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CONTROL DE HUNDIMIENTOS DIFERENCIALES EN LA CD. DE MÉXICO, MEDIANTE LA RECUPERACIÓN DE LA PRESIÓN DE PORO EN EL SUBSUELO, ATRAVES DE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE POZOS DE INYECCIÓN Y EXTRACCIÓN DE AGUA EJEMPLO DE LA CASA DEL MARQUÉS DEL APARTADO, EN EL CENTRO HISTÓRICO DE LA CIUDAD DE MÉXICO.
ING. LUIS FCO. PLIEGO ROSIQUE ING. ROGELIO VARGAS VILLANUEVA
COLINAS DE BUEN, S.A. DE C.V.
RESUMEN
Se presenta el Proyecto de Implementación del grupo de pozos de bombeo e Inyección para
mejorar el comportamiento del subsuelo y la edificación de la Casa del Marques de Apartado en el
Centro Histórico del Ciudad de México. Se presentan los criterios teóricos básicos para el diseño
de la red de los pozos, correspondiente al flujo transitorio en suelos, para modificar su estado de
esfuerzos, para revertir la distribución de deformaciones en los materiales con compresibilidad
diferencial, se incluye el cálculo de hundimientos aplicando la teoría clásica de consolidación. Se
describe el proceso Teórico-Experimental en la implementación de grupo de pozos, mencionando
las modificaciones que se realizaron en las diferentes etapas de construcción para lograr la
optimización y sustentabilidad de la propuesta técnica, haciendo énfasis en la utilidad y
experiencia de los resultados obtenidos para la implementación de esta propuesta técnica para
mejorar el comportamiento de un conjunto de edificios propiedad de la SHCP.
I.- INTRODUCCIÓN
El edificio de la Casa de Marques de
Aparatado, ubicado en la Calle de Argentina
2
12, en el Centro Histórico de la Cd. de
México, catalogado como Monumento
Histórico por el Instituto Nacional de
Antropología e Historia (INAH), había venido
presentando durante las últimas décadas un
comportamiento irregular, que se ha
manifestado como un patrón de hundimientos
diferenciales y desplomos, con el
consecuente fisuramiento y agrietamiento en
la estructura. El patrón dominante de
movimientos verticales diferenciales había
originado una pendiente descendente de
deformación entre las esquinas Noreste y
Suroeste, con una perdida de verticalidad
justamente hacia el Suroeste.
Con el objeto de mejorar el comportamiento
del edificio, en 1995 el INAH decidió
implementar por etapas un sistema de pozos
de bombeo e inyección de agua en el
subsuelo, construyéndose en 1995 y 1996 el
primer grupo de pozos (cuatro de inyección
en la esquina SW) correspondiente a la
primera fase teórico-experimental, la segunda
etapa de construcción de pozos (cuatro
pozos de inyección) se llevó a cabo en
septiembre y noviembre de 1996. La
operación de los pozos de las dos primeras
etapas se realizó entre 1995 y 1998. A finales
del año 2000, se decidió reestructura,
restaurar y rehabilitar arquitectónicamente el
inmueble, objeto del estudio. En el proyecto
de rehabilitación del inmueble, no se
consideró la alternativa de intervenir la
cimentación, tomando en cuenta los efectos
desfavorables que pudieran incidir dicha
disposición, en su comportamiento e
interacción con edificios colindantes, así
como el monto de la inversión económica que
dicha acción representaba. No obstante lo
anterior, se analizó la conveniencia técnica
de que el inmueble contará, con un
procedimiento de regulación del
comportamiento del subsuelo, cuyas
tendencias y distribución de movimientos
preexistentes, inciden en las condiciones de
seguridad y servicio de la estructura del
edificio. Así mismo como parte de la
reestructuración se indujeron juntas
constructivas en la superestructura, con el
objeto de hacer más armónica su respuesta
con el comportamiento del subsuelo.
3
CASA DEL MARQUÉS DEL APARTADO
TEMPLO
MAYOR
CATEDRAL
Figura 1.- Croquis de localización
Bajo estas circunstancias, durante los años
de 2002 y 2003, el Consejo Nacional para la
Cultura y las Artes (CONACULTA), a través
de la Dirección General para la Cultura y las
Artes, decidió construir el grupo
complementario de pozos de inyección y
bombeo, correspondiente a la última etapa de
construcción de sistema de pozos, propuesto
originalmente para mitigar los efectos de los
hundimientos diferenciales. Los pozos de
inyección y bombeo regulan la presión de
poro que influye a su vez en el estado de
esfuerzos, del cual depende la velocidad y
distribución de hundimientos, de tal forma
que el sitio donde históricamente se han
manifestado la tendencia de mayor
hundimiento, se construyeron los pozos de
inyección de agua; mientras que en la zona
donde se ha reportado la menor velocidad de
hundimiento, se construyeron los pozos de
extracción de agua. Asimismo en las
esquinas NW, SE y en las zonas de
transición entre los grupos de pozos de
bombeo e inyección, se instalaron pozos
4
híbridos de doble función, con el propósito de
regular y modular, la influencia del proceso
de inyección y extracción de agua en las
condiciones hidráulicas en el subsuelo.
Con el objeto de registrar y evaluar la
respuesta de las condiciones hidráulicas en
el subsuelo, y en los movimientos inducidos
en la edificación, por efecto de operación del
grupo de pozos, desde la construcción de los
primeros cuatro pozos se implementó un
programa de instrumentación consistente en
la instalación y lecturas periódicas de los
pozos de observación y piezómetros, así
como la realización de las mediciones
topográficas, consistentes en nivelaciones
topográficas y medición de desplomos en
aristas representativas. Asimismo se
desarrolló un programa de monitoreo
topográfico, en el entorno de la edificación
para registrar el hundimiento regional del
subsuelo en la manzana, donde se ubica el
monumento histórico.
II.- DIAGNOSTICO DEL
COMPORTAMIENTO
El problema de hundimiento diferencial en
edificios de la Ciudad de México se acentúa a
partir de la década de 1930 cuando se
empezó a intensificar la extracción de agua
con el bombeo profundo para el suministro de
agua de la ciudad. Esto último ha originado
una pérdida de presión en el agua intersticial
en la masa del suelo y la constante
consolidación de los estratos compresibles
en el subsuelo con espesores
significativamente grandes.
En la zona del Centro Histórico de la Ciudad
de México, las condiciones de
preconsolidación irregular de las arcillas
constituyen un factor que origina las
diferencias de comportamiento, ya que los
cambios en los esfuerzos efectivos del
subsuelo provocados por la transmisión
gradual de esfuerzos entre la fase líquida y
los sólidos del suelo, producen
deformaciones de magnitudes diferenciales
importantes, y sobretodo del grado de
preconsolidación debido a su compresibilidad
diferencial que dependen de la historia previa
de cargas
La zona del Centro Histórico ha estado
sometida a diversas condiciones de carga y
descarga, presentándose en un solo predio
condiciones de compresibilidad irregulares,
que cambian abruptamente en los límites de
las antiguas edificaciones, aun dentro de un
mismo edificio. Inclusive la presencia de
restos de construcciones prehispánicas como
5
es el caso de la Casa de Marques de
Apartado ocasiona puntos duros superficiales
y profundos.
Es un hecho que asociadas a las cargas de
las estructuras coloniales, los movimientos
provocados por la presencia y posterior
demolición parcial o total de las estructuras
del principio del siglo XX ya se manifestaron
en su totalidad.
Bajo estas circunstancias el aspecto que rige
el comportamiento del subsuelo, y de la
edificación en el fenómeno de hundimiento
regional que se manifiesta de manera no
uniforme y que actúa sobre el monumento
histórico constituido por una cimentación y
estructura de mampostería, la cual es
susceptible de figurarse y agrietarse, aún con
un nivel bajo de esfuerzos de tensión. El
comportamiento regular del subsuelo había
repercutido en la edificación como
incremento de esfuerzos, fisuras, grietas,
humedad, colapso en sitios locales y
sobretodo deterioro gradual y progresivo,
considerando que el hundimiento regional es
un fenómeno continúo en el Valle de México.
Figura 2.- Perfil estratigráfico
6
III.- HUNDIMIENTO REGIONAL
III.1 En las manzanas adyacentes
La evolución del hundimiento regional
registrado durante las ultimas décadas cerca
de la manzana donde se ubica la casa del
Marques de Apartado, se muestra en las
figura 3 y en la gráfica de la figura 4, las
cuales se han construido a partir de
mediciones topográficas realizadas por los
suscritos desde el año de 1995.
Fig.3.- Hundimiento regional en las manzanas adyacentes Curvas de igual movimiento vertical
(Periodo de noviembre de 1995 a marzo de 2004)
7
Fig.4.- Hundimiento regional en las manzanas adyacentes
Curvas de igual movimiento vertical (Periodo de marzo de 2004 a noviembre de 2012)
III.2 En la manzana local
En la manzana donde se ubica la Casa del
Marques de Apartado, se ha llevado un
registro de hundimiento regional, mediante
bancos de nivel superficial, los cuales están
referenciados al banco de nivel profundo a
100.00 m de profundidad en el sector
poniente de la Catedral Metropolitana.
8
BNS-8
ELEVACIÓN=2230.00
m.s.n.m.
BNS-E BNS-1
BNS-D
BNS-7
BNS-3
BNS-2
BNS-C
BNS-F
CASA DEL MARQUÉS DE APARTADO
BNS-6
BNS-B
BNS-5
BNS-A
BNS-4BANCO DE NIVEL SUPERFICIAL6 (BNS)
BANCO DE NIVEL PROFUNDO (BNP)
BNS-6
BNP
B.N.P.
L= 41.58 mVHm= 16.79 mm/año
L= 51.71 mVHm= 9.60 mm/año
L= 60.46 mVHm= 19.19 mm/año
L= 56.22 m
VHm= 9.6 mm
SIMBOLOGÍA
MAGNITUD DE LA CURVA, EN mm/año
CURVA DE IGUAL VELOCIDAD DEHUNDIMIENTO DIFERENCIAL
SENTIDO DE LA VELOCIDAD DELHUNDIMIENTO DIFERENCIAL
DISTANCIA DEL HUNDIMIENTODIFERENCIAL, EN m
VELOCIDAD DEL HUNDIMIENTODIFERENCIAL, EN mm/año
L= 65.16 m
VHm= 0.96 mm/año
Fig.05.- Curvas de velocidad de hundimiento, en mm/año (noviembre de 1995 a marzo de 1996)
RUINAS DEL
TEMPLO MAYOR
CATEDRAL
METROPOLITANA
BNS-8
ELEVACIÓN=2230.00
m.s.n.m.
BNS-E BNS-1
BNS-D
BNS-7
BNS-3
BNS-2
BNS-C
BNS-F
CASA DEL MARQUÉS DE APARTADO
BNS-6
BNS-B
BNS-5
BNS-A
BNS-4
BANCO DE NIVEL SUPERFICIAL6 (BNS)
BANCO DE NIVEL PROFUNDO (BNP)
BNS-6
BNP
L= 68.21 m
VHm= 9.6 mm
SIMBOLOGÍA
L= 68.21
m
VHm= 2.
31 mm/año
L= 74.33 m
VHm= 11.53 mm/año
L= 65.16 m
VHm= 0.23 mm/año
MAGNITUD DE LA CURVA, EN mm/año
CURVA DE IGUAL VELOCIDAD DEHUNDIMIENTO DIFERENCIAL
SENTIDO DE LA VELOCIDAD DELHUNDIMIENTO DIFERENCIAL
DISTANCIA DEL HUNDIMIENTODIFERENCIAL, EN m
VELOCIDAD DEL HUNDIMIENTODIFERENCIAL, EN mm/año
L= 80.76 m
VHm= 13.83 m
m/año
Fig.06.- Curvas de velocidad de hundimiento, en mm/año (marzo de 2004 a noviembre de 2012)
9
RUINAS DEL
TEMPLO MAYOR
CATEDRAL
METROPOLITANA
BNS-8
ELEVACIÓN=2230.00
m.s.n.m.
BNS-E BNS-1
BNS-D
BNS-7
BNS-3
BNS-2
BNS-C
BNS-F
CASA DEL MARQUÉS DE APARTADO
BNS-6
BNS-B
BNS-5
BNS-A
BNS-4
BANCO DE NIVEL SUPERFICIAL6 (BNS)
BANCO DE NIVEL PROFUNDO (BNP)
BNS-6
BNP
L= 56.22 m
VHm= 9.6 mm
SIMBOLOGÍAL= 65.16 m
VHm= 9.36 mm/año
L= 74.59 m
VHm= 5.34 mm/año MAGNITUD DE LA CURVA, EN mm/año
CURVA DE IGUAL VELOCIDAD DEHUNDIMIENTO DIFERENCIAL
SENTIDO DE LA VELOCIDAD DELHUNDIMIENTO DIFERENCIAL
DISTANCIA DEL HUNDIMIENTODIFERENCIAL, EN m
VELOCIDAD DEL HUNDIMIENTODIFERENCIAL, EN mm/año
Fig.07.- Curvas de velocidad de hundimiento, en mm/año (noviembre de 2012 a mayo de 2014)
-550
-500
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
28-Mar-01
28-Jul-01
27-Nov-01
29-Mar-02
29-Jul-02
28-Nov-02
30-Mar-03
30-Jul-03
29-Nov-03
30-Mar-04
30-Jul-04
29-Nov-04
31-Mar-05
31-Jul-05
30-Nov-05
01-Abr-06
01-Ago-06
01-D
ic-06
02-Abr-07
02-Ago-07
02-D
ic-07
02-Abr-08
02-Ago-08
02-D
ic-08
03-Abr-09
03-Ago-09
03-D
ic-09
04-Abr-10
04-Ago-10
04-D
ic-10
05-Abr-11
05-Ago-11
05-D
ic-11
05-Abr-12
05-Ago-12
05-D
ic-12
06-Abr-13
06-Ago-13
TIEMPO (DÍAS)
HUNDIMIENTO (mm)
*
VH=43.66 mm/añoBNS-4
VH=42.29 mm/añoBNS-2
VH=40.75 mm/añoBNS-5
VH=41.18 mm/añoBNS-A
VH=38.79 mm/añoBNS-1
VH=38.36 mm/añoBNS-3
VH=0 mm/añoBNS-F
I.O.S.P.2-MARZO-2004
E.I.O.S.P.FEBRERO-2006
I.O.S.P.DICIEMBRE 2006
S.O.S.P.FEBRERO 2007
I.O.S.P.NOVIEMBRE 2007
S.O.S.P.ENERO 2008
I.O.S.P.29-JUNIO-2011
S.O.S.P.31 DICIEMBRE 2011
I.O.S.P.1 JUNIO 2012
CASA DEL MARQUES DE APARTADO
Vhp=35.01 mm/año
NOMENCLATURA DE EVENTOS
I.O.S.P. INICIO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA DE POZOSS.O.S.P. SUSPENSIÓN DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE POZOSE.I.O.S.P. ETAPA INTERMITENTE DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE POZOSVhp = VELOCIDAD DE HUNDIMIENTO PROMEDIO (mm/año) ENTRE EL 28 DE MARZO DE 2001 AL 15 DE DICIEMBRE DE 2012BNS BANCO DE NIVEL SUPERFICIALVH VELOCIDAD DE HUNDIMEINTO
NOTAS:
* REUBICACIÓN DEL BANCO DE NIVEL SUPERFICIAL F
BNS-1 BNS-2 BNS-3
BNS-4 BNS-5 BNS-A
BNS-F
SIMBOLOGÍA
VH=42.29 mm/añoBNS-2
Fig. 8.- Gráficas deformación-tiempo de bancos de nivel superficial, BNS-1 al BNS-5, BNS-A y BNS-F
(Actualizada al 26 de enero de 2013)
10
III.3 Hundimientos en el edificio
355355355355359 363354350362391355
343
369
345
354
481
356
348
372
350
364
ACCESO
357
ESCALA GRÁFICA
500 400200
CENTÍMETROS
600 1000100
PATIOPRINCIPAL
ACOTACIONES EN CM
3955
4033
0
Fig.9.- Curvas de igual hundimiento, en mm (enero de 2013 a mayo de 2014)
355355355355359 363354350362391355
343
369
345
354
481
356
348
372
350
364
ACCESO
357
ESCALA GRÁFICA
500 400200
CENTÍMETROS
600 1000100
PATIOPRINCIPAL
ACOTACIONES EN CM
3955
4033
-6
SIMBOLOGÍA
MAGNITUD DE LA CURVA, EN mm/año
CURVA DE IGUAL VELOCIDAD DEHUNDIMIENTO DIFERENCIAL
SENTIDO DE LA VELOCIDAD DELHUNDIMIENTO DIFERENCIAL
DISTANCIA DE LA VELOCIDAD DEHUNDIMIENTO DIFERENCIAL
VELOCIDAD DEL HUNDIMIENTO DIFERENCIAL,EN mm
Fig. 10.- Curvas de velocidad de hundimiento, en mm (enero de 2013 a mayo de 2014)
11
IV.- PROYECTO DE POZOS DE INYECCIÓN
Y BOMBEO
IV.1 Comportamiento histórico
La Casa de Marques de Apartado había
manifestado un comportamiento
caracterizado por una tendencia de
monumentos verticales no uniformes, con
una velocidad en la esquina NE, hacia los
calles de Donceles y argentina en el informe
del Templo Mayor; y mayor hundimiento en la
esquina opuesta al SW del edificio. Este
patrón de comportamiento había inducido
hasta 1995 un desnivel de 0.95 m de 55.00 m
que corresponde a las distancia de ambas
esquinas, con la consecuente perdida de
verticalidad. De 0.415 y 0.467 m, en las
aristas del lado oriente en el borde del
Templo Mayor en una altura de 14.93 m. Esta
configuración de deformación es congruente
con el mayor grado de preconsolidación que
presenta el sector NE del edificio. Es posible
que esta condición de compresibilidad
diferencial se haya remarcado a partir de
1976 cuando se decidió llevar a cabo el
rescate del Templo Mayor lo que obligó a la
demolición y excavación de los rellenos que
cubrían las ruinas prehispánicas, con el
consecuente alivio de esfuerzos. Las
tendencias adversas de movimientos
verticales diferenciales se remarcaron
consecuentemente en el Monumento
Histórico.
Bajo estas circunstancias para mejorar el
comportamiento del subsuelo se analizaron
diferentes alternativas, seleccionándose
como la más con conveniente la
implementación de un grupo de pozos de
inyección, tomando en cuenta los siguientes
beneficios:
• Regula la distribución presiones de
poro en el subsuelo, que rigen a su
vez la distribución de deformación en
el suelo.
• No es invasiva y su construcción y
operación se pueden llevar a cabo
estando el edificio en funcionamiento.
• Es compatible y anuncia con el
comportamiento de su entorno.
• Es un proceso controlado y con un
potencial de largo plazo
IV.2.- Aspectos Teóricos
IV.2.1.- Diseño de la red del sistema de
pozos de bombeo e inyección.
Para el análisis de la variación de presiones
en la fase líquida del suelo, por la operación
de los pozos de bombeo e inyección se
consideró que el pozo es perforado en un
estrato no confinado, el cual se encuentra
12
subestratificado, y con base a ley de Darcy se
puede deducir las siguientes expresiones
según el Dr. L. Zeevaert, para el cálculo del
gasto y la curva de abatimiento de pozos:
0
0
0
00 )(s
r
RLn
ydkq h +
=π
…………….. (1)
Despejando 0y :
2
0
0 Yk
r
rqLn
Yh
+=π
………..……. (2)
Donde:
0d Profundidad de desplante del pozo
menos el nivel de aguas freáticas,
ik Permeabilidad del subestrato i,
id Espesor de los estratos perforados, del
nivel freático hasta la profundidad del pozo.
hk Permeabilidad media del subestrato i,
que se obtiene como un promedio
ponderado.
0y Nivel de agua respecto al fondo del
pozo.
0R Radio de influencia del pozo, dado por:
(Cs So hk ).
0S Abatimiento del pozo.
Cs Coeficiente para grupo de pozos.
Y Ecuación de la curva de abatimiento.
q Gasto de extracción del pozo de
bombeo.
Con base a los análisis de abatimiento y
recarga de la presión de poro al subsuelo, se
pudo determinar la separación más
conveniente de los pozos, así como su
diámetro, profundidad de desplante y niveles
dinámicos de operación, de tal manera de
poder regular las condiciones hidráulicas en
el subsuelo.
El cálculo de gastos de extracción y de
infiltración para diferentes condiciones se
muestra en la siguiente tabla y la distribución
de presiones en la figura 6.
γ λ2
γ λ1
γ
Fig.11.- Cambios inducidos en la presión de poro
13
Fig. 12.-Planta de distribución de pozos
DEPOSITOS PROFUNDOS
FORMACION ARCILLOSA INFERIOR
RELLENO Y RESTOS PREHISPANICOS
COSTRA SUPERFICIAL
FORMACION ARCILLOSA SUPERIOR
PRIMERA CAPA DURA
-42.00NIVEL DE DESPLANTE DEL POZO
RELLENO DE SUELOPRODUCTO DE LA PERFORACIÓN
TAPÓN DE CEMENTOY BENTONITA
TUBO DE ACERO RANURADODE e= 20.32 (8")
INICIA TRAMORANURADO-13.25
TAPÓN DE CEMENTOY BENTONITA
RELLENO DE GRAVAUNIFORME 3/4" Ø
N ± 0.00
-12.75
-37.00
-40.51
-52.35
TUBERÍASTRAMO CIEGO DE
TELA DE MOSQUITERO
RANURADOTERMINA TRAMO
INYECCION
RAMAL DE
20.3230.48
100
Ø = 20.32 (8")TAPÓN DE ACERO
NIVEL DE PLANTA BAJA
N.A.F.-4.95
RAMAL DE
DESCARGA
Fig. 13.-Detalle del pozo de bombeo
14
TIPO DE
POZOS
PROFUNDIDAD
DE DESPLANTE
DEL POZO (m)
PROFUNDIDAD
DEL
NIVEL
DINÁMICO (m)
SE CONSIDERA
SELLO EN LA
PRIMERA
CAPA DURA
GASTO
CALCULADO
PROFUNDIDAD
DE
ABATIMIENTO
PROMEDIO (m)
Lts/seg Lts/min
PB 42 -11.0 SI 0.11 6.89 8.35
42 -15.0 SI 0.15 9.41 12.10
42 -25.0 SI 0.22 13.51 21.01
42 -40.5 SI 0.25 15.23 29.39
PIB 37 -11.0 EL DESPLANTE DE
ESTOS POZOS NO
ATRAVIESA LA
PRIMERA CAPA
DURA
0.11 6.65 8.49
37 -15.0 0.15 9.00 12.20
37 -25.0 0.20 12.54 21.70
37 -30.0 0.22 13.27 24.01
Nota: Las profundidades están referidos al nivel medio de planta baja
Tabla 1.- Cálculo de gastos de extracción
TIPO DE
POZOS
PROFUNDIDAD
DE DESPLANTE
DEL POZO (m)
PROFUNDIDAD
DEL
NIVEL
DINÁMICO (m)
SE
CONSIDERA
SELLO EN LA
PRIMERA
CAPA DURA
GASTO
CALCULADO
Lts/seg Lts/min
PI
30.0 y 36.50
1.0
EL DESPLANTE DE
ESTOS POZOS NO
ATRAVIESA LA
PRIMERA CAPA
DURA
0.05
3.11
Nota: Las profundidades están referidos al nivel medio de planta baja
Tabla 2.- Cálculo de gastos de infiltración
15
IV.2.2.- Cálculo de curvas de igual abatimiento y recarga.
369
481
372
1
391
2
3
4
6
5
7
8
9
10
12
11
350
345
357
343
354
350
348
363
364
AB
354350
CDE
362
G F
355355
HI
355355355
JK
359
L
DONCELES
REPUBLICA DE ARGENTIN
A
403
3
3955
Fig. 14.-Ubicación de pozo de bombeo, inyección y doble función
PZ-1C PZ-1B PZ-2D PZ-2A
N.D.P.-23.00
N.P.
-7.75
N.P.-27.00
N.P.B.±0.00
N.D.P.-47.40
V = 0.88
m/año
P = 20.40
ton/m²
V = 0.66 m
/año
P = 15.25
ton/m²
N.D.P.-52.00
N.P.-31.75
V = 0.87
m/año
P = 20.75
ton/m
²
V = 0.64 m
/año
P = 21.50
ton/m²
N.D.P.-38.00
N.P.-16.50
V = 0.94 m
/año
P = 15.30
ton/m
²
N.D.P.-30.80
N.P.-15.50 COSTRA
SUPERFICIAL
PRIMERA CAPA DURA
FORMACIÓN ARCILLOSA INFERIOR
DEPÓSITOS PROFUNDOS
RESULTADOS DE PIEZÓMETROS INSTALADOS EN LA CASA DEL MARQUEZ DE APARTADO ENTRE MAYO Y DICIEMBRE DE 2012
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
55.00
60.00
PROFUNDID
AD, E
N m
N.P. NIVEL PIEZOMÉTRICON.P.B. NIVEL DE PLANTA BAJAN.D.P. NIVEL DE DESPLANTE DE PIEZÓMETROV=0.87m/año VELOCIDAD DE ABATIMIENTO DEL NIVEL PIEZOMÉTRICO ENTRE MAYO Y DICIEMBRE DE 1996P=20.75ton/m² PRESIÓN REGISTRADA EN PIEZÓMETROS EN DICIEMBRE DE 1996
PZ-1A
N.A.F.-4.95
FORMACIÓN ARCILLOSA SUPERIOR
RELLENO Y RESTOS PREHISPÁNICOS
Fig. 15.- Condiciones hidráulicas del subsuelo
16
1
11
1
1
1
1
1
1
1 1
1
2
2
2
2
Fig. 16.- Curvas de igual abatimiento y recuperación de la presión de poro, en m
(Actualizada a diciembre de 2012)
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
55.00
60.00
PROFUNDID
AD, E
N m
N.P.B.±0.00
631 692 1624
PI-1 PI-5 PI-2 PIB-2 PB-2
N.A.F.-4.95
CORTE A - A'
N.D.-11.00
N.D.-15.00
N.D.-25.00
N.D.P.-30.00
N.D.P.-34.45
N.D.P.-30.50
N.D.P.-27.20
N.D.P.-42.00
N.D.-1.00
RELLENO Y RESTOS PREHISPÁNICOS
COSTRA SUPERFICIAL
FORMACIÓN ARCILLOSA SUPERIOR
PRIMERA CAPA DURA
FORMACIÓN ARCILLOSA INFERIOR
DEPÓSITOS PROFUNDOS
1865
Fig. 17.- perfil que muestra las curvas de abatimiento y recarga en pozos
17
V.2.3.- Cálculo de curvas de asentamiento.
Fig. 18.- Curvas de igual asentamiento, en cm (Actualizada a diciembre de 2012)
V.- IMPLEMENTACIÓN DEL GRUPO DE POZOS
La implementación del grupo de pozos de
inyección y bombeo, se llevó a cabo
en las etapas que se muestran en la
siguiente tabla:
ETAPAS
NO. DE POZO
TIPO DE POZOS
PROFUNDIDAD DE
INSTALACIÓN (m)
OBSERVACIÓN
1ª NOV 1995 SEPT 1996
4 Inyección PI-1 y PI2 30.50 m PI-3 27.10m PI-4 33.20 M
Se atravesaba e inyectaba la primera
capa dura
2ª SEP a NOV
1996
4 Infiltración
PI-5 34.45 m
PI-6 29.76 m
PI-7 44.30 m
PI-8 36.52 M
Tramo obturado en la primera capa dura,
sellando el espesor del pozo en la capa dura
3ª NOV 2002 MAR 2003
8 4 De doble función
4 Bombeo
PIB-1 y PIB-2 27.0 M
PIB-3 33.47 m
PIB-4 37.0 m
PB-1 y PB-2 42.0 m
PB-3 40.10 m
PB-4 43.0 m
Tabla 3.- Etapas de implementación del grupo de pozos de inyección y bombeo
18
ETAPAS SIN OPERACIÓN
ETAPAS DE OPERACIÓN
DEL SISTEMA DE POZOS
DEL SISTEMA DE POZOSETAPAS DE OPERACIÓNDEL SISTEMA DE POZOS(12 hrs)(24 hrs)
19951998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
PRIMERA ETAPA DECONSTRUCCIÓN DEPOZOS
ETAPA TEÓRICOEXPERIMENTAL
TERCERA ETAPA DE
CONSTRUCCIÓNDE POZOS
2 MARZO 2004
REINICIO DE LA OPERACIÓNDE LOS POZOS DE BOMBEO
E INYECCIÓN
FEBRERO 2006
FEBRERO 2007
NOVIEMBRE 200
7ENERO 200
8
29 JUNIO
201
1
11 JU
LIO 2012
31 DIC
IEMBRE 2012
2 MARZO 200
4
ULTIMO PERIODO DE OPERACIÓNDE POZOS SOLICITADO
31 DIC
IEMBRE 2011
DICIEMBRE 200
6
MARZO 200
3
NOVIEMBRE 200
2
NOVIEMBRE 199
5MARZO 199
6SEPTIEMBRE 199
6NOVIEMBRE 199
6
SEGUNDA ETAPA DE
CONSTRUCCIÓN DEPOZOS
ENERO - FEBRERO 201
3
ABRIL 201
4
ABRIL 2014
2013 2014
ETAPA DE OPERACIÓN INTERMITENTE DEL SISTEMA DE POZOS
ETAPA DE OPERACIÓN CONTINUA DEL
SISTEMA DE POZOS
TRABAJOS DE RESTAURACIÓN Y
REHABILITACIÓN
ARQUITECTÓNICA DEL EDIFICIO.CONSTRUCCIÓN DE JUNTAS EN LA
SUPERESTRUCTURA
Fig. 19.- Cronología de la implementación del sistema de pozos
La primera etapa la operación de los pozos
que abarco seis meses de operación en
forma intermitente, con un criterio inicial de
inyección de carga hidráulica variable y gasto
constante, permitió precisar gastos y
volúmenes de inyección. Posteriormente y en
la mayor parte del periodo de esta primera
etapa se adopto el criterio de gasto variable y
carga constante.
Las observaciones y resultados obtenidos
durante la primera fueron:
• Debido a las pérdidas de presión de
poro y mayor permeabilidad, la primera
capa dura absorbe un gasto
significativo de agua.
• No se reportaron cambios en la
presión de poro en la primera capa
dura ni en la formación arcillosa
superior.
• Se ratificaron las bondades del diseño
de pozos, doble ademe que permite la
limpieza de pozos, no se inducen
filtraciones superficiales.
Durante la segunda etapa los trabajos que se
realizaron y los resultados obtenidos fueron:
19
• Se procedió al sellado del tramo de
pozos en su parte inferior incluyendo
espesor de la capa dura.
• Se ratificó en los pozos de infiltración
el efecto de grupo.
• Calibración de gastos y metodología
de ajuste de los niveles dinámicos.
• Se empezaron a reportar variaciones
de la presión de poro empezamos a
reducir la velocidad de abatimiento.
• Las tendencias de movimiento
acumulados son variables y
transitorios.
• Los volúmenes de agua del sistema
inciden en el consumo de agua de las
oficinas.
Para la construcción de los ocho pozos
complementarios de la tercera etapa, se
consideraron las siguientes premisas.
• Lograr un balance de gastos de
extracción e infiltración de agua
freática, para hacer auto suficiente y
sustentable al sistema de pozos en lo
referente al suministro de agua.
• Adaptar el diseño hidráulico de la red a
los pocos espacios disponibles en el
edificio después de su reestructuración
y restauración.
• Ubicar los pozos complementarios
fuera de los sitios de oficinas (en
patios y pasillos exteriores)
VI.- RESULTADOS
Durante la primera y segunda etapa de
operación de los pozos de inyección no se
obtuvo un cambio significativo en el
comportamiento del edificio, más bien dichas
etapas se aprovecharán para calibrar el
sistema en cuanto a la técnica y criterio de
operación de los pozos.
Después de la tercera etapa de operación de
los pozos, en la cual se contaba ya con
pozos de bombeo y doble función, además
de los de inyección, se empezaron a registrar
cambios en la tendencia de comportamiento
histórico del inmueble como:
• Se revirtió la tendencia de mayor
hundimiento que se presentaba hacia
la esquina SW.
• La velocidad de hundimiento favorable
hacia la esquina NE fue de 1.8
mm/año, en el periodo comprendido
entre diciembre de 2003 a febrero de
2006, con una operación continua de
pozos.
• Durante los periodos de operación
intermitente de los pozos entre 2007 a
20
2012, la velocidad de hundimiento
favorable hacia la esquina NE fue de
0.8 a 1.0 mm/año.
• Por su parte durante los periodos de
suspensión de operación de los
pozos, se registraba nuevamente la
tendencia histórica de mayor
hundimiento hacia la esquina SW, con
una velocidad de 11 mm/año.
En lo referente a las condiciones de
verticalidad de las aristas representativas del
edificio, se registró una recuperación del
desplomo con una magnitud comprendida
entre 2 y 11 mm.
En los bancos de nivel superficial instalados
en la manzana donde se ubica el edificio del
Marques de Apartado, se registró en el
periodo comprendido entre noviembre de
1995 y marzo de 2004 una tendencia de
hundimiento congruente con el
comportamiento no uniforme del edificio, es
decir con mayor hundimiento hacia el SW de
la manzana. Asimismo durante los periodos
de operación de los pozos, en los bancos de
nivel superficial cercanos al inmueble en
estudio se reporto un ligero cambio en su
tendencia de hundimiento que venían
presentando de manera consistente, lo cual
se puede correlacionar con la influencia del
efecto del proceso de inyección y extracción
de agua al subsuelo.
El hundimiento regional registrado en el
entorno de las manzanas donde se ubica el
edificio del Marques del Apartado, se
presentó con una velocidad de hundimiento
de 96.00 mm/año, en el periodo comprendido
entre 1995 y 2004, mientras que en el
periodo comprendido entre 2004 y 2012 se
reportó una velocidad del hundimiento
regional de 41.52 mm/año. Por lo anterior se
puede comentar que la velocidad de
hundimiento regional en el Centro Histórico
de la Ciudad, ha empezado a disminuir de
manera significativa.
VII.- CONCLUSIONES
a) Para mejorar de manera consistente y
controlada el comportamiento geotécnico y
estructural en la casa del Marqués del
Apartado que había presentado
históricamente un comportamiento irregular
por efecto del hundimiento regional, se
implementó por etapas un sistema de pozos
de inyección y bombeo.
21
b) A pesar de que después de la
implementación del sistema, la operación de
los pozos ha sido intermitente, la respuesta
registrada ha demostrado su bondad.
Los movimientos verticales y horizontales
tienden a revertirse de manera transitoria,
cuando se opera el sistema:
• Se reducen fisuras y grietas
• Procedimiento controlado
• Compatible y armónico
• Esta obra de carácter especializado es
además un proyecto sustentable
c) Es conveniente que la operación del
sistema de pozos sea menos intermitente,
así como la implementación de trabajos de
rehabilitación y reposición de instrumentos
en el subsuelo para registrar la distribución
de presiones de poro en diferentes sectores.
