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DETERMINACIÓN DE LA APLICABILIDAD DE LA METODOLOGÍA COLUMNA
DE LIXIVIACIÓN PARA EL CÁLCULO DE LONGITUDES DE PLUMA
CONTAMINANTE EN SUELO
Luisa María Hincapié Ramírez
María Paula Reyes Méndez
Universidad Santo Tomás
Facultad de Ingeniería Ambiental
Bogotá D.C, Colombia
2017
DETERMINACIÓN DE LA APLICABIIDAD DE LA METODOLOGÍA COLUMNA
DE LIXIVIACIÓN PARA EL CÁLCULO DE LONGITUDES DE PLUMA
CONTAMINANTE EN SUELO
Luisa María Hincapié Ramírez
María Paula Reyes Méndez
Trabajo de grado para optar por el título de Ingenieras Ambientales
Director:
Carlos Andrés Peña Guzmán
Ingeniero Ambiental y Sanitario
Magister en Hidrosistemas
Doctor en Agua y Desarrollo Sostenible
Universidad Santo Tomás
Facultad de Ingeniería Ambiental
Bogotá D.C, Colombia
2017
NOTA DE ACEPTACIÓN
Observaciones
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
Firma Director Trabajo de Grado
_________________________________________
Firma del Jurado
_________________________________________
Firma del Jurado
Bogotá D.C. 2017
DEDICATORIA
Quiero dedicarle principalmente este logro a
Dios, por haberme permitido llegar a este
punto de mi vida, por todos los triunfos y
momentos difíciles que me han enseñado a
valorar cada día más este momento.
A mis padres Pablo Reyes y Gloria Méndez,
por todo su apoyo y amor incondicional, por
su paciencia, tiempo y cuidado, por todos sus
esfuerzos y consejos que me impulsaron a
salir adelante y alcanzar esta meta. Por
formarme como la persona que soy hoy y por
todos los valores y principios que fueron
inculcados en mí, pero en especial por ser mí
orgullo y mi ejemplo a seguir, los amo.
María Paula Reyes Méndez
DEDICATORIA
Primero quiero agradecer a Zuly Hincapié y a
Andrea Hincapié por todo el apoyo
incondicional, el amor infinito y la paciencia
que tuvieron en todos estos años de
formación y en esta última etapa que estoy
cursando en mi vida; por permitirme
superarme y siempre impulsarme a ser una
mejor persona.
También agradezco a Blanca Ramírez por ser
una parte tan importante en mi vida, por
colaborar en mi formación y hacerme la
persona que soy hoy.
Por último y no por eso menos importante,
agradezco a mis familiares por siempre estar
pendientes de mi formación, preocuparse por
mí y siempre desarme los mejores deseos.
Luisa María Hincapié Ramírez
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar le agradecemos a Dios, por protegernos en todo nuestro camino y
darnos fuerzas para poder superar todos los obstáculos que se nos presentaron a
lo largo del camino de la vida.
De igual modo, queremos agradecer a nuestro director de tesis Carlos Andrés
Peña, por brindarnos sus asesorías, tiempo, guías y conocimientos. A nuestras
madres Gloría Méndez y Zuly Hincapié que con sus demostraciones de madre
ejemplar, nos han enseñado a no desfallecer y siempre perseverar; a nuestros
padre Pablo Reyes y Robert Umeres, por ser ese apoyo en nuestra carrera, en
nuestros logros, por estar presentes en todo momento y por estar orgullosos de las
personas en las que nos hemos convertido.
Quisiéramos expresar nuestra gratitud a todas las personas que con su grata ayuda
nos han colaborado en la realización del presente trabajo, con cada una de sus
valiosas aportaciones, sobre todo por la motivación, el apoyo recibido y la gran
calidad humana que nos han demostrado con su amistad.
A todos ellos,
Muchísimas gracias, de todo corazón.
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ............................................................................ 13
RESUMEN ............................................................................................................. 14
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 16
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 18
2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 19
3. OBJETIVOS .................................................................................................... 20
3.1. GENERAL ................................................................................................. 20
3.2. ESPECÍFICOS .......................................................................................... 20
4. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................. 21
4.1. MARCO TEÓRICO ................................................................................... 21
4.1.1. Suelo................................................................................................. 21
4.1.2. Factores de formación del suelo ....................................................... 21
4.1.3. Relaciones básicas del suelo ............................................................ 24
4.1.4. Propiedades físicas del suelo ........................................................... 25
4.1.5. Horizontes del suelo ......................................................................... 29
4.1.6. Relaciones granulométricas y de volumen ....................................... 30
4.1.7. Lixiviación ......................................................................................... 36
4.1.8. Cromo (Cr) ........................................................................................ 38
4.1.9. Movimiento de contaminantes en el suelo ........................................ 40
4.1.10. Ecuación del Transporte de solutos .................................................. 40
4.1.11. Coeficiente de dispersión .................................................................. 42
4.1.12. Método Monte Carlo ......................................................................... 45
4.2. MARCO CONCEPTUAL ........................................................................... 46
4.3. MARCO LEGAL ........................................................................................ 47
4.3.1. Normatividad Colombiana ................................................................. 48
5. METODOLOGÍA .............................................................................................. 50
5.1. SELECCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ................................................ 51
5.1.1. Prueba piloto ..................................................................................... 51
5.1.2. Prueba de campo ............................................................................. 52
5.2. DISEÑO DE LA COLUMNA DE LIXIVIACIÓN .......................................... 55
5.3. EXTRACCIÓN DE MUESTRAS DE SUELO ............................................ 56
5.3.1. Prueba piloto ..................................................................................... 56
5.3.2. Prueba de campo .................................................................................. 58
5.4. DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS FÍSICOS .................................... 60
5.5. APLICACIÓN DE COLUMNAS DE LIXIVIACIÓN ..................................... 61
5.6. ANÁLISIS DE CONTAMINANTE EN EL SUELO ...................................... 63
5.7. DESARROLLO DEL PROGRAMA ESTADÍSTICO ................................... 64
6. RESULTADOS Y ANÁLISIS ............................................................................ 67
6.1. RESULTADOS DE LA PRUEBA PILOTO ................................................ 67
6.1.1. Propiedades físicas .......................................................................... 67
6.1.2. Prueba de Trazadores ...................................................................... 69
6.1.3. Comparación de muestras mediante análisis de varianza (ANOVA)
en MatLab ....................................................................................................... 72
6.1.4. Determinación del coeficiente de Dispersión Longitudinal ................ 75
6.2. RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CAMPO .......................................... 77
6.2.1. Propiedades físicas .......................................................................... 77
6.2.2. Prueba Trazadores ........................................................................... 79
6.2.3. Determinación del coeficiente de Dispersión Longitudinal ................ 81
6.2.4. Determinación de la concentración del cromo (VI) ........................... 82
7. CONCLUSIONES ............................................................................................ 85
8. RECOMENDACIONES ................................................................................... 87
ANEXOS ................................................................................................................ 88
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 89
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Pág.
Ilustración 1. Esquema de una muestra de suelo y el modelo de sus 3 fases. ...... 31
Ilustración 2. Esquema de una muestra de suelo en tres fases o húmedo. ........... 31
Ilustración 3. Lixiviación in situ. ............................................................................. 37
Ilustración 4. Lixiviación en pila............................................................................. 37
Ilustración 5. Lixiviación en batea. ........................................................................ 37
Ilustración 6. Lixiviación en botadero. .................................................................... 37
Ilustración 7. Ejemplo de dispersividad en una columna de suelo ......................... 44
Ilustración 8. Diagrama de flujo de la metodología. ............................................... 50
Ilustración 9. Imagen satelital del parque Nacional Enrique Olaya Herrera. .......... 51
Ilustración 10. Localización municipio Acacias ...................................................... 53
Ilustración 11. Imagen satelital del municipio de Acacias, Meta. ........................... 54
Ilustración 12. Imagen cercana del sitio de extracción del municipio de Acacias,
Meta. ...................................................................................................................... 54
Ilustración 13. Diseño básico de las columnas de lixiviación. ................................ 55
Ilustración 14. Extracción muestras de suelo. ........................................................ 56
Ilustración 15. Esquema muestras extraídas. ........................................................ 57
Ilustración 16. Horizonte del suelo del parque nacional ......................................... 57
Ilustración 17. Esquema muestras extraídas. ........................................................ 59
Ilustración 18. Horizonte del suelo extraído en Acacias, Meta ............................... 59
Ilustración 19. Separación muestras para parámetros físicos. .............................. 60
Ilustración 20. Muestras de suelo húmedas ........................................................... 60
Ilustración 21. Secado muestras de suelo. ............................................................ 61
Ilustración 22. Registro peso de muestras secas. ................................................. 61
Ilustración 23. Determinación de la densidad. ....................................................... 61
Ilustración 24. Montaje de las muestras de suelo .................................................. 62
Ilustración 25. Almacenamiento del K2Cr2O7. ........................................................ 64
Ilustración 26. Promedios de concentración para los puntos de la prueba piloto. . 76
Ilustración 27. Curvas de concentraciones para los diferentes puntos de la prueba
de campo. ............................................................................................................. 81
ÍNDICE DE GRÁFICAS
Pág.
Gráfica 1. Composición física ideal del suelo. ....................................................... 24
Gráfica 2. Relación concentración vs conductividad .............................................. 63
Gráfica 3. Concentración medida para el punto1. .................................................. 70
Gráfica 4. Concentración medida para el punto 2. ................................................. 71
Gráfica 5. Concentración medida para el punto 3. ................................................. 71
Gráfica 6. Comparación de parámetros entre muestras tomadas en el punto 1. ... 72
Gráfica 7. Comparación de parámetro entre tres tomadas en el punto 2. ............. 73
Gráfica 8. Comparación de parámetros entre muestras tomadas en el punto 3. ... 73
Gráfica 9. Concentración medida - Muestra 1 (0.20m). ......................................... 79
Gráfica 10. Concentración medida - Muestra 2 (0.40m) ........................................ 80
Gráfica 11. Concentración medida - Muestra 3 (0.60m) ........................................ 80
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Clasificación de los separados de suelo según sistema USDA. ............................. 26
Tabla 2. Algunas características de las clases texturales del suelo al tacto. ....................... 27
Tabla 3. Intervalo típico de valores de densidad aparente y porosidad. ............................... 27
Tabla 4. Calificación de la porosidad del suelo (Kaurichev, 1984). ....................................... 28
Tabla 5. Rango de conductividad hidráulica del Departamento de Agricultura de los
Estados Unidos. ............................................................................................................................. 36
Tabla 6. Normativa ambiental colombiana en torno a la protección y regulación del suelo
de sustancias químicas peligrosas. ............................................................................................. 48
Tabla 7. Datos conductividad en laboratorio .............................................................................. 63
Tabla 8. Propiedades físicas del suelo de la prueba piloto. .................................................... 67
Tabla 9.Textura del suelo del Parque Nacional ........................................................................ 68
Tabla 10. Valores de P para las muestras relacionadas por ANOVA. .................................. 75
Tabla 11. Dl del suelo Parque Nacional determinado por MATLAB. .................................... 76
Tabla 12. Propiedades físicas del suelo de la prueba de campo. .......................................... 78
Tabla 13. Textura del suelo de Acacias...................................................................................... 78
Tabla 14. Dl del suelo Acacias – Meta determinado por MATLAB. ....................................... 82
Tabla 15. Determinación de Cromo (VI). .................................................................................... 83
ÍNDICE DE ECUACIONES
Pág.
Ecuación (4.1) Factores de formación del suelo .............................................................. 21
Ecuación (4.2) Volumen total ........................................................................................... 31
Ecuación (4.3) Volumen de vacíos .................................................................................. 31
Ecuación (4.4) Peso total ................................................................................................. 31
Ecuación (4.5) Peso del agua contenido en el picnómetro ............................................... 32
Ecuación (4.6) Peso total ................................................................................................. 32
Ecuación (4.7) Peso del agua que hau en el picnómetro cuando se le adiciona suelo ..... 32
Ecuación (4.8) Volumen del suelo ................................................................................... 32
Ecuación (4.9) Volumen del cilindro ................................................................................. 33
Ecuación (4.10) Densidad real ......................................................................................... 33
Ecuación (4.11) Densidad aparente ................................................................................. 34
Ecuación (4.12) Porosidad ............................................................................................... 34
Ecuación (4.13) Humedad ............................................................................................... 35
Ecuación (4.14) Conductividad hidráulica ........................................................................ 35
Ecuación (4.15) Transporte de masa ............................................................................... 41
Ecuación (4.16) Transporte difusivo................................................................................. 41
Ecuación (4.17) Transporte dispersivo ............................................................................. 42
Ecuación (4.18) Coeficiente de dispersión mecánica ....................................................... 42
Ecuación (4.19) Dispersión mecánica .............................................................................. 42
Ecuación (4.20) Coeficiente de dispersión ....................................................................... 42
Ecuación (4.21) Advección-dispersión ............................................................................. 43
Ecuación (4.22) Solución analítica de la ecuación de advección-dispersión .................... 43
Ecuación (4.23) Modelo del ANOVA unidireccional…………………………………………..74
SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
Símbolo Término
ANOVA Analysis of variance
°C Grados Celsius
cm Centímetro
CO2 Dióxido de Carbono
Cr Cromo
CXTFIT
Código para estimar el transporte de parámetros de
laboratorio o experimentos con trazadores de
campo
g Gramo
Ѳ Humedad
K2Cr2O7 Dicromato de potasio
Ksat Conductividad hidráulica saturada
l Litro
m Metro
MATLAB Matrix Laboratory
mg Microgramo
ml Mililitros
mS/m Milisiemens sobre metro
NaCl Cloruro de sodio
PVC Policloruro de vinilo
s Segundo
RESUMEN
En el siguiente trabajo se evidencia un estudio sobre la aplicabilidad de la
metodología de columnas de lixiviación para el cálculo del coeficiente de dispersión
longitudinal de un contaminante en el suelo. El objetivo del presente, es comprobar
que la metodología mencionada es efectiva a partir de ensayos de transporte de
solutos mediante columnas de suelo.
Se realizó una prueba piloto con el fin de determinar la ecuación del coeficiente de
dispersión, aplicando las columnas de lixiviación y una prueba de campo, con el
objeto de verificar la metodología aplicada en el primer ensayo; posteriormente con
el software Matlab, se realizó el cálculo del coeficiente de dispersión para las
muestras extraídas. Por último y para dar sustento de la metodología, una muestra
de suelo fue llevada al laboratorio AGRILAB para determinar la concentración del
contaminante a diferentes profundidades y comparar esos resultados con los
obtenidos en el programa.
Palabras Clave: coeficiente, columna de lixiviación, contaminante, dispersión,
suelo.
ABSTRACT
The following work demonstrates a study on the applicability of the leaching column
methodology for calculating the longitudinal dispersion coefficient of a contaminant
in the soil. The objective of the present study is to verify that the aforementioned
methodology is effective from tests for the transport of solutes through soil columns.
A pilot test was performed to determine the coefficient of dispersion equation, using
the columns of leaching and field test, in order to verify the methodology applied in
the first trial; subsequently with the Matlab software, was the calculation of the
coefficient of dispersion for the extracted samples. Finally, for support of the
methodology, a sample of soil was taken to AGRILAB laboratory to determine the
concentration of the contaminant at different depths and compare these results with
those obtained in the program.
Key words: coefficient, column leaching, pollutant, dispersion, ground.
16
INTRODUCCIÓN
La contaminación del suelo es la degradación de la superficie terrestre asociada a
la presencia de sustancias químicas que resultan perjudiciales para la vida,
colocando en peligro los ecosistemas y la salud de los seres vivos; dicho problema
ha ido aumentando en las últimas décadas y ha sido por el aumento de la población
y de las industrias [1]. Esta alteración de la calidad de la tierra obedece a diversas
causas como, pruebas atómicas, la tecnología agrícola nociva, el uso inadecuado
de sistemas de eliminación de residuos, vertidos de residuos incontrolados,
alcantarillado antiguo en mal estado, actividades de la industria química y
actividades mineras [1].
Cada una de estas actividades ocasiona la pérdida de calidad de la tierra e
imposibilita su uso para construcciones, cultivos y para el albergue de ecosistemas
sanos. A pesar de que este recurso sea un sistema natural que tiene la capacidad
de controlar y actuar como un sistema depurador, las concentraciones y los tipos de
transporte que sufren los contaminantes no logran ser suprimidos en su totalidad,
haciendo difícil la determinación de dispersión del contaminante y del territorio sano
que puede ser utilizado para diferentes actividades productivas [2].
La predicción del comportamiento de los contaminantes en el suelo es un tema
regular de investigación, dada la gran incertidumbre que arrojan los métodos de
cálculo tanto en campo como en laboratorio. Una alternativa para representar los
medios porosos son los modelos teóricos, también llamados abstractos,
representando al sistema de forma matemática y la operación del sistema se
describe por medio de un conjunto de ecuación que relacionan las variables de
entrada con las de salida [3].
El objetivo de este trabajo es analizar la metodología del cálculo del coeficiente de
dispersión del suelo del área seleccionada, e igualmente la obtención de los valores
del coeficiente de dispersión, parámetro principal para la caracterización de la
dispersión en experimentos de transporte realizados en columnas de suelo en
laboratorio; la determinación de este coeficiente ayudará a establecer si un
contaminante se encuentra inmóvil o si por el contrario se moviliza en el suelo, y la
velocidad en que lo hace.
El suelo al que está enfocado este estudio tiene alto contenido de arena, una leve
estructura granular y una alta porosidad, por lo cual se comporta como un suelo de
17
buena permeabilidad en condiciones naturales. El contenido de este estudio se
ubica en el ámbito de la estimación de los parámetros de transporte, de utilidad en
los estudios de simulación por ordenador con modelos numéricos.
18
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Los problemas ambientales se presentan sobre diferentes recursos naturales,
causando impactos sobre los mismos. Un suelo contaminado afecta toda la
superficie terrestre, cuyas características físicas, químicas y biológicas han sido
alteradas de forma negativa por la presencia de componentes peligrosos debido a
las actividades humanas, ocasionando así, desde un riesgo tóxico para la salud
humana hasta pérdidas de recursos naturales [4].
La contaminación adicional proviene de fuentes difusas de la agricultura, donde 140
millones de toneladas de fertilizantes y varios millones de toneladas de pesticidas
se aplican cada año. En la Unión Europea, por ejemplo, hay más de 100.000
productos químicos registrados, de los cuales entre 30.000 y 70.000 están en uso
diario [5].
Existe una gran variedad de sustancias que pueden llegar a generar alteraciones
físico-químicas en el suelo, como son: los metales pesados, aceites, grasas, materia
orgánica, compuestos inorgánicos, plaguicidas e hidrocarburos [1]. Al igual que
algunos micro-contaminantes que se adhieren al sistema ambiental, afectando el
suelo, el cual puede adquirir estos contaminantes por medio del aire o una inyección
directa sobre el recurso. Cuando las condiciones del suelo son óptimas para el
transporte y dispersión, los micro-contaminantes pueden alcanzar superficies de
agua, aguas subterráneas y sedimentos. Cuando se llevan a esos alcances, es
posible que otros organismos se vean afectados, como las plantas y los animales,
desenlazando una cadena de contaminación hasta llegar a los seres humanos.
Cuando se llega a dispersar un contaminante en un suelo y éste es agrícola, los
alimentos se ven afectados e infectados. Al ingerir algún alimento de este tipo se
pueden generar grandes afectaciones a la salud como lo son problemas
respiratorios, afectaciones en la piel, cáncer, entre otras [6].
La gran variedad de contaminantes han sido estudiados por su impacto al suelo y
los seres humanos, sin embargo, poco se ha estudiado sobre el recurso del suelo,
lo que hace compleja la gestión de los impactos en el medio, ya que normalmente
la forma de medir la pluma contaminante sobre el terreno, se realiza por medio de
apiques, donde la mayoría de las veces se gasta mucho espacio y no se llega a un
resultado final por las profundidades establecidas para estudiar [7].
19
2. JUSTIFICACIÓN
La dispersión de contaminantes no es muy estudiada en Colombia, las bases que
se tienen son muy simples y en algunos casos nulas. Este estudio de suelos se ve
muy limitado ya que la mayoría de los estudios se realizan para los sectores de agua
y aire, considerándose éstos como los ámbitos más relevantes en el tema de
ambiente, cuando en realidad el suelo es un recurso vital [8].
Es por esto que se ve la necesidad de realizar un estudio sobre la aplicabilidad de
las columnas de lixiviación para la determinación de la longitud de pluma
contaminante en el suelo, para ampliar los estudios realizados y explicar la
importancia que tiene la metodología en la simulación de contaminantes en este
recurso, ya que con el coeficiente de dispersión se puede estimar la velocidad con
la que se mueve un contaminante en el suelo y su desplazamiento.
.
20
3. OBJETIVOS
3.1. GENERAL
Determinar la aplicabilidad de la metodología columna de lixiviación para el cálculo
de longitudes de pluma contaminante en suelo.
3.2. ESPECÍFICOS
Determinar los parámetros físicos del suelo de las muestras tomadas.
Verificar la metodología de columna de lixiviación sobre dos tipos de suelos
diferentes.
Determinar la longitud de la pluma contaminante sobre un predio del municipio
de Acacías, Meta.
21
4. MARCO DE REFERENCIA
4.1. MARCO TEÓRICO
4.1.1. Suelo
El suelo es un material no consolidado producto de alteraciones meteorológicas o
metamorfismos de las rocas que evolucionan hasta formar parte de un sistema
natural superficial. Su formación no sólo depende de las rocas, también depende
de factores como el tiempo, relieve, organismos, material parental y el clima [9].
4.1.2. Factores de formación del suelo
En la década de los 40 se definieron los factores que definen la formación del suelo
mediante la ecuación 4.1 explicada a continuación [9]:
𝑺 = 𝒇(𝑪, 𝑴𝑷, 𝑶, 𝑹, 𝒕) (4.1)
Dónde:
𝑺: desarrollo del suelo
𝑪: clima
𝑴𝑷: material parental
𝑶: organismos
𝑹: relieve
𝒕: tiempo
Según la anterior ecuación, el desarrollo del suelo es función de la acción del clima
y de sus organismos asociados al material parental, bajo el control de un relieve
durante un tiempo determinado [9].
Los factores incluidos en la ecuación 1, son los factores de formación del suelo y
son los que controlan el accionar de los procesos pedogenéticos, tanto en su tipo
como en su intensidad, a continuación se analizan los factores de formación desde
el punto de vista del efecto que ejercen en la evolución del suelo [9].
22
4.1.2.1. Clima
Los componentes climáticos básicos que tienen mayor incidencia en la evolución
del suelo son: la precipitación (P) y la temperatura (T). El viento, en la medida que
condicione procesos de evaporación de agua desde la superficie del suelo, también
tiene un papel importante en la pedogénesis [9].
A parte de los anteriores componentes básicos, también hay un componente
derivado de ellos, que es tal vez, el más decisivo en la evolución del suelo y es la
evapotranspiración potencial (ETP). Ésta, determina la cantidad de agua necesaria
para suplir las necesidades de las plantas y de la evaporación [9].
Pedogenéticamente, las condiciones contrastantes de humedad y sequía favorecen
procesos de translocaciones en el suelo, en tanto que condiciones de humedad
permanente sin saturación favorecen las transformaciones y pérdidas, además, las
posibilidades de uso del suelo cambian con lo cual se afectan procesos relacionados
con la parte orgánica y biótica del mismo [9].
4.1.2.2. Material parental
Está compuesto por aquellos materiales que le dan origen, ya sea saprolitos
(algunos de los productos de las alteraciones de las rocas) o sedimentos no
consolidados, de cualquier procedencia y composición [9].
Los materiales parentales del suelo pueden provenir de materiales que
originalmente estaban consolidados, es decir, de rocas; éstas, desde el punto de
vista de su origen se clasifican en tres grandes grupos generales: rocas ígneas,
rocas sedimentarias y rocas metamórficas. Además, pueden provenir de materiales
no consolidados, es decir, de los sedimentos [9].
4.1.2.3. Organismos
En el suelo se presenta gran cantidad y variedad de los organismos conocidos que
constituyen su parte viva. . Los vegetales son organismos que controlan el aporte
de materia orgánico en el suelo, tanto en lo relacionado con la cantidad como con
la calidad o tipo de materiales adicionados; este material es uno de los más
importantes del suelo por el efecto que tiene en buena parte de sus propiedades [9].
23
El hombre como organismo, tiene una gran influencia en el suelo, puesto que utiliza
este recurso de varias formas y para muchos fines, se puede considerar como un
agente de formación de suelos, aunque con mucha frecuencia, en lugar de eso, lo
deteriora.
4.1.2.4. Relieve
El relieve puede considerarse de una forma simple, como un conjunto de formas
que se presentan en la superficie de la tierra. Su estudio compete a la
Geomorfología e implica establecer las relaciones que se den entre las formas de
la superficie terrestre (geoformas), los materiales asociados a dichas formas, el
efecto que tienen sobre ellas y los procesos que les han dado origen y que las han
remodelado a través del tiempo [9].
Desde un punto de vista con relación al suelo, los elementos del relieve que más
influyen son la inclinación y la longitud de las laderas, la posición geográfica y la
orientación. Así mismo, el relieve cumple con tres acciones fundamentales para la
evolución del suelo [10].
Transporte: gracias a la gravedad se genera el transporte de materiales sobre la
superficie o en el interior del suelo.
Características hídricas: el relieve influye directamente en la cantidad de agua
que accede o pasa a través del suelo. También influye en el drenaje, ya que éste
influye decisivamente en la textura.
Microclima: modifica las características del clima edáfico al influir en la
temperatura y la humedad en función a la inclinación, orientación y altitud.
4.1.2.5. Tiempo
El proceso de formación del suelo sobrepasa en mucho el tiempo que define una
generación humana; la edad del suelo se limita al tiempo durante el cual han
actuado los procesos pedogenéticos en él [9]. Para definir la edad del suelo se debe
tener claro que hay otras edades que se relacionan con ella como lo son:
La edad de las rocas que corresponde a la edad del periodo durante el cual se
formaron y que es del o anterior al terciario y mucho mayor que la del suelo.
La edad del material parental.
24
La edad del relieve; la geoforma en la cual se está desarrollando el suelo.
4.1.3. Relaciones básicas del suelo
Hablando de los aspectos físicos del suelo, se evidencia que está compuesto de
tres fases básicas: una sólida, otra líquida y otra gaseosa [9]. Para que el suelo
tenga una proporción ideal de las fases es necesario que esté distribuido de la forma
que se muestra en la gráfica 1.
Gráfica 1. Composición física ideal del suelo.
Fuente: [9].
Si se llegan a separar las fases del suelo se pueden hacer relaciones para
determinar algunas propiedades físicas [9]. Estas relaciones se pueden explicar a
continuación:
4.1.3.1. Fase sólida
La fase sólida es la más estable del suelo y por eso es la más representativa y la
más ampliamente estudiada ya que es una fase muy heterogénea, formada por
constituyentes orgánicos e inorgánicos [9].
Minerales: los minerales constituyen la base del armazón sólido que soporta al
suelo. De forma cuantitativa, la fracción mineral óptima representada en el suelo
es de un 45 – 49% de volumen, pero dentro de la fase sólida, para un suelo
representativo, representa un 90 - 99% [11].
25
Materia orgánica: dentro de la fase sólida del suelo también se encuentra la
materia orgánica, que corresponde a un porcentaje de 5%.
4.1.3.2. Fase líquida
Esta fase es caracterizada por la variabilidad en el espacio y tiempo, dicha
variabilidad está condicionada por las propiedades específicas que posee el agua,
por las características de los espacios en donde se encuentra y por las propiedades
que presenta el suelo que la sostiene. La dinámica del agua en el suelo se
encuentra relacionada con el exterior, es decir, a los aportes, como fuentes, lluvia o
infiltración, y en lo que se refiere a las pérdidas, como la evaporación o la
alimentación de las aguas subterráneas [9].
4.1.3.3. Fase gaseosa
Esta fase contiene la mezcla de gases que ocupa los espacios que la fase líquida
deja libres en la porosidad del suelo. La fase gaseosa presenta una marcada
similitud con la fase líquida del suelo debido a las características intrínsecas como
fluido. La atmósfera del suelo está limitada por la dinámica de los procesos
biológicos que se producen en relación a ella, y que se encuentran determinados
por el consumo de oxígeno y por la producción de CO2 que generan los
microorganismos y las plantas durante su proceso de oxidación [9].
4.1.4. Propiedades físicas del suelo
El suelo es una mezcla de materiales sólidos, líquidos y gaseosos. La proporción
de los componentes de este, determina una serie de propiedades que se denominan
como propiedades físicas o mecánicas del suelo entre las cuales encontramos:
4.1.4.1. Textura
Es aquella propiedad que establece las cantidades relativas en que se encuentran
las partículas de diámetro menor a 2mm, es decir, la tierra fina en el suelo. Estás
partículas, llamadas “separados”, se agrupan en tres clases de acuerdo a su
26
tamaño: Arena (A), Limo (L) y Arcilla (Ar). El sistema de clasificación más aceptado
en nuestro medio es el que propone el USDA, el cual subdivide los separados en
los rangos que se exponen en la tabla 1.
Tabla 1. Clasificación de los separados de suelo según sistema USDA.
SEPARADO RANGO DE DIÁMETRO DE PARTÍCULA (mm)
mm µm
Arena muy gruesa 2 - 1 2000 - 1000
Arena gruesa 1 - 0.5 1000 - 500
Arena media 0.5 - 0.25 500 - 250
Arena fina 0.25 - 0.1 250 - 100
Arena muy fina 0.1 - 0.05 100 - 50
Limo grueso 0.05 - 0.02 50 - 20
Limo medio 0.02 - 0.005 20 – 5
Limo fino 0.005 - 0.002 5 – 2
Arcilla gruesa 0.002 - 0.0002 2 - 0.2
Arcilla fina < 0.0002 < 0.2
Fuente: [9].
El tamaño de las partículas que predominan en el suelo son las que determina la
textura del mismo, se dice que un suelo es de textura gruesa cuando las partículas
predominantes son de tamaño grande; en cambio, los suelos de textura fina son
aquellos cuyas partículas predominantes son las de menor tamaño.
Evaluación de la textura del suelo en campo
Este método consiste en establecer la clase textural del suelo, basada en la
observación de la respuesta de éste al ser sometido a manipulación en diferentes
estados de humedad, la cual está directamente relacionada con la proporción en
que están presentes los diferentes separados que lo componen [12].
Algunas propiedades que se observan para establecer la clase textural de un suelo
al tacto son: la sensación que se produce al frotar la muestra, la facilidad de formar
cintas y bolas con la muestra, la firmeza, la adhesividad o pegajosidad. La definición
de estas propiedades para las diferentes clases texturales se plantean en la tabla
2.
27
Tabla 2. Algunas características de las clases texturales del suelo al tacto.
TEXTURA TACTO CINTA BOLAS ADHESIVIDAD
Arenosa (A) Áspero No No No
Arenosa Franca (AF) Áspero Muy mala Mala Muy poca
Franco Arenosa (FA) Áspero Mala Mala Poca
Franca (F) Muy suave Mala Resistente Poca
Franca Limosa (FL) Suave Rizada Buena Media
Limosa (L) Harinoso Rizada Regular Poca
Franco Arcillo Arenosa
(FArA) Poco áspero Regular Buena Alta
Franco Arcillosa (FAr) Suave Regular Buena Alta
Franco Arcillo Limosa
(FArL) Suave Rizada Buena Alta
Arcillo Arenosa (ArA) Poco áspero Buena Buena Alta
Arcillo Limosa (ArL) Suave Buena Buena Alta
Arcillosa (Ar) Jabonoso Buena Firmes Muy alta
Fuente: [12].
4.1.4.2. Densidad
La densidad de un material se define como el peso que tiene dicho material, por
unidad de volumen. En el suelo, por ser un cuerpo poroso, se presentan dos
situaciones diferentes con respecto a la densidad: si se considera la masa de
partículas sólidas, se tiene la densidad real, pero si a parte de la masa de las
partículas se tiene en cuenta su organización, entonces se habla de densidad
aparente [9].
En la tabla 3 se puede evidenciar el intervalo típico de los valores de densidad
aparente y porosidad según el tipo de suelo.
Tabla 3. Intervalo típico de valores de densidad aparente y porosidad.
SUELO DENSIDAD APARENTE
(g/cm3)
POROSIDAD
(%)
Arenoso 1.55 – 1.8 32 – 42
Franco arenoso 1.4 – 1.6 40 – 47
28
Franco 1.35 – 1.5 43 – 49
Franco arcilloso 1.3 – 1.4 47 – 54
Arcilloso limoso 1.3 – 1.4 49 – 53
Arcilloso 1.0 – 1.3 51 – 55
Fuente: [13].
4.1.4.3. Porosidad
La porosidad total del suelo se denomina como el volumen de éste que no está
ocupado por sólidos, es decir, es el volumen que hay disponible en el suelo para los
líquidos o los gases [9].
Teóricamente se acepta como buena una porosidad promedia de alrededor de 50%.
Kaurichev (1984). Al interpretar la porosidad del suelo, se debe tener en cuenta que
si predominan los macro-poros, se va a presentar un drenaje y una aireación
excesiva y una baja capacidad de almacenamiento de agua [9]. La clasificación de
la porosidad total del suelo se presenta en la tabla 4.
Tabla 4. Calificación de la porosidad del suelo (Kaurichev, 1984).
POROSIDAD (%) CLASIFICACIÓN
˃ 60 Muy alta
50 – 60 Alta
40 – 50 Media
30 – 40 Baja
< 30 Muy baja
Fuente: [9].
La distribución del espacio poroso depende de la composición y arreglo de la
fracción sólida, es decir, de la textura, del contenido de materia orgánica y de la
estructura, definiéndose así dos tipos de espacios porosos, los cuales son [9]:
Micro-porosidad o Porosidad Textural: compuesta por el volumen de los
poros más finos que tiene el suelo y que, en su mayor cantidad se encuentran
en el interior de los peds1. Estos poros dificultan el movimiento del aire y retienen
gran cantidad de agua. Esto hace que los microporos cumplan una tarea de gran
importancia en la retención de agua en el suelo.
1 Peds: unidades del suelo que se pueden presentar en bloque, columna o gránulos.
29
Macro-porosidad o Porosidad Estructural: es el volumen de poros grandes
del suelo que se encuentran en mayor proporción, ubicados en los peds .A
diferencia de los microporos, los macroporos facilitan la percolación el agua y el
movimiento del aire. La tarea más importante de estos poros es la aireación y el
drenaje interno del suelo.
4.1.4.4. Color
El color del suelo depende de sus componentes y puede usarse como una medida
indirecta de ciertas propiedades. El color varía con el contenido de humedad; el
color rojo indica la presencia de óxidos de fierro y manganeso; el amarillo indica
óxidos de fierro hidratado; el blanco y el gris indican que hay presencia de cuarzo,
yeso y caolín, además pueden indicar malas condiciones de drenaje y bajos
contenidos de materia orgánica y arcillas; y por último, el color negro y marrón indica
que el suelo tiene materia orgánica [9].
4.1.5. Horizontes del suelo
El desarrollo, manifestación y diferenciación de los horizontes constituyen el perfil
del suelo. Los horizontes edáficos son franjas “paralelas” a la superficie del terreno
y representan un volumen [14].
Generalmente bastan tres propiedades físicas para identificarlos, como son: el color,
la textura y la estructura. Las dimensiones verticales pueden ser en centímetros y a
menudo decimétricas o métricas, mientras que las dimensiones laterales pueden sr
decimétricas y hectométricas o kilométricas. Los horizontes no son infinitos, pueden
desaparecer de forma lateral o ser transformados en otro horizonte [14].
La posición de un horizonte respecto a la interfase entre el polipedón y la atmósfera
es de gran importancia ya que de eso depende la acumulación de materiales
orgánicos, los flujos térmicos o hídricos que lo alcanzan o lo atraviesan, la masa de
los horizontes subyacentes que pesan sobre él, la penetración debida a las raíces
y los animales, y a casi todas aquellas condiciones que regulan su evolución y su
funcionamiento [14].
Los horizontes se calcifican en nomenclatura “O, A, E, B y C”.
Horizonte O: corresponde a una capa dominada por materiales orgánicos que
generalmente se encuentra en la superficie del suelo.
30
Horizonte A: se encuentra en la superficie cuando ha desaparecido el “O”, o
bien, por debajo de éste; se caracteriza por presentar acumulación de materia
orgánica humificada, íntimamente mezclada con el material mineral del suelo;
generalmente es el resultado de actividades de laboreo o pastoreo así como de
la actividad de los macro y microorganismos.
Horizonte E: se caracteriza por presentar pérdidas generalmente de arcilla
silicatada, aluminio o alguna combinación de estos que deja una concentración
de partículas de cuarzo u otros minerales resistentes del tamaño de la arena y
el limo.
Horizonte B: es un horizonte mineral que se desarrolla por debajo de alguno de
los horizontes anteriormente mencionados; generalmente se pierde vestigio del
material parental del suelo y se observan algunos de los siguientes rasgos:
acumulaciones, remociones y/o recubrimientos.
Horizonte C: es una capa muy poco afectada por procesos pedogenéticos; está
formada por sedimentos como fragmentos de roca poco consolidados,
acumulaciones de sílice, carbonatos, yeso, etc.
Horizontes transicionales: son aquellos que poseen características
subordinadas de otro, por ello se nombran con dos letras mayúsculas, por
ejemplo AB, EB, BE o BC.
4.1.6. Relaciones granulométricas y de volumen
En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa.
La fase líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el volumen de vacíos
(Vv), mientras que la fase sólida constituye el volumen de sólidos (Vs).
Las relaciones entre las diferentes fases constitutivas del suelo permiten avanzar
sobre el análisis de la distribución de las partículas por tamaños y sobre el grado de
plasticidad del conjunto. En los laboratorios de mecánica de suelos puede
determinarse fácilmente el peso de las muestras húmedas, el peso de las muestras
secas al horno y la gravedad específica de las partículas que conforman el suelo,
entre otras [15]. En la ilustración 1 se evidencia un esquema de una muestra de
suelo y cómo es el modelo de sus tres fases.
31
Ilustración 1. Esquema de una muestra de suelo y el modelo de sus 3 fases.
Fuente: [15].
4.1.6.1. Fases, volúmenes y pesos
En el modelo de fases se aíslan volúmenes V y pesos W así: volumen total VT,
volumen de vacíos Vv (espacio no ocupado por sólidos), volumen de sólidos VS,
volumen de aire VA y volumen de agua VW [13].
𝑽𝑻 = 𝑽𝑽 + 𝑽𝑺 (4.2)
𝑽𝑽 = 𝑽𝑨 + 𝑽𝑾 (4.3)
En pesos, el del aire se desprecia por lo que WA = 0. El peso total del espécimen o
muestra WT es igual a la suma del peso de los sólidos WS más el peso del agua WW.
𝑾𝑻 = 𝑾𝑺 + 𝑾𝑾 (4.4)
En la ilustración 2 se puede evidenciar un esquema de una muestra de suelo en
tres fases o húmedo.
Ilustración 2. Esquema de una muestra de suelo en tres fases o húmedo.
Fuente: [15].
32
Volumen del suelo
Para determinar el volumen del suelo primero es necesario estimar unos datos
previos, para esto se usarán las ecuaciones 4.5, 4.6 y 4.7, mostradas a
continuación:
𝑷𝑾𝟏 = 𝑷𝒑𝒘 − 𝑷𝒑𝒔 (4.5)
Dónde:
𝑷𝒑𝒘: peso picnómetro con agua
𝑷𝒑𝒔: peso picnómetro solo
𝑷𝑻𝟐 = 𝑷𝒑𝒘 + 𝑷𝒑𝒔 + 𝑷𝒔𝒔 (4.6)
Dónde:
𝑷𝒑𝒘: peso picnómetro con agua
𝑷𝒑𝒔: peso picnómetro solo
𝑷𝒔𝒔: peso del suelo seco
𝑷𝑾𝟐 = 𝑷𝑻𝟐 − (𝑷𝒑𝒔 − 𝑷𝒔𝒔) (4.7)
Dónde:
𝑷𝒑𝒔: peso picnómetro solo
𝑷𝒔𝒔: peso del suelo seco
Finalmente se halla el volumen del suelo con la ecuación:
𝑽𝒔 = 𝑷𝑾𝟏 − 𝑷𝑾𝟐 (4.8)
Volumen del cilindro
Es necesario hallar el volumen del cilindro para determinar la densidad aparente,
para hallarlo se usa la ecuación 4.9, mostrada a continuación [13]:
33
𝑽𝒄 = 𝝅𝒓𝟐𝒉 (4.9)
Dónde:
𝝅: pi
𝒓𝟐: radio al cuadrado
𝒉: altura del tubo
4.1.6.2. Relaciones de volumen
Densidad real
Es la relación entre la unidad de peso y la unidad del volumen de la fase sólida del
suelo, siendo constante ya que está determinado por la composición mineralógica
y química de la fase sólida [16].
Para la determinación de la densidad real se parte de la ecuación 4.10, mostrada a
continuación:
𝑫𝒓 =𝑷𝒔𝒔
𝑽𝒔
(4.10)
Dónde:
𝑷𝒔𝒔: peso del suelo seco
𝑽𝒔: volumen del suelo
Densidad aparente
La densidad aparente se define por unidad de volumen (g.cm3 o t.m-3). Esta
propiedad, describe la compactación del suelo, representando la relación entre
sólidos y el espacio poroso. Es una forma de evaluar la resistencia del suelo a la
elongación de las raíces [16].
Para evaluar la densidad aparente se utiliza el método del cilindro biselado, en el
cual se introduce el cilindro en la porción del suelo que se desea muestrear de forma
34
cuidadosa, para que la muestra no sufra alguna alteración. Se retira el cilindro lleno
con suelo y se sella para llevarlo al laboratorio.
Para la densidad aparente se aplica la ecuación 4.11, expresada de la siguiente
forma:
𝑫𝒂 =𝑷𝑺𝑺
𝑽𝒄
(4.11)
Dónde:
𝑷𝑺𝑺: peso del suelo seco 𝑽𝒄: volumen del cilindro
Porosidad
La porosidad del suelo depende de la textura, estructura y de la actividad biológica
del suelo. Esta propiedad, viene representada por el porcentaje de espacios
existentes en el mismo frente del volumen total.
El cálculo de porosidad puede hacerse mediante los valores de densidad que
anteriormente se consideraron, de forma que la masa de la fase sólida de un
volumen unitario vendría expresada por el valor de la densidad aparente, que se
muestra a continuación [13]:
𝑷(%) = (𝟏 −𝑫𝒂
𝑫𝒓) 𝒙 𝟏𝟎𝟎
(4.12)
Dónde:
𝑫𝒂: densidad aparente
𝑫𝒓: densidad real
Humedad
El suelo se comporta como un depósito, al cual se le puede determinar la cantidad
de agua que se encuentra almacenada. La humedad es muy dinámica y depende
del clima, la vegetación, la profundidad del suelo y las características físicas [13].
35
Para hallar la humedad se debe aplicar la ecuación 4.13, como se muestra a
continuación:
𝜽(%) =𝑷𝒔𝒉 − 𝑷𝒔𝒔
𝑷𝒔𝒔𝒙𝟏𝟎𝟎
(4.13)
Dónde:
𝑷𝒔𝒉: peso suelo húmedo
𝑷𝒔𝒔: peso suelo seco
4.1.6.3. Conductividad hidráulica (Ksat)
La conductividad hidráulica del suelo es una propiedad física que describe su
capacidad para transmitir agua e indirectamente oxígeno en el suelo. Es una de las
principales propiedades determinadas en las muestras alteradas, debido a que es
una medición indirecta de la estabilidad estructural del mismo o del grado de
compactación que tiene.
La conductividad hidráulica del suelo se determina en laboratorio, midiendo el
tiempo que gasta en pasar un volumen determinado de agua a través de una
columna de él, saturado con agua. Su determinación se hace por medio de la
ecuación 4.14, que se evidencia de la siguiente forma [13]:
𝑲𝒔𝒂𝒕 (𝒄𝒎/𝒉) = (𝑽
𝑨 ∗ 𝒕∗
𝑳
𝑯)
(4.14)
Dónde:
𝑽: volumen de agua que pasó por la
muestra (cm3)
𝑨: área de la tubería (cm2)
𝒕: tiempo en que se vació el agua
(min)
𝑳: longitud de la columna de suelo
(cm)
𝑯: altura de la lámina de agua (cm)
La tabla 5 es una guía para la interpretación de la conductividad hidráulica.
36
Tabla 5. Rango de conductividad hidráulica del Departamento de Agricultura de
los Estados Unidos.
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (CM/H) INTERPRETACIÓN
<0.0036 Muy baja
0.0036 a <0.0360 Baja
0.0360 a <0.360 Moderadamente baja
0.360 a <3.60 Moderadamente alta
3.60 a <36.0 Alta
≥36.0 Muy alta
Fuente: [13].
4.1.7. Lixiviación
La lixiviación consiste en la disolución del elemento de interés del mineral, por
acción de un agente lixiviante externo o suministrado directamente por el mineral en
condiciones apropiadas. Los procesos de lixiviación presentan diferentes sistemas
de operación, los cuales se seleccionan de acuerdo a factores técnicos y
económicos. Algunos de esos factores son [17]:
Reservas de mineral.
Caracterización mineralógica y geológica.
Ley del elemento a recuperar.
Capacidad de procesamiento, entre otros.
4.1.7.1. Tipos de lixiviación
El mineral forma un lecho fijo de partículas que es bañado por una solución. El
agente lixiviante entra en contacto con el lecho mineral y a medida que va
descendiendo va diluyendo el material de interés. En este grupo de procesos se
distinguen los siguientes [17]:
Lixiviación in situ- in place: la lixiviación in situ consiste en la aplicación de
soluciones directamente a un cuerpo mineralizado, mientras que la in-place,
consiste en la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas
abandonas.
37
Ilustración 3. Lixiviación in situ.
Fuente: [17].
Lixiviación en pilas: este proceso permite disolver el cobre de los minerales
oxidados que los contienen, aplicando una solución de ácido sulfúrico y agua.
Ilustración 4. Lixiviación en pila.
Fuente: [17].
Lixiviación en bateas: consiste en unir un lecho de mineral con una solución
acuosa que percola e inunda la batea o el estanque.
Ilustración 5. Lixiviación en batea.
Fuente: [17].
Lixiviación en botaderos: el proceso consiste en lixiviar lastres o desmontes
de minas de tajo abierto, los que debido a sus bajas leyes no pueden ser tratados
a través de métodos convencionales.
Ilustración 6. Lixiviación en botadero.
Fuente: [17].
38
4.1.8. Cromo (Cr)
Es un metal pesado de la primera serie de metales de transición, a lo que debe sus
principales propiedades químicas y bioquímicas. El cromo es un elemento natural
ubicuo, que se encuentra en rocas, plantas, suelos, animales y en los humus y
gases volcánicos. Puede funcionar con distintas valencias y en el ambiente se
encuentra en varias formas; las más comunes son las derivadas del cromo trivalente
o cromo (III), y las del cromo hexavalente. El cromo (III) es un nutriente esencial
para los seres humanos, en los que promueve la acción de la insulina. El cromo
metálico o cromo (0) y los derivados del cromo (VI), usualmente son de origen
antropogénico [18].
4.1.8.1. Cromo en el medio ambiente
Hay varias clases de cromo que difieren de sus efectos sobre los organismos. El
cromo entra en el aire, agua y suelo en forma de Cromo (III) y Cromo (VI) a través
de procesos naturales y actividades humanas. Se puede encontrar cromo en el
ambiente, después de ser liberado por industrias que utilizan cromo tales como,
industrias involucradas en la galvanoplastia, curtido de cuero, producción de textiles
y en la manufactura de productos a base de cromo [19].
La concentración de cromo en el aire en forma de material particulado puede
aumentar como resultado de la quema de carbón y petróleo, la producción de acero,
soldadura de acero inoxidable, manufactura de productos químicos y uso de
productos que contienen cromo. La contaminación de las aguas ocurre por la
descarga de desechos derivados de la manufactura de colorantes y pigmentos para
el curtido de cuero, la mayor parte de veces, el cromo se va al fondo y sólo una
pequeña parte se diluye en el agua. El suelo también puede contaminarse, debido
al depósito de residuos de la industria y cenizas de carbón provenientes de plantas
generadoras de electricidad [19].
Generalmente el cromo no permanece en la atmósfera, sino que se deposita en el
suelo y el agua. Este elemento puede cambiar de una forma a otra en el agua y en
el suelo, dependiendo de las condiciones presentes, sin embargo desde el punto de
vista ecológico, el cromo trivalente es un poco más fácil de degradar que el cromo
hexavalente [19].
39
4.1.8.2. Efectos del Cromo sobre la salud humana
Los efectos adversos del cromo en la salud humana dependen especialmente, del
grado de valencia de este elemento en el momento de la exposición y solubilidad
del compuesto. Las únicas formas de importancia en toxicología son el cromo VI y
el cromo III.
El cromo (III) es un elemento esencial para los organismos que interfieren en el
metabolismo del azúcar y puede causar problemas de corazón, cuando su dosis es
baja, por otro lado, el cromo (VI) es mayoritariamente tóxico para los organismos,
ya que puede alterar el material genético y ocasionar cáncer. Los efectos adversos
del cromo para la salud dependen, sobre todo, del estado de valencia en el
momento de la exposición y de la solubilidad del compuesto de que se trate. Las
únicas formas de importancia toxicológica son el cromo (VI) y cromo (III) [18].
Los compuestos de cromo (VI), que son fuertes agentes oxidantes, tienden a ser
irritantes, corrosivos y también son considerablemente más tóxicos que los
compuestos del cromo (III), si las dosis y la solubilidad son similares. Se ha
postulado que la diferencia en la toxicidad puede estar relacionada con la facilidad
con la que el cromo (VI) atraviesa las membranas celulares y con su subsecuente
reducción intracelular a intermediarios reactivos [18].
El cromo VI es conocido porque causa varios efectos sobre la salud. Cuando es un
compuesto en los productos de la piel, puede causar reacciones alérgicas, como es
erupciones cutáneas. El problema de salud más común que ocurre en trabajadores
o personas expuestas al cromo, involucra a las vías respiratorias, los efectos
incluyen irritación del revestimiento del interior de la nariz, secreción nasal y
problemas para respirar: asma, tos, falta de aliento, respiración jadeante. Las
personas pueden desarrollar alergias a compuestos de cromo, lo que puede
producir dificultad para respirar y salpullido en la piel. El efecto principal que se
observa al ingerir compuestos de cromo (VI) son irritación y úlceras en el estómago,
en el intestino delgado, se puede presentar anemia; la ingesta de sales de cromo
(VI) puede ocasionar lesiones graves o, incluso la muerte. Los compuestos de
cromo (III) son mucho menos tóxicos y no parecen causar esos problemas [18].
40
4.1.9. Movimiento de contaminantes en el suelo
Una vez que los contaminantes yacen en el suelo, a dónde van y cuál es la rapidez
con la que se dispersan o viajan, depende de varios factores. Algunos
contaminantes orgánicos pueden sufrir cambios químicos o una degradación en
productos que en ocasiones pueden ser más o menos tóxicos que su original, estos
compuestos al transformarse son más fáciles a la absorción por las plantas o por
los mismos animales [20].
Los diferentes tipos de contaminantes varían su desplazamiento a:
Finalizar en el agua que se encuentra retenida en el suelo o en las mismas aguas
subterráneas yacentes en el territorio.
Adherirse al suelo.
Evaporar en el aire.
Las características que posee el suelo también es un factor fundamental en la
perturbación del destino de los contaminantes (movimiento), dichas características
incluyen las siguientes [20] :
pH del suelo
Niveles de humedad
Temperatura
Mineralogía del suelo
Niveles de materia orgánica
Presencia de productos químicos
Todos los métodos disponibles para llegar a la determinación de los parámetros
necesarios de la distribución de las concentraciones, se basan en soluciones
analíticas de la ecuación de transporte de solutos. Por lo que se realiza una
explicación de la ecuación de transporte [21].
4.1.10. Ecuación del Transporte de solutos
Al aplicar el agua que contiene un trazador disuelto en un perfil del suelo libre y
añadir más de la solución, la parte delantera del trazador cerca de la superficie se
va a dispersar cada vez más debido a los efectos combinados de difusión y
convección [21]. El transporte del trazador disuelto está constituido de tres
componentes que serán explicados a continuación.
41
4.1.10.1. Convectivo o transporte de masa (Jm)
Hace referencia al movimiento pasivo del trazador disuelto con chorro de agua en
el suelo. Al haber una falta de difusión, el agua y el movimiento del trazador van a
tener la misma velocidad [21].
𝑱𝒎 = 𝒒 ∗ 𝑪 (4.15)
Dónde:
𝒒: Densidad de flujo de un fluido volumétrico
𝑪: Volumen de la concentración del soluto
4.1.10.2. Transporte difusivo (JD)
La difusión es un proceso espontáneo que se da por la agitación térmica natural de
iones y moléculas disueltas [21]. Este transporte difusivo en el suelo tiende a
disminuir los gradientes de concentraciones existentes, y en analogía de la ley de
Fick, se puede describir mediante la siguiente ecuación:
𝑱𝑫 = −Ѳ 𝑫𝒎 𝒅𝑪
𝒅𝒙
(4.16)
Dónde:
Ѳ: Contenido volumétrico del agua
𝑫: Coeficiente de difusión iónica o molecular del medio poroso
𝒙: Distancia
4.1.10.3. Transporte dispersivo (Jh)
El transporte dispersivo es el resultado del hecho que las velocidades locales fluidas
por los poros interiores individuales y entre los poros de formas, tamaños y
direcciones diferentes, se desvían de la velocidad media del agua.
Es un proceso pasivo que, a diferencia de la difusión, se produce sólo durante el
movimiento del agua. Debido a la naturaleza pasiva del proceso de dispersión, el
término dispersión mecánica es utilizado para describir la mezcla causada por las
42
variaciones locales de la velocidad [21]. Se ha mostrado que el transporte dispersivo
puede ser descrito por una ecuación similar a la ecuación 4.17 para la difusión.
𝑱𝑫 = −Ѳ 𝑫𝒎 𝒅𝑪
𝒅𝒙
(4.17)
Dónde:
𝑫: Coeficiente de dispersión mecánica
𝑫𝒉 = 𝝀𝒗𝒏 (4.18)
Dónde:
𝝀: Dispersividad
𝒗: Velocidad media intersticial o de agua de poro
𝒏: Constante empírica aproximadamente igual a 1.0
4.1.11. Coeficiente de dispersión
El coeficiente de dispersión es la relación entre la desviación de las partículas
respecto a la dirección inicial del movimiento, provocada por la interacción con un
sistema llamado dispersor [22]. Los diferentes tipos, tamaños y orientación de los
poros dan lugar a velocidades que difieren de unos puntos a otros. Además, también
hay variaciones de velocidad en un mismo poro, en donde la velocidad es más
pequeña cerca de la pared del poro [22]; este mecanismo es llamado dispersión
mecánica, que puede ser expresada por la siguiente ecuación:
𝑭𝒉 = −𝜽𝑫𝒉
𝝏𝑪
𝝏𝒛
(4.19)
Dónde, Fh es el transporte dispersivo y Dh es el coeficiente de dispersión mecánica,
que está linealmente relacionado con la velocidad de flujo, según la expresión:
𝑫 =∝∗ 𝒗 (4.20)
Dónde v es la velocidad media del agua. Este coeficiente es normalmente llamado
dispersividad. Gracias a que las partículas del suelo se pueden mover libremente,
se puede calcular dos tipos de dispersión: transversal (𝑫𝒕) y longitudinal (𝑫𝒍). La
43
forma más adecuada para describir estos fenómenos es la ecuación advección-
dispersión, la cual se muestra a continuación [22]:
𝝏𝑪
𝝏𝒕= −𝒗 (
𝝏𝑪
𝝏𝑿)
𝒕+ 𝑫𝒍 (
𝝏𝟐𝑪
𝝏𝑿𝟐)
𝒕
(4.21)
Dónde:
𝑪: Concentración
𝒕: Tiempo
𝑿: Distancia en la dirección de flujo
𝒗: Velocidad de flujo en los poros
𝑫𝒍: Coeficiente de dispersión
longitudinal
La solución analítica de la ecuación 18 viene dada de la ecuación 4.22, explicada a
continuación [22]:
𝑪(𝑳, 𝒕) = 𝑪𝒊 +𝑪𝟎 − 𝑪𝒊
𝟐[𝒆𝒓𝒇𝒄 (
𝑳 − 𝒗𝒕
√𝟒𝑫𝒍𝒕) + 𝐞𝐱𝐩 (
𝑳𝒗
𝑫𝒍) 𝒆𝒓𝒇𝒄 (
𝑳 + 𝒗𝒕
√𝟒𝑫𝒍𝒕)]
(4.22)
Dónde:
𝑪: Concentración del elemento en el final de la columna
𝑪𝒊: Concentración inicial de este elemento en la solución de relleno de la columna
de los poros
𝑪𝟎: Concentración de la solución en la parte superior de la columna.
𝒆𝒓𝒇𝒄: Función de error complementaria
𝑳: Longitud de la columna
𝒕: Tiempo
𝒗: Velocidad real
𝑫𝒍: Coeficiente de dispersión
La determinación experimental de los coeficientes de dispersión ha sido
desarrollada por Batta & Murty (1982); Robbins (1989), Pisani & Tosi (1994); Jiao
(1993). Los métodos desarrollados son variados y van desde modelos matemáticos,
análisis estadísticos hasta métodos de experimentación a nivel campo y laboratorio.
44
La mayoría de los diseños experimentales de laboratorio son variantes del modelo
físico aplicado por De Josselin de Jong (1958) y Li&Lai (1966), los cuales utilizaron
columnas rellenas de material poroso, donde inicialmente se llena de agua
desplazándose hacia abajo, siendo marcada por un trazador que se añade de
manera constante en la parte superior. De esta forma se obtiene movimiento
unidireccional y mediante la aplicación de fórmulas se es posible determinar el
coeficiente de dispersión longitudinal [23].
A continuación en la ilustración 3, se muestra un ejemplo de la dispersión en un
medio poroso. La ilustración fue puesta como demostración de la dispersión de un
trazador obtenida del artículo “Estimation of transport hydraulic parameters in
loessic sediment, Argentina: Application of column tests” [22].
Ilustración 7. Ejemplo de dispersividad en una columna de suelo
Fuente: [24].
Esta ilustración muestra la curva de elución obtenida del experimento, en la cual se
representa la concentración relativa del soluto respecto del volumen de poros. Se
puede observar que a medida que va aumentando el tiempo, el trazador se va
acumulando hasta llegar a un punto de saturación y quedarse constante.
45
4.1.12. Método Monte Carlo
Las denominadas técnicas de remuestreo constituyen, sin duda, uno de los avances
más importantes en la investigación y el desarrollo de nuevos procedimientos
estadísticos. Estás técnicas permiten resolver de forma automática una clase más
general de problemas de análisis de datos que las técnicas estadísticas clásicas,
ofreciendo soluciones de especial interés en muchas situaciones en las que la
estadística clásica es poco eficaz [25].
El procedimiento Monte Carlo es utilizado para generar aleatoriamente, a partir de
un modelo de distribución teórica o de una muestra de datos observados, muchas
muestras de datos y, a partir de las muestras simuladas, evaluar el error estadístico,
estimar parámetros, y obtener el grado de significación de una prueba de contraste
de hipótesis [25].
Los métodos Monte Carlo inician en experimentos sobre series de números
aleatorios, como las generadas por el lanzamiento sucesivo de un dado o resultados
de una rueda de ruleta. El término Monte Carlo se generaliza por esta analogía con
los juegos de azar y empieza a utilizarse hacia 1944, casi al final de la segunda
guerra mundial, momento en que se inicia el desarrollo de estos métodos, al ser
aplicado por Fermi, von Neumann y Metropolis para dar solución a problemas
relacionados con la fisión nuclear [25].
Gordon (1980) señala que habitualmente se utiliza la denominación Monte Carlo
para describir cualquier método de cálculo que utilice números aleatorios, pero
autores como Rubinstein (1981), Ripley (1987) y Lwis & Orav (1989), subrayan la
conveniencia de utilizar este término sólo para usos específicos como la “integración
Monte Carlo” o el “muestreo Monte Carlo”, y utilizar el término “simulación
estocástica” para los experimentos que hacen uso de series de números aleatorios
generadas por ordenador [25]. Rubinstein destaca las siguientes diferencias entre
el método Monte Carlo y la simulación estocástica:
En el método Monte Carlo el tiempo no juega un rol tan importante como en la
simulación estocástica.
En el método Monte Carlo las observaciones, por norma, son independientes.
En la simulación, sin embargo, se experimenta con el modelo en el tiempo, y
como regla, las observaciones están correlacionadas serialmente.
En el método Monte Carlos es posible expresar la respuesta como función
simple de las variables estocásticas de entrada. En la simulación la respuesta
46
es habitualmente muy compleja y sólo puede ser expresada explícitamente por
el propio programa informático.
4.2. MARCO CONCEPTUAL
Adsorción: es la transferencia de un soluto en un gas o líquido hacia la superficie
de un sólido en donde el soluto es retenido como resultado de atracciones
intermoleculares con las moléculas sólidas [26].
Advección: se trata del fenómeno de transporte de la mancha de contaminante
asociado con las velocidades del cuerpo de agua [27].
Contaminación: es un cambio perjudicial en las características físicas, químicas o
biológicas del aire, agua o suelo, que puede afectar nocivamente la vida humana o
la de especies, los procesos industriales, condiciones de vida del ser humano y
puede malgastar y/o deteriorar los recursos naturales renovables [28].
Concentración: la concentración de una solución es la proporción o correlación
que hay entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente, donde el soluto es
la sustancia que se disuelve, el disolvente es la sustancia que disuelve al soluto y
la disolución es el resultado de la mezcla homogénea. [29].
Dispersión: los contaminantes al mezclarse con el suelo, tienden a disolverse con
sus componentes. La dispersión puede ser mecánica o hidromecánica. La
dispersión mecánica se presenta cuando el flujo de contaminante encuentra
barreras físicas u obstrucciones con los materiales gruesos, tomando distintas rutas
en el suelo. La dispersión hidrodinámica se presenta cuando el contaminante es
solubilizado por el agua del suelo y empieza a comportarse mediante propiedades
de flujo continuo, dentro de los primeros horizontes [30].
Edafogénesis: es un conjunto de procesos que intervienen en la evolución
progresiva de un sustrato rocoso hasta la configuración de un determinado tipo de
suelo. [9].
Elución: extracción de una sustancia absorbida desde un lecho poroso o columna
de cromatografía mediante un chorro de líquido o gas o mediante aplicación de
calor. [31].
47
Impacto ambiental: alteración o cambio neto parcial, positivo o negativo (adverso
o benéfico), en el medio ambiente o en alguno de sus componentes, resultante de
actividades, productos o servicios de una organización [32].
Pedogenético: está definida como el proceso de desarrollo del suelo. A finales del
siglo XIX, dos científicos afirmaron que la pedogenésis está controlada
principalmente por el clima y la vegetación [14].
Pluma de contaminación: es la concentración de contaminantes presentes en un
sitio o zona determinada, puede presentar un aumento del área contaminante,
mantenerse estable o reducir su área contaminada [33].
Taxonomía del suelo: clasificación de los suelos en función a varios parámetros
y/o propiedades que se desarrolla en niveles de orden, suborden, gran grupo,
subgrupo, familia y serie [34].
Trazadores: los trazadores son sustancias que se introducen en un sistema con el
fin de estudiar la evolución temporal y/o espacial de un determinado proceso
químico, físico, biológico o industrial, a través de su detección o medición [33].
Velocidad de un fluido: en el seno de un fluido newtoniano en movimiento por una
conducción, pueden distinguirse varias velocidades: velocidad local o puntual,
correspondiente a cualquier punto de un sistema de flujo en un momento dado;
velocidad media a través de una sección, relación existente entre el caudal
volumétrico y sección por la que éste circula, que se corresponde con la media de
las velocidades puntuales que circulan las distintas láminas por una sección [35].
4.3. MARCO LEGAL
Los suelos son sistemas complejos que se constituyen como un componente
fundamental del ambiente cumpliendo múltiples funciones y servicios ecosistémicos
vitales para la supervivencia del ser humano. Este recurso, ha sido tema de
regulaciones que responden a múltiples normas expedidas en cuanto a su uso y a
su protección debido a su valor.
48
4.3.1. Normatividad Colombiana
En Colombia la normatividad ambiental enfocada hacia la protección y el adecuado
uso del recurso del suelo es relativamente nueva. Los inicios de la normatividad
ambiental colombiana sobre este recurso se dan con la aparición de la Ley 2 de
1959 por la cual se establecen normas sobre la economía forestal de la Nación y la
protección de los suelos [36]. La tabla 6 ilustra de manera cronológica la
normatividad ambiental Colombiana en torno a la protección del suelo y la
regulación de sustancias químicas peligrosas.
Tabla 6. Normativa ambiental colombiana en torno a la protección y regulación del
suelo de sustancias químicas peligrosas.
NORMATIVA DESCRIPCIÓN
Ley 23 de 73
Establece los lineamientos para prevenir y controlar la
contaminación del medio ambiente y buscar el
mejoramiento, conservación y restauración de los recursos
naturales renovables, para defender la salud y el bienestar
de todos los ambientes del territorio nacional [37].
Ley 9 de 1979
Establece las normas generales para preservar, restaurar
y mejorar las condiciones sanitarias en relación a la salud
humana. Los procedimientos y medidas que se deben
adoptar para la regulación, legalización y control de las
descargas de residuos y materiales que pueden afectarlas
condiciones sanitarias del medio ambiente [38].
Decreto 2655 de
1988
Mediante el código de minas se establecen algunas
restricciones de la actividad minera, en especial en las
zonas de reserva natural, asentamientos humanos y en
zonas de producción hídrica; con el fin de prevenir los
riesgos a la salud y la contaminación de los suelos [39].
Decreto 1843 de
1991
Se reglamenta el uso y el adecuado manejo de plaguicidas
a nivel nacional incluyendo aproximaciones sobre
parámetros tóxicos y niveles de toxicidad [40].
49
Ley 99 de 1993
Se establecen regulaciones ambientales en torno a
actividades agropecuarias como el uso de agroquímicos,
especialmente lo referente a la importación, distribución,
producción y comercialización de pesticidas, acogiéndose
a convenios internacionales acogiéndose a convenios
internacionales [41].
Ley 388 de 1997 Ordenamiento territorial, que reglamente los usos del suelo
Política Nacional
para la Gestión
Integral Ambiental
del suelo (GIAS)
El objetivo es promover la gestión integral para la
conservación del suelo en Colombia, en las dimensiones
social, ecológica, económica y política, en un contexto en
el que confluyan la conservación de la biodiversidad y la
calidad del agua y del aire, el ordenamiento del territorio y
la gestión de riesgo, con el propósito de garantizar la
seguridad, autonomía y soberanía alimentarias del país,
una economía sostenible y el bienestar de los colombianos
[36].
Fuente: Autoras.
50
5. METODOLOGÍA
Para el cálculo de longitudes de la pluma contaminante en el suelo, fue necesario
realizar dos tipos de prueba: una prueba piloto y una prueba de campo.
La primera prueba se realizó con el fin de aplicar el ensayo de las columnas de
lixiviación, determinando si la metodología resultaba exitosa, además se realizó
para detectar las posibles fallas que se pudieran generar en el proceso. Una vez
finalizada la prueba piloto, se prosiguió con la prueba de campo. Esta prueba se
realizó con el propósito de rectificar la aplicación del ensayo y continuar con el
estudio realizando una simulación en el programa Matlab para el cálculo del
coeficiente de dispersión de contaminantes en un medio poroso.
En la ilustración 8 se puede observar el diagrama de flujo de la metodología aplicada
en el presente trabajo.
Ilustración 8. Diagrama de flujo de la metodología.
Fuente: Autoras.
51
Para cada una de estas pruebas ejecutadas se realizaron los siguientes
procedimientos.
5.1. SELECCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
5.1.1. Prueba piloto
Esta prueba piloto se llevó acabo en el Parque Nacional Enrique Olaya Herrera,
ubicado entre las Calles 36 y 39 con carrera 7ª localizado en la ciudad de Bogotá,
con coordenadas de 4° 37’ 29”N y 74° 03’ 58”O. La ilustración 9 muestra una imagen
satelital del parque.
El Parque Nacional parque cuenta con un perímetro de 8406,02m y se encuentra
ubicado en la ciudad de Bogotá en la vertiente occidental del sistema orográfico de
los cerros orientales. Al norte, el Parque limita con el río Arzobispo; al oriente se
encuentra delimitado por la divisoria de los cerros orientales, pasando por la iglesia
de Monserrate hasta el río San Francisco; al sur, por los predios de la sociedad
Funicular y el río San Francisco hasta el Chorro Padilla, y al occidente, por la
Avenida Circunvalar y los barrios la Perseverancia y la Macarena [42].
Su accesibilidad y las 238 hectáreas de extensión, fueron características influyentes
en la selección de la zona para la realización de las primeras pruebas, permitiendo
una gran facilidad en la ejecución de la extracción de muestras de suelo en
diferentes puntos del área.
Ilustración 9. Imagen satelital del parque Nacional Enrique Olaya Herrera.
Fuente: Google Maps.
52
De acuerdo con un informe realizado por el Instituto Geográfico Agustin Codazzi,
los puntos de muestreo se encuentra dentro de la unidad cartográfica MLS, en la
fase MLSg que corresponde a la consociación Typic Eutrudepts – Typic Hapludands
– Typic Placudands – afloramientos rocosos, el cual se encuentra localizado sobre
crestas y escarpes. Se identifica un suelo sobre crestas monoclinales, espinazos
estructurales y areniscas donde prevalecen suelos antrópicos con presencia de
remoción en masa o caída de rocas y limitantes en la profundidad [43].
La proporción de materia orgánica es de media a alta con valores desde el 8% al
20%, cuenta con un pH extremadamente ácido y CIC de baja a alta (10 – 45
cmol+/kg).El suelo de Bogotá está constituido geológicamente por depósitos de
arcilla formados por la desecación de un antiguo lago, con estratos intermedios y
discontinuos de arenas y suelos orgánicos [43].
En cuanto a su clima, se evidencia un régimen bimodal, donde el valor promedio
anual es de 91,86 mm. Su distribución espacial muestra un aumento de la
precipitación en sentido nororiente. En general, las fluctuaciones de temperatura
son mínimas, se presenta un promedio multianual de 12,6”C, y la humedad relativa
promedio anual es de 80% [43].
5.1.2. Prueba de campo
Para realizar la prueba de campo se seleccionó otro tipo de terreno debido a que el
suelo extraído en el Parque Nacional fue muy arcilloso y no permitió que la totalidad
de las pruebas de trazadores fueran óptimas, se prosiguió a buscar un suelo que
fuera arenoso. En la búsqueda se halló un predio en Mosquera, pero al realizar el
laboratorio tampoco se obtuvieron resultados efectivos, por esto, se pasó a una
zona seca. Se escogió Acacias por la accesibilidad para sacar las muestras y
porque este parecía tener las condiciones adecuadas para el desarrollo del trabajo.
La zona que se seleccionó para esta prueba se encontraba en el municipio de
Acacias, Meta, ubicado en la parte central de la república de Colombia, sobre el
llamado piedemonte llanero, en la zona Noroccidental del Departamento del Meta.
En la ilustración 10 se evidencia cómo limita por el Norte con el municipio de
Villavicencio, alinderado por el río Negro o parte alta del Río Guayuriba, por el
Oriente limita a través de las veredas Dinamarca y San José de las Palomas con el
municipio de San Juan de Arama, por el Occidente con el municipio de Guamal y
53
por el Noroccidente con el municipio de Cubarral y el departamento de
Cundinamarca [44].
Se seleccionó un predio a las afueras del municipio, hacia el Oriente por la vía
Dinamarca. Las coordenadas del sitio son 3° 59’ 15,802”N, 73° 45’ 27,15”W, en la
ilustración 10 se evidencia la ubicación del municipio de Acacías.
El suelo está conformado por arenas, limos y arcillas aluviales, son superficies con
relieve plano y pendientes entre el 1 y el 3%. Está conformado por arcillas aluviales
con mantos de arenas eólicas localizados y capas de gravas a diferente
profundidad, está conformada por depósitos mixtos aluviales, son superficies
inclinadas con relieve ligeramente quebrado con pendientes que varían entre 7 y
12%, erosión ligera [45].
Ilustración 10. Localización municipio Acacias
Fuente: [44]
De acuerdo a un informe realizado por el Instituto Geográfico Agustin Codazzi, la
unidad cartográfica donde se ubica el punto de muestreo corresponde a la PVCa, la
cual corresponde a la consociación Oxic Dystropepts, fase 1-3%. Esta unidad se
q2w3 encuentra entre 400 y 900 m, las temperaturas son superiores a los 24ºC y
las precipitaciones son mayores a 2000 mm/año. El relieve es ligeramente plano a
ligeramente inclinado con pendientes menores a 7%.Los suelos presentan un
drenaje natural moderadamente excesivo y las texturas varían de finas a gruesas
[46].
54
En cuanto a la vegetación, la afectación ha sido notoria ya que algunas se ha
intervenido con actividades ganaderas de tipo extensivo y unas pocas se han
tomado para agricultura. Estas actividades han disminuido los nutrientes del suelo,
ha cambiado los niveles de saturación de aluminio intercambiable y causa la baja
retención de humedad [46].
La pedogénesis es moderada y formó perfiles de tipo A, B y C. El horizonte
superficial (Ap) tiene entre 5 a 15 cm de espesor, su color es pardo a pardo oscuro
y la textura es franco arenosa y sin estructura (grano suelto). En el horizonte B se
tiene un espesor de 100 c, su color es pardo amarillento y amarillo pardusco, y su
textura es franco arcillo arenosa con una estructura en bloques subgulares. El
horizonte C está constituido por fragmentos de roca con textura franco arcilloso
arenosa [46].
En la primera visita a campo se pudo observar el terreno y se definió el punto donde
se sacaron las muestras de suelo. La segunda y última visita que se realizó fue con
el fin de extraer la muestra faltante, usada para el análisis de contaminantes en el
suelo y comprobar el modelo. En la ilustración 11 y 12 se observa la imagen satelital
del municipio y el punto selecto para la extracción.
Ilustración 11. Imagen satelital del municipio de Acacias, Meta.
Fuente: Google maps
Ilustración 12. Imagen cercana del sitio de extracción del municipio de
Acacias, Meta.
Fuente: Autoras.
55
5.2. DISEÑO DE LA COLUMNA DE LIXIVIACIÓN
La construcción del prototipo se llevó a cabo mediante tubos de cloruro de polivinilo
(PVC), ya que estos tubos son muy fuertes y ayudan a conservar la muestra de
suelo inalterada. Los tubos de PVC contaron con un diámetro de 3” y diferentes
longitudes según la profundidad que fueron necesarias para tomar cada una de las
muestras. Para la prueba piloto se tomaron muestras a una profundidad de 0.50m,
mientras que para la prueba de campo se necesitaron diferentes longitudes (0.20,
0.40m y 0.60m).
Estas columnas se ubicaron sobre un soporte universal para montajes de laboratorio
(ilustración 13), compuesto por varilla de acero cromado y una base de acero de
aproximadamente 50 a 60cm de longitud, además se colocaron unos brazos
extraíbles para sostener la muestra y así mismo mantenerla en equilibrio.
En la parte superior del tubo se dejó una altura libre de 5cm para inyectar de forma
continua el fluido, y en la parte inferior de la columna se colocó una malla de plástico
con orificios de 1mm, esto se realizó con el fin de contener el suelo dentro de la
columna y no sufrir interrupciones con el flujo del lixiviado. En la parte baja del
montaje se ubicó un vaso precipitado de 1000ml para que allí se depositara el
lixiviado y se pudiera medir la conductividad.
El montaje que se ve en la ilustración 13 fue utilizado para la ejecución de la prueba
piloto y la prueba de campo.
Ilustración 13. Diseño básico de las columnas de lixiviación.
Fuente: Autoras.
56
5.3. EXTRACCIÓN DE MUESTRAS DE SUELO
La extracción de las muestras de suelo tiene como fin dar desarrollo a dos
actividades, la primera consiste en la caracterización física del suelo que se
presenta en el lugar seleccionado y la segunda parte consiste en el estudio del flujo
y transporte de un trazador mediante una columna de lixiviación.
El método de muestreo seleccionado para ambas prácticas fue el aleatorio simple.
Para el desarrollo del trabajo se tomaron un total de dieciséis (16) muestras, de las
cuales nueve (9) fueron para la prueba piloto y seis (6) se tomaron para la prueba
de campo y la muestra restante fue utilizada para el análisis de contaminante. En la
ilustración 14 se puede observar cómo fue la extracción.
Ilustración 14. Extracción muestras de suelo.
Fuente: Autoras.
5.3.1. Prueba piloto
Para la prueba piloto se seleccionaron tres puntos diferentes dentro del área selecta,
en cuyo caso fue el parque nacional. Para cada uno de los puntos seleccionado se
tomaron muestras por triplicado a una profundidad de 0.50m, dando un total de
nueve como se puede observar en la ilustración 15. A cada una de las muestras se
les extrajo 0.10m para realizar el laboratorio de la caracterización física, los 0.40m
restantes fueron utilizados para la prueba de trazadores. Estas muestras de suelo
fueron recolectadas en tubos de PVC con un diámetro de 3” ya que son de un
material muy fuerte, facilitan la extracción y ayudan a conservar el suelo inalterado.
57
Ilustración 15. Esquema muestras extraídas.
Fuente: Autoras.
Al realizar la extracción de muestras de suelo en el parque nacional, se pudo
determinar el horizonte del suelo a la profundidad extraída, tal y como se evidencia
en la imagen16. Este suelo, cuenta con un horizonte O, o capa superficial del
horizonte A, de 5 cm de profundidad desde el nivel 0, formado por hojas, ramas y
restos vegetales; y un horizonte A, de 45 cm de profundidad, presentando un color
oscuro por la abundancia de materia orgánica descompuesta.
Ilustración 16. Horizonte del suelo del parque nacional
Fuente: Autoras
Parq
ue N
acio
nal E
nriq
ue O
laya
Herr
era
Punto 1
Muestra 1.1
Muestra 1.2
Muestra 1.3
Punto 2
Muestra 2.1
Muestra 2.2
Muestra 2.3
Punto 3
Muestra 3.1
Muestra 3.2
Muestra 3.3
58
5.3.2. Prueba de campo
Para la prueba de campo solamente se seleccionó un punto ya que el suelo no
sufría de plantaciones o actividades agrónomas que pudiera generar que fuera un
suelo no homogéneo. Se tomó una zona donde el suelo fuera libre de contaminantes
para que no sufriéramos alteraciones al momento de hacer el análisis de la pluma
contaminante, teniendo un suelo virgen y sabiendo la cantidad de contaminante que
se le inyecta en la muestra, es más sencillo realizar la simulación del mismo.
En la primera visita al área seleccionada se tomaron seis muestras, las primeras
dos se sacaron a una profundidad de 0.20m, las dos siguientes a una profundidad
de 0.40m y las dos últimas a una profundidad de 0.60m. Luego fue necesaria una
segunda visita para extraer la muestra faltante, la cual fue enviada a un laboratorio
para el análisis de la pluma contaminante.
De cada una de las parejas extraídas, se tomó una para análisis de trazadores y la
otra se tomó como “blancos” (se les da este nombre ya que solamente se aplicaron
para medir el tiempo que demoraba 1Lt de agua en filtrar por la columna de suelo),
lo que daba un total de tres muestras para trazadores y tres muestras para blanco,
todas a diferentes profundidades. Se realizaron las extracciones a diferentes
longitudes ya que se quería ver cómo era el comportamiento del trazador en las
diferentes capas del suelo.
Luego de terminar los laboratorios y ajustar el programa para que corriera la
simulación se realizó la extracción de la muestra faltante para el análisis de
contaminantes a una profundidad de 0.60m. A esta muestra se le inyectó una
cantidad de Cromo (VI) conocida para enviarla a un laboratorio y a la vez poder
hacer la simulación para luego comparar los resultados.
En la ilustración 17 se ve de una forma más clara el esquema de las muestras
extraídas. Muestra cómo se realizó la extracción y cantidad de las muestras que se
sacó por el punto seleccionado.
59
Ilustración 17. Esquema muestras extraídas.
Fuente: Autoras.
Al realizar la extracción de muestras de suelo, se pudo determinar el horizonte del
suelo a la profundidad extraída, tal y como se evidencia en la imagen18. Este suelo
a diferencia de la prueba piloto, no cuenta con un horizonte O ni con un horizonte
A, este suelo presenta un horizonte B desde el nivel 0, ya que se realizó en un punto
donde no se encontraba vegetación, ni rastros de raíces. Gracias a la información
suministrada por el laboratorio INGELABSP LTDA, se logró saber que a la
profundidad de 0,0 – 1,80m, el suelo cuenta con una textura arenosa, y de 1,80-
6,00m de profundidad el suelo es de color rojo con vetas blancas y grises, siendo
arcilla inorgánica de alta plasticidad.
Ilustración 18. Horizonte del suelo extraído en Acacias, Meta
Fuente: Autoras.
Munic
ipio
Acacia
s -
Meta
Punto 1
Muestra 1 (0.20m)
Muestra 2 (0.40m)
Muestra 3 (0.60m)
Muestra blanco 1 (0.20m)
Muestra blanco 2 (0.40m)
Muestra blanco 3 (0.60m)
Muestra para contaminante (0.60m)
60
5.4. DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS FÍSICOS
Una vez extraídas las muestras de suelo, se llevaron a uno de los laboratorios de la
Universidad Santo Tomás, sede principal, para realizar la determinación de
parámetros como: volumen de suelo, densidad real, densidad aparente, porosidad,
humedad, conductividad y textura. El procedimiento que se utilizó para la
determinación de estos parámetros, fue el mismo tanto para la prueba piloto como
para la prueba de campo, a excepción del método utilizado para hallar la textura del
suelo, ya que para la prueba de campo se acudió al laboratorio INGELABSP LTDA
que se encuentra ubicado en el municipio de Acacias.
Se inició el proceso cortando 10cm de las muestras de suelo extraídas (ilustración
19), consecutivamente esos 10cm de muestra fueron depositados en platos de
acero inoxidable, donde se tomaron registros de los pesos (ilustración 20). Luego
de tener los datos, las muestras se almacenaron en el horno del laboratorio de
suelos a una temperatura de 113°C por tres días, con el fin de extraer el contenido
de agua que se encontraban en ellas. Al pasar los tres días, se sacaron del horno y
se tomaron registros del peso de las muestras secas (ilustración 21), para
desarrollar las ecuaciones mencionadas en el marco teórico y hallar los valores de
los parámetros físicos. La determinación de la densidad del suelo real (ilustración
23) se llevó a cabo mediante el método más recomendado que es con el del
picnómetro, y la densidad aparente bajo el método del cilindro biselado [9].
Por otro lado, la determinación de la textura del Parque Nacional se realizó mediante
el método de campo de textura al tacto, poco preciso, pero de gran utilidad por su
fácil aplicación, ya que los métodos de laboratorio como el de Bouyoucos o de la
pipeta tienen un alto grado de complejidad y requieren equipos especializados [47].
Ilustración 19. Separación muestras
para parámetros físicos.
Fuente: Autoras.
Ilustración 20. Muestras de suelo
húmedas
Fuente: Autoras.
61
Ilustración 21. Secado muestras de
suelo.
Fuente: Autoras.
Ilustración 22. Registro peso de
muestras secas.
Fuente: Autoras.
Ilustración 23. Determinación de la densidad.
Fuente: Autoras.
5.5. APLICACIÓN DE COLUMNAS DE LIXIVIACIÓN
La metodología de las columnas de lixiviación explicada a continuación, se
desarrolló tanto para las muestras extraídas de la prueba piloto como para las de la
prueba de campo.
Principalmente se ubicó el montaje de las columnas como se evidencia en la
ilustración 24, explicado anteriormente en el ítem del diseño de la columna de
lixiviación.
62
Ilustración 24. Montaje de las muestras de suelo
Fuente: Autoras
Una vez situada la columna de suelo, se adiciona una solución como trazador,
elaborada con 0.05g de cloruro de sodio (NaCl) por el litro de agua depositada. Esta
mezcla fue inyectada en la parte superior de la columna dejando una lámina
constante de la sustancia de 5cm.
En la parte inferior del montaje se colocó un vaso precipitado para almacenar el
lixiviado, tomando de forma simultánea registros de la conductividad cada 10
segundos y el tiempo en que se demoró en pasar toda la sustancia por dicha
columna.
Para la prueba piloto se tomaron las mediciones de la conductividad cada 10
segundos en la parte inferior del montaje. Mientras que para la prueba de campo se
tomaron datos de conductividad en la parte superior e inferior, también se
registraron los datos cada 10seg y el tiempo que demoró en pasar la sustancia a
través de la columna.
Una vez obtenidos los datos de conductividad, se prosiguió a calcular varias
concentraciones con diferentes cantidades de NaCl como se evidencia en la tabla
7, con el fin de graficar la relación entre la conductividad y la concentración, obtener
R2 y la ecuación de la recta para hallar Y, que sería el dato de la concentración
como se puede observar en la gráfica 2. Al determinar la ecuación, se tomaron los
valores de la conductividad y se reemplazaron en la misma, obteniendo así valores
que representan las concentraciones. Estos datos finales fueron los que se
agregaron a el programa MatLab para el cálculo del coeficiente de dispersión que
se realizó con base a la solución analítica de la ecuación de advección – dispersión
63
que se muestra a en la ecuación 4.22, previamente explicada en el marco teórico.
Finalmente, con los datos calculados, se prosiguió a la realización de las gráficas
con sus respectivos análisis.
Tabla 7. Datos conductividad en laboratorio
Muestra Sal (gr) Agua (ml)
Concentración (mg/l)
Conductividad (mS/m)
Con sal Sin sal
1 0.02 200 100 88.6 14.92
2 0.03 200 150 115.2 14.59
3 0.04 200 200 165.1 15.2
4 0.05 200 250 187 14.73
5 0.05 250 200 145.9 15.05
Fuente: Autoras
Gráfica 2. Relación concentración vs conductividad
Fuente: Autoras.
5.6. ANÁLISIS DE CONTAMINANTE EN EL SUELO
Para el análisis de contaminantes, fue necesario tomar una muestra de suelo de
60cm y aplicarle un contaminante de cromo elaborado en el laboratorio de química
de la universidad Santo Tomás, sede principal.
Se trabajó con una solución de cromo (VI) preparada a partir de K2Cr2O7 (Dicromato
de potasio) con una concentración de 500mg/L.
y = 1.2911xR² = 0.9546
0
100
200
300
400
500
600
0 50 100 150 200 250 300 350 400
CO
NC
ENTR
AC
IÓN
(m
g/L)
CONDUCTIVIDAD (mS/m)
64
Para iniciar con la preparación de la solución se tomaron 4g de K2Cr2O7 y se
colocaron en el horno a una temperatura de 103°C durante una hora, con el fin de
eliminar la humedad que tenía el reactivo. Seguido a esto, se tomaron 1.414g del
reactivo K2Cr2O7 y se disolvieron en 1000mL de agua desionizada utilizando un
matraz aforado de 1000mL. Posterior a eso, se envasó la solución en un frasco de
ambar (ilustración 25) para evitar que se sufrieran alteraciones, ya que la muestra
es fotosensible y cualquier alteración afectaría la concentración inicial.
Ilustración 25. Almacenamiento del K2Cr2O7.
Fuente: Autoras.
Una vez terminado el contaminante, este fue inyectado en la parte superior de la
columna de suelo y en la parte inferior, se ubicó un recipiente con el fin de almacenar
el lixiviado. Una vez terminada la inyección, la muestra se llevó al laboratorio Agrilab,
reconocido por el Instituto Colombiano Agropecuario (ICA) como un laboratorio de
control de calidad de fertilizantes y acondicionadores de suelos de uso agrícola,
para determinar la concentración del cromo (VI) a diferentes profundidades de la
columna extraída (20, 40 y 60cm).
5.7. DESARROLLO DEL PROGRAMA ESTADÍSTICO
Para dar inicio al desarrollo del programa, fue necesario tomar registro de la
concentración del lixiviado proveniente de las columnas de suelo. Esos valores de
concentración de NaCl, fueron los que se ingresaron al programa de Matlab.
Principalmente se realizó una simulación, cuyo objetivo era la determinación del
65
coeficiente de dispersión del fluido inyectado en las columnas de suelo (NaCl). A
continuación, se explica bajo que método se ejecutó la simulación.
Los valores del coeficiente de dispersión longitudinal se determinaron mediante la
aplicación de una herramienta avanzada de análisis denominada MATLAB “Matrix
Laboratory”, en este software se ejecutaron las correspondientes simulaciones con
la ecuación advección-dispersión mencionada anteriormente en el marco
conceptual; gracias a la confección de un programa que trabaja bajo las condiciones
de Monte-Carlo.
El método de Monte-Carlo se aplicó al programa debido a que éste realiza una
simulación del modelo repetitivo con parámetros aleatoriamente muestreados a
partir de las distribuciones de probabilidad [48]. Es un modelo que se ejecuta en un
modo de lotes con una matriz generada aleatoriamente de valores de parámetros
como entradas y los valores de salida del modelo. Para el programa desarrollado
se hizo uso de la función rand(n), que permitió la generación de una matriz de n x n
con elementos de valores aleatorios entre 0 y 1; mediante la aplicación de esta
función, se obtuvieron valores aleatorios del Dl; trabajando con el método de Monte-
Carlo, donde cada vez que corría el programa el valor de Dl era diferente (valor
aleatorio).
Con el fin de saber cuál de esos valores aleatorios que arrojaba el programa era el
más certero, se vio la necesidad de utilizar la función RMSE que significa Error
Medio Cuadrático, la cual permitió identificar el valor de Dl más cercano a cero, y
por consiguiente el más acertado para el modelo. Sin embargo, el programa se
adapta a la técnica de estimación de incertidumbre de verosimilitud generalizada,
denominada comúnmente como GLUE; mediante esta función no se identifica
ningún conjunto de parámetros óptimos, sino que se selecciona un conjunto de
modelos de comportamiento donde cada modelo tiene una probabilidad (pseudo-
probabilidad) de ser la representación correcta del sistema analizado.
Se escogió la metodología GLUE para el programa, debido a que introduce el
concepto de verosimilitud en un contexto más amplio que el estadístico tradicional.
El procedimiento GLUE es un método de Monte-Carlo, que tiene como objetivo
identificar un conjunto de modelos conductuales (aceptables) dentro del universo de
posibles combinaciones modelo/parámetro. Para implementar GLUE, se realiza un
gran número de ejecuciones para un modelo particular con diferentes
combinaciones de los valores de parámetros, elegidos aleatoriamente de las
distribuciones de parámetros anteriores. Al comparar las respuestas predichas y
observadas, a cada conjunto de valores de parámetro se le asigna un valor de
66
verosimilitud, es decir, una función que cuantifica cuán bien es esa combinación de
parámetros (o modelo) simula el sistema.
Una vez obtenidos los coeficientes de dispersión del suelo arenoso, estos valores
fueron utilizados para ejecutar una última simulación, en la que se incluye el
contaminante cromo (VI).
En el programa se ingresaron los datos de velocidad del fluido en la columna de
suelo, el tiempo en que se demora su infiltración, la dispersión que presenta y por
supuesto el coeficiente de dispersión, que fue hallado en la primera parte de la
ejecución del programa. Esta simulación permitió hacer una proyección de la
cantidad de cromo que queda retenido en los poros del suelo a 0.20, 0.40 y 0.60m
de profundidad, determinando si la metodología aplicada anteriormente fue efectiva.
67
6. RESULTADOS Y ANÁLISIS
A continuación, se presentan los resultados de la determinación de las propiedades
físicas del suelo, tanto para la prueba piloto como para la de campo. A su vez, se
expondrán los resultados de las pruebas de trazadores para ambas pruebas y los
análisis estadísticos que soportan el modelo del coeficiente de dispersión, el cual
fue determinado mediante el programa MatLab y se expondrán los resultados del
análisis de la muestra contaminada con Cromo (VI).
6.1. RESULTADOS DE LA PRUEBA PILOTO
6.1.1. Propiedades físicas
Para determinar las propiedades físicas del suelo fue necesario hallar datos básicos
iniciales como el volumen del cilindro, el volumen de la muestra extraída, el peso
del suelo húmedo y seco, y el tiempo en que se demoró en pasar el fluido a través
de la columna. Todos los cálculos que se hallaron se pueden encontrar en el Anexo
A “Cálculo de parámetros físicos de la prueba piloto”. La tabla 8 resume los
resultados de las propiedades del suelo de las nueve muestras extraídas del parque
Nacional Enrique Olaya Herrera.
Tabla 8. Propiedades físicas del suelo de la prueba piloto.
Parámetro Profundidad
(cm)
Dr
(g/cm3)
Da
(g/cm3)
Ѳ (%) P (%) Ksat
(cm/h)
Velocidad
Muestra
1.1 41 2,83 1,31 34,83 53,72 0,47 0,013
1.2 32 2,80 1,33 34,98 52,48 4,87 0,139
1.3 41 2,71 0,98 53,92 63,90 6,29 0,117
2.1 41 4,02 1,11 46,73 72,38 - -
2.2 43 4,94 1,25 43,65 74,71 0,78 0,018
2.3 28 4,82 1,08 45,25 77,62 - -
3.1 35 3,12 1,24 48,77 60,19 6,90 0,141
3.2 37 3,25 1,29 42,69 60,43 0,54 0,013
3.3 38 3,04 1,14 47,98 62,48 0,72 0,015
Fuente: Autoras.
68
Tabla 9.Textura del suelo del Parque Nacional
Textura Clase
Textural
Arena (%) Limo (%) Arcilla (%) F Ar
28,6 43,6 27,8
Fuente: Autoras.
Se llevó una muestra al laboratorio nacional de suelos del IGAC para que realizarán
la determinación de la textura por Bouyoucos, una determinación más certera y
técnica, proporcionando el resultado que se evidencia en la tabla 9, de un suelo
franco arcilloso.
Los valores obtenidos de la densidad aparente varían entre 1g/cm3 y 1.3g/cm3,
indicando que es un suelo de textura fina, estos valores denotan que este suelo
arcilloso posee muchos nutrientes, materia orgánica y es ideal para el crecimiento
de las raíces [49].
Según la porosidad del suelo de Kaurichev, los resultados obtenidos corresponden
a un suelo con porosidad alta, un suelo medio con alta capacidad de
almacenamiento de agua ,lo que significa que en este suelo predominan los micro-
poros, al ser un suelo de este tipo, se obtiene la retención del agua de una forma
muy rápida y se consigue la saturación casi inmediata de los poros; este análisis es
apoyado con los resultados de la conductividad hidráulica, ya que la interpretación
de ésta fue moderadamente alta, explicando así la posibilidad que tiene el agua de
moverse dentro del suelo.
En cuanto la humedad, se obtuvieron resultados entre 34 – 53%, indicando que las
muestras se encuentran en un grado medio de humedad, es decir, el suelo no
presenta una gran retención de agua, sin embargo, hay que tener en cuenta que los
valores de la humedad no representa en sí la capacidad de almacenamiento del
suelo, esta se encuentra influenciada por factores como el clima, la textura o la
topografía [50].
A pesar de la buena porosidad obtenida y de los altos valores de conductividad
hidráulica, el fluido inyectado en las columnas de suelo demoró demasiado tiempo
en infiltrar, para dar explicación a eso es necesario tener en cuenta ciertos factores
69
que afectan en la infiltración, comenzando con la altura y volumen de la muestra, la
presión que aplicada por el tubo de PVC, la homogeneidad del perfil del suelo, las
condiciones superficiales del mismo, y la cantidad y tipo de coloides que se puedan
encontrar en éste [9]. Además, el suelo se puede ver afectado por las lluvias que se
presentaron en la ciudad, esto hace que las condiciones normales del terreno se
vean afectadas y el suelo no permita de manera fácil el paso del flujo debido a su
saturación.
Al encontrarse con un suelo altamente arcilloso (el 100% de las muestras
clasificaron en este tipo de textura), los contaminantes no se pueden infiltrar de
forma rápida, lo que hace que no se disperse con facilidad y sea más fácil aplicar
un tratamiento en la zona afectada. Cuando se encuentra un suelo de este tipo en
la agricultura, es necesario realizar un sistema de drenaje ya que cuando llueve se
retiene el agua en la superficie y genera inundaciones, dañando así los cultivos [51].
Por otro lado, al ser un suelo permeable, ayuda a que los minerales se mantengan
en el interior y el suelo sea rico en nutrientes, lo que hace que en algunos casos no
se requiera de abono o no se requiera de una forma tan seguida. Por estas
características, el suelo arcilloso es ideal para algunos cultivos [51].
6.1.2. Prueba de Trazadores
Con los datos obtenidos en la prueba de trazadores y con la ecuación de la recta
encontrada en Anexo C “Cálculo de trazadores para la prueba piloto”, se hallaron
los valores de concentración medida en cada una de las muestras extraídas para
los tres puntos seleccionados. A continuación se presentan las gráficas obtenidas
por los resultados de la prueba de trazadores para las muestras extraídas en los
diferentes puntos seleccionados en el parque nacional.
Punto 1
La gráfica 3 expone cómo la concentración medida de la muestra 1.1 aumenta de
forma lenta y presenta una tendencia diferente con respecto a las dos muestras
restantes ocasionada por una alteración que ocurrió en el momento de realizar el
laboratorio, ya que al cambiar el recipiente de almacenamiento del lixiviado, el
conductivímetro presentaba unas bajas en los datos; por el contrario, las muestras
70
1.2 y 1.3 presentan un comportamiento más homogéneo y logran encontrar su punto
de saturación entre los 130-140 mg/L.
El proceso de trazadores para las muestras 1.2 y 1.3 es aproximadamente ocho (8)
veces más rápido que el que presenta la muestra 1.1, debido al desplazamiento y
velocidad que presenta el fluido a través dentro del medio poroso. Descartando así
el resultado de la muestra 1.1 por errores en el ensayo o por diferencias de los
valores que se obtuvieron en comparación con los otros.
Gráfica 3. Concentración medida para el punto1.
Fuente: Autoras.
Punto 2
Para el punto número 2 solamente se obtuvieron resultados en una de las tres
muestras extraídas, ya que el fluido que se les inyectó nunca se infiltró en las
columnas de suelo, presentándose un estancamiento de 5cm de lámina de agua en
la parte superior del tubo de PVC. Dicho estancamiento pudo producirse por: el tipo
de suelo que se extrajo en el punto seleccionado, la saturación con la que contaba
la muestra, la presión del suelo en el tubo, error en el ensayo o en la forma de
manipular la muestra hasta realizar la práctica.
La gráfica 4 muestra cómo la muestra de suelo 2.2 fue alcanzando el punto de
saturación una vez que se ha superado la mitad del tiempo en que se empezó a
inyectar el fluido, dicha saturación se produjo cuando el fluido ocupo todo el espacio
de los poros, obteniendo así los mismos valores de concentración. También se
puede observar que el fluido se demora en realizar el proceso de infiltración, ya que
sólo hasta los 3000s aproximadamente se empezaron a generar datos, esto se
relaciona con la salida de agua de la columna de suelo. Luego de que empezó a
salir el trazador, la muestra demoró casi media hora para alcanzar su punto de
71
saturación, lo que demuestra que el paso del fluido a través de los poros no era
óptimo y eso interfirió con el tiempo que demoró.
Gráfica 4. Concentración medida para el punto 2.
Fuente: Autoras.
Punto 3
En la gráfica 5 se puede observar que el flujo inyectado en la muestra 3.1 se infiltra
de manera rápida, consiguiendo apresuradamente la saturación de los poros,
haciendo que la gráfica se vea constante desde un corto tiempo, sin embargo, para
las curvas de las muestras 3.2 y 3.3 les cuesta un poco más en llegar al punto de
saturación del poro, tardando cinco veces más que la primera muestra.
Al observar esta gráfica, se puede decir que las dos últimas muestras de suelo
presentan una mayor homogeneidad en los datos obtenidos, descartando los
resultados de la primera por errores en el ensayo o por el estado en el que se
encontró la muestra en el momento de la aplicabilidad de la prueba trazador.
Gráfica 5. Concentración medida para el punto 3.
Fuente: Autoras.
72
6.1.3. Comparación de muestras mediante análisis de varianza (ANOVA) en
MatLab
Mediante el software MatLab se realizaron gráficos en barras mostrando las
comparaciones entre las muestras, teniendo en cuenta ciertas propiedades físicas
del suelo como, la porosidad, la conductividad y la velocidad entre las muestras
triplicadas por cada punto como se evidencian en las gráficas 6, 7 y 8.
A su vez, fue necesaria la aplicación del método de análisis de varianza o más
conocido como ANOVA, para poder determinar si se presentaban o no, diferencias
significativas entre las medias de cada una de las muestras, y así poder corroborar
la semejanza o la discrepancia de los datos obtenidos en la metodología aplicada
para cada una de éstas. Este análisis se puede observar de forma más detallada en
el Anexo D.
En la gráfica 6, se puede observar con mayor claridad las diferencias que tienen las
muestras del punto 1 entre sí, constatando que hay una mayor semejanza entre las
muestras 2 y 3 con respecto a los tres parámetros, ya que se puede ver claramente
que la velocidad y conductividad que tiene la muestra 1 son demasiado bajas.
Gráfica 6. Comparación de parámetros entre muestras tomadas en el punto 1.
Fuente: Autoras.
Para el punto Nº2, sólo fue posible realizar la comparación del parámetro de
porosidad como se puede observar en la gráfica 7, debido a que dos de las tres
muestras obtuvieron resultados nulos en la prueba trazadores. Esto pudo ser
ocasionado por algún error en el momento de implementar la práctica o porque la
muestra era tan arcillosa que no permitia el paso del fluido a través de la columna
de suelo.
73
Gráfica 7. Comparación de parámetro entre tres tomadas en el punto 2.
Fuente: Autoras.
De acuerdo con la gráfica 8, se puede determinar que las muestras 2 y 3 tienen una
mayor semejanza, se puede ver como la conductividad y velocidad de estas son
demasiado bajas con respecto a la muestra 1.
Gráfica 8. Comparación de parámetros entre muestras tomadas en el punto 3.
Fuente: Autoras.
Para realizar el análisis en el programa Matlab, se utilizó el ANOVA (p=anova1 (y))
que permitió averiguar si diferentes grupos de una variable independiente tenían
diferentes efectos sobre la variable de respuesta y.
El propósito de la aplicación del análisis de varianza (ANOVA), fue el determinar si
los datos de concentración de las diferentes muestras tomadas en el mismo punto
presentaban medias aritméticas similares o diferentes. Esto con el objetivo de
identificar si realmente existe una relación de dependencia entre los datos de
estudio o no, en otras palabras, saber cuál de estas muestras cuenta con alta
diferencia significativa en sus datos y por lo tanto, descartarla para la determinación
del coeficiente de dispersión longitudinal. El valor P, refleja el grado de parecido
existente entre las medias que se están comparando, es decir, si el valor de P<0.05,
se rechaza la hipótesis de la igualdad de medias y se concluye que no todas las
74
medias poblacionales comparadas son iguales, en caso contrario si P>0.05, no se
puede rechazar la hipótesis de igualdad y no se puede afirmar que los grupos
comparados difieren en sus promedios poblacionales.
El número de muestras a comparar excedían de dos, en este caso la opción que se
consideró válida para la prueba estadística, fue el cálculo ANOVA, que realiza la
comparación entre grupos mediante la varianza de la variable numérica “y” o
variable dependiente en cada grupo de la variable categórica “x” o independiente.
Dicho en otras palabras, fue seleccionada esta técnica estadística ya que no se
tenían la misma cantidad de datos por grupo y al aplicar el ANOVA esa diferencia
de datos no interfería en análisis de varianza y se podía generar la comparación
entre las medias aritméticas.
La forma del ANOVA unidireccional del modelo trabajado en el programa fue:
𝒚𝒊𝒋 = 𝜶𝒋 + 𝜺𝒊𝒋 (4.23)
Con los siguientes supuestos:
𝒚𝒊𝒋= es una observación, en la que i representa el número de observación y j
representa un grupo diferente de la variable predictora y.
𝜶𝒋= representa la media de población para el grupo j
𝜺𝒊𝒋= es el error aleatorio, independiente y normalmente distribuido, con media
cero y varianza constante.
Con el ANOVA aplicado en las muestras y con el nivel de significancia de 0.05, se
determinó que la muestra 1.1 presentaba una gran significancia con respecto a las
muestras restantes del punto número 1, por lo cual se descartó esta muestra para
la determinación del coeficiente de dispersión. Igualmente, se determinó que la
muestra 3.1 contaba con una gran significancia con respecto a las demás muestras
tomadas en dicho punto, por lo que se llegó a la decisión de descartar esta muestra
para la aplicabilidad de la metodología. Sin embargo, cabe resaltar que debido a
que no se obtuvieron resultados en la prueba de trazadores para dos de las tres
muestras tomadas en el punto número dos, no se pudo realizar este análisis
estadístico.
A continuación, en la tabla 10 se exponen los valores de P< 0.05 para las relaciones
aplicadas. En el Anexo D “Análisis de MatLab para pruebas piloto” se pueden
75
observar todos los valores calculados por el ANOVA y los diagramas de bloques
que sustentan los resultados obtenidos.
Tabla 10. Valores de P para las muestras relacionadas por ANOVA.
MUESTRAS
RELACIONADAS P < 0,05 CLASIFICACIÓN
1.1 y 1.2 6.01-61 Significativa
1.1. y 1.3 3.57-69 Significativa
3.1 y 3.2 3.53-146 Significativa
3.1 y 3.3 3.53-146 Significativa
Fuente: Autoras.
En la tabla 11 se pueden observar las relaciones posibles con las muestras
obtenidas, con esos datos se pudo determinar qué muestras eran óptimas y cuales
se podían utilizar para el cálculo del coeficiente de dispersión. A partir del cálculo
de P se descartaron cuatro relaciones; buscando reducir la cantidad de datos y así
poder tener un cálculo más acertado del coeficiente.
6.1.4. Determinación del coeficiente de Dispersión Longitudinal
Para determinar el coeficiente de dispersión longitudinal fue necesario trabajar con
el promedio de las concentraciones de los puntos 1 y 3, con el fin de calcular un
único coeficiente para los tres puntos seleccionados. A continuación se exponen las
gráficas de las concentraciones en la ilustración 26. Todo el procedimiento para el
cálculo del coeficiente de dispersión se puede observar en el Anexo E “Cálculo del
coeficiente dispersión mediante MATLAB-prueba de campo”.
76
Ilustración 26. Promedios de concentración para los puntos de la prueba piloto.
Fuente: Autoras.
Las gráficas muestran cómo el comportamiento de las concentraciones va en
aumento hasta que el suelo llega a su punto de saturación y no es capaz de
acumular más, lo que genera que los datos sean constantes. A partir de estas
gráficas se generó el cálculo para obtener el coeficiente de dispersión longitudinal
para las columnas del suelo extraídas del parque Nacional Enrique Olaya, los cuales
se muestran en la tabla 11.
Tabla 11. Dl del suelo Parque Nacional determinado por MATLAB.
Muestra Error real Dl
(cm2/min)
Velocidad
(cm/min)
Dispersión
(cm)
Punto 1 0,0369 0,1770 0,128 1,382
Punto 2 0,0414 0,0158 0,018 0,877
Punto 3 0,0342 0,0119 0,014 0,850
Fuente: Autoras.
Como se puede observar en la tabla 12, en los suelos del punto 2 y 3 el valor del
coeficiente de dispersión longitudinal (Dl) fue similar, sin embargo, el suelo del punto
1 obtuvo un resultado mayor aunque no significativo. Los valores del coeficiente de
dispersión obtenidos de los suelos extraidos en el parque Nacional no presentaron
diferencias notorias según su localización.
77
En relación a las gráficas representadas en la ilustración 26, se puede observar que
para el punto 1 se tuvo el punto de saturación más rápido y a su vez, el coeficiente
de dispersión fue mayor, mientras que el punto 3 llegó a su punto de saturación en
un tiempo mucho mayor y su coefiiciente fue el más pequeño. Esto quiere decir que
estas dos variables son directamente proporcionales, a mayor velocidad, mayor es
el coeficiente.
Como el coeficiente de dispersión está en función de la velocidad, también está en
función de todas las carcterísticas y propiedades tanto hidráulicas como físicas que
posee el medio poroso, es por eso que los resultados obtenidos son similares, ya
que al realizar la caracterización de los suelos en los tres puntos diferentes, sus
resultados no fueron cambiantes.
Con base a los resultados obtenidos se puede mencionar que el suelo del parque
Nacional no permite que el contaminante pase a través de él de manera fácil, lo cual
genera una retención temprana de la solución a mínimas profundidades. También
hay que mencionar que comparando los valores de dispersividad de 0.45, 0.89 y
1.45 cm del artículo “Estimación de la dispersividad en un suelo arcilloso sorribado
en experimentos de transporte de columnas” [52], con los obtenidos en este trabajo,
se puede observar que tienen una gran similitud, por tal motivo se determinó que
los resultados de la prueba piloto fueron aceptables.
6.2. RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CAMPO
6.2.1. Propiedades físicas
Todos los cálculos que se hallaron se pueden encontrar en el Anexo B “Cálculo de
parámetros físicos de la prueba de campo”. La tabla 12 resume los resultados de
las propiedades del suelo de la única muestra extraída para la caracterización física.
Ésta se tomó de un predio del municipio de Acacias, Meta. Solo se hizo la
determinación para una muestra debido a que todas pertenecían al mismo punto de
extracción.
78
Tabla 12. Propiedades físicas del suelo de la prueba de campo.
Profundidad (cm)
Densidad P (%) Ѳ (%) Ksat
(cm/h) Velocidad (cm/min)
40
Real (g/cm3)
Aparente (g(cm3)
58,3 7,46 0,47 0,06
2,89 1,21
Fuente: Autoras
Tabla 13. Textura del suelo de Acacias
Textura Clase
Textural
Arena (%) Limo (%) Arcilla (%) AF
77,5 12,4 9,1
Fuente: Autoras
Para determinar la textura del suelo fue necesario recurrir al laboratorio INGELABSP
LTDA ubicado en Acacias, donde llevaron a cabo el estudio mediante el método de
granulometría, este método nos permitió indicar que el predio donde realizamos las
extracciones de las muestras es un suelo arenoso franco. Los resultados
proporcionados por el laboratorio se pueden observar en la tabla 13 y el documento
completo se evidencia en el Anexo B.
La porosidad que se obtuvo se encuentra en un rango excelente, lo cual indica que
hay mayor presencia de macro-poros, facilitando el drenaje de la columna y
disminuyendo la capacidad de almacenamiento de agua que tiene el suelo. Sin
embargo, su velocidad no fue tan alta, pero hay que tener en cuenta que existen
algunos factores que interfieren, como son: la altura de la muestra, la presión que
presenta el suelo y la homogeneidad del horizonte del suelo, puesto que puede
haber vacíos a lo largo de la muestra que se extrajo.
En este tipo de suelo arenoso, el contaminante puede tener una mayor movilidad,
ya que el suelo es ligero y permite la infiltración de solutos de forma rápida
(dependiendo de la capacidad de retención de los poros), permitiendo que este
alcance grandes profundidades hasta tal punto que pueda llegar a los acuíferos que
se encuentran en el sector.
79
6.2.2. Prueba Trazadores
A continuación se presentan las gráficas que se obtuvieron de acuerdo a los
resultados arrojados por la prueba en campo en el municipio de Acacias, Meta.
La muestra Nº 1 se tomó a una profundidad de 0.20m. En la gráfica 9 se puede
observar como la muestra de suelo presenta una concentración constante luego de
tener una pequeña caída de los datos a los 1500 segundos (25 minutos), después
de ese tiempo, llega a su punto de saturación a los 3610 segundos (60 minutos)
arrojando una concentración de 18,7mg/L. El corto tiempo que demoró en pasar el
trazador demuestra que el suelo es lo suficientemente arenoso para permitir el paso
rápido del mismo.
Gráfica 9. Concentración medida - Muestra 1 (0.20m).
Fuente: Autoras.
La muestra N° 2 se tomó a una profundidad de 0.40m. El resultado que se obtuvo
se puede observar en la gráfica 10. Con base a la gráfica se puede decir que esta
muestra de suelo sufrió una elevación repentina en la concentración, esto se puede
deber a que se generó un estancamiento en la muestra, lo que generó un aumento
de la concentración. Su punto de saturación se muestra cercano a un valor de
2mg/L. En esta muestra se obtuvieron valores muy pequeños de concentración en
comparación con la número 1, resultado que fue ocasionado porque la mayor parte
de la concentración de NaCl quedo acumulada en la columna de suelo.
A pesar de que la muestra demoró aproximadamente hora y media en bajar y
consiguió su punto de saturación en el mismo tiempo, se evidenció que el suelo es
demasiado arenoso y eso ayudó a que se absorbiera el trazador en los poros de
forma rápida, a eso se debió la saturación inmediata.
80
Gráfica 10. Concentración medida - Muestra 2 (0.40m)
Fuente: Autoras.
El resultado obtenido para este punto se evidencia en la gráfica 11. La muestra Nº
3 tuvo una profundidad de 0.60m, en esa gráfica se muestra que la solución
inyectada atravesó la columna de suelo luego de haber pasado la mitad del tiempo
de la prueba realizada, sin embargo, una vez que la solución atravesó, se consiguió
de forma rápida la saturación de los poros, haciendo que la gráfica fuera constante.
Al igual en la muestra número 2, en la presente también se registraron valores
pequeños de concentración, esta muestra tuvo las concentraciones más bajas.
Igualmente, este resultado se debe a que la concentración de NaCl que se agregó
al fluido utilizado (H2O) quedo en su mayoría acumulada en el suelo, haciendo que
el fluido que atravesó la columna, llegara al recipiente con poca concentración.
Gráfica 11. Concentración medida - Muestra 3 (0.60m)
Fuente: Autoras.
81
6.2.3. Determinación del coeficiente de Dispersión Longitudinal
En este caso, para poder realizar el cálculo del coeficiente de dispersión no fue
necesario hacer un promedio de las concentraciones, ya que sólo se tenía una
muestra por punto, lo cual facilitó el trabajo ya que se pudo realizar el cálculo de
una forma directa. Al igual que para la prueba de trazadores, se graficaron las
concentraciones, sin embargo para esta se ignoraron los valores de 0 para cada
punto como se muestra a continuación en la ilustración 27. Todo el procedimiento
para el cálculo del coeficiente de dispersión se puede observar en el Anexo G
“Cálculo del coeficiente dispersión mediante MATLAB-prueba de campo”.
Ilustración 27. Curvas de concentraciones para los diferentes puntos de la prueba
de campo.
Fuente: Autoras.
Estas gráficas también muestran el comportamiento en aumento de las
concentraciones, hasta que el suelo llega a su punto de saturación y la
concentración se vuelve constante. Los cálculos del coeficiente de dispersión
longitudinal para las columnas del suelo extraídas del predio localizado a 3° 59’
15,802”N, 73° 45’ 27,15”W en el municipio de Acacias- Meta, se muestran en la
tabla 14.
82
Tabla 14. Dl del suelo Acacias – Meta determinado por MATLAB.
Muestra Error real Dl
(cm2/min)
Velocidad
(cm/min)
Dispersión
(cm)
0.20m 0,0245 0,6390 0,0941 6,7906
0.40m 0,0376 0,2522 0,0635 3,9716
0.60m 0,0698 0,3866 0,0468 8,2606
Fuente: Autoras.
Para las tres muestras extraídas en Acacias se obtuvieron los respectivos
coeficientes de dispersión longitudinal, observando que el mayor fue obtenido de la
muestra de 20cm con 0,639cm2/min, sin embargo los valores de los coeficientes no
fueron tan desiguales a pesar de que la dispersión fue muy distinta, esto se debe a
que según la ecuación [18] donde representa en una dimensión la determinación
del coeficiente de dispersión, los parámetros de dispersión y de velocidad de flujo
tienen una relación directa sobre este.
Los valores reportados para el predio seleccionado de Acacias sugiere la
intercalación de material con baja y alta conductividad, el valor más bajo se encontró
a los 40cm, mientras que los valores más altos están en los 20 y 60 de profundidad,
lo cual representa que hay un lente de material más conductivo, lo que quiere decir
que el contaminante en esas distancias va atravesar el medio poroso sin ninguna
dificultad.
Para este medio poroso (arenoso) se obtuvieron valores grandes del coeficiente de
dispersión, ya que dada las características del suelo, este permite que el
contaminante puede pasar a través de el sin ninguna dificultad.
6.2.4. Determinación de la concentración del cromo (VI)
Para dar un sustento de la metodología de columnas de lixiviación y la simulación
por medio del programa MATLAB, se sacó una muestra de suelo de 0.60m en el
predio de Acacias, Meta y a ésta se le inyectó una concentración de 500mg/L de
Cromo (VI). La muestra fue llevada a los laboratorios de AGRILAB, Servicios
Ambientales y Agrícolas, para que se determinara la concentración del
contaminante a diferentes profundidades, se tomaron las mismas de la prueba de
83
campo: 0.20m, 0.40m y 0.60m. Los resultados del laboratorio se pueden ver en el
Anexo H “Análisis de contaminante por Cromo (VI)”.
Una vez obtenidos los resultados de laboratorio, se continuó a realizar la simulación
en el programa MATLAB para hacer la comparación de datos y verificar si el
programa funcionaba de forma correcta y precisa. En la tabla 15 se pueden observar
los datos del laboratorio y de la simulación para las diferentes profundidades. La
simulación del Cromo (VI) se puede observar en el Anexo I “Simulación de
concentración Cromo (VI)”.
Tabla 15. Determinación de Cromo (VI).
Profundidades Cantidad Cromo por
AGRILAB
Cantidad Cromo por
MATLAB
Unidades
0.20m 124 85.83 Mg/kg
0.40m 43.5 214.02 Mg/kg
0.60m 231 256.30 Mg /kg
Fuente: Autoras.
Como se evidencia en la tabla 16, los valores de la concentración que se obtuvieron
en el laboratorio AGRILAB y los calculados por la simulación no evidenciaron una
gran similitud, sin embargo, hay que tener en cuenta que la ecuación de dispersión-
advección es analítica y eso hace que se tenga un margen de error. Este margen
de error se puede generar por un cálculo erróneo del comportamiento del
contaminante en el suelo. El cálculo que el programa cree correcto se da gracias a
que algunos parámetros de la ecuación son dados analíticamente, no son
calculados de una forma certera. En este caso el error se presenta en el valor de la
concentración de la solución en la parte superior de la columna (C0), éste al no ser
un número determinado en campo, sino siendo un valor estimado, y al estar
relacionado con la dispersión del contaminante de una forma directa, puede generar
modificaciones considerables en los resultados de la simulación.
En la tabla 16 se evidencia que a mayor profundidad, mayor es el valor de la
concentración, resultado que puede ser influenciado por la capacidad de
permeabilidad y retención que presente el suelo, la cual variará con la profundidad
del suelo y la textura. En este caso, al ser un suelo arenoso, la infiltración del
84
contaminante se presentará de forma rápida, reteniéndolo en profundidades donde
su compactación sea mayor.
Sin embargo, también se debe tener en cuenta que el pH, potencial redox,
composición iónica de la solución del suelo, capacidad de intercambio (catiónico y/o
aniónico), presencia de carbonatos, materia orgánica, textura entre otras, influyen
en la movilización de los metales pesados en el suelo. En general, los metales
pesados incorporados al suelo pueden seguir cuatro diferentes vías: la primera en
donde queda retenido en el suelo, ya sea disueltos en la fase acuosa del suelo u
ocupando sitios de intercambio; la segunda, específicamente adsorbidos sobre
constituyentes inorgánicos del suelo; la tercera, asociados con la materia orgánica
del suelo y la cuarta, precipitados como sólidos puros o mixtos [6].
Una vez en el suelo, los metales pesados pueden quedar retenidos en el mismo
pero también pueden ser movilizados en la solución del suelo mediante diferentes
mecanismos biológicos y químicos. Los metales pesados adicionados a los suelos
se redistribuyen y reparten lentamente entre los componentes de la fase sólida del
suelo. Dicha redistribución se caracteriza por una rápida retención inicial y
posteriores reacciones lentas, dependiendo de las especies del metal, propiedades
del suelo, nivel de introducción y tiempo [6].
85
7. CONCLUSIONES
▪ Al realizar el análisis de las características físicas del suelo y de los resultados
obtenidos por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, se llegó a la conclusión
que las muestras de la prueba piloto fueron de un suelo franco arcilloso, lo que
hizo que se dificultara la ejecución de trazadores en el laboratorio ya que se
retenía la concentración NaCl y agua en la superficie ocasionando una mala o
nula infiltración en la columna de lixiviación.
▪ Para la prueba de campo, con base a los resultados del laboratorio de
características físicas realizado en el laboratorio de la universidad Santo Tomás
y los obtenidos por el laboratorio INGELABSP LTDA, se determinó que el suelo
era franco arenoso, haciendo que la infiltración del trazador en la columna de
lixiviación no presentara inconvenientes y no se generara un estancamiento del
fluido inyectado en la superficie de la misma.
▪ Para la prueba de trazadores de la prueba piloto en el Parque Nacional, solo se
obtuvieron resultados de siete (7) de las nueve (9) muestras extraídas. Las dos
(2) muestras restantes estaban saturadas, posiblemente por las lluvias que se
presentaron en ese tiempo, lo que no permitió desarrollar completa la
metodología, esto se pudo dar debido a que el suelo es franco arcilloso y
presenta una porosidad alta, lo que genera una gran capacidad de
almacenamiento.
▪ Para la prueba de campo en Acacías, Meta, la metodología de columnas de
lixiviación funcionó en todas las muestras extraídas. Ya que la clase textural del
suelo es de tipo franco arenoso, el fluido no se retenía en los macro-poros,
permitiendo así una rápida infiltración y un menos tiempo de ejecución.
▪ Debido a la clase textural del suelo de Acacías, Meta y la prevalencia de macro
poros que tiene este suelo franco arenoso, no se genera retención sino que
ayudan a la infiltración y dispersión de un fluido o un contaminante en un tiempo
más corto; hasta que llegue a una profundidad donde el tipo de suelo sea
diferente y tenga una mayor impermeabilidad y compactación, reteniendo así el
contaminante. En base a los resultados del coeficiente de dispersión, se calculó
un valor máximo de 0,63 cm2/min, lo que comprueba la gran dispersión que tiene
este tipo de suelo.
86
▪ Al determinar la concentración de Cromo (VI), se llegó a la conclusión de que a
mayor profundidad mayor sería la concentración, ya que el registro más alto se
presentó a los 0.60m con un valor de 256,30 Mg/kg. A pesar de que los valores
de la concentración arrojados en la simulación no dieron iguales a los calculados
en los laboratorios de AGRILAB, la metodología se considera efectiva ya que
nos permitió tener una aproximación sobre el comportamiento del contaminante
en el suelo. Se debe tener en cuenta que la ecuación es analítica y algunos
parámetros de la ecuación se estiman, generando simulaciones erróneas en
cuanto al comportamiento del contaminante en el suelo.
87
8. RECOMENDACIONES
▪ Al momento de seleccionar la zona de estudio primero es recomendable extraer
muestras blancas para realizar el ensayo de infiltración y así comprobar si se
puede la realizar la prueba de trazadores. Esto se haría con el fin de trabajar con
el mismo tipo de suelo para la prueba piloto y la prueba de campo y así no tener
resultados tan variados.
▪ Para determinar si la metodología de columnas de lixiviación para el cálculo de
longitudes de pluma contaminante en suelo es certera, es importante realizar un
ensayo experimental o también llamado una prueba piloto para limitar los efectos
negativos. También es necesario realizar una prueba de campo para confirmar
la metodología.
▪ Para obtener un menor rango de error, se recomienda extraer varias muestras
de suelo por cada uno de los puntos seleccionados, así se puede hacer un
análisis estadístico y descartar las muestras que no sirven para la metodología
de columnas de lixiviación; por lo menos el 50% de los datos deben ser factibles.
▪ Para determinar el coeficiente de dispersión en el suelo se recomienda tomar
muestras a diferentes profundidades, así se podrá realizar un análisis más
completo y determinar si el coeficiente se ve afectado por las capas de este
medio. Hay que tener en cuenta que cuando se trabaja con un suelo agrícola,
sólo se pueden hacer análisis en profundidades próximas a los 20cm, ya que a
mayor profundidad el suelo estará muy compactado y será arcilloso.
▪ Es necesario manipular de forma adecuada las muestras de suelo extraídas para
que no sufran alteraciones en la humedad o en la compactación, es necesario
que el suelo esté igual a las condiciones iniciales.
▪ Cuando se quiera hacer una comprobación de la dispersión de un contaminante
es mejor usar un suelo virgen para que se introduzca una concentración
conocida del contaminante y sea más fácil realizar la simulación del mismo.
▪ Los equipos para las columnas de lixiviación deben estar inmóviles al momento
de registrar datos, ya que al generar algún tipo de movimiento los datos van a
ser alterados y no resultarán confiables para el desarrollo de la metodología.
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ANEXOS
Anexo A “Cálculo de parámetros físicos de la prueba piloto”.
Anexo B “Cálculo de parámetros físicos de la prueba de campo”
Anexo C “Cálculo de trazadores para la prueba piloto”
Anexo D “Análisis de MatLab para prueba piloto”
Anexo E. “Cálculo de trazadores para la prueba de campo”
Anexo F “Cálculo del coeficiente de dispersión mediante MATLAB – Prueba Piloto”
Anexo G “Cálculo del coeficiente de dispersión mediante MATLAB – Prueba de
campo”
Anexo H “Análisis de contaminante – Cromo (VI)”
Anexo I “Simulación de concentración de Cromo (VI)”
89
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