Los asentamientos generados en la ciudad de México se pueden comprender a partir de la teoría de consolidación de suelos, pero primero debemos comprender que una masa de suelo está compuesta por una parte sólida que compone una estructura granular, este esqueleto granular contiene vacíos y estos a su vez pueden estar llenos de aire/gas y de líquido/agua. A todo esto hay que considerar que la fase sólida como liquida son incompresibles.
Dónde: V= Volumen y W= Peso
Las deformaciones generadas en los materiales se producen cuando intentamos cambiar algo en sus condiciones de esfuerzos, estas dependerán del tipo de material y de las características de la carga. El fenómeno de consolidación es la disminución de volumen del suelo a raíz de la aplicación de una carga en el mismo, ya que, esto hace que el agua que existe en él sea expulsada y por ende genere cambios en su volumen, existen dos tipos de consolidación:
- Consolidación primaria: Cuando cargado el suelo, se genera la expulsión de agua del mismo, transfiriendo los esfuerzos que soportaba el agua a la estructura mineral, esta consolidación es la que sufre la ciudad de México y otros lugares como la torre de Pisa.
- Consolidación secundaria: En esta se da un reacomodo de partículas del esqueleto mineral, cuando la carga es totalmente soportada por la parte solida debido a la expulsión del agua.
Analogía del Pistón de Terzaghi
El proceso de consolidación se puede comprender mejor con esta analogía, en donde se tiene un resorte en un depósito con agua y dicho depósito tiene un orificio, mientras se tenga una posición sin carga, el resorte será estable, sin embargo si se aplica una carga, el resorte se tendera a aplastar conforme el agua del depósito vaya saliendo por el orificio, puesto que la carga que soportaba el agua es transferida al resorte. Análogamente, en un terreno, se tiene agua y cuando se aplica carga el agua fluye a través de los estratos haciendo que el suelo (parte solida) cargue la parte que le correspondería al agua, provocando deformaciones en el terreno.
Además
La consolidación es aplicable a todos los suelos, sin embargo, toma un especial interés en aquellos suelos donde la permeabilidad es baja, tal es el caso de las arcillas (que como mencionamos son características de la ciudad de México) en donde al tener una permeabilidad sumamente baja provoca que el flujo de agua en los estratos sea lento, y esto genera que la consolidación se de en un tiempo muy largo, es decir, pueden pasar varios años y la estructura se seguiría asentando puesto que las deformaciones del suelo seguirán dándose. En suelos granulares no hay tanto problema, ya que, al tener una permeabilidad alta, el fluir del agua es rápido y esto permite que el asentamiento se complete casi de manera instantánea al colocar la estructura o la carga.
Entonces, entenderemos a la consolidación como el proceso de disminución de volumen de una masa de suelo debido a la expulsión de agua gravitacional, formadora de la masa, ocurrida a causa de un incremento de esfuerzos sobre esta masa en un lapso de tiempo determinado. Después de esto partiremos del importante hecho de que la ciudad de México es una de las más pobladas a nivel mundial, su densidad de población es enorme y de acuerdo con la ONU para 2018 fue la quinta ciudad más habitada del mundo solo por detrás de Sao Paulo, Shanghai, Nueva Delhi y Tokio, esto ocasiona el desabasto de sus recursos, uno de ellos el agua, en la ciudad de México siempre están bombeando agua desde el subsuelo para poder abastecer la demanda, y es precisamente esta acción la cual provoca un abatimiento en los niveles piezométricos, en algunos lugares superiores a los 20m. El realizar el abatimiento del agua causa que el proceso de consolidación del subsuelo de toda la ciudad se acelere por medio de la reducción de volumen del mismo, y considerando que en él se encuentran estratos de arcilla altamente compresibles, estos son causantes de los hundimientos, trayendo consigo fallas a las cimentaciones de la ciudad y dando lugar a asentamientos en las construcciones que como dato particular se sabe que el hundimiento anual anda entre los 5 y 20 cms/año aunque se tiene como medida oficial los 8cm/12cm por año.
Efectos Provocados a Causa del Hundimiento Constante de la Ciudad de México
Entre los efectos provocados por el fenómeno se encuentran:
- Hundimiento no lineal, es decir, un hundimiento no uniforme del suelo.
- La red de drenaje sanitario, pluvial y potable presenta deficiencia en sus pendientes respecto a las originalmente pactadas en el proyecto por lo que en algunas ocasiones se pueden presentar contrapendientes provocando un deficiente funcionamiento hidráulico.
- Las construcciones son afectadas por hundimientos diferenciales los cuales generan un problema de estabilidad en las mismas.
Algunas Posibles Soluciones al Problema
- Realizar la recarga constante de los acuíferos.
- Dejar de extraer el agua sería una opción más pero las condiciones no lo permiten.
- Posiblemente la inyección de materiales mejorantes como inyecciones de bentonita o cemento al subsuelo, podrían ayudar a mejorar las cualidades del mismo y si no ayudan a revertir el problema al menos ayudarían a frenarlo pero este procedimiento sería demasiado costoso.
- Un caso más sería colocar contenedores en la ciudad para aprovechar el agua de lluvia al máximo, siendo este un sistema constructivo normalizado en todas las construcciones de la metrópoli para atacar dos problemas fundamentales: el desperdicio de agua y la recarga constante de los acuíferos.
- Algunos grandes investigadores de la talla de J. Marsal e I. Sáinz tienen en cuenta que es necesario suspender de forma paulatina el bombeo de agua del subsuelo puesto que es una de las principales causas del hundimiento de la ciudad.
Conclusiones
- Las arcillas de la ciudad de México han jugado un papel muy importante en el hundimiento de la misma, ya que, como explicamos al tener una permeabilidad baja provoca que el proceso de consolidación sea largo.
- Además de las arcillas de la ciudad, el bombeo constante es otro factor decisivo en el hundimiento de la ciudad. Hoy en día se extraen 8m3/seg de volumen de agua y se tiene en funcionamiento aproximadamente 3,000 pozos particulares con un gasto de 1.5m3/seg.
- La teoría de consolidación de suelos ha sido indispensable para la comprensión del fenómeno ocurrido en la ciudad de México.
- No existe un hundimiento constante en la ciudad debido a que el subsuelo tiene ciertas variaciones de un punto a otro.
- El hundimiento de la ciudad desde 1856 es de aproximadamente 10m, existen zonas como el Peñón del Marqués con alarmantes 40 cm/año, Coapa y Ecatepec con 20 cm/año y Chalco con 30 cm/año.
- Se tiene la hipótesis de que la consolidación del subsuelo se frenara, sin embargo, mientras esto no suceda se seguirán presentando los hundimientos.
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