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• Debray Rodriguez Esquivel

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú decana de américa Facultad de ingeniería geológica, minera, metalúrgica y geográfica e.a.p. ingeniería de minas

SUBSIDENCIA

UNMSM

ING. MINAS

Contenido 1.

INTRODUCION ............................................................................................................................. 2

2.

SUBSIDENCIA ............................................................................................................................... 2

3.

DIFERENCIAS ENTRE DEFINICIONES ............................................................................................ 4

4.

TIPOS DE SUBSIDENCIAS ............................................................................................................. 4 a.

"GENÉTICO" O GENERAL: ........................................................................................................ 4

b.

SEGÚN EL MECANISMO DESENCADENANTE ........................................................................... 5

5.

MÉTODOS DE MEDIDA DE LA SUBSIDENCIA. .............................................................................. 7 a.

Métodos topográficos convencionales: .................................................................................. 7

b.

Métodos geodésicos. .............................................................................................................. 8

c.

Métodos fotogramétricos. ...................................................................................................... 9

6.

7.

CAUSAS DE LA SUBSIDENCIA ..................................................................................................... 10 a.

NATURALES ........................................................................................................................... 10

b.

INDUCIDO POR EL HOMBRE .................................................................................................. 12 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 13

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1.

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INTRODUCION

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). La subsidencia es un fenómeno geológico que no suele ocasionar víctimas mortales, aunque los daños materiales que causa pueden llegar a ser cuantiosos. Es de gran importancia en zonas urbanas, donde los perjuicios ocasionados pueden llegar a ser ilimitados, suponiendo un riesgo importante para edificaciones, canales, conducciones, vías de comunicación, así como todo tipo de construcciones asentadas sobre el terreno que se deforma.

2.

SUBSIDENCIA

Es el asentamiento de una zona normalmente llana que experimenta un descenso lento y progresivo del terreno sin que se produzca un movimiento horizontal, causado por la consolidación del suelo. Cuando la deformación y el hundimiento son localizados y de dimensiones reducidas hablamos de un asentamiento, y si se da de manera muy rápida, de colapso. Los hundimientos pueden tener causas naturales (presencia de discontinuidades, disolución, oxidación, compactación, desecación, etc.) o por acciones antrópicas (extracción de recursos geológicos, humidificación excesiva de las arcillas, aumento de la carga, etc.). Este fenómeno geológico es un riesgo natural que afecta a amplias zonas del territorio causando importantes daños económicos y una gran alarma social, sin embargo, no suele ocasionar victimas mortales. Es de gran importancia en zonas urbanas, donde los perjuicios ocasionados pueden llegar a ser ilimitados, suponiendo un riesgo importante para edificaciones, canales, conducciones, vías

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de comunicación, así como todo tipo de construcciones asentadas sobre el terreno que se deforma. La subsidencia del terreno es únicamente la manifestación en superficie de una serie de mecanismos subsuperficiales de deformación. Prokopovich (1979) define desde un punto de vista genético dos tipos de subsidencia: endógena y exógena. El primero de estos términos hace referencia a aquellos movimientos de la superficie terrestre asociados a procesos geológicos internos, tales como pliegues, fallas, vulcanismo, etc. El segundo se refiere a los procesos de deformación superficial relacionados con la compactación natural o antrópica de los suelos. La subsidencia se debe principalmente a dos procesos: la karstificación y aparición de estructuras halocinéticas. La karstificación es un fenómeno que se produce en el terreno por la presencia de yeso y calizas que pueden dar lugar al efecto de disolución. Esto puede favorecer la aparición de espacios vacíos que no se detectan y que pueden hundirse de forma brusca causando graves daños y pérdidas en el terreno circundante. Las estructuras halocinéticas son formaciones geológicas producidas por el desplazamiento de rocas salinas que pueden alterar los materiales de su alrededor levantándolos, formando domos; o perforándolos, originando diapiros. La subsidencia puede también clasificarse en función de los mecanismos que la desencadenan (Scott, 1979). 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, son algunas de las causas de los procesos de subsidencia (González Vallejo et al., 2002)

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3.

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DIFERENCIAS ENTRE DEFINICIONES

Hay diferencias entre subsidencias y colapsos •

Subsidencias: descensos lentos y paulatinos de la superficie del terreno.

•

Colapsos o hundimientos: movimiento vertical repentino del suelo.

4.

TIPOS DE SUBSIDENCIAS

Podemos clasificar los distintos tipos de subsidencia según dos puntos de vista:

a. •

"GENÉTICO" O GENERAL: Subsidencia exógena:

Se presenta como consecuencia de la actividad humana. Se ha distinguido a nivel mundial como causa principal, la extracción de fluidos del subsuelo, especialmente agua e hidrocarburos. Esta extracción reduce la presión de poros y aumenta los esfuerzos efectivos en el suelo, lo cual da lugar a asentamientos por consolidación, cuya magnitud y velocidad dependen de las características de compresibilidad del material que se consolida y de los volúmenes de fluidos extraídos. •

Subsidencia endógena:

Está relacionada con movimientos internos de la corteza terrestre como son tectonismo o vulcanismo, con procesos de consolidación natural de sedimentos blandos, con fenómenos de consolidación de suelos afectados por desbalances hídricos naturales de mediano o largo plazo, con contracción de suelos debido a la alteración de minerales, o con efectos de succión producida por la vegetación, especialmente árboles que demandan volúmenes de agua.

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b. SEGÚN EL MECANISMO DESENCADENANTE Por disolución subterránea en sal, yeso o rocas carbonatadas: debido a la gran

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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. Minera, por obras mineras o construcción de galerías subterráneas: consiste

ii.

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 cuando los terrenos colindantes intentan ocupar el suelo el vacío generado. Por flujo lateral : En torno a diversas formaciones evaporíticas se producen

iv.

fenómenos de subsidencia asociados a la actividad dialítica. Este tipo de fenómenos de flujo lateral se ha observado en materiales arcillosos intercalados entre materiales más competentes como pizarras.

Por compactación: Se divide a su vez según la causa de este proceso:

v.

-

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 este una estructura más compacta.

-

Carga: 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.

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Esta subsidencia se produce por una reducción gradual de los huecos del suelo. -

Extracción de fluidos: Puede causar importantes valores de subsidencia como consecuencia del cierre gradual de los huecos rellenos por el fluido extraído. Este tipo de hundimiento afecta a grandes ciudades como México DF, Valle de san Joaquín (EEUU), Tokio (Japón), Pekín (China), etc.

-

Hidrocompactación: 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.

-

Tectónica: Los descensos de la superficie terrestre producidos por las fallas producen un efecto conocido como subsidencia tectónica. 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.

-

Bombeo de pozos: Se da cuando se bombea de los pozos el agua a mayor velocidad de lo que pueden reemplazarla los procesos de recarga natural. Sobre todo, en zonas con estratos potentes de sedimentos no consolidados, donde la presión del agua al extraerle disminuye, y el peso de la sobrecarga se trasmite al sedimento, compactando los granos y hundiendo el terreno.

En Sal POR DISOLUCION SUBTERRANEA

En Yeso En Rocas

POR CONSTRUCCION DE OBRAS SUBTERRANEAS O GALERIAS MINERAS. 6

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POR EROSION SUBTERRANEA (TUBIFICACIÓN O PINING) POR FLUJO LATERAL

Rocas Salinas Arcillas Por Carga Por Drenaje Por Vibración

POR COMPACTACIÓN

Por Extracción de Fluidos Por Hidrocompactación

TECTONICA

5.

MÉTODOS DE MEDIDA DE LA SUBSIDENCIA.

Los métodos de medida de las deformaciones del terreno pueden servir para estimar distintas magnitudes de la deformación estudiada como, por ejemplo, los desplazamientos relativos entre dos cuerpos, los movimientos absolutos, las inclinaciones, los desplazamientos en una dirección, los movimientos en profundidad, etc. Considerando la descripción que establece para la Ingeniería Cartográfica, podemos diferenciar cuatro métodos de medida de las deformaciones de la superficie terrestre: métodos topográficos convencionales, métodos geodésicos, métodos fotogramétricos y métodos de teledetección. Sin embargo, para este proyecto el enfoque va a ser los métodos topográficos los cuales son usados actualmente.

a. Métodos topográficos convencionales: Bajo este término se engloban todas aquellas técnicas propias de la Cartografía clásica terrestre. Hasta hace relativamente poco tiempo constituían el único sistema válido y eficaz para llevar a cabo la medida de deformaciones de la superficie terrestre sin cometer grandes errores.

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Estas son las técnicas topográficas clásicas

Nivelació

METODO trigonométrica

o

USO por Variación de la altitud

PRECISIÓN 20mm

pendientes Nivelación geometrica o por alturas Variación de la altitud ± 1mm/km Nivelación geometrica de precisión Variación de la altitud ± 0.1mm/km Triangulación topografica Desplazamiento de 5-10mm Poligonal

Desplazamiento blancos móviles

Distanciómetro electroóptico (MED) Desplazamiento blancos móviles

de 5-10mm de 7mm±1-5ppm

blancos móviles

Su fundamento se basa en la medida de las variaciones de las coordenadas de una serie de puntos durante un determinado intervalo de tiempo. Para ello se han de repetir las medidas de las coordenadas (-X, -Y, -Z) de los puntos de control, varias veces, en diferentes instantes, para así determinar si se ha producido o no variación en cualquiera de las tres direcciones del sistema de referencia. Las lecturas estos puntos de control 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 inestabilidad de laderas 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.

b. Métodos geodésicos. La Geodesia permite determinar las coordenadas de la proyección de los puntos sobre la superficie terrestre, así como la altura sobre el nivel del mar (geoide) o de forma más precisa a una superficie arbitraria que sirve de fundamento para el

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cálculo de los puntos geodésicos, que recibe el nombre de elipsoide de referencia. 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 Ranging,SLR) constituyen las principales técnicas geodésicas empleadas en el estudio de las deformaciones de la superficie terrestre.

c. Métodos fotogramétricos. La fotogrametría es una técnica consistente en la obtención de las tres dimensiones de una escena a partir de pares de fotografías de la misma, denominados fotogramas, tomadas bajo distintos ángulos. Existen tres métodos fotogramétricos. El primero de ellos es la fotogrametría terrestre, en la que, como su nombre indica, los pares de fotogramas se obtienen desde tierra estacionando el instrumental a distancias inferiores a 200 metros de la zona a restituir, proporcionando una precisión de hasta 40 mm. Este sistema es más apropiado para el estudio de fenómenos de pequeña envergadura que ocupan áreas reducidas. La fotogrametría aérea constituye el segundo método fotogramétrico. A diferencia del anterior, la cámara se sitúa sobre una plataforma aérea (avión o helicóptero), siendo la altura de vuelo inferior a 500 metros. La precisión obtenida con la fotogrametría aérea es de unos 100 mm, barriendo amplias áreas. El procesado de las imágenes permite construir un modelo digital del terreno (MDT) de la zona de interés. La comparación de los MDTs obtenidos en diferentes intervalos de tiempo a través de la fotogrametría, permite comparar los cambios superficiales que se han producido en la zona. La principal ventaja de la fotogrametría es que permite obtener una visión global de la zona deformada y no sólo de algunos puntos de la misma, tal y como ocurre con otros métodos de control de deformaciones. La fotogrametría satélite se basa en los mismos principios que la aérea. La diferencia estriba en que las imágenes estereoscópicas son adquiridas desde una plataforma espacial. Hasta el momento las precisiones conseguidas son bajas. No obstante, la mejora de las imágenes de satélite introducida por una nueva generación de satélites en el mercado como el SPOT V y el ASTER, capaces de adquirir dos imágenes en una

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misma órbita, ha hecho que la fotogrametría de satélite pueda llegar a competir con la fotogrametría aérea, permitiendo la fotointerpretación manual o la correlación automática de los pares.

6.

CAUSAS DE LA SUBSIDENCIA

a. NATURALES I.

LICUEFACCION

Consiste en la pérdida de consistencia del suelo, de manera temporal, debido a una redistribución de las partículas del terreno y del agua que contiene. Suele deberse a movimientos sísmicos y actividad antrópica. La licuefacción tiene lugar en los suelos no consolidados, no cohesivos o fácilmente disgregables y saturados en agua. El sedimento cae hacia abajo por su propio peso y el agua de saturación tiende a salir como una fuente surgente, comportándose como material licuado, cuyo resultado es la producción de un desplazamiento o falla del terreno. II.

COLAPSOS

Se entiende por procesos de colapso o hundimiento la caída de las masas de rocas suprayacentes a una cavidad subterránea de origen natural o antrópico, con o sin resultados visibles en la superficie. Estos desprendimientos suelen deberse a la superación del límite de resistencia de las capas superiores, pero también pueden estar causados por reajustes isostáticos, por la pérdida de la humedad subterránea, ya que el agua favorece la resistencia a la presión de los materiales; por movimientos tectónicos o por cambios en la superficie, como la construcción de estructuras (edificaciones, cimientos, etc.) o enterramientos repentinos por aluviones o coladas de barro.

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Las cavidades de origen natural suelen estar en formaciones carbonáticas de tipo kárstico en las cuales los colapsos se suelen producir por la disolución de las rocas hasta el punto de que estas terminan por desprenderse rellenando la cavidad. Si estas se sitúan cerca de la superficie, se pueden formar dolinas.

III.

VARIACIONES EN EL NIVEL FREATICO O EN LIQUIDOS SUBTERRANEOS

Durante la sedimentación, y durante el proceso de litificación el agua queda atrapada entre las partículas de las capas sólidas (poros), produciendo la cementación de algunos componentes o la disolución de otros. En ocasiones, esta agua puede llegar a ser tan abundante como para considerar a la capa como un sólido en suspensión. Lo normal es que a medida que la sedimentación de capas evoluciona, la presión en el interior, produzca la compresibilidad de la roca y la reducción de los poros, por lo que el líquido contenido aumenta drásticamente su presión y tiende a ser desalojado hacia zonas con menor presión. Pero si existe una capa impermeable al líquido, este se acumula produciendo una sobre-resistencia a la presión de las capas de materiales. Debido a esfuerzos tectónicos, planos de rotura o fallas, es posible que el líquido sea desalojado eliminando la resistencia de origen hídrico de la capa y produciendo su compresión, con lo que se reducirá su volumen y se producirá el fenómeno de la subsidencia. Otro caso es que la extracción de recursos hídricos o de hidrocarburos acelere enormemente este proceso o sea su detonante, lo cual causa graves riesgos a las construcciones superficiales en una zona más o menos extensa alrededor.

IV. V. VI.

ARCILLAS EXPANSIVAS GASIFICASION MAVIMIENTO ISOSTATICO SOBRE PRESIÓN

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UNMSM VII.

ING. MINAS HIDROCOMPACTACION

b. INDUCIDO POR EL HOMBRE I.

CIMENTACIONES

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.

II.

LA SUBSIDENCIA MINERA

Ocurre cuando grandes huecos subterráneos han sido creados por el hombre galerías, túneles, minas subterráneas. Las subsidencias más frecuentes aparecen asociadas a la explotación de yacimientos estratificados subhorizontales (carbón y evaporitas) y depósitos metálicos con disposición vertical. III.

EXTRACCIÓN DE FLUIDOS

Causa también subsidencia por ser otro medio de soporte en la superficie del terreno. Los fluidos atrapados en los pequeños poros de la roca también proporcionan soporte. Cuando se suprime el soporte se produce la compactación de las capas de roca sedimentaria de manera que no soporta el peso del material suprayacente.

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7.

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BIBLIOGRAFIA

Enlaces de archivos digitales conconsultados:

http://www.bdigital.unal.edu.co/11839/1/296514.2013.pdf http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/143591 http://www.raco.cat/index.php/ect/article/viewFile/199932/267375http://www.raco.c at/index.php/ect/article/viewFile/199932/267375 http://hydrologie.org/redbooks/a151/iahs_151_0281.pdf https://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/rgws/Unesco/PDF-Chapters/Chapter8.pdf

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