DRENAJE E IMPERMEABILIZACIÓN INICIAL 108

Para evitar la acción física, química y bacteriológica de los contaminantes contenidos en los líquidos lixiviados, se preverá la impermeabilización del fondo del relleno sanitario mediante el uso de un sistema compuesto de doble dren y geomembrana. Este sistema, garantizará que la inexistencia de fugas de lixiviado al contar con tres capas de impermeabilización y dos niveles de drenaje. La capa inferior consta de una capa de arcilla de 20 cm, la cual una vez compactada deberá tener una permeabilidad de 1x10-7 cm/seg; la segunda será una geomembrana de HDPE (Polietileno de Alta Densidad) de 1,0 mm de espesor termosellada. La capa de arcilla además de proveer una seguridad adicional a la migración del lixiviado, provee de una superficie estable y libre de protrusiones para protección de la geomembrana. Sobre la geomembrana se colocará una capa secundaria de drenaje para el control de fugas y sobre esta una segunda capa de geomembrana de HDPE. Finalmente se tiene el dren principal.

Este sistema provee de un doble control del lixiviado, que a su vez permite la evaluación del sistema principal. La capa superior actúa como drenaje principal, y la secundaria como control de fugas.

La elección de HDPE sobre otros materiales (PVC también representa una opción competitiva en el Ecuador) se da debido a su mayor resistencia a la tensión, la cual representa un mayor de seguridad debido a las pendientes pronunciadas en la trinchera, adicionalmente de sus mejores prestaciones en relación a las condiciones climatológicas del sitio y agresión química y física de los residuos sólidos.

Dada la geometría de la plataforma, así como el espacio disponible, resulta conveniente realizar el sistema de drenaje en forma de espina de pescado y con ramales que están ubicados cada 30 m, los cuales se dirigirán hacia un pozo de revisión desde el cual serán bombeados hasta la planta de tratamiento. Todos los drenes deben mantener una pendiente de 1% hacia el sitio de recolección. Estos se componen de un tubo colector de lixiviado de PVC perforado de 160 mm de diámetro (A = 0.017 m2).

Dicho drenaje deberá ser conectado a un sistema de bombeo que dirija a la planta de tratamiento de lixiviados. El bombeo es necesario debido a que no existe terreno circundante a un nivel inferior al de las celdas, por lo que la planta de tratamiento de lixiviados debe ser construida a un nivel más alto que el relleno. El sistema de drenaje para un relleno sanitario consta de tres elementos: el filtro, el conducto y el sistema de eliminación. El filtro, que en este caso es la capa de drenaje, es esencial para mantener la eficiencia del dren y para impedir la erosión por filtración cuando el gradiente hidráulico es alto.

El filtro debe ser suficientemente permeable para permitir el flujo de lixiviado dentro del dren, con poca pérdida de carga.

El filtro es esencial para mantener la eficiencia del dren y para impedir taponamientos de los ductos. Por esta razón, una opción válida para la construcción de filtros es el uso de material granular de diámetro entre 3 y 7 cm., consistente en piedra sin filos (imprescindible para evitar punzonamiento en la geomembrana).

Los datos para el cálculo son los siguientes, basados en el diseño del drenaje descrito en el Capítulo 2.2.6.6:

ESTIMACION CAUDAL GENERADO DE LIXIVIADOS

Precipitación máxima mensual = 589.70 mm Evaporación anual (E) = 165.00 mm

Coeficiente de escorrentía (Ce) = 0.05 Suelo arenoso plano Escorrentía (Es = p * Ce) = 29.49 mm

Infiltración en 24 hrs (I = p - E - Es) = 17.62 mm Área del relleno (A) = 9144.16 m2

Coeficiente de grado de compactación (K) = 0.25 Compactación regular

Caudal máximo de lixiviado (Q) = 0.466 l/s

40.279 m3/día

Tabla 37: Caudal de ingreso al relleno sanitario

El diseño de las capas de impermeabilización se basa en la evaluación de desempeño descrita en el Capítulo 2.3.4. Siguiendo las ecuaciones presentadas, se evalúa el desempeño del sistema de impermeabilización con el método descrito. Para indicación de la nomenclatura, referirse al Capítulo 2.3.4:

Parámetro Unidad Valor Comentario

qi m/s 5.098E-08 Caudal por unidad de área del relleno

i 0.02 Pendiente mínima

kDRENAJE m/s 1.00E-02 Aproximado para el tamaño de piedra escogido

kSUELO m/s 1.00E-09 Mínimo necesario obtenido por compactación

Hs m 0.20

R0 m 0.001 Tamaño de diseño según Akhün (1997) a m2 0.000003

N u 8 Número de agujeros en el sitio basado en una densidad de 17/ha

B m 19.54 Ancho mínimo del carril de flujo considerando el diseño geométrico

Tabla 38: Datos para evaluación del sistema de impermeabilización

En base a las ecuaciones del Capítulo 2.2.6.6, se obtienen los siguientes valores:

Parámetro Unidad Valor Comentario

T m2/s 1.193E-03 Despejando de las ecuaciones citadas

t m 0.12 Ancho mínimo de la capa de drenaje

Tabla 39: Valores calculados para el dimensionamiento de la capa de drenaje

Se requiere una capa de drenaje de al menos 12 cm. Sin embargo, debido a la variabilidad en los factores que representa la construcción de este sistema, así como la permeabilidad del material, la formación de una capa biológica sobre las piedras producto de la actividad microbiana en el líquido lixiviado, y a que dicho líquido contiene material suspendido que sedimentará en esta capa, se elije un

espesor de 30 cm. La capa de drenaje inferior (correspondiente al control de filtraciones) contará con el mismo espesor, ya que en caso de falla del sistema principal, este deberá trasportar el mismo caudal.

Es imperativo el correcto funcionamiento del sistema de drenaje ya que se debe evitar cualquier crecimiento innecesario en la cabeza de presión de líquido sobre los sistemas de impermeabilización, ya que este escenario causaría un flujo excesivo como se mostrará a continuación.

En cuanto a la evaluación del desempeño de la geomembrana, se toma las recomendaciones y ecuaciones descritas en el Capítulo 2.3.4. Por tanto, se debe evaluar el comportamiento de un sistema de impermeabilización que consta de una geomembrana entre dos medios porosos, y el sistema inferior de geomembrana y arcilla, considerando el contacto que exista en entre los dos medios. Los resultados de dichas ecuaciones y cálculos se resumen a continuación, basados en los datos iniciales presentados en la Tabla 38:

Filtración a través de la geomembrana principal (superior)

Parámetro Unidad Valor Comentario

hw m 0.30 Cabeza de presión máxima asumida (Giroud y

Bonaparte, 1989a)

Qfiltrante m3/s 3.658E-05 Flujo infiltrado correspondiente al número de

agujeros modelados

qfiltrante m/s 7.595E-09 Tasa de infiltración hacia capa de control de

filtraciones

Filtración a través del sistema geomembrana-arcilla (inferior) Buen contacto

Parámetro Unidad Valor Comentario

hw-inf m 0.03 Cabeza de presión máxima asumida (Giroud y

Bonaparte, 1989a)

R m 4.21E-01

iavg 1.01E+00

Qinf-filtrante m3/s 4.46E-09 Flujo infiltrado correspondiente al número de

agujeros modelados

Contacto pobre

Parámetro Unidad Valor Comentario

hw-inf m 0.03 Cabeza de presión máxima asumida (Giroud y

Bonaparte, 1989a)

R m 9.88E-01

iavg 1.01E+00

Qinf-filtrante m3/s 2.44E-08 Flujo infiltrado correspondiente al número de

agujeros modelados

qinf-fltrante m/s 5.068E-12 Tasa de infiltración hacia el suelo natural

LR 1.006E+04 Razón de lixiviados drenados/filtrantes (Basados en un contacto pobre)

Tabla 40: Resultados de evaluación del sistema de impermeabilización

Como se puede observar, el funcionamiento del sistema reduce filtraciones significativamente. Adicionalmente, el valor de la Razón LR permitirá monitorear el estado de los sistemas de drenaje y lixiviados durante la vida útil del relleno. En contraste, un sistema enteramente de arcilla, en donde dicha capa llegaría a ser 7.5 veces de mayor espesor (incurriendo en gastos de trasporte de material y compactación), la cantidad de lixiviados filtrantes hacia el suelo natural sería superiores a 39 veces los lixiviados filtrantes por el sistema implementado (considerando la cantidad de agujeros en las geomembranas y un contacto pobre; dos factores que se consideran bajo el peor escenario), como se muestra a continuación:

Filtración en capa de arcilla (por motivos de comparación únicamente)

Parámetro Unidad Valor Comentario

kSUELO m/s 1.00E-09

hw m 0.30

Hs m 1.50

A m2 4817

Qfiltrante m3/s 9.63E-07 Qs=ks*(h/Hs)*A (Akhün, 1997)

qfiltrante m/s 2.00E-10

Para la utilización de un geotextil de protección, se evalúa de la siguiente manera como lo descrito por Koerner et. al. (1996), resumido en el Capítulo 2.3.4:

Protección con geotextil

Parámetro Unidad Valor

Altura relleno m 7.00 γ  kg/m 3 600.00 kN/m3 5.88 H mm 25.00 FS 3.00 Preq kPa 147.10 Padm kPa 441.30 FMS 1.00 FMDR 0.50 FMA 1.00 FRFL 1.00 FRDQB 1.50 M g/m 2 459.69 g/m2 460

Tabla 42: Protección de geomembrana con geotextil

Por tanto, se recomienda el uso de un geotextil de 460 g/m2 o más para protección de la geomembrana.