillas bogotanas ........ 56
Tabla 13. Cambios de alturas derivados de GNSS (IGAC, 2008) ......................... 61
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Subsidencia por disolución de rocas carbonática, tomada de . ............. 11
Figura 2. Subsidencia minera ............................................................................... 12
Figura 3. Subsidencia por erosión o piping........................................................... 13
Figura 4. Subsidencia por flujo lateral en materiales salinos y arcillas plásticas. 13
Figura 5. Subsidencia por carga ........................................................................... 14
Figura 6. Subsidencia por vibraciones. ................................................................. 14
Figura 7. Subsidencia por extracción de fluidos ................................................... 15
Figura 8. Subsidencia por hidrocompactación ...................................................... 16
Figura 9. Subsidencia Tectónica. ......................................................................... 16
Figura 10. Ecuación de Darcy .............................................................................. 29
Figura 11. Relaciones para determinar el peso de los suelos .............................. 29
Figura 12. Ecuaciones peso específico ................................................................ 30
Figura 13. Ecuaciones de porosidad .................................................................... 31
Figura 14. Ecuación de relación de vacíos ........................................................... 31
Figura 15. Ecuación de contenido de humedad ................................................... 32
Figura 16. Ecuación para medir la peligrosidad .................................................... 35
Figura 17. Extensómetro de varillas ..................................................................... 40
Figura 18. Inclinómetro ......................................................................................... 43
Figura 19. Partes de un Inclinómetro .................................................................... 44
Figura 20. Extensómetro con micrómetro ............................................................. 46
Figura 21. Zonificación geotécnica ....................................................................... 48
Figura 22. Modelo geológico de la Sabana de Bogotá ........................................ 51
Figura 23. Estratificación de los Suelos en Bogotá .............................................. 52
Figura 24. Estaciones y puntos de control en Bogotá ......................................... 60
Figura 25. Serie de desplazamiento estaciones Boga y Bogt. ............................. 62
Figura 26. Plano Cambios en las alturas derivados de GNSS ............................. 63
Figura 27. Medición de la subsidencia GNSS ...................................................... 64
Figura 28. Medición de la subsidencia nivelación geométrica .............................. 64
Figura 29. Afectaciones estructurales por subsidencia. ....................................... 66
1
RESUMEN
El fenómeno de la Subsidencia es un movimiento vertical (hundimiento o Alzamiento) de la superficie terrestre, el cual tiene varios factores que lo desencadenan como la extracción de fluidos, la compactación del terreno, explotaciones de minerales, etc. Cada tipo de subsidencia se origina de manera diferente. De los 9 tipos que se tratan cada uno comparte un problema de riesgo hacia la sociedad, pero cambia su forma de origen y la manera en la que se desencadena siendo ocasionada por: la minería, la extracción de fluidos, las explosiones, los movimientos tectónicos, etc. Debido a ello el fenómeno afecta a tanto a países grandes como pequeños, en donde se destacan: España, Estados Unidos, Italia, México, China, Japón y Colombia.
Existen varios métodos de monitoreo tanto In situ como por medidas periódicas, ya sean topográficas, Geodésicas, con sistemas DinSAR, Fotogramétricos o mecánicas como el uso de los micrómetro e inclinómetro.
La mitigación del fenómeno es un proceso extenso que conlleva varios procesos de información periódica de varias fuentes, las cuales son de ayuda para una posterior mitigación o una posible prevención del mismo. En Bogotá se ha presentado la subsidencia por varios años, pero ha sido poco el estudio que se ha hecho sobre el tema, sin embargo si hay información base para para la realización de futuros estudios como: las bases de recepción permanente que genera diferenciales de desplazamiento, la cartografía útil de entidades distritales que cuentan con tipos de suelo y mapas geológicos para la identificación de zonas críticas y la red GNSS de la ciudad.
Por otra parte, los riesgos y daños que genera este fenómeno, que aunque pase
desapercibido, con poca incidencia anual y presente variaciones de muy poca
altura (centímetros o milímetros x año) genera agrietamientos y desniveles en
edificios, vías y construcciones en general.
2
ABSTRACT
The subsidence phenomenon is a vertical movement (sinking or Uprising) of the surface of the earth, which is triggered by several factors like the fluids extraction, the soil compaction, mineral exploitation, etc. Each kind of subsidence is originated from different ways. From the nine kinds addressed each one shares a risk problem for society, but changes its origin and the way in which is triggered, being caused by: the mining, fluid extraction, explosions, tectonic movements, etc. Because of this the phenomenon affects both, big and small countries, being noteworthy: Spain, Colombia, United States, Italy, Mexico, China and Japan.
There are several monitoring method both In Situ as per periodical measures topographical, geodesical, with DinSAR systems, photogrametricals, or mechanicals like the use of micrometres and inclinometers.
The mitigation of the phenomenon is an extent process that involves many procedures of periodical information from multiple sources, all of them helpful for the later relief or possible prevention of it. In Bogotá the subsidence have been present for several years, but the studies of the subject is minimal, however, it exists basic information for the execution of future studies as: the permanent reception bases that generates movement differentials, the useful cartography of district entities who possess soil types and geological maps for the discrimination of critical zones and the GNSS web of the city.
Moreover, the hazards and damages generated by this phenomenon, normally
unnoticed and with little annual incidence and even fewer elevation variations
(centimeters and millimeters per year), creates crackings and slopes in buildings,
roads, and constructions in general.
3
INTRODUCCIÓN
Bogotá es una ciudad con graves problemas geotécnicos, debido a que en un
comienzo la sabana en donde se encuentra ubicada era un gran lago (suposición
hecha debido a la frecuente presencia de pequeños lagos en la zona y la
composición de los suelos de esta área) que se fue llenando por los sedimentos
de los ríos y el desaguado gracias a una brecha de la montaña circundante en el
extremo sur (Hettner, 1976). Según a lo anterior, Bogotá era una ciudad con
frecuentes acuíferos en el subsuelo, que desaparecieron por el uso inapropiado de
los habitantes de la región, provocando que con el pasar del tiempo se presente el
fenómeno de subsidencia en las diferentes zonas de la ciudad.
La zona en la cual se encuentra ubicada la ciudad, contribuye a la deformación de
los suelos por su estado geológico, por esta razón debe llevarse un control
detallado del fenómeno de la subsidencia y buscar la incorporación de soluciones
rápidas para zonas hundimientos muy notables, es importante que una ciudad
capital tenga la malla vial en buen estado y los edificios estructuralmente bien
consolidados sin ningún riesgo directo. Además, Bogotá se localiza en las
inmediaciones de un ambiente sismo tectónico de reconocida actividad histórica;
en el cual la Zona de Subducción del Pacífico y un complejo sistema de fallas, son
las fuentes sismo génicas que mayor efecto potencial tienen sobre toda la región.
Este fenómeno de subsidencia se ha estudiado en las diferentes épocas,
generando cartografías y determinando puntos críticos sobre esta región, pero es
evidente que esta información se va desactualizado con el pasar de los años. Por
ello es importante generar una guía de apoyo donde se encuentren los análisis
(mediante comparaciones) para determinar cómo está cambiando, las posibles
causas de esos cambios, las zonas con más factibilidad a sufrir este fenómeno,
los métodos de mitigación, y las tendencias de los desplazamientos verticales y
horizontales en la zona junto con su frecuencia.
Actualmente, la subsidencia en Bogotá es un tema sobre el cual existe escasa
información, debido a que los estudios para determinar las causas, factores y
comportamientos de la misma no se realizan de una manera periódica ni
controlada, lo cual hace imposible que se tenga una base de datos con las
características de la zona y los datos pertinentes para mitigar este hecho.
4
Según el Fondo de Prevención y Atención de Emergencias-FOPAE los diferentes
hundimientos de suelo que se han registrado en diversos sectores de Bogotá
obedecen a varios factores, entre los que se encuentra: la subsidencia. Además,
aseguran que una de las grandes causas de este fenómeno se debe a una alta
incidencia del proceso de aguas subterráneas y que estas circunstancias han
ocasionado que la ciudad se hunda de uno a cinco centímetros por año.
5
OBJETIVOS
1. OBJETIVO GENERAL
Describir el estado del conocimiento sobre el fenómeno de subsidencia en
Bogotá que cuente con la recopilación adecuada de la información
pertinente.
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
2.1. Recopilar información sobre el fenómeno de subsidencia en
Bogotá.
2.2. Seleccionar y organizar información con los resultados obtenidos
en la investigación realizando las observaciones pertinentes
sobre el tema.
2.3. Realizar un análisis crítico con la información obtenida para
clasificarla y generalizarla por temas de importancia.
6
SUBSIDENCIA
1. DEFINICIÓN
1.1. TERMINO GENERAL:
El término genérico de subsidencia hace referencia al hundimiento
paulatino de la corteza terrestre, continental o submarina. La subsidencia
terrestre, en la cual se centra el presente trabajo, es un fenómeno que
implica el asentamiento de la superficie terrestre en un área extensa debido
a varios factores, que pueden ser naturales o causados por el impacto de
una gran variedad de actividades humanas (Corapcioglu, 1984)
1.2. MÁS DEFINICIONES:
La subsidencia del terreno es un fenómeno consistente en el hundimiento
de la superficie terrestre cuyo origen puede deberse a diversas causas
generando cuantiosos daños en aquellas infraestructuras que se asientan
sobre ella. (Roberto Tomás, 2010)
En geología e ingeniería: subsidencia describe el movimiento de una
superficie (usualmente, la superficie de la Tierra) Generalmente
movimiento vertical (Elevación y Hundimiento) respecto al nivel del mar.
(Carvajal, 2008)
La subsidencia del terreno es únicamente la manifestación en superficie de
una serie de mecanismos Sub-superficiales de deformación. (Prokopovich,
1979)
La subsidencia es un riesgo natural usualmente caracterizado por lentos
movimientos de tierra, por esta razón rara vez se convierte en peligro para
la vida humana. Sin embargo esto puede tener varias áreas de interés
sobre unos periodos de tiempo, causando deformaciones que pueden variar
de unos pocos milímetros a varios metros. Por lo tanto, si esto afecta áreas
7
metropolitanas puede causar importantes daños estructurales e
infraestructurales con altos costos consecuentes. (Tessitore, 2014)
“El fenómeno que tiene lugar debido a la extracción de sólidos (minerales) o
fluidos (gas, petróleo, vapor, agua, etc.) del subsuelo, que se manifiesta en
hundimientos paulatinos o súbitos de la superficie y en la generación de
Agrietamientos en la masa del suelo. (Pacheco, 2007)
Hay una relación entre los conceptos hallados, la cual indica que la
subsidencia es el cambio vertical (elevación y/o hundimiento) de cota con
respecto a un punto de referencia la cual genera una deformación en el
terreno y topografía, este movimiento es causado por múltiples causas y se
pueden catalogar diferentes tipos de subsidencia según el punto de vista
del autor.
8
2. CAUSAS Y VARIABLES DE LA SUBSIDENCIA
La subsidencia puede también clasificarse en función de los mecanismos que la
desencadenan (Scott, 1978). Las actividades extractivas de mineral en galerías
subterráneas, la construcción de túneles, la extracción de fluidos (agua, petróleo o
gas) acumulados en reservorios subterráneos, el descenso de nivel freático por
estiajes prolongados, la disolución natural del terreno y lavado de materiales por
efecto del agua, los procesos morfotectónicos y de sedimentación o los procesos
de consolidación de suelos blandos u orgánicos, como se puede observar en la
tabla 1, son algunas de las causas de los procesos de subsidencia (Gonzaléz de
valejo, Ferrer, Ortuño, & Oteo, 2002).
9
Tabla 1. Diferentes tipos de subsidencia tomada de (Gonzaléz de valejo, Ferrer,
Ortuño, & Oteo, 2002).
El fenómeno de subsidencia puede ser desencadenado por varios motivos los
cuales ya son mencionados y estos mismos le dan el nombre al tipo de
subsidencia que se puede desencadenar por dicho motivo.
2.1. SUBSIDENCIA POR DISOLUCIÓN SUBTERRÁNEA EN SAL, YESO O
ROCAS CARBONÁTICAS
La sal, el yeso y las rocas con alto contenido de carbono (limolitas y
dolomitas) son materiales que pueden estar asociados con
subsidencia, dependiendo en parte del grado de solubilidad y en parte por
otras propiedades físicas (UNESCO, 1984). Debido a la gran solubilidad de
estos materiales en agua en determinadas condiciones, pueden llegar a
formar sistemas de huecos interconectados, y que en circunstancias
extremas, provocan el hundimiento del terreno en determinadas zonas
(Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009).
2.2. SUBSIDENCIA POR EROSIÓN SUBTERRÁNEA
La subsidencia por erosión subterránea se produce por un proceso
mecánico de arrastre de partículas de suelo causado por el flujo de agua
subterránea. El agua, en su recorrido horizontal por el terreno, moviliza
partículas de suelo generando una serie de canales que pueden
desencadenar colapsos del terreno. El fenómeno es conocido como
tubificación o “piping” (Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009).
2.3. SUBSIDENCIA POR EXTRACCIÓN DE FLUIDOS
La extracción de fluidos (agua, gas o petróleo) desde el terreno puede
causar importantes valores de subsidencia como consecuencia del cierre
10
gradual de los huecos rellenos por el fluido extraído (Tomas, Herrera,
Delgado, & Peña, 2009).
2.4. SUBSIDENCIA POR CONSOLIDACIÓN DEL TERRENO
La acumulación natural sucesiva de sedimentos o determinados tipos de
cimentaciones pueden ocasionar la consolidación del terreno como
consecuencia del peso que ejercen los sedimentos o las construcciones.
Esta subsidencia se produce por una reducción gradual de los huecos del
suelo (Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009).
Este tipo de subsidencia hace referencia a la disminución o pérdida del
volumen depósitos sedimentarios de baja densidad y que puede ser
inducida por carga (emplazamientos de estructuras de gran tamaño y/o
peso y colocación de rellenos), drenaje (ubicación de drenajes artificiales),
vibración (ya sean naturales o inducidas), extracción de fluidos y en algunos
caso debido a la inyección de agua (hidrocompactación) (UNESCO, 1984).
2.5. SUBSIDENCIA TECTÓNICA
Durante algunos eventos sísmicos de gran importancia (Hegben Lake,
1959; Chile, 1960; Alaska, 1960), se han medido notables desplazamientos
verticales que afectan áreas de cientos de kilómetros cuadrados (UNESCO,
1984).
2.6. SUBSIDENCIA POR LA PREPARACIÓN DE SITIOS PARA EL
DESARROLLO DE CONSTRUCCIONES
Este tipo de subsidencia hace referencia al impacto de las excavaciones, el
abatimiento del nivel freático y el drenaje de las aguas subsuperficiales, las
actividades de pilotaje, entre otras situaciones, que pueden destruir el
balance del suelo alrededor del emplazamiento de la construcción. Esta se
11
caracteriza de los otros tipos por la rapidez con la que puede generar el
fenómeno (Wei, 2006).
3. ¿POR QUÉ OCURRE Y CÓMO OCURRE?
La subsidencia tiene varios factores que la provocan, como se puede observar en
el numeral anterior, debido a esto el por qué ocurre y cómo ocurre, variando según
el problema y/o causa del fenómeno, por lo tanto se decide explicar las diferentes
causas.
3.1. SUBSIDENCIA POR DISOLUCIÓN DE ROCAS CARBONÁTICAS.
El cloruro sódico (NaCl) es uno de los materiales más solubles de la corteza
terrestre. Otros materiales como el yeso y las rocas carbonáticas son
también solubles en agua bajo determinadas condiciones pudiendo llegar a
generar grandes sistemas de huecos interconectados entre sí cuya
deformación, y colapso, en caso extremo, generan una subsidencia con un
carácter localizado (Figura 1) (Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009).
Figura 1. Subsidencia por disolución de rocas carbonática, tomada de
(Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009).
3.2. SUBSIDENCIA POR EFECTO DE LA MINERÍA.
12
La subsidencia minera o por construcción de obras subterráneas consiste
en el hundimiento de la superficie del terreno con motivo de la deformación
y/o colapso de galerías generadas para la extracción de minerales o la
construcción de túneles respectivamente.
Al intentar ocupar el suelo el vacío generado los terrenos circundantes
(figura 2). Un ejemplo de subsidencia minera en España es el del Municipio
de la Unión (Murcia) Otro caso con una alta repercusión mediática es el del
túnel del Carmel (Barcelona) que originó un colapso que encadenó el
hundimiento de diversas viviendas (Tomas, Herrera, Delgado, & Peña,
2009).
Figura 2. Subsidencia minera, tomada de (Tomas, Herrera, Delgado, &
Peña, 2009).
3.3. SUBSIDENCIA POR EROSIÓN O PIPING.
La subsidencia por erosión subterránea se produce por un proceso
mecánico de arrastre de partículas de suelo causado por el flujo de agua
subterránea. El agua, en su recorrido horizontal por el terreno, moviliza
partículas de suelo generando una serie de canales que pueden
desencadenar colapsos del terreno (figura 3). El fenómeno es conocido
como tubificación o “piping” (Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009).
13
Figura 3. Subsidencia por erosión o piping, tomada de (Tomas, Herrera,
Delgado, & Peña, 2009).
3.4. SUBSIDENCIA POR FLUJO LATERAL EN MATERIALES SALINOS Y
ARCILLAS PLÁSTICAS
En torno a diversas formaciones evaporíticas se producen fenómenos de
subsidencia asociados a la actividad diapírica. Este tipo de fenómenos de
flujo lateral se ha observado en materiales arcillosos intercalados entre
materiales más competentes como pizarras (Figura 4) (Tomas, Herrera,
Delgado, & Peña, 2009).
Figura 4. Subsidencia por flujo lateral en materiales salinos y arcillas
plásticas, tomada de (Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009).
3.5. SUBSIDENCIA POR CARGA
14
La acumulación natural sucesiva de sedimentos o determinados tipos de
cimentaciones pueden ocasionar la consolidación del terreno como
consecuencia del peso que ejercen los sedimentos o las construcciones
(Figura 5). Esta subsidencia se produce por una reducción gradual de los
huecos del suelo (Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009).
Figura 5. Subsidencia por carga tomada, de (Tomas, Herrera, Delgado, &
Peña, 2009).
3.6. SUBSIDENCIA POR VIBRACIONES
Las vibraciones producidas por los terremotos, explosiones u otras causas
pueden causar la densificación de terrenos granulares sueltos por reajuste
de partículas al alcanzar éste una estructura más compacta (Figura 6)
(Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009).
Figura 6. Subsidencia por vibraciones, tomada de (Tomas, Herrera,
Delgado, & Peña, 2009).
3.7. SUBSIDENCIA POR EXTRACCIÓN DE FLUIDOS.
15
La extracción de fluidos (agua, gas o petróleo) desde el terreno puede
causar importantes valores de subsidencia como consecuencia del cierre
gradual de los huecos rellenos por el fluido extraído (Figura 7).
La subsidencia causada por extracción de agua desde el subsuelo afecta a
importantes ciudades como México D.F., Venecia, Valle de San Joaquín
(EE.UU.), Taipéi (Taiwán), Tokio (Japón), Pekín (China). En España
destaca el caso de Murcia que se desarrollará en apartados posteriores
(Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009).
Figura 7. Subsidencia por extracción de fluidos, tomada de (Tomas,
Herrera, Delgado, & Peña, 2009)
3.8. SUBSIDENCIA POR HIDRO COMPACTACIÓN
La hidrocompactación puede causar asientos de la superficie terrestre
comprendidos entre 1 a 5 m. Este fenómeno consiste en el asentamiento
que se produce en determinados tipos de suelos, con un bajo contenido de
humedad y situados sobre el nivel freático, al ser saturados. La presencia
de agua puede causar dos tipos de efectos en este tipo de suelos, la
disolución de los enlaces entre partículas o la pérdida de las tensiones
capilares que en ambos casos sostienen las partículas de suelo para
configurar su estructura (Figura 8). En España existen suelos limosos
susceptibles de sufrir este efecto en la zona de Levante y en el valle del
Ebro. (Tomas, Herrera, Delgado, & Peña, 2009)
16
Figura 8. Subsidencia por hidrocompactación, tomada de (Tomas, Herrera,
Delgado, & Peña, 2009)
3.9. SUBSIDENCIA TECTÓNICA
Los descensos de la superficie terrestre producidos por las fallas producen
un efecto conocido como subsidencia tectónica (Figura 9). Este tipo de
subsidencia es, en general, muy lenta y de pequeña magnitud (de pocos
mm o décimas de mm al año) frente a otros tipos de subsidencia. (Tomas,
Herrera, Delgado, & Peña, 2009)
Figura 9. Subsidencia Tectónica, tomada de (Tomas, Herrera, Delgado, &
Peña, 2009).
17
4. ¿QUIÉNES HAN ESTUDIADO EL FENÓMENO?
Se ha estimado que más de 150 ciudades en el mundo son afectadas por la
subsidencia debido a la excesiva cantidad de agua subterránea retirada, en
particular los casos más famosos incluyen a Po Valley, Venecia y Ravenna( Italia),
ciudad de México, Santa clara y san Joaquín Valleys, Antelope (USA); Bangkok
(Tailandia), Murcia City, Barcelona, Granada, Almería y muchas otras alrededor
del mundo (Hu, y otros, 2004) como se puede apreciar en la tabla 2.
Tabla 2. Estudios de subsidencia, tabla tomada de (Tessitore, 2014)
Otras ciudades alrededor del mundo han experimentado problema de subsidencia,
algunas de estas son ciudades costeras, como:
Londres, Houston y Venecia, o son construidas en la planicie circundante a un rio
o cuerpo de agua como: New Orleans, Baton Rouge y san Joaquín Valley of
18
central california, o en un antiguo lago como México D.F. y Bogotá D.C. (Tessitore,
2014).
4.1. MÉXICO
Según Carbognin, Gatto, Mozzi, & Ricceri, el período entre 1854 y 1959
México presentó una subsidencia máxima de 750 cm correspondiente a un
descenso del nivel piezométrico de 35 m, donde resulto un radio entre
asiento de subsidencia y variación del nivel piezométrico, de 21,43 cm/m,
dando un promedio de 16 cm/m para dicho cociente.
La subsidencia ha sido cuantificada con nivelaciones de precisión que
inician de 1891 (Figueroa, 1977). Desde 1952 estas nivelaciones se han
extendido a toda la superficie de la ciudad. Como media, la parte más
antigua tuvo una tasa de subsidencia de 4,5 cm/año de 1891 a 1938, 7,6
cm/año de 1938 a 1948, con máximos de 44 cm/año de 1948 a 1950 y 46
cm/año de 1950 a 1951, correspondientes a una bajada del nivel
piezométrico de 3 m/año (Scott, 1979). En esta fecha el bombeo llega a su
cenit de 9 m3/s y se mantiene estable hasta 1970.
En general, coinciden las zonas donde se ha medido la máxima subsidencia
con aquellas en la que hay una mayor profusión de casos. El máximo
asiento se ha observado en los límites de la ciudad más antigua y su valor
supera los 850 cm, lo que no significa que es el extremo absoluto. Bouwer
en 1977 apunta un asiento de 800 cm entre 1938 y 1968. Como promedio,
desde 1960 la subsidencia ha alcanzado más de 300 cm en el área
metropolitana completa (Scott, 1979).
La construcción de nuevas fuentes de agua para el abastecimiento de la
ciudad y las restricciones del bombeo por parte de la legislación en el centro
de Ciudad de México redujeron la dependencia de los pozos, lo que hizo
que la tasa de subsidencia descendiera considerablemente, disminuyendo a
5 cm/año en los años setenta. En cuanto al área total ocupada por la
ciudad, también ha sido disminuida la máxima tasa de subsidencia de 14
cm/año correspondiente al período 1952-59 a 6 cm/año en 1970-73.
19
4.2. SHANGHAI, CHINA
La subsidencia de la ciudad en Shanghái fue la primera reportada en 1921.
Para 1965, la acumulación máxima de subsidencia fue de 2.63m. La
inyección de agua de rio a través de los pozos de recarga de los principales
acuíferos comenzó alrededor de 1964, para 1966 más de 100 plantas
industriales operaban cerca de 200 pozos y se habían unido en la operación
de recarga para aumentar la presión en los sistemas de acuíferos
confinados, el cese de la subsidencia fue virtualmente instantáneo en uno o
dos años. (TEAM, 1973)
4.3. VENECIA, ITALIA
Después de estudiar por modelo matemático el mecanismo físico y la
relación cuantitativa que une la velocidad de bombeo a la subsidencia
resultante de Venecia, el comportamiento del sistema acuífero y la
superficie del suelo llegaron a ser bien entendidas. Debido a que el
hundimiento de la tierra fue causado por la caída de presión en el sistema
acuífero, fue evidente que el único remedio consistía en elevar la superficie
de presión por debajo de Venecia.
Una serie de expertos sugirió inyectar agua mediante pozos de inyección.
Sin embargo esta solución habría requerido agua con propiedades químicas
similares a las del agua subterránea. Además, la eficacia de este método no
podía ser demostrado científicamente.
Un experimento el cual fue el levantamiento en una pequeña isla cerca de
Venecia se llevó a cabo con éxito utilizando morteros especiales de
cemento a presión. Desafortunadamente, el experimento no podía ser
transferido a elevar a una extensa zona, como Venecia.
Otras soluciones propuestas, incluyendo la construcción de una pared
profunda que actúa como una barrera hidráulica para la ciudad, pronto
fueron abandonadas por razones de imposibilidad.
El reconocimiento del mecanismo físico que subyace al hundimiento de
Venecia y de los resultados proporcionados por los modelos teóricos y
experimentales mostró que la solución más eficaz y más barata consistió en
la reducción de la tasa de retirada de la zona de Venecia. La recuperación
20
del campo de flujo mostró ser bastante rápido y la detención de la
liquidación ha demostrado ser casi instantánea. (MARCHINI & TOMIOLO,
1977)
4.4. JAPON
En las diez principales áreas de subsidencia en Japón, las aguas
subterráneas se han reducido por la regulación; en algunas partes de la
retirada de Tokio los pozos se han prohibido por completo. En siete áreas
las aguas superficiales se han importado como un reemplazo para las
aguas subterráneas. En las demás zonas, las aguas residuales industriales
están siendo tratadas y reutilizadas.
En Niigata se realizaron experimentos de inyección de agua en los
acuíferos confinados que contienen gas metano desde 1960 hasta 1963
(ISHIWADA & YASUFUMI, 1969). El propósito de la inyección fue el
mantenimiento de las presiones del yacimiento y la reducción de la tasa de
subsidencia. Tanto el agua de formación y el río de agua desgasificada se
utilizaron como los fluidos de inyección.
De acuerdo con la Guía de estudios de hundimiento del terreno, debido a la
retirada de las aguas subterráneas Ishiwada, la permeabilidad de los
principales embalses varía de 10 a 50 darcys, la velocidad de inyección es
menos de una cuarta parte de la tasa de producción (ISHIWADA &
YASUFUMI, 1969).
Desde 1973, toda el agua de formación desgasificada se ha reinyectado en
los depósitos que devengan de gas por ley.
4.5. MURCIA, ESPAÑA
En los años 90, la ciudad de Murcia sufrió el primer caso importante de
subsidencia registrado en España debido a un prolongado período de
sequía. El descenso experimentado por las aguas freáticas ha influido de
forma notable en el subsuelo y donde asientan las edificaciones provocando
deterioros y problemas en edificios, urbanizaciones, instalaciones y obras
21
públicas, originándose un problema que trasciende de lo económico para
instalarse en lo social (Vázquez Carretero & Justo Alpanes, 2002).
4.6. ESTADOS UNIDOS
La subsidencia en EE.UU. se ha desarrollado a partir de la II Guerra
Mundial como consecuencia de la extracción de agua subterránea para
satisfacer las crecientes necesidades de agua, petróleo y gas del terreno
(Vázquez, 2001).
La mayoría de las partes afectadas se extienden a lo largo de las costas,
donde el fenómeno se hace más evidente por la subida del nivel del agua
del mar o de los lagos existentes. Hay zonas muy pobladas y en las que se
desarrolla una industria muy importante que son protegidas de
inundaciones mediante la construcción de un costoso y complicado sistema
de diques, presas y estaciones de bombeo. Por otra parte, la subsidencia a
menudo se desarrolla en un área extensa y con una velocidad baja, de
manera que no se hace evidente en las zonas del interior hasta que no se
lleva a cabo una nivelación de precisión o se rompen los conductos
subterráneos, las cubiertas de los pozos fallan o se quedan elevadas sobre
la superficie del terreno, o los canales no pueden mantener por más tiempo
el sentido de la corriente para el que fueron diseñados.
Los casos más significativos de subsidencia que se han producido en los
EE.UU. varían desde algo menos de un metro en Baton Rouge (Louisiana)
hasta unos 9 m en el Valle de S. Joaquín (California). La extensión
superficial, desde 10 km2 en el Valle de S. Jacinto hasta cerca de 14.000
km2 en el Valle de S. Joaquín, ambos en California (Johnson, 1992).
Los registros de subsidencia del Valle de S. Joaquín ocupan el primer
puesto de todos los casos ocurridos en el mundo a lo largo de la Historia,
compartiendo este lugar con Ciudad de México. Aproximadamente la mitad
del valle, lo que representa 13.500 km2 de tierras agrícolas para riego, se
ha visto afectada por el fenómeno y el valor máximo ha superado los 880
cm (Bouwer, 1977; Logfren, 1977).
22
5. MÉTODOS DE ESTUDIO
Los métodos de estudio utilizados en la ciudad de Bogotá sirven para determinar
las distintas magnitudes de la deformación, como los desplazamientos relativos,
los movimientos absolutos, las inclinaciones, los vectores de movimiento, las
direcciones de la deformación, los movimientos en profundidad, etc. (Delgado,
2003). Por medio de la ingeniería topográfica se pueden determinar las
variaciones causadas por la subsidencia mediante 4 técnicas que son:
5.1. MÉTODOS TOPOGRÁFICOS CONVENCIONALES
Es el método clásico de realizar mediciones por métodos topográficos, este
se basa en la determinación del desplazamiento mediante la variación de
las coordenadas, lo que quiere decir que se debe realizar un control
periódico de dichos valores para determinar los cambios en X, Y y Z de los
diferentes puntos de control. Las lecturas estos puntos suele realizarse
desde unos puntos de coordenadas conocidas denominados bases
topográficas que han de permanecer fijas durante todo el periodo de
lectura.
Los métodos topográficos pueden clasificarse en dos grandes grupos:
altimétricos y planimétricos. Otro método utilizado en el estudio de
fenómenos de subsidencia es el de medición de distancias reales, cuya
finalidad es determinar la variación de la distancia existente entre el punto
de control y la base de referencia (Delgado, 2003). Las principales
características de cada una de estas técnicas se resumen en la Tabla 3.
Método Uso Resultados Rango Precisión
Nivelación trigonometrica Variación de la altitud dZ Variable 20 mm
Nivelación geométrica Variación de la altitud dZ Variable 1 mm/Km
Nivelación geométrica de
precisión Variación de la altitud dZ variable 0,1mm/Km
Triangulación topográficaDezplazamiento de
blancos móvilesdX, dY, dZ 5-10 mm
PoligonalDezplazamiento de
blancos móvilesdX, dY, dZ Variable 5-10 mm
Distanciómetro Dezplazamiento de
blancos móvilesDd 1-100 Km 7 mm 1-5 ppm
23
Tabla 3. Características de las técnicas topográficas básicas, tomada de
(Delgado, 2003)
5.2. MÉTODOS GEODÉSICOS
Los métodos geodésicos permiten encontrar las coordenadas de la
proyección de los puntos trabajados sobre la superficie de la tierra, así
como la altura sobre el nivel del mar (geoide). También es posible hallar
esta altura referida a un a un elipsoide de referencia dependiendo del lugar
de estudio.
Entre las principales técnicas geodésicas podemos encontrar Los Sistemas
de Posicionamiento Global (Global Positioning Systems, GPS), la
Determinación de Órbitas y Radioposicionamiento Integrado por Satélite
(Determination d’Orbites et Radio- Positionnement Intégrés par Satellite,
DORIS) y la Telemetría de Láser por Scanner (Scanner Laser Ran- ging,
SLR) las cuales son comparadas en la tabla 4 (Delgado, 2003).
Para la aplicación de este método es obligatorio tener un punto geodésico
con coordenadas referidas a un elipsoide y su correspondiente altura al
nivel medio del mar, de esta forma mediante un simple posicionamiento
estático en la estación remota o el punto al cual se le quiere realizar la
nivelación se determinan la altura. (Márquez, 2009).
Tabla 4. Características de los métodos geodésicos, tomada de (Delgado,
2003)
5.3. MÉTODOS FOTOGRAMÉTRICOS
Método Uso Resultados Rango Precisión
Convencional Global
Positioning System (CGPS)
Desplazamiento de
blancos móvilesdX, dY, dZ 1-2 mm
Differential Global
Positioning System (DGPS)
Desplazamiento de
blancos móvilesdX, dY, dZ
Baseline < 20
Km1 mm
Determination d’Orbites et
Radio-Positionnement Inté-
grés par Satellite (DORIS)
Desplazamiento de
blancos móvilesdX, dY, dZ Variable 2 mm
Telemetría de láser por
satélite (SRL)
Desplazamiento de
blancos móvilesdX, dY, dZ Variable <1 cm
24
Este método se basa en la primicia de que la fotogrametría es una técnica
que nos permite obtener las coordenadas o los valores en tres dimensiones
de una escena a partir de pares de fotografías. (Temba, 2000)
La fotogrametría en general tiene tres métodos (todos ellos aplicables a la
determinación de los valores de la subsidencia) la fotogrametría terrestre, la
fotogrametría aérea y la fotogrametría satelital.
La fotogrametría terrestre, como su nombre lo indica, los pares de
fotografías se toman desde tierra, se recomienda usar este método para
proyectos o áreas pequeñas. El segundo método es la fotogrametría aérea,
que a diferencia del anterior, la cámara se sitúa sobre una plataforma aérea
(avión o helicóptero), este método es más preciso que el anterior y permite
desarrollar modelos digitales de terreno (MDT) con la información extraída
de las fotografías, y al igual que en los casos anteriores, la comparación de
los modelos obtenidos en diferentes intervalos de tiempo, permite
comparar los cambios superficiales que se han producido en la zona. Por
último, la fotogrametría satelital las imágenes estereoscópicas son
adquiridas desde una plataforma espacial. Las principales características
de estos métodos se resumen en la Tabla 5.
Tabla 5. Características de los métodos fotogramétricos (Delgado, 2003)
5.4. MÉTODOS DE TELEDETECCIÓN
La teledetección o sensor remoto es un método de obtener información
acerca de objetos tomando y analizando datos sin que los instrumentos
empleados para adquirir los datos estén en contacto directo con el objeto
(ESA, 2015).
Este método aplicado a la subsidencia se divide en dos grupos: métodos de
radar y láser. Dentro del láser encontramos el Scanner Láser, montado
Método Uso Resultados Rango Precisión
Fotogrametría terrestreDesplazamiento de
blancos móvilesdX, dY, dZ <200 m ±40 mm
Fotogrametría aéreaDesplazamiento de
blancos móvilesdX, dY, dZ Hvuelo < 500 m ±100 mm
Fotogrametría satéliteDesplazamiento de
blancos móvilesdX, dY, dZ ±15 m
25
sobre plataforma terrestre (Terrestrial Laser Scanner) o aérea (LIDAR, ALS
o ALTM). El segundo grupo (radar) se subdivide, al igual que el método
anterior según el tipo de plataforma empleada para la adquisición de las
imágenes SAR en: terrestre (Ground Based Synthetic Aperture Radar, GB-
SAR), aerotransportado (Airborne Radar) y satélite (Spa- ceborne Radar). A
su vez, las técnicas interferométricas basadas en los datos radar pueden
dividirse según el algoritmo de procesado de las imágenes en: técnicas de
Interferometría SAR diferencial convencionales (conventional DInSAR)
como avanzadas (Dispersores Permanentes o Permanent Scatterers o la
técnica de los Pixels Estables Coherentes o Stable Coherent Pixels). Las
características más importantes de estos métodos se simplifican en la tabla
6.
Tabla 6. Características principales de los métodos de teledetección
(Delgado, 2003)
Método Uso Resultados Rango Precisión
Baseline┴<200 m
Interferometría diferencial
SAR convencional
(DInSAR)
Desplazamientos en la
Línea de Vista (Line of
Sight)
dX, dY, dZCoherencia >0.3
en3-5 mm
varios puntos
adyacen- tes
Coherencia > 0.7
en un
Permanent Scatterers (PS) dX, dY, dZ solo punto 1 mm
Nº de imágenes >
30
Desplazamientos en la
Línea
Coherencia > 0.4
en un
de Vista (Line of Sight) solo punto
Ground Based Synthetic
Aper-
Desplazamientos en la
Línea
ture Radar (GB-SAR) de Vista (Line of Sight)
±1.5 mm (hasta
50
Superposición de MDT dX, dY, dZ <400 m
m, para
distancias
superiores
menor
precisión)
Airborne Laser Scanner
(ALS),
Light Detection and
RangingSuperposición de MDT dX, dY, dZ
200<Hvuelo<600
0 m150-200 mm
(LIDAR) o Airborne LaserDistancia base <
50 Km
Terrain Mapper (ALTM)
dX, dY, dZ < 1.5 Km <1 mm
Terrestrial Laser Scanner
(TLS) o Ground-based
Laser Scanner (GB-LS)
Desplazamientos en la
Línea de Vista (Line of
Sight)
Stable Coherent Pixels
(SCP)dX, dY, dZ 1 mm
26
Para la utilización de cualquiera de estos métodos es necesario determinar las
dimensiones del estudio y de las características que este debe tener, además de
otros factores como: el coste de la aplicación, la precisión, la resolución, la
naturaleza o tipo de dato, la frecuencia, las características del terreno, las
condiciones ambientales, la flexibilidad del tiempo y el lugar, el tiempo de
adquisición de datos, geometría, cinemática y naturaleza del fenómeno a estudiar
y el grado de automatización de los procesos de adquisición y tratamiento de los
datos, resumido en la tabla 7. (Delgado, 2003).
27
Rústico Rústico Condiciones
(arbolado) (matorral)meteorológica
s adversas
Nivelación trigonométrica cm P MD-M MD-M B-MD B M M MN SA Mensual-anual
Nivelación geométrica mm P MD-M MD-M B-MD M M M MN SA Mensual-Anual
Nivelación geométrica de
precisiónmm P MD-M MD-M B-MD M M M MN SA Mensual-Anual
Triangulación mm-cm P MD-M MD-M B-MD B M M MN SA Mensual-Anual
Itinerario topográfico mm-cm P MD-M MD-M B-MD B M M MN SA Mensual-anual
CGPS mm-cm P MD-M B-MD MD-M B B-M B MN MN Mensual-anual
Mensual-anual
(o continuo)
DORIS mm P MD B B-MD B B B A A Continuo
SRL cm P MD MD B B MD B A A Mensual
Fotogrametría terrestre cm E MD-M MD-M B B M M MN SA Diaria-mensual
Fotogrametría aérea dm E M MD-M B B M M A SA Mensual-anual
Fotogrametría satélite m E M MD-M B B M M A SA Mensual (variable)
Convencional DInSAR mm E M MD-M B B-MD B B A SA-A Mensual (variable)
Permanent Scatterers mm P MD-M MD-M B B-MD B B A SA-A Mensual (variable)
GBSAR mm E MD-M MD-M B B B B A SA-A Horario-diario
Terrestrial Laser Scanner mm-cm P MD-M MD-M B B MD B-MD A SA-A Horario-diario
LIDAR/ALS/ALTM dm P MD MD B B MD-M B-MD A SA-A Mensual-anual
MÉTODO
Foto
gra
metr
íaT
ele
dete
cció
n
CONDICIONES Y ENTORNO DE TRABAJO
FRECUENCIA DE MEDIDAS
ProcesadoNocturnoAccidentadoUrbano
TIPO DE
MEDIDA
PRECISIÓN
(unidad de
medida)
MD-M B B-M B MN-A MN-A
Topogra
fía c
lásic
a
DGPS mm P MD-M B-MD
Geodesia
B-MD B M B MN-A Mensual anual (o continuo)Distanciómetro mm-cm P MD-M MD-M MN-A
GRADO DE AUTOMATIZACIÓN
Toma de datos
Tabla 7. Características principales de los diferentes sistemas de medida de las deformaciones.
(P: puntual; E: espacial; B: bueno; MD: medio; M: malo; MN: manual; SA: semiautomático; A: automático). (Delgado,
2003)
28
6. ENSAYOS DE LABORATORIO
6.1. DISTRIBUCIÓN DEL TAMAÑO DE PARTÍCULAS
También llamado análisis mecánico, es la determinación de la distribución
del tamaño de las partículas en una muestra (muestra tomada del suelo de
estudio).Los tamaños de partícula más pequeña que 0,0625 mm se
determinaron por el método del hidrómetro del análisis de sedimentación y
un tamaño superior a 0,0625 mm se determinó mediante análisis de tamiz
húmedo (UNESCO, 1984).
Los rangos de tamaño se identificaron de acuerdo con los datos de las
partículas que se muestran en la tabla 8.
Tabla 8. Rangos de tamaño de las partículas del suelo, tomada de
(UNESCO, 1984)
6.2. PERMEABILIDAD
Al hablar de permeabilidad hacemos referencia a la capacidad que tiene un
suelo para transmitir fluido bajo presión y gravedad. En laboratorio se mide
la permeabilidad mediante la observación de la tasa de circulación de fluido
a través de una muestra de longitud conocida y área de sección transversal
utilizando la ley de Darcy, esta ley se expresa como muestra la figura 10
(UNESCO, 1984).
Diámetro (mm)
Grava 2
Arena muy gruesa 1,1 - 2,0
Arena gruesa 0,5 - 1,0
Arena Media 0,25 - 0,5
Arena fina 0,125 - 0,25
Arena muy fina 0,0625 - 0,125
Limo 0,004 - 0,0625
Arcilla <0,004
29
Q = Cantidad de agua descargada en una unidad de tiempo
A = Área transversal
i = Es el gradiente hidráulico
K = Coeficiente de permeabilidad del material para el agua.
Figura 10. Ecuación de Darcy, tomada de (UNESCO, 1984)
6.3. PESO
El peso es una fuerza causada por la gravedad sobre un cuerpo, y en los
suelos es necesario determinar los diferentes tipos de peso dependiendo de
las características que tenga el suelo (seco, saturado, etc.). Para determinar
este valor se usa las relaciones mostradas en la figura 11 (UNESCO, 1984)
Figura 11. Relaciones para determinar el peso de los suelos, tomada de
(UNESCO, 1984)
30
6.4. PESO ESPECÍFICO DE SÓLIDOS G
La gravedad específica de sólidos es la relación del peso en el aire de un
volumen dado de sólidos a una temperatura establecida (unidad de peso de
partículas sólidas o densidad de la partícula) con el peso en el aire de un
volumen igual de agua destilada a temperatura indicada (por lo general 4
°C), lo anterior se expresa en la figura 13. (UNESCO, 1984).
S = unidad de peso de sólidos, en gramos por centímetro cúbico.
VS = volumen de sólidos, en centímetros cúbicos.
W = peso unitario del agua, en gramos por centímetro cúbico.
Ww = peso de agua, en gramos.
Vw = volumen de agua, en centímetros cúbicos.
G = gravedad específica, una relación.
Figura 12. Ecuaciones peso específico, tomada de (UNESCO, 1984)
6.5. POROSIDAD Y RELACIÓN DE VACÍOS (N)
La porosidad es la relación del volumen de los espacios vacíos y el volumen
total de la masa de suelo (UNESCO, 1984). Normalmente se expresa como
un porcentaje y su fórmula se muestra en la figura 13.
31
n = porosidad, en por ciento.
Vv = volumen de huecos, en centímetros cúbicos.
V = volumen de la masa total, en centímetros cúbicos.
Ws = peso de partículas del horno-seca, en gramos.
γs = unidad de peso de partículas, en gramos por centímetro cúbico.
d = unidad de peso seco de la muestra, en gramos por centímetro cúbico.
Vs = volumen de partículas sólidas, en centímetros cúbicos.
Figura 13. Ecuaciones de porosidad, tomada de (UNESCO, 1984)
La proporción de vacíos se define como la relación del volumen de vacíos y
el volumen de partículas sólidas en una masa de suelo y se expresa en la
figura 14.
e = relación de vacíos
n = porosidad, en por ciento.
Figura 14. Ecuación de relación de vacíos, tomada de (UNESCO, 1984)
6.6. CONTENIDO DE HUMEDAD
El contenido de humedad de un material es la relación entre el peso del
agua contenida en una muestra y el peso seco de las partículas sólidas en
porcentaje (UNESCO, 1984), y se expresa según la figura 15.
32
w = contenido de humedad, en porcentaje del peso en seco.
Ww = peso de agua, en gramos,
Ws = peso de la muestra secada al horno, en gramos.
Figura 15. Ecuación de contenido de humedad, tomada de (UNESCO,
1984)
6.7. LÍMITE LÍQUIDO WL
El límite líquido es el contenido de humedad, expresado como un
porcentaje del peso seco, a la que cualquier material de suelo, pasa desde
el plástico al estado líquido (UNESCO, 1984).
6.8. LÍMITE PLÁSTICO WP
El límite plástico es el contenido mínimo de humedad, a la cual un suelo
deja de tener un comportamiento frágil para pasar a tenerlo plástico, es
decir, la humedad límite entre el estado sólido y el plástico (UNESCO,
1984).
6.9. CONSOLIDACIÓN
El ensayo de consolidación se define como el proceso gradual que implica,
simultáneamente, una fuga lenta de agua, una compresión gradual, y un
ajuste de la presión gradual (UNESCO, 1984).
33
7. MITIGACIÓN DEL FENÓMENO
Para la mitigación del fenómeno es importante precisar qué tipo de subsidencia se
presenta y su grado de afectación. Hay que tener los datos necesarios para poder
determinar cómo mitigar el fenómeno, teniendo en cuenta varios factores tales
como datos superficiales, datos de subsuelo, evaluar la peligrosidad y así se
lograría prevenir y/o mitigar daños causados por el fenómeno.
7.1. DATOS SUPERFICIALES
7.1.1. FOTOGRAFÍAS AÉREAS Y TELEDETECCIÓN
Las fotografías aéreas son una herramienta de gran utilidad para los
análisis de peligrosidad por subsidencia. Las imágenes tomadas en
años previos pueden ayudar a localizar dolinas que han quedado
ocultas (Gutierrez santolalla, gutierrez elorza, marín, maldonado, &
younger, 2004). Por otra parte, el análisis de fotografías aéreas
tomadas en distintas fechas suministra información cronológica sobre
la generación de las dolinas. Otro tipo de técnicas de teledetección
como la Interferometría de radar, puede ayudar a localizar zonas
sometidas a una subsidencia gradual, así como a cuantificar la
velocidad de la deformación (BAER, SCHATTNER, WACHS,
SANDWELL, WDOWINSKI, & FRYDMAN, 2002)
7.1.2. RECONOCIMIENTO EN CAMPO
En los casos en los que las depresiones han quedado ocultas o son
poco evidentes, algunos rasgos como la presencia de vegetación
palustre o halófila, encharcamientos, sedimentos característicos de
zonas encharcadas (facies palustres), drenes o eflorescencias
salinas, ayudan a inferir zonas afectadas por subsidencia (Gutierrez
santolalla, gutierrez elorza, marín, maldonado, & younger, 2004)
34
En las zonas urbanizadas las áreas afectadas por subsidencia se
manifiestan mediante deformaciones en el pavimento y las
estructuras (concavidades, grietas, cizallamientos, basculamientos,
roturas en conducciones). En estos casos cabe la posibilidad de
elaborar mapas de daños como se ha llevado a cabo en la ciudad de
Ripon en Inglaterra (GRIFFIN, 1986)
7.1.3. INFORMACIÓN TOPOGRÁFICA Y GEODÉSICA
Las curvas de nivel de los mapas topográficos de detalle ayudan a
detectar depresiones someras difíciles de reconocer en campo o
mediante interpretaciones fotogeomorfológicas (KASTING &
KASTING, 2003)
7.1.4. INFORMACIÓN ORAL Y FUENTES IMPRESAS
En determinadas regiones los habitantes del lugar y determinados
documentos escritos (periódicos locales, archivos, tratados) pueden
aportar datos muy valiosos sobre la distribución espacial y temporal
de los fenómenos de subsidencia (Beck, 1991)
7.2. DATOS DEL SUBSUELO.
7.2.1. EXPLORACIONES ESPELEOLÓGICAS
Una de las técnicas de estudio más frecuentemente utilizadas en
zonas en las que se va a llevar a cabo algún tipo de construcción son
los sondeos mecánicos, sin embargo, además de ser relativamente
costosos, la información que suministran plantea una serie de
limitaciones que deben ser tenidas en cuenta:
Generalmente no permiten detectar de forma fiable las zonas
afectadas por subsidencia por flexión sin generación de
cavidades.
35
Su capacidad para detectar cavidades es limitada a no ser que se
lleven a cabo con un espaciado reducido.
Las interpretaciones vertidas a partir de los datos de sondeo en
ocasiones poseen un alto grado de incertidumbre ya que las
estructuras pueden ser muy complejas. (Cooper & Calow, 1998)
7.2.2. INVESTIGACIÓN GEOFÍSICA
La investigación geofísica ayuda a detectar cavidades, estructuras de
subsidencia o zonas anómalas que pueden posteriormente ser
investigadas de forma directa mediante sondeos. Existe una amplia
variedad de métodos cuya capacidad depende de factores tales
como el contexto geológico o el nivel de resolución y el alcance
requeridos. Los más utilizados en este tipo de estudios son: La
microgravimetría, la tomografía eléctrica, el método electromagnético
(EM), el GPR (ground penetrating radar) y la sísmica de reflexión de
alta resolución (Guitierrez, 2004).
7.3. EVALUACIÓN DE LA PELIGROSIDAD
La información espacio-temporal sobre la generación de dolinas que
suministran las fotografías aéreas seriadas, los documentos escritos o la
información oral permite estimar la probabilidad de ocurrencia de dolinas en
una zona determinada (número de dolinas/km2 año) (Beck, 1991). Así por
ejemplo, una zona de 1 km2 con una probabilidad de ocurrencia de dolinas
de 0,2 dolinas/km2 año se verá afectada por una dolina cada 5 años de
promedio. Esta es una medida de la peligrosidad que puede ser utilizada en
las evaluaciones de riesgo utilizando expresiones como muestra la figura
16.
R = P E V
Figura 16. Ecuación para medir la peligrosidad, tomada de (Guitierrez,
2004)
Donde P (peligrosidad) es la probabilidad anual de que una zona
determinada se vea afectada por una dolina (número de dolinas/año), E
(exposición) es el número de personas y el valor de los elementos humanos
36
existentes en esa zona y susceptibles de ser afectados por la generación
de una dolina, V (vulnerabilidad) es el tanto por uno de la exposición que se
espera sea dañado en caso de que se genere una dolina y R (riesgo) son
los daños anuales esperables en una zona por la generación de dolinas
(víctimas/año, euros/año) (Guitierrez, 2004).
7.4. PREDICCIÓN
La predicción espacial puede abordarse a través de diversas estrategias:
La distribución espacial de las dolinas o zonas afectadas por
subsidencia permite reconocer a grandes rasgos las zonas más
susceptibles de sufrir subsidencia en el futuro. En este sentido, los
mapas de densidad de dolinas derivados de los mapas geomorfológicos
son de gran utilidad.
También es posible elaborar mapas de susceptibilidad de subsidencia
mediante comparaciones o correlaciones entre la distribución espacial
de las dolinas y los factores condicionantes (litología, espesor de
cobertera, posición del freático, etc.) utilizando sistemas de información
geográfica (GIS) (KAUFMAN & QUINIF, 2002). Uno de los mayores
obstáculos para la aplicación de este tipo de metodologías es la
obtención de información sobre los factores condicionantes con un nivel
de detalle suficiente. Estas correlaciones nos permiten compartimentar
el territorio en zonas con distintos niveles de susceptibilidad o
propensión a verse afectadas por subsidencia.
Algunos aspectos relacionados con la geometría de las dolinas y su
distribución espacial pueden ser utilizados con fines predictivos:
En zonas donde las dolinas presentan direcciones de alargamiento y
alineaciones preferentes por un control estructural podemos plantear
que:
- Las zonas de los márgenes de las dolinas situados en la dirección
de alargamiento son potencialmente más peligrosas que el resto.
- Las franjas situadas entre dolinas alineadas en las direcciones
preferentes pueden considerarse como zonas potencialmente más
susceptibles (Guitierrez, 2004).
El estudio de la distribución espacial de dolinas mediante el análisis del
vecino más cercano (nearest neighbour analysis) permite cuantificar el
grado de dispersión o agrupación (clustering) de las dolinas (Williams,
37
1972). Este tipo de análisis puede ser utilizado para comprobar si las
dolinas recientes tienden a formarse en zonas adyacentes o alejadas de
las preexistentes (KEMERLY , 1982) y contrastar así si la distribución de
dolinas posee una validez predictiva (HYATT, WILKES, & JACOBS,
1999) (Guerrero, Guitiérrez , & Lucha, 2004) Debe tenerse en cuenta
que los mapas de susceptibilidad han de ser considerados como
hipótesis no contrastadas por las siguientes razones: están basados en
una información que por su limitada cantidad y calidad puede no reflejar
de forma fiable la realidad.
En la elaboración de los mapas de susceptibilidad asumimos
implícitamente que la subsidencia tendrá un comportamiento en el futuro
semejante al del pasado (CENDRERO, 2003).
7.5. MITIGACIÓN
Una vez identificadas las zonas afectadas por subsidencia y las zonas
susceptibles de experimentar estos fenómenos en el futuro, lógicamente la
estrategia de mitigación más segura consiste en evitar las zonas
potencialmente peligrosas. Esta medida preventiva puede ponerse en
práctica mediante la planificación territorial y el desarrollo de normativas
orientadas a limitar los usos en dichas zonas (PAUKSTYS, COOPER , &
ARUSTIENE, 1999).
En los casos en los que se produce la ocupación de zonas potencialmente
peligrosas por personas o elementos humanos, la reducción del riesgo debe
basarse en la aplicación de medidas correctivas encaminadas a reducir la
actividad de los procesos (peligrosidad) o la vulnerabilidad de los elementos
humanos. Dado que los procesos que intervienen en los fenómenos de
subsidencia son difícilmente controlables por actuar bajo la superficie, las
medidas correctivas frecuentemente deben centrarse en la protección de
las estructuras. Según Milanovic en 2003, las medidas orientadas a
controlar los procesos se incluyen.
Impermeabilización de superficies con geotextiles.
Taponamiento de sumideros (swallow holes) o construcción de diques
anulares en su entorno.
Revestimiento de canales, acequias y utilización de conducciones
especiales en redes de abastecimiento y saneamiento.
38
Limitación de las prácticas de riego y bombeo.
Relleno de cavidades mediante cementos que fraguan en profundidad
(grouting) (SOWERS, 1996).
Construcción de pantallas de impermeabilización bajo presas.
Entre las medidas orientadas a reducir la vulnerabilidad de las estructuras
se incluyen:
Cimentaciones especiales en edificios (Cooper & Calow, 1998).
Para evitar colapsos súbitos en vías de comunicación se recurre a
geotextiles con alta resistencia a la tensión (Cooper & Saunders, 2002).
Para evitar cualquier tipo de deformación, las líneas de tren de alta
velocidad precisan de estructuras rígidas tipo losa cuya seguridad puede
ampliarse mediante pilotaje (Guerrero, Guitiérrez , & Lucha, 2004).
En puentes se diseñan estructuras capaces de prescindir de un pilar o
pilares con bases de gran tamaño (Cooper & Saunders, 2002). Un
parámetro crítico de diseño es el tamaño máximo de la dolina en el
momento de su formación, el cual puede ser obtenido mediante el
estudio del registro geológico e histórico. Los daños en personas
pueden evitarse mediante sistemas de vigilancia y alarma (Tomalchev,
Pidyashenko, & Balashova, 1999).
Estas medidas de corrección, aunque contribuyen a mitigar los daños a
estructuras, pueden no justificarse económicamente. La rentabilidad de las
mismas puede evaluarse para intervalos de tiempo variables mediante
análisis costos-beneficios en los que se suman y comparan los gastos en
los escenarios de sin mitigación y con mitigación (Cooper & Calow, 1998).
Sin embargo, cuando existe la posibilidad de que la subsidencia cause
víctimas mortales, la seguridad de las personas debiera prevalecer sobre
criterios de índole económica.
39
8. TÉCNICAS DE MONITOREO DEL FENÓMENO DE LA SUBSIDENCIA
El fenómeno de la subsidencia puede ser caracterizado por un sistema efectivo de
monitoreo y planeación tanto de deformaciones y de sus causas, para este
propósito es necesario medir varios parámetros tales como: el desplazamiento
relativo y absoluto entre dos puntos, inclinaciones, asentamientos diferenciales,
movimientos profundos y así sucesivamente.
Además la precisión en las mediadas de la deformación de la tierra, su escala
temporal y espacial son los principales parámetros a implementar en el sistema de
monitoreo de la subsidencia. (Tessitore, 2014)
Técnicas In Situ: Métodos Instrumentales
Extensómetros
Inclinómetros
Micrómetros
Los métodos Instrumentales incluyen todas las técnicas para “in Situ” superficial o
profundas de desplazamientos, estas medidas pueden ser lineales o angulares y
pueden ser dirigidas en uno, dos o tres direcciones perpendiculares.
Los instrumentos más usados para los monitores de la subsidencia son
extensómetros, inclinómetros y micrómetros.
Los extensómetros son instrumentos realmente comunes para las mediciones
específicas de subsidencia. Sin embargo existen varias tipología, los
extensómetros de varilla y diferenciales son los más populares y los que se
explicaran en el transcurso del documento (Tessitore, 2014).
8.1. EXTENSÓMETRO DE VARILLAS
A través de los extensómetros de varillas, se controlan los movimientos del
terreno a la profundidad a la que están dispuestos cada uno de los anclajes
que forman parte del sistema, la transmisión del movimiento entre esos
anclajes y la cabeza se efectúa a través de varillas envainadas de acero
40
inoxidable o de fibra de vidrio como se ve en la figura 17. La instalación se
llevara a cabo mediante la ejecución de un sondeo con un diámetro de
perforación suficiente para permitir el correcto montaje de las varillas y la
inyección de anclajes (Tebar, y otros, 2014).
Figura 17. Extensómetro de varillas, tomada de (Tebar, y otros, 2014)
8.1.1. PROCEDIMIENTOS Y EXPERIENCIA DE MEDICIÓN EN OTROS
PROYECTOS.
Las lecturas en extensómetros se realizarán dos veces al año en
período de lluvias. Los extensómetros de varillas con tres puntos de
anclaje proporcionan la subsidencia producida entre la superficie y
los 10 ó 15 metros de profundidad, dependiendo de la longitud
nominal de cada extensómetro instalado. Esta deformación viene
cuantificada en tres tramos independientes, circunstancia que
permite acotar la subsidencia que se producirá por debajo del último
intervalo del extensómetro. La precisión que proporcionan estos
extensómetros de varilla es de 0,5 mm aproximadamente. Los
extensómetros incrementales permiten conocer la subsidencia total,
41
esta es la producida desde el nivel de gravas estable hasta la
superficie. Además, este sistema suministra el valor de la
deformación sufrida por cada metro de sondeo instrumentado. En los
emplazamientos de los extensómetros incrementales se cuenta con
una precisión superior a 0,1 mm. (Mulas de la Peña, Pardo, &
Herrera, 2009)
Para poder medir el fenómeno de subsidencia in situ se puede ver
apoyado de varios procesos adicionales, como el fenómeno en
Bogotá se debe en parte a un control hidrogeológico se quiere
mostrar cómo se realiza un control hidrogeológico para apoyar datos
de subsidencia.
8.1.2. CONTROL HIDROLÓGICO DEL SUELO
Piezómetros abiertos: Se instala un tubo de PVC perforado en la
zona de control, se introduce una sonda por la boca del sondeo
para así medir el nivel piezométricos con el objetivo de controlar
las presiones. Hay que tener en cuenta que la zona que va hacer
evaluada debe estar aislada por un tapón de bentonita en pellets.
Piezómetro cerrado de cuerda vibrante: Se utiliza en terrenos
poco permeables y consiste en la instalación de una cuerda
vibrante que es un sistema de lectura en la zona evaluada se
registra la presión intersticial y se transmite a una unidad de lectura
situada en el exterior del sondeo. Tiene la ventaja de registrar
varios puntos dentro del mismo sondeo (López Tunjo & Gómez
Colmenares , 2014).
En zonas urbanas donde es importante el control de la subsidencia en
superficie se suelen colocar hitos de nivelación sobre el terreno. Hay
que tener cuidado con la instalación de estos, ya que si existe tráfico
o están colocados sobre rellenos pueden presentar medidas que no
tengan nada que ver con las obras subterráneas. (Rodrigues Ortiz)
8.2. EXTENSÓMETRO MAGNÉTICO
42
El extensómetro magnético fue diseñado para medir asentamientos o
emersión de suelos blandos bajo la influencia de la carga o descarga sobre
este debido a la construcción de estructuras, rellenos, túneles, entre otros.
Este proporciona un medio para determinar el desplazamiento total y el
desplazamiento entre cada una de las anclas.
El modo de operación de este extensómetro consta en instalar las anclas
magnéticas tipo arañas, de acuerdo con el proyecto y los estratos que se
quieran monitorear, en un tubo de PVC o ya sea en un tubo telescópico de
inclinómetro, a las alturas correspondientes. Al final del tubo se pondrá un
ancla magnética de tipo anillo que será el punto de referencia para las
demás.
Una vez instaladas las anclas se procederá con una sonda a medir las
alturas adonde se encuentren las arañas. Esta sonda emitirá un sonido
cada vez que se encuentre con el campo magnético de la araña, indicando
su posición y de manera manual se medirá la longitud del cable usado para
llegar a las diferentes posiciones de las arañas y se registrará cada altura
para al final tener el control delos desplazamientos de las mismas.
(RADILLA CAMACHO & VEGA FERNÁNDEZ, 2010)
8.3. INCLINÓMETROS
Estos dispositivos que son sensibles al cambio de ángulos en la superficie o
en los pozos pueden proveer datos de subsidencia para las localizaciones
terrestres. Estos dispositivos se utilizan además de una fracturada inducida.
(Bennett, y otros, 2006)
Además de poder ser tipo estándar o tipo “In Deep”, los inclinómetros
pueden ser mono o biaxiales, esto es, pueden medir uno o ambos ejes de la
cruz al mismo tiempo. La relevancia de este punto radica en que, dado que
deben ser medidos ambos ejes, al elegir un inclinómetro monoaxial se
deberá realizar toda una secuencia de lecturas en cada auscultación
inclinométrica para cada eje, a diferencia del biaxial donde basta con sólo
una secuencia.
Las mediciones de los movimientos o desvíos horizontales del caño en
ambas direcciones se efectúa mediante la sonda inclinométrica. Esta sonda
es introducida en el caño mediante un cable sostén, el cual es al mismo
43
tiempo, quien alimenta con energía a la sonda y transmite la información de
medición al equipo de lectura portátil (Figura 19). (CASTRO RUIZ &
SALINAS TORRES, 2008), También según Tessitore en 2014, los estudios
del inclinómetro consisten en la medición de la inclinación respecto a varias
direcciones verticales. Esto evalúa la dirección del desplazamiento (Azimut)
y sus Componentes, el inclinómetro puede ser fijo o movible y la
configuración usual involucra el uso de una sonda en el inclinómetro en el
caso de los pozos (Figura 18 y 19). El caso de las medidas de
desplazamiento vertical es más raro y provee uso de la sonda horizontal,
usualmente se usa para controlar los desplazamientos de los cimientos.
Figura 18. Inclinómetro, tomada de (Tessitore, 2014)
44
Figura 19. Partes de un Inclinómetro, tomada de (Tessitore, 2014)
8.4. MICRÓMETRO
El micrómetro deslizante es utilizado para la medición de asientos a lo largo
de un sondeo, siendo de gran utilidad para el seguimiento de fenómenos de
asiento y subsidencia facilitando la determinación de las capas más
compresibles. Presenta la ventaja de poder ser combinado con un
inclinómetro móvil, lo que permite que puedan determinarse las tres
componentes del movimiento (D.Roberto, 2008). Un ejemplo de los rangos
precisiones y resultados que generan en direcciones diferentes métodos se
muestra en la tabla 9.
45
Tabla 9. Listado de métodos in situ usados en subsidencia, tomada de
(D.Roberto, 2008).
Las medidas se realizan mediante un micrómetro capaz de medir las
variaciones en la distancia existente entre la cabeza de la varilla y la base
de Para evitar desviaciones, el sistema de medida consta de un elemento
tensor que ejerce siempre la misma tensión de referencia sobre la varilla
(D.Roberto, 2008). En la Figura 20 se puede evidenciar un ejemplo en
campo de la instalación de un micrómetro con extensómetro.
46
Figura 20. Extensómetro con micrómetro, tomada de (D.Roberto, 2008)
9. SUBSIDENCIA EN BOGOTÁ
9.1. ESTRATIFICACIÓN DEL TERRENO
La ciudad de Bogotá se ha desarrollado con el pasar de los años en suelos
blandos de origen lacustre de la sabana. Este tipo de suelo lacustre es
aquel que se encuentra en los lagos (lecho) y su formación requiere una
47
serie de procesos, pero no como los demás, pues este a diferencia de
otros, va sedimentándose, llegan a ser tierra pantanosa y hasta tierra firme
y no erosionada (Carmona, 2012).
Podemos encontrar en muchos sectores de la ciudad que el nivel de las
aguas subterráneas se localiza a poca profundidad, presentando
saturaciones en los suelos próximos. Además, la ciudad se localiza en las
inmediaciones de un ambiente sismotectónico de reconocida actividad
histórica; en el cual la Zona de Subducción del Pacífico y un complejo
sistema de fallas, son las fuentes sismogénicas que mayor efecto potencial
tienen sobre toda la región (IGAC, 2008).
A continuación en la figura 21 se muestra la zonificación geotécnica de la
ciudad de Bogotá:
48
Figura 21. Zonificación geotécnica (Andes, 1996)
49
Las unidades geológicas del subsuelo sobre el que se localiza la
ciudad (Machuca, 2008) son:
9.1.1. FORMACIONES ROCOSAS
Rocas sedimentarias de origen marino y continental que de la más
antigua a la más joven son las siguientes: Chipaque (Ksch),
Guadalupe (Ksg), Arenisca Dura (Ksgd), Plaeners (Ksgp), Labor-
Tierra (Ksglt), Guaduas (KTg), Cacho (Tpc), Bogotá (Tpb), Arenisca
La Regadera (Ter) y Usme (Tu).
9.1.2. SUELO RESIDUAL (Qrs)
Materiales producto de la meteorización de las rocas de las
formaciones Chipaque, Plaeners, Guaduas, Bogotá, Usme y La
Regadera, localizados hacia el suroriente de la ciudad, con espesores
de hasta 10 m. Composición predominantemente arcillosa, baja
permeabilidad, pobre comportamiento geomecánico.
9.1.3. DERRUBIOS DE PENDIENTE (Qdp)
Depósitos producto de la fracturación, meteorización y erosión de
rocas preexistentes, cuyos escombros han sido transportados por
gravedad y se han acumulado en las partes media e inferior de las
laderas. Se distinguen dos tipos de depósitos: los coluviones, donde
existe predominio de matriz fina sobre material grueso, y los taludes
donde predomina el material grueso.
9.1.4. COMPLEJOS DE CONOS O ABANICOS (Qcc)
Bancos de bloques, guijarros y guijos dentro de una matriz areno-
arcillosa en las zonas apicales y materiales predominantemente
arenosos y limo-arcillosos hacia las zonas distales. Esta unidad
agrupa el Cono del Rio Tunjuelo, el Cono de Terreros, Depósitos de
Flujos Torrenciales y los Conos del Piedemonte Oriental. Presentan
composición, textura, espesores y edades variables de acuerdo con
las condiciones de fuentes de aporte, distancia y tipo de transporte.
50
9.1.5. DEPÓSITOS FLUVIO-LACUSTRES (Terraza Alta, Qta)
Denominada también Formación Sabana, representa el relleno más
importante de la Sabana de Bogotá.
9.1.6. DEPÓSITOS FLUVIO-LACUSTRES (Terraza Baja, Qtb)
Denominada también Formación Chía, corresponde a depósitos
formados por los ríos Bogotá, Tunjuelo, Fucha y Juan Amarillo. Se
compone principalmente de material limoarcilloso; presenta geoformas
planas a ligeramente onduladas que se elevan hasta 5 m por encima
de las llanuras aluviales.
9.1.7. LLANURAS DE INUNDACIÓN (Qlla)
Depósitos jóvenes de los ríos Bogotá y Tunjuelo, y algunos de sus
afluentes. Constan de arcillas y limos con espesor promedio de 5 m.
9.1.8. RELLENOS DE BASURAS (Qb)
Conformados por desechos sólidos producidos por la ciudad, que han
sido concentrados en los rellenos sanitarios de El Cortijo, Gibraltar,
Santa Cecilia y Doña Juana.
En resumen podemos apreciar estas unidades geológicas en la figura 22.
51
Figura 22. Modelo geológico de la Sabana de Bogotá (Machuca, 2008)
9.2. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS
Bogotá está localizada a 2.600 m.s.n.m (metros sobre el nivel del mar) en la
cordillera oriental de los andes. La sabana de Bogotá está conformada
geológicamente por gran variedad de suelos inestables, con tendencias a la
deformación y fallas, sumándole a esto se presenta alta actividad sísmica
ya que se encuentra sobre la zona de subducción del pacifico (cinturón del
pacifico), la Falla el Romeral, y el sistema de fallas Frontal de la Cordillera
Oriental (Lopez & Gomez, 2014).
De acuerdo con la Microzonificación Sísmica de Bogotá (MZSB) (Figura 23)
se dio a conocer la tipología del suelo clasificados en 5 zonas. La zona 1
está compuesta por los cerros (A y B); la zona 2 por piedemonte (A y B); la
zona 3 por lacustre A; la zona 4 por lacustre B y lacustre C; y la zona 5 por
suelo aluvial, llanura, cauce, depósitos, basuras, rellenos y suelos de
excavación. Los tipos de suelo anteriores se explicaran a continuación en
la tabla 10 y tabla 11. (Decreto-523, 2010)
52
Figura 23. Estratificación de los Suelos en Bogotá (FOPAE, 2010)
53
Tabla 10. Descripción de las zonas geotécnicas (parte 1) (Decreto-
523, 2010)
Cerros ARoca de
Arenizca
formaciones
de Arenizcas
Cerros de alta
pendiente Areniscas duras
Rocas competentes y
resistentes a la
meteorización, eventuales
problemas de estabilidad de
taludes en excavaciones a
cielo abierto, principalmente
cuando estén fracturadas o
con intercalaciones de
arcillolitas blandas
Cerros BRoca de
Arcillolita
Formaciones
de Arcillolitas
Cerros de
moderada a alta
pendiente
Arcillolitas
blandas
Rocas de moderada
competencia y susceptibles a
la meteorización, problemas
de estabilidad de taludes en
excavaciones a cielo abierto,
principalmente cuando estén
fracturadas.
piedemonte A Suelo coluvial y
aluvial norte
Gravas arcillo
arenosas
compactas
Piedemonte BSuelo coluvial y
aluvial centro
Gravas areno
arcillosas
compactas
piedemonte CSuelo coluvial y
aluvial sur
Gravas areno
arcillosas
compactas
Lacustre ASuelo lacustre
muy blando
Arcillas limosas
muy blandas
Lacustre BSuelo lacustre
blando
Arcillas limosas
blandas
Lacustre Csuelo lacustre -
aluvial
Arcillas arenosas
firmes
AluvialSuelo aluvial
grueso a medio
Terraza Baja -
Aluvial y
Complejo de
Conos
Aluviales
Planicie
Arenas arcillosas
sueltas y
compactas
Suelos de media a alta
capacidad portante poco
compresibles, susceptibles a
licuación e inestables en
excavaciones a cielo abierto.
Llanura A
Suelo de
llanura -
lacustre
Arenas sueltas y
arcillas limosas
blandas
Llanura B
Suelo de
llanura -
aluvial
Arenas sueltas y
arcillas arenosas
duras
Comportamiento geotécnico
generalNombre Geotecnia Geología Geomorfología
Composición
principal
Llanura de
InundaciónLlanura
Suelos de moderada
capacidad portante y
compresibles susceptibles a
licuación.
Coluviones y
Complejo de
Conos y
Aluviales
Piedemonte
Suelos de alta capacidad
portante pero pueden
presentar problemas de
inestabilidad en excavaciones
abiertas
Terraza Alta -
Lacustre Planicie
suelos de muy baja a media
capacidad portante y muy
compresibles
54
Tabla 11. Descripción de las zonas geotécnicas (parte 2) (Decreto-523,
2010)
Cauce cause activo o
antiguoCauses Activos
Piedemonte y
Planicie
Gravas arenosas
sueltas a
compactas
Suelos de baja a media
capacidad portante,
susceptibles a licuación y
problemas de estabilidad de
taludes
DepósitosSuelo de
Ladera
Depósitos de
LaderaCerros
Gravas areno
arcillosas
compactas
Suelos de mediana capacidad
portante susceptibles a
problemas de estabilidad de
taludes
Residual Suelo Residual Suelo Residual CerrosArcillas gravo
arenosas firmes
Suelos de media a alta
capacidad portante con
posibles problemas de
estabilidad de taludes en
sectores de alta pendiente
BasuraRelleno de
Basura
Rellenos de
Basuras
Piedemonte y
Planicie Basuras
Materiales heterogéneos,
que acuerdo con su
disposición pueden ser
comprensibles y susceptibles
a problemas de estabilidad
en taludes
RellenoRelleno de
Excavación
Relleno de
Excavación
Piedemonte y
Planicie
Rellenos
heterogéneos
Materiales heterogéneos,
que acuerdo con su
disposición pueden ser
comprensibles y susceptibles
a problemas de estabilidad
en taludes
ExcavaciónExcavación
Especial
Excavaciones
EspecialesPiedemonte
Gravas arenosas
sueltas a
compactas
Zonas de explotación de
agregados en el Rio Tunjuelo,
susceptibles a problemas de
estabilidad en taludes
Comportamiento geotécnico
generalNombre Geotecnia Geología Geomorfología
Composición
principal
55
9.3. ARCILLAS
La formación Sabana conforma la parte superior del relleno lacustre del
gran lago de la Sabana de Bogotá, esta está compuesta en su mayor parte
por capas de arcillas plásticas verdes y grises poco consolidadas, y en
menor proporción arcillas turbosas, turbas, limos, arenas finas hasta
gruesas, restos de madera y capas de diatomita, además de
numerosas capas de cenizas volcánicas (Lobo-Guerrero Uscátegui,
1992).
Estas arcillas presentan un espesor máximo registrado de 317 m en
un pozo realizado en la población de Funza; gracias a dicho pozo
pudo comprobarse que ha existido sedimentación lagunar continua
desde el Plioceno hasta la actualidad. Los cerros de Suba y Madrid,
así como otros cerros menores entre Soacha y Sibaté, fueron islas dentro
del gran Lago de la Sabana. (Hewitt Vabuena, 2011)
De acuerdo con Moya y Rodríguez (1987), las arcillas de la
Formación Sabana son arcillas limosas de alta plasticidad que se
encuentran consolidadas principalmente cerca de la superficie (RSC =
4): la relación de sobreconsolidación disminuye con la profundidad
hasta llegar a valores entre 1.2 y 1.5 a 8 m, profundidad después de
la cual la RSC permanece constante. Coincidiendo con dicha variación
de la relación de sobreconsolidación se presentar una disminución del peso
unitario de 1.8 ton/m3 a 1.3 ton/m3 y un aumento en el contenido de
humedad de 40% a 120% aproximadamente. El límite plástico se presenta
en un rango entre 30% y 50% en todo el depósito y el límite líquido
aumenta con la profundidad entre 100% y 180%, prácticamente a la par
con el aumento de la relación de sobreconsolidación; a partir de los 10 m de
profundidad, el límite líquido continua fluctuando entre 120% y 180% en
función de las características de las diversas capas de arcilla. Se
tiene identificada la existencia de estratos con contenido de humedad,
y límites líquido y plástico extremadamente altos (wn = 290%, LL =
420%, LP = 130%), especialmente hacia el noroccidente, condición
atribuida a niveles de montmorillonita altos.
Los procesos de desecación y las variaciones del nivel freático
superficial han producido una capa medianamente sobreconsolidada en
los primeros 5 m a 10 m de profundidad, con relaciones de
sobreconsolidación que varían entre 3 y 5 cerca de la superficie y entre 1.2
56
y 2 hacia el final de la zona afectada por el proceso (Moya Barrios &
Rodriguez Ordoñes, 1987).
A continuación se muestra en la tabla 11 las propiedades físicas y
mecánicas de las arcillas de Bogotá tomadas al interior del Campus de
la Universidad Nacional:
Tabla 12. Rangos típicos de algunos parámetros de las arcillas bogotanas
(Machuca, 2008)
9.4. EXPLOTACIÓN DE AGUAS
Los principales acuíferos de la Sabana de Bogotá, de acuerdo con sus
características litológicas, hidráulicas, la calidad físico química del agua
y sus posibilidades de suministro son la Formación Guadalupe
(unidades Arenisca Dura, Labor y Tierna), la Formación Tilatá, la
Formación Arenisca del Cacho y la Formación Sabana también
conocida como Depósitos de Terraza Alta (Alarcón Guzmán, 1998).
Desde los tiempos de la colonia se presentó una explotación de las aguas
subterráneas en la sabana de Bogotá, esto se evidencia por la cantidad de
pozos que se encuentran en la sabana y en la misma ciudad. Por lo anterior
se presentan severos problemas de sobre explotación de acuíferos en
muchas partes. Según el dato estimado en 1992, dado que la extracción
es mayor que la recarga natural, el nivel potenciómétrico (o
piezométrico) del agua subterránea de la cuenca artesiana está
descendiendo a tasas de entre 3 m/año y 5 m/año. Dicho abatimiento
del nivel de presión es una de las causas de los fenómenos de
compactación y hundimiento que se observan en las capas superficiales del
terreno de la ciudad (Lobo-Guerrero Uscátegui, 1992).
57
Los efectos más notables que se pueden apreciar en la actualidad en la
ciudad y sus alrededores debido a la explotación de aguas subterráneas
son: el descenso del nivel freático, el potencial posterior ascenso del nivel
freático, el deterioro de la calidad del agua subterránea, la compactación
de los estratos superficiales, subsidencia y agrietamientos, con efectos
negativos sobre carreteras, edificaciones y otras estructuras rígidas.
Para controlar el descenso del nivel piezométrico se pueden optar las
siguientes medidas (Hewitt Vabuena, 2011):
Determinar la extracción segura de la cuenca hidrogeológica
Medir los caudales actualmente extraídos
Controlar técnicamente la apertura de nuevos pozos
Establecer una red de observación de niveles de agua subterránea
Construir pozos de inyección y dársenas de esparcimiento para
recargar artificialmente los acuíferos.
Las alternativas para controlar la subsidencia inducida por explotación
de aguas según Hewitt Vabuena son :
Reducción del volumen de bombeo
Recarga artificial de los acuíferos con aguas superficiales
Aumento de la presión de los acuíferos a través de los pozos
9.5. FENÓMENO DE SUBSIDENCIA
La disminución de las aguas subterráneas en terrenos como en los que se
ubica la Bogotá, genera la compactación de los suelos superficiales,
subsidencia y agrietamientos (Lobo-Guerrero Uscátegui, 1992). Desde
1975, se le ha advertido a la CAR (Corporación Autónoma Regional) sobre
las limitantes en la extracción de las aguas subterráneas según informes de
INGEOMINAS.
INGEOMINAS en 1996 y 1999 se dedicó al estudio de la subsidencia en la
ciudad logrando avances significativos usando la información derivada del
Estudio de Microzonificación Sísmica de Bogotá. Este estudio se
caracterizó por la caracterización de los depósitos de arcillas extraídos del
suelo, por la instalación piezómetros en diferentes sitios de la ciudad y por
las mediciones de deformaciones en la superficie del terreno.
58
En el 2008, el Institut Cartogràfic de Catalunya en convenio con el Fondo
de Prevención y Atención de Emergencias (FOPAE) realizaron un “Estudio
Interferométrico Diferencial SAR (DinSAR) para determinar la evolución de
las subsidencias del terreno en la ciudad de Bogotá”, utilizando imágenes
de radar de apertura sintética (SAR Para el conocimiento del fundamento
técnico y matemático de estas tecnologías, se refiere al lector al informe
final presentado al FOPAE (Institut Cartografic de Catalunya, 2009), este
estudio se caracterizó por incluir en su totalidad el área de la ciudad, por el
estudio de las zonas planas y por las zonas de altas pendientes. Dentro de
la zona plana se destacan la zona de Teusaquillo y de Puente Aranda.
Este estudio se dividió en dos fases de la siguiente manera:
La primera fase de detecto movimientos de hasta 7 cm/año en
diversas zonas de Bogotá, localizándose las zonas de mayor
subsidencia en el centro, el noroeste y el suroeste de la ciudad
La segunda etapa del estudio se basó en el uso de imágenes
tomadas entre 2008 y 2009, que revelaron un movimiento de
deformación significativo en la zona de Puente Aranda.
Posteriormente se extendió el estudio incluyendo imágenes tomadas
entre 1997 y 2006, lo que permitió revelar que existe un foco claro de
subsidencia en la zona de Puente Aranda, la cual alcanza una
velocidad de - 7.5 cm/año; de acuerdo con dichas apreciaciones, en
el período de análisis (1997 a 2009) se ha presentado una
subsidencia de 80 cm en las zonas de mayor magnitud. El patrón de
la variación de tales deformaciones con respecto al tiempo es lineal.
En el norte de la ciudad también se localiza una zona de subsidencia
significativa (Hewitt Vabuena, 2011).
9.6. NIVELACIÓN GEOMÉTRICA Y REDES GEODÉSICAS PARA LA
DETERMINACIÓN DE LA SUBSIDENCIA
La subsidencia en Bogotá se ha estudiado mediante la utilización de
diferentes técnicas como la nivelación geométrica, Sistemas de Navegación
Global por Satélite (GNSS) y las técnicas DInSAR.
59
Desde el año 2003 el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) creo la
Red Geodésica de Bogotá, de esta forma se creó una alternativa para la el
monitoreo del fenómeno de subsidencia en la ciudad. (IGAC, 2008)
9.6.1. NIVELACIÓN GEOMÉTRICA
Para la aplicación de este método se utilizó la red vertical de Bogotá
(Figura 24) que fue creada en 1986 mediante el uso de mediciones
de nivelación ópticas con más de 600 puntos los cuales fueron
repartidos en toda la ciudad. Desafortunadamente la mayoría de
estos puntos han sido destruidos debido a las obras de expansión y
remodelación de las vías (Herrera Pinzón, Martínez Días, & Téllez
Pedroza, 2008).
60
Figura 24. Estaciones y puntos de control en Bogotá (IGAC, 2008)
9.6.2. RED GNSS
Para este método se utilizó, además de la red de nivelación, 20
puntos que complementan la Red Geodésica Fundamental, los
cuales se ubicaron dentro del área de la ciudad (su ubicación se
determinó teniendo en cuenta la geología, los parámetros
geotécnicos y sobre todo por la facilidad de ser ocupados con
Sistemas de Navegación Global por Satélite (GNSS)). Además de
estos puntos hay dos estaciones de operación continua de referencia
(CORS), ubicado en la azotea del edificio del IGAC (Boga) y en la
Universidad Nacional (Bogt), las cuales están grabando
continuamente la información y publican los cambios en esta zona de
la ciudad. Estas estaciones son parte de una red de referencia más
61
grande (SIRGAS-CON) (Herrera Pinzón, Martínez Días, & Téllez
Pedroza, 2008).
9.6.3. RESULTADOS
Tabla 13. Cambios de alturas derivados de GNSS (IGAC,
2008)
Como podemos ver en la tabla 13 están organizados los cambios de
alturas de las 20 estaciones de la red GNSS desde el 2003 hasta el
último año de estudio el 2007. Destacando las estaciones de
control, pues a pesar de su continuo desplazamiento desde su
localización, Boga (2000) y Bogt (1996), presentan significativos
desplazamientos verticales 54,90 ± 0,1 mm / año para Boga y 47.80
± 0,1 mm / año para Bogt. Este desplazamiento se refleja a
continuación en la figura 25.
Usaquen -1,5 ± 1,0
Cazadores 1,4 ± 1,6Cruz Verde 3,8 ± 0,6
BOGA -54,9 ± 0,1BOGT -47,8 ± 0,1
Bogota19 -2,9 ± 1,2Bogota20 -1,1 ± 1,5
Bogota17 -10,1 ± 1,5Bogota18 -0,6 ± 1,8
Bogota15 -20,7 ± 1,2Bogota16 -3,4 ± 1,9
Bogota13 -13,5 ± 1,3Bogota14 -11,7 ± 1,5
Bogota11 -19,9 ± 1,8Bogota12 -13,3 ± 1,2
Bogota9 -97,5 ± 1,2Bogota10 -11,7 ± 2,7
Bogota7 -8,6 ± 1,2Bogota8 -23,4 ± 1,5
Bogota5 -8,8 ± 1,2Bogota6 -14,6 ± 0,9
Bogota3 -32,1 ± 0,9Bogota4 -8,1 ± 1,7
Bogota1 -14,0 ± 0,9Bogota2 -8,1 ± 0,8
EstaciónComparación Δh [mm/yr]
62
Figura 25. Serie de desplazamiento estaciones Boga y Bogt.
(Herrera Pinzón, Martínez Días, & Téllez Pedroza, 2008)
Por otro lado, los resultados del procesamiento GNSS para los 20
puntos de la red geodésica Fundamental muestra un comportamiento
homogéneo en el componente vertical, con una tendencia hacia
valores negativos en el orden de 15 ± 1 mm / año, queriendo decir
con esto que en la ciudad se presenta un hundimiento en la mayoría
de sus zonas como se ve en la figura 26. Sin embargo, hay algunas
áreas de la ciudad donde el comportamiento de la subsidencia es
altamente notable pues en las zonas críticas alcanzan valores de
hasta 96 mm / año (entre ellas se destaca ¨Bogota 9¨) (Herrera
Pinzón, Martínez Días, & Téllez Pedroza, 2008).
63
Figura 26. Plano Cambios en las alturas derivados de GNSS (IGAC, 2008)
64
Además de esto, los datos de nivelación geométrica confirman el
comportamiento de la subsidencia en la mayor parte de la ciudad, y
reafirman la fuerte tendencia de cambio algunos otros. Sin embargo,
hay una diferencia notable entre los valores de hundimiento que se
producen a partir de técnicas de satélite y de nivelación
convencional, esto debido a los fundamentos de cada uno de ellos
como se ven en la figura 27 y la figura 28 (Herrera Pinzón, Martínez
Días, & Téllez Pedroza, 2008).
Figura 27. Medición de la subsidencia GNSS
Figura 28. Medición de la subsidencia nivelación geométrica
65
10. ¿QUÉ EFECTOS GENERAN SOBRE VÍAS, POBLACIÓN Y MEDIO
AMBIENTE?
El fenómeno de subsidencia constituye grandes peligros para puentes, vías,
vías férreas, desagües pluviales, alcantarillas, canales, diques, edificios y
tuberías, incrementa la susceptibilidad a inundaciones por marea en lugares de
baja altitud costera (Tomás, y otros, 2013).
En México se ha presentado el problema de hundimientos en diferentes
ciudades, generalmente como consecuencia de la extracción del agua de los
mantos acuíferos y en forma más frecuente en zonas semidesérticas. Algunas
de las ciudades afectadas del centro del país son Aguascalientes, Celaya,
Irapuato, San Luis Potosí, Morelia y Querétaro entre otras. Además de los
hundimientos se presenta un fenómeno mucho más extraño y destructivo: la
aparición de fracturamientos y fallas superficiales del suelo, los cuales afectan
todo tipo de infraestructura, edificios públicos y privados, pavimentos,
banquetas, tuberías de agua potable, drenaje, gas, etc. (Chávez Alegriá, 2008).
La subsidencia del terreno es una amenaza que, a diferencia de otras, genera
daños graduales. Entre los daños documentados en las viviendas están:
grietas de variados tipos y dimensiones en paredes, pisos y/o techos;
descuadre de marcos de ventanas, puertas y/o portones que impiden su
funcionamiento parcial o total; deformación de pisos; separación de la vivienda
de los inmuebles contiguos; hundimiento parcial del inmueble (Julio Miranda,
Ortiz Rodriguez, Palacio Aponte, & van t Hoo ft, 2012).
Julio Miranday sus compañeros en el 2012 determinaron que en la ZM-SLP
dos mil tres viviendas se encuentran ubicadas en zonas de riesgo. De estas
viviendas se identificaron 282 inmuebles con daños visibles. Con base en los
daños observados reportan que 27% de los inmuebles presenta daño bajo,
33% daño moderado, 21% daño alto y 15% daño severo. Además, 4% de
estas propiedades han sido demolidas debido a la severidad de los daños.
Los daños en edificios y casas son asimilados por los afectados, presentando
pérdidas totales en la construcción. Se rompen paredes, pisos y se colapsan
los techos (Figura 29). Los esfuerzos a que son sometidas las estructuras
rompen cimentaciones. Los afectados realizan continuas y costosas
reparaciones, sin saber que el proceso no se detendrá. De esta forma el precio
de los terrenos baja de manera considerable. Naturalmente, la pérdida del
66
patrimonio afecta la calidad de vida de los afectados y crea un problema social.
(Rodriguez Castillo & Rodriguez Velázquez, 2006)
Figura 29. Afectaciones estructurales por subsidencia, figura tomada de
(Jiménez Salas, y otros, 1980).
Los problemas causados por la subsidencia son de varios tipos: daños en
edificios, cimentaciones, pavimentos, sistemas de transportes e instalaciones
como redes de agua corriente y saneamiento. Sin embargo, el más importante
podría ser el derivado de una posible inundación de la ciudad por las aguas del
alcantarillado. Esta agua ahora tiene que ser bombeada al canal principal, que
se encontraba inicialmente bajo el nivel general de la ciudad. Aunque el riesgo
ha disminuido por la citada construcción de túneles profundos de alcantarillado,
aún sigue presente pues el canal principal se mantiene en servicio. Además, la
subsidencia futura podría llegar a poner en peligro al conjunto de túneles
profundos e, incluso, al metro.
En cuanto a la repercusión sobre la edificación, hay que añadir continuamente
escalones a los edificios pilotados al quedar separados del terreno. Incluso se
colocan gatos entre el pilote y los pilares para ir bajando la construcción a
medida que asienta la superficie del suelo. Un ejemplo de edificio con grandes
asientos, a pesar de los recalces realizados, es el Palacio de Bellas Artes,
donde la planta baja se ha convertido en planta sótano, debido al descenso del
edificio respecto al nivel de la calle (Jimenez Salas, y otros, 1980).
67
Se han producido daños en la Reserva de Picacho, las tierras agrícolas, los
sistemas de distribución de agua, los pozos, los edificios, las carreteras
interestatales y locales, las calles, y se ha propuesto el desvío de un gran
acueducto. La subsidencia también ha causado la rotura de innumerables
cubiertas de pozos y, en algunos lugares, han quedado sobresaliendo de la
superficie, lo que ha requerido su modificación o sustitución.
Los daños ocasionados por el fenómeno son innumerables y afectan a las
construcciones, a las infraestructuras e instalaciones, a las carreteras y calles,
y a los campos deportivos. Se han generado severos perjuicios en el diseño y
mantenimiento de los canales, las presas, las redes de agua corriente y
saneamiento, o los pozos. En Ciudad de Méjico el descenso del terreno ha
hecho que aparezca el peligro de una posible inundación por las aguas del
alcantarillado general. En la Cuenca Chalco la depresión creada en el suelo ha
invertido el gradiente de alturas de la red de drenaje superficial. En zonas
costeras la subsidencia ha originado inundaciones, como en la Ciudad de
Houston, Bangkok o la Bahía de San Francisco (Vázquez, 2001).
68
CONCLUSIONES
El fenómeno de la subsidencia en términos generales se puede concluir como un
movimiento paulatino de la corteza terrestre el cual generalmente ocurre en
dirección vertical ya sea en forma de hundimiento o elevación, puede ser originado
por diversas causas dependiendo del lugar donde se realice el estudio y/o análisis
de dicho fenómeno.
Al analizar la subsidencia, se redujo el espectro de causas, ya que no todas
afectan a la ciudad de Bogotá, donde gran parte se ve reflejado gracias a la
extracción de fluidos y consolidación del terreno, las cuales son causadas por una
indebida extracción y explotación de los acuíferos de la ciudad, en donde, al
encontrarse vacíos tienden a rellenarse nuevamente con materiales que se
encuentran alrededor del acuífero , por otra parte, en la ciudad se presenta este
fenómeno debido al suelo poco estable y propenso a deformaciones por carga,
donde las grandes edificaciones son un factor desencadenante.
Una parte importante del trabajo fue la recopilación de información, la cual fue
estudiada y tomada de varios documentos, de múltiples lugares del mundo, donde
se llega a comprender que este fenómeno no está aislado o es exclusivo de
ciertas zonas, en cambio por la cantidad de eventos que lo originan está disperso
en varias regiones, lo cual ayudó a encontrar buena cantidad de información y
lograr exponer los puntos importantes sobre la subsidencia.
Debido a la escasa información encontrada sobre la subsidencia en Bogotá, fue
necesario identificar similitudes geológicas, estructurales y geomorfológicas con
otras ciudades del mundo, logrando de esta manera comprender el origen y
funcionamiento del fenómeno en estas zonas para conocer el comportamiento que
presenta este fenómeno en la ciudad.
La subsidencia se identifica mediante los ensayos típicos de laboratorio para la
caracterización de los suelos, en donde dependiendo de los resultados se
obtienen las características físicas del mismo así como sus posibles fallas y
desventajas.
Existen diferentes métodos de mitigación para el fenómeno de la subsidencia ya
sean medidas preventivas o correctoras, entre las medidas preventivas
(dependiendo de la causa de origen) la más común es el cese de actividades que
la generan, mientras que en las medidas correctoras la más habitual es la
utilización de geotextiles y el mejoramiento de la sub-base.
La ciudad de Bogotá está ubicada en una zona de suelos arcillosos limosos de
alta plasticidad presentando altas complicaciones con el drenaje y con las cargas
superficiales, además la sobreexplotación de acuíferos que se ha presentado en la
69
zona durante los últimos años y el escaso control que se le ha dado por parte de
las entidades encargadas del control y la mitigación de este fenómeno, en otras
palabras, son suelos con altas facultades de presentar el fenómeno de
subsidencia.
El último estudio realizado de este fenómeno en la totalidad de la sabana Bogotá
se realizó en el 2008. Este fue hecho por el IGAC (Instituto Agustín Codacci) en
colaboración con El Instituto Cartográfico de Cataluña, en donde mediante
técnicas de levantamientos Geodésicos y la aplicación de técnicas Dinsar se
determinó que en más de 20 puntos localizados se están hundiendo en un
promedio de 15 ± 1 mm / año (para esa fecha). Además de esta alta cifra de
hundimiento se determina otra problemática mayor: la poca continuidad de
estudios informativos de este fenómeno, causado por el poco control y la escasa
importancia que le dan a mitigar el mismo, pues como se sabe constituye grandes
peligros para puentes, vías, vías férreas, desagües pluviales, alcantarillas,
canales, diques, edificios y tuberías.
Por lo anterior y en conclusión, la recomendación al realizar esta investigación, es
que las entidades competentes en la capital del país se hagan cargo de los
estudios y análisis necesarios para tener un control sobre la subsidencia evitando
o reduciendo la explotación de acuíferos y deformaciones por carga.
70
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