ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA DE LOS SUELOS DE
LA CIUDAD DE VALLEDUPAR MEDIANTE UTILIZACIÓN DE UN SIG.
Olga Vanessa Palacio Pacheco 1, Gustavo
Cadena Carrillo 2, Eberto Rafael Ortega Sinning3,
Angélica Patricia Vanegas Padilla4
1Ingeniera Ambiental y Sanitaria
Valledupar, Colombia. Contacto: ovpalacio@unicesar.edu.co
2Ingeniero Ambiental y Sanitario
Valledupar, Colombia. Contacto: gcadenac007@gmail.com.
3Ingeniero Civil, Magister en
Geotecnia. Esp. En Vías y transporte. Docente de la Universidad Popular del Cesar. Valledupar, Colombia.
Contacto: ebertoortega@unicesar.edu.co.
4Ingeniera
Ambiental y Sanitaria, Esp. Gestión Ambiental. Magíster en Desarrollo
Sostenible y Medio Ambiente. Contacto: angelicavanegasp@unicesar.edu.co.
https://orcid.org/0000-0001-5087-6172
RESUMEN
Se realizó la zonificación geotécnica
de los suelos en Valledupar (Cesar) mediante la recolección de datos en diversos
laboratorios de suelos y obtención de muestras. Se creó la base de datos para
la investigación. Los tipos de suelos encontrados fueron SC, SM y GW identificados
en todas las comunas de la ciudad. El nivel freático se encontró a partir 1,2
metros de profundidad. El documento contiene la información necesaria para los
estudios geotécnicos de la zona donde se concluye que la ciudad puede soportar
cimientos para edificación de más de 10 niveles; en zonas con altos porcentajes
de grava, estas áreas serán las de mayor incidencia a la hora de aumentar la
cobertura de redes de acueducto y alcantarillado. Es el primer estudio investigativo
geotécnico a través de modelos de información geográfica en Valledupar; esto
indica la generación de un recurso técnico y bibliográfico de rápida consulta.
Palabras clave: Cartografía, geotecnia, tipos de suelos, SIG.
Recibido: 01 de abril de 2021. Aceptado: 03 de
Mayo de 2021
Received: April 01, 2021. Accepted: May
03, 2021
DOI:
http://dx.doi.org/10.33571/rpolitec.v17n33a9
GEOTECHNICAL ZONING OF THE SOILS OF THE
CITY OF VALLEDUPAR USING A GIS
ABSTRACT
The geotechnical zoning of the soils
was carried out in Valledupar (Cesar) by collecting data in various soil
laboratories and obtaining samples. The research database was created. The
types of soils found were SC, SM and GW identified in all the communes of the
city. The water table was found from a depth of 1.2 meters. The document contains
the necessary information for geotechnical studies of the area where it is
concluded that the city can support building foundations of more than 10
levels, in areas with high percentages of gravel, these areas will be the ones
with the highest incidence when increasing coverage of aqueduct and sewerage
networks. It is the first geotechnical research study through geographic
information models in Valledupar; This indicates the generation of a technical and
bibliographic resource for quick consultation.
Keywords: mapping; geotechnics; types of soils, GIS.
Cómo citar este artículo: O. V. Palacio-Pacheco,
G. Cadena-Carrillo, E. R. Ortega-Sinning, A. P. Vanegas-Padilla. (2021). Zonificación
geotécnica de los suelos de la ciudad de Valledupar mediante utilización de un SIG,”
Revista Politécnica, vol. 17, no. 33, pp. 109-119, 2021. DOI: http://dx.doi.org/10.33571/rpolitec.v17n33a9
1.
INTRODUCCIÓN
Según el En el censo de 2005, la población en la
ciudad de Valledupar era de 354.449 habitantes, y las proyecciones para el año
2019 rondan los 493.342 habitantes [1], lo que muestra que hay un crecimiento
significativo en la población, y ha conllevado al aumento apresurado en la
construcción de viviendas, al aumento en la cobertura de las vías, redes de
acueducto y alcantarillado a lo largo y ancho de toda la ciudad. Por lo que se
hace necesario conocer cómo están constituidos los suelos, ya que, para la
realización de este tipo de obras e infraestructuras según las normas
colombianas aplicables a cada situación, es necesaria la realización de
estudios previos en las áreas a tratar, por lo que es preciso contar con una
herramienta que nos ayude a constatar la distribución de los suelos en la
ciudad, facilitándonos así la toma de decisiones [4].
Por lo cual se consideró necesaria la realización de
una zonificación geotécnica de la ciudad de Valledupar. En 2017, se realizó
como proyecto de grado una caracterización geotécnica del subsuelo en la zona
norte de la cabecera municipal de Valledupar, tomando dos muestras en 30
apiques en la zona en cuestión, en dicho proyecto se evidenciaron algunas de
sus características [2]. Con esta información se comenzó a realizar una base de
datos para la ciudad de Valledupar, debido a que históricamente no se ha
contado con estudios de zonificación de suelos que permitan el conocimiento de
su estado [12].
Un sistema de información geográfica (SIG) es un
sistema empleado para describir y categorizar la Tierra y otras geografías con
el objetivo de mostrar y analizar la información a la que se hace referencia
espacialmente [3] y mediante su utilización se llegó a un modelo conceptual
avanzado que dio a conocer la problemática geotécnica o geológica del suelo, con
el cual se puede realizar estudios preliminares para las obras tales como
adecuaciones, amplificaciones y/o reposiciones de acueducto y alcantarillado,
entre otras obras ingenieriles [9] .
2. MATERIALES Y MÉTODO
Área de estudio: La investigación busca abarcar la
ciudad de Valledupar sin contemplar veredas, corregimientos y/o área
metropolitana.
Etapa 1: Revisión de la información técnica e
instrumentos de recolección de la información.
Creación de la base de datos: para esto se recolectó
información secundaria, en los diferentes laboratorios que efectuaron estudios
de las características geomecánicas de los suelos en la ciudad de Valledupar.
Identificación de áreas de muestreo: se ubicaron los
puntos anteriormente recolectados en un mapa en Google Earth Pro, lo que
facilitó la ubicación de las áreas donde se realizaron los muestreos.
Identificación de los puntos de muestreo: luego de
identificadas las áreas, estas fueron visitados y según sus características se
identificaron los puntos de fácil acceso para la toma y recolección de
muestras.
Pruebas de campo: se realizó el reconocimiento de las
áreas y la recolección de las muestras. Se realizaron apiques a 1-2 m, se
tomaron duplicados de las muestras y se realizaron los siguientes ensayos:
Análisis granulométricos
Clasificación de suelos en los AASTHO y SUCs
Calculo de la capacidad de carga admisible
Ángulo de fricción interna
Determinación de límite líquido
Determinación de límite plástico
Determinación de resistencia al corte [5].
Se incluyó información como el nivel freático
encontrado dentro del alcance de la profundidad de los apiques.
Etapa 2: Procesamiento de datos
En esta fase se completó la base de datos con los
resultados de laboratorio y demás información recolectada, luego se procesó en
un sistema de información geográfica con el método de interpolación IDW. Con lo
cual se logró la elaboración de la representación geotécnica de los suelos [7].
Etapa 3: Análisis y discusión
de los resultados
Se analizaron las áreas geotécnicas en función del
uso del suelo basados en los requerimientos necesarios para los estudios
preliminares que pide el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y
Saneamiento Básico, mostrando las características más relevantes de las comunas
de
la ciudad, incluyendo la identificación de los tipos
de suelos, la profundidad del nivel freático, entre otras [6].
2. RESULTADOS
Tipificación de suelos de la ciudad
de Valledupar mediante el sistema unificado de clasificación de suelos (SUCs).
Figura 1. Distribución porcentual de los suelos de la
ciudad de Valledupar de acuerdo al sistema unificado de clasificación de suelos
(SUCs).
El área de estudio es de 5089,593 Ha, de los cuales
predomina un tipo de suelos SC (arenas mal graduadas, arenas con gravas, con
poco o nada de fino /arenas limosas, mezcla de arena y limo), según la
clasificación del Sistema Unificado de clasificación de Suelos (SUCs) [4] con
un 23,314% del área de estudio que en relación con el área total arroja un equivalente
de 1186,5752 Ha.
La ciudad de Valledupar está distribuida en 6 comunas
las cuales se tienen en cuenta en el desarrollo del proyecto, por lo cual se
realizó la interpretación de los resultados de acuerdo a esto:
Tabla 1 Distribución por comunas de los
suelos de la ciudad de Valledupar de acuerdo al sistema unificado de
clasificación de suelos (SUCs).
Tipificación de los suelos de la ciudad de Valledupar
mediante la American Association of State Highway Officials (AASTHO).
Figura 2. Distribución porcentual de los suelos de la
ciudad de Valledupar de acuerdo a la American Association of State Highway
Officials (AASTHO).
En la
ciudad de Valledupar se puede encontrar suelos del tipo A-7 un área de 0,7125
Ha en relación con un área de estudio total que es de 5089,593 Ha, siendo este
tipo de suelo los que menos se encuentran en la zona, de igual forma tipo de
suelo A-2-5 es el que se encuentra en mayor parte de esta área de estudio
que es de 953,474 Ha, en la siguiente tabla se encuentran las áreas para cada
tipo de suelo encontrados en la ciudad según esta clasificación.
Tabla 2 Distribución por comunas de los suelos de la ciudad de
Valledupar de acuerdo a la American Association of State Highway Officials
(AASTHO).
Profundidad del nivel freático en
la ciudad de Valledupar
Valledupar es una de las ciudades que cuentan con
grandes cantidades de aguas subterráneas, por lo que tiene suelos con
capacidades de drenajes buenas y permeabilidad en el subsuelo, llevando el agua
de lluvia a zonas de recarga, por lo que se puede encontrar el nivel freático a
profundidades de 1,2 m en barrios como Garupal (comuna 5).
Figura 3. Nivel
freático: comuna 5
Figura 4. Humedad
natural: comuna 2
Índice de plasticidad.
La comuna cuatro es la que presenta mayor
variabilidad, mostrando rangos desde 0-2,5 a 10,2 – 12,6. Lo que indica que
esta comuna tiene una mayor compresibilidad respecto a las otras.
Figura 5. Índice
de plasticidad: comuna 4
Capacidad de carga
Para el análisis de este ítem se tomó en
consideración la profundidad y los rangos con mayor y menor presencia según el
área abarcada por cada uno [8].
|
Profundidad
|
Rangos con mayor presencia
|
Rangos con menor presencia
|
|
50
cm
|
8,1
–9,1
|
13,8
– 14,9
|
|
100
cm
|
10,2
– 12,1
|
22,1
- 23,9
|
|
150
cm
|
14,2
– 16,3, 16,4 – 18,5
|
25,3
– 27, 4
|
|
200
cm
|
20,3
– 22,9
|
33,7
-36,2
|
|
250
cm
|
22,3
– 26
|
45,1
- 48
|
|
300
cm
|
29,6
– 32,2
|
51,1
– 56,4
|
|
350
cm
|
27,1
– 32,2
|
74,9
– 95,4
|
|
400
cm
|
35,5
– 36,9
|
72
– 114,8
|
Tabla 3
capacidad de carga
Ángulo de fricción interna.
En forma general se puede observar en un rango de 31
– 32°, sin embargo, En la parte central de la comuna 4 (La victoria,
Populandia, Villa Miriam Francisco de Paula) presenta variaciones desde 32 a
38° y en la zona sur de la comuna 4 (Ciudadela 450 años, San Gerónimo y
Girasoles) de 29-30°
.
Figura 6. Ángulo de
fricción interna: comuna 4
Ensayo de
penetración estándar (SPT)
Tabla 4 Ensayo de penetración estándar (SPT)
Con el ensayo de penetración estándar se utiliza para
hacer un reconocimiento geotécnico de los suelos, ya que permite caracterizar
los suelos granulares (arenas y gravas arenosas), así como también en terrenos
arcillosos conocer la humedad natural del terreno [11].
Modelo de Winkler
Se puede observar en el mapa que predominan los
rangos de 1.061- 1.233 y 1.234 – 1.406 mientras que en menos medida se
encuentra el rango de 1.924- 2.096.
Velocidad de onda de corte
La velocidad de onda de corte está relacionada con la
rigidez y la densidad del terreno por donde es propagada, por lo que es un
parámetro geofísico empleado para conocer la respuesta sísmica de los terrenos
estudiados [11].
Figura
8. Velocidad de onda de corte
En todas las comunas se evidencio que existe una
velocidad de onda de corte común que es de 233- 245 m/s.
3.
DISCUSIÓN (O ANÁLISIS DE RESULTADOS)
Con la zonificación arrojada se pudo observar que en
la ciudad priman los suelos arenosos y gravas, en cuanto a la capacidad de
carga se tiene que a partir de los 0,5 m de profundidad hasta los 4 metros
(profundidades estudiadas) se nota el aumento paulatino debido al aumento de
profundidad, se define que la ciudad puede soportar cimientos para edificación
de más de 10 niveles siendo la capacidades de carga a los 4 m superior a los 50
ton/m2, en zonas con altos porcentajes de grava, estas áreas serán las
de mayor incidencia a la hora de aumentar la cobertura de redes de acueducto y
alcantarillado por lo que los presentes estudios ayudaran a observar con mayor
claridad las condiciones de las áreas a tratar.
La mayor parte del área de estudio esta urbanizada y
en las que no, están proyectadas para futuras construcciones por lo que el
presente trabajo puede ser de ayuda como estudio previo.
Con la inclusión de los estudios en la realización
del Sistema de Información Geográfico, se pudo comprobar que la ciudad es rica
en aguas subterráneas al poder encontrar un nivel freático bajo a 1,2 m de
profundidad, también cabe destacar el hecho de que se pudo encontrar el nivel
freático en la mayoría de los de los estudios que se usaron para la base de
datos usada en la zonificación.
4.
CONCLUSIONES
En el área estudiada de la ciudad de Valledupar se
encontraron en mayor porcentaje suelos de tipo SC, GW, ML, GP-GM, SP-SM, SM y
SC-SM, estos suelos por sus características son usados para la construcción,
por contener porcentajes altos de la combinación de gravas, arenas y arcillas,
tener capacidades de carga altas y comportamiento mecánico buenos a excelentes.
Considerando la profundidad del nivel freático en la
ciudad, hay zona en la que se encontró a niveles menores de 2 m de profundidad,
en estas zonas es mejor evitar edificaciones de niveles altos, al igual que construcciones
de estructuras de acueductos y alcantarillados como pozos de inspección,
tanques elevados y alcantarillados pluviales, esto se presenta con mayor
incidencia en pequeñas zonas de la comuna 1 y 5 que son cercanas al rio
Guatapurí.
Esta zonificación geotécnica se hace como referente
de estudios previos (preliminares) para obras de infraestructura como lo son
las redes acueductos y alcantarillados, ya que los mapas cumplen a cabalidad
con lo considerado como requisito previo de estudios de suelos en el RAS para
obras de agua potable y saneamiento básico, en el que se requieren datos como
la determinación de la clasificación de suelos, permeabilidad, nivel freático,
entre otros estudios geotécnicos.
La investigación también tiene utilidad en otras
áreas del conocimiento como son la ingeniería civil, la arquitectura y la
ingeniería sanitaria; ya que nos permite conocer las condiciones ambientales del
entorno en el que se desea trabajar antes de realizar una intervención.
Se deja como base la información del presente
proyecto para la realización de proyecto similares o para la actualización de
los mapas ya realizados. Se recomienda la creación de una aplicación como
herramienta que permita a los estudiantes la inclusión de nueva información a
la base de datos, tomadas en campo con la que se pueda ampliar y unificar la
información sobre los suelos de la ciudad y que sea de fácil acceso para los
futuros investigadores y/o comunidad universitaria.
5.
AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan su agradecimiento: A los
laboratorios, V & O Ingeniería S.A.S, Leixer Alfonso Rivero Londoño
Estructuras Vías Geotecnia Concretos, Ernesto Altahona S.A.S, Armando Rivero Ingenieros
S.A.S., por sus aportes para la realización de esta investigación.
6.
Referencias Bibliográficas
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Estadística. Resultados y proyecciones (2005-2020) disponible en: http://www.dane.gov.co/files/investigaciones/poblacion/proyepobla06_20/ProyeccionMunicipios2005_2020.xls
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municipal de Valledupar. Universidad popular del Cesar. Valledupar. (2017).
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