2 10 64 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/2701bffc87ba898b0625a985db5957c9.pdf 5416ad5f5504226b18d8d6b7a95986d3 PDF Text Text Tesis doctoral El desarrollo compensado como alternativa a la sustentabilidad en la minería(aprehensión ético- cultural) Juan Manuel Montero Peña �1 REPÚBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACI ÓN SUPERIOR UNIVERSIDAD DE LA HABANA FACULTAD DE FILOSOFÍA DEPARTAMENTO DE FILOSOFÍA El desarrollo compensado como alternativa a la sustentabilidad en la minería (aprehensión ético – cultural) TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS FILOSÓFICAS Juan Manuel Montero Peña La Habana - 2006 �2 REPÚBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACI ÓN SUPERIOR UNIVERSIDAD DE LA HABANA FACULTAD DE FILOSOFÍA DEPARTAMENTO DE FILOSOFÍA El desarrollo compensado como alternativa a la sustentabilidad en la minería (aprehensión ético – cultural) TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS FILOSÓFICAS AUTOR: M.Sc. Juan Manuel Montero Peña Tutores: Dr. C. Jorge Núñez Jover Dr. C. Eulicer Fernández Maresma Dr. C. José Otaño Noguel La Habana – 2006 �3 SÍNTESIS La Tesis, tiene como objetivo Analizar la concepción filosófica del desarrollo sustentable y su concreción en la actividad minera, elaborando un concepto que sirva de referencia a una minería que contribuya al logro de la sustentabilidad. Se valora la relación hombre – naturaleza – sociedad desde diferentes concepciones filosóficas, desde el planteamiento de las limitaciones en el abordaje del problema ambiental durante toda la modernidad y la crítica a la razón instrumental hasta la consideración del holismo ambiental como un enfoque imprescindible en la superación de las limitaciones existentes y un acercamiento a la historia de la ética y la ética ambiental. Se realiza un análisis crítico de la sustentabilidad, sus dimensiones y los aspectos metodológicos involucrados en los resultados que se esperan obtener al final de la tesis. Se profundiza en las singularidades de esta elaboración y se propone a partir de la herencia del pensamiento social cubano una nueva forma de plantear el desarrollo sustentable. Se plantea una nueva forma de analizar la sustentabilidad, el desarrollo compensado y se proponen indicadores de desarrollo compensado. Como resultados esperados la elaboración de un concepto alternativo de desarrollo para la industria minera y la determinación de un sistema de indicadores de desarrollo compensado. �4 ÍNDICE: Materias: Páginas: Introducción. 5 Capítulo I Esencia de la relación hombre – naturaleza – sociedad 15 1.1 La relación hombre – naturaleza – sociedad como fundamento de la existencia humana 15 1.2 La relación hombre - naturaleza – sociedad en la modernidad. 19 1.3 El problema ambiental 20 1.4 El holismo ambiental 24 1.5 La ética medio ambiental y el medio ambiente 28 Capítulo II El concepto desarrollo sustentable 34 2.1 Surgimiento del concepto desarrollo sustentable 34 2.2 Limitaciones y aciertos del concepto desarrollo sustentable 34 2.3 Las dimensiones de la sustentabilidad 51 2.4 Lo singular, lo particular y lo universal en el concepto desarrollo sustentable 58 2.5 Los grados de sustentabilidad 60 2.6 66 Características de los indicadores de sustentabilidad �5 Capítulo III El desarrollo compensado en la minería y sus indicadores 72 3.1 La minería como actividad económica 72 3.2 Realidad minera y ética del minero 76 3.3 La sustentabilidad en la minería 82 3.4 El desarrollo compensado 85 3.5 Indicadores de desarrollo compensado 93 3.6 Actividades alternativas para la sustentabilidad de la minería 112 Conclusiones 118 Recomendaciones 120 Bibliografía 121 Publicaciones y eventos del autor 148 �6 Introducción: El pasado siglo XX puede ser calificado como el de mayor avance en la conquista del hombre sobre la naturaleza. La actividad humana, utilizando las más diversas tecnologías, ha penetrado prácticamente todos los dominios del mundo, desde la manipulación genética hasta la exploración minera a través del uso de satélites artificiales. Indudablemente, en este recién iniciado siglo XXI, podemos hablar de la construcción de un nuevo entorno, el “[...] tecnocultural que vamos interponiendo entre nosotros y la naturaleza y al que nos hemos adaptado progresivamente conforme nos hemos alejado de la naturaleza” (Sanmartin, 2001:79-80). La ciencia y la tecnología se han convertido en aliados naturales del hombre en su enfrentamiento milenario a las “fuerzas ciegas” de la naturaleza. La búsqueda de un modelo de desarrollo, en que se armonicen los intereses de la naturaleza y la sociedad, se ha convertido en un imperativo de nuestra época. La toma de conciencia mundial sobre el carácter finito de los recursos naturales, ha situado en la mesa de los más diversos actores sociales la necesidad de encontrar una vía de desarrollo que permita perpetuar la especie humana, para lo cual se exige un medio ambiente donde sea posible la vida del hombre y las demás especies. La humanidad parece coincidir en que el tipo de modelo que debe imponerse es el de la sustentabilidad, el cual, en sus dimensiones, incluye lo ecológico, lo ambiental, lo político y lo social. Precisamente, en este campo de investigación se inserta la tesis de doctorado, en empeño de contribuir a precisar, dentro del proyecto social cubano, teóricamente, cómo la minería puede contribuir al desarrollo nacional. Un hito significativo en esta búsqueda lo representan los verdes, ellos “[…] centran su análisis de los problemas medioambientales en una crítica de la política y la economía actuales […]” (Dobson, 1999:12). Por eso es imprescindible el conocimiento de este movimiento que tiene en el Club de Roma (1970) y en su informe “Los límites del crecimiento” su inicio fundacional, a pesar de que estas ideas existen desde mucho antes. El mensaje sobre lo imposible de crecer más allá de los límites impuestos por la tierra (Meadows, 1999) identifica a los verdes y en ello reside su importancia. Ellos (Schumacher, 1999) tenían un criterio diferente con respecto a los que poseían la ilusión de pensar que en la era moderna, gracias a la ciencia y la tecnología, se puede continuar consumiendo y produciendo de forma ilimitada. Autores notables de esta línea de pensamiento ven al hombre como parte inseparable del medio ambiente (Owen, 1999) reclamando soluciones integrales del problema ambiental y el análisis holístico de las relaciones del hombre con la naturaleza. Tal es el caso del físico norteamericano F. Capra en el “Punto Crucial” en que cuestiona la razón instrumental dominante, en la modernidad, en nuestro modo de acercarnos a la �7 naturaleza y plantea la necesidad del análisis “[…] orgánico, holístico y ecológico” (Capra, 1999:52). De ahí que en la tesis se profundice en estos pensadores. En este mismo sentido se encuentra el emblemático trabajo de (Carson, 1999) “La Primavera Silenciosa” publicado en el 1962 y de extraordinaria relevancia en el movimiento ambiental posterior. El reto al análisis integral de los fenómenos ambientales se une al cuestionamiento al industrialismo como filosofía que pone en “[…] duda el crecimiento económico […]” (Porrit, 1999:43). Todos estos autores ofrecen un incuestionable aporte al pensamiento crítico de la época actual, por ello su imprescindible conocimiento y referencia. El ecofeminismo es otro hito en la historia del movimiento ambiental, referencia obligada en la construcción de un nuevo paradigma ambiental diferente al actual, que tiene en el patriarcado la causa común de la dominación de la mujer y de la naturaleza (Plant, 1999), (Shiva,1999), y busca desentrañar los verdaderos mecanismos de dominación de las mujeres en un intento de alcanzar “[…] la verdadera liberación de las relaciones humanas con la naturaleza” (Valdés, 2005:80). Su herencia teórica es valiosa en los planteamientos que sostiene esta investigación, a pesar de no abordar el análisis clasista en el planteo de las verdaderas causas de la explotación de la mujer. La ecología social, por su parte, aparece como una búsqueda de las causas de la dominación del medio ambiente a partir de la explotación del hombre por el hombre (Bookchin, 1999) sin llegar a ver en las relaciones de propiedad las causas de este fenómeno. La sustentabilidad “[…] emerge en el contexto de la globalización como la marca de un límite y el signo que reorienta el proceso civilizatorio de la humanidad” (Leff, 1998:15) “[…] ante la ausencia de acuerdos sobre un proceso que para casi todo el mundo es deseable. Sin embargo, la simplicidad de este enfoque oscurece la complejidad y las contradicciones fundamentales” (Redclift & Woodgate, 2002). Es imprescindible encontrar una forma adecuada de hacer viable el desarrollo sustentable a pesar de ahora trasladarse el “[…] locus de la sostenibilidad […] de la naturaleza al desarrollo […]” (Sachs, 2002:65). Esta manera de expresar las relaciones hombre – naturaleza – sociedad complejizan la elaboración de estrategias medio ambientales al no quedar bien establecidas las diferencias entre crecimiento y desarrollo (Baker, 2002). Por ello es imprescindible dedicar parte de la tesis a reflexionar sobre esto si se aspira a plantear una alternativa que contribuya a elucidar las contradicciones socio –clasistas existentes en la formulación del concepto. Ante una realidad bien conocida diversos autores consultados, (Khor, 2005), (Fernández, 2005), (Romano, 2005), (Hurd, 2005), (Corbatta, 2005), (Harribey, 2005), (Godelier, 2005), (Salazar, 2005) realizan una crítica al concepto “desarrollo sustentable” sin llegar a plantear las verdaderas causas de las crisis ambientales, tema en el cual es necesario �8 trabajar. Por caminos similares se mueve el pensamiento de la CEPAL en la década de los noventa. “La Comisión Sur” asume el desarrollo a partir del logro de una alta espiritualidad, de liberar a los hombres del temor a las carencias materiales y a la desaparición de la opresión económica y política (Comisión Sur, 1991). Por su parte (Valdés & Chassagnes, 1997) incluyen en su forma de analizar el desarrollo sustentable desafíos que los gobiernos deben enfrentar dirigidos a lograr crecimiento económico, equidad y sustentabilidad ambiental. (Pronk & Nabub, 1992) consideran que el desarrollo no puede crear deudas sociales y ecológicas. En (Herrero, 1989) aparecen ideas referidas a un desarrollo en el que se incluya todo lo relacionado con las limitaciones que imponen la organización social, la capacidad de la biosfera de absorber los residuos de las actividades humanas y la tecnología. (Guimaraes, 1994) define con precisión teórica los contenidos de las dimensiones de la sustentabilidad, sin embargo, quedan importantes vacíos teóricos por precisar. La relación tecnología – valores aparece como un punto de referencia obligado en el análisis de los posibles nichos de sustentabilidad. Es obligada la valoración porque el “[…] impacto de las tecnologías industriales y de las nuevas tecnologías sobre la naturaleza ha suscitado una profunda reflexión sobre los rasgos de las innovaciones tecnocientíficas, con la consiguiente aparición de nuevos valores, a los que genéricamente podemos llamar ecológicos” (Echeverría, 2002:226). Esto es muy importante para el abordaje que se propone en el planteamiento de un nuevo concepto para la sustentabilidad de la minería pues “[…] la tecnología […] tenía ciertas cualidades entre las que se podían enumerar un tipo particular de racionalidad – racionalidad instrumental, la búsqueda de la eficiencia – […]” (Winner, 2001:57). Esta racionalidad es socialmente construida y se produce dentro de un sistema sociotécnico concreto donde “[…] un valor no se satisface aisladamente […] sino que esa satisfacción sólo es factible en un marco plural en el que está involucrado un sistema […] de valores” (Echeverría, 2001:26). De ahí la necesidad de una reflexión sobre la cuestión de los valores desde la visión de la relación entre ciencia, tecnología y sociedad (CTS) que es medular para concretar una visión amplia de la sustentabilidad. (Cerezo & Méndez, 2005) y (Dürr, 1999) cuestionan la posibilidad de la existencia del desarrollo sustentable y se plantean interrogantes sobre su viabilidad dentro de la sociedad capitalista. La existencia de un pensamiento crítico en este sentido nos señala la necesidad de reflexionar sobre la importancia metodológica de este concepto. Todo ello sugiere la idea de que el tema del desarrollo sustentable es un campo aún por definir (Barreto, 2001), en constante construcción, sobre el cual existen innumerables dudas epistemológicas que se abordarán en diferentes momentos. Especialmente se dedica un espacio al análisis de las limitaciones que la modernidad ha impuesto en el �9 estudio de las relaciones naturaleza – sociedad, pues, como resultado de un enfoque dicotómico han aparecido líneas de pensamiento que se alejan de la esencia del problema dando una visión errónea. El capítulo inicial de la tesis aborda las cuestiones filosóficas vinculadas con la temática, especialmente, todo lo relacionado con la necesidad de revelar la esencia del problema ambiental. Para ello se realiza una profunda búsqueda del pensamiento filosófico cubano actual que incluye autores imprescindibles, los primeros agrupados en torno a un clásico como “Cuba Verde” entre los que aparecen (Delgado, 1999), (Fung, 1999), (Limia, 1999), (Fabelo, 1999) entre otros. Las idea sobre la necesidad de que para alcanzar la sustentabilidad es imprescindible “[…] dar solución a las contradicciones Norte - Sur […]” (Delgado, 1999:83), “[…] diseñar y poner en práctica políticas nacionales bien definidas […]” (Delgado, 1999:83), “[…] conocimientos científicos […]” y “[…] dotar a la tecnología de una nueva eticidad […]” (Delgado, 1999:83) constituyen hilos conductores de la presente investigación. En “Cuba Verde” aparecen importantes trabajos que aportan una visión más universal de la problemática de la sustentabilidad, tal es el caso de (Lane, 1999) quien realiza una concienzuda crítica a la utilización errónea del concepto desarrollo sustentable. El trabajo de (Dürr, 1999) aporta claridad en la crítica consecuente al modo dominante del hombre relacionarse con la naturaleza y la separación que interpone entre “[…] hombre y medio ambiente, entre cultura y naturaleza […]” (Dürr, 1999:32). En esta compilación otros autores presentan interesantes contribuciones a la problemática que se aborda a pesar de que algunos tópicos no coincidan con las posiciones teóricas que sustenta el autor de la tesis. Vale citar los trabajos de (McLaughlin, 1999), (Schumacher, 1999), (Gale, 1999) y (Novel, 1999), en ellos se realizan reflexiones de profundidad sobre cómo llegar a la sustentabilidad, que sirven de base para su reelaboración desde la óptica que se defiende en la tesis. En un segundo grupo de autores se agrupan trabajos referenciales para la investigación, entre estos las obras de (Delgado, 2005) “Hacia un nuevo saber ético: La Bioética en la revolución contemporánea del saber” y “Efectos del desarrollo científico – técnico: sensibilidad pública conocimiento y riesgo”. Entre estos especialistas se encuentran obras clásicas del tema de (Leff, 2005), “¿De quién es la naturaleza? “Sobre la reapropiación social de los recursos naturales” y “Ecología y Capital”. En la valiosa compilación “Ecología y Sociedad”, es posible encontrar otros trabajos que constituyen obligada referencia en el planteamiento teórico de la tesis, entre ellos los numerosos artículos de (Valdés, 2005) y (López, 2005) con un reconocido aporte en el campo de la ética que constituye uno de los espacios de reflexión que se propone en la tesis. Los trabajos de (Castells, 2005), (Alier, 2005), (Folch, 2005) y (Ferry, 2005) representan un momento �10 importante del pensamiento ambiental reconocido por el autor como una contribución valiosa en la construcción de su marco teórico. Al plantearnos que el problema ambiental es el resultado de un contexto social matizado por la problematización de las interconexiones existentes entre la naturaleza y la sociedad, subjetivizado por las ideas dominantes, se intenta, además, desentrañar la razón instrumental que le subyace al concepto desarrollo sustentable. La tesis titulada “El desarrollo compensado como alternativa a la sustentabilidad en la minería (aprehensión ético-cultural)” plantea que la minería como actividad independiente no es sustentable, tomando como referencia la del níquel en Moa. En la propuesta teórica de esta tesis se busca superar estas limitaciones en el tratamiento de la relación hombre – naturaleza – sociedad para lo cual se realiza un enfoque integrador del problema ambiental, con especial énfasis en la participación en el debate, surgido en torno a este tema, de expertos de la minería, científicos, estudiantes, directivos y trabajadores de las empresas mineras y de los centros de investigación. Los minerales desempeñan un rol privilegiado en el desarrollo de la civilización humana, tanto, que sin ellos no sería posible el vertiginoso ritmo de crecimiento actual. Por eso, a pesar de resultar la minería una actividad particularmente agresora del medio ambiente, las generaciones actuales no pueden aún prescindir de los minerales (Espí, 1999). Pero esta actividad, es mucho más que un proceso productivo mediante el cual el hombre obtiene valiosos recursos de la naturaleza, es cultura, identidad, arraigo, desarraigo, alienación. Por ello es imprescindible para esta investigación y otras “[…] saber los valores compartidos por la población, cómo han evolucionado los valores tradicionales con la explotación minera, cuáles han sido los cambios, cuál es el sentido de pertenencia de la zona […] qué ha cambiado con la actividad minera […]” (Vargas, 2002:174) En la literatura consultada no se encuentran estudios anteriores que permitan establecer una referencia sobre cómo desarrollar una minería sustentable en el níquel, ni cuáles serían los indicadores para medirla. Es notorio que en el transcurso de la investigación no se conocieron estudios precedentes que trataran la temática de la ética minera. En esta misma dirección se constató la inexistencia en Cuba de un Código de ética del minero a pesar de los esfuerzos por validar un pensamiento dirigido al logro de una minería que aporte a la sustentabilidad del proyecto social cubano. La temática sobre la ética y la determinación de principios para la elaboración de un Código de ética del minero y el establecimiento de un pensamiento ético en las ciencias mineras, constituye una necesidad teórico – práctica de la comunidad minera cubana. En los análisis bibliográficos realizados se encontró que en Cuba aún no se han determinado indicadores de sustentabilidad para la industria minera donde se incluya todas las dimensiones. Han existido investigaciones que llegan hasta el planteamiento de �11 aspectos muy específicos de la minería, la mayoría de los cuales quedan en lo ambiental y lo ecológico. (Valdés, 2002) analiza la materialización de los principios de la sustentabilidad en Cuba sin proponer indicadores. (Guerrero & Blanco, 2002) presentan un trabajo en el cual se analizan criterios generales de sustentabilidad ambiental. En este trabajo no se proponen indicadores de sustentabilidad. (Guardado, 2002) propone un Sistema geoambientales dentro del modelo clásico PER (presión-estado-respuesta) en el que no se incluyen las variables económicas y socioculturales. (Guardado & Vallejo, 2002) proponen indicadores ambientales sectoriales para el territorio de Moa. En estos trabajos no aparecen indicadores de sustentabilidad para la minería. (Guerrero, 2003) propone y operacionaliza un sistema de indicadores para medir la sustentabilidad de la minería, tomando como referencia sus investigaciones en numerosas minas cubanas. Por primera vez se lleva a la práctica una medición de la sustentabilidad en la Empresa Comandante “Ernesto Che Guevara” y la mina de cromo “Las Merceditas”. Este sistema se corresponde a la lógica PER (presión-estadorespuesta). En Iberoamérica existen trabajos importantes con aportes valiosos sobre el tema. En particular, (González & Carvajal, 2002) proponen una metodología sencilla de evaluar indicadores cualitativos de sustentabilidad a partir de las repuestas sí/no y la utilización de una fórmula para llegar a un Índice de Sostenibilidad Global (ISG). (Vale, 2002), (Álvarez, 2002), (Molina & Cardona, 2002) y (Cornejo & Carrión, 2002) en sus propuestas identifican variables que se deben tener en cuenta en los indicadores de sustentabilidad para la minería. Es posible encontrar otros trabajos de interés entre los cuales: (Forero, 2002) propone un interesante sistema de indicadores, difíciles de medir a través de complicadas fórmulas matemáticas. Por su parte (Valencia, 2002) presenta un sistema de indicadores que constituye una versión ampliada del modelo PER (presión-estado-respuesta) para la minería del oro colombiana que constituye una referencia en la comparación de los indicadores de diferentes tipos de minería. Otras experiencias en Venezuela (Castillo et all., 2002), en la Comunidad Económica Europea (CEE), (Martins, 2002), en Perú (Gordillo, 2002) y de (Betancurth, 2002) en la minería del carbón colombiana sirven, ante todo, para comprender la necesidad de la elaboración de indicadores que respondan al contexto nacional, elaborados desde el territorio, teniendo en cuenta las singularidades de cada comunidad. Como se aprecia existe una preocupación académica por el problema del desarrollo sustentable en la minería que aún no tiene solución definitiva, pues, las limitaciones fundamentales de los sistemas de indicadores analizados están, precisamente, en no ofrecer una metodología que permita medir la sustentabilidad. No contienen una visión �12 sistémica que incluya las dimensiones socioculturales y no aparecen variables para medir la sustentabilidad política. En medio de este panorama se acomete una investigación que tiene una sensible relevancia en Cuba, donde la minería representa un importante peso dentro del Producto Interno Bruto (PIB) y en una etapa histórica decisiva de avance en las inversiones dentro del sector cada día más estratégico para el desarrollo nacional. Su concreción, evidentemente, contribuirá a convertir a la comunidad minera cubana en una zona de mayores perspectivas económicas y socioculturales. El problema científico, en correspondencia con todo lo planteado anteriormente es el siguiente: La concepción filosófica actual de desarrollo sustentable, basada en la razón instrumental prevaleciente en la modernida, no permite comprender la esencia del problema ambiental en la minería e impide identificar las presumibles contribuciones de esta a la sustentabilidad. Continuando con esta lógica de análisis el objeto de estudio de esta investigación es la actividad minera. El objetivo general es el siguiente: Analizar la concepción filosófica del desarrollo sustentable y su concreción en la actividad minera, elaborando un concepto que sirva de referencia a una minería que contribuya al logro de la sustentabilidad. Como se puede apreciar el cumplimiento de este objetivo exige una profunda caracterización de la minería, la cual serviría al autor para demostrar con rigor las tesis que se defenderán aquí. Los objetivos específicos, que se muestran a continuación, responden a la lógica planteada anteriormente: 9 Valorar la relación naturaleza – sociedad, los antecedentes del concepto desarrollo sustentable, la crítica a la racionalidad instrumental que le subyace y la necesidad de un enfoque holístico al problema ambiental. 9 Analizar las dimensiones de la sustentabilidad en su vínculo con la realidad minera y las características de los indicadores que se emplean para caracterizarla. 9 Identificar niveles de concreción de la sustentabilidad dentro de los marcos del concepto desarrollo sustentable e indicadores de compensación para la actividad minera y la propuesta de un nuevo paradigma. Ante esta situación problemática se propone nuevo enfoque filosófico del problema la siguiente hipótesis: Si se plantea un ambiental y se determinan niveles de sustentabilidad, se pueden resolver las dificultades teórico – metodológicas presentes en la elaboración de estrategias de desarrollo para las comunidades mineras y proponer un nuevo paradigma para el logro de la sustentabilidad a escala macrosocial en la minería. �13 Los resultados esperados se corresponden con los objetivos y están relacionados con la elaboración de un concepto alternativo al desarrollo sustentable para la actividad minera, que promueva sociedades sustentables a partir del aporte de la minería, y la fundamentación de los indicadores. Además, se plantean los principios que deben servir de referencia en la formación de una ética ambiental y un Código de ética del minero como punto de partida en la formación de una conciencia y un comportamiento ambiental socialmente responsable hacia la naturaleza. En la tesis se considera que el conocimiento empírico ofrecido por estos indicadores constituye un hito de relevancia para el conocimiento filosófico en la medida en que está indicando la urgencia de reformular el concepto desarrollo sustentable, a partir de una práctica social que cuestiona los presupuestos teóricos considerados, por ciertos círculos de científicos, como concluyentes para fundamentar estrategias de desarrollo social. En tal sentido, se asume la propuesta de los CTS que supone como válida la naturalización del conocimiento filosófico al considerar que “[…] incluir factores no epistémicos de carácter social y técnico-instrumental en el estudio del cambio científico-tecnológico… no solo tiene interés histórico y sociológico sino también filosófico, pues, su consideración es necesaria para explicar la dinámica de las controversias en ciencia-tecnología […]” (López, 1999:327). La tesis presenta como aporte teórico: la formulación de un nuevo concepto para la minería que supere las limitaciones presentes en la modernidad en el planteamiento del problema ambiental, visto dentro de la proposición de fases para alcanzar la sustentabilidad a través de las cuales se concretan los objetivos del desarrollo: crecimiento económico, compensaciones y desarrollo. Además, desde el punto de vista de la enseñanza de la Minería y la Metalurgia la tesis promueve un enriquecimiento en la búsqueda de valores en la formación de los profesionales de estas especialidades que tienen una responsabilidad directa con el desarrollo de la minería en el país. Todo ello conduce a que sea necesario introducir cambios metodológicos en la enseñanza, lo cual promueve un enriquecimiento teórico de los contenidos que se imparten en la actualidad. El aporte práctico se revela en la proposición de indicadores para lograr las compensaciones que, dentro de la lógica de los niveles o fases de la sustentabilidad que reproponen,, contribuye al desarrollo sustentable en las comunidades mineras. La novedad científica de la Tesis que se propone consiste en la propuesta de un nuevo paradigma social para la minería, de niveles de sustentabilidad, con énfasis en el establecimiento de las diferencias entre crecimiento y desarrollo y la fundamentación de la necesidad de una ética ambiental minera. Estos elementos constituyen importantes referentes metodológicos para evaluar la actividad minera en cualquier parte del planeta y, muy especialmente, en los países subdesarrollados. Hasta el momento no se ha �14 encontrado en toda la literatura consultada materiales con metodologías instrumentales, y las tentativas existentes, en su mayoría, no incluyen las dimensiones social y política. La investigación está construida a partir del paradigma cualitativo por las características presentes en todo el proceso investigativo. En primer lugar; se analiza forma holística, los actores sociales que participan, la mina, su la minería de entorno inmediato y mediato son considerados como un todo. En segundo lugar, se efectúa un prolongado contacto con las diferentes actividades de la minería del níquel en Moa. En tercer lugar, las informaciones recogidas parten de actores implicados en actividades de la minería del níquel. En cuarto lugar, los presupuestos teóricos generales novedosos surgen de las interpretaciones que el autor realiza a partir de las informaciones recibidas e interpretar los materiales a los cuales tuvo acceso. Y en quinto lugar; la mayoría de los análisis que se realizan son teóricos, sin el apoyo de modelos estandarizados de investigación, a través de la vía inductiva. Para los estudios sociales de la ciencia o estudios CTS, el abordaje de la relación hombre – mundo en la actividad minera es muy importante por constituir este uno de los campos menos abordados por estas perspectivas. Reflexionar sobre esta problemática desde los CTS es vital para los objetivos propuestos por ser este un problema de naturaleza interdisciplinar en el cual el investigador social está obligado a utilizar, para fundamentar su propuestas, los conocimientos aportados por otras ciencias, partiendo de considerar que “[…] toda tarea sustancial de generación de conocimiento, no puede dejar de lado un cúmulo de presupuestos, los cuales incluyen conocimientos previamente generados y de hechos aceptados , así como, valores, normas y reglas metodológicas” (Olivé, 1992:42). En este sentido cabe recordar la importancia de los progresos alcanzados por la geología, la minería y la metalurgia en la caracterización de todos los procesos vinculados con la evolución de la tierra, la formación de los yacimientos y su importancia en la definición de los diferentes procesos mineros y metalúrgicos. La tesis se apoya en los Estudios CTS, estrechamente relacionados con lo que algunos autores (Ambrogi, 1999), (Echeverría, 1999) han denominado “giro naturalista” en Filosofía de la Ciencia, perspectiva que enfatiza la necesidad de respaldar las consideraciones teóricas con estudios empíricos, con frecuencia, estudios de caso, que permitan enlazar las consideraciones normativas con hechos y realidades que la investigación empírica puede ayudar a captar. Es propio también de los Estudios CTS el abordaje interdisciplinario que permita las dimensiones económicas, políticas, ambientales, asociadas a los fenómenos sometidos a investigación. Respaldo empírico y perspectiva interdisciplinaria favorecen el contacto con la práctica que la Filosofía Marxista asume como esencia del proyecto filosófico que defiende. A nuestro juicio tales enfoques son coherentes y fortalecen la perspectiva dialécticomaterialista en la que descansa la presente investigación. �15 CAPÍTULO I. ESENCIA DE LA RELACIÓN HOMBRE – NATURALEZA – SOCIEDAD La relación hombre – naturaleza – sociedad como fundamento de la existencia humana. La relación del hombre con la naturaleza desde el comienzo mismo de las meditaciones humanas ha constituido un problema permanente de atención filosófica, que ha influido en cada época en la manera en que el hombre ha construido una cognición determinada para fundamentarla. La forma en que esta ha reflejado la postura del hombre con respecto a la Naturaleza ha delineado en el horizonte de la Filosofía diferentes visiones que tienen su reflejo en la subjetivización de las relaciones humanas a través de numerosas “expresiones ideológicas” que encuentran su máxima expresión en la Cultura. Existen tres formas de relacionarse el hombre con la naturaleza, vinculadas directamente con su naturaleza psico – biológica social y que identifican, en diferentes niveles, las formas del intercambio de este con la naturaleza. Nos referimos a las relaciones biológicas, prácticas y cognoscitivas. Para el marxismo existen tres tesis básicas para enfocar la relación del hombre con la naturaleza y que de alguna u otra manera han constituido los ejes temáticos para conformar una determinada teoría en este campo. Esta corriente, en primer lugar, considera que el medio geográfico y la población constituyen condiciones naturales – materiales imprescindibles para la vida social, pero no determinantes. Sin embargo, nota con interés particular la impronta que dejan en la cultura de cada grupo humano los factores mencionados, tanto, que es imposible escribir la historia de cada uno de ellos sin tener en cuenta la influencia de estas condiciones en su desarrollo ulterior. En segundo lugar, hace hincapié en significar que si bien estas condiciones influyen sobre el ritmo de desarrollo de la sociedad, la división social del trabajo y sus fuerzas productivas, el carácter de estas influencias está determinado por el desarrollo social alcanzado por cada pueblo en las diferentes etapas de su historia. En tercer lugar, reconoce la influencia de la sociedad sobre la naturaleza, la cual puede tener consecuencias positivas o negativas para esta y para el desarrollo de toda la sociedad. Estas tesis son especialmente consideradas por C. Marx y F. Engels en la Ideología Alemana donde dejan bien claro – lo que constituye un punto de partida para comprender la relación del hombre con la naturaleza: “La primera premisa de toda la historia humana es naturalmente la existencia de individuos humanos vivientes. El primer estado [...] es por tanto, la organización corpórea de estos individuos y [...] su comportamiento hacia el resto de la naturaleza” (Marx & Engels, 1979:19). �16 La relación del hombre con la naturaleza se puede dividir en tres grandes etapas, que encierran dos tipos de relaciones, una primera; caracterizada por el dominio de la naturaleza sobre el hombre y una segunda - a decir del L. Hernández de la Universidad de la Habana-, “[...] más breve y que llega hasta la actualidad, se caracteriza por el dominio creciente del hombre sobre el entorno natural” (Hernández, 2005:36). Se asume como válida la periodización que ofrecen los filósofos rusos V. Kelle y M. Kovalzon por considerar que se adecua al desarrollo lógico de la historia. Para estos autores la primera etapa “[…] abarca el período desde la aparición de la especie “Homo Sapiens” hasta el surgimiento de la agricultura y la ganadería” (Kelle & Kovalzon, 1985:255-256). Una segunda etapa, es caracterizada por el dominio de la agricultura como forma de producción. “Esta etapa comienza en el momento que surge la agricultura y la ganadería, o sea, desde el paso de la economía apropiadora a la productora” (Kelle & Kovalzon, 1985:256). En estas dos primeras etapas, indudablemente, no se puede hablar de un dominio del hombre sobre la naturaleza, a pesar de que comienzan el proceso de transformación activa de esta última por parte de las actividades humanas, aunque aún no tienen un carácter irreversible, y se producen en localidades muy limitadas. Todo ello facilita que la propia naturaleza a través de los procesos de autorregulación recomponga los daños ocasionados, siempre que estos no rebasen esa capacidad de autorregulación. La llegada de la revolución industrial del siglo XVIII es el inicio de la tercera etapa y con ella comienza la carrera desenfrenada de dominio del hombre sobre la naturaleza, que será mayor en la misma medida en que aumenta el conocimiento científico y las sucesivas revoluciones industriales - que más tarde adquieren la denominación de revolución científico-técnica resultante de la interacción del binomio ciencia-tecnología -, que ponen en manos del hombre medios de producción capaces de someter a los intereses humanos a la naturaleza en un espacio de tiempo increíblemente inferior. La ciencia y la tecnología al servicio del hombre, en un modelo histórico de sociedad dominante, han dotado a este de un poder que parece indetenible, dentro de sociedades marcadas por un egoísmo sin par, donde la obtención de ganancias, sin importar límites humanos o naturales, se ha convertido en el imperio de la razón. La revolución industrial, como afirmamos anteriormente, pero, especialmente, la revolución científico - técnica han cambiado radicalmente todos los paradigmas del mundo del hombre, en tres direcciones fundamentales. Inicialmente el conocimiento humano, la vida cotidiana como proceso material de vida, y la vida cotidiana como proceso espiritual de vida. Para este análisis se asumirán los presupuestos teóricos del Dr. Carlos Jesús Delgado de la Facultad de Filosofía de la Universidad de la Habana y que servirán como referencia metodológica para caracterizar la minería. �17 “El conocimiento humano generado desde la ciencia [...] ha dejado de ser un saber estrechamente unido a las formas comunitarias de vida, para erigirse en un nuevo... instrumento de dominación de lo humano y lo natural por el hombre o... por algunos hombres”. (Delgado, 2004:10). Es muy valiosa esta referencia del Dr. Carlos J. Delgado para comprender cómo los grupos de poder, en los países centrales, los que dominan el desarrollo científico tecnológico, a su vez, controlan la economía mundial y las formas de construir una cognición puesta al servicio de las transnacionales que saquean a un mundo cada día más dependiente de la ciencia y la tecnología. Además, sirve de punto de partida para entender innumerables manifestaciones asociadas al desarrollo, aparecidas con la modernidad, donde además el desarrollo científico tecnológico ejerce una influencia decisiva en los métodos y las formas de hacer ciencia. Un desarrollo que solo está al alcance de los países más desarrollados (Delgado, 2005:318-319). Pero la visión tradicional de la ciencia, que había generado la creencia de que todo se podía resolver con la aplicación de los adelantos científicos y tecnológicos ha comenzado a quebrarse. Este optimismo llegó a su máxima expresión en la consideración de que la ciencia y la tecnología tenían un desarrollo autónomo con respecto al control social y a la interferencia de los gobiernos (Osorio, 2005:3). Este optimismo inmediatamente comienza a ser cuestionado, situación directamente relacionada con una serie de desastres vinculados con la ciencia y la tecnología que provocan la eclosión del movimiento ambientalista en la década de los 60 del siglo XX. La ciencia pierde su escudo de benefactor incondicional de la humanidad, con la certeza de que se va haciendo cada día más notoria, la necesidad del control público en ciencia y tecnología. Entre los problemas que ocasiona el desarrollo científico tecnológico, a pesar de que este no es ni remotamente la única causa del mismo, se encuentra el problema ambiental, análisis a lo cual se dedicará buena parte de esta Tesis doctoral. “Como proceso material, la vida cotidiana ha sido dotada por la ciencia, de nuevos instrumentos que potencian las capacidades humanas, cambian la vida de las personas, a la vez que la hacen dependiente del conocimiento y de los nuevos productos del saber [...]” (Delgado, 2004:11-12). Evidentemente, estos nuevos instrumentos producen una percepción totalmente diferente de la vida. Se trata no solamente de un cambio en el modo de producir, en la manera en que el hombre extrae las riquezas a la naturaleza, sino en el cambio de percepción que significa una relación totalmente dominadora del hombre con relación a su entorno natural. Este proceso que día a día va destruyendo las “formas ancestrales del hacer la vida” – a decir del Dr. Carlos J. Delgado – deja a las comunidades más apegadas a estos saberes �18 milenarios, muy vinculados a un conocimiento empírico de la naturaleza, en desventaja ante el empuje homogeneizador de la cultura occidental, que no reconoce otra cultura más allá de los límites establecidos por sus ideólogos. En América latina, por ejemplo, estos procesos han desaparecido del continente a culturas aborígenes con saberes bien arraigados en costumbres ancestrales, primero ante el conquistador español y portugués y ahora ante los nuevos colonizadores económicos con sus poderosos medios tecnológicos y su “única cultura”, llevada por los medios de información y comunicación e impuesta a través de los valores de una monocultura que impone estilos de vida, espiritualidad y hasta un intelecto que responden a intereses moldeados a través de una industria cultural apoyada en los grandes medios de dominación tecnológica que impone la modernidad. Continuando con la lógica de análisis de los paradigmas impuestos en la modernidad como consecuencia de la revolución científica – técnica veamos la subversión del mundo del hombre como proceso espiritual. En este caso “[…] la vida cotidiana se subvierte mediante la destrucción de las costumbres y la instrumentación de un modo ideológico único de realización de la vida” (Delgado, 2004:11-12). A todo ello sería necesario agregar que a partir de la Segunda Guerra Mundial en el desarrollo científico tecnológico aparece, como resultado del desarrollo de la ciencia, la técnica y la tecnología, la tecnociencia, un proceso en el cual se imbrican dialécticamente la ciencia y la tecnología de forma tal que no se puede hablar de avances científicos sin progresos tecnológicos y viceversa. Lo interesante en la tecnociencia, es cómo esta actividad modifica los valores científicos existentes, aunque mantiene otros e incorpora nuevos sistemas de valores. Estos procesos están conformando una nueva relación del hombre con la naturaleza y consigo mismo que es imprescindible analizar si realmente deseamos conformar un nuevo saber ambiental. El análisis de los valores de la tecnociencia nos lleva a dos importantes trabajos de Javier Echeverría en los que se exponen criterios coincidentes con el punto de vista e intereses investigativos del autor de esta tesis. Queda claro, por un lado, que los valores epistémicos siguen siendo imprescindibles porque las innovaciones y propuestas de la tecnociencia continúan apoyadas en el conocimiento científico previo. Además, se puede observar cómo entre los valores de la actividad tecnocientífica se constatan los típicos de la técnica y la tecnología. Por lo regular son los valores propios de los sistemas tecnológicos tales como eficiencia, eficacia, aplicabilidad y otros (Echeverría, 2001b:224225). Pero el desarrollo tecnocientífico ha suscitado la aparición de sistemas de valores asociados a la tecnociencia como resultado del impacto de las nuevas tecnologías en la vida cotidiana. Estas han provocado una seria reflexión sobre los riesgos asociados a los �19 nuevos sistemas tecnológicos. Si en la modernidad existía la creencia que el desarrollo científico crearía herramientas suficientes para predecir el curso del desarrollo de las tecnologías sobre la sociedad, hoy, este paradigma ha sido quebrado ante la imposibilidad total de predicción de tales desarrollos y la ocurrencia de catástrofes que fueron imposibles de predecir. De mucha importancia para comprender en su totalidad la relación hombre – naturaleza – sociedad es analizar cómo la tecnociencia esta subvirtiendo, a su vez, los valores tradicionales de las comunidades y creando otros que rompen las formas tradicionales del hombre relacionarse con la naturaleza, con otros hombres y consigo mismo. Nos estamos refiriendo a cómo se han subvertido los valores de la intimidad, la privacidad, las relaciones familiares y comunitarias entre otros valores que provocan profundas contradicciones éticas en el seno de la sociedad (Echeverría, 2001b:225-226). Comprender estos procesos es vital para llegar a un planteamiento más acorde con la verdad histórica acerca del carácter del problema ambiental como manifestación de una relación entre una determinada cultura y la naturaleza. 1.2. La relación hombre - naturaleza – sociedad en la modernidad. La comprensión del problema ambiental parte de la necesidad de reconocer la visión reductora que sobre la naturaleza poseía la racionalidad clásica y la urgencia de superarla como una vía para producir un nuevo saber ambiental. En primer lugar, la naturaleza era vista por el hombre como un objeto de apropiación de bienes, como la fuente inicial de todas las riquezas humanas que adquiría valor únicamente en su intercambio con el hombre y como fruto del trabajo humano. La naturaleza estaba ahí para ser utilizada, siempre que se necesitara por parte de los hombres, como una fuente inagotable de riquezas. En segundo lugar, en la modernidad - a diferencia de los antiguos que consideraban que el hombre era capaz de aprender de la naturaleza -, la naturaleza es simplemente un objeto del conocimiento humano que el hombre somete a través de los instrumentos proporcionados por el conocimiento. Con la modernidad “surge la ciencia moderna y se institucionaliza una racionalidad económica dominadora, que implica el incremento de la eficiencia productiva y sustituye los procesos mecánicos por la cientificidad de los procesos productivos”. (Valdés, 2004a:234). La ciencia tiene como función dotar al hombre de todo lo que necesita para vivir, de proporcionarle un conocimiento que genere todos los recursos que se necesitan para extraer de la naturaleza las riquezas imprescindibles para producir y reproducir su vida. “Desde Bacón – afirma F. Capra – el objetivo de la ciencia ha sido el conocimiento de lo que puede usarse para dominar y controlar la naturaleza, y hoy tanto la ciencia como la �20 tecnología son utilizadas predominantemente para propósitos que son profundamente antiecológicos” (Capra, 1999:51). En tercer lugar, uno de los rasgos más distintivos de la modernidad es la imposición de un desarrollo científico – técnico creador de tecnologías, en el que por encima de cualquier cualidad que se le pueda atribuir, se impone una: la posesión de una racionalidad instrumental que tiene como único fin la búsqueda de la eficiencia en sí misma. Por cierto, un indicador elemental de competitividad en la modernidad, en el cual sólo triunfan aquellas tecnologías que demuestran un alto nivel de eficiencia, por encima de indicadores históricos sociales y culturales, tales como el enfrentamiento a tecnologías tradicionales o considerables niveles de contaminación ambiental, especialmente, cuando son transferidas o impuestas por transnacionales en países donde existen legislaciones ambientales permisivas de prácticas agresoras del medio ambiente que saquean fuentes de valiosos recursos nacionales. Este desarrollo, como se señaló anteriormente, después de la Segunda Guerra Mundial adquiere una nueva connotación, al ser el resultado de una imbricación entre ciencia y tecnología que trae como consecuencia que este desarrollo pase a conocerse, por las características propias de los procesos tecnológicos que origina, como tecnociencia. La visión de la naturaleza, de la racionalidad clásica, se formó a partir de la idea de un conocimiento dicotómico entre la naturaleza y el conocimiento humano, donde el primero, como ya analizamos con anterioridad tiene la obligación de conocer a la segunda con la finalidad práctica de dominarla. La naturaleza estaba privada de valor en sí misma, esta solamente adquiría sentido de valor en su interacción con el hombre, como objeto de satisfacción de necesidades humanas. En la racionalidad clásica existía una delimitación, en su relación con la naturaleza, entre el mundo cognitivo y el valorativo del sujeto, entre la cognición y la moral. Lamentablemente esta concepción estuvo influida por el positivismo lógico que es el responsable de la existencia de una visión que separa a la ciencia del contexto político, social y moral donde ella tiene lugar y que es superada con posterioridad por otras corrientes de pensamiento entre la cual se encuentran los estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad (CTS). Esta tradición ve el desarrollo de la ciencia y la tecnología como procesos sociales, asignándoles valores particulares a las condicionantes socio políticas en la cuales se desarrolla. De tal forma la modernidad completa un “[…] concepto empobrecido de la naturaleza como un mundo de relaciones simples comprensibles para el hombre y asimilables en sus sistemas productivos” (Delgado, 2004:52-53). Esta visión de la naturaleza ha primado en toda la modernidad y es, en buena medida, la responsable del surgimiento de corrientes de pensamiento que parten de la idea de que �21 el hombre es capaz de reparar cualquier daño ocasionado a la naturaleza, a través del uso de la ciencia y la tecnología. La ciencia con su capacidad sin límites de revelar todos los secretos de la naturaleza y la tecnología con el poder de resolver cualquier “desequilibrio” ocurrido en el curso totalmente predecible de las acciones humanas. Así existen numerosas formas de evaluaciones de impacto ambiental (EIA), en sus variantes de antes o después de ocurrir el daño ambiental, que se basan en esta concepción dicotómica de la naturaleza y la sociedad, las que al parecer son dos entidades que no tienen ninguna relación la una con la otra. El hombre con sus poderosos medios tecnológicos posee la capacidad absoluta, amén de su poder de expresar los impactos ambientales en categorías, de “parchear” a la naturaleza de la misma manera en que puede corregir los desniveles que se producen en las autopistas de las ciudades. 1.3. El problema ambiental. Con la aparición de las ideas marxistas la mayoría de estas limitaciones encuentran una respuesta lógica. Los fundadores de esta doctrina, ven en las relaciones entre clases sociales las motivaciones fundacionales de una actitud determinada del hombre hacia la naturaleza. A través del análisis sistémico, el marxismo fundamenta la interacción entre los elementos naturales y sociales que concretan relaciones medioambientales específicas. Es el lugar que ocupa una clase social en un sistema de producción concreto y su relación con los medios de producción lo que determina una actitud racional o irracional ante el uso de los recursos naturales, es decir, se trata de intereses clasistas los que están detrás de dichas relaciones. El descubrimiento de la concepción materialista de la historia, la cual tiene como tesis “[...] que la producción, y con ella el intercambio de productos, es la base de todo orden social; de que en todas las sociedades que desfilan por la historia, la distribución de los productos, [...] la división social en clases o estamentos se rige por lo que se produce y cómo se produce y por el modo de intercambiar lo producido” (Engels, 1978:325). Esta producción y reproducción se produce en dos sentidos diferentes, como producción y reproducción de las condiciones materiales en que se produce la vida humana y los instrumentos de producción con que esta se realiza y como producción del hombre mismo, es decir la continuidad de la especie humana y lo que ello significa para la producción de bienes materiales. Esta explicación la ofrece el marxismo de forma genial en sus obras más selectas entre las que podemos citar, “El Capital”, “Dialéctica de la Naturaleza” y “El papel del trabajo en la transformación del mono en hombre”. Un elemento notorio aportado por el marxismo fue el poder conjugar todos los aportes anteriores en una explicación materialista de la influencia de los factores naturales en el desarrollo de la sociedad y la relación de esta con la naturaleza, ofreciendo una visión �22 sistémica de la relación dialéctica entre la producción de bienes materiales y las condiciones naturales. En “El papel del trabajo en la transformación del mono en hombre” aparecen ideas sustantivas de la concepción marxista de la relación del hombre con la naturaleza que resultan útiles para poder fundamentar los presupuestos teóricos que se defienden. En primer lugar el reconocimiento de que el “trabajo es la fuente de toda riqueza” (Engels, 1975b:213), la que reconoce como la “condición básica y fundamental de toda la vida humana” (Engels, 1975b:213). Para el marxismo esta bien claro que el trabajo es un proceso de intercambio entre el hombre y la naturaleza, en que el primero a través de la utilización de instrumentos de trabajo obtiene de la segunda las riquezas que necesita para producir y reproducir las condiciones de la producción de bienes materiales y su propia vida. Mediante dichas acciones el hombre media, regula y controla el metabolismo entre él y la naturaleza. En el capítulo V de “El Capital”, Carlos Marx aporta una idea genial a la comprensión de esta problemática al dejar definido que “El trabajo es, en primer término, un proceso entre la naturaleza y el hombre, proceso en que éste realiza, regula y controla mediante su propia acción su intercambio de materias primas con la naturaleza” (Marx, 1973b:139). Esta constituye una idea de gran valor para la explicación científica de la relación del hombre con la naturaleza, especialmente para comprender la influencia de los factores naturales en el proceso de producción. En esta misma dirección el marxismo aporta una perspectiva dialéctico – materialista de la comprensión de las relaciones entre el hombre y la naturaleza, con frecuencia olvidada en los trabajos actuales o presentados bajo otra terminología. “En la naturaleza nada ocurre de forma aislada. Cada fenómeno afecta a otro y es, a su vez, influenciado por éste” (Engels, 1975b:223), premisa que es muy útil para analizar la interacción entre los factores naturales y sociales en el medio ambiente y entre los diferentes ecosistemas que se encuentran en una región específica y la actuación de los hombres ante las agresiones que los desequilibran. Esta visión es orientadora en el análisis de la sustentabilidad. Una premisa que constituye la base del análisis de la relación dialéctica del hombre con la naturaleza, consiste en comprender la interrelación entre los impactos que producen las actividades humanas en la naturaleza y las consecuencias de estas para el ulterior desarrollo de la sociedad. La idea presente en F. Engels acerca de que el hombre “[…] modifica la naturaleza y la obliga a servirle, la domina […]” (Engels, 1975b:225), y que “[…] después de cada una de estas victorias, la naturaleza toma su venganza […]” (Engels, 1975b:225), da una interpretación del tipo de relación que prima entre ambos elementos del medio ambiente. Algo muy notable en este análisis nos lo recuerda el propio Engels en la obra citada y que debe constituir la base metodológica de solución del problema científico que se plantea �23 en esta tesis, y es el hecho de ver al hombre dentro de la naturaleza, como un elemento que no se encuentra separado de ella, en tanto que él no es “alguien situado fuera de la naturaleza, sino que nosotros, por nuestra carne, nuestra sangre y nuestro cerebro, pertenecemos a la naturaleza, nos encontramos en su seno” (Engels, 1975b:226). Este planteamiento teórico del marxismo a la luz de la concepción materialista de la historia rompe, con toda intención, el intento de separar en el análisis de los acontecimientos históricos los elementos sociales de los naturales, cualquier punto de reflexión fuera de esta perspectiva entra dentro de los paradigmas del pensamiento lineal, que con frecuencia es posible encontrar en la literatura sobre el tema. El marxismo al descubrir las causas materiales del desarrollo social demuestra que la vida es una de las formas del movimiento de la materia, cualitativamente superior y que el hombre, como se ha dicho con anterioridad es una parte de la naturaleza, resultado del desarrollo de esta y de sus relaciones sociales. Esta tesis tiene como hilo conductor la unidad material del mundo, principio que une en torno a lo natural y lo social en la comprensión materialista de la historia la explicación de la relación hombre – naturaleza – sociedad. Estos aportes del marxismo al esclarecimiento de la relación dialéctica entre el hombre y la naturaleza constituyen el punto de partida para comprender todo lo relacionado con la aparición de modelos de desarrollo, su orientación socio – clasista y la lógica de lo que se conoce como problema ambiental. Llegado a este nivel de análisis nos encontramos con la necesidad de buscar una nueva imagen de la explicación de la relación naturaleza –sociedad cuestionadora de los modelos de desarrollo apoyados en la visión impuesta por la racionalidad clásica. En dicho contexto adquiere relevancia teórica el planteamiento del Dr. Carlos J. Delgado cuando define el problema ambiental “a partir de la interacción de dos elementos – “Cultura” y “Naturaleza” -, que al ponerse en contacto práctico forman una unidad. La transformación resultante, - no deseada en sus consecuencias a largo plazo -, es lo que llamamos problema ambiental” (Delgado, 2004:124-125). La explicación de la naturaleza del problema ambiental, punto de partida para comprender la esencia del mismo y referencia para encontrar una solución a las contradicciones surgidas como consecuencia de la aparición de tecnologías y prácticas productivas destructoras de la naturaleza la encontramos en los presupuestos metodológicos del holismo ambiental. 1.4. El holismo ambiental. El término holismo fue introducido por Jan Smuts en su obra “Holism and Evolution” publicada en Londres en 1926. Esta concepción parte de la idea de que el todo y las partes se influyen y determinan recíprocamente. �24 En esencia, el planteamiento del análisis holístico considera que “La idea del todo y la totalidad no debería por lo tanto limitarse al dominio biológico, abarca las sustancias inorgánicas y las más elevadas manifestaciones del espíritu humano” (Smuts, 1999:281). El holismo es el resultado de la quiebra del sistema de valores que constituye la base de nuestra cultura, el cual se formula en sus líneas generales en los siglos XVI y XVII. Entre 1500 y 1700 hubo un cambio radical en la forma en que los humanos se representaban el mundo circundante y en su manera global de pensar. La nueva mentalidad y la nueva percepción del cosmos otorgaron a la civilización occidental los productos característicos de la era moderna. Antes del 1500 el criterio dominante en Europa y en otras civilizaciones era orgánico. Ello era el resultado de la forma de vivir de las personas en pequeñas comunidades unidas experimentando a la naturaleza en términos de relaciones orgánicas, caracterizadas por la dependencia de fenómenos materiales y espirituales de subordinación de las necesidades individuales a las de la comunidad. El marco científico de este criterio universal descansaba sobre dos autoridades: Aristóteles y la Iglesia. En el siglo XVII Tomás de Aquino combinó el sistema global aristotélico de la naturaleza con la teología y la ética cristianas y de esta forma, estableció el marco conceptual que sería incuestionable a lo largo de la Edad Media. El punto de vista medieval sufre un cambio radical en los siglos XVI y XVII. Se sustituye la noción del universo orgánico, vivo, espiritual por la del mundo como máquina y la máquina universal se erigió como paradigma dominante en la era moderna. Dicha evolución tiene su base en los nuevos descubrimientos revolucionarios en la física y la astronomía que tienen su máxima expresión en los logros de Copérnico, Galileo y Newton. La ciencia del siglo XVII institucionaliza un nuevo método de investigación, defendido con toda fuerza por Francis Bacón, que implicaba la descripción matemática de la naturaleza y el método analítico de razonamiento ideado por Descartes. El espíritu baconiano que puso en marcha el método empírico tenía como fin someter a la naturaleza a través de la ciencia, que debía ofrecer al hombre un tipo de conocimiento que le permitiera el dominio absoluto de los secretos de esta. El antiguo concepto de la tierra como madre nutriente fue totalmente transformado en los escritos de Francis Bacón, y desapareció completamente cuando la revolución científica procedió a reemplazar la concepción orgánica de la naturaleza con el paradigma del mundo como máquina. A diferencia de la concepción cartesiana maquinista del mundo, el criterio universal que emerge de la física moderna puede caracterizarse como orgánico, holístico y ecológico. También, por la forma en que analiza las interrelaciones entre el mundo orgánico e �25 inorgánico; el humano y no humano, podría denominarse concepción de sistemas, en el sentido de la teoría general de los sistemas. El holismo viene a constituir una metodología para explicar las interrelaciones existentes entre los diferentes componentes del universo, en la misma medida que rechaza cualquier explicación mecanicista en el funcionamiento del mismo. Esta concepción parte de la explicación de la relación existente entre el todo y las partes, en la cual el todo no es una mera suma de sus partes, sino que en su interior se produce una interacción entre los componentes internos de la estructura de ese todo, que además, son dinámicos, evolutivos y creativos. En la visión holística del universo la acción externa entre los cuerpos, es decir la influencia que ejercen unas entidades sobre otras encuentra su explicación lógica a partir del análisis de esas influencias sobre los todos internos de cada objeto o fenómeno. De esta forma cada uno de ellos se representa por las interacciones creativas que se producen entre los componentes internos y la acción externa. El holismo ambientalista viene a dar respuesta a un sinnúmero de interrogantes que hasta entonces no permitían la comprensión del problema ambiental, de gran complejidad, tanto en su definición, como en la explicación del cambio ambiental. Esta complejidad se puede apreciar a través de varios momentos, en primer lugar, en la interacción de las variables sociales y biofísicas en el problema ambiental. En segundo lugar, la cuestión de la definición del medio ambiente y el cambio medioambiental presupone el dilema de conceptuar el entorno biofísico en términos socio-psicológicos, simbólicos, social-construccionista o perceptivos frente a un concepto altamente material u objetivista del entorno como fuente de recursos, como un conjunto de sistemas que proporcionan al ecosistema servicios y lugares para el desarrollo de la vida humana. Este planteamiento nos lleva directamente a la valoración de la conciencia y el comportamiento ambiental que son el resultado de la interacción de numerosas variables entre las cuales podemos mencionar: conocimiento, valores relacionados con el medio ambiente, estados jerarquizados de la conciencia medioambiental y los intereses económicos y políticos. El problema ambiental es, además, no solamente un estado no deseado de cosas, es el resultado de una determinada percepción de lo ambiental a partir de construcciones preestablecidas por las comunidades humanas, de ahí que este no se pueda conceptuar como un problema homogéneo, sino, todo lo contrario, el comportamiento medioambiental es totalmente heterogéneo tanto individualmente como colectivamente. En ello influyen numerosos factores que se revelan en la vida cotidiana entre los cuales un papel esencial le corresponde a los factores culturales y a los valores tradicionales de las comunidades y los individuos. �26 Las variables conocimiento y valores tienen una gran importancia en la explicación del problema ambiental. Entender la relación existente entre lo cognitivo y lo valorativo permite, en primer “comportamiento lugar, explicar medioambiental”, la relación “conciencia existente entre medioambiental” y las variables “conocimiento medioambiental”. Este asunto, que a primera vista nos parece sencillo si se asume como válido el presupuesto de que un mayor conocimiento medioambiental produce mayor conciencia ambiental y lógicamente esto es a su vez el principio de un comportamiento medioambiental racional o positivo hacia la naturaleza, es mucho más complejo cuando en la práctica otras variables políticas, económicas o culturales producen un comportamiento que no se corresponde con lo esperado. Este es otro momento de la complejidad del problema ambiental. Por esto se considera absolutamente válida la consideración del Dr. C Carlos J. Delgado cuando afirma textualmente: “[...] es un problema que no puede estudiarse al margen del hombre y de espaldas a la sociedad humana, a la cultura. Sin la acción subjetiva del hombre este problema no comprender existiría” (Delgado, comportamientos 2004:125). medioambientales Esta que perspectiva desde la es valiosa para homogeneización dominadora de la cultura occidental presenta como antiecológicas prácticas productivas milenarias de culturas autóctonas aborígenes, sencillamente, porque no entran en sus patrones culturales. ¿Cómo definir entonces el problema ambiental? Para hacerlo retomaremos la lógica de análisis de este autor en otra obra cuando dice: “La médula del asunto no está en que el hombre dañe a la Naturaleza. Ella radica en que el hombre, desde sus valores —entre los que está incluido el conocimiento—, se ha enfrascado desde hace mucho tiempo en un modelo cultural de producción de entorno, destructivo” (Delgado, 2005:325). Para esta perspectiva de análisis el conocimiento medioambiental tiene un carácter profundamente social, pues, teniendo en cuenta que los valores son el resultado de relaciones sociales que tienen lugar en un entorno, a su vez, donde influyen diferentes variables entre las cuales se puede hacer notar la ciencia, la cultura, la ideología, la política, la tecnología y otras de tipo material y espiritual que configuran un problema que no puede ser conceptuado de forma lineal. Las ciencias sociales, por la misma complejidad del problema ambiental y la necesidad de producir una nueva racionalidad social ambiental que se construye a partir “[...] de un conjunto de reglas, normas, teorías, conceptos, intereses, valores, instrumentos, métodos y técnicas de producción dentro de la relación naturaleza-sociedad [...]” (Valdés, 2004a:237), tienen un lugar preponderante. En la formación de esa racionalidad social ambiental, la ética ambiental representa un momento de primer orden que terminaría por producir un tipo de conocimiento que identificará el lugar del hombre en el �27 medio ambiente a partir del análisis de los valores que rigen su comportamiento medioambiental, dentro de una comunidad moral concreta. Por otra parte, el problema del desarrollo sustentable y la asunción de cualquier paradigma de desarrollo socioeconómico pasan por la óptica de las relaciones inter e intrageneracionales, lo cual constituye un campo de acción de la ética y es precisamente uno de los objetivos de esta tesis, el análisis de la sustentabilidad. 1.5. La ética medio ambiental y el medio ambiente. La existencia del problema ambiental y su manifestación más sensible: la crisis ecológica, han planteado diferentes vías de solución a las ciencias que se han empeñado, entre estas, las sociales, en proponer diferentes caminos. Existen numerosos presupuestos teóricos para enfrentar este problema, entre los cuales nos encontramos con la difundida y poco creíble idea de que más ciencia y más tecnología producirán definitivamente la salida de la crisis. Están otras consideraciones que giran alrededor de la inevitabilidad de estas como una manifestación natural de la relación del hombre con la naturaleza. Lo real, sin embargo, aún esta por resolverse y al considerar como válido el presupuesto de que el problema ambiental es la manifestación de una relación, resultado de un tipo específico de intercambio del hombre con la naturaleza, de una subjetividad concreta: una de sus vías de solución, evidentemente, gira alrededor de la actitud del hombre ante la naturaleza. En este sentido la reflexión nos lleva directamente al planteamiento de una determinada ética ecológica que se convierta en el punto de partida para el surgimiento de una conciencia medioambiental que sirva de referencia cognitiva – valorativa para la formación de un comportamiento medioambiental socialmente responsable. En la historia del tratamiento de los problemas medioambientales existen numerosos hitos que conducen al surgimiento de una ética ecológica a los cuales nos referiremos por su importancia seminal en la formación de esta y por sus aportes en la comprensión del problema ambiental. Los argumentos para la preservación del mundo natural no humano, que se convierte en el aparente sujeto de la ética ambiental han adoptado diferentes formas como se afirmó anteriormente. Estos argumentos, en sentido general, se pueden dividir en dos grandes grupos, en lo que parece coinciden la mayoría de los especialistas: están los que defienden la preservación por razones centradas en lo humano, es decir, preservar el mundo natural no humano por sus cualidades para el mantenimiento de la vida propiamente humana, y los que defienden el derecho de la existencia del mundo natural no humano independientemente de sus valores para el mantenimiento de las comunidades humanas. �28 Esta división corresponde a la que existe entre la ecología superficial y la ecología profunda o ecolatría planteada por primera vez por el filosofo noruego Arne Naess en una conferencia celebrada en 1972 en Bucarest y que se ha convertido en uno de los debates más interesantes entre los filósofos que se dedican al análisis de las relaciones sociales surgidas como consecuencia del problema ambiental y la crisis ecológica contemporánea. Arne Naess ha sido el primero en plantearse las diferencias existentes entre el movimiento ecológico superficial que tiene como objetivos centrales la lucha contra la contaminación y el agotamiento de los recursos y el movimiento ecológico profundo que tiene como base el cuestionamiento a los principios ontológicos que rigen la relación del hombre con la naturaleza. De este proceso surgen nuevos principios que tienen un mensaje de metateoría en su intento de producir una nueva mentalidad en el comportamiento medioambiental del hombre. Lo más interesante de estos principios ( Negación de la imagen del hombre en el entorno a favor de la imagen relacional de ámbito global, igualitarismo biosférico, diversidad y simbiosis, postura anticlasista, lucha contra la contaminación y el agotamiento de los recursos, complejidad no complicación, autonomía local y descentralización) es que plantean un sistema de valores diferentes para los movimientos ecológicos, los trabajadores ecológicos y todos los actores sociales implicados en la relación del hombre con la naturaleza. Todo parece indicar que la solución definitiva, no emergente al problema ambiental, es de tipo axiológica. Lo más importante de la ecología profunda es, sin embargo, su cuestionamiento al industrialismo, el cual consideran que no puede existir por mucho tiempo y la necesidad de desarrollar un modelo de vida en comunidad con la naturaleza. Pero no es Arne Naess sino Aldo Leopold, un naturalista y director de un coto americano, el primero en plantearse una ética para el medio ambiente. El núcleo duro de su planteamiento consiste en la necesidad de lo que él llama ética de la tierra que va mucho más allá de plantearse una ética para los animales – que también produjo interesantes reflexiones filosóficas en torno al derecho de los animales que tienen su máxima expresión en la obra de Tom Reagan “The Case for Animal Right” - y las plantas, para incluir también el medio ambiente no viviente. El planteamiento de Leopold que se convierte en una inspiración para todo el movimiento verde se fundamenta en el hecho de que “[…] hasta ahora no existe una ética que tenga que ver con la relación del hombre con la tierra y los animales y las plantas que crecen en ella” (Leopold, 1999:262). En su obra “A Sand County Almanac” Leopold no busca prevenir el actual uso de los recursos naturales por el hombre como tampoco pretende detener la devastación de los suelos y el proceso progresivo de destrucción del hábitat de las especies que viven en la tierra, su intención es reclamar el “derecho a seguir existiendo en su estado natural” �29 (Leopold, 1999:262). La ética de la tierra que esta buscando el naturalista norteamericano tiene como propósito fundamentar una nueva relación del hombre con la naturaleza de conquistador “a sencillo miembro y ciudadano suyo” (Leopold, 1999:262). Nuevamente aparece el tema de la necesidad de formar un sistema de valores que fundamente una relación que reconozca los valores intrínsecos de la naturaleza, más allá de su canonizada función utilitaria como eterna fuente de riquezas para el reino humano, la visión clásica de la modernidad. Esta visión se puede considerar como fundacional para los intentos posteriores de fundamentar una ética ambiental. Un hito en este camino hacia la definición de una ética ambiental lo constituye, a pesar de ser una propuesta que parece ingenua por su escasa fundamentación teórica, la obra de Tom Reagan “The Case for Animal Right”, en la que defiende el derecho de los animales. Para Reagan los animales tienen “[…] percepción, memoria, deseo, creencia, conciencia de sí mismo, intención, sentimiento del futuro” (Reagan, 1999:258). Estos constituyen “atributos de la vida mental de los animales mamíferos normales a partir de un año” (Reagan, 1999:258) que los convierte en tributarios de derechos morales entre los que este autor reclama el derecho a ser tratados con respeto, a partir de los valores innatos que ellos poseen. Evidentemente el asunto se trata en el reconocimiento de valores más allá de las propiedades utilitarias que estos animales mamíferos puedan tener para la vida humana. Por su parte, el ecofeminismo como parte del movimiento ambiental ofrece una visión del problema desde la óptica de la participación de la mujer como grupo social independiente, que sólo persigue el legítimo reconocimiento de la sociedad, con un punto de vista que parte de identificar las causas de la explotación de la mujer con las que ocasionan la degradación de la naturaleza. Por muchos años, por las funciones que le ha otorgado la sociedad, las mujeres se han visto asociadas a la naturaleza. Las mujeres desarrollan un “[…] trabajo natural, que se centra en las necesidades físicas humanas [...] Nos hemos hecho cargo de lo cotidiano para que el hombre pudiera salir a “adentrarse en el mundo”, a crear y decretar formas de explotar a la naturaleza […]” (Plant, 1999:113). El ecofeminismo no es un movimiento por la liberación de la mujer, como muchos pretenden plantear, su importancia va más allá de llevar a las mujeres a su justo lugar en la sociedad, al llamar la atención sobre cuestiones cardinales del movimiento medioambiental. Y es que “Los medioambientalistas, advirtiéndonos de las consecuencias irreversibles de la continua explotación ambiental, están desarrollando un ética ambiental resaltando las interconexiones entre las personas y la naturaleza” (Merchant, 1999:285). Se trata, en sí, de un movimiento de lucha porque los valores de los hombre y las mujeres se consideren por igual; sin alineaciones ni prejuicios de ningún tipo, con el que no se persigue “[…] que las mujeres sigan conservando el monopolio sobre sus valores, �30 sino de que ambos participen en los valores que, tradicionalmente, se distribuían en función del sexo, es la participación real de todos los miembros de la sociedad en todos los aspectos del entorno social” (Valdés, 2005b:75). La ecología social, surgida al calor del movimiento medioambiental es una referencia obligada en esta reseña de los hitos que condujeron la filosofía a la necesaria y urgente ética ambiental. La ecología social, a diferencia de las demás formas adquiridas por los movimientos medioambientales intenta ir a las bases de la dominación del hombre sobre la naturaleza con la convicción de que las mismas causas que provocan la dominación del hombre por el hombre y de otras formas de dominación actúan como causas de la degradación ambiental. Para los ecólogos sociales el problema consiste en buscar “[…] la libertad no solo en la fábrica, sino también en la familia, no sólo en los aspectos materiales de la vida, sino también en los espirituales” (Bookchin, 1999:71). Además de existir conciencia de la necesidad de cambios profundos en el movimiento ecologista dirigidos a formar “[…] una sensibilidad, una estructura y una estrategia para el cambio social antijerárquicas y de no dominación, podrá conservar su misma identidad como voz para un nuevo equilibrio entre la humanidad y la naturaleza y su objetivo de una sociedad verdaderamente ecológica” (Bookchin, 1999:71). La importancia de esta variante del movimiento ambiental consiste en el llamado que realiza a diferenciar los objetivos de la ecología social y el movimiento ambientalista con los de un medioambientalismo que continúa reflejando la lógica instrumental de la modernidad promoviendo nuevas técnicas, tecnología y prácticas productivas que solamente persiguen convertir a la naturaleza en un lugar más habitable, garantizando un tipo de sociedad que mantendrá el desarrollo por otras vías. Es, sencillamente - en palabras de Murray Bookchin – un tipo de ingeniería ambiental que, ni remotamente, se cuestiona los modos actuales de dominación del hombre sobre la naturaleza. Evidentemente, tanto la ética de la tierra, la ecología profunda, el ecofeminismo, el reclamo del derecho de los animales, y la ecología social promueven un nuevo tipo de saber ambiental y una ética ecológica que ponga énfasis en el respeto al mundo no humano en una sociedad donde sea posible establecer formas de convivencia que no generen alienación para ninguno de los grupos sociales que participan y los demás elementos del medio ambiente. La eliminación de prácticas enajenantes será la condición para la formación de un nuevo comportamiento medioambiental. Existen diferentes conceptos de lo que se entiende por ética ambiental los cuales fueron analizados por la Dra. C. Célida Valdés Menocal de la Universidad de la Habana que resume un acercamiento bastante exacto a la temática. Su panorámica va desde Aldo Leopold (1887 - 1948), el Premio Nóbel de la Paz, Albert Scheweitzer (1875 - 1965), �31 varios autores latinoamericanos entre los que se incluye al mexicano Enrique Leff para, finalmente, ofrecer su propia definición (Valdés, 2005c). Por ética ambiental define la Profesora de la Universidad de la Habana a “[…] una rama de la Ética Aplicada que conduce autocríticamente a la formación de normas, principios y valores dirigidos a respetar, conservar y proteger la naturaleza” (Valdés, 2005c:101). Se asume como válida tal definición porque se considera que permite reflejar el mundo espiritual del sujeto y objetiviza su intercambio con la naturaleza y la sociedad. La creación de una ética ambiental es importante en la misma medida que necesitamos fundamentar la relación del hombre con la naturaleza a partir de valores que deben ser formados desde las más tempranas edades y por diferentes vías en todos los ciudadanos que habitan el planeta. Estos valores tienen, lógicamente, que tener en cuenta las actividades que desarrollan los individuos en un espacio histórico concreto. Ellos tienen, en las circunstancias de la crisis ecológica actual, una importancia sin precedentes si se convierten en normas y principios del comportamiento ambiental que respete los valores intrínsecos del mundo no humano con el cual interactúa el hombre. En este proceso adquieren una importancia, los códigos de ética de las diferentes profesiones, ellos establecen una ética en la actuación del sujeto con otros sujetos de su grupo, con la sociedad y la naturaleza. La ética del profesional implica: la actitud ante su actividad laboral, las cualidades propias de su personalidad, función social (influencia y resultados de su actividad), respuestas ante las exigencias sociales, relaciones con su colectivo laboral; con otros profesionales y con los usuarios, la asunción de normas, valores y principios de su tiempo y clase (Miranda & Ruiz, 1999:299). Estos códigos son un momento de la concreción de una cultura ambiental que tiene como objetivo la formación de una racionalidad ambiental que incluye los siguientes procesos definidos por el ecólogo mexicano Enrique Leff y que por su importancia para las proposiciones abordadas más adelante se citan textualmente. Primeramente, se habla de el “establecimiento del marco axiológico de una “ética ambiental” donde se forjan los principios morales que legitiman las conductas individuales y el comportamiento social frente a la naturaleza, el ambiente y el uso de los recursos naturales” (Leff, 2005b:86). En segundo lugar, “La construcción de una teoría ambiental, por medio de la transformación de los conceptos, técnicas e instrumentos para conducir los procesos socioeconómicos hacia estilos de desarrollo sustentables” (Leff, 2005b:86). Y en tercer lugar, “La movilización de diferentes grupos sociales y la puesta en práctica de proyectos de gestión ambiental participativa, fundados en los principios y objetivos del ambientalismo” (Leff, 2005b:87). Todo el análisis que realizaremos en el siguiente epígrafe y la lógica de la tesis esta dirigida a la construcción de una racionalidad ambiental para la minería que tiene en �32 cuenta los pasos anteriores y que la considera como “[…] el resultado de un conjunto de reglas, normas, teorías, conceptos, intereses, valores, instrumentos, métodos y técnicas de producción dentro de la relación naturaleza – sociedad [...]” (Valdés, 2004a:237). Resumiendo, se puede afirmar que la lógica instrumental impuesta por la modernidad condicionó un modo dicotómico de entender la relación del hombre con la naturaleza, a partir de un concepto estrecho de esta última, que reclama de un nuevo saber ambiental si realmente se desea construir un paradigma donde la naturaleza no sea únicamente un objeto de conocimiento y satisfacción de las necesidades humanas. Este nuevo saber tiene que construirse desde un modo sistémico de ver las relaciones ambientales que, en este caso, se propone como vía de comprensión de dicho proceso el holismo ambientalista que facilita ver la relación hombre – naturaleza – sociedad como un todo único que supera la visión mecanicista y orgánica que impuso la razón clásica. Además facilita la comprensión del problema ambiental “[…] a partir de la interacción de dos elementos – “Cultura” y “Naturaleza” -, que al ponerse en contacto práctico forman una unidad. La transformación resultante – no deseada en sus consecuencias a largo plazo -, es lo que llamamos problema ambiental” (Delgado, 2005:125). Esta es una relación que servirá de referencia metodológica para comprender, en su esencia, las relaciones causales del desarrollo sustentable. Relaciones que transitan por la actuación de hombres concretos que en su accionar individual ponen de manifiesto una ética determinada resultante de complejas relaciones sociales que constituyen, en última instancia, expresión de relaciones socio clasitas y de un accionar que determinará un comportamiento ambientalmente responsable o no ante la naturaleza, contenido medular del concepto desarrollo sustentable. CAPÍTULO II. EL CONCEPTO DESARROLLO SUSTENTABLE 2.1. Surgimiento del concepto desarrollo sustentable. La gran mayoría de los científicos y la opinión pública especializada, en general, considera como una referencia en el despegue de las preocupaciones por el tema de los estilos de desarrollo la aparición del libro de R. Carson “Primavera silenciosa”, en el año 1962, en el que la autora realiza un profundo análisis de los efectos de las sustancias químicas sobre los organismos vivos. Especialmente, se analizan los efectos de los insecticidas y pesticidas sintéticos, sobre todo los ecosistemas de la tierra y sobre el propio hombre. Este es un texto que marca un hito en el análisis de los problemas de la relación del hombre con su entorno. Las primeras reflexiones colectivas sobre estos temas, concretamente, la de los vínculos del crecimiento global y la escasez de recursos naturales, aparecen en el verano de 1970 �33 cuando un grupo de científicos, investigadores e industriales de las más diversas esferas de la producción y la ciencia se reunieron para analizar el futuro del planeta y de sus habitantes. Este grupo conocido como el “Club de Roma” elaboró el informe “Límites al crecimiento” en 1972. El informe se concentró en cinco factores que limitaban el crecimiento en el planeta: la población, la producción agrícola, los recursos naturales, la producción industrial y la contaminación. Aquí no aparece ninguna referencia al análisis de los sistemas socioeconómicos que soportan estas actividades. Este Informe genera un importante impacto en los círculos políticos y académicos al emitirse en los albores de la llamada crisis del petróleo y de los problemas de precios y suministros internacionales de materias primas. Un momento importante en la evolución hacia el término desarrollo sustentable lo ocupa el libro “Una sola tierra” de Bárbara Ward y Rene Dubos en el que se analizan los vínculos entre ambiente y desarrollo, publicado en 1972. En este libro se describen los intereses que llevaron a la “Conferencia de Naciones Unidas sobre Medio Ambiente” de Estocolmo del año 1972. Es uno de los primeros libros en los que se insiste en que las necesidades humanas no se pueden satisfacer en detrimento del capital natural y de los intereses de las generaciones futuras. En 1972 en Estocolmo, Suecia, se celebró la primera gran Conferencia mundial sobre problemas ambientales (“Medio Ambiente Humano”) presidida por el industrial canadiense Maurice Strong quien realizó grandes esfuerzos porque la Conferencia estuviese marcada por planteamientos ya habituales en los Estados Unidos relacionados como la “necesidad de la protección del medio ambiente”. Esta Conferencia como era de esperar, no se detuvo en las verdaderas causas de la contaminación ambiental y en sus vías de solución. Sin embargo, llamó la atención del mundo sobre la necesidad de revertir los costos ecológicos de los patrones de producción y consumo existentes hasta ese momento. Su mayor importancia es su reconocimiento sobre la crisis ecológica y la necesidad de abordar los problemas ecológicos de forma prioritaria, sin embargo, continuaba la lógica instrumental en el análisis de la relación naturaleza - sociedad. En el año 1974, en Cocoyoc, México, se celebra la Conferencia sobre Medio Ambiente y Desarrollo, Naciones Unidas. Esta Conferencia acuña el término “desarrollo sustentable”, aún cuando este concepto se ha estado utilizando desde los años sesenta, especialmente por economistas. La utilización del mismo reemplaza al término “ecodesarrollo” utilizado hasta el momento, aunque algunos autores lo continúen utilizando en sus producciones científicas sobre el tema. Como consecuencia de la Conferencia de Estocolmo se decidió celebrar en 1976 la “Conferencia de Naciones Unidas sobre Asentamientos Humanos”. Esta contribuyó a llamar la atención sobre el lugar que debe ocupar la satisfacción de las necesidades �34 básicas del desarrollo, las referidas al saneamiento, a la atención primaria de salud, a la cobertura de agua potable y otras necesidades de este tipo. Esta Conferencia tampoco ofreció soluciones para los problemas que enfrentaba la humanidad, principalmente para los países subdesarrollados. En 1980, en la “Estrategia Mundial para la Conservación” editada por varias organizaciones entre las que se encontraban la “Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza” (UICN), el “Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo” (PNUMA) y el “Fondo Mundial para la Vida Silvestre” (WWF-World Fund), utiliza por primera vez el concepto “desarrollo sustentable” como un elemento integral que incluye las dimensiones económica, social y ambiental. Su importancia para la definición de la sustentabilidad consiste en aportarle un enfoque ecológico a la misma, a través de la definición de los objetivos considerados imprescindibles para la conservación de los recursos vivos, el mantenimiento de los procesos ecológicos esenciales y de los sistemas que dan sostén a la vida, la preservación de la diversidad genética y el aprovechamiento sustentable de las especies y los ecosistemas. En 1982 aparece la Carta de la Tierra. El 28 de octubre de 1982, la asamblea general de las Naciones Unidas, en su Resolución 37/7, proclamó la “Carta Mundial de la naturaleza”, que en 24 puntos plantea principios generales, delimita funciones y aspectos de aplicación para el respeto universal a la naturaleza. La importancia de este suceso es que aceleró la creación de la Comisión Mundial del Medio Ambiente y Desarrollo y sus debates posteriores en torno al concepto desarrollo sustentable. Es en 1987 cuando, por primera vez, la llamada “Comisión Brundtland” - que debe su nombre a la Primer Ministro de Noruega, la señora Gro Harlem Brundtland que encabezó la “Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo” - en el Informe “Nuestro Futuro Común” utiliza el concepto desarrollo duradero, también reconocido como desarrollo sostenible o viable. Si en Estocolmo (1972) se establecen los cimientos para la elaboración de políticas de crecimiento económico sustentable, el informe “Nuestro Futuro Común” dejaba bien claro que el desarrollo solamente perduraría si las actuales generaciones desarrollaban patrones de producción y consumo que no comprometieran la vida de las generaciones venideras. En Río de Janeiro, en Junio de 1992, en la “Conferencia de Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo” (CNUMAD) es cuando se plantea el imperativo inmediato del desarrollo sustentable, si se quiere conservar el planeta en condiciones biohabitables para las futuras generaciones. Éste se convierte en el primer mandato de la “Agenda 21” y a partir de este año llega incluso a ser incluido en las cartas magnas de varios países del mundo, entre ellos, en la cubana, que lo hace en las modificaciones introducidas en 1992, en su artículo 27. �35 La llamada “Cumbre de la Tierra” es el momento de la sacralización del concepto desarrollo sustentable. Lo más importante de esta Cumbre es el llamado a tener en cuenta la relación entre el medio ambiente y el desarrollo. Su mayor importancia consiste en que “...convirtió a la crisis ambiental en uno de los puntos principales de la agenda internacional y estableció un vínculo entre los conceptos de ambiente y desarrollo, generando el nuevo paradigma del desarrollo sustentable” (Khor, 2005:1). Ante esta realidad, es necesario ponerse de acuerdo acerca de qué entender por sustentabilidad, un debate que surge precisamente ante la ausencia de consenso en el planeta sobre cómo enfrentar los problemas asociados al desarrollo, de tal forma que no sería exagerado afirmar que la CNUMAD “[...] propuso el concepto de desarrollo sustentable para responder a la crisis ambiental y de desarrollo que enfrentaba el planeta” (Khor, 2005:1). Todos los autores que tratan sobre el tema, y se puede decir que existen en la actualidad cerca de 80 definiciones diferentes sobre qué entender por sustentabilidad, coinciden en que el “[…] término desarrollo sustentable reúne dos líneas de pensamiento en torno a la gestión de las actividades humanas: una de ellas concentrada en las metas de desarrollo y la otra en el control de los impactos dañinos de las actividades humanas sobre el ambiente” (Fernández, 2005:1), (Romano, 2005). Todas las interpretaciones aparecidas sobre el tema, de una u otra forma, contienen los elementos referidos anteriormente. En este mismo sentido, se refiere J. Hurd cuando dice que el concepto desarrollo sustentable surge para resolver los conflictos existentes entre “La legítima necesidad que tienen las regiones del mundo, con un alto porcentaje de pobreza y desempleo de lograr el desarrollo económico, en particular en el Sur y en ciudades del interior del Norte” (Hurd, 2005a:1). Aquí se precisan los términos “fronterizos” de los llamados “cinturones de pobreza”, con una breve referencia a la pobreza hacia el interior de las ciudades del poderoso norte industrializado. Es urgente plantearse la necesidad de resolver los conflictos entre “La legítima necesidad de proteger el medioambiente de los impactos adversos del desarrollo industrial, más palmarios en el Norte, y en las industrias extractivas y áreas industrializadas del Sur” (Hurd, 2005a:2). A partir de estas líneas de pensamiento se elaboran los documentos más trascendentales que fundamentan el desarrollo sustentable como política. Entre los documentos más importantes de la “Cumbre de la Tierra” se encuentra la “Declaración de Río sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo”, la cual en sus 27 principios pretende “[...] establecer una alianza mundial nueva y equitativa mediante la creación de nuevos niveles de cooperación entre los Estados, los sectores claves de las sociedades y las personas [...]” (Declaración de Río sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo, 2005:1). Esta Declaración, a pesar de su importancia para la comunidad internacional, se convierte en documento sin posibilidad real de concretarse. �36 Otro documento de trascendencia, resultado de la Cumbre Mundial sobre Desarrollo Sustentable (CNUMAD) es el Plan de Implementación, en el cual se dice cómo actuará la comunidad internacional para materializar el desarrollo sustentable, concretamente, las acciones que se desarrollarán por parte de los gobiernos, las instituciones y la sociedad civil. Este documento en toda su extensión no contiene una propuesta concreta sobre cómo lograr “La erradicación de la pobreza y la modificación de las modalidades insustentables de producción y consumo, así como, la protección y gestión de los recursos naturales básicos que forman la base del desarrollo económico y social [...]” (CNUMAD, 2005:1). Se declara que: “La buena gobernabilidad de los asuntos públicos en cada país y en el plano internacional es fundamental para el desarrollo sustentable.” (CNUMAD, 2005:1), pero no se dedica ningún párrafo para analizar la relación entre la gobernabilidad y la pobreza. En general, se puede asegurar que este constituye un documento que nada ofrece desde el punto de vista metodológico al análisis de políticas para lograr encaminar el desarrollo en los llamados “países con economías en transición” (CNUMAD, 2005:8). La elaboración del texto, totalmente utópico deja, por encima del imprescindible análisis socio – clasista que el marxismo propone para comprender la naturaleza de los problemas ambientales, la solución de los problemas que enfrenta el mundo para construir sociedades sustentables a la evolución de los actuales proyectos sociales, apelando como en la más ortodoxa tradición utópica a la voluntad de los países desarrollados y los organismos internacionales. 2.2. Limitaciones y aciertos del concepto desarrollo sustentable. En el Informe de la Comisión Brundtland se plantea la urgente necesidad de promover un desarrollo de tipo sustentable, entendido éste, no como un estado de estática armonía, sino como todo un proceso de cambio, en el cual, la explotación de los recursos, la dirección de las inversiones, la orientación del desarrollo tecnológico y los cambios institucionales deberían tomar en cuenta, no sólo las necesidades actuales, presentes, sino también las venideras, aquellas que se relacionan con las generaciones futuras (Gileni, 1994:132)1. Dicho de esta forma era algo realmente esperanzador, sin embargo, no se tenían en cuenta varios momentos, tales como: cuantificar los daños (cuantitativa y cualitativamente) que el hombre le ocasiona a la naturaleza sin indicar cómo conocer, ante la magnitud del daño actual, cuáles serían las necesidades de las generaciones venideras. Y lo más importante, no se indicaba cuál sería el modelo de 1 “urgente necesidad de promover un desarrollo de tipo sustentable, entendido éste, no como un estado de estática armonía, sino como todo un proceso de cambio en el cual, la explotación de los recursos, la dirección de las inversiones, la orientación del desarrollo tecnológico y los cambios institucionales deberían tomar en cuenta, no sólo las necesidades actuales, presentes, sino también las venideras, aquellas que competirían a las generaciones futuras”. �37 sociedad en que primaría, por encima del consumo y la ganancia, el interés de preservar condiciones a las futuras generaciones para satisfacer sus necesidades. En este sentido coincidimos con el análisis realizado por (Redclift & Woodgate, 2002) cuando se pregunta: Cómo entra la cuestión del desarrollo dentro de la definición propuesta, si tenemos en cuenta que el nivel de desarrollo alcanzado por cada sociedad en un momento determinado, origina necesidades diferentes en cada cultura y en cada generación, y lo más importante, cómo definir las necesidades en cada una de ellas. En el presente, es muy difícil poderlas determinar, en primer lugar, por su carácter creciente y la imposibilidad de poder, desde aquí, precisar el tipo de tecnología y de recursos que se necesitarían para satisfacerlas y, en segundo lugar, hoy, con exactitud, el hombre no conoce la magnitud de los valores que ha extraído a la naturaleza en recursos no renovables, las ganancias que se dejan de percibir como consecuencia de la lenta reposición de los mismos y cómo esta situación afectará a las generaciones venideras. En este sentido, es importante tener en cuenta que “[…] la sociedad humana es un sistema histórico, en el que la actividad actual de los elementos que componen el sistema deja trazas que condicionan -pero no determinan- los estados posteriores del mismo, la pretensión de dejar intactas las opciones del futuro resulta en exceso ambiciosa” (García, 2005:1). En la actualidad, en la literatura especializada podemos encontrar cientos de definiciones sobre este problema y búsquedas incesantes de alternativas racionales para lograr la sustentabilidad. La mayoría coincide en plantear la necesidad de lograr la armonía entre los conceptos crecimiento económico y desarrollo humano, el mayor problema consiste en identificar crecimiento con desarrollo. A continuación se hará referencia a algunos de estos enfoques con el propósito de valorar los elementos positivos de los mismos para un análisis de la sustentabilidad en el subdesarrollo. En la revista Ciencia y Sociedad No 1 de 1994 del Instituto Tecnológico de Santo Domingo se encuentra una propuesta que llama al logro del desarrollo sostenible a través de las variables: población, necesidades, consumo, recursos, tecnología, producción, productividad, capacidad de carga (relacionada con la dotación de recursos de un ecosistema), distribución, acceso a los recursos, rentabilidad, las instituciones, las variables sociales (calidad de vida, el nivel de ingreso, la aceptabilidad social de los sistemas, su persistencia en el tiempo) y el tiempo. Otra propuesta más simplificada es la planteada por autores del Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría” de Cuba que las proponen como los desafíos de los gobiernos nacionales en el diseño de políticas de gestión encaminadas al logro de los objetivos, es decir, el logro de crecimiento económico, equidad, y sustentabilidad ambiental (Valdés & Chassagnes, 1997). Como se aprecia, el enfoque anterior, en �38 esencia, no se aleja del tratamiento clásico del problema propuesto por la Comisión Brundtland. No ofrece ninguna pauta metodológica para indicar cómo lograr la sustentabilidad. En la revista de la CEPAL, No. 47 de 1992 se plantea el problema del desarrollo sustentable a través del análisis de dimensiones, en este caso la dimensión económica que incluye: estabilización, ajuste estructural, crecimiento, solvencia, dimensión nivel de vida, dimensión política y dimensión medio ambiente. Lo importante lo constituye el hecho de referirse al problema del crecimiento económico y la estabilización económica. Un elemento novedoso lo es, el considerarse la política como una variable independiente, sin llegar a plantearse absolutamente cómo las sociedades actuales garantizarían la democracia y los derechos políticos para llegar a la sustentabilidad. En este sentido J. Corbatta puntualiza en su análisis sobre cómo llegar a la sustentabilidad, para lo cual propone objetivos críticos, la cuestión de revitalizar el crecimiento porque “[…] la pobreza disminuye la capacidad de las gentes para utilizar con juicio los recursos e intensifica las presiones de que es objeto el medio ambiente” (Corbatta, 2005:2). Puntualizando que es necesario “[…] hacer que el crecimiento económico resulte menos consumidor de energía y más equitativo en sus repercusiones sociales” (Corbatta, 2005:2). Según esta visión es imposible lograr un desarrollo sustentable sin crecimiento, especialmente, en las condiciones de extrema pobreza de los países subdesarrollados. Su punto de vista nos lleva directamente a las diferencias que es necesario tener en cuenta para establecer una relación dialéctica entre crecimiento y desarrollo, cuando afirma categóricamente que es imprescindible analizar detenidamente la filosofía de desarrollo sustentable del Informe Nuestro Futuro Común para evitar llegar “[…] así al erróneo concepto de desarrollo económico como el del crecimiento de un país, pero este crecimiento no incluye la degradación de los recursos naturales, ni del medio ambiente en general” (Corbatta, 2005:7). J. Harribey que analiza el tema se cuestiona el llamado del Informe Nuestro Futuro Común acerca de la necesidad de un nuevo tipo de crecimiento que garantice la satisfacción de las necesidades cuando afirma “[…] el crecimiento económico sería capaz de reducir la pobreza y las desigualdades y de reforzar la cohesión social. Pero el crecimiento capitalista es necesariamente desigual, tan destructor como creador, y se alimenta de las desigualdades para suscitar permanentes frustraciones y nuevas necesidades” (Harribey, 2005:2). Esta afirmación lleva directamente a la crítica al modo capitalista de producción como sociedad donde no se puede lograr un desarrollo de tipo sustentable. Es importante, el llamado a la lógica de visualizar como, dentro del capitalismo, se aprovechan las desigualdades para promover nuevas necesidades. Lo verdaderamente importante sería poder contar con un tratamiento de la sustentabilidad en el que se tenga en cuenta una perspectiva científica de la relación �39 entre la política y la economía. Este es un enfoque del que carecen la mayoría de los tratados que aparecen en los diferentes medios de divulgación científica, especialmente, el enfoque que heredamos de la Comisión Brundtland. El desarrollo aparece como una variable independiente de la política, lo cual es algo absolutamente impensable en un enfoque serio sobre el tema. Es una situación que no pasan por alto algunos autores consultados que declaran el problema, pero no llegan a las relaciones causales que conforman la esencia de esta relación. M. Romano, uno de estos autores considera que los limites existentes para enfrentar el desarrollo sustentable “[…] no están basados exclusivamente en la limitación de los recursos. La […] aplicación de políticas para que más de 2 000 millones de pobres en el mundo puedan tener agua potable, vivienda, salud, educación y medios de vida adecuados, no necesariamente implica el uso irracional de los recursos renovables o no” (Romano, 2005:3). A pesar de adelantar un problema de reconocida complejidad, este autor no llega, por limitaciones socio clasistas al esclarecimiento de la relación política – desarrollo. En el Informe Meadows presentado en el libro “Más allá de los límites del crecimiento” de 1993 se asume la sustentabilidad como “[...] la sociedad [...] que puede persistir a través de generaciones, que es capaz de mirar hacia el futuro con la suficiente flexibilidad y sabiduría como para no minar su sistema físico o social de apoyo” (Meadows, 1993:248). Su limitación fundamental consiste en que no indica que la flexibilidad y sabiduría necesarias para que las sociedades actuales no minen sus sistemas sociales y físicos de apoyo se encuentran mediatizadas por el tipo de propiedad sobre los medios de producción que gobierna sobre todos esos elementos. Existen autores para los cuales “[…] sustentabilidad contiene la visión filosófica referida al derecho de las generaciones siguientes a disfrutar por lo menos del mismo bienestar actual. Generalmente, se piensa que la sustentabilidad es nada más preservación y renovación de los recursos naturales. Pero ése es sólo un aspecto del desarrollo sustentable” (Godelier, 2005:5). Es particularmente importante el hecho de hacer notar que más allá de lo ecológico y lo ambiental es imprescindible incluir otras dimensiones para el logro de la sustentabilidad, es decir, que la cuestión no está sólo en la protección de los recursos naturales. En este sentido, encontramos puntos de vista muy radicales que reclaman la existencia de una nueva forma de concebir la relación hombre – naturaleza – sociedad porque “[...] en la concepción de la Comisión Brundtland, hablar de la sustentabilidad física implica considerar la necesidad de implantar prácticas de transformación material y de relaciones con la naturaleza radicalmente diferentes a las que se han venido sedimentando en los distintos sistemas sociales y económicos [...]” (Salazar, 2005a:2). Esta visión considera la necesidad de un cambio radical en los patrones socio - económicos que soportan las prácticas materiales hasta el momento, lo cual no es posible dentro de la lógica de los �40 modelos dominantes hasta finales del siglo XX y los años iniciales del XXI. Porque en las mismas palabras de este autor “[...] hablar de igualdad social [...] de cambios democratizadores en el acceso a los recursos y en la distribución de costos y beneficios, es hablar de cambios drásticos en las concepciones, filosóficas, económicas y políticas dominantes [...]” (Salazar, 2005b:2). Lo más significativo del tratamiento que estamos valorando, a partir de una toma de conciencia mundial sobre la crisis ambiental global, lo constituye el hecho de estar muy clara la existencia de un límite para la dotación de recursos naturales disponibles para su explotación y de barreras sociales y políticas para concretar proyectos sociales sustentables. Un interesante análisis del problema del desarrollo sustentable lo encontramos en el artículo de Roberto P. Guimaraes, especialista de la CEPAL, aparecido en la revista EURE de Santiago de Chile, “El desarrollo sustentable:) propuesta alternativa o retórica neoliberal?, en 1994. La sustentabilidad ecológica, - según este autor - se refiere a la base física del proceso de crecimiento y promueve la necesidad de mantener un stock de recursos naturales incorporados a las actividades productivas. La sustentabilidad en el caso de los recursos naturales renovables, existe si la tasa de utilización es equivalente a la tasa de recomposición del recurso en los procesos naturales que tienen lugar en la naturaleza. En el caso de los recursos naturales no renovables, la tasa de utilización debe ser equivalente a la tasa de sustitución del recurso en el proceso productivo por el período de tiempo previsto para su agotamiento (medido por las reservas naturales y la tasa de utilización). Partiendo del hecho de que su propio carácter de “no - renovable” impide un uso indefinidamente sustentable, hay que limitar su ritmo de utilización al ritmo de desarrollo o de descubrimiento de nuevos sustitutos. Esto demanda, entre otros aspectos, que las inversiones realizadas para la explotación de recursos naturales no renovables deben ser proporcionales a las inversiones asignadas para la búsqueda de sustitutos en los procesos productivos (Guimaraes, 1994:51). Como se puede apreciar, a pesar de su interesante elaboración teórica, ésta es una propuesta para naciones con un alto nivel de desarrollo económico, pues, los países subdesarrollados no pueden detener la explotación de los recursos que poseen, aún cuando deterioren, en mayor o menor grado el medio ambiente. En un segundo momento la sustentabilidad ambiental habla de mantener la capacidad de sustento de los ecosistemas, es decir, la capacidad de la naturaleza para absorber y recomponerse de las agresiones antrópicas. Haciendo uso del razonamiento utilizado en el análisis de la sustentabilidad ecológica, el de ilustrar formas de operacionalización del concepto, dos criterios sobresalen por lógica. En primer lugar, las tasas de emisión de desechos como resultado de la actividad económica deben equivaler a las tasas de �41 regeneración, las cuales son determinadas por la capacidad de recuperación del ecosistema. Un segundo criterio de sustentabilidad ambiental, sería la reconversión industrial con énfasis en la reducción de la entropía, es decir, privilegiando la conservación de la energía y las fuentes renovables. (Guimaraes, 1994:51). La sustentabilidad ambiental de la que habla el especialista de la CEPAL, es, además, muy difícil de precisar, porque la naturaleza posee una real capacidad de defenderse de las agresiones antrópicas, creando, incluso, mecanismos de defensa. ¿Cómo lograr en estos casos cuantificar los daños ambientales si los mismos pueden afectar a un ecosistema por varias generaciones? Esto no significa que no se puedan cuantificar los impactos ecológicos y ambientales sobre un ecosistema determinado. La mayor complejidad radica en que, no se trata de medir los impactos de una actividad en lo ecológico y lo ambiental, el problema es cómo estos impactos influyen en los sistemas sociales y políticos que los soportan. Para ello se precisan indicadores que incluyan tanto las relaciones que tienen lugar en la naturaleza como las sociales, en todas sus manifestaciones y no de forma aislada. Otro elemento de interés, lo constituye la referencia a la capacidad de absorción de desechos por los sumideros, se tienen en cuenta aquellos en los que se respeta el tiempo en que las diferentes sustancias son reconvertidas. En ningún momento se refiere a ecosistemas saturados como sucede en la gran mayoría de las actividades humanas. La reconversión industrial, como un elemento de equilibrio ambiental, no es una opción para los subdesarrollados, esta es una variante de alto valor agregado tecnológico que requiere de transferencia de tecnologías a las cuales, estos países no pueden acceder en las condiciones de la globalización neoliberal. La sustentabilidad social, persigue como objetivo el mejoramiento de la calidad de vida de la población, en los que se haría efectiva la distribución equitativa de las riquezas de que dispone la sociedad dispone, a partir de la equidad y la justicia social. Los criterios básicos tienen que ser los de justicia distributiva, para el caso de la distribución de bienes y servicios y de la universalización de la cobertura de educación, salud, vivienda y seguridad social. Estos criterios sientan las bases para un desarrollo sustentable que incluye los intereses de las presentes y las futuras generaciones (Guimaraes, 1994:52). Evidentemente, sin sustentabilidad social no podrá existir la sustentabilidad. En primer lugar, se precisan políticas sociales que garanticen la satisfacción de las necesidades básicas de toda la población. Para concluir con el análisis de los contenidos sectoriales que propone R. Guimaraes se hará referencia a la denominada sustentabilidad política, la cual se encuentra estrechamente vinculada al proceso de construcción de la ciudadanía, y busca garantizar la incorporación plena de las personas al proceso de desarrollo. Ésta se resume a nivel micro, en la democratización de la sociedad, y a nivel macro, a la democratización del �42 estado. No se indica en qué tipo de sociedad pretende el autor lograr el desarrollo sustentable. El primer objetivo supone el fortalecimiento de las organizaciones sociales y comunitarias, la redistribución de los recursos y de la información hacia los sectores subordinados, el incremento de la capacidad de análisis de sus organizaciones, y la capacitación para la toma de decisiones. En tanto el segundo objetivo se logra a través de la apertura del aparato estatal al control ciudadano, la reactualización de los partidos políticos y de los procesos electorales, y por la incorporación del concepto de responsabilidad en la actividad pública (Guimaraes, 1994:53). La sustentabilidad política solamente se puede lograr, si se realiza una profunda transformación estructural de la sociedad y esto no se puede alcanzar donde la distribución de las riquezas se realice de forma tan desigual. En el análisis que realiza el Arquitecto mexicano José Ramón González Barrón el desarrollo sustentable se divide en dos partes, relación de la cual, se logran proyectos sustentables. Una primera parte que se denomina desarrollo sustentable micro. Se entiende por desarrollo sustentable micro al “[...] que se lleva a cabo en casas, en un grupo de vecinos [...] Es decir esta sustentabilidad es de una escala pequeña, en la que un pequeño grupo de personas contribuye, según sus alcance, para poder hacer sustentable su medio cotidiano” (González, 2005:2). Lo verdaderamente valioso de este punto de vista es el llamado de atención sobre el papel de las comunidades y de los grupos pequeños como células de partida para la sustentabilidad. La segunda parte denominada desarrollo sustentable macro “[...] es específico de industrias, fábricas, en el tratamiento a gran escala de aguas residuales, grandes soluciones urbanas, etc. Esta sustentabilidad se puede llevar a cabo por grandes organismos, los cuales tengan los recursos para dar solución a estos problemas” (González, 2005:2). Como se aprecia, este análisis no tiene en cuenta la participación del estado en la solución de los problemas del desarrollo, independientemente, de que en un momento de su análisis tenga claro que el desarrollo sustentable “[...] tiene que tomar en cuenta los factores políticos, sociales, económicos y culturales, de una sociedad [...]” (González, 2005:2). Sin embargo, obvia totalmente el análisis clasista, no tiene en cuenta el carácter grupal de las instituciones que elaboran estrategias de desarrollo y manejo ambiental. En el tratamiento de la “Comisión del Sur” es posible encontrar un enfoque más totalizador del desarrollo, más cercano a las posiciones del tercer mundo donde se integran valores materiales y espirituales. Este enfoque caracteriza el desarrollo como “[...] un proceso que permite a los seres humanos utilizar su potencial, adquirir confianza en sí mismos y llevar una vida de dignidad y realización [...] Es una evolución que trae consigo la desaparición de la opresión política, económica y social” (Comisión Sur, �43 1991:20). Este enfoque no le llama a este modelo desarrollo sustentable, pero, evidentemente, sus fundamentos teóricos, coinciden con los atribuidos a este modelo, al menos, con la intención que se plantea en el Informe Brundtland. Este tratamiento tiene varios puntos de contacto con los anteriores, pero se hace particular énfasis en la desaparición de la opresión económica, política y social y en el logro de una confianza del individuo en sí mismo, lo cual, lógicamente se hace extensivo hacia las comunidades de las cuales es miembro, pasando por las diferentes formas de organización social que las mismas poseen. Por su parte, la definición que sobre desarrollo sostenible propone la FAO, la cual dice textualmente: “El desarrollo sostenible es el manejo y la conservación de la base de recursos naturales y la orientación del cambio tecnológico e institucional de tal manera que asegure la continua satisfacción de las necesidades humanas para las generaciones presentes y futuras” (Milian, 1996:53). Lo más interesante en esta definición es que analiza la variable tecnológica como clave para el manejo y conservación de los recursos naturales. Si no existe una nueva orientación hacia el cambio tecnológico, en el sentido del empleo de tecnologías apropiadas, no se podrá aspirar al logro de un desarrollo sustentable. Otra visión sobre el problema que toma como base la definición clásica ofrecida en el Informe “Nuestro Futuro Común” de la “Comisión Brundtland” la ofrece Luis Herrero en su libro “Medio ambiente y desarrollo alternativo”. Este autor en el desarrollo sustentable incluye dos conceptos fundamentales “[...] a) el de necesidades, en particular las esenciales de los pobres, a los que se debía otorgar prioridad preponderante, y b) la idea de las limitaciones que imponen los recursos del medio ambiente, el estado actual de la tecnología y de la organización social [...]” (Herrero, 1989:37-38). Aquí están presentes elementos analizados en definiciones anteriores, sin embargo, llama la atención el vínculo que el autor establece entre las necesidades de los sectores más desfavorecidos en los diferentes países y la relación recursos naturales - tecnología. Por su parte, The Hague Report ofrece una definición que si bien tiene puntos de contacto con todas las anteriores aparecidas a partir del “Informe Nuestro Futuro Común”, en esta se encuentran elementos novedosos. El desarrollo sostenible es un modelo para edificar un tipo de sociedad en la cual “[...] deben efectuarse inversiones suficientes en la educación y en la salud de la presente población, de forma tal, que no se creen deudas sociales para las futuras generaciones. Y que los recursos naturales deben ser utilizados de forma tal que no creen deudas ecológicas al superexplotarse las capacidades productivas y de soporte de la tierra [...]” (Pronk & Nabub, 1992:6). La introducción en esta definición por primera vez del término deudas sociales, crea una perspectiva más objetiva para enfocar desde la visión de este trabajo, el problema del modelo económico que consideramos se adecua a las condiciones de la minería. �44 Las deudas sociales se pueden originar directamente a partir de proyectos de desarrollo que no tengan en cuenta las dimensiones del desarrollo sustentable de forma inmediata. Es decir, aquellos proyectos donde no exista equidad en la distribución de las riquezas y aparezcan sectores excluidos del desarrollo como consecuencia de no existir justicia intrageneracional. La creación de deudas sociales como consecuencia de la utilización de patrones irracionales de desarrollo provoca consecuencias mediatas que se producen al agotarse todos los recursos naturales que respaldaban determinadas infraestructuras socio productivas. Para el caso de la minería, este tratamiento se acerca al problema del cierre de minas en la que tanto las deudas sociales, como las deudas ecológicas, de lo cual trataremos más adelante, son elementos claves que se tienen en cuenta en el momento de analizar la sustentabilidad de un Proyecto. Estas deudas sociales se pueden cuantificar y expresar en modelos que darían una idea más exacta de la relación recursos naturales - desarrollo, un elemento que ayudaría a comprender la esencia del desarrollo sustentable y que no se encuentra presente en las definiciones que aparecen en la literatura científica. Este debe ser el objetivo de los modelos económicos que privilegian la protección de la naturaleza en la misma medida en que las deudas sociales poseen una estrecha relación con las deudas ecológicas. El razonamiento realizado para el caso de las deudas sociales es válido para las deudas ecológicas. Estas se crean como consecuencia del uso indiscriminado de un recurso por encima de su capacidad de recomposición de forma inmediata o de forma mediata, derivada del desequilibrio originado por la desaparición de los ecosistemas asociados a los recursos agotados. Todo lo cual origina que no se puedan encontrar alternativas de compensación por los daños que aparecen como consecuencia de la alteración en el funcionamiento de los ecosistemas y los sociosistemas de una zona determinada. José Mateo Rodríguez y Carmen Suárez Gómez, dos autores cubanos, definen este modelo de desarrollo utilizando el término “sostenible”, sin establecerse precisiones entre “sustentable” y “sostenible”. Para ellos, “[…] por sostenibilidad se entiende la durabilidad y la persistencia de un sistema, la capacidad de reproducir material y simbólicamente un sistema como resultado de las interacciones estructurales, funcionales, dinámicas y evolutivas. La sostenibilidad ambiental sería así el balance entre varios niveles o tipos de sostenibilidad: la geoecológica, la social, la económica” (Mateo & Suárez, 2000:732). Esta definición ofrece una visión de la sustentabilidad como proceso, como interacción de diferentes elementos del tejido social. Es una forma abierta de entender la sustentabilidad que se corresponde con la manera en que estos autores definen el medio ambiente, como interacción de elementos ecológicos, ambientales y sociales. Es un �45 enfoque más integrador de la sustentabilidad que tiene como punto de partida el análisis de los fenómenos ambientales en sistema, en interacción dialéctica. Una definición que presenta una mayor similitud con las que toman como referencia la de la “Comisión Brundtland”, la ofrece el propio José Mateo Rodríguez en una publicación en idioma portugués, en la que utiliza la palabra sustentable para definir el modelo que se está analizando. En esta ocasión afirma: “O desenvolvimento sustentavel é aquele que: - utiliza os recursos e serviços ambientais abaixo de sua capacidade de renovação; - distribui atividades no territorio de acordo com seu potencial; - pratica atividades de tal maneira que a emissão de contaminantes seja inferior a capacidade de assimilação” (Mateo, 1997:55)2. Lo valioso de esta definición lo constituye la importancia que se le atribuye a la necesidad de promover el desarrollo sustentable acorde con el potencial del territorio, es decir, con sus capacidades. Una óptica coincidente con la perspectiva del primer mundo es la de Herman Daly, un conocido teórico del desarrollo sustentable, defensor de las posiciones del Banco Mundial, quien define el modelo de la sustentabilidad de la siguiente forma: “[...] sustainable development is qualitative improvement without quantitative increase beyond some scale that does not exceed carrying capacity - - i.e., the capacity of the environment to regenerate raw material inputs and absorb waste outputs” (Daly, 1990:195)3. Este punto de vista concretamente, privilegia el desarrollo, entendido este como crecimiento cualitativo, sin adición de materiales, es decir, se promueve un desarrollo intensivo, más completo, sin extraer mayores cantidades de materias primas. Este tipo de modelo, en otras palabras, como dice Herman Daly, es el mejoramiento cualitativo sin el aumento cuantitativo, que no exceda la capacidad de la naturaleza de generar materias primas y de absorber los desechos de la producción. Visto desde esta óptica, la mayoría de los países subdesarrollados no tienen posibilidades de acceder al desarrollo sustentable por esta vía por no disponer de las tecnologías necesarias para acometer modelos intensivos en la producción. Una visión importante, para el tipo de concepto que se defiende, aparece en un artículo del chileno Juan Carlos Guajardo, de la Comisión Chilena del Cobre (COCHILCO) y que se suscribe por coincidir con los puntos de vista defendidos por el autor, de esta Tesis de 2 El desarrollo sustentable es aquel que: utiliza los recursos y servicios ambientales por debajo de su capacidad de renovación, distribuye los recursos en el territorio de acuerdo con su potencial y desarrolla actividades de forma tal que la emisión de contaminantes resulte inferior a la capacidad de asimilación de la naturaleza. 3 Desarrollo sustentable es desarrollo sin crecimiento donde: a- Crecimiento significa incremento en tamaño por la adición de material a través de la asimilación o acrecentamiento (por ejemplo, el incremento cuantitativo). b- Desarrollo significa expansión o realización de las potencialidades: trayendo gradualmente un estado mayor y mejor (es decir mejoramiento cualitativo). En otras palabras el desarrollo sustentable es mejoramiento cualitativo sin aumento cuantitativo más allá de varias escalas que no exceden la capacidad de carga, es decir la capacidad del medio ambiente para generar entradas de materias primas y absorber las emisiones de los desechos. �46 Doctorado, desde septiembre del 2001 (Montero, 2001), en la defensa de su Tesis de Master; en la Universidad de la Habana, y en un artículo publicado en el Vol. XIX, Nos. 12, del 2003 de la revista “Minería y Geología”. El chileno plantea: “La necesidad de compensar los deterioros de la naturaleza, de reparar las injusticias sociales del presente y de considerar las necesidades e intereses de las generaciones futuras, responden a una visión normativa, de un “deber ser” de la sociedad [...]” (Guajardo, 2003:221). Como se puede apreciar, se refiere aquí a los elementos éticos que introduce el concepto desarrollo sustentable en las relaciones inter e intrageneracionales. Las referencias a la necesidad de compensar los desequilibrios que se producen en la relación hombre – naturaleza – sociedad quedan más claramente cuando afirma: “El gran principio del Desarrollo Sustentable es el principio general de la compensación, ya sea desde una perspectiva actual o intergeneracional. Cualquier costo... debe ser reparado [...]” (Guajardo, 2003:221). Esta es realmente la perspectiva que se considera valedera como principio general en las relaciones sujeto – objeto y sujeto – sujeto en el medio ambiente. Por su parte, Verónica Alvarez Campillay, también de COCHILCO, plantea analizando las visiones existentes de sustentabilidad, que existen dos formas de conceptualizarla, dentro de la corriente económica. Los “[...] optimistas denominados Antropocéntricos y los pesimistas denominados Ecocéntricos” (Alvarez, 2003:256). Estas corrientes teóricas de pensamiento, según esta autora, que refiere en su artículo al Sr. Juan Carlos Guajardo, presentan “[...] el centro de ambos enfoques... la Sustentabilidad Débil (corriente Antropocéntrica) que dio origen a la Economía Ambiental y la Sustentabilidad Fuerte (corriente Ecocéntrica) en la cual se basa la Economía Ecológica” (Alvarez, 2003:256). La sustentabilidad débil “[...] postula que a través de la economía y la tecnología es posible resolver los problemas que la acción del hombre provoca en el medio ambiente” (Alvarez, 2003:256). Esta es precisamente la visión totalmente errónea de la racionalidad instrumental de la modernidad que pretende hacer creer que la tecnología resolverá los problemas creados por las propias tecnologías a través de la aplicación de más ciencia y más tecnología. La sustentabilidad fuerte, hace hincapié en el carácter irreparable de los impactos que producen sobre el medio ambiente las actividades productivas, y, especialmente, respecto a la disponibilidad energética para las futuras generaciones. Por todo ello “Su postulado es respetar los equilibrios de la naturaleza y alcanzar la sustentabilidad manteniendo el capital natural constante. En un extremo, este enfoque podría implicar la prohibición de la explotación del recurso” (Alvarez, 2003:257). Este enfoque, carece de consistencia teórica, pues, es imposible dejar a las futuras generaciones un stock de capital natural constante para sus necesidades, limitando la satisfacción de las �47 necesidades de las presentes. No tiene en cuenta, esta visión, que la clave consiste en crear un capital social, sobre la base de la justicia, la equidad y la participación verdaderas, capaz de crear alternativas de generar nuevas riquezas a partir de los procesos socio – productivos actuales. Además, la idea de limitar la explotación del recurso responde, en las condiciones de la economía globalizada, a una lógica neoliberal que tiene como objetivo privar a las naciones más necesitadas, del sur subdesarrollado de recursos que son imprescindibles para su crecimiento económico. Tal es el caso de los intentos de las organizaciones financieras internacionales de prohibir la explotación de los recursos minerales en América Latina porque “[...] adoptar la sustentabilidad fuerte implica mantener el capital natural para las futuras generaciones, es decir, prohibir la extracción de minerales” (Alvarez, 2003:282). Para continuar es oportuno traer al análisis algunas ideas aparecidas en dos artículos publicados por H. Dürr en 1999 y por J. L. López Cerezo y J. Méndez que resumen de forma general nuestro modo de enfocar la cuestión de la sustentabilidad. En el caso del primer artículo se considera que el logro de una sociedad sustentable, como asegura el autor alemán -, exige la existencia de la sustentabilidad ecológica (Dürr, 2005:29)4, que se refiere al respeto a la capacidad de carga de los ecosistemas, como principio del mantenimiento de la vitalidad, productividad y flexibilidad de la biosfera. Se necesita, además, - continuando con el análisis de H. Dürr – de la sustentabilidad social (Dürr, 2005:29)5 que habla de la justicia social distributiva en el sentido de la garantía de cobertura de servicios sociales para los ciudadanos y un desarrollo equitativo a nivel internacional. En este mismo análisis introduce un término nuevo, Sustentabilidad individual del hombre, que, en buena medida, coincide con los planteamientos de la Comisión Sur y que se considera imprescindible en el logro de la sustentabilidad, al ser, precisamente, el hombre el portador de los modelos socioeconómicos y ser esta necesaria “[…] para apoyar plenamente lo que según nuestras aspiraciones es humano en él, proporcionada por una suficiente base económica y condiciones apropiadas en favor de una vida de autodeterminación suficiente, digna, significativa y feliz para todos” (Dürr, 2005:29). 4 “Sustentabilidad ecológica, relacionada con una adecuada moderación de la intromisión humana en el medio ambiente y una apropiada incorporación de las actividades del hombre en el finito ecosistema, para que no se exceda la capacidad de carga de la Tierra y no disminuya la vitalidad, productividad y flexibilidad de la biosfera en la cual se basa también la productividad”. 5 Sustentabilidad social, para mantener a la humanidad como una especie sobre el planeta, garantizada por una distribución justa de los recursos de la Tierra y de los bienes y servicios producidos por el hombre entre los países y sus pueblos, y una participación equitativa y activa de todas las personas en la organización de la sociedad en que viven. �48 Se puede afirmar que detrás del concepto desarrollo sustentable se esconde la misma lógica instrumental defendida por la modernidad que lo conduce a una concepción dicotómica de la relación naturaleza sociedad en la que él aparece como “[…] amo de la naturaleza, para esclavizarla, para considerarla simplemente como una gran cantera para su propio miope beneficio, más que como —lo que realmente es— una base y el apoyo nutricional de su propia existencia” (Dürr, 2005:31-32). Los sustentos del modelo no van más allá de producir un tipo de “mejoras ambientales” para garantizar las condiciones óptimas de un desarrollo mantenido de forma sostenida. El desarrollo sustentable, como paradigma socioeconómico encierra elementos positivos para la humanidad, sin embargo, para los países subdesarrollados no ofrece opciones reales de aplicación al convertirse en un instrumento más de dominación de las grandes potencias desarrolladas que, bajo el sello de la sustentabilidad, imponen condiciones leoninas a las economías de estas naciones para acceder al mercado mundial, dígase sellos verdes, producciones ecológicas, o aranceles prioritarios a producciones más competitivas que los productos que ellos exportan. El concepto mantiene una forma de actuar y producir desarrollista “[…] mientras no convirtamos en insostenible la actividad económica, es decir, se trata de mantener el crecimiento económico ajustándolo técnicamente a las limitaciones del capital natural” (López & Méndez, 2005:138). La sustentabilidad es un discurso eminentemente político que pone de “[…] relieve su carácter ideológico, desorientador y, en muchos casos, ante situaciones ya "sostenibles", potencialmente perturbador” (López & Méndez, 2005:138). Considera la propuesta que se realiza que el desarrollo sustentable no es la única vía para el logro de la sustentabilidad, en la misma medida se pretende desconocer que “[…] existen sociosistemas ecológicamente integrados que no obedecen al imperativo desarrollista del crecimiento económico, y en los que, además, no tiene sentido conciliar tal crecimiento con los objetivos de proteger la naturaleza y atender las necesidades sociales” (López & Méndez, 2005:138). En virtud de esta lógica se hace imprescindible determinar qué es lo que realmente se debe sustentar en cada cultura, en cada actividad y en cada proceso socioeconómico. La sustentabilidad como proceso es alcanzable en sociedades donde la propiedad sobre los medios de producción promueva relaciones justas entre los diferentes grupos sociales, jamás será alcanzable en los países donde existan modos de producción asentados sobre la base de la injusticia y la inequidad en el desarrollo. El desarrollo sustentable es un proceso que exige una nueva conciencia y comportamiento ambientales basados en una ética que solamente se puede construir sobre la base de la responsabilidad ante todos los elementos del medio ambiente y la solidaridad entre todos los grupos sociales que participan en el desarrollo. �49 La sustentabilidad, como meta es un avance en el pensamiento creador del hombre hacia sociedades más justas, su concreción como ideal exige profundos cambios revolucionarios en las sociedades del mundo actual. 2.3. Las dimensiones de la sustentabilidad La sustentabilidad posee, al menos tres, dimensiones, una primera, directamente relacionada con la protección de las funciones básicas esenciales de la naturaleza, una segunda, con los factores culturales y socio - políticos que modelan la relación del hombre con su medio ambiente y una dimensión tecnológica en la cual se integran elementos de las anteriores. Siguiendo la lógica del análisis de R. P. Guimaraes, para su mejor comprensión, teniendo en cuenta los intereses de la presente investigación, en lo referido a la elaboración de indicadores de sustentabilidad, se considerará que estos deben incluir las siguientes dimensiones: ambiental, en la que se incluye la ecológica, social, donde incluimos la política y la dimensión tecnológica. Entre los elementos generales del concepto desarrollo sustentable se encuentra la dimensión ambiental. Esta se refiere a la explotación de los recursos naturales de acuerdo con las características del medio ambiente, a sus funciones ecológicas y ambientales esenciales. Se trata de desarrollar modelos productivos que creen condiciones para garantizar la estabilidad de los sistemas sociales, como una vía para procurar la estabilidad de la naturaleza, en los que se tengan en cuenta las principales funciones de la misma como fuente de materias primas, sumidero de desechos y sostén de la vida, lo cual facilitaría la aparición de actividades alternativas. Las categorías de esta dimensión serían, continuando el razonamiento de Roberto P. Guimaraes, las de mantener, en el caso de los recursos renovables un ritmo de explotación equivalente al ritmo de recomposición del recurso en sus ciclos naturales. Para el caso de los recursos no – renovables el ritmo de explotación tiene que ser equivalente a la aparición de actividades alternativas en los procesos productivos. Se considera imprescindible mantener estas categorías que deben constituir la base para la formulación de las variables de operacionalización de los indicadores, tasa de emisión de residuales y tasa de absorción de estos, según los diferentes sumideros naturales. En esta dimensión se precisa tener en cuenta, además, las categorías que están las relacionadas con el mantenimiento de los procesos ecológicos esenciales y de los sistemas que dan sostén a la vida, como, por ejemplo, la preservación de la diversidad genética, la cual constituye una condición indispensable para el logro de la sustentabilidad. Este es un tipo de desarrollo que le permitirá a las generaciones futuras disponer de tecnologías y espacios donde desarrollar sus actividades socioeconómicas, tomando �50 como referencia, para su protección, indicadores ambientales de contaminación permisibles para las especies de la flora, la fauna y los recursos naturales. Estos espacios pueden ser naturales o artificiales y en ellos se alcanzaría la sustentabilidad sobre la base del empleo de tecnologías respetuosas del entorno y del mantenimiento de la cultura de las comunidades implicadas en la explotación de los recursos. Se trata de no destruir toda posibilidad de regeneración de estos o del surgimiento de otros sobre la base de los existentes, que en muchos casos, no se logra como consecuencia de su despiadada utilización. Es decir, lo importante es evitar las deudas ecológicas que limiten a las generaciones futuras para la solución de los problemas ambientales que, como consecuencia de la utilización de sistemas socioproductivos irracionales y de tecnologías inapropiadas en la actualidad, tendrán que enfrentar para desarrollarse. La dimensión social del desarrollo sustentable se refiere a los elementos sociales y políticos existentes detrás de la relación del hombre con la naturaleza y que se concretan en los modelos económicos, en los que es necesario incluir, además de los factores de índole económica y política, la cultura, las costumbres, las tradiciones y las creencias religiosas, entre otros elementos. Además, en términos genéricos, es la capacidad real de una sociedad de organizarse según sus intereses para garantizar justicia social para todos sus miembros, a través del desarrollo de proyectos en los que, sobre la base de la participación de todos, se garantice el acceso a los servicios básicos de salud, educación, cultura, deporte, utilización del tiempo libre y recreación, de acuerdo con sus necesidades, y respetando la identidad de cada grupo. En esta dimensión es imprescindible tener en cuenta, como se ha expresado anteriormente, los elementos socio–clasistas que intervienen en la organización política de la sociedad y en la relación del hombre con la naturaleza. En el enfoque clásico a la problemática del logro de sociedades sustentables se obvia, en la mayoría de los casos, el análisis clasista. Para lograr la sustentabilidad tienen que existir instituciones que garanticen el acceso de los actores sociales a los servicios básicos referidos anteriormente, y vías para llegar a ellas como participantes reales de su propio proyecto. En ambos casos, estas constituyen la garantía de la existencia de compensaciones sociales ante la desaparición de actividades como consecuencia del agotamiento de los recursos naturales que explotan. Tanto en actividades que utilizan recursos no–renovables como en los renovables las compensaciones son el resultado de la interacción entre los mecanismos sociales existentes en la superestructura de la sociedad. Si estos mecanismos fallan, aparecen grupos marginados que desarrollarán prácticas agresoras del medio ambiente como formas de subsistencia. Por ello, uno de los principales retos de una sociedad sustentable es la eliminación de las deudas sociales. �51 La sustentabilidad social presupone la existencia de una sociedad donde existan mecanismos de participación pública validados socialmente. Es necesaria la búsqueda de fórmulas que tengan en cuenta, en el momento de tomar una decisión relacionada con determinadas acciones ambientales, los intereses, no solamente de los grupos que llevarán a la práctica esas acciones, sino de los implicados en las mismas. Pero esta tiene que ser una participación real, con vías de retroalimentación para conocer el efecto de sus decisiones en las instituciones y decisores ambientales en todos los niveles políticos y administrativos. La existencia de instituciones capaces de contribuir al desarrollo sustentable exige estructuras sencillas y flexibles en la toma de decisiones ambientales si se tiene en cuenta que, por su carácter dinámico y sus consecuencias impredecibles, una necesidad ecológica no puede transitar a través de las frecuentes estructuras burocráticas de poder existentes en el mundo. En cualquier caso, la demora en adoptar una decisión puede comprometer para siempre el destino de uno o varios ecosistemas o de comunidades humanas asociadas a estos. Para que un sistema logre la sustentabilidad, además, se requiere de niveles de acceso a la cultura, solamente alcanzables con la aplicación de políticas racionales en el manejo de los recursos humanos y la distribución de las riquezas sociales. Las categorías de esta dimensión estarían, en lo político, relacionadas con la participación de la población en los órganos de poder, entonces estas serían: población con derecho al voto, participación en las elecciones, abstencionismo, boletas en blanco, diputados por habitantes en el parlamento y mujeres en los órganos de poder (Montero, 2001:74). Para completar esta dimensión son necesarias otras categorías que frecuentemente no aparecen en la literatura y que se considera son imprescindibles para analizar la sustentabilidad social. Tal es el caso de los llamados servicios básicos a los que también ha hecho referencia Roberto P. Guimaraes, como cobertura de salud y educación. Para poder incluir las categorías de esta dimensión en los indicadores es imprescindible darles un contenido más exacto. Se incluirían en ese caso las categorías seguridad social, esperanza de vida, mortalidad infantil, escolarización, calidad de la educación, electrificación, cobertura de agua por sistemas autónomos, instituciones culturales, centros promotores de la cultura, científicos por habitantes e instituciones científicas. Estas categorías pueden variar de acuerdo con el entorno donde actúen teniendo en cuenta que su expresión en indicadores tiene en cuenta lo local como unidad de concreción de la sustentabilidad. Para los intereses de la presente investigación, de acuerdo con el problema científico planteado, los objetivos y las ideas a defender se considera necesario analizar la tecnología como una dimensión en la que es posible expresar todas las relaciones sociales que se involucran en el desarrollo social. �52 La dimensión tecnológica se enfoca, en este trabajo, desde la perspectiva de los estudios sociales de la ciencia y la tecnología, o estudios CTS, como se conocen. Es decir, ver la problemática del modelo de desarrollo sustentable como una relación entre las tecnologías con las cuales el hombre actúa sobre la naturaleza, que constituyen un producto de la actividad humana, y sus impactos sobre esta y la sociedad. Analizando esta relación como un problema social, pretendemos que la tecnología sea vista como algo más que un artefacto para entenderla como sistemas, como procesos, como un valor que modifica los valores existentes y crea nuevos valores. Esta cuestión va mucho más allá que una simple disquisición filosófica para convertirse en un problema de esencia en las relaciones sociales. El problema es saber cómo una tecnología modifica la cultura de una comunidad. Hasta dónde se pueden modificar las costumbres, los hábitos y las tradiciones comunitarias, cambiando la forma de relación del hombre con la naturaleza y con los demás miembros de la comunidad. Esta idea es posible comprenderla únicamente si se parte del hecho de que “La tecnología no es un artefacto inocuo [...] no hay duda de que está sujeta a un cierto determinismo social. La evidencia de que ella es movida por intereses sociales parece un argumento sólido para apoyar la idea de que la tecnología está socialmente moldeada” (Núñez, 1999b:43). Es importante que la tecnología se comprenda, “[...] como una práctica social [...]” (Núñez, 1999b:61) y dentro de los intereses del concepto desarrollo sustentable como un conjunto de sistemas diseñados para cumplir una función determinada. Esto nos facilita asimilar las relaciones tecnológicas como intercambios entre individuos y entre estos y los diferentes grupos sociales que participan en los procesos de desarrollo. Para ello es de gran utilidad valorar las dimensiones de la tecnología según A. Pacey, referidas por J. Núñez en el artículo citado anteriormente. Como una primera dimensión considera la técnica en la que se incluyen “[…] conocimientos, capacidades, destrezas técnicas, instrumentos, herramientas y maquinarias, recursos humanos y materiales, materias primas, productos obtenidos, desechos y residuos” (Núñez, 1999b:61). Estos elementos constituyen un referente importante para evaluar, dentro de los indicadores que se elaboren, el papel de las tecnologías mineras en la consecución del desarrollo sustentable. La dimensión organizativa, en la que se incluye la “[…] política administrativa y de gestión, aspectos de mercado, economía e industria; agentes sociales: empresarios, sindicatos, cuestiones relacionadas con la actividad profesional productiva, la distribución de productos, usuarios y consumidores entre otras” (Núñez, 1999b:61), nos permite que tengamos una idea exacta de la complejidad de la tecnología y su carácter profundamente social. Una tercera dimensión, la ideológico-cultural, en la que se incluyen las “[…] finalidades y objetivos, sistemas de valores y códigos éticos; creencias en el progreso [...]” (Núñez, �53 1999b:61) terminan por completar un cuadro que revela relaciones sociales complejas que pueden ofrecer una idea de cómo las tecnologías se insertan en un contexto social donde confluyen los intereses y valores de diferentes grupos sociales que apuntan, en ocasiones, en sentido inverso a la racionalidad tecnológica que ellas propugnan. Al hablar de grupos sociales se está haciendo referencia desde las clases sociales hasta los productores, consumidores y agentes del intercambio. Los materiales implicados en los procesos socioeconómicos, los medios disponibles y los fines a desarrollar pueden ser analizados a partir de comprender las tecnologías como sistemas. Esta visión lleva a concebir las tecnologías como procesos sociales en los que se verifican los valores que ellas portan, en interacción dialéctica con los valores de las comunidades receptoras. Es decir, los valores de una tecnología tienen un carácter histórico - concreto, depende de los valores propios y de las comunidades. Es por ello importante comprender que: “La actividad tecnológica está profundamente influida por una pluralidad de valores que son satisfechos en mayor o menor grado por las acciones tecnológicas y por sus resultados” (Echeverría, 2001a:25). El desarrollo sustentable tiene que promover el respeto a las diferentes identidades nacionales. Lo que resulta sustentable en una determinada región no tiene que ser sustentable en otra al ser transferida. Este es uno de los argumentos más sólidos para afirmar que concepto propuesto por la Comisión Brundtland no distingue los diferentes niveles de los países, tomando como referencia las identidades nacionales, que abarcan desde el nivel de desarrollo económico hasta las diferentes formas de la conciencia social: religión, arte, cultura, entre otros. Enfocar el intercambio del hombre con la naturaleza como una relación mediada por tecnologías que actúan en contextos sociales concretos da la posibilidad, para los intereses de esta tesis, de centrar la atención en las relaciones medio ambientales. Partiendo de considerar las mismas como socioentornos donde interactúan relaciones políticas, jurídicas, económicas, sociales, sociopsicológicas y ambientales. La tecnología debe ser comprendida como prácticas sociales que involucran formas de organización social, empleo de artefactos y sistemas de gestión de recursos, integrados en sociosistemas, dentro de los cuales se producen interrelaciones, que condicionan la naturaleza de las relaciones sociales. En el caso de los complejos mineros se trata de relaciones entre los propietarios de los medios de producción, productores, comunidades residentes, gestores comunitarios, y procesos que aparecen como consecuencia de las actividades fundamentales. Tal es el caso de la gestión integrada de los derivados que compromete toda la actividad de los complejos mineros. Esto, a partir de considerar que es la continuidad de nuevas relaciones que llamaremos prácticas tecnológicas (Núñez, 1999b). �54 Esto presupone la idea de ver el desarrollo sustentable como un sistema de interacción socio cultural que se desarrolla en un entorno, donde las prácticas tecnológicas sirven como un medio de intercambio entre sociosistemas. “El concepto práctica tecnológica muestra con claridad el carácter de la tecnología como sistema o sociosistema. El sistema permite intercambios y comunicaciones permanentes de los diversos aspectos de la operación técnica [...] pero también de su administración, mediante el tejido de relaciones y de sus sistemas subyacentes implicados, además, el sistema envuelve el marco de representaciones y valores de los agentes del proceso. Todo esto permite reconocer que los sistemas no son autónomos, puesto que están envueltos en la vigilancia de la razón teórica y en el control de la razón práctica” (García, E., González, J. et al., 2001: 44). Por su importancia hemos citado íntegramente este fragmento del libro “Ciencia, Tecnología y Sociedad: una aproximación conceptual” de los autores citados porque el concepto desarrollo sustentable no puede desconocer las dimensiones que abarca la práctica tecnológica y en los indicadores que se proponen para la minería deben tenerse en cuenta. Analizar la tecnología de la forma que se propone en esta dimensión y a través de la óptica de la práctica tecnológica deja muy claro lo siguiente: - La tecnología no es un hecho aislado, lo cual significa que las soluciones que se presentan a los problemas del desarrollo y a los provocados por los usos irracionales de las tecnologías no son tecnológicas sino sociales. - En los sociosistemas ocurre un intercambio permanente entre sus elementos, donde no solamente se encuentran las tecnologías, sino que además se incluyen instituciones, mercados, asociaciones de productores y algo más que eso, grupos interesados en los impactos de las tecnologías y que deben tenerse en cuenta en el momento de tomar decisiones ambientales. Las decisiones tecnológicas están mediadas por relaciones axiológicas, es decir, por los valores de los diferentes grupos inmersos en los sociosistemas donde tienen lugar las prácticas tecnológicas. El aspecto cultural e ideológico entra a ser considerado como una dimensión decisiva de la práctica tecnológica y consecuentemente de los modelos de proyectos sustentables. El análisis de la minería permitirá evaluar estas concepciones de manera directa en el objeto de estudio de nuestra investigación. �55 2.4. Lo singular, lo particular y lo universal en el concepto desarrollo sustentable. El concepto desarrollo sustentable, visto de forma clásica, como se ha afirmado hasta el momento, es insuficiente para determinar la sustentabilidad en sectores productivos concretos como es el uso de los recursos mineros. De ahí la necesidad de poseer un concepto que sirva de guía metodológica para este tipo de actividad. Lo sustentable se diluye, en los conceptos que, sobre el particular, existen en todo el conjunto de actividades socio - económicas de un país, sujeto a los intereses del evaluador y enmascarado en un número poco comprensible de cifras macroeconómicas. Los valores ambientales, comprendidos en la dimensión ambiental, no aparecen con facilidad en ese complejo entramado social, en el todo se expresa siguiendo intereses sectoriales. Estos valores son, generalmente, categorizados por criterios biológicos desde el punto de vista de su importancia para mantener el equilibrio de las especies asociadas a un determinado ecosistema y no a partir de indicadores. Para evaluar una rama económica específica, el concepto, metodológicamente, no ofrece las perspectivas exigidas por ambientalistas, economistas y políticos. Una actividad de cualquier índole no se puede analizar aisladamente, es imprescindible verla en sus interconexiones de acuerdo con los determinado, ha validado. Esas indicadores que la sociedad, en un momento interrelaciones no son únicamente económicas, tecnológicas, ambientales o ecológicas, sino que, además, abarcan los valores, las tradiciones, los sentimientos religiosos, etc. En este sentido el concepto desarrollo sustentable no ofrece posibilidad alguna de evaluar el grado de sustentabilidad de un proceso económico aislado. Lo anterior, no significa que no existan generalidades del concepto, útiles para analizar hasta dónde una actividad económica es sustentable o no. En este sentido es preciso comprender la relación dialéctica que existe entre lo singular, lo particular y lo universal en la elaboración de indicadores de sustentabilidad lo cual da una visión más exacta de por qué se deben poseer indicadores específicos para la minería y qué relación guardan estos con los indicadores de otras actividades y los generales que existen en la sociedad. En primer lugar, digamos que existe un conjunto determinado de indicadores para medir la sustentabilidad a escala macrosocial que sirven para evaluar actividades en las cuales participan indistintamente todos los sectores de la sociedad de forma individual, pero no en la misma proporción ni en la misma magnitud. Lo singular en esta relación estaría, en poder determinar cómo una actividad concreta tributa al logro de la sustentabilidad a partir de sus singularidades. Estos indicadores son únicos para esta actividad, pero pueden servir de base metodológica para otras actividades económicas similares en las que se exploten los mismos recursos, en otras regiones, incluso actividades diferentes. Lo que sí tiene que quedar bien definido es el objeto a medir y las vías para realizarlo es diferente en cada una de ellas. �56 Los indicadores de actividades económicas concretas expresan las relaciones que tienen lugar entre los sujetos económicos y sociales que intervienen en los procesos productivos, entre los eslabones que lo componen y el impacto que estos ocasionan en la sociedad y la naturaleza, específicamente, en los ecosistemas que componen el entorno inmediato del proyecto. Este impacto se puede medir de forma cuantitativa o cualitativa y es expresión de las relaciones fundamentales que se dan al interior de las actividades económicas y su interrelación con otras actividades y los eventos e instituciones sociales creadas por el hombre y la naturaleza. Lo particular es el elemento de contacto existente entre lo singular y lo universal, es decir, cómo cada una de las actividades tributa al logro de la sustentabilidad a escala macrosocial, digamos la forma en que cada proceso socioproductivo, ecológico, ambiental o político contribuye al mantenimiento de los indicadores que participan en los procesos globales que determinan que una actividad o entidad independiente sea sustentable o no, por ejemplo, cómo las actividades que desarrollan las comunidades contribuyen a la conservación de la estabilidad genética del planeta. Es decir, lo particular es el elemento de enlace entre lo singular y lo universal, por eso se puede afirmar que hay indicadores que son universales, que se utilizan en todas las actividades, pero que se manifiestan a través de lo particular en la singularidad de cada actividad. Para los intereses de la presente investigación se debe precisar que los indicadores que se proponen están dirigidos a medir cómo la misma tributa al logro de la sustentabilidad en la localidad, a partir de compensaciones que facilitan el surgimiento de actividades económicas alternativas. Estos indicadores constituyen una expresión de la relación del hombre con la naturaleza, es decir, la acción tecnogénica de las comunidades humanas sobre la naturaleza a través de la utilización de tecnologías en su sentido más amplio. La problemática va mucho más allá de conocer el nivel de afectación sobre los ecosistemas que rodean al objeto económico, es, según los intereses de los que elaboran los indicadores, una búsqueda de información que facilite la generación de estrategias ambientales. La sustentabilidad no es un proceso que pueda medirse aisladamente, esto se logra únicamente, como se analizó antes, en su intercambio con la sociedad, proceso en el cual debemos tener en cuenta la relación entre lo singular, lo particular y lo general. Para comprender en sus especificidades todo lo anterior se comenzará por ver las singularidades de la aplicación de este concepto en la minería, para lo cual se cree necesario realizar algunas precisiones con relación a cómo se considera que se debe conceptualizar la sustentabilidad para lo cual se propone verlo a través de grados o fases de desarrollo. �57 2.5. Los grados de la sustentabilidad y su concreción en actividades económicas El desarrollo sustentable para reflejar los niveles o grados de progreso de un país tiene que tener en cuenta el nivel alcanzado por este en sus fuerzas productivas y satisfacción de las necesidades de los diferentes grupos sociales implicados en un proyecto social de cualquier índole. Los retos que plantea, como modelo de desarrollo, no son alcanzables para cualquier país, sin embargo, sus principios teóricos deben ser la meta a lograr por todas las naciones que realmente estén interesadas en promover una relación racional con la naturaleza. Todo lo anterior nos lleva a plantear que el desarrollo sustentable es un proceso que transita por diferentes etapas o grados de desarrollo, este es precisamente uno de los elementos novedosos de la Tesis, a partir de afirmar que desarrollo y crecimiento son dos conceptos diferentes, que es imprescindible diferenciar para poder comprender la forma en que los países pueden concretar la sustentabilidad. Existe una primera etapa, la del crecimiento, en la que los países están obligados a crecer cuantitativa y cualitativamente en actividades verdaderamente generadoras de riquezas, a pesar de que puedan ocasionar impactos negativos sobre el medio ambiente. Estas actividades estarían, fundamentalmente, dirigidas a crear una infraestructura económica a partir de un capital social que beneficie a toda la sociedad en función de utilizar racionalmente los recursos naturales del país y de crear alternativas que permitan la introducción de cambios transformadores en la interacción hombre – naturaleza –sociedad. En este sentido sería muy importante introducir las ideas seminales de Carlos Rafael Rodríguez, quien fue el primero en establecer las diferencias entre desarrollo y crecimiento económico. Sobre el particular afirma: “Hace algunos años he defendido la idea de que existen diferencias entre el crecimiento (growing) y el desarrollo (development)” (Rodríguez, 1983a:77). Esta es una idea que pude contribuir a esclarecer las vías en que los países subdesarrollados lleguen al desarrollo y especialmente a comprender la necesidad de continuar explotando los recursos minerales en las naciones pobres a las que ahora se le quiere impedir el crecimiento de sus economías a costa de las fuentes de ingresos que aporta la minería por considerarla una actividad devastadora del medio ambiente. “Una economía puede crecer sin que avance hacia su real desarrollo. El desarrollo es una clase especial de crecimiento que asegura a un país crecer constantemente y a través de la autoimpulsión de su economía” (Rodríguez, 1983a:77). El destacado economista cubano deja bien sentado que crecer no es sinónimo de desarrollo, que los crecimientos económicos tienen que estar acompañados de cambios estructurales que permitan un verdadero desarrollo integral de la economía. El compañero Fidel Castro Ruz en una reflexión similar afirmaba: “No siempre el crecimiento industrial estadístico y de las �58 exportaciones de manufactura, indican que se transite por el camino del desarrollo” (Castro, 1983:135). En la primera etapa es imprescindible crecer para desarrollar una economía que sea capaz de generar riquezas, pero con la absoluta certeza de que el crecimiento económico es una condición necesaria para el desarrollo; pero por si sola insuficiente, que en un segundo nivel permita compensar a la naturaleza por los niveles de deterioro ocasionado por lo que hemos llamado etapa del crecimiento. Aquí es imprescindible crear condiciones para la industrialización por la que transitan la mayoría de los países que abogan por un desarrollo sustentable, porque evidentemente “[...] el desarrollo no es posible sin una cierta medida de industrialización [...]” (Rodríguez, 1983a:77). Este proceso debe estar precedido por una elección tecnológica adecuada que responde a las características de cada país en el cual desempeña un rol decisivo la transferencia de tecnología. Estas estrategias tienen que estar dirigidas a promover un desarrollo endógeno, en niveles superiores, como vía de garantizar la sustentabilidad. Desde esta etapa es imprescindible trabajar por desarrollar una cultura de la sustentabilidad, que en sus presupuestos teóricos coincide en los que el Dr. Antonio Núñez Jiménez ha definido como cultura de la naturaleza, y que asume como válido para sustentar este análisis. “Por cultura de la naturaleza entendemos que allí donde lo permite el desarrollo económico se deberá mantener la menor destrucción de sus factores naturales” (Núñez, 1998:10). Nótese la acotación en la cita que deja bien definido que el desarrollo económico se producirá manteniendo la menor destrucción de las condiciones naturales, donde sea posible. Es decir, en ningún momento se renuncia al desarrollo económico, en detrimento del bienestar de la sociedad, siguiendo criterios proteccionistas a ultranza que perjudicarían a los países más pobres. La acumulación de cambios cuantitativos, que conduzcan a una nueva cualidad, se produce a partir de la utilización de recursos naturales renovables y no - renovables en actividades económicas, que pueden ser sustentables o no, pero que son imprescindibles para aportar los cambios necesarios que produzcan un salto hacia una cualidad superior en la relación del hombre con la naturaleza. De no producirse el crecimiento económico, al que se está haciendo referencia, se originan desigualdades entre las diferentes clases sociales y países situados en una misma región lo que se convierte en una barrera para el desarrollo. Para Carlos Rafael Rodríguez quedaba bien claro que el desarrollo era un proceso que se producía como resultado de transformaciones de índole cuantitativa y cualitativa. En un interesante análisis que tiene que servir como referencia para comprender los niveles de sustentabilidad que se están proponiendo decía: “Países desarrollados son aquellos que tienen un mayor ingreso real per cápita porque tienen una estructura económica determinada, basada en cierto grado, mayor o menor de industrialización. Por eso el �59 desarrollo económico de un país hay que definirlo como un proceso que lo conduce desde su posición económica subalterna hacia esa posición desarrollada” (Rodríguez, 1983b:57). Obsérvese cómo, constantemente, está presente la idea de promover una “estructura económica determinada” lo cual habla de los fundamentos estructurales que es imprescindible poseer para poder considerar que una economía es desarrollada. Entre los factores de tipo cuantitativo la industrialización es un factor al cual se le otorga un valor preponderante, de los que sientan las bases para promover el desarrollo. Para los economistas “... que amamos el desarrollo – dice el economista cubano – desarrollar es, en primer término, crecer armónicamente: crecer en una forma que permita el desarrollo autosostenido de la economía” (Rodríguez, 1983c:481). El término “desarrollo autosostenido” se puede identificar con “desarrollo endógeno”, visto en su esencia más profunda como la capacidad de impulsar la economía a partir de potenciar los nichos económicos de las localidades. En otro interesante artículo sobre el tema esboza una idea muy esclarecedora en las condiciones actuales de la globalización neoliberal de enconada lucha ideológica y que posee una importancia extraordinaria para los pueblos subdesarrollados. Plantea que no siempre el aumento de la productividad, del consumo, el ahorro nacional y el ingreso constituyen desarrollo económico. Son, simplemente, acumulación de cambios cuantitativos que por sí solos no producen una nueva cualidad. Para que estos “desarrollos” se conviertan en fuentes del desarrollo necesitan estar acompañados de una voluntad política a favor de todos los sectores del país y eso solamente se puede lograr en sistemas sociales donde la propiedad no se convierta en una barrera. Considera que la “[...] economía cubana de los primeros años de República creció [...] pero no se desarrolló. Todo lo contrario si el crecimiento económico cubano hubiera continuado en la misma dirección y al mismo ritmo después de los años veinte, estaríamos hoy en una fase más crítica [...]” (Rodríguez, 1983d:42). En estas afirmaciones se aprecia una aplicación creadora de la dialéctica al análisis de los acontecimientos sociales. Una idea puntualizada en otro momento deja bien claro que “[…] el desarrollo tiene que ser doble: en la conciencia y en las formas de distribución” (Rodríguez, 1983e:459). Este llamado es bien claro, se necesita de un desarrollo de la conciencia, de todos los implicados en los proyectos sociales, para que estos se desarrollen, en dos sentidos; en la comprensión del papel del factor subjetivo, de la importancia del hombre como factor fundamental del cambio y en la formación de una nueva espiritualidad, en la misma medida que el desarrollo tiene que producirse en la economía y en los hombres. La otra arista del problema radica en “las formas de distribución”, referido al tema de que sin una distribución justa y equitativa de los bienes que la sociedad produce jamás existirá desarrollo económico en los términos que entendemos los marxistas y en los que �60 utópicamente consideran los defensores de la sustentabilidad que es posible alcanzar dentro de la sociedad capitalista. Es muy importante para comprender la dialéctica de la interrelación entre las etapas que se considera que posee el desarrollo sustentable, plantear que este es impensable, en las condiciones actuales, sin un desarrollo de la ciencia y la tecnología que facilite lo que numerosos especialista han llamado una nueva organización de la materia “[…] la tecnosfera o mundo de los bienes materiales y los ingenios tecnológicos, es decir el mundo sustitutorio” (Goldsmith, 1999:63). Una segunda etapa para alcanzar el desarrollo sustentable se produce a partir de que el crecimiento económico facilita la utilización de los recursos naturales y humanos existentes dirigida a compensar a la naturaleza por los daños que ocasionan con sus acciones sobre el medio ambiente. Este nivel es el de las compensaciones, en esencia, consiste en la capacidad de introducir transformaciones de índole positiva en los procesos naturales y sociales que tienen lugar en el medio ambiente en que el hombre vive y que como consecuencia de sus acciones ocasiona cambios que pueden ser irreversibles. Estas compensaciones pueden ser ecológicas y sociales, partiendo de la idea de que la relación del hombre con la naturaleza tiene como primer acto la propia condición corpórea de este y la necesidad de satisfacer necesidades de carácter propiamente biológico. Sin embargo, estas relaciones están condicionadas a su vez por otras relaciones de tipo social que se deciden en contextos sociales bien determinados por la relación que guarda cada individuo con respecto a los medios de producción. Las compensaciones se producen como resultado de un grado de desarrollo de las fuerzas productivas y de una voluntad política que permiten que se puedan introducir cambios en los procesos productivos y sociales, por la flexibilidad de los diferentes esquemas de producción, la capacidad de los recursos humanos de asumir los cambios y de la existencia de organismos sociales con madurez que tengan las condiciones suficientes para generar estrategias sociales dirigidas a compensar a los grupos afectados como consecuencia del uso de los recursos naturales en la región. Los cambios cuantitativos en la evolución de los países en el proceso de alcanzar la sustentabilidad, como etapa superior de la relación del hombre con la naturaleza, tienen lugar en todas las dimensiones del desarrollo. Es decir, las comunidades, como organismos sociales, necesitan, para poder compensar los impactos que ocasionan las actividades económicas instituciones que pongan en práctica las políticas dirigidas a concretar las compensaciones. Los cambios cuantitativos, en este sentido, se refieren a la formación de una ciudadanía con capacidad real para participar en el desarrollo, y a la construcción de instituciones y vías representativas del ejercicio de la justicia social, concretada en la equidad, igualdad de oportunidades para todos los miembros de la sociedad y posibilidades de realizarse como individualidad. �61 Todo ello obliga a los países que construyen sociedades realmente sustentables, que tanto en la primera como en la segunda etapas realicen cambios cuantitativos que conduzcan a nuevas cualidades. La garantía del logro de la sustentabilidad reside, precisamente, en que se acumulen cambios cuantitativos y cualitativos en la dimensión sociopolítica que faciliten la elaboración de proyectos sociales que privilegien la aparición de cualidades superiores en la dimensión ambiental, que, lógicamente, está soportada por la existencia de una Estrategia de desarrollo social y político acorde con los principios de la sustentabilidad. Esta lógica de pensamiento conduce, a encontrar compensaciones a través de actividades alternativas de tipo socio económico con una alta participación de la ciencia y la tecnología, sin desconocer, en este tipo de desarrollo, los valores nacionales de los grupos participantes. Cuando en un país se produce el agotamiento de un recurso no renovable, fuente de riqueza para muchas personas aparecen contradicciones sociales causadas por la pérdida de cientos de puestos laborales generadores de recursos para los trabajadores directamente empleados y sus familias. Estas contradicciones se pueden resolver únicamente si existen sistemas sociales con la capacidad suficiente de reorientar las infraestructuras existentes en las instalaciones cerradas hacia nuevas actividades económicas, evitando así que ocurran afectaciones en el medio ambiente como consecuencia de la aparición de modos de subsistencia que, generalmente, se producen sin arreglo a planes de gestión socialmente concertados. De ahí la importancia de poseer instituciones comunitarias que garanticen las compensaciones sociales cuando ocurren tales eventos. Pero estas compensaciones se producen, solamente, cuando se han creado condiciones para un “[...] proceso armónico de crecimiento, crecimiento con desarrollo y, además, crecimiento con desarrollo para el pueblo [...]” (Rodríguez, 1983c:481). Esto significa, en primer lugar, como se ha dicho anteriormente, crecimiento en el sentido de crear una estructura diversificada de la economía hacia todas las ramas y sectores que garantice las materias primas y los recursos financieros necesarios para enfrentar los retos del desarrollo nacional, en las condiciones de una economía abierta que no puede prescindir de las relaciones con otros países para desarrollarse. “Lo que se necesita [...] es la inversión en ciertas ramas productivas que, al menos durante un cierto período, serán difícilmente rentables, así como en otras obras de alta rentabilidad social, pero que quedan fuera del campo de la iniciativa privada” (Rodríguez, 1983a:77-78). Estas “ramas productivas” que inmediatamente no serán rentable son las encargadas de fomentar los sectores estratégicos de la economía nacional, aquellos que garantizarán el acceso a las tecnologías que requieren los procesos productivos en un mundo cada día más integrado en la “Economía del Conocimiento” que genera “[...] productos novedosos con un alto contenido de conocimiento en el precio, en los que el acceso al conocimiento �62 es el determinante principal de la competitividad y en los que la competencia tiende a ser por diferenciación de productos, más que por escala y costo” (Lage, 2004:4). Estas son las llamadas “obras de alta rentabilidad social” que en el caso de Cuba y naciones que emprendan esta vía de desarrollo pueden acometer como una forma de compensación social ante la desaparición de miles de puestos laborales al cierre de operaciones basadas en recursos no renovables o la quiebra de sectores económicos no competitivos. Para naciones de escasos recursos naturales las ramas en las que el conocimiento se convierta en el “[...] insumo principal del proceso de reproducción ampliada de la producción y los servicios [...]” (Lage, 2004:13) poseen una importancia vital para su desarrollo. Tal es el caso de Cuba que al heredar una economía deformada tuvo necesidad de invertir inicialmente en ramas que no fueron rentables en el corto plazo, sin embargo, hoy se han convertido en pivotes de su economía. Estas son las que permiten las compensaciones de tipo ambientales y sociales a partir de la “economía del conocimiento” que es “[...] una transformación que puede y debe penetrar en todos los sectores de la producción y los servicios, en todos los territorios del país” (Lage, 2004:13). Pero la existencia de tales proyectos se puede considerar, solamente si se garantiza independencia nacional, si todos los recursos materiales y humanos del país se ponen en función del desarrollo de la nación, en este aspecto la vinculación economía – desarrollo en el justo sentido político que encierra su interrelación dialéctica es puntualizada una vez más por Carlos Rafael Rodríguez cuando dice: “[...] un prerrequisito indispensable para el desarrollo es la independencia nacional. Es decir, tomar en sus manos los resortes económicos, y la independencia nacional no significa tener simplemente el derecho al himno y a la bandera sino [...] asumir los controles de la economía nacional [...]” (Rodríguez, 1983f:493). El análisis en sistema permite que se pueda asegurar, una vez más, que este paradigma se logra únicamente en la interacción de las actividades económicas que tributan al desarrollo de una región o un país, a partir de una política comprometida con el progreso de todas las clases y capas sociales participantes en los proyectos sociales, a nivel local, regional o nacional. El ver la sustentabilidad en una actividad independiente, es posible solamente por no considerar todas sus dimensiones y por la existencia de un pensamiento lineal donde no se tiene en cuenta al hombre como parte activa de todos los procesos que tienen lugar en la naturaleza. La tercera etapa es la del desarrollo sustentable a la cual no es posible llegar, desde nuestro punto de vista, si no se ha transitado por las anteriores y en la que tienen lugar tanto, elementos de la primera como de la segunda etapas, pero sobre la base de la existencia de elementos que garantizan el logro de la sustentabilidad en todas sus dimensiones. Este epígrafe no se detiene en el análisis de los presupuestos teóricos que �63 fundamentan la etapa, por ser precisamente a lo que se ha dedicado la Tesis, evitando repeticiones innecesarias en el texto. Sin embargo, se considera útil dejar bien definido que crecimiento económico y compensaciones son pilares fundamentales para lograr la sustentabilidad en cualquier país o región. Este tipo de desarrollo para convertirse en tal, tiene, obligatoriamente, que tener en cuenta todos los atributos analizados a partir del pensamiento de Carlos Rafael Rodríguez. 2.6. Características de los indicadores de sustentabilidad En esta dirección se plantean las principales características de un indicador de sustentabilidad, cuál es su diferencia con otros indicadores que actúan en las esferas ambientales y a partir de estas premisas asumir una posición metodológica acerca de la posibilidad de establecerlos. La sustentabilidad, entendida como conocimiento de los daños, que desde el punto de vista ecológico y ambiental, el hombre ocasiona al medio ambiente es imposible medirla si se entiende por ello la incapacidad de un sistema de recomponerse ante las agresiones antrópicas, a partir de la recomposición natural o la artificial para los recursos renovables y los no – renovables respectivamente. Sin embargo, sí se le valora de forma holística, como interacción de las dimensiones ambientales, sociales y tecnológicas, sin dicotomías entre cada una de ellas, entonces podemos decir que sí es posible establecer indicadores. Todo esto conduce a la idea de que se puede hablar de indicadores de sustentabilidad, para definir estados de los sistemas, campo de acción y alcance de las decisiones ambientales que afectan a las presentes y las futuras generaciones. Se entiende por indicadores de sustentabilidad, estadísticas o parámetros que proporcionan información y tendencias de las condiciones de desarrollo de las diferentes actividades económicas y su influencia en el medio ambiente y en el desenvolvimiento de acciones para el mantenimiento de las condiciones ambientales, sociales y tecnológicas que participan en el desarrollo de las actuales generaciones. Su significado se dirige a la concreción de acciones económicas por las generaciones actuales, su propósito tiene un mayor alcance buscando proveer información que permita tener una medida de las estrategias que se desarrollen en el presente, que permitan a las futuras generaciones vivir a partir de los recursos que les faciliten las generaciones actuales. Todo esto es cierto y de gran utilidad para las comunidades científicas que se dedican a estas investigaciones, para los empresarios, los políticos y los administradores de proyectos; sin embargo, frecuentemente, quienes trabajan en estas ramas de la ciencia ignoran que los llamados indicadores de sustentabilidad se dirigen a un contexto político. Es decir, ellos actúan en un ambiente donde existen relaciones socioeconómicas que están bien determinadas y amparadas por instituciones que poseen un reconocimiento social y legal. Se está diciendo, concretamente, que se precisa de decisiones políticas �64 para que estos indicadores puedan servir de base metodológica para la elaboración de estrategias de manejo sustentable de los recursos, es decir, que existan instituciones gubernamentales, capaces de poner en práctica las soluciones que de ellos surjan. El establecer indicadores de sustentabilidad, que impliquen a su vez la aparición de objetivos en las políticas de manejo ecológica, ambiental, política, social o tecnológica, implica cambios no sólo en lo que se mide o en cómo se mide, sino también en qué es lo que se busca conseguir con los indicadores. Como dice Jorge Núñez Jover “La construcción de nuevos indicadores debe cuidar mucho las bases epistemológicas, sociales y axiológicas en que se sustentan. Los indicadores deben ayudarnos a evaluar/criticar/orientar las estrategias sociales en materias de conocimientos de cara a los problemas del desarrollo” (Núñez, 2003:3) No se puede perder de vista que la generación de indicadores está muy vinculada con los grupos sociales que los promueven, las instituciones que los validan y los contextos donde ellos serán utilizados. Por ello se considera que es esencial “[…] contextualizar los indicadores permitiéndoles que nos hablen de la diversidad, de las diferencias. No basta con indicadores nacionales promedios sino regionales, locales, que se refieran a espacios diferenciados” (Núñez, 2003:3). Es decir, los indicadores tienen que reflejar las singularidades de los procesos concretos a los que se dirigen, esto significa que tienen que estar construidos de acuerdo a las características socio - históricas y espaciales donde se aplicarán. Existe la tendencia a utilizar indicadores diseñados para actividades similares e, incluso, para otras en contextos diferentes y en la práctica las informaciones que arrojan no resultan útiles para elaborar estrategias de trabajo. En esta misma dirección es importante insistir en numerosos errores que se cometen frecuentemente cuando se elaboran los llamados indicadores de sustentabilidad, uno de los más comunes es la utilización de “[…] indicadores promedios que ocultan las profundas diferencias de carácter regional, entre grupos sociales […]” (Núñez, 2003:3). Esta perspectiva es vital en el caso de la minería, digamos que existen diferencias socio culturales y económicas que pueden hacer totalmente inoperante un indicador de sustentabilidad que se utilice en una mina de cobre en Chile o de hierro en Brasil a la realidad cubana de una planta beneficiadora de níquel. Muy relacionado con lo anterior esta el caso de la utilización de “[…] indicadores cuantitativos […]” (Núñez, 2003:4). Este tipo de indicador facilita las comparaciones entre países y procesos similares, pero son incapaces de ofrecer informaciones fiables porque no tienen cómo incluir dentro de sus formulaciones, frecuentemente complejas formulas y matrices, la riqueza de las variables sociales (Núñez, 2003). Además, resulta no menos importante tener en cuenta que en los indicadores actúan en escenarios socio – económicos muy concretos, no tiene el mismo carácter la aplicación de un indicador en una mina de un país desarrollado, como puede ser España, que la �65 aplicación de este en Bolivia. Tampoco arrojaría los mismos resultados la utilización de estos en economías con formas de propiedad diferentes. Por ello la recurrencia imprescindible de tener en cuenta la función axiológica de los indicadores (Núñez, 2003). El uso de indicadores constituye la base para generar nuevas políticas, a partir de una realidad concreta y un futuro deseable. Ellos ofrecen informaciones a los decisores ambientales, que permiten concretar elecciones políticas, que es finalmente el objetivo de estos. Es importante definir, que el autor considera las tentativas de utilizar otros términos para medir los impactos ambientales carentes de consistencia teórica, porque enfocan el problema de forma lineal, proponen un conjunto de variables que son utilizables en cualquier contexto y actividad sin tener en cuenta la complejidad del problema ambiental. No se dice con esto que se rechacen los modelos matemáticos que se apoyan en fórmulas y otros métodos de evaluación, sino que se llama a la búsqueda de indicadores que evalúen las relaciones entre las dimensiones propuestas de forma holística. En este sentido, se intentará demostrar que el término adecuado en las condiciones actuales, es indicador sustentabilidad visto como se planteó al inicio de este epígrafe y cuyas características se analizarán más adelante. Se prefiere la utilización de dicho término porque se considera que lo que es mensurable en cifras son las ganancias que reporta una actividad concreta, las acciones que facilitan su realización, pero no la sustentabilidad, en los marcos del concepto clásico popularizado en el “Informe Nuestro Futuro Común”. Como proceso, su medición no podría señalar la cadena de impactos que ocasiona a los ecosistemas donde se encuentra el objeto económico o los situados en su misma cadena. La utilización de indicadores sin tener en cuenta todas las dimensiones de la sustentabilidad, no da la idea de lo qué es realmente sustentable. Una actividad económica de forma independiente, sin las interacciones con los demás elementos del medio ambiente, puede ser sustentable considerando indicadores tecnológicos y de eficiencia económica e industrial a lo interno e, incluso, algunos factores externos como es el caso del mercado, pero sería necesario entrar a considerar todas las relaciones socioculturales en las que se desarrollan las actividades que se miden, su impacto comunitario y su alcance para las presentes y futuras generaciones. Sin embargo, sí resulta posible medir cómo una actividad contribuye a crear condiciones para que se generen alternativas económicas para sustituir los procesos productivos actuales que se basan en materias primas no renovables. Precisamente se utiliza este principio como base para proponer una serie de indicadores para la actividad minera. La situación a la que se hizo anteriormente ha creado un interés cada vez mayor en la formulación de indicadores de sustentabilidad que sirvan para medir los impactos de las �66 actividades humanas y para elaborar políticas de desarrollo socioeconómico. El desarrollo de indicadores de desempeño ambiental se inició en 1988, cuando el “Grupo de los Siete” solicitó a la “Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico” identificar indicadores ambientales para apoyar la toma de decisiones, tomando en consideración para ello tanto factores ambientales como económicos. Así tenemos que se han desarrollado indicadores que pretenden medir el progreso económico como es el Sistema de Cuentas Nacionales de las Naciones Unidas sobre la competitividad internacional del World Economic Forum; el Índice de Libertad Económica del Fraser Institute. Del mismo modo se ha trabajado en la generación de indicadores sociales en lo que se destaca el Human Development Index del Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD). Con respecto a los indicadores del medio ambiente, éstos tienen una historia más reciente, sobresalen los trabajos de la Organización para el Desarrollo y la Cooperación Económica (OCDE), de los gobiernos de Canadá y Holanda. En América Latina se destacan Costa Rica y Venezuela; pero gran parte del trabajo se ha concentrado en la presión ejercida por el hombre sobre el medio ambiente, como en las emisiones de contaminantes a la atmósfera. Estos indicadores no logran medir el desarrollo de las actividades económicas como procesos en los que interactúan relaciones más amplias que las ecológicas y las ambientales. La elaboración de indicadores de sustentabilidad, al tener en cuenta las dimensiones del desarrollo sustentable, tienen que incluir tres aspectos esenciales: la economía, la equidad y la ecología. Estos aspectos no se pueden analizar aisladamente, ellos dan la visión más concreta de la relación hombre – mundo que se aspira en la misma medida que incluye todos los elementos de la definición amplia de medio ambiente, como interacción de elementos abióticos, bióticos y socioeconómicos. Estos indicadores deben reunir las siguientes características: ¾ Limitados en número y manejables, que recojan información sencilla. ¾ Deben respetar los diferentes contextos culturales privilegiando la participación pública en la búsqueda de información. ¾ Proporcionar una visión holística de las condiciones ambientales, presiones ambientales o respuestas de la sociedad. ¾ Deben ser multisectoriales, abarcadores, que tengan en cuenta todas las dimensiones del problema ambiental, evitando los tecnicismos. ¾ Ofrecer informaciones de los contextos nacionales o regionales. ¾ Proporcionar una base para las comparaciones internacionales y que puedan ser validados por instituciones, a ese nivel. ¾ Deben ser lo suficientemente flexibles como para que puedan actualizarse regularmente. �67 ¾ Debe existir un valor de referencia contra el cual se pueda comparar el valor del indicador, facilitando así su interpretación en términos relativos. ¾ Para ser comprensibles y que contribuyan al análisis en sistema de los fenómenos medio ambientales, deben relacionarse con modelos económicos. La primera conclusión de este capítulo esta relacionada con los elementos positivos del concepto desarrollo sustentable en tanto se convierte en un llamado a detener el uso ilimitado de los recursos naturales del planeta en la misma medida que reconoce el carácter finito de los mismos. En segundo lugar, por la importancia en la creación de una conciencia mundial acerca de la necesidad de revertir los patrones de producción y consumo destructores de la naturaleza. Sin embargo es una elaboración teórica que se queda en el plano de la retórica al indicar las verdaderas causas de la existencia de los males que se denunciaban y en buscar a través del mantenimiento de las condiciones naturales óptimas de capital un consumo sostenido de bienes naturales y de servicios creados. Sin embargo, el autor defiende la idea de que este concepto no se adecua a las condiciones de los países subdesarrollados, que impone una lógica que limita el crecimiento económico de las naciones que aún no lograron desarrollarse tomando como argumento un proteccionismo a ultranza que deja la concreción de la sustentabilidad en las dimensiones ambientales y ecológicas sin llegar a plantearse las vías que realmente llevarían a la concreción de las categorías fundamentales de la sustentabilidad en el plano de la justicia intra e intergeneracional, la equidad y la cobertura de bienes primarios de educación y salud dentro de regimenes sociales basados en la inequidad. La superación de estas limitaciones conduce al planteamiento de una reconceptualización del concepto y su concreción a través de fases o niveles sí realmente se desea convertir en un nuevo modelo de relaciones ambientales locales y globales y una referencia metodológica en la elaboración de estrategias ambientales. En esta dirección va la propuesta del próximo capítulo, donde a partir del análisis de una actividad económica concreta se busca exponer una nueva forma de ver la sustentabilidad y una reconceptualización dentro del concepto desarrollo sustentable, en aras de mantener todo lo que la humanidad avanzó con la aparición de una alternativa que, a pesar de su ambigüedad contiene elementos positivos que no podemos desconocer. �68 CAPÍTULO III. EL DESARROLLO COMPENSADO Y LOS INDICADORES DE SUSTENTABILIDAD EN LA MINERÍA 3.1. La minería como actividad económica Antes de iniciar el análisis de las características de la actividad minera es importante conocer la definición de minerales. El Dr. José Otaño Noguel dice textualmente: “Se llama minerales útiles a las sustancias minerales naturales que para un determinado nivel de la técnica pueden ser utilizados en la economía en su forma natural o después de ser elaborados” (Otaño, 1984:6-7). En esta definición se establece una estrecha relación entre lo que se ha dado en llamar minerales y la técnica. En este sentido, es importante afirmar que un determinado nivel de utilización de una técnica o tecnología minera es decisivo para explicar las características de la minería desde su exploración hasta sus impactos y utilización de los diferentes productos portadores de elementos útiles. La minería del níquel es a cielo abierto, es muy productiva, se desarrolla en un ambiente de seguridad, lo cual acrecienta las posibilidades para el mantenimiento de buenas condiciones higiénico - sanitarias para el trabajador. La construcción de los caminos mineros es de bajo costo y se produce en un tiempo razonablemente corto. Todo esto abarata los costos finales de la actividad minera. Un aspecto importante lo constituye el hecho de que se pueden introducir con más facilidad nuevas tecnologías de producción y, además, se facilitan las labores de mantenimiento de los equipos. Esta minería es particularmente más agresiva con relación a la explotación de yacimientos minerales subterráneos. Se desarrolla en un espacio mayor de terreno y puede ocasionar afectaciones al manto freático en una región más amplia. “Los yacimientos metalíferos, en general, forman la mayor parte de los recursos no renovables de valor elevado, ocupan poco volumen y sin embargo poseen las características de producir en el medio ambiente residuos tóxicos [...]” (Espí, 2002:348). Estos residuos pueden ser controlados a niveles aceptables. Los impactos sobre el medio ambiente varían de acuerdo con el tipo de mineral que se va a extraer. Independientemente de esto, hay un elemento común: le es propia una profunda e inevitable actividad destructiva sobre los recursos no renovables directos y los indirectos, además, ocasiona impactos de importancia sobre recursos renovables. La minería provoca una presión al espacio, por cuanto lo utiliza como proveedor de recursos no renovables y en la mayoría de los casos lo inhabilita para otras actividades económicas y sociales, de no tenerse en cuenta el uso futuro, antes de iniciarse las explotaciones. A medida que se desarrollan las operaciones, interfieren en las demás �69 posibilidades de aprovechamiento del espacio, en especial, cuando la mina o las instalaciones de beneficio se encuentran próximas a centros urbanos. La opinión pública, en general, percibe a la minería como una actividad irremediablemente depredadora del medio ambiente, sin embargo, se considera que el problema no está en la minería como proceso, sino en la forma en que se produce su explotación, específicamente, en la tecnología con la que se explotan las diferentes menas. Este asunto se analizará con mayor objetividad, para lo cual es necesario apoyarse en los criterios del Dr. José Mateo Rodríguez, un estudioso del tema. “Una primera respuesta estaría dirigida a explicar las “anomalías”, con las cuales la tecnología degrada el medio natural, y en este sentido podrían definirse tres posibilidades: ¾ Cuando la tecnología es ecológicamente ineficiente, conduce al surgimiento de procesos degradantes de todo tipo: los energéticamente deficientes, los generadores de residuos, los destructores de los sistemas ambientales; ¾ Cuando se instalan dispositivos técnicos que no corresponden a la estructura y funcionamiento de los sistemas ambientales; así ocurre con sistemas técnicos gigantes – el llamado “gigantismo” -, con las estructuras tecnológicas que tampoco se ajustan a las estructuras de los eco o geosistemas, todo lo cual conduce a procesos de degradación ambiental y productiva; ¾ Cuando el manejo de los sistemas técnicos es incorrecto o desarticulado, dando lugar a procesos de degradación; por ejemplo, las normas de introducción de energía y de substancias que no pueden ser absorbidas por los sistemas naturales, o aquellos sistemas de explotación que no permiten la regeneración de los recursos” (Mateo & Suárez, 2000:729). Estas tres posibilidades a las que se refiere el especialista cubano contribuyen al desarrollo de un análisis de la actividad minera que puede sugerir hacia dónde dirigir la formación de indicadores y en qué sentido analizar los impactos que esta actividad ocasiona. En primer lugar, es preciso tener en cuenta los recursos energéticos, lo cual constituye una referencia obligada para valorar la posibilidad de la existencia de la sustentabilidad sin importar el tipo de recurso que se explote. No se puede obviar, en este análisis, la generación de residuos, especialmente, en una actividad que los genera de alta agresividad. Esto sugiere que sin complicaciones técnicas se conozcan los niveles de emanaciones que las diferentes empresas producen. Llama la atención en este enfoque la relación directa entre los tres elementos mencionados y las tecnologías que se emplean en los diferentes procesos. Es decir, que �70 un análisis histórico del problema llevaría a comprender cómo en cada etapa, tanto los recursos energéticos como los residuales generados por la industria y su tipo dependen del empleo de una de tecnología específica. Además esta visión lleva directamente a la valoración del marco tecnológico y el contexto en que se produjeron las decisiones ambientales y el por qué de cada una de ellas de acuerdo con un tipo de racionalidad económica. En segundo lugar, las tecnologías que se emplean pueden sugerir a los especialistas, en correspondencia con las características de los sistemas ambientales, las estructuras tecnológicas que se deben emplear en cada uno de los procesos productivos. Esto se puede lograr únicamente a partir de una profunda caracterización de la zona donde se desarrollan las actividades económicas. Es decir, los especialistas deben conocer el modelo tecnológico adecuado para los diferentes sistemas ambientales y esto es alcanzable solamente si se conocen las características de las tecnologías mineras, los ecosistemas y los sociosistemas donde se aplicarán. Esto es de gran importancia en la elaboración de indicadores. En tercer lugar, al valorar la última de las posibilidades referidas por el Dr. Mateo Rodríguez; se puede llegar a la conclusión de que a partir de un profundo conocimiento de la zona donde se desarrollan los procesos mineros es posible conocer cómo reintegrar los residuales al medio o cómo poseer sumideros capaces de reciclarlos adecuadamente. La minería, como la mayoría de las actividades antrópicas, provoca importantes cambios de tipo ambiental y social que es preciso tener en cuenta en el momento de diseñar políticas ambientales y, concretamente, en la elaboración de los indicadores. En primer lugar, provoca cambios drásticos en el paisaje de las zonas donde se asientan los complejos y las comunidades mineras. Estos cambios están asociados a la necesidad de la existencia de una infraestructura minera que facilite la explotación de los yacimientos, que obliga a la construcción de objetos mineros, administrativos, sociales y de otra índole que ocupan espacios vitales que no pueden ser utilizados en otras actividades. Los paisajes degradados se pierden sin que lleguen a formar parte del patrimonio que la minería deje como alternativa de surgimiento de nuevas actividades a las presentes y futuras generaciones. Esta situación, en el caso concreto de Moa, es muy compleja al estar situados estos yacimientos en una zona costera que se ve directamente impactada por toda la actividad socio productiva vinculada con la minería y el núcleo poblacional que genera considerables desechos domésticos. Esto ocasiona daños directos a los recursos renovables, como consecuencia de la explotación de los no renovables, del cual no podrán disponer las futuras generaciones y en otros casos, como en la pesca, es prácticamente un recurso agotado por la desaparición de las condiciones naturales que facilitaban su existencia. �71 En segundo lugar, ha provocado importantes cambios ambientales y ecológicos que afectan la diversidad de la flora y la fauna autóctonas en las áreas directa e indirectamente impactadas. Es muy importante este grupo de impactos porque Moa es un sitio de un alto índice de endemismo con una extraordinaria riqueza en diversas especies que constituyen valores ecológicos inestimables para Cuba. En tercer lugar, los cambios que se producen en la economía del lugar resultado de la infraestructura minera y la paraminera. En este sentido, podemos hablar de los aportes al PIB, la creación de empleos directos e indirectos y de servicios para la industria que promueven un desarrollo local que se convierte en una fuente directa de sustentabilidad comunitaria. Como consecuencia de estos cambios aparecen importantes centros de desarrollo social comunitario, como son los centros de investigación y las universidades, promotores de un desarrollo científico que se convierte en una fuente permanente para el crecimiento de la economía. Este es precisamente el núcleo de la percepción de la sustentabilidad defendida para la minería, cómo ella contribuye al desarrollo de la comunidad, cuáles son sus aportes en la creación de una infraestructura socio – productiva a partir de los recursos que genera. Sin embargo, un fenómeno de relevancia para el logro de la sustentabilidad lo constituye la homogeneización de la minería como actividad y que se convierte en una amenaza para el logro de un desarrollo sustentable. Este proceso produce un efecto negativo en la medida en que toda la comunidad se pone en función de la minería a la vez que desaparecen renglones económicos tradicionales que constituían el fundamento de un tipo de diversidad cultural que, indudablemente, debe constituir un nicho para el surgimiento de actividades alternativas ante el agotamiento de los recursos minerales en los yacimientos actuales. Además, la homogeneización de un tipo de formación de recursos humanos, dirigidos a oficios y profesiones típicamente mineras, constituye una barrera para que las comunidades lleguen a ser sustentables. En Moa, antes de convertirse la minería en la actividad rectora, existían otras que constituían fuentes de empleo de numerosas personas. Tal es el caso de la explotación maderera y la pesca, hoy, prácticamente inexistentes, como se ha valorado anteriormente. Desaparecieron, incluso, las instalaciones de un aserrío que era la primera industria del territorio y que hoy no existe ni como patrimonio para las actuales y futuras generaciones. A la situación descripta anteriormente se une el hecho, en el caso de Moa, de la desaparición de una comunidad campesina para construir la presa de Nuevo Mundo. Esta es una obra que sirve de abasto de agua para las actividades mineras y la población. Su construcción desplazó a los habitantes del lugar hacia el núcleo urbano donde se vieron �72 obligados a reinsertarse en un medio socio-económico totalmente ajeno al de su procedencia, espacio donde compartían una sociodiversidad diferente que los identificaba a través de prácticas laborales y tradiciones culturales amparadas por varias generaciones. En este sentido, se asume como válido el análisis que ha realizado el Dr. Carlos Delgado, en la obra citada en el epígrafe 1.1, por considerar que refleja en su totalidad la realidad minera: “Formas ancestrales del hacer la vida humana desaparecen, envueltas en un constante proceso de homogeneización y creación de dependencias. La vida cotidiana se subvierte mediante la destrucción de las formas de vida y la instrumentación de un modo único de realización de la vida” (Delgado, 2004:11-12) Es evidente que esta situación constituye una agresión a la diversidad cultural en todas sus manifestaciones, un fenómeno que es apreciable en América latina, especialmente en países de la región andina donde la pequeña y gran minería ha destruido prácticamente culturas milenarias que constituían un importante acervo cultural de nuestra rica historia. De esta forma, se llega a la conclusión de que la realidad minera es verdaderamente controversial por sus características y por los actores involucrados en ella lo que provoca percepciones totalmente diferentes en cada uno de estos. En este sentido, se continuará el análisis de las características generales de la minería reflexionando sobre estas y la ética del minero, lo cual constituye, evidentemente, un punto de inflexión en la búsqueda de la sustentabilidad de la minería. 3.2. Realidad minera y ética del minero La minería, como se ha planteado, es una actividad que, por la forma de realizarse, ocasiona impactos significativos sobre el medio ambiente, pero necesaria para la humanidad, especialmente, para aquellos países subdesarrollados que ante el reto de cualquier modelo de desarrollo, su primera urgencia es desarrollarse. Sin embargo, en este empeño por obtener su merecido reconocimiento como una actividad imprescindible para cualquier comunidad, no se ha encontrado un análisis sobre la ética del minero, lo cual contribuiría a definir el compromiso de estos con el medio ambiente dentro de una determinada racionalidad socio - económica, a partir de la existencia real de una comunidad moral. En primer lugar, es notorio el hecho de que no exista en Cuba un Código del minero, a pesar de existir un compromiso social e institucional con la protección del medio ambiente en el entorno de la comunidad, que pudiera sistematizar la formación de una conducta de responsabilidad ante la naturaleza que estaría fundamentada en los valores del profesional y el trabajador de la minería. En segundo lugar, la formación de profesionales de la minería adolece de un enfoque holístico en la temática de la Ética ambiental. No existe una asignatura independiente en la que se formen valores acerca de la actitud del profesional de esta especialidad hacia el �73 medio ambiente. Los estudiantes reciben en las diferentes asignaturas elementos sobre la historia de la ciencia y temas relacionados con el medio ambiente, pero no de forma integrada, lo cual no permite que se pueda sistematizar un conocimiento ambiental. Además, no tienen un conocimiento pertinente de la propia historia de la Ética ambiental, lo cual contribuiría a la formación de valores a partir de conocer las diferentes corrientes existentes y cómo cada de ella ha realizado aportes a la fundamentación de un pensamiento ético de la relación del hombre con la naturaleza. En tercer lugar, en el currículo del minero tampoco aparece una asignatura independiente en la que se formen valores sobre el tema del desarrollo sustentable, que permita, que una vez que este profesional se encuentre en la producción, adopte una conducta de acuerdo con el contexto donde toma decisiones ambientales. Especialmente, en la comunidad científica minera aún no existe un acuerdo sobre qué entender por desarrollo sustentable en la minería. La asignatura que existe en el Programa actual no contribuye a la formación de un pensamiento holístico de lo ambiental como problema que sustenta la relación entre el hombre y la naturaleza. Además, no incluye el problema de la ética ambiental en general, y de la ética del minero en particular y la relación de estos conceptos con el desarrollo sustentable. En cuarto lugar, la actividad minera por su forma de realizarse, ocasiona interesantes conflictos éticos que solamente se pueden resolver a través de una adecuada formación de los profesionales de esta rama y a través de planes de educación ambiental para los trabajadores directos en la producción y de la población. El trabajador que labora directamente en las minas se desvincula de las consecuencias que sobre el medio ambiente ocasiona el beneficio de los minerales que ocurre en plantas diferentes. Esta es una situación mucho más compleja porque en sus valores las minas son simplemente formaciones donde él tiene el derecho de mover todas las toneladas de mineral que sean necesarias para enviar a la plantas de beneficio. Mientras, que por su parte, el beneficiador no tiene relación directa con lo ocurrido en las minas, creándose la visión de dos actividades diferentes, cuando en realidad son partes integrantes de un mismo proceso. Como resultado de la situación actual y teniendo en cuenta los resultados de las entrevistas realizadas a los estudiantes y profesores del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa “Dr. Antonio Núñez Jiménez”, y a trabajadores y profesionales de la minería de las plantas beneficiadoras de níquel, se reconoce la necesidad de la existencia de un Código de ética del minero que debe elaborarse sobre la base de la participación de todos los sectores vinculados con la minería. La situación analizada permite formular, teniendo en cuenta los resultados de las técnicas de investigación utilizadas, que los principios por los cuales se estructuraría un Código de �74 ética del minero y las asignaturas que consideramos se deben introducir en los planes de estudio estarían basados en las propias características de la actividad y de los actores participantes. Principios para la elaboración de un Código de ética del minero: 9 La conciencia de estar en presencia de una actividad económica que se desarrolla a partir de recursos no – renovables que consecuentemente no estarían físicamente al alcance de la generación siguiente, lo cual condiciona la necesidad de un comportamiento ambiental ético que permita dejar alternativas a las futuras generaciones en consecuencia con las oportunidades que dejarán de tener por el agotamiento de los yacimientos minerales. 9 El desarrollo de una conciencia ambiental consecuente con un tipo de actividad que genera impactos ambientales destructores de ecosistemas situados directamente en las minas, pero que, además, afecta a los situados en la misma cadena lo cual exige de un conocimiento ambiental certificado que permita una actuación responsable ante la posibilidad de afectar riquezas de flora y fauna situadas en zonas que no se benefician con los resultados directos de la actividad minera. 9 La necesidad de una permanente vigilancia tecnológica ante la existencias de riesgos para la salud humana, para “la preservación de la diversidad biológica y de la pluralidad cultural” (Leff, 2005b:88) que están dentro del límite de la comunidad minera. 9 La obligación moral de rehabilitar las zonas degradadas por las exploraciones y la explotación minera, teniendo como premisa un conocimiento riguroso previo de las características existentes en los terrenos minados antes del inicio de las mismas. 9 La protección del patrimonio geólogo – minero como un bien para las presentes y futuras generaciones con el cual adquieren un compromiso moral los actores mineros vinculados a los activos ambientales. 9 La conservación de los residuales mineros como fuentes de materias primas para las futuras generaciones, para lo cual las generaciones actuales tienen el compromiso moral de encontrar tecnologías de manejo adecuado en las escombreras y las presas de colas. 9 El compromiso moral de encontrar formas de considerar la participación pública en la toma de decisiones ambientales en que se tenga en cuenta el conocimiento popular como una forma de enriquecer el patrimonio cultural de las comunidades y los valores ambientales individuales y colectivos. �75 9 La obligación de tomar decisiones con el mayor nivel de conocimiento posible, con la convicción de que, a pesar del desarrollo de la ciencia, tomamos decisiones tecnológicas con un determinado grado de incertidumbre y en muchos casos sin tener la capacidad suficiente de predecir lo que sucederá en el futuro. La problemática de la participación pública en la minería ocupa un lugar central en la conformación de la realidad minera en la misma medida que es imprescindible encontrar vías para hacer de la participación en la toma de decisiones un proceso real, mediante el cual las urgencias ambientales encuentren las respuestas dinámicas que estas precisan en las instituciones y en los decisores. La participación pública, en el caso de la minería en Cuba, es posible por la existencia de una ciudadanía con un nivel de educación lo suficientemente elevado, y una cultura general que le facilita la comprensión de temas científico – tecnológicos a partir de poder procesar las informaciones que reciben sobre los procesos tecnológicos mineros y los impactos de la contaminación ambiental de esta industria. En Cuba, la existencia de relaciones socialistas de producción genera un ambiente de permanente interés por parte de la población en la toma de decisiones ambientales conocedores de que su voluntad se tendrá en cuenta por parte de las instituciones que dirigen la política, tanto en las científicas como en las políticas gubernamentales. Por instituciones, se entiende, a los efectos de la presente investigación “[…] un conjunto especial de normas y relaciones que canalizan la conducta para cubrir alguna necesidad humana de tipo social, psicológico o físico como el consumo, el gobierno o protección, las vinculaciones primordiales y el significado humano, la fe humana, la socialización y el aprendizaje” (Buttel, 1997:27). Se pueden considerar en nuestro medio la existencia de diversas formas de participación ciudadana, relacionadas con el tipo de gobierno que existe en Cuba, totalmente al servicio de los intereses de las clases trabajadoras y los diferentes sectores de la sociedad cubana. Se pueden identificar las siguientes vías de participación pública: - Consultas con las organizaciones de masas: es un medio mediante el cual el Estado cubano discute con los ciudadanos diferentes decisiones relacionadas con asuntos de la cotidianeidad en los cuales se precisa la participación de todos los miembros de la comunidad en su doble condición de consumidores de bienes materiales y copropietarios de los medios de producción como integrantes de una socialidad de orientación socialista. - Eventos científicos y comunitarios: foros mediante los cuales los científicos y los ciudadanos discuten sobre temas de interés de la comunidad en presencia de representantes de instituciones gubernamentales en los que se adoptan sugerencias �76 para los diferentes niveles de decisión del país. Estos eventos son convocados por la comunidad, por organizaciones no – gubernamentales, por universidades y centros de investigación o por el Estado. Los dos instrumentos principales de gestión ambiental en Cuba y de participación del Estado en el control de la actividad industrial y en la toma de decisiones ambientales lo constituyen la Evaluación de Impacto Ambiental (EIA) y las Auditorías Ambientales. Además existe la Inspección Ambiental, con una visión más integral que las Auditorías Ambientales. - Evaluación de impacto Ambiental: es un instrumento que se aplica con carácter previo a la aprobación de un proyecto minero con el objetivo de prevenir los impactos ambientales que estos ocasionarán. Este tipo de instrumento considera de forma prioritaria el conocimiento de la percepción pública del proyecto en los diferentes actores de la comunidad donde se insertará determinando, en caso de ser necesario, las formas de compensación que se adoptarán si existieran grupos de ciudadanos afectados por las diferentes etapas de la minería. - Auditorías ambientales: están dirigidas a asegurar el control interno de la organización empresarial, entendiéndose como eficiencia de las operaciones, la fiabilidad de la información, cumplimiento de las normas internas, cumplimiento de la legislación adoptada, análisis del conocimiento de tareas por el personal con el fin de asegurar la racionalidad de la gestión y la eficiencia de la empresa. - Inspección ambiental: se utiliza según los intereses de diferentes sectores, entre estos, teniendo en cuenta la percepción pública de la actividad minera, previa aplicación de métodos de búsqueda de información entre la ciudadanía, generando acciones y medidas correctoras preferiblemente de ajuste, regulación y modificación de procesos, así como mejoras en la organización y en la calidad ambiental. En el caso concreto de los minerales existen vías mucho más específicas de intervención estatal en el control de la actividad minera, de carácter general y de obligatorio cumplimiento para todas las empresas asentadas en el territorio nacional y que por el carácter del estado cubano responden a los intereses de los ciudadanos: - La ley No. 76, conocida como Ley de Minas que tiene como objetivo establecer la política minera y las regulaciones jurídicas de dicha actividad, de manera que garanticen la protección, el desarrollo y el aprovechamiento racional de los recursos minerales en función de los intereses de la nación, trazando directivas obligatorias controladas por funcionarios del gobierno vinculados con la actividad. �77 - El Reglamento de la Ley de Minas acordado por el Comité Ejecutivo del Consejo de Ministros que regula toda la actividad relacionada con los permisos y concesiones mineras dentro del territorio nacional. Este instrumento tiene como institución estatal que lo respalda para su puesta en práctica a la Oficina Nacional de Recursos Minerales creada por la Ley de Minas y que tiene como objetivos fiscalizar y controlar la actividad minera y el uso racional de los recursos minerales. - La ley 81, o Ley del Medio Ambiente, a pesar de no regular los recursos minerales de forma directa crea un marco jurídico integrador y coherente para la protección del medio ambiente en el país. Dentro de este sistema regulatorio se incorpora la dimensión ambiental en todos los proyectos sociales y económicos del país, que a través de la educación ambiental incorpora a todo el Sistema Nacional de Educación del país y a la población a la toma de decisiones ambientales como la vía más concreta de participación pública en materia ambiental y de control de los recursos naturales. En este contexto es importante tener en cuenta que la realidad minera esta conformada por diferentes actores sociales para los cuales la minería produce percepciones diferentes. Esta comunidad esta formada por dos grupos con objetivos y propósitos diferenciados. En primer lugar, existe una comunidad laboral minera la cual definimos como el grupo poblacional directamente relacionado con la explotación de los yacimientos minerales y sus infraestructuras de apoyo, es decir, los que dependen económicamente de esta actividad y su bienestar socioeconómico es directamente proporcional, aunque no de forma absoluta, al desarrollo de esta industria. Este grupo se identifica, además, por poseer características particulares tales como enfermedades profesionales comunes, sistemas de formación de recursos humanos específicos para las actividades que desarrollan, prácticas socio – productivas propias que se diferencian de otras existentes en el territorio y una singularidad que puede ser identificada como una comunidad de intereses con un determinado grado de pertenencia grupal. Es decir, se pueden describir determinadas prácticas socio – productivas que los identifican como miembros de una comunidad singular. Aquí se desarrollan formas particulares de participación en la minería y percepciones también singulares. En segundo lugar, nos encontraremos con una comunidad minera residencial que se puede definir como aquellos grupos sociales que se asientan sobre el territorio donde existen los objetos mineros, pero que no trabajan en sus instalaciones. No dependen económicamente de la minería, sin embargo, están expuestos, en sus residencias, al mismo nivel de contaminación ambiental que los que pertenecen a la comunidad minera. Participan de forma directa e indirecta de los beneficios que trae aparejado el desarrollo �78 de la minería, es decir, son beneficiarios de las instalaciones sociales que se edifican en los asentamientos mineros, de los planes de desarrollo integrales y se comprometen directamente con los fines sociales de la comunidad. En estas comunidades se pueden encontrar formas de participación pública, conciencia y comportamiento ambientales diferentes de acuerdo con el nivel de identificación de cada grupo con la minería y que es necesario tener en cuenta al proponer formas de operacionalizar los diferentes indicadores. 3.3. La sustentabilidad en la minería La temática del desarrollo sustentable en la minería posee espacios muy importantes en la literatura mundial, especialmente en las que producen organizaciones internacionales vinculadas a la industria minera y que se dedican a promover la sustentabilidad en el sector, además de ser un problema muy relacionado con la esencia misma del surgimiento de la sustentabilidad como paradigma en el mundo. En el conocido Plan de Implementación de la CNUMAD se dedica una especial atención a la minería porque “[...] los minerales y los metales son importantes para el desarrollo económico y social de muchos países. Los minerales son esenciales para la vida moderna” (CNUMAD, 2005:25). Se plantean importantes medidas para contribuir al desarrollo sustentable de la minería, sin embargo, todos quedan en el plano de la retórica porque en la práctica la realidad es la de naciones subdesarrolladas cada día más empobrecidas como consecuencia de prácticas mineras basadas en tecnologías altamente contaminantes y un alto nivel de inequidad e injusticias sociales. En estas naciones es una utopía pensar en “[...] estudiar los efectos y beneficios ambientales, económicos, de la salud y sociales, incluida la salud y la seguridad de los trabajadores de la minería, los minerales y los metales a lo largo de todo su ciclo de vida útil [...]” (CNUMAD, 2005:25) porque estos países no disponen de los recursos imprescindibles para realizar los estudios de impacto ambiental que requieren los diferentes emprendimientos mineros que poseen. Especialmente existen condiciones de vida insustentables, por decirlo al estilo de los documentos de la CNUMAD, en aquellas zonas donde se practica la pequeña y mediana minería artesanal. En estas regiones es impensable el logro de una minería sustentable porque precisamente como resultado del saqueo de los recursos minerales es imposible recibir apoyo, de los que se apropian estas riquezas, “[...] en los ámbitos financiero, técnico y de fomento de la capacidad a los países en desarrollo y a los países con economías en transición para optimizar la explotación minera y la elaboración de minerales” (CNUMAD, 2005:25). La lógica sobre la que se ha diseñado el modelo capitalista neoliberal es contraria, en todos los sentidos, a la existencia de una minería sustentable para los países que viven en dicha Formación Económica Social. Nos encontramos, una vez más, ante la necesidad de replantearnos el concepto desarrollo sustentable para la minería. �79 Existen instituciones que dedican grandes esfuerzos a la búsqueda de alternativas para una minería sustentable, entre estas un lugar de privilegio lo ocupa El Proyecto Global MMSD (Minería, Minerales y Desarrollo Sustentable). Lo más importante es que parte de la necesidad de “[…] identificar cuales son los elementos principales que implica el desarrollo sustentable de países y localidades de América del Sur” (MMSD, 2002:25). Es decir, no acepta la idea de partir de una definición preconcebida del desarrollo sustentable. El Proyecto Global MMSD aporta valiosos elementos a tener en cuenta en las investigaciones sobre el tema que deben constituir puntos de referencia en la presente tesis. En primer lugar, el análisis parte de ver cómo la minería puede aportar al desarrollo sustentable y no a la sustentabilidad de la minería como actividad independiente. En segundo lugar, se conoció que en la región “la evaluación de riesgo no se realiza, salvo en casos especiales, y no parece ser un instrumento ambiental importante en las legislaciones de los países analizados” (MMSD, 2002:51). En tercer lugar, se reconoce el cierre de minas y la rehabilitación de los terrenos como uno de los principales retos ambientales en numerosos países de la región (Orche, 2003:61). En cuarto lugar; se identificó el acceso a los recursos financieros para modernizar las tecnologías como un elemento que no solo afectaba la responsabilidad ambiental de las empresas, sino su viabilidad económica (MMSD, 2002:58), (Orche, 2003:63). Otros autores analizan la problemática a partir de la necesidad de las transferencias de tecnologías en el sector (Vargas, 2003:85). El problema de la elección entre el uso de tecnologías de punta o apropiadas en la minería es uno de los temas más recurrentes en esta actividad, especialmente, en la Pequeña Minería y la Minería Artesanal que produce un fuerte impacto en la región, especialmente por las zonas geográficas donde tiene lugar y por los actores involucrados, fundamentalmente, la presencia del trabajo infantil y la incursión en los terrenos pertenecientes a los aborígenes. Numerosos autores, entre estos; Mauricio Cornejo Martínez, Miguel Peralta Sánchez, Paúl Carrión Mero, Miguel González Bonilla, Edgar Pillajo González, Eugenio Huayhua consideran que la existencia de tecnologías obsoletas, limitados conocimientos técnicos, falta de información y ausencia de una cultura tecnológica constituyen debilidades que no permiten a la Pequeña Minería ser sustentable. Un elemento considerado por la mayoría de los autores como una barrera para alcanzar la sustentabilidad en el sector es la carencia de mecanismos de participación e información pertinentes para que los diferentes actores sociales puedan participar de forma real en los procesos, como participantes directos en la toma de decisiones de sus proyectos socio – productivos (MMSD, 2002). De ahí, que se considere como un desafío para avanzar hacia el desarrollo sustentable el fortalecimiento de la participación �80 ciudadana, el acceso a la información y la capacitación para poder comprender la información que brindan las instituciones especializadas y las pertenecientes a los diferentes esquemas de participación democrática diseñados en los países, en virtud de que lo fundamental para hacer viable este proceso es la existencia de una voluntad política en los gobiernos. Una limitante en los diferentes enfoques analizados en la fundamentación de la sustentabilidad en la minería lo constituye el no referirse al problema de la identidad minera, como elemento esencial del desarrollo sustentable. El tema aparece aisladamente en algunos autores que lo presentan como “aculturación, y pérdida de identidad” (Ayala, 2003:155). Este autor parte de la idea de recuperar la relación respetuosa que mantenían los nativos con la naturaleza, pero lo hace sin analizar nada sobre la relación dialéctica del hombre con la naturaleza y la acción de reconocimiento del hombre como miembro de una identidad concreta. Esta problemática de alguna forma ha entrado dentro del campo del ordenamiento territorial de la actividad minera en la cual se han realizado valiosas contribuciones, especialmente dentro del Programa Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED XIII) dirigido por el Dr. Roberto C. Villas Boas. La identidad entra en la ordenación del territorio porque este incluye en la proyección del espacio las políticas sociales, culturales, ambientales y económicas de una sociedad (Beatriz E. Ordóñez Gómez, Daniela Marchionni, Horacio Echeveste, Rafael Fernández Rubio, Juan Carlos Perucca, Mónica S. Ramírez, Leonor I. Salinas, Jorge M. Molina, Cristina Echeverría, Domingo Carvajal Gómez, Arsenio González Martínez entre otros). La idea de la identidad minera es prácticamente nula a pesar del uso de términos tales como “conciencia de su identidad”, “sobrevivir con identidad”, “identidad étnica y cultural”, “interculturalidad de las articulaciones” que expresan la necesidad de abordar el problema de la identidad como un pilar de la sustentabilidad. No se puede dejar de mencionar que la existencia de legislaciones ambientales donde no se condena con la severidad necesaria el delito ambiental, a pesar de que en muchos países no existe esta figura delictiva, constituye una barrera institucional para el logro de la sustentabilidad. Lamentablemente, para muchas naciones el poseer esta debilidad se convierte en una fortaleza para atraer capitales extranjeros. 3.4. El desarrollo compensado La demanda de minerales ha crecido sostenidamente desde el descubrimiento de los metales hasta la actualidad, a pesar de haber descendido la producción mundial en algunos períodos históricos. Esto ha llevado a que hoy se hable del agotamiento de los recursos no renovables donde se encuentran los minerales y de una sobreexplotación de los renovables que los convierte en no – renovables. Sobre el particular Paskang & �81 Rodsievich en su libro Protección y transformación de la naturaleza afirman: “Ha surgido una amenaza real de consumo total no solo de recursos no renovables, sino de los renovables. En la demanda total de recursos renovables se eliminan las posibilidades para su autorrestablecimiento. Por eso, para mantener inagotables las fuentes de materias primas, es necesaria una reproducción ampliada y compleja de recursos renovables. Esto se logra con la transformación de la naturaleza.” (Paskang & Rodsievich, 1983:2). En este proceso, es preciso tener en cuenta que se han producido cambios a nivel internacional como consecuencia de la introducción de nuevas tecnologías en la producción, de la necesidad de nuevos materiales como soporte a la aparición de esas tecnologías y de otras, especialmente, las aparecidas en el sector de la información y las comunicaciones. Además de la importancia que va adquiriendo a nivel internacional el reciclaje, como una vía de consideración como fuente de metales para la industria, además, de constituir una importante salida para el logro de la sustentabilidad. Aquí se introduce un concepto que es clave para la conformación de la tesis que se defiende para la explotación de los recursos minerales, se hará referencia al término transformación de la naturaleza. Para comprender este concepto es necesario acudir a la dialéctica, que plantea con claridad que cualquier transformación de la naturaleza implica un cambio en ésta, pero no siempre cualquier cambio es una transformación. Las transformaciones suponen cambios en las cualidades de la naturaleza en el sentido positivo, es decir, presupone un salto progresivo en el desarrollo de la misma. Estos autores lo definen de la siguiente forma: “Solo los cambios orientados, como resultado de los cuales ocurre un mejoramiento de las cualidades ecológicas de los geosistemas naturales y el aumento de su productividad, pertenecen a los transformadores” (Paskang & Rodsievich, 1983:2). Éstos constituyen cambios en los que el hombre a través de su actividad creadora realiza aportes a los geosistemas como una forma de transformación positiva. Por geosistema entendemos “un sistema espacio – temporal, una organización espacial compleja y abierta, formada por la interacción entre componentes o elementos físicos... que pueden en diferentes grados ser transformados o modificados por la actividad humana” (Mateo & Suárez, 2000:722-723). Como se aprecia, este tipo de enfoque forma parte de la visión que se propone desde el holismo ambientalista que debe existir en el análisis de las interacciones entre el hombre y la naturaleza, en las que cualquier cambio en uno de los elementos que la integran afecta la dinámica general del sistema. La protección de la naturaleza debe regirse por este principio que supone la toma de decisiones apropiadas para protegerla de los impactos negativos que la actividad humana le ocasiona. Entre las medidas que se toman para proteger la naturaleza, un lugar �82 importante lo ocupa el principio de la concepción de la naturaleza como geoequivalentes. En el proceso de actividad socioeconómica, el hombre extrae las sustancias y utiliza la energía distribuyéndola entre los diferentes geosistemas naturales, no siempre de forma racional para el intercambio biológico y la rotación de las sustancias. Con regularidad, esta distribución no tiene en cuenta los ciclos naturales de los diferentes complejos de la naturaleza por lo que ocasiona su degradación y extinción. Para proteger los complejos naturales de la destrucción es necesario llevar a cabo un retorno equivalente de las sustancias y la energía hacia la naturaleza. Es decir, si no se encuentran los medios necesarios para restituir la energía que se utiliza en los diferentes procesos socio – económicos, sencillamente se estará condenando a la naturaleza a su destrucción en la misma medida que altera los procesos normales de intercambio de energía. “Cualquier transformación de la naturaleza y explotación económica de sus riquezas, debe estructurarse teniendo en cuenta los geoequivalentes, para determinar las dimensiones y los métodos de compensación de aquellos elementos que serán tomados de los geosistemas naturales en calidad de recursos” (Paskang & Rodsievich, 1983:3). La lógica expuesta a partir de la mencionada obra de los científicos rusos contradice cualquier pretensión de alcanzar el desarrollo sustentable más allá de una compensación a la naturaleza por las irregularidades en el proceso de intercambio de energía entre los diferentes geosistemas. En la relación hombre – naturaleza - sociedad lo que puede hacer el hombre es compensar a la naturaleza por el intercambio irracional que se produce entre esta y la sociedad introduciendo transformaciones positivas que permitan una compensación por las pérdidas de energía que se producen como resultado de las actividades humanas. Lo que debe quedar bien claro es que esta es solamente una compensación en el sentido más estricto, es decir, el hombre no puede devolver toda la energía que utiliza en los diferentes procesos socioeconómicos. El desarrollo sustentable, en sus tesis, privilegia la satisfacción de las necesidades humanas y el mantenimiento de un nivel de recursos naturales para las necesidades de las generaciones futuras. Pero en este caso concreto, se pueden hacer algunas preguntas que ayudarían a conducir esta investigación: ¿Cómo pueden los proyectos mineros actuales mantener un nivel de recursos para las futuras generaciones?, ¿Qué necesidades precisan satisfacer las futuras generaciones que vivirán en las comunidades mineras una vez agotados los recursos minerales?, ¿Serán necesidades relacionadas con la reubicación de los residuos mineros, con la reconversión de las instalaciones mineras o con la capacitación de los obreros para que enfrenten otros empleos?. Si se concibe a la sociedad, a partir del criterio marxista, en forma de sistema, es perfectamente comprensible que un organismo como el medio ambiente ha de ser estudiado como un todo, en el cual, cada una de sus partes es, en virtud de la concatenación universal, condición indispensable para la existencia de la otra. �83 Desde este punto de vista y teniendo en cuenta los elementos analizados, se propone, como otro de los aspectos novedosos de la Tesis de Doctorado que se defiende, la idea de un nuevo concepto de desarrollo, a partir del análisis de los niveles para alcanzar la sustentabilidad expuestos en el capítulo anterior, que se adecue más a las condiciones específicas de cada actividad y, en el caso concreto de la minería, sugiere una conceptualización que refleje los elementos propios de una actividad en la que los impactos que se le ocasionan a la naturaleza cambian en un alto porcentaje las condiciones físicas de la región donde se ubican los yacimientos y aún en otras áreas situadas más allá de sus límites. Teniendo en cuenta estos argumentos, objetivamente, la minería en la forma clásica de analizar el concepto recursos naturales, inhabilita a las zonas donde se ubican las minas para desarrollar nuevos renglones de la economía sobre la base de las infraestructuras disponibles. Lógicamente diseñadas para un solo tipo de recurso, demandaría de inversiones para ser reconvertidas y poderlas utilizar en actividades alternativas. Es interesante hacer notar cómo se refleja en la legislación ambiental cubana la actividad minera a fin de que se pueda comprender que, desde el punto de vista legal, en las actuales condiciones socioeconómicas del país resulta más idóneo repensar el concepto desarrollo sustentable, en la misma medida que para este, la minería constituye una fuente permanente de recursos financieros que garantizan un mantenimiento sostenido de un crecimiento económico que a través de compensaciones contribuirá al desarrollo sustentable de la nación. En la Ley de Minas, su Sección Segunda, referida a las obligaciones generales de los concesionarios, en su artículo 41, inciso c, se plantea que es obligación “preservar el medio ambiente... elaborando estudios de impacto ambiental y planes para prevenir, mitigar controlar, rehabilitar y compensar dicho impacto derivado de sus actividades; tanto en dicha área como en las áreas y ecosistemas vinculados a aquellos que pueden ser afectados” (Ley de Minas, 1995:38). En la Ley del Medio Ambiente en el Capítulo VIII, en el artículo 120, inciso b, cuando se refiere al aprovechamiento de los recursos minerales dispone lo siguiente: “La actividad minera deberá causar la menor alteración posible, directa o indirecta, al Sistema Nacional de Áreas protegidas, las aguas terrestres y marítimas, la capa vegetal, la flora y la fauna silvestre, el paisaje y el medio ambiente en general” (Ley 81, 1997:63). Nótese que no se menciona el desarrollo sustentable. En el Decreto 194 sobre la formación de la Empresa Mixta Moa Nickel S. A, de capital canadiense y cubano en la Sección 9.0, Medio Ambiente y Reforestación se plantea, en el 9.1, que “Moa Nickel continuará desarrollando sus planes y adoptando medidas para minimizar el impacto causado al medio ambiente por efecto de la operación de la planta, y de la actividad minera” (Decreto 194, 1994:313). Obsérvese que tampoco en este caso �84 se dispone que la empresa alcance el desarrollo sustentable en la minería o en las llamadas operaciones de la planta. En todo momento se privilegia el derecho de minar por encima de otros derechos, lo cual es totalmente lógico en el caso de un país que está necesitado de crecer en actividades económicas que generen riquezas que se conviertan en fuentes de un desarrollo sustentable en mediano o largo plazos. Tal es el caso de Cuba, donde existe una clara política de desarrollo nacional a partir de estos recursos, que, a pesar de que impactan en alguna medida de forma negativa el medio ambiente, constituyen una vía para acceder al desarrollo. En este mismo Decreto en el 9.2 se deja estipulado con absoluta claridad que “El derecho a minar será siempre prioritario sobre los derechos forestales” (Decreto 194, 1994:313). Todo lo anterior no significa que no existan regulaciones dirigidas a lograr el desarrollo sustentable del país, derecho este reflejado en las leyes fundamentales y en la voluntad del Estado cubano. En la Constitución, en su artículo 27 se expresa claramente “El Estado protege el medio ambiente y los recursos naturales del país. Reconoce su estrecha vinculación con el desarrollo económico y social sostenible [...]” (Constitución de la República, 1992:36). La inversión extranjera está obligada a desarrollarse dentro de este mismo principio, en nuestro país esta “[...] se concibe y estimula en el contexto del desarrollo sostenible [...] lo que implica que durante su ejecución se atenderá [...] la conservación del medio ambiente y el uso racional de los recursos naturales” (Ley 77, 1995:12). Por todo lo anterior, ante la lógica de encontrar una elaboración teórica que se adecue a la minería se propone el concepto desarrollo compensado, el cual puede dar una visión más clara de qué tipo de relación se establece entre el hombre, la naturaleza y la sociedad en dicha actividad. Además, éste es precisamente el aspecto de mayor novedad científica en la Tesis. El desarrollo compensado es una etapa en el movimiento de las comunidades mineras hacia la sustentabilidad donde se busca compensar de forma racional los impactos que la minería ocasiona sobre el medio ambiente, sin menguar la posibilidad del hombre actual de satisfacer sus necesidades. Es una etapa donde se pretende privilegiar la capacidad de satisfacer las necesidades materiales y espirituales de la sociedad, creando las condiciones necesarias para que las futuras generaciones satisfagan las suyas a partir de toda la experiencia, que en materia de formación de recursos humanos y de tecnología creen las actuales generaciones y los procesos productivos alternativos que puedan surgir a partir de las nuevas tecnologías que se produzcan. Este tipo de desarrollo llama al análisis de las condiciones materiales, culturales y políticas en que se produce la explotación del recurso, dando prioridad a los factores �85 políticos y culturales. De ahí la necesidad de formar una cultura minera que tenga en cuenta la participación de todos los actores comunitarios y que considere la tecnología como un hecho cultural, lo cual facilitaría tener en cuenta, en el futuro; cuando se agoten los recursos de un yacimiento, el patrimonio geológico - minero como cultura. Para ello se tendría que sostener la idea de ver las tecnologías mineras presentes en las comunidades, donde se cierran las minas, como cultura patrimonial de estos grupos. Los minerales son recursos no renovables que producen ganancias considerables a corto plazo. Pero a largo plazo, cuando se agotan, el país productor se queda solamente con las instalaciones y trabajadores que hasta entonces laboraban en las mismas. Las compensaciones por las pérdidas de los recursos para las generaciones futuras estarán orientadas al mantenimiento del patrimonio geológico - minero y el desarrollo de una cultura minera en el sentido amplio, que considere la tecnología como cultura. Por sus características naturales y por su forma de explotación y comercialización, el país que posee el recurso, una vez comercializado, solamente se queda con los beneficios financieros de no haber creado condiciones para la protección del patrimonio geológico minero, de ahí que se vea obligado a repetir el ciclo productivo para volver a obtener ganancias directas. Se pierden los activos ambientales independientemente de que permanezcan las instalaciones, que si bien forman parte de su capital, una vez agotado el recurso, para utilizarlas en otros procesos productivos se precisa de la reconversión industrial. Por ello se defienda la idea de la utilización del patrimonio geológico - minero como una actividad económica alternativa al agotamiento de los recursos principales. Estas singularidades de la explotación de los minerales precisa que para lograr una compensación en el proceso productivo se genere un margen de ganancias que permita dedicar parte de la producción a crear actividades productivas alternativas que solamente compensarían los daños que se les ocasiona a la naturaleza, jamás se llegarían a restablecer las condiciones naturales existentes en el momento de iniciarse la explotación. Es evidente que en la dimensión ambiental, la explotación minera, entendida ésta como “conjunto de operaciones, obras, trabajos y labores mineras destinado a la preparación y desarrollo del yacimiento y a la extracción y transportación de los minerales” (Ley de Minas, 1995:34), es no sustentable. Es impensable, en una actividad como la minería esperar a que la tasa de utilización del recurso sea equivalente a la tasa de recomposición del mismo en el proceso productivo. Por otra parte, la relación tasa de emisión de desechos – tasa de regeneración, es, sencillamente, inoperante en el caso de la minería y no existen indicadores fiables para medirla. Pero esto es solamente una parte del problema, lo verdaderamente importante es ver la minería como una actividad insertada dentro de una comunidad, donde realiza aportes al logro de la sustentabilidad a escala macrosocial, por los recursos que aporta para generar �86 actividades que contribuyen al desarrollo y por la forma en que las prácticas mineras van creando condiciones para ello. En esta dirección se considera que el concepto medio ambiente que aparece en la Ley del Medio Ambiente de la República de Cuba da la percepción del tipo de desarrollo compensado a que se está refiriendo en el presente epígrafe. Por medio ambiente se entiende, en la mencionada Ley al “sistema de elementos abióticos, bióticos y socioeconómicos con que interactúa el hombre, a la vez que se adapta al mismo, lo transforma y lo utiliza para satisfacer sus necesidades” (Ley 81, 1997:47). La utilización del medio ambiente se subordina a la satisfacción de las necesidades humanas por parte del hombre actual, ser social concreto que forma parte de un sistema en el cual interactúa con otros elementos que se condicionan mutuamente. El desarrollo compensado, va dirigido a compensar los impactos que ocasione cualquiera de los elementos del medio ambiente sobre otro. Esta compensación significa aporte por parte del hombre a los ecosistemas que degrada con su accionar económico, conociendo que no podrá devolverle a los mismos, con los geoequivalentes, sus características iniciales, ni se podrán conocer, con las tecnologías actuales, los niveles necesarios para compensar los sistemas con los cuales interactúan los impactados directamente. Este proceso tiene como premisa principal, la satisfacción de las necesidades de las generaciones actuales. Como se aprecia en este epígrafe, existen diferencias entre el desarrollo compensado y el desarrollo sustentable. El desarrollo sustentable privilegia la capacidad de la naturaleza de recomponerse por sí sola de las agresiones antrópicas, el desarrollo compensado llama a la introducción de cambios positivos en la esta como una vía para compensar los impactos que ocasionan las actividades económicas. El desarrollo sustentable habla de garantizar recursos a las futuras generaciones para satisfacer sus necesidades, sin que se limite el consumo por parte de las generaciones actuales, es decir, su llamado es a garantizar un tipo de consumo ambientalmente responsable, sin limitarlo en el tiempo. El desarrollo compensado en cambio promueve la creación de condiciones para la aparición de actividades alternativas para que las futuras generaciones compensen la falta de recursos, que como consecuencia de las prácticas económicas actuales, enfrentarán para desarrollarse. Aquí no se trata de mantener un determinado stock de recursos materiales para las futuras generaciones, si no de crear recursos humanos capacitados para enfrentar los nichos económicos, que, como consecuencia del surgimiento de actividades alternativas, surjan. El desarrollo sustentable trata el problema de la satisfacción de las necesidades de las generaciones actuales y futuras a partir de la existencia de un determinado stock de recursos naturales, imprescindibles desde el punto de vista físico para desarrollar �87 actividades económicas y el mantenimiento de niveles de consumo socialmente aceptables, la calidad de vida se mide a partir de indicadores de consumo de bienes tangibles que sitúan a un país en una determinada escala teniendo en cuenta lo que consumen sus ciudadanos. El desarrollo compensado no desconoce la necesidad de poseer un volumen de materias primas para los procesos productivos, considera que la minería tiene que crear condiciones para el surgimiento de actividades económicas alternativas a partir de la explotación de los recursos actuales. Especialmente considera la obligatoriedad de generar un conocimiento minero – geológico que permita que los minerales no principales asociados al mineral principal, se puedan explotar en el futuro con las tecnologías que como consecuencia de los desarrollos actuales se creen. Además, hace énfasis en la creación de un sistema de valores ambientales que reconozca como válidos los servicios intangibles que el medio ambiente ofrece y desarrolle en el hombre la capacidad de disfrutar su lugar en el mismo, no a partir de la existencia de bienes materiales, sino de una espiritualidad que permita compensar la falta de estos con otras actividades. El desarrollo sustentable se lograría si las generaciones futuras dispusieran de recursos para sus actividades y un indicador para ello sería la reconversión industrial que facilitaría la introducción de tecnologías de punta en las actividades económicas que permitirían la reducción de la entropía privilegiando la conservación de la energía y las fuentes renovables. El desarrollo compensado que se propone se basa en tecnologías apropiadas según las características medioambientales de las diferentes zonas geográficas y la cultura de los grupos sociales implicados, lo cual constituye una salida ante las exigencias que imponen las reconversiones industriales o el desarrollo de tecnologías ecológicas. Es apreciable la existencia de diferencias entre ambas proposiciones teóricas, aunque se pueden identificar similitudes en el sentido de que en ambos casos se habla de producir creando condiciones artificiales para que los ecosistemas naturales y los sistemas sociales conserven sus esencias. En ambos casos estos sistemas artificiales son formas de compensación. Otra similitud se orienta en el sentido de que lo sustentable, al menos teóricamente, según sus promotores, es un concepto flexible dirigido a privilegiar la participación ciudadana; tal es el caso de lo compensado, en el cual la comunidad y sus instituciones son las encargadas de lograr las diferentes vías de compensación con énfasis en los valores, especialmente, en la creación de una cultura comunitaria, en la cual la educación ambiental es una salida que la sociedad puede poner en práctica para promover valores. Esta es una política dirigida hacia la formación de generaciones que basen sus estrategias de desarrollos en la aplicación de procesos productivos menos intensivos en �88 la utilización de recursos naturales, en los que los recursos humanos se privilegien, sobre la base de una amplia cultura ambiental sustentada en modelos participativos. Resumiendo, a partir del planteamiento del desarrollo compensado como modelo y del análisis de las limitaciones del desarrollo sustentable, en el análisis de actividades económicas aisladas, separadas del contexto donde tiene lugar la minería, podemos decir que esta, en sí misma de forma independiente, es una actividad no sustentable. Por eso se sostiene que lo pertinente es considerar que el desarrollo compensado es una etapa intermedia entre el crecimiento y el desarrollo sustentable, es decir, desde el punto de vista que se defiende, es un nivel que realiza contribuciones al logro de la sustentabilidad en la comunidad. Los indicadores que para determinar se propones a continuación constituyen herramientas ineludibles los niveles de compensación en la minería. Ellos ofrecen recomendaciones para la elaboración de una metodología para evaluar cómo se pueden crear condiciones para la aparición de actividades económicas alternativas que contribuyan a la sustentabilidad macrosocial de las comunidades donde se insertan estos complejos. Estas recomendaciones están llamadas a convertirse en herramientas que permitan la toma de decisiones políticas por parte de las instituciones especializadas, en primer orden el Estado, que faciliten la consolidación de un escenario favorable para la materialización de las compensaciones. Ello condiciona la necesidad de establecer las características de los indicadores de sustentabilidad a lo que se dedicará el próximo epígrafe. 3.5. Indicadores de desarrollo compensado Evidentemente, resulta muy sencillo determinar cuándo una actividad no es sustentable, para lo cual basta con saber cuáles son los impactos negativos que ocasionan sobre el medio ambiente, y en esto las ciencias sociales pueden desempeñar un papel importante; estableciendo a través de métodos interactivos de búsqueda de información un número determinado de impactos sociales y económicos negativos que sirvan de referencia a la existencia de impactos en la dimensión ambiental, sin embargo, lo verdaderamente difícil es poder precisar cuándo se ha alcanzado la sustentabilidad. No cabe la menor duda de que ésta es una tarea científica de gran envergadura. En este epígrafe se valorarán indicadores de compensación para determinar cuándo una actividad minera crea condiciones para la aparición de alternativas que compensen los daños que se ocasionan al medio ambiente. Las bases de este análisis parten de las características de los recursos minerales, los cuales solamente son utilizados por el hombre si reportan alguna utilidad después de laborarse de forma manual o industrial. En este sentido, se afirma que los recursos naturales presentan importancia para el hombre en la medida que posee utilidad humana. �89 Para ello tienen que ocurrir por lo menos cuatro circunstancias. Debe existir el necesario conocimiento de sus propiedades en relación con la satisfacción de sus necesidades. También se hace imprescindible conocer las técnicas para la transformación de esos elementos en productos deseables. Los conocimientos técnicos deben tener la posibilidad de introducirse en el aparato productivo. Además de que una vez elaborado el producto pueda llegar efectivamente a quienes posean la necesidad del mismo (Miranda, 1999). A partir de estos elementos, es posible concluir que existen indicadores de compensación que se deben tener en cuenta en el análisis de la actividad minera como puntos de partida para determinar su viabilidad. La metodología seguida para plantear los indicadores es la utilizada por los doctores españoles Arsenio González Martínez y Domingo Carvajal Gómez basada […] en la realización de un test de sostenibilidad […]. El soporte del test son los indicadores de sostenibilidad, cada uno de los cuales se evalúa con respuestas de si/no a una serie de preguntas sencillas pero que responden a acciones claves por parte de las empresas minera” (González & Carvajal, 2002:425) A partir de este test se define un índice de sostenibilidad global (ISG) que utilizaremos para cada uno de los indicadores propuestos en la tesis: ⎡∑ (ICM + IT + IE + IIRM + IL) ⎤ ⎡∑ (ICM + IT + IE + IIRM + IL) ⎤ ⎢ ⎥ x100 ⎢ ⎥ x100 SI SI ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ISG (%) = = Total acciones 50 El indicador conocimiento minero – geológico, es de partida dentro del conjunto de indicadores que se proponen en esta Tesis. Es decir, este sirve de referencia a los demás en la medida que aporta la información necesaria para poder establecer tanto los contenidos como los rangos de cada uno de ellos. Este indicador permite conocer todas las propiedades de un yacimiento y hasta dónde es capaz de satisfacer las necesidades de la producción de las generaciones actuales a partir del conocimiento de sus características. Estos estudios facilitan seguir la evolución del yacimiento a través de las diferentes eras geológicas y cuáles fueron las condiciones que en la naturaleza intervinieron en su origen. Además es posible a través de este conocimiento establecer las relaciones entre un recurso mineral determinado y los que se encuentran en su mismo sistema. El conocimiento minero - geológico sobre un yacimiento, según el experto colombiano Elkin Vargas Pimiento, permite ajustar correctamente los estudios técnicos y las operaciones extractivas, es decir, se obtienen conocimientos fiables sobre los trabajos geológicos de superficie; de reconocimientos geofísicos y de sondeos; hipótesis metalogénicas y datos sobre su verificación; construcción del modelo de mineralización; �90 forma y dimensiones del depósito a explotar; tenor medio o calidad del mineral; reservas planificables; métodos de muestreo, de análisis y de cálculo utilizados; el tenor de corte; las relaciones mineral – estéril; las reservas explotables; el ritmo de explotación y vida de la mina (Vargas, 2002). Todo esto permite que se pueda, incluso, tener una información sobre las actividades que se deben seguir a partir del cierre de mina y las posibilidades de reconversión industrial de las instalaciones mineras. Con un yacimiento bien estudiado se pueden obtener todos los datos que se requieren para el inicio de las operaciones de explotación y el beneficio o tratamiento del mineral. Todo ello facilita que se pueda conocer y, consecuentemente con ello, gestionar de la forma más precisa el método de explotación y todo lo relacionado con los aspectos económicos y ecológicos que tienen lugar en la explotación del yacimiento. El análisis de todas las características técnicas del yacimiento permite que los especialistas puedan determinar con rigor el sitio de la planta, los aprovisionamientos de energía y de agua, descripción de los lugares escogidos para la ubicación de los estériles tratamientos de desechos, el transporte de mineral y de los insumos necesarios para la producción así como la cantidad y grado de capacitación del personal que trabajará en la mina (Vargas, 2002). Esto permitiría que los especialistas puedan determinar, con la aplicación de diferentes métodos de investigación, los impactos que la explotación de un determinado mineral ocasionará en los demás recursos situados en su mismo geosistema. Es decir, que quedaría claro para los diferentes grupos implicados en el desarrollo de una actividad minera concreta, cómo la explotación de un recurso entorpece el desarrollo de otras actividades económicas o cómo facilita, a partir del conocimiento general que aportan las exploraciones, el surgimiento de actividades alternativas. Es decir, que las exploraciones no pueden ser dirigidas únicamente al conocimiento del mineral principal sino que tienen que conocer, además, las características de los minerales acompañantes; lo cual constituye la base de la proyección de proyectos mineros integrales. A continuación se muestra la tabla de este indicador con sus dimensiones y variables: Indicador Acciones claves del indicador ¿Se conocen todas las propiedades del yacimiento? ¿Se han podido establecer las formas y dimensiones del depósito a explotar? Conocimien ¿Existe conocimiento sobre las reservas existentes y su to gestión? minero¿Existe conocimiento de los minerales acompañantes? Cumpl e la acción si no �91 geológico ¿Se conocen todas las tecnologías que exigen las operaciones mineras? ¿Se identificaron los desechos mineros por categorías y composición química? ¿Existe toda la información para el manejo seguro de los desechos? ¿Existe la información para establecer el control continúo por etapas? ¿Se conocen todos los impactos que ocasionarán las operaciones mineras? ¿Se pudo conocer las características de los recursos humanos necesarios? ∑ La tecnología constituye un indicador esencial para determinar si la explotación de un recurso es sustentable o no. En ella está implícita la relación del hombre con la naturaleza, dicho de otra forma, la tecnología que se emplee marcará los impactos sobre el medio ambiente, tanto los positivos como los negativos. Estos impactos se pueden medir en términos económicos a partir de conocer, en indicadores numéricos, cuánto se dejaría de recibir, según los precios del mercado mundial, por las pérdidas económicas que se producen en el proceso de minado; es decir, el mineral que se pierde en el proceso productivo. Pero para lograr este resultado es imprescindible que se formen equipos multidisciplinarios de investigación, en los cuales se integren especialistas de las ciencias sociales, especialmente, economistas. A partir del uso de una tecnología se puede determinar el impacto que se le ocasiona al medio ambiente en términos de uso del espacio, del suelo y del paisaje. Esta es una pregunta crucial en la cuestión del logro del desarrollo compensado y uno de los elementos que sirven de base para hablar de compensación en la relación hombre – naturaleza – sociedad en esta industria y no de sustentabilidad u otro de los conceptos que sobre esta relación existen, y que, evidentemente, no tienen en consideración las características singulares de la minería. La cuestión del paisaje no es menos importante en este análisis en tanto que esta variable, dentro del indicador tecnología, nos permite conocer hasta dónde una tecnología es respetuosa de la calidad del paisaje de una zona. Esto constituye una preocupación permanente en cualquier tipo de industria en el mundo, pero muy, especialmente, en la minería, que es una actividad que produce un fuerte impacto paisajístico en la zona donde se asienta la mina y consecuentemente con ello afecta la calidad de vida de la población del lugar. El indicador tecnología aporta informaciones muy valiosas que están directamente relacionadas con los consumos de las tecnologías mineras y que en el análisis holístico que se está proponiendo de las relaciones hombre – naturaleza – sociedad poseen una significativa importancia y que necesitan tenerse en cuenta en el momento de determinar �92 el desarrollo compensado. Se trata del análisis de los consumos de agua y de energía en los procesos de producción en las minas y, en consecuencia con esto, las afectaciones que se les ocasionan a otros sistemas de recursos naturales, situados en la misma cadena natural, en este caso, a las fuentes de agua. Las respuestas a estas preguntas claves permiten que podamos establecer la relación que existe entre la explotación de los recursos no renovables en un área determinada y los renovables, lo cual constituye uno de los momentos esenciales en la consecución de una política de desarrollo compensado en la minería. Ello permite que se puedan realizar una evaluación de los impactos que las actividades mineras, según las tecnologías que se emplean en los procesos productivos, ocasiona en la agricultura, la industria forestal y la pesquera. Todo ello contribuiría a tener una idea más precisa de las diferencias notables que existen entre las tecnologías que se utilizan en la industria cubana del níquel. Cada una de estas preguntas se responde a partir del conocimiento de los desechos que se vierten a los diferentes ecosistemas donde se ubican estos recursos y los impactos que ocasionan sobre los mismos y sobre los individuos que encuentran su hábitat en ellos. Lógicamente, este análisis tiene en consideración el concepto amplio de tecnología que se está utilizando en la Tesis, especialmente válido para evaluar dentro del indicador tecnología el problema de la transferencia de tecnología como variable que muestra el grado de desarrollo de los recursos materiales y humanos alcanzados por un Proyecto minero y su relación con otros en el mundo a partir del análisis de la tecnología transferida y el nivel de asimilación de la misma en las comunidades receptoras. Esta pregunta tiene que buscar la forma de evaluar las relaciones socioculturales, partiendo de considerar que la tecnología transferida procede de un ambiente sociotécnico diferente. Así aparece una nueva pregunta relacionada con la cantidad de trabajadores empleados en las actividades mineras, es decir, la relación existente entre las tecnologías y el empleo. Se deben incluir también las actividades paramineras, lo cual da una medida más exacta de la relación anterior. No puede quedar fuera de este análisis la pregunta sobre la productividad del trabajo de las tecnologías y la relación de esta con la generación de impactos negativos sobre el medio ambiente en el sentido de la generación de residuales y las pérdidas económicas que los mismos ocasionan. En esta pregunta se deben tener en cuenta los indicadores internos que permitan medir la eficiencia de las tecnologías, a partir de los indicadores productivos que las empresas mineras han validado. Otra interrogante va dirigida hacia el problema de la participación pública en la gestión tecnológica con la cual se puede medir la participación de todos los actores sociales de un Proyecto minero determinado en la gestión tecnológica de una empresa cualquiera, lo que da una medida sobre cómo se pueden integrar en un mismo proyecto los intereses �93 empresariales y comunitarios y hasta dónde los mecanismos de las empresas están abiertos al control ciudadano. Para lograr comprender este elemento hay que tener claro que se considera, en este análisis, a los sistemas administrativos como tecnologías, de ahí el por qué hablamos de control ciudadano de las tecnologías. El objetivo de esta pregunta coincide plenamente con la filosofía del desarrollo sustentable que al hablar de justicia intrageneracional tiene que encontrar la forma de que las diferentes empresas e instituciones administrativas y políticas, que se asientan en un territorio, se abran al control ciudadano, demostrando con ello la existencia real de una voluntad política que demuestre que esto es posible dentro de los marcos de un sistema político cualquiera. Las tecnologías flexibles están llamadas a imponerse en el sector minero porque, sencillamente, no resulta sustentable diseñar una fábrica para explotar un solo mineral. La existencia de escombros producidos como consecuencia de los sistemas productivos actuales es una muestra de incapacidad tecnológica y de una seria amenaza para el medio ambiente. “Así por ejemplo, las presas de residuos mineros, algunas escombreras y también algunas minas abandonadas o yacimientos prospectados y no explotados son también reservas que debemos tener catalogadas [...]”(Carvajal & González, 2002:371). A continuación se muestra la tabla de este indicador con sus preguntas claves. Indicador Tecnología Acciones claves del indicador Cumple la acción si no ¿Las tecnologías ocasionan impactos irreversibles sobre el paisaje? ¿Las tecnologías utilizan combustibles renovables? ¿Las tecnologías son eficientes consumidoras de agua? ¿El uso de las tecnologías respeta los recursos renovables? ¿Las tecnologías transferidas fueron asimiladas? ¿Las tecnologías empleadas respetan la sociodiversidad local? ¿Las tecnologías degradan los residuales para otros usos? ¿La gestión tecnológica es participativa? ¿Se utilizan tecnologías apropiadas en algunas de las etapas de la minería? ¿Se considera el conocimiento popular en la selección de las tecnologías? ∑ Los indicadores económicos representan un conjunto dirigido a medir la factibilidad económica de los complejos mineros y los aportes de estos al logro del desarrollo compensado. En primer lugar, es preciso señalar que la explotación de un yacimiento, �94 tomando estos indicadores como referencia, sería sustentable si reporta ganancias netas con relación a los activos fijos empleados en su ejecución. Para sustentar la proposición de un nuevo paradigma de desarrollo para la minería, es preciso dentro de los indicadores económicos “[...] medir la forma en que la empresa influye en la economía, regional o nacional, en términos de la utilización de los recursos y creación de riquezas” (Alvarez, 2003:281). Es decir, la forma en que esta contribuye al crecimiento económico, y a la creación de un marco favorable para la materialización del desarrollo sustentable. La determinación indicadores económicos, como se analizó en el indicador tecnología, depende del proceso tecnológico que se utiliza en el procesamiento de los minerales y del tipo de minería que se desarrolla. Estos están directamente relacionados con los procesos mineros, con las materias primas que se utilizan en las plantas, lo cual tiene que diferenciarse en el momento de elaborarse los indicadores. Una idea defendida a lo largo de esta investigación es la necesidad de la internalización de las externalidades ambientales por parte de las empresas mineras lo cual conduce a contabilizar lo que ellas dedican anualmente a la protección del medio ambiente, incluyendo aquí el análisis económico de los indicadores ambientales. Este enfoque incluye el problema del tratamiento de los residuales y las escombreras. Estos indicadores, sin embargo, no son suficientes para reflejar toda la acción ambiental de una empresa, de ahí que sea necesario analizar en otra pregunta lo utilizado en materia de superación ambiental. Por ello se considera que la creación de un Sistema Integral de Superación es una de las vías mediante las cuales se puede alcanzar la compensación en las empresas mineras. Esto en el sentido de que una vez que se produzca el cierre de la mina, la reubicación laboral de los obreros o las posibles reconversiones industriales que se emprendan depende de la capacidad de estos para desempeñar otros empleos. Lo anterior significa que en los presupuestos anuales de las empresas tienen que estar incluidos todos los gastos que ocasionan las acciones a las cuales se hacía referencia anteriormente, es decir, los elementos presentes en la dimensión ambiental de obligatoria consideración en todos los proyectos económicos y sociales en Cuba, a pesar de que el estado cubano, a través del Sistema Nacional de Educación, asume esta preparación como parte de su política educacional y de seguridad social que funciona como un todo único en el país. Es imprescindible señalar que la factibilidad económica depende, además, del funcionamiento de las leyes del mercado, si se toma como referencia la comercialización del producto final. Por ello las empresas mineras deben ser flexibles, de acuerdo con estas circunstancias, como para encontrar alternativas que compensen las pérdidas cuando bajen los precios de sus productos básicos. �95 Lo más económico sería poseer tecnologías flexibles que permitan a los productores adaptarse a las exigencias del mercado, las que pueden variar en dependencia de los factores externos tales como el aumento de la demanda, la elevación de los precios, crisis de los productores tradicionales, etc. Es por eso que el problema de la reconversión industrial o la asimilación de nuevas tecnologías en los procesos productivos constituyen una variable que debe ser evaluada dentro de este indicador, como una vía de alcanzar el desarrollo sustentable a través de la compensación. Estas respuestas solamente se pueden dar cuando existe un profundo conocimiento minero – geológico de la zona, las reservas estén bien estudiadas y las tecnologías existentes por su flexibilidad permitan las llamadas reconversiones industriales. Estas reservas tienen que ser expresadas en valores económicos concretos, con el propósito de conocer sí es realmente recomendable la reconversión industrial necesaria para el procesamiento de las mismas. En la elaboración de los indicadores de sustentabilidad es necesario tener en cuenta el costo de la ubicación de los sumideros, en el caso de la producción de níquel existen dos momentos importantes que analizar. El primero de ellos es la ubicación de los estériles, en las llamadas escombreras que como se conoce poseen un alto contenido de minerales con una reserva potencial para nuevos procesos industriales. El segundo es la problemática del beneficio del mineral en el que se generan importantes residuales ubicados en las llamadas presas de colas con un alto contenido de minerales que pueden ser utilizados por otras industrias en caso de existir tecnologías para ello dentro del país. No poseer la información económica necesaria sobre estas colas constituye una debilidad en cualquier tentativa de alcanzar la sustentabilidad en la minería del níquel. En la generación de residuales se pierden altos porcentajes de minerales, que pueden ser utilizados en otros procesos industriales, ante todo, porque no es solamente que estos residuales no se utilicen al no poder ser explotados con las tecnologías actuales, sino porque, además, son situados en escombreras o en presas que no poseen las características técnicas necesarias para su protección y quedan expuestas a los agentes naturales de erosión convirtiéndose en peligrosas fuentes de contaminación ambiental. En los estudios de factibilidad económica es imprescindible incluir, para conocer si un determinado proyecto minero contribuye al desarrollo sustentable, lo referido al cierre de las minas. Este es un problema nuevo que aparentemente no tiene relación con la inversión en específico, pero aquí se puede realizar una pregunta directamente relacionada con el problema del desarrollo sustentable y la justicia intergeneracional ¿cómo las comunidades mineras actuales pueden compensar a las futuras generaciones por los daños irreversibles que causan, con la explotación de las minas, a los ecosistemas de los cuáles dependerán sus vidas? No se está haciendo referencia a la no - disposición �96 de recursos minerales vitales para sus proyectos, sino a la preservación de espacios vitales donde vivir. Indudablemente este es un problema que aparentemente no debe ser incluido en los gastos de un proyecto minero, es algo ajeno a los inversionistas. Lógicamente, esto ocurriría de tenerse en cuenta solamente los indicadores económicos, entre ellos, la factibilidad económica para las generaciones actuales; es decir, las ganancias netas que percibirían los inversionistas de un proyecto. Pero esto tendría lugar únicamente si no se presta atención a las actividades que podrían desarrollar las propias comunidades cuando se agoten los recursos y las actividades a que se dedicarían las generaciones futuras. Analizado el fenómeno de esta forma concreta se propone que esto se convierta en una pregunta clave de los indicadores económicos La factibilidad económica de un proyecto minero, vista desde esta lógica, incluye la necesidad de conocer cómo una actividad minera concreta crea condiciones necesarias para la aparición de actividades económicas alternativas a las actuales. Es decir, las empresas tienen que incluir en sus estrategias de desarrollo, políticas que favorezcan la capacitación de perfil amplio de sus trabajadores y personal técnico y de dirección, para su reorientación una vez agotados los recursos que explotan, como ya se indicaba anteriormente. A continuación se muestra la tabla de este indicador con sus dimensiones y variables. Indicador Acciones claves del indicador Cumple la acción si no ¿Existe una relación costos – ganancias favorable? ¿El valor de la recuperación del mineral es favorable? ¿Los aportes al Producto Interno Bruto son aceptables? Indicadores ¿El aporte al desarrollo local es viable? económicos ¿Existe la estrategia de protección ambiental y de los trabajadores? ¿El tratamiento de residuales mineros se incluye en los presupuestos anuales? ¿Están previstas las medidas para las compensaciones? ¿Se dedican recursos financieros para el cierre de minas? ¿Existe una Estrategia económica de reinserción de los trabajadores disponibles? ¿Se conocen las utilidades económicas de las colas y escombreras? ∑ El indicador conocimiento de los derivados se convierte en un indicador de primer orden para lograr una compensación económica por los daños que ocasionan las diferentes operaciones mineras sobre la sociedad, de ahí la necesidad de conocer �97 anticipadamente cuáles serán los que ocasionará una actividad minera y la urgencia de encontrar las vías para comercializarlos como materia prima o preservarlos de la acción de los agentes erosivos del medio ambiente para cuando existan las condiciones tecnológicas para explotarlos. En la actualidad la gestión de los derivados forma parte de la estrategia general de las empresas mineras, en primer lugar, por las presiones de la sociedad para que estos se ubiquen en lugares seguros y en segundo lugar, por las ventajas económicas de su comercialización o explotación. Para comprender los derivados que generan las empresas mineras es necesario poseer, ante todo, un conocimiento de las tecnologías que ellas emplean. Como gestión de los derivados se entenderá, para los intereses de este trabajo, la comercialización de los mismos o la creación de condiciones óptimas para su almacenamiento en lugares donde se puedan utilizar con posterioridad. Lógicamente, esto encarece los costos de producción y no deben ser superiores a los costos que se generarían en cualquiera de las etapas del proceso productivo. Esto debe ser expresado en valores numéricos exactos para poder determinar si una actividad minera contribuye o no al desarrollo compensado de la comunidad a partir de considerar que en este indicador es perfectamente apreciable la relación entre las actividades humanas, el espacio, la capacidad de acogida de los mismos, y el soporte de las actividades en el medio natural. Los derivados que se pueden gestionar son aquellos que poseen condiciones para convertirse en materias primas de nuevas industrias, lo cual está en correspondencia con la ley mineral que los mismos poseen y con las demandas de mercado que existen en el momento en que ellos se producen. Cualquier acción dirigida a este propósito tiene que ser valorada aún antes de ser aprobado el inicio de las explotaciones por lo cual se sugiere que estos estudios se acompañen con el correspondiente análisis de los derivados. Los derivados que no poseen interés económico hay que reintegrarlos al medio, que es una vía de compensación por los impactos negativos que las acciones mineras ocasionan a los diferentes ecosistemas donde están situadas las instalaciones y a la posibilidad de las generaciones futuras de encontrar sustitutos a las actividades que dejan de existir como consecuencia del agotamiento de los recursos. Así la operacionalización de este indicador tendría una primera pregunta y es la relacionada con la caracterización de los derivados de los procesos tecnológicos con el objetivo de conocer su composición mineralógica, lo cual permitiría determinar su interés económico. Una segunda pregunta se relaciona con el conocimiento de los impactos negativos que estos derivados ocasionan sobre los diferentes ecosistemas y el hombre. Esta acción, la que denominaremos en lo adelante, impactos de los derivados sobre los ecosistemas y el hombre reclama de una profunda caracterización de los mismos y del conocimiento de las especies que se encuentran en la zona inmediata y mediata a la �98 mina. A través de este análisis es posible integrar un enfoque en el cual se verifique la relación entre el hombre, la naturaleza y la sociedad en todas sus dimensiones. Esto cumple con el propósito expresado en este trabajo de considerar en cada uno de los indicadores las diferentes dimensiones del desarrollo sustentable. Si estas relaciones no pueden ser expresadas concretamente, no se podrá conocer realmente cuándo una actividad es sustentable, a partir de los indicadores que se está proponiendo en el presente trabajo. El establecimiento de acciones en este indicador y en los de la integración de los recursos a su medio y evolución de los sumideros permitirá conocer la interrelación entre los derivados de la minería y los demás recursos ambientales del entorno de una mina. No cabe la menor duda de que una empresa que genere derivados, que no puedan ser procesados con sus tecnologías, no contribuye al desarrollo sustentable de la comunidad. Una acción que permitiría lograr compensar los impactos negativos que ocasiona la minería sería lograr diseñar complejos mineros que tengan en cuenta la utilización de estos derivados. Esto, lógicamente, no es posible en aquellos países con bajo nivel de desarrollo económico si no es únicamente a través de la transferencia de tecnologías o de la creación de empresas transnacionales. La existencia de los derivados depende de diferentes factores, los cuales se pueden minimizar o maximizar de acuerdo con el contexto donde se encuentre enclavada la industria. Por eso, la valoración de las políticas de gestión de los derivados y su percepción pública debe ser otra pregunta que se debe tener en cuenta en este indicador, incluyendo en la misma todo lo relacionado con el transporte de los derivados hacia los sumideros artificiales. Aquí se incluye, además, lo relacionado con las políticas de comercialización, que puede encontrar variantes muy diversas según las empresas mineras y los tipos de derivados que producen. Para hacer más manejable la recogida de información en este indicador sus preguntas se incluyen en las tablas de los demás indicadores. Un importante indicador lo constituye la integración de los recursos a su medio que es la columna vertebral de la compensación que la sociedad puede lograr en su desarrollo con relación a la explotación de los recursos minerales. El problema en cuestión se constituye, en primer lugar, cómo lograr la reinserción de los residuales al entorno, esto no se trata de la ubicación de los mismos en las escombreras, sino de la reintegración gradual y sistemática al medio de donde proceden. Lógicamente, esta integración es artificial teniendo en cuenta que después de ser procesados, los minerales pierden un alto porcentaje de sus características iniciales, sin embargo, estas transformaciones no se pueden considerar tan profundas como para no permitir la reinserción al medio (Espí, 1999a). �99 Pero la cuestión más importante no sería la integración del recurso como tal de forma aislada, sino la reinserción de este a un sistema donde interactuaba con otros elementos que desaparecieron como consecuencia de las actividades mineras. La integración de los recursos a su medio no se puede producir de forma total. Es incompleta porque aún, cuando pueda devolverse un determinado porcentaje de las características iniciales del medio ambiente donde se ubica la mina, sería necesario recomponer determinadas características especiales que facilitarán la vida de las especies que vivían en esas áreas lo cual no es posible en las condiciones actuales. Sin embargo, con la integración de los recursos a su medio se crean condiciones para restablecer las características del entorno. En segundo lugar, necesariamente, contemplaría la integración a su medio de las especies que habitaban en las áreas desmontadas por la minería, a partir del inicio de la rehabilitación de los terrenos. Para eso las empresas deben conocer previamente las características de la flora y la fauna que habita en la zona para luego, cuando se concluyan las labores de rehabilitación, devolver a su medio las que puedan encontrar allí condiciones para sobrevivir, adaptarse y multiplicarse. Esta reintegración se puede realizar directamente con las mismas especies que habitaban en estas áreas o combinándolas con otras que contribuyan a introducir transformaciones positivas en el medio y que no constituyan un peligro para las autóctonas sino, por el contrario, que puedan crear condiciones para mejorar la sobrevivencia de estas. Este tipo de enfoque es de vital importancia porque la minería no solamente impacta ecosistemas, también sus actividades ocasionan impactos negativos sobre sociosistemas situados directamente en la zona donde se ubica la mina o indirectamente. Por dos razones básicas, porque desaparecen los medios que garantizaban su subsistencia o porque se alteran sus estilos de vida por la introducción de nuevas prácticas sociales. Entonces se está abocado a encarar, en tercer lugar, la reinserción de las comunidades afectadas por las actividades mineras y por el cierre de minas. En la intención de reintegrar los recursos a su medio se puede plantear que las empresas en sus políticas de gestión deben tener en cuenta los espacios libres que deja la minería para ser utilizados como depósitos de residuales. Esto coincide perfectamente con los objetivos planteados en este indicador, considerando que estos se reubiquen en los espacios de los cuales fueron extraídos, creándose condiciones para protegerlos de los agentes erosivos naturales y aptos para desarrollar en ellos actividades alternativas. Estas pueden ser las que se realizaban antes de producirse el minado de la zona, o nuevas actividades de acuerdo con las propiedades que se les puedan devolver a estas áreas. En sentido general, las acciones de este indicador tendrían que partir de una primera pregunta en la que se analizará el conocimiento, por parte de las empresas, de las �100 posibilidades de reintegración del recurso para lo cual tiene que utilizarse toda la información que aportan los indicadores. Este análisis puede concluir que no es posible la integración del recurso a su medio, caso en el cual tendría la empresa que sugerir variables más adecuadas para minimizar los efectos de su ubicación en otros espacios artificiales. Otra pregunta estaría dirigida al análisis de las compensaciones a los recursos socio culturales que se impactan negativamente como consecuencia de la actividad minera, es decir; cómo las empresas han considerado sus obligaciones de integrar a espacios naturales o artificiales a los diferentes grupos humanos que residen en las zonas mineras o que son desplazados como consecuencia de la práctica de las actividades propias de estos proyectos. En esta pregunta, se incluyen a los recursos humanos, precisamente, por la visión que se posee acerca del análisis de las relaciones ambientales como resultado de interacciones entre elementos pertenecientes a sociosistemas y ecosistemas. Este indicador reclama la existencia de una pregunta en la cual se analicen las tecnologías disponibles para realizar la integración de los recursos a su medio y los costos de dichas operaciones. La integración, a la larga, es una necesidad para las empresas mineras porque reduce los costos de la rehabilitación de los terrenos y devuelve algunas propiedades al paisaje destruido por las actividades de la minería. Es decir, que no es necesario mover las grandes cantidades de materiales para depositar en las oquedades que resultan como consecuencia del minado, su relleno profundo se realiza con materiales procedentes de los propios terrenos, situación esta que facilita una rehabilitación más natural. A continuación se muestra la tabla de este indicador con sus dimensiones y variables. Indicador Integración de los recursos a su medio Preguntas claves del indicador ¿Se conocen los desechos con calidad para ser integrados? ¿Existe una estrategia de reubicación de los asentamientos impactados? ¿Existe una caracterización socio – cultural del entorno de la empresa? ¿Se conocen los impactos socio – culturales sobre los asentamientos humanos? ¿Existe un catastro de flora y fauna en las áreas de la empresa? ¿Se dispone de tecnologías para realizar la integración? ¿Los espacios libres se utilizan con propósitos sociales? ¿Existe un inventario de sitios patrimoniales? ¿Se considera en las operaciones los impactos sobre sitios patrimoniales? Cumple la acción si no �101 ¿Se considera la restauración y recuperación de sitios patrimoniales? ∑ La determinación de las actividades alternativas es un indicador que corrobora la tesis que defendemos con relación a la minería y la posibilidad de la existencia de un tipo de desarrollo que proteja el medio ambiente a través de compensaciones. En este sentido, se están proponiendo dos vías para el logro de la compensación de la cual se ha estado hablando a lo largo de la presente tesis, una primera en la que se analizan los impactos positivos que genera la minería sobre el medio ambiente de la zona donde se ubica la mina. Estos pueden considerarse a partir de un número de indicadores socioculturales entre los cuales agruparíamos, por ejemplo, la generación de empleos directos e indirectos que contribuyen a la incorporación al trabajo de un determinado número de personas, la creación de infraestructuras y facilidades económicas para segmentos de población directamente empleados en las minas e indirectos. La segunda vía para compensar los impactos irreversibles que la minería ocasiona como consecuencia de sus prácticas, es la creación de condiciones propicias, a partir de los recursos actuales, para que las futuras generaciones puedan encontrar alternativas para satisfacer sus necesidades materiales y espirituales, sin dejar de utilizar todos los recursos que necesitan para las actuales generaciones. Por eso, las acciones de este indicador estarían dirigidas a la existencia de estrategias que permitan a las generaciones futuras de las zonas donde se ubican los complejos mineros, cuando se agoten los recursos que ahora utilizan, el surgimiento de actividades alternativas. Para ello los gobiernos locales, provinciales y nacionales deben tener un dominio pleno de la política de empleo y superación de su localidad, que ofrezca toda la información necesaria para iniciar proyectos en las zonas en cierre o para reubicar los recursos disponibles de la forma más eficiente. Estas proyecciones exigen de una estrategia que facilite una capacitación de perfil amplio donde aparezcan condiciones para que al producirse el cierre de una mina, sobre la base de estos conocimientos, los trabajadores puedan ser empleados por otras empresas o se puedan crear nuevas sobre la base del perfil que posean. Este indicador tiene que sugerir a los decisores de políticas, a partir del aporte de la minería a los territorios y de los valores creados, qué hacer cuando se agoten todos los recursos que existían en los yacimientos. Es decir, cómo contribuye la industria minera al desenvolvimiento social de las regiones, al crear condiciones para que surjan actividades alternativas. �102 Cuando se habla de qué actividades desempeñará el personal que se emplea en las minas actuales hacemos referencia, de forma estrecha, a los puestos de trabajos que se deben crear para los que resulten disponibles de las empresas cerradas. Lo realmente importante es cómo, a partir de la cultura que poseen los diferentes grupos humanos, que viven en las comunidades mineras actuales, pueden surgir otras actividades para las cuales su cultura sirva de partida. En este sentido se considera como cultura a las tecnologías mineras, los valores y las tradiciones acumuladas por los pueblos de los asentamientos mineros. Una visión más completa de las actividades alternativas tiene como referencia obligatoria, en primer lugar, los estudios del entorno económico donde se ubica la mina con el propósito de conocer hacia que empresa reubicar los trabajadores disponibles del cierre. Y en segundo lugar, por la determinación de, a partir de las tecnologías que se disponen, posibles actividades a realizar en las instalaciones de la mina, para lo cual se apoya en las informaciones que se obtienen de los indicadores que se proponen en la tesis. Las informaciones necesarias para la toma de decisiones sobre la aparición de actividades alternativas las encontramos a partir de las acciones de otros indicadores analizados con anterioridad. La evolución de los sumideros se convierte en un importante indicador a tener en cuenta en nuestro caso, porque la naturaleza, como se conoce, es fuente de materias primas y sumideros de desechos. Precisamente por eso, el desarrollo sustentable no puede incluir únicamente a la fuente de los recursos, sino que es muy importante valorar el lugar de los sumideros. En esta dirección, por evolución de los sumideros se entienden los cambios que tienen lugar en el agua, el aire y la tierra como los sumideros naturales hacia donde se vierten los desechos y la calidad de estos a partir de la absorción de los mismos para actuar como reservorio natural de millones de especies y como condiciones imprescindibles para mantener el equilibrio de una zona. Esta es una situación particularmente importante en la cuestión de la evaluación de los elementos que intervienen en la sustentabilidad porque los problemas derivados de la saturación de los sumideros tienen un carácter global por las características de los sumideros a través de los cuales viajan contaminantes largas distancias, afectando zonas alejadas del lugar donde se generaron, especialmente el aire y las aguas. El análisis de los factores ambientales y económicos que influyen en la ubicación de un sumidero artificial y sus consecuencias para los actores ambientales de las comunidades cercanas a la zona se sitúan en una pregunta obligatoria a tener en cuenta dentro de este indicador y en la que perfectamente pueden constatarse en su integridad las relaciones ambientales. La construcción de un sumidero artificial no es únicamente una acción tecnológica, como parte del proceso industrial de una empresa minera dada, sino �103 que es una decisión política por sus implicaciones para los diferentes decisores de políticas ambientales. Este es un momento en que se verifica plenamente la relación de la empresa con la comunidad, y un nivel en el que se ponen de manifiesto las más conocidas dimensiones del desarrollo sustentable, la ambiental, la económica y la social; que en nuestra visión incluye la política. La naturaleza posee una capacidad determinada de reciclar las materias extrañas que el hombre con su actividad lanza a los diferentes ecosistemas. Esa función también es limitada, contrariamente al criterio de los desarrollistas acerca de su carácter ilimitado. Estos desechos necesitan de un tiempo para ser reciclados, según el nivel de los mismos y de la posibilidad del ecosistema para asimilarlos, tanto en los sumideros naturales como en los artificiales. Si el nivel es superior al que puede asimilar la naturaleza, se rompe el equilibrio de los ecosistemas impactados y de los situados en la misma cadena, comportamiento diferente en los sumideros referidos con anterioridad. Por eso es conveniente que exista una acción en la se tenga en cuenta la relación entre los diferentes ecosistemas ubicados en la zona donde se sitúa el sumidero y los desechos que alberga, para lo cual es necesario conocer las características de los mismos y su nivel de agresividad hacia las diferentes especies que forman las comunidades que viven en sus reservorios. Otra pregunta de este indicador, que guarda una estrecha relación con el análisis anterior sería la referida a la relación entre los desechos mineros y el tiempo necesario para, a partir del análisis de las propiedades mineralógica, que mantienen después de los diferentes procesos mineros logren ser asimilados por los sumideros. El sumidero cumple una doble función, como destino final de los desechos sociales y de las producciones de las industrias. En el caso concreto de las industrias mineras los desechos de la producción tienen que constituir una preocupación permanente en los diferentes esquemas productivos. Ellos constituyen una fuente permanente de contaminación ambiental y a largo plazo una pérdida de materias primas para futuros procesos productivos dentro de las empresas. La información pertinente para la ubicación y evolución de sumideros se puede encontrar en las tablas de los indicadores considerados de mayor generalidad. Los indicadores legales constituyen un momento decisivo en la búsqueda de la sustentabilidad. En el caso de los recursos naturales, las leyes ambientales son la expresión de una voluntad política de las clases que poseen el poder político, ordenamiento jurídico de suma importancia en la medida que protege recursos que, por su disposición en la naturaleza, se consideran difusos y aparentan ser de uso común sin una jurisdicción específica. Esto constituye una limitación en su protección y en la elaboración de los diferentes códigos ambientales. �104 Esta situación implica la necesidad de la existencia de leyes capaces de abarcar todos los objetos que protegen, tanto en su configuración técnica como en los diferentes instrumentos que propone para cumplimentar con sus articulados. Técnicamente hablando la ley tiene que quedar formulada de forma eficiente, de acuerdo con el objeto que protege y que los instrumentos que propone permitan hacerla eficiente. Por otra parte, debe ser elaborada teniendo en cuenta las demás leyes existentes en el país en materia directamente ambiental, indirectamente ambiental y las no ambientales para que sus artículos no entren en contradicción con los de otras leyes y para que se pueda cumplir lo legislado a través de los instrumentos existentes. Por otra parte, es necesario la presencia de instituciones tanto las especializadas en promulgar las leyes, que son las que garantizan que estas cumplan con los intereses de los grupos que las promueven, como aquellas que velan por el cumplimiento de lo legislado. Todo lo anteriormente lleva a proponer las siguientes acciones dentro de los indicadores legales: leyes directamente mineras y su reflejo en las mismas de las etapas de la minería lo cual sirve para conocer hasta dónde es posible proteger realmente un recurso. Otro elemento que tiene una estrecha relación con el anterior es el relacionado con los llamados instrumentos ambientales que sirvan de base para el cumplimiento de la política de desarrollo sustentable, expresada en los diferentes cuerpos legales y que lógicamente no posee una ley específica que conduzca al logro de un desarrollo en la minería que contribuya a la sustentabilidad de la comunidad. La existencia de instituciones es otra acción en este indicador a partir del análisis del papel que desempeñan las diferentes instituciones con relevancia ambiental o no que existen dentro del país para regular todas las relaciones entre el hombre, la naturaleza y la sociedad. Lo verdaderamente notorio en esta acción sería observar el funcionamiento de estas empresas dentro de la lógica del movimiento de la sociedad y cómo estas instituciones contribuyen a trazar estrategias legales para la consecución de un desarrollo sustentable amparado por cuerpos legales modernos, surgidos dentro de la más absoluta constitucionalidad. Las instituciones de carácter técnico trazan normativas que son de obligatorio cumplimiento para los diferentes sujetos mineros, que son amparadas por las llamadas ramales, que sirven de base para la elaboración de regulaciones de carácter administrativo por parte de las instituciones que actúan en representación de los intereses estatales. Interesante es analizar en este indicador, a través de una nueva interrogante, las normas ramales y su relación con las demás leyes aprobadas para la regulación de la explotación de los recursos minerales que protegen y su relación con los intereses de la economía nacional y con la infraestructura económico - social del territorio donde se ubican las empresas. �105 Todas las leyes, decretos y normas que se aprueban en el país guardan una relación con los acuerdos internacionales, que en materia ambiental han sido aprobadas por diferentes organismos, instituciones y convenciones internacionales a las cuales pertenece el país. Es decir, que la pertenencia a organizaciones mundiales generadores de acuerdos ambientales y el cumplimiento y reflejo en las leyes nacionales de lo que se ha acordado para todas las naciones acogidas a ellos, otorga credibilidad a la actuación de los países en materia ambiental. Esto en cuanto al país, en sentido general y en cuanto a las empresas, en particular, significa que deben cumplir con lo estipulado en los organismos internacionales a los que pertenecen sus ministerios o grupos ramales, por el tipo de recurso y la tecnología que se emplean en los procesos productivos. Cada actividad económica y cada nación independiente posee leyes que los inversionistas tienen que cumplir, en el caso de Cuba existe la Ley de Inversión Extranjera que promueve la búsqueda del desarrollo sustentable en sus inversiones, especialmente, en la minería, voluntad expresada por el gobierno cubano en la Ley de Minas y la Ley del medio Ambiente. Este indicador permite conocer hasta dónde una actividad cumple con lo legislado y, en consecuencia con ello, cómo tributa a la racionalidad de los diferentes proyectos nacionales, es decir, cómo las leyes se convierten en un instrumento para la concreción de una voluntad política que privilegie o no, más allá de intereses económicos, el logro de la sustentabilidad ambiental. Y lo fundamental para este indicador es conocer cómo las leyes contribuyen al logro de la compensación en una actividad tan agresiva para el medio ambiente. Pero como se ha demostrado, los indicadores de sustentabilidad para la industria extractiva se mueven dentro de un contexto más amplio donde existe un sinnúmero de indicadores ambientales y de sustentabilidad. A continuación se muestra la tabla de este indicador con sus dimensiones y variables. Indicador Indicadores legales Preguntas claves del indicador ¿Existe una estrategia de protección de los recursos renovables? ¿Se protege la biodiversidad vinculada con los yacimientos? ¿Existe una estrategia de protección de los ecosistemas asociados? ¿La empresa posee instrumentos ambientales propios? ¿La relación entre los instrumentos propios y los nacionales es efectiva? ¿La relación entre los instrumentos propios y los internacionales es efectiva? ¿Las normas ramales se reflejan en el ordenamiento jurídico empresarial? Cumple la acción si no �106 ¿Existe una validación internacional de la gestión de la empresa? ¿Existe de una Estrategia de educación jurídica? ¿Se cumple con todos los artículos de la Ley de Minas del país? ∑ Evidentemente la operacionalización de estos indicadores es una tarea de gran envergadura teórica y práctica que tiene que ser validada en una empresa minera concreta y que requiere en su solución de la participación multidisciplinaria. La propuesta que se realiza en esta tesis tiene como objetivo ofrecer un conjunto de indicadores, que evaluados de forma cualitativa brinden una visión de las relaciones ambientales, como punto de partida para la obtención de informaciones valiosas en el camino de la concreción de un desarrollo compensado, que contribuya a la sustentabilidad de la comunidad, donde se insertan los complejos mineros. Para continuar con la lógica de este análisis se hace necesario ofrecer una visión de las actividades alternativas que, en sentido general, pueden surgir en las comunidades mineras si realmente estos indicadores se convierten en un punto de partida para la toma de decisiones por parte de todos los actores implicados en los procesos ambientales. 3.6. Actividades alternativas para la sustentabilidad de la minería La lógica del análisis expuesto, a partir de validar los indicadores propuestos anteriormente, sugiere la necesidad de un análisis de las actividades, que de acuerdo con esta visión, se constituyen en alternativas de compensación posterior al cierre de minas. Estas actividades deben ser consideradas dentro de las estrategias ambientales que existen en los diferentes territorios mineros, como una dimensión presente antes de iniciarse un Proyecto minero. A continuación se analizarán cada una de estas actividades: ¾ Creación de nuevas tecnologías: La explotación de los recursos minerales en las minas, con las tecnologías actuales evidentemente ocasiona, como se ha dicho anteriormente impactos negativos, pero también aporta una experiencia positiva que se puede expresar en el proceso de aparición de nuevos conocimientos. Estos conocimientos se convierten en la base de una cultura técnica en los diferentes grupos sociales pertenecientes a la comunidad laboral minera, todo ello bien fundamentado en la idea de que las diferentes modalidades del desarrollo tecnológico están estrechamente relacionadas con la sociodiversidad, además, existe una relación compleja entre las tecnologías que una sociedad es capaz de asimilar o crear y la cultura de dichas sociedades. La idea que se defiende gira alrededor de la necesidad de que el desarrollo actual de la �107 minería se convierta en la base del surgimiento de una cultura técnica que produzca nuevas tecnologías, que sirvan de alternativas para el desarrollo de las comunidades mineras, cuando se agoten los yacimientos. Esta idea presupone el desarrollo de estrategias especiales en estas áreas, que sean capaces de crear nuevas tecnologías en la medida en que los sistemas técnicos que se ponen en práctica sean capaces de dar respuestas efectivas a los retos que van imponiendo las diferentes actividades mineras. Por sistema técnico se define a “un dispositivo complejo compuesto de entidades físicas y de agentes humanos cuya función es transformar algún tipo de cosas para obtener determinados resultados característicos del sistema” (Quintanilla, 2001:61). La explotación del mineral principal debe traer consigo la aparición de nuevos conocimientos sobre el comportamiento de la naturaleza en las condiciones del desarrollo concreto de esa minería, los cuales, de hecho, contribuyen al enriquecimiento del conocimiento humano en esa área y al surgimiento de nuevas oportunidades de desarrollo económico para los grupos que manejan dichos recursos. Pero también, obligado por la práctica, aparecen investigaciones sobre los recursos acompañantes del mineral principal, lo cual ofrece nuevas oportunidades de compensación económica al producir conocimientos que sirven para fundamentar nuevos proyectos de desarrollo en la minería y en otras actividades. Esta es una vía que tiene que generar empleos cuando se hayan agotado los recursos minerales. ¾ Espacios artificiales como patrimonio geológico – minero: El desarrollo de empleos, a partir del surgimiento de nuevas tecnologías, y teniendo como punto de partida la visión amplia que se expresó anteriormente, lleva aparejado una estrategia integral de formación de recursos humanos que debe preparar a los trabajadores de las diferentes plantas y niveles de las empresas para que enfrenten los requerimientos de otras actividades dentro del mismo sector o en otros. Es decir, hay que formar trabajadores de perfil amplio que cuando desaparezcan las opciones laborales que existen en la actualidad puedan enfrentar otras oportunidades. Esta es una variante que ve al hombre en lo individual y a los sistemas técnicos, entendidos estos como sistemas socio técnicos. Por sistema sociotécnico se entiende a los sistemas que “[…] incorporan componentes culturales, económicos y organizativos o políticos, y además funcionan y se desenvuelven en un entorno formado por otros sistemas sociales más amplios que influyen en ellos y a su vez son afectados por ellos” (Quintanilla, 2001:63-64). Esta visión se corresponde con la idea de proponer para la minería una nueva forma de ver el desarrollo a partir de las compensaciones, basadas precisamente en analizar esta actividad insertada en un sistema donde interactúa con otros componentes. El desarrollo minero, en virtud de lo �108 anterior, puede ser compensado porque existen estructuras en el interior de los sistemas sociales que permiten, principalmente compensar los desequilibrios apoyándose en correcciones de tipo sociales. Todo ello es posible porque, precisamente, “Parte del entorno social de cualquier sistema técnico es un sistema cultural que incluye conocimientos científicos y tecnológicos, pero también otros componentes culturales referidos a valores, representaciones o creencias, etc. La situación se puede resumir en los siguientes términos: la cultura forma parte de los sistemas técnicos y la técnica forma parte de la cultura” (Quintanilla, 2001:64). Especialmente, el considerar que dentro de los sistemas culturales entran los conocimientos científicos y tecnológicos, los cuales forman parte de los sistemas técnicos apunta hacia la importancia que tiene para la aparición de actividades alternativas, como vía de compensaciones, el desarrollo del conocimiento geológico – minero como base de la aparición de nuevas tecnologías que serían el punto de partida para otras fuentes de riquezas en las comunidades mineras. A partir de esta visión, se propone la conservación del Patrimonio geológico – minero como una vía de compensación por las riquezas que dejarán de percibir las generaciones actuales y futuras cuando dejen de existir los recursos primarios que ofrecían los diferentes complejos mineros. Como consecuencia de la conservación de los valores patrimoniales quedan instituciones materiales que atesoran valores, tanto como reflejo del nivel científico y las conquistas sociales de los grupos que los crearon, así como, valores intangibles. Estos últimos, los referidos a los valores de los sistemas culturales y que, indudablemente, poseen interés para otras actividades mineras, en tanto se constituyen en formas concretas de expresar la relación del hombre con la naturaleza en una actividad particularmente importante para el desarrollo de la humanidad. Por todo ello en la ordenación del territorio, en minería, hay que “prestar atención a los restos arqueológicos que existen en el entorno o hayan aparecido en el comienzo de las labores mineras, así como, la existencia de explotaciones antiguas o edificios de interés” (Carvajal & González, 2002:372). La importancia de este hecho llevó a proponer como una variable del indicador integración de los recursos a su medio, “Sitios de interés patrimonial y cultural”, como una forma de garantizar la base de esta actividad alternativa. En este mismo sentido se hace imprescindible “[...] recoger muestras de minerales y fósiles representativos [...] así como realizar fotografías de estructuras o formaciones geológicas de interés singular y de la evolución de la explotación, y recopilar información, fotografías, herramientas y útiles correspondientes a las labores antiguas [...]” (Carvajal & González, 2002:372). Esta idea debe quedar bien clara para los tomadores de decisiones, los cuales deben incluir los gastos que ocasionen dichos inventarios en los costos de los proyectos mineros. �109 Todo estos valores se convierten en fuentes directas para la aparición de actividades económicas alternativas que se expresarían en diferentes modalidades, las cuales van desde el turismo, la docencia, la investigación científica, con base en las instalaciones que quedan como consecuencia del cierre de las minas, así como, la elaboración de software, y producciones científicas en diferentes soportes a partir de todos los conocimientos científicos y tecnológicos acumulados en las comunidades que se asientan en estas áreas. ¾ Desarrollo de complejos mineros integrales: Todo el desarrollo socio productivo que posee la comunidad minera de Moa permite, a partir de la utilización de la ciencia y la tecnología mineras desarrolladas en el país, que se puedan crear complejos mineros integrales donde se exploten todos los recursos que se encuentran en los actuales yacimientos. Esto se puede hacer realidad en dos sentidos; primero, creando condiciones para explotar las colas y residuales que las empresas mineras producen como consecuencia de sus esquemas productivos. Estos residuales se pueden explotar cuando al cierre de las empresas primarias, las instalaciones existentes se reconviertan en función de los mismos o creando nuevas empresas que utilizarán, como se ha planteado en esta tesis, los recursos humanos de perfil amplio que laborarán en las instalaciones mineras y con el respaldo del potencial científico tecnológico creado en el territorio. Estas instalaciones pueden ser reconvertidas con otros fines productivos en actividades ajenas a la minería y que, precisamente, pueden surgir, sí desde la etapa de exploración, se tiene en cuenta qué sucederá cuando los recursos que existen desaparezcan totalmente. Sería necesario para ello realizar una profunda labor de Gestión de Recursos Humanos que tenga en cuenta todas las potenciales productivas del municipio. La posibilidad de la existencia de estos complejos mineros conduce a un estudio profundo, en los planes de ordenación del territorio de las reservas mineras. “Es necesario poseer una cartografía de caracterización y demarcación de potenciales futuras reservas – que hoy día no lo son por falta de tecnología adecuada -, consiguiendo de esta manera no enterrar reservas de metales que podrían ser aprovechadas en el futuro cuando exista la metodología de tratamiento que lo permita” (Carvajal & González, 2002:371). En segundo lugar, creando empresas con sistemas tecnológicos cerrados que no produzcan residuales y consecuentemente con ello se conviertan en una variante que privilegie la protección de los valores ambientales existentes en las áreas mineras. Esta es una variante, que en las condiciones actuales no está al alcance del país inmerso en una crisis económica agravada por presiones externas. Sin embargo, esta debe ser la aspiración de los países que como Cuba, encaran las tareas del desarrollo en condiciones �110 de marginalidad económica. Es importante que se tengan en cuenta los componentes de los sistemas sociotécnicos, los cuales, como se expresó con anterioridad, son de índole cultural, económica, organizativa y política. La propuesta final va encaminada a concretar en una vía los elementos materiales y espirituales que se han propuesto como alternativa de compensación. ¾ Formación de una cultura minera de la sustentabilidad: La experiencia en el desarrollo de más de 50 años en la minería del níquel y la existencia en Cuba de importantes polos mineros que se convirtieron en notables comunidades y la experiencia internacional conducen a proponer esta vía como alternativa de compensación. Se trata de formar una cultura minera de la sustentabilidad sobre la base de la relación educación – cultura - comunicación. Esta cultura minera de la sustentabilidad exige la existencia de Programas de educación ambiental para todos los miembros de la comunidad. Esto será posible si en la práctica social se entiende la cultura como un proceso de creación y difusión de valores articulados en la conciencia social y hechos realidad en el intercambio del hombre con la naturaleza como relación de dominación y subordinación. A lo largo de este Capítulo se han abordado diferentes aspectos de la problemática de la cultura en la minería. La comunicación en esta visión se propone como un proceso de creación y difusión de valores, tarea de primer orden en las comunidades que deben encontrar formas de promover los propios de las identidades a las que pertenecen los actores de cada proyecto. Es imprescindible para ello que los diferentes actores comunitarios, encargados de la formación de una cultura minera de la sustentabilidad tengan claro que la comunicación tiene una función valorativa. Esto es de gran importancia para los miembros de la comunidad pues, en la medida que otros sectores conozcan la realidad de lo que sucede, los valores que crea la minería, se produce un cambio en la percepción pública hacia la actividad, lo cual beneficia, en primer lugar, a los proyectos mineros en desarrollo y que están por llegar. En el contexto mundial, el problema de la comunicación como proceso de formación y difusión de valores y transmisión de mensajes en la opinión pública, está adquiriendo dimensiones, en ocasiones, dramáticas; pues, la globalización ha cambiado todos los paradigmas que hasta hace muy poco se tenían. Así, impulsados por unos medios de información, que en el ámbito planetario están al servicio de las potencias dominantes, difusoras de imágenes al servicio de los intereses de grandes compañías, grupos de presión y naciones centrales, los países subdesarrollados se ven forzados a la adopción de políticas que los llevan a la quiebra ante el empuje de competidores de gran fuerza �111 económica y desarrollo tecnológico. Por eso, la más acertada planeación territorial en la minería se convierte en una acción preventiva ante los posibles desafueros de las políticas dominantes en el nuevo orden económico internacional. La educación es vista como el proceso de formación de valores a través instituciones científicas que dirigen su actividad teniendo en cuenta leyes didácticas con metodologías concretas en las que a través del profesor se cumple con el encargo social de sistematizar los valores institucionalizados convirtiéndolos en leyes, categorías, hábitos, habilidades científicas y productivas. Es decir, convertir los valores de la sociedad en formas concretas de actuación a favor de la comunidad, sin perder en este proceso la visión de la identidad cultural como una forma de identificación de esta con un modelo de desarrollo, es decir, dirigir el proceso de una formación de una cultura de la sustentabilidad al fortalecimiento de la identidad, evitando la pérdida de los símbolos identitarios de las comunidades. En este sentido, la educación ambiental, como vía para formar una cultura de responsabilidad del sujeto ante el medio ambiente, con base de orientación científica, es vital para el cumplimiento del encargo social de alcanzar la sustentabilidad en la minería. Conclusiones: ♦ El desarrollo sustentable es una elaboración teórica que no responde a los intereses de los países subdesarrollados. La razón instrumental que le subyace no permite explicar en toda su riqueza el problema ambiental como resultado de relaciones sociales subjetivizadas en los marcos de una forma concreta de comprender la relación del hombre con la naturaleza. Sólo enfocando la relación naturaleza – sociedad desde el holismo ambientalista se podrán generar estrategias de desarrollo sustentables. ♦ La explotación de los recursos minerales, tomando como referencia el concepto clásico de desarrollo sustentable, tal como se expresa en el Informe de la Comisión Brundtland, es no sustentable. Las generaciones actuales solamente pueden crear condiciones para que aparezcan actividades alternativas sobre la base de la explotación de los yacimientos, de ahí la necesidad de una teoría crítica sobre esta conceptualización, que permita la transformación del entorno minero a favor de un tipo de desarrollo que contribuya a la sustentabilidad. ♦ La minería como actividad económica, por las características de sus etapas y sus procesos tecnológicos particularmente agresores del medio ambiente; especialmente, en los países subdesarrollados, necesita de una ética ambiental construida desde la perspectiva de la participación consciente del minero en el manejo de los yacimientos y de los objetos mineros que faciliten la aparición de actividades alternativas mediante la protección del patrimonio minero geológico y su inserción en programas �112 de educación ambiental que permitan la formación de una cultura minera de la sustentabilidad que encuentre su expresión en los diferentes niveles de la enseñanza en el territorio, especialmente, en la Universidad y, dentro de esta, en las sedes universitarias como unidades facilitadoras del desarrollo local. ♦ La aplicación del análisis dialéctico al estudio de la realidad minera, en proyectos concretos en Cuba y en otras regiones de Iberoamérica, sugiere que el desarrollo sustentable no es una etapa a la que se llega directamente, que depende de innumerables factores, entre estos el progreso social alcanzado por cada país. Todo esto lleva a plantear que a la sustentabilidad no se puede llegar sin transitar por las etapas de crecimiento económico y compensaciones que crean las bases para un desarrollo sustentable. Otro tipo de enfoque no es viable y se convierte en un instrumento a favor de limitar la capacidad de de desarrollarse en aquellos países en que sus economías dependen de la minería y a los cuales las instituciones financieras dejan de otorgar recursos a favor de un crecimiento calificado, desde sus posiciones, como ambientalmente negativo. ♦ La construcción de un nuevo saber acerca del desarrollo sustentable en la minería, a partir de un enfoque interdisciplinar que se fertiliza con los aportes de la minería, la geología, la metalurgia, la economía, la filosofía y otras ciencias naturales y humanas nos coloca en la posición de poder afirmar que en la relación del hombre con la naturaleza, en la minería, solamente es posible hablar de compensación por los daños que el hombre ocasiona a esta. De ahí que el concepto defendido sea el desarrollo compensado, que se inserta como una fase intermedia entre el crecimiento y el desarrollo sustentable.. ♦ Los indicadores de compensación propuestos, construidos a partir de los presupuestos teóricos de las las diferentes disciplinas que se relacionan directamente con el objeto de estudio son herramientas empíricas de invaluable valor para que las empresas, las instituciones y los decisores que a partir de su aplicación cuentan con informaciones sobre cómo contribuir desde la minería al desarrollo sustentable de las comunidades. Las acciones que se derivan de las respuestas de las acciones claves de cada indicador tienen el valor agreagado de considerar la relación directa entre las tecnologías mineras y el medio ambiente y el papel de la participación ciudadana en la generación de alternativas de compensación y gestión tecnológica. ♦ Las discusiones posteriores sobre desarrollo sustentable y tema afines pueden beneficiarse del contacto entre la reflexión conceptual y la evidencia empírica que proviene del estudio de casos concretos, de modo análogo a como se ha procedido en este documento. Este punto de vista, propio de la tendencia a la naturalización de la Filosofía de la Ciencia y la Tecnología y los Estudios Sociales de la Ciencia y la Tecnología (CTS), permite también una mayor aproximación a los dilemas éticos, �113 conceptuales, culturales, que se presentan en campos profesionales particulares, fortaleciendo la fertilización cruzada de saberes. Recomendaciones: Por la importancia que posee esta investigación para los estudios de ciencia – tecnología – sociedad que se desarrollan en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa “Dr. Antonio Núñez Jiménez” se recomienda: ™ Continuar las investigaciones iniciadas con esta tesis en temáticas relacionadas con la operacionalización de los indicadores, dirigiéndose hacia la búsqueda de métodos para medir la sustentabilidad en las variables de tipo sociocultural por constituir una visión más integradora de las relaciones socioambientales. ™ Sugerir a la Facultad de Minería del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa “Dr. Antonio Núñez Jiménez” la creación de un Equipo de Investigación Multidisciplinario para introducir una asignatura dedicada a la Ética del minero. ™ Sugerir a las instituciones relacionadas con la minería en Cuba la elaboración de un Código de Ética del minero, con la participación de representantes de trabajadores, profesionales y dirigentes de las plantas existentes en el país y estudiantes y científicos de las universidades que sirva como referencia en la formación de una Ética ambiental en la industria minera. ™ Introducir en el programa de la asignatura que se cree o en las existentes, los resultados de la tesis acerca de las dimensiones de la sustentabilidad e indicadores de compensación en el desarrollo sustentable. ™ Sugerir a la Facultad de Humanidades del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa “Dr. Antonio Núñez Jiménez” la introducción de una asignatura, en la carrera de Estudios Socioculturales, dirigida a la formación de especialistas en el manejo de los recursos patrimoniales de que dispondrán las futuras generaciones. ™ Sugerir a la Facultad de Humanidades del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa “Dr. Antonio Núñez Jiménez” el desarrollo de proyectos de investigación en la temática de la economía ambiental y la contabilidad ambiental como una vía de concretar estrategias económicas de manejo de los recursos que queden luego del cierre de minas. �114 BIBLIOGRAFÍA: 1. 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En: http://www.pucp.edu.pe/eventos/congresos/filosofia/programa_general/martes/sesion910.30/MonteroJuanManuel.pdf - 2004 5. Montero, J. La protección del patrimonio geológico - minero como una alternativa para el logro de la sustentabilidad en la minería. Conferencia Internacional sobre Patrimonio Geológico – Minero en el marco del desarrollo sostenible: Memorias. Moa, 2003. ISBN: 959-16-08235-9 6. Montero, J. ¿Es posible una minería sustentable?. “Minería y Geología” (Cuba), Vol. XIX, No. 1, 2003. 7. Montero, J. The indicators of sustainable in mining. In: Villas Boas, R., Beinhoff, C. Indicators of sustainability for the Mineral extraction industry. Río de Janeiro: CNPq/CYTeD. 2002. p.23-46 8. Montero, J. El desarrollo sustentable: una visión desde el subdesarrollo. En: Almaguer, C. et all. Compendio de trabajos de Problemas Sociales de la Ciencia y la Tecnología. Moa: CIS, 2000. �145 Publicaciones en resúmenes de eventos sobre el tema: 1. Montero, J. Política minera sustentable: perspectivas y realidades. Mesa Redonda Nacional Opciones Ambientales para la Industria minera. Moa del 16 al 18 de junio de 2004. 2. Montero, J. Las políticas de desarrollo en las áreas mineras protegidas y la sustentabilidad. II Taller de Seguridad Industrial, Salud Ocupacional y Medio Ambiente. Moa del 18 al 21 de diciembre del 2003. 3. Montero, J. Las políticas de desarrollo en las áreas mineras protegidas y la sustentabilidad. Seminario Internacional sobre Minería y Áreas Protegidas en América Latina y el Caribe. Lima, Perú del 15 al 20 de octubre de 2003. 4. Montero, J. La protección jurídica de los recursos minerales y el desarrollo sustentable en la legislación ambiental cubana. Conferencia Internacional sobre Comunidades mineras – “COMIN’2002”. Moa del 19 al 21 de febrero del 2002. 5. Montero, J. Desarrollo sustentable de la minería e indicadores de sustentabilidad. Taller Internacional de Protección del Medio Ambiente (PROTAMBI 2001). Moa del 19 al 24 de octubre del 2001. 6. Montero, J. La protección jurídica de los recursos minerales. Taller Internacional de Estudios Sociales de la Ciencia y la Tecnología. Camagüey del 21 al 27 de noviembre de 1999. 7. Montero, J. El desarrollo sustentable en la minería. Taller Internacional de Estudios Sociales de la Ciencia y la Tecnología. Camagüey del 21 al 27 de noviembre de 1999. 8. Montero, J. La protección jurídica del medio ambiente en Cuba. Taller Científico Internacional de las Ciencias Sociales 97. Cienfuegos del 4-6 de diciembre de 1997. 9. Montero, J. El desarrollo sustentable y las políticas sustentables. Taller Científico Internacional de las Ciencias Sociales 97. Cienfuegos del 4-6 de diciembre de 1997. 10. Montero, J., Castillo, L. La protección jurídica del medio ambiente. I Encuentro Internacional sobre Protección Jurídica de los Derechos ciudadanos. La Habana del 6 al 10 de noviembre de 1995. �146 Publicaciones en órganos de prensa sobre el tema: 1. Publicación seriada de 40 artículos, entre octubre de 1993 y abril de 1994, sobre la problemática de las comunidades mineras en la Emisora local “La Voz del Níquel”. Participación en eventos sobre el tema: 1. VIII Encuentro Internacional de Economistas sobre Globalización y Problemas del Desarrollo. Celebrado en La Habana del 6 al 10 de febrero de 2006 como ponente. 2. VIII Encuentro Internacional de Economistas sobre Globalización y Problemas del Desarrollo. Forum Provincial de la ANEC. Celebrado en Moa el 7 de diciembre de 2005 como ponente. Obtiene Premio Relevante. 3. I Encuentro Científico de Economía del Medio Ambiente de la Sociedad Económica del Medio Ambiente de la ANEC. Celebrado en Moa el 5 de mayo de 2005 como ponente. Obtiene Premio Relevante. 4. VII Encuentro Internacional de Economistas sobre Globalización y Problemas del Desarrollo. Celebrado en La Habana del 7 al 11 de febrero de 2005 como ponente. 5. VII Encuentro Internacional de Economistas sobre Globalización y Problemas del Desarrollo. Forum Provincial de la ANEC. Celebrado en Holguín el 20 de noviembre de 2004 como ponente. Obtiene Premio Relevante. 6. VII Encuentro Internacional de Economistas sobre Globalización y Problemas del Desarrollo. Forum Municipal de la ANEC. Celebrado en Moa el 1 de noviembre de 2004 como ponente. Obtiene Premio Relevante. 7. Mesa Redonda Nacional Opciones Ambientales para la Industria minera. Celebrada en la Ciudad de Moa del 16 al 18 de junio de 2004. 8. VI Encuentro Internacional de Economistas sobre Globalización y Problemas del Desarrollo. Celebrado en el Palacio de Convenciones de La Habana del 9 al 13 de febrero de 2004. 9. II Taller de Seguridad Industrial, Salud Ocupacional y Medio Ambiente. Celebrado en Moa del 18 al 21 de diciembre del 2003 como ponente. 10. Conferencia Internacional sobre Patrimonio Geológico – Minero en el marco del desarrollo sostenible. Celebrado en Moa del 30 de octubre al 1ro de noviembre del 2003 como ponente. 11. Seminario Internacional sobre Minería y Áreas Protegidas en América Latina y el Caribe. Celebrado en Lima, Perú del 15 al 20 de octubre de 2003 como ponente. 12. Evento del XIV Forum de Ciencia y Técnica de Instituto Superior Minero Metalúrgico (ISMM). Celebrada en junio de 2002 como ponente. �147 13. Evento Internacional de CYTED XIII, Reunión Internacional de Constitución de la Pre Red “Indicadores de Sustentabilidad para la Industria extractiva mineral. Celebrado en Carajás, Brasil del 24 al 28 de junio del 2002 como ponente. 14. Conferencia Internacional sobre Comunidades mineras – “COMIN’2002”. Celebrada en Moa del 19 al 21 de febrero del 2002 como ponente. 15. Taller Internacional de Protección del Medio Ambiente y los Georrecursos (PROTAMBI 2001). Celebrado en Moa del 19 al 24 de octubre del 2001como ponente. 16. Taller Internacional de Estudios Sociales de la Ciencia y la Tecnología. Celebrado en Camagüey del 21 al 27 de noviembre de 1999 como ponente. 17. Taller Científico Internacional de las Ciencias Sociales 97. Celebrado del 4-6 de diciembre de 1997 en la UCF como ponente (2 ponencias). 18. Taller Internacional de Protección del Medio Ambiente y los Georrecursos (PROTAMBI 97). Celebrado en Moa del 4 – 6 de junio del 1997 como ponente. 19. I Encuentro Internacional sobre Protección Jurídica de los Derechos ciudadanos. Celebrado en el Palacio de Convenciones de La Habana del 6 al 10 de noviembre de 1995 como ponente. 20. I Encuentro Nacional sobre Protección Jurídica de los Derechos ciudadanos. Celebrado en Matanzas en septiembre de 1995 como ponente. 21. I Encuentro Provincial sobre Protección Jurídica de los Derechos ciudadanos. Celebrado en Holguín en abril de 1995 como ponente. Obtiene Premio Relevante. � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource El desarrollo compensado como alternativa a la sustentabilidad en la minería (aprehensión ético–cultural) Creator An entity primarily responsible for making the resource Juan Manuel Montero Peña Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2006 Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/d2451200727746fd7103cd55b0a3ccd6.pdf c77df1a7bdc96699616a4740eb5c348b PDF Text Text Tesis doctoral El riesgo de desastres : una reflexión filosófica Carmen Delia Almaguer Riverón �REP ÚBLI CA DE CUB A MIN IST ERI O DE EDU CAC IÓN SUP ERI OR UNI VER SID AD DE LA HAB ANA FAC ULT AD DE FIL OSO FÍA DEP ART AME NTO DE FIL OSO FÍA El riesg o de desas tres: una refle xión filos ófica TES IS EN OPC IÓN AL GRA DO CIE NTÍ FIC O DE DOC TOR EN CIE NCI AS FIL OSÓ FIC AS AUT OR: Car men Del ia Alm agu er Riv eró n TUT ORE S Dr. C. Jor ge Núñ ez Jov er Dr. C. All an Pie rra Con de La Hab ana 200 8 �REP ÚBLI CA DE CUB A MINI STER IO DE EDU CACIÓN SUPE RIO R UNI VER SID AD DE LA HAB ANA FAC ULT AD DE FIL OSO FÍA DEP ART AME NTO DE FIL OSO FÍA El riesg o de desas tres: una refle xión filos ófica TES IS EN OPC IÓN AL GRA DO CIE NTÍ FIC O DE DOC TOR EN CIE NCI AS FIL OSÓ FIC AS Car men Del ia Alm agu er Riv eró n La Hab ana 200 8 �Pág. INTRODUCCIÓN 1 CAPÍTULO I. CONSIDERACIONES TEÓRICAS NECESARIAS PARA LA COMPRENSIÓN HOLÍSTICA DEL RIESGO DE DESASTRES DESDE LA RELACIÓN NATURALEZA - CULTURA – DESARROLLO 1.1 Modernidad y riesgo 1.2 El riesgo de desastre: una visión desde las ciencias naturales, técnicas y sociales 1.3 La relación naturaleza - cultura – desarrollo desde una perspectiva filosófica 1.4 El desastre en el contexto de la relación naturaleza – cultura – desarrollo 11 19 CAPÍTULO II. LA PERCEPCIÓN SOCIAL DEL RIESGO DE DESASTRES. ESTUDIO DE CASO 2.1 La gestión del riesgo para situaciones de desastres en Cuba 2.2 La percepción social de riesgo ante situaciones de desastres: consideraciones teóricas y metodológicas 2.2.1 Los estudios sobre percepción social del riesgo: el enfoque psicométrico 2.2.2 Los estudios sobre percepción social del riesgo: el enfoque cualitativo 2.3 Estudio de caso: Consejo Popular Rolo Monterrey 2.3.1 Diseño del estudio empírico 2.3.2 Análisis de los resultados 2.3.3 Análisis comparativo de los resultados por Repartos 2.3.4 Perfiles característicos del riesgo para los peligros identificados 2.3.5 Resumen de las entrevistas en profundidad a informantes claves en el territorio 2.4 Conclusiones del estudio de caso realizado en el Consejo Popular Rolo Monterrey 23 30 35 39 43 48 52 58 66 71 72 89 90 CAPÍTULO III. MODELO CONCEPTUAL PARA LA REDUCCIÓN DEL RIESGO DE DESASTRES: UNA CONTRIBUCIÓN AL DESARROLLO LOCAL SOSTENIBLE. 3.1 Desarrollo local y gestión social del riesgo de desastres 92 3.2 La gestión social del riesgo de desastres: un modelo conceptual 97 3.2.1 Gestión del conocimiento para la gestión del riesgo de desastres 107 3.2.2 La comunicación del riesgo y la cultura de prevención como herramientas en 109 la gestión para la reducción del riesgo desastres CONCLUSIONES 117 RECOMENDACIONES 118 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS �SÍNTESIS La presente investigación argumenta que los presupuestos filosóficos que explican la relación naturaleza - cultura - desarrollo constituyen el soporte teórico apropiado para superar la visión fragmentada del riesgo de desastres que se tiene desde las distintas ciencias, incluidas las ciencias sociales, al considerar que la relación naturaleza - cultura – desarrollo, ofrece en la perspectiva filosófica marxista, una comprensión holística del riesgo y el desastre como fenómenos sociales y culturales, fundamentando además, la necesidad de la comunicación como herramienta para la gestión social del riesgo ante situaciones de desastres, en el desarrollo local sostenible. La metodología utilizada en la investigación emplea la triangulación metodológica y teórica al incluirse perspectivas de análisis provenientes de la Filosofía de la Ciencia en su “giro naturalista”, de los estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad, así como de los estudios de percepción y comunicación del riesgo. Se aplica y enriquece el método psicométrico para evaluar la percepción de la población acerca de los peligros, al incluirse la percepción sobre la vulnerabilidad como componente esencial del riesgo de desastres. Se define un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastre como contribución al desarrollo local sostenible. �Introducción Las causas que subyacen tras los desastres, son muchas y variadas, ellas incluyen las condiciones meteorológicas cada vez más extremas, el aumento de la densidad de la población en los centros urbanos y la concentración de las actividades económicas en ciertas regiones. Todo esto, unido al proceso de globalización facilita la propagación de virus peligrosos, agentes contaminantes y fallas técnicas. La situación antes descrita, motivó que la última década del pasado Siglo XX fuera declarada por la Organización de Naciones Unidas (ONU) como la Década Internacional para la Reducción de los Desastres Naturales (DIRDN). Posteriormente, en el año 2005 se celebra la Conferencia Mundial sobre la Reducción de los Desastres Naturales en la ciudad de Kobe de la Prefectura de Hyogo, Japón. El Marco de Acción de Hyogo para el período 2005-2015 establece la relación entre desastres y desarrollo al considerar como objetivo estratégico la integración de la reducción del riesgo de desastres en las políticas y la planificación del desarrollo sostenible1. Al mismo tiempo se plantea la necesidad de promover la participación de los medios de comunicación, con miras a fomentar una cultura de resilencia ante los desastres y la participación comunitaria en la gestión del riesgo. Sin embargo, en opinión de Lavell (1992) este tema no "compite" fácilmente con temas más establecidos y visibles para el científico social en América Latina, al continuar primando la visión del desastre como producto y no la concepción sobre estos que ponga énfasis en los procesos sociales e históricos que conforman las condiciones para su aparición. La transición de una visión de los desastres vistos como problemas para la sociedad y el desarrollo ha sido un proceso difícil, lleno de obstáculos y de hecho aún incompleto. Estos obstáculos se manifiestan particularmente en la instrumentación de soluciones donde aún predominan visiones parciales e ingenieriles, que se resisten a la introducción de enfoques que incorporen la necesidad de cambios en los parámetros de planificación, comportamiento y acción social. 1 A pesar de su aceptación, la tesis del desarrollo sostenible no está exenta de contradicciones y limitaciones. En el ámbito académico se discuten sus ambigüedades así como la conveniencia de emplear el término sustentable. Se asume el concepto de desarrollo sostenible en la investigación que se presenta atendiendo a que tanto en La Ley del Medio Ambiente cubana como en la Estrategia Ambiental Nacional 2007-2010, el concepto empleado es “sostenible” y no “sustentable”. La Ley No. 81 del Medio Ambiente consagra en su Artículo 1, lo siguiente: “… establecer los principios que rigen la política ambiental y las normas básicas para regular la gestión ambiental del Estado y las acciones de los ciudadanos y la sociedad en general, a fin de proteger el medio ambiente y contribuir a alcanzar los objetivos del desarrollo sostenible del país”. (Ley No.81 del Medio Ambiente:47) �La vulnerabilidad según Cardona (2003:9), “…está íntimamente ligada a la degradación ambiental, no sólo urbana sino en general del entorno natural intervenido o en proceso de transformación. Por lo tanto, la degradación del entorno, el empobrecimiento y los desastres no son otra cosa que sucesos ambientales y su materialización es el resultado de la construcción social del riesgo, mediante la gestación en unos casos de la vulnerabilidad y en otros casos de amenazas o de ambas circunstancias simultáneamente…”. Cuba ha dado respuesta a las direcciones priorizadas en el Marco de Hyogo, al garantizar que la Reducción del Riesgo de Desastres sea una prioridad nacional y local con una sólida base institucional para su implementación. Esta institucionalización se ha reforzado recientemente por la instrumentación de la Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional para la planificación, organización y preparación del país para las situaciones de desastres2. No obstante, el desarrollo de una cultura de la prevención requiere de modificar los conceptos empleados tradicionalmente para abordar el desastre como fenómeno social complejo, cuestión esta en la que se aprecian determinadas insuficiencias y en cuya solución la filosofía puede hacer una importante contribución a partir de la comprensión de la relación naturaleza – cultura – desarrollo y del enfoque holístico del riesgo. Para Cuba continúa siendo un desafío la reducción del riesgo de desastres ante los peligros identificados, teniendo en cuenta que la vulnerabilidad como variable en el análisis del desastre es un reflejo de las condiciones físicas, sociales, económicas y ambientales, tanto individuales como colectivas. Éstas se configuran permanentemente por las actitudes, conductas e influencias socioeconómicas, políticas y culturales de que son objeto las personas, familias, comunidades y países. En los últimos años, se incrementan en sentido general los desastres. Su incremento pone en evidencia cambios en la naturaleza de los principales riesgos, en el contexto donde los mismos aparecen y en la capacidad de la sociedad para gestionarlos.3 Esta problemática, no ajena a Cuba, constituye la situación problémica que origina la investigación que se presenta. La situación problémica definida genera el siguiente Problema de Investigación: ¿Cómo la comprensión filosófica marxista acerca del riesgo de desastres, en el contexto de la relación 2 Cuba. Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional. Planificación, organización y preparación del país para situaciones de desastre, 20/6/2005 3 “ De la comparación entre los datos de la última década (1997-2006) y los de la década anterior (1987-1996) resulta que el número de desastres aumentó un 60 por ciento, pasando de 4 241 a 6 806. En el mismo período, el número de muertos pasó de más de 600 000 a 1 200 000...”. Federación Internacional de Sociedades de la Cruz Roja y de la Media Luna Roja. Comunicado de prensa 13 de diciembre de 2007. [en línea]. Informe Mundial sobre Desastres. [Consultado: 10/3/2008]. Disponible en: http://www.cruzroja.org/notsemana/2007/dic/ WDR_pressrelease.pdf. �naturaleza - cultura – desarrollo, podría contribuir a una eficiente gestión de riesgos en el desarrollo local sostenible? Atendiendo a lo anterior es posible considerar que los presupuestos filosóficos que explican la relación naturaleza - cultura - desarrollo constituyen el soporte teórico apropiado para la comprensión del desastre como fenómeno social y culturalmente construido en el tiempo. Estos presupuestos fundamentan además la necesidad de la comunicación como herramienta para la gestión social del riesgo ante situaciones de desastres y el desarrollo local sostenible, sugiriendo y guiando la investigación cuyo título es “El riesgo de desastres: una reflexión filosófica”. A tono con la lógica planteada, el Objeto de Estudio para esta investigación lo constituye la interpretación del riesgo de desastres. El Campo de Acción: una nueva lectura del riesgo de desastres a partir de la comprensión filosófica de la relación naturaleza – cultura – desarrollo que conduce a la formulación de un modelo conceptual 4 para la reducción del riesgo de desastres. Para poder observar, identificar y evaluar los riesgos de desastres, y efectuar acciones para el mejoramiento del ciclo de reducción de los mismos, es preciso realizar investigaciones aplicadas sobre riesgos. Ello representa, a su vez, el estudio previo en la población de las percepciones sobre los peligros generadores de desastres. Plantear la necesidad del estudio de la percepción social del riesgo de desastres impone retos epistemológicos y praxiológicos que se desprenden de la revisión de la literatura sobre el tema, pues la misma revela la persistente fragmentación de temas como la conocida y cuestionada dicotomía acerca de los desastres naturales y tecnológicos. A partir de las teorías sobre la percepción del riesgo, se puede afirmar que la comunicación del riesgo evoluciona ya que la misma no es sólo un intercambio de mensajes, sino que constituye una construcción de sentido individual y colectivo. La idea de la comunicación como construcción de sentido colectivo es desarrollada con amplitud por Habermas. 5 4 Según, Ursul et al., (1985:321), “…la modelación es el método que opera en forma práctica o teórica, con un objeto, no en forma directa sino utilizando cierto sistema intermedio auxiliar, natural o artificial, el cual: a) se encuentra en una determinada correspondencia objetiva con el objeto mismo del conocimiento; b) en ciertas etapas del conocimiento, está en condiciones de sustituir, en determinadas relaciones, al objeto mismo que se estudia; c) en el proceso de su investigación, ofrece en última instancia, información sobre el objeto que nos interesa. 5 Para González (s.f.), Habermas parte de la acción comunicativa para entender la sociedad como mundo de la vida de los miembros de un grupo social, donde el concepto de mundo de la vida es complementario del concepto de acción comunicativa y es el trasfondo contextualizador de los procesos de entendimiento. La reproducción simbólica del mundo de la vida se separa de su reproducción material para entender la acción comunicativa como el medio a través del cual se reproducen las estructuras simbólicas del mundo de la vida, �En tal sentido, la comunicación social del riesgo requiere de cambios sustanciales si se desea configurar como parte de la educación para la gestión participativa del riesgo, la cultura de prevención y en términos generales de la gestión del riesgo como componente de la gestión ambiental a nivel local, lo que significa, en buena medida, conocer las percepciones sociales del riesgo y modificar los conceptos profundamente arraigados sobre el desastre como evento o fenómeno de carácter “natural” y no como una ruptura en el desarrollo que involucra la variable vulnerabilidad. Debe tenerse en cuenta, afirma Cardona (2003:23) que “…los desastres son en buena medida, una expresión de la inadecuación del modelo de desarrollo con el medio ambiente que le sirve de marco a ese desarrollo. Por este motivo, la gestión del riesgo debe ser, en forma explícita, un objetivo de la planificación del desarrollo; entendiendo desarrollo no sólo como mejora de las condiciones de vida sino también de la calidad de vida y del bienestar social…”6 La investigación defiende como idea que la reducción del riesgo de desastres tiene como sustento filosófico la relación naturaleza - cultura - desarrollo y contribuye a modelar los componentes que integran la gestión del riesgo de desastre. Objetivo General Argumentar a partir de la relación naturaleza - cultura - desarrollo, la significación filosófica del riesgo para la comprensión del desastre como fenómeno social. Objetivos Específicos • Analizar el riesgo de desastres en el contexto de la relación naturaleza – cultura – desarrollo significando mediante dicha relación el carácter dinámico y socialmente construido del riesgo y de la percepción social sobre el mismo. • Identificar las percepciones sobre los peligros atendiendo a la Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional en la población residente en el “Consejo Popular Rolo Monterrey” • Identificar los elementos que conforman un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres, a partir de la relación filosófica: naturaleza – cultura – desarrollo y del estudio de la percepción del riesgo como contribución al desarrollo local sostenible. hallando una diferenciación funcional entre procesos de reproducción cultural, de integración social y de socialización. Finalmente, el concepto de acción comunicativa de Habermas, según González (s.f.), se refiere a la interacción de al menos dos sujetos capaces de lenguaje y de acción que (ya sea con medios verbales o con medios extraverbales) entablen una relación interpersonal. 6 En la investigación que se presenta el concepto de “desarrollo” está asociado al concepto de “desarrollo humano” formulado por el (PNUD) en 1990. �Interrogantes Científicas: • ¿En qué medida el desastre es una deuda con el desarrollo y expresión de la irracionalidad característica de la modernidad? • ¿En qué medida la vulnerabilidad social frente al desastre expresa el desequilibrio en la relación naturaleza – cultura – desarrollo? • ¿Cómo incide en la generación de los desastres el desarrollo económico, social y tecnológico generado en la contemporaneidad? • ¿Son las percepciones sobre el riesgo ante situaciones de desastre manifestaciones subjetivas de la relación naturaleza, cultura, desarrollo? • ¿Qué elementos pudieran integrar un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres? • ¿Cómo modificar una cultura cuyos resultados condicionan potencialmente la ocurrencia de desastres y la desaparición del hombre como sujeto que le ha dado lugar? El tema de los desastres resulta oportuno si se toma en consideración la vocación de la Filosofía por el destino y la seguridad del hombre, con tal propósito resulta válido recordar la Tesis número 11 de Marx sobre Feuerbach7. La complejidad que representa el análisis del riesgo de desastres, desde la perspectiva filosófica, hace necesaria la integración de los fundamentos y postulados de la filosofía marxista, de los Estudios en Ciencia - Tecnología y Sociedad, así como de la Filosofía de la Ciencia en su “giro naturalista”. Esta investigación asume como perspectiva teórica útil, “el giro naturalista”8 que de modo creciente se expresa hoy como tendencia en la Filosofía de la Ciencia. El giro naturalista, enfatiza la necesidad de corroborar las consideraciones teóricas con estudios empíricos, reclamando los métodos provenientes de las ciencias naturales y de las ciencias cognitivas, al respecto Ambrogi (1999:14) considera que “… el naturalismo, movimiento filosófico y americano, propone una reorientación en el estudio de la ciencia - una reorientación que precisamente rechaza la manera 7 “Los filósofos no han hecho más que interpretar de diversos modos el mundo, pero de lo que se trata es de transformarlo”. (Marx, 1974: 24-26) 8 “…El naturalismo es un movimiento filosófico al que recientemente se ha adherido una considerable parte de la comunidad de filósofos de la ciencia. Uno de los efectos de esta adhesión ha sido el surgimiento de un nuevo consenso en la disciplina, una transformación a la que se ha llamado naturalización de la filosofía de la ciencia, la cual se encuentra en el fracaso del modelo formalista y fundacional de la filosofía prekuhniana motivación suficiente para intentar proporcionar, al fin, una alternativa a él…” (Ambrogi, 1999:14) �cómo se concibió la autonomía de la filosofía – surge en un momento en que dentro y fuera de su frontera disciplinar, se está produciendo una transformación amplia y profunda tanto del estudio de la ciencia, cuanto de la agenda de problemas a los que tal estudio debe abocarse.” Sobre la importancia del giro “naturalista” de la Filosofía de la Ciencia, Ambrogi (1999:14) considera que “… cuando la mirada inquisidora del ciudadano lego o científico- se vuelve hacia el filósofo o cuando se incluye a éste en comisiones consultivas, no es para clarificar si a pesar de todo, progresamos hacia la verdad, o cómo funciona la maquinaria mente/cerebro, o cómo la historia evolutiva puede explicar la emergencia de las capacidades cognitivas o sus normas, sino esperando un análisis responsable de las interrogantes que la ciencia y la tecnología como fuerzas poderosas de configuración de las sociedades contemporáneas vienen planteando, de manera especialmente acuciante…” Se asumen además, los presupuestos propios de los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad (CTS)9 dado el énfasis que los mismos ponen en los estudios de casos y los recursos que ofrecen para el análisis del riesgo de desastre en los marcos de la relación naturaleza – cultura- desarrollo. En tal sentido los estudios CTS, permiten: • Poner de manifiesto las profundas interconexiones entre el entorno socioeconómico, político, ambiental y cultural generado en una región o comunidad por los procesos de transferencia de tecnología y los niveles de vulnerabilidad que originan. • Posibilitar el cuestionamiento consecuente de las diferentes percepciones que condicionan el desarrollo tecnológico en los sujetos sociales incluyendo el riesgo de desastres por peligros de carácter tecnológico. • Orientar el proceso de innovación tecnológica hacia la adopción de medidas que reduzcan el riesgo de desastres y potencien el desarrollo sostenible. • Promover e incorporar el análisis del riesgo de desastres como un proceso construido social y culturalmente para lo cual se requiere de una formación humanista que contribuya a minimizar la visión fragmentada del mundo de carácter positivista (en técnica y natural, por un lado, y económico, social y cultural, por otro). • Propiciar la participación pública en la gestión social del riesgo. La bibliografía se refiere a todo el material consultado, lo cual deviene valioso instrumento de 9 Estos estudios en opinión de Ambrogi (1999:57-58) aunque “… ocupan un lugar menor- si es que ocupan alguno - en el giro naturalista en Filosofía de la Ciencia (…) plantean importantes retos, así como interesantes argumentos y razonables direcciones para tratar problemas cuya relevancia filosófica creo más que necesario defender y que una reorientación en el estudio de la ciencia, como el naturalismo propone, no puede desconocer” �síntesis sobre referencias de publicaciones para futuras investigaciones. Se realizaron las tareas investigativas siguientes: • Valoración de la problemática del riesgo y el desastre desde la perspectiva filosófica marxista, y de las tendencias actuales en el mundo y en Cuba, tomando en consideración, el enfoque de carácter interdisciplinario y transdisciplinario que brindan los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad y la Filosofía de la Ciencia en su giro naturalista. • Determinación de los aspectos teóricos y metodológicos a tener en cuenta en los estudios de percepción de los peligros y riesgos. • Procesamiento de la información cuantitativa y cualitativa obtenida en el estudio de caso planteado. • Identificación de los elementos que conforman un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres, a partir de la relación filosófica: naturaleza – cultura – desarrollo y del estudio de la percepción del riesgo como contribución al desarrollo local sostenible. La metodología utilizada en la investigación emplea la triangulación metodológica y teórica al incluirse perspectivas de análisis provenientes de la Filosofía de la Ciencia en su “giro naturalista”, de los estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad, así como de los estudios de percepción y comunicación del riesgo en los marcos del desarrollo local sostenible, todas estas perspectivas resultan útiles para formular el modelo conceptual propuesto para la reducción del riesgo de desastres así como para el estudio de percepción de los peligros, y constituyen en ambos casos, resultados de la triangulación teórica y metodológica realizada. El desarrollo de los Capítulos I y III se basa en el análisis documental, teniendo como fuentes esenciales el análisis de la literatura sobre el tema e informes estadísticos. El Capítulo II constituye un estudio de caso de tipo interpretativo. El estudio de caso que se presenta es una evidencia empírica que toma en cuenta a la Filosofía de la Ciencia, en el giro naturalista, así como la utilidad de los estudios en CTS para el análisis de las limitaciones que en la gestión del riesgo existen en Cuba. El estudio de caso, combina estrategias metodológicas cualitativas y cuantitativas al utilizar la entrevista a informantes claves y la entrevista estructurada. La entrevista estructurada incluyó en su diseño la utilización del enfoque psicométrico para medir las variables o atributos del riesgo en los habitantes expuestos. El enfoque psicométrico empleó la combinación de una Escala del tipo Likert de 5 puntos con un diferencial semántico; posteriormente �los resultados se procesaron y graficaron empleando para ello el tabulador electrónico Microsoft Excel. Se utilizaron métodos teóricos, y estadísticos. Entre los métodos teóricos se encuentran: el análisis y la síntesis, la inducción y la deducción, lo histórico – lógico y el enfoque sistémico para valorar el modo de interacción y organización entre los diferentes componentes del modelo elaborado. Aporte teórico En Cuba son escasas las contribuciones de nivel doctoral sobre gestión social del riesgo ante situaciones de desastres y en ningún caso se trata de contribuciones desde la Filosofía. Sin embargo, avanzar en esos estudios es una necesidad para el país en un contexto que algunos autores han denominado “Sociedad del Riesgo”. La Filosofía debe jugar un papel en el impulso a ese trabajo científico. La presente investigación argumenta que los presupuestos filosóficos que explican la relación naturaleza - cultura - desarrollo constituyen el soporte teórico apropiado para superar la visión fragmentada del riesgo de desastres que se tiene desde las distintas ciencias, incluidas las ciencias sociales, al considerar que la relación naturaleza - cultura - desarrollo, ofrece en la perspectiva filosófica marxista, una comprensión holística del riesgo y el desastre como fenómenos sociales y culturales, construidos en el tiempo, fundamentando además, la necesidad de la comunicación como herramienta para la gestión social del riesgo ante situaciones de desastres, en el desarrollo local sostenible. Aporte práctico • Partiendo de la comprensión filosófica que ofrece la relación naturaleza – cultura – desarrollo, se elabora un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres como contribución al desarrollo local sostenible. • Se aplica y enriquece el método psicométrico para evaluar la percepción de la población acerca de los peligros, al incluirse la percepción sobre la vulnerabilidad como componente esencial del riesgo de desastre. Este método se utiliza debido a la complejidad del contexto en el que se realiza el estudio de caso, en un momento en que, en Cuba, están en fase de elaboración las metodologías para los estudios de percepción de los peligros y riesgos, por lo que constituye esto un aporte práctico de importancia. Novedad científica: • En el ámbito latinoamericano y cubano no existen estudios que aborden desde la perspectiva filosófica la problemática de los desastres. La complejidad del tema objeto de estudio y la Filosofía misma, condicionaron la necesidad del enfoque interdisciplinario, en una �aproximación sui géneris que desde posiciones marxistas va al encuentro de la filosofía naturalizada, y de los estudios CTS como propuesta para abordar los grandes dilemas de la filosofía y la praxis contemporánea. • Se identifican los elementos que conforman un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres a partir de la comprensión filosófica que ofrece la relación naturaleza – cultura – desarrollo y del estudio de la percepción del riesgo como contribución al desarrollo local sostenible. • La investigación al integrar el estudio de las percepciones del riesgo de desastres naturales y tecnológicos empleando el paradigma psicométrico, posibilita actualizar y profundizar en el dominio del estudio del hombre, la subjetividad y su realidad social en contextos de riesgos. • Contribuye al conocimiento sobre los desastres desde una visión filosófica en Cuba y en particular de la percepción social del riesgo de desastres en contextos altamente vulnerables. Al mismo tiempo contribuye a la búsqueda de nuevas herramientas conceptuales y metodológicas para hacer más eficaz y sistemática la comunicación del riesgo a tono con los escenarios y actores locales. La estructura del documento puesto a disposición del lector formalmente se organiza en: Introducción, Capítulos I, II, y III, Conclusiones, Recomendaciones, Bibliografía y los anexos que complementan el contenido expuesto. El Capítulo I parte del análisis de la problemática del riesgo en la Modernidad, mostrando la visión del riesgo de desastre desde las ciencias naturales, técnicas y sociales para posteriormente reflexionar sobre el desastre en el contexto de la relación naturaleza – cultura – desarrollo, al considerar el desastre como fenómeno social y problema ambiental que ocurre en la confluencia de la dinámica del desarrollo de la naturaleza y la sociedad, expresando en cada momento histórico el grado de desarrollo de la sociedad y su cultura frente a la naturaleza misma. La necesidad de un enfoque holístico del riesgo y la dialéctica peligro – vulnerabilidad permite afirmar que el marco adecuado para abordar desde la perspectiva filosófica el riesgo de desastres lo constituye la relación naturaleza - cultura – desarrollo al considerar que la sociedad y su cultura frente a la naturaleza configuran tanto la vulnerabilidad como los peligros presentes y futuros a partir de los modelos de desarrollo hasta ahora concebidos. El Capítulo II se inicia con el análisis de las fortalezas y limitaciones del modelo actual de gestión del riesgo para situaciones de desastres en Cuba, destacando entre sus limitaciones la carencia de estudios sobre las percepciones sobre el riesgo y de la cultura de prevención en el nivel local. El estudio de la percepción del peligro y el riesgo en los diferentes actores locales, incluyendo en ellos �a la comunidad, resulta esencial para el desarrollo de una cultura de prevención del desastre adecuada al contexto. El estudio de caso que se presenta constituye una crítica al modelo existente en Cuba desde una perspectiva teórica y metodológica hasta ahora no contemplada, y sirve de base para la construcción del modelo para la reducción del riesgo de desastres que se desarrolla en el Capítulo III. El estudio de caso constituye una evidencia empírica que toma en cuenta a la Filosofía de la Ciencia en el giro naturalista, así como la utilidad de los estudios en CTS para el análisis de las limitaciones que en la gestión del riesgo existen en Cuba. El estudio de caso, combina estrategias metodológicas cualitativas y cuantitativas al utilizar la entrevista en profundidad a informantes claves y la entrevista estructurada, por lo que constituye el producto de la triangulación metodológica y teórica realizada. El Capítulo III analiza la problemática del riesgo para situaciones de desastres y la importancia de su gestión en los marcos del desarrollo local sostenible, al considerarse el riesgo como una construcción social, dinámica y cambiante, diferenciado en términos territoriales y sociales que requiere de la gestión del conocimiento y la comunicación como herramientas para el desarrollo de una cultura de prevención. A partir del análisis de las funciones previstas para los Centros de Gestión de Reducción del Riesgo, se sugieren acciones concretas de gestión del conocimiento que incorporan a la Sede Universitaria como “Universidad en el Territorio”. Se establece un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres como contribución al desarrollo local sostenible atendiendo a la necesidad de mejorar la forma en que se puede incidir y explicitar entre los distintos actores sociales las múltiples dimensiones del riesgo, de modo que permita el desarrollo de una cultura de prevención adecuada al contexto. El vínculo con el tema permite la aplicación de sus postulados a la labor profesional concreta que realiza la autora en diferentes momentos y modalidades, desde el punto de vista docente en la enseñanza de pre y posgrado en la asignatura Problemas Sociales de la Ciencia y la Tecnología, en el marco de proyectos del Programa Ramal del MES “Gestión Universitaria del Conocimiento y la Innovación para el Desarrollo” y como Consultora en los siguientes trabajos: • Estudio de Peligros, Vulnerabilidad y Riesgo en la Empresa Ernesto Che Guevara. Moa CESIGMA, S. A. 2006. • Estudio de Peligros, Vulnerabilidad y Riesgo en la Empresa Mecánica del Níquel. Moa. CESIGMA, S. A. 2006. • Estudio de Peligros, Vulnerabilidad y Riesgo para la nueva planta Termoeléctrica en la �Empresa Ernesto Che Guevara. Moa CESIGMA, S. A. 2007. • Estudio de Peligros, Vulnerabilidad y Riesgo para el Proyecto “Emisario Submarino” CESIGMA, S. A. 2007. CAPÍTULO I CONSIDERACIONES TEÓRICAS NECESARIAS PARA LA COMPRENSIÓN HOLÍSTICA DEL RIESGO DE DESASTRES DESDE LA RELACIÓN NATURALEZA - CULTURA - DESARROLLO El Capítulo parte del análisis de la problemática del riesgo en la Modernidad, mostrando la visión del riesgo de desastre desde las ciencias naturales, técnicas y sociales, para posteriormente reflexionar sobre el desastre en el contexto de la relación naturaleza – cultura – desarrollo, al considerar el desastre como fenómeno social y problema ambiental que ocurre en la confluencia de la dinámica del desarrollo de la naturaleza y la sociedad, expresando en cada momento histórico el grado de desarrollo de la sociedad y su cultura frente a la naturaleza misma. 1. 1 Modernidad y Riesgo Las consideraciones sobre la modernidad difieren según diversos autores. En opinión de Fuentes (2000), por modernidad no debe entenderse sólo una época histórica sino más bien posturas, pronósticos, fundamentos, aspiraciones donde se plasman metas, no de formas armoniosas, única y exclusivamente, sino también conflictivas y contradictorias. La modernidad afirma Fuentes (2000:270) “… no ha estado exenta de autocrítica y crítica por parte de la misma racionalidad moderna: Marx, Weber, la Escuela de Francfort” así lo demuestran10. Para Guadarrama (1994:96), “…la modernidad debe ser entendida como la etapa de la historia en que la civilización alcanza un grado de madurez tal que rinde culto a la autonomía de la razón y se cree fervientemente en su poder, propiciando así una confianza desmedida en la ciencia y en la capacidad humana por conocer el mundo y dominar todas sus fuerzas más recónditas, (…). De esta creencia se deriva otra aún más nefasta: considerar que el desarrollo de la técnica por sí solo producirá la infinita satisfacción humana de sus crecientes necesidades”. 10 “La originalidad de los autores de la Escuela de Francfort (desde Horkheimer a Adorno, desde Marcuse a Habermas) consiste en abordar las nuevas temáticas que recogen las dinámicas propias de la sociedad, como por ejemplo el autoritarismo, la industria cultural y la transformación de los conflictos sociales en las sociedades altamente industrializadas. A través de los fenómenos superestructurales de la cultura o del comportamiento colectivo, la "teoría crítica" intenta penetrar el sentido de los fenómenos estructurales, primarios, de la sociedad contemporánea, el capitalismo y la industrialización” (RUSCONI, 1968:38) Citado por Wolf M. [s.a.:56] �Durante la llamada Época Moderna la ciencia y la técnica son tenidas como expresiones cimeras del progreso civilizatorio. El desarrollo teórico, la experimentación y la industria generan una cultura antropocéntrica desde sus inicios mismos. Es Renato Descartes quien contribuyó decisivamente a plasmar teóricamente los ideales de la modernidad. La búsqueda de los fundamentos del saber en el “Discurso del Método” establece a la razón como fundamento de coherencia para producir un cocimiento científico nuevo por su formulación y su justificación. (Delgado, 2007) Descartes, define con claridad el nuevo ideal del conocimiento al servicio del hombre en aras de dominar a la naturaleza cuando afirma, “… pero tan pronto como hube adquirido algunas nociones generales de la física y comenzado a ponerlas a prueba en varias dificultades particulares, notando entonces cuán lejos pueden llevarnos y cuán diferentes son de los principios que se han usado hasta ahora, creí que conservarlas ocultas era grandísimo pecado, que infringía la ley que nos obliga a procurar el bien general de todos los hombres, en cuanto ello esté en nuestro poder. Pues esas nociones me han enseñado que es posible llegar a conocimientos muy útiles para la vida, y que, en lugar de la filosofía especulativa, enseñada en las escuelas, es posible encontrar una práctica, por medio de la cual, conociendo la fuerza y las acciones del fuego, del agua, del aire, de los astros, de los cielos y de todos los demás cuerpos, que nos rodean, tan distintamente como conocemos los diversos oficios de nuestros artesanos, podríamos aprovecharlos del mismo modo, en todos los usos para que sean propios, y de esa suerte hacernos como dueños y poseedores de la naturaleza…”11 La separación entre naturaleza y cultura es resultado de la cosmovisión inherente a la sociedad industrial, cuyas bases científico – técnicas consolidadas en la modernidad tienen como importante pilar el pensamiento cartesiano. El racionalismo cartesiano se refleja en una visión de la cultura que trasciende el mundo biofísico obviando que la cultura no puede ser entendida sin considerar la base biológica sobre la cual se construye, y que por otra parte la transformación de la naturaleza por el hombre y los efectos derivados de esta ofrecen la medida de su capacidad adaptativa y de su desarrollo como ser social. Los axiomas o postulados enarbolados por la modernidad parten del supuesto que el hombre al poseer a la naturaleza alcanza su felicidad en la misma medida en que logra someterla a sus intereses. La modernidad se caracteriza así por el irracional uso de los recursos naturales y 11 DESCARTES, R. El Discurso del Método. [en línea]. [Consultado: 27/02/2007] Disponible en: http://www.bibliotecasvirtuales.com/biblioteca/OtrosAutoresDeLaLiteraturaUniversal/Descartes/Discursodel Metodo.asp �concepciones igualmente irracionales del desarrollo, cuyo soporte material lo constituye el desarrollo tecnológico experimentado.12 El advenimiento del modo de producción capitalista y el desarrollo de las fuerzas productivas que en su seno tienen lugar condicionan una etapa cualitativamente diferente en la relación naturaleza – cultura – desarrollo caracterizado por el incremento de los problemas ambientales y de los riesgos en general, es un hecho indiscutible apunta Alfonso (1999:178), “…que al utilizar intensivamente los recursos naturales con ayuda de medios técnicos colosales y cada vez más poderosos, la humanidad mejoró sus condiciones de vida, pero el hombre, al transformar la naturaleza violentó la interacción entre sociedad y naturaleza y creó el problema ecológico. (...) El agravamiento de este problema es el resultado de la lógica del industrialismo, entendido como conjunto de transformaciones económicas, sociales, políticas y culturales que acompañan al desarrollo industrial…” Esta situación se torna cada vez más compleja y conduce en la década del 60 del pasado Siglo a la institucionalización de los estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad13. Desde entonces, pocos temas han tenido un “boom” social tan relevante como el vinculado al riesgo, se trata de un concepto que abordado por el sociólogo alemán Ulrich Beck constituye un tema de especial importancia en el desarrollo del conocimiento especializado. 12 Así, Blanco (1998:40) al analizar estos axiomas los considera obsoletos porque: • Dado el ritmo de contaminación del ecosistema y la capacidad de las nuevas tecnologías para su explotación, ha dejado de ser cierto que este tiene la capacidad de absorber y reciclar de modo natural los desechos y la devastación de nuestras sociedades. • El crecimiento económico está enfrentando una crisis de los patrones industrializadotes y de consumo (…) y de la depauperación de la población mundial, a la que ha conducido el esquema de explotación periférica por los países desarrollados. • El desarrollo tecnológico, lejos de traer el progreso social, ha sido puesto al servicio de dos guerras mundiales y de una secuela de dramáticos conflictos, al tiempo que ha situado a la humanidad pendiente del frágil hilo de un accidente genético o nuclear. • El creciente consumo tampoco ha aportado una vida más feliz a aquella parte minoritaria de la humanidad que lo ejerce, a espaldas de la mayoría de los habitantes de nuestro planeta. La noción de que “no solo de pan vive el hombre” cobra fuerza en sociedades de alto desarrollo tecnológico, sumidas en una galopante alienación. • La razón moderna tampoco ha materializado plenamente el reino de la libertad, igualdad y fraternidad que prometió cuando puso fin al mundo que la precedió. • El destino del ecosistema y de la humanidad está hoy “fuera de todo control racional”, precisamente por el empeño de continuar aplicando los conceptos de la razón moderna a un mundo ya cambiado radicalmente por ella. 13 Los estudios CTS buscan comprender la dimensión social de la ciencia y la tecnología tanto de sus antecedentes propiamente sociales como de sus consecuencias económicas, políticas, culturales y ambientales, es decir tanto en lo concerniente a los factores que modelan el cambio científico – tecnológico, como lo que concierne a las repercusiones éticas, ambientales o culturales de ese cambio, es en este sentido que constituyen una perspectiva teórica importante para la realización de Estudios de Peligro, Vulnerabilidad y Riesgos ante situaciones de desastres. García et al., (2001a:125) �El riesgo y la alusión a él, se hace común en los análisis económicos, políticos, jurídicos y sociológicos, por lo que la categoría de “riesgo” se incorpora tanto a la actividad práctica como cognitiva desde las más diversas posturas “…las constataciones del riesgo son la figura en que la ética (y por tanto también la filosofía, la cultura, la política) resucita en los centros de la modernización, en la economía, en las ciencias naturales, en las disciplinas técnicas. Las constataciones del riesgo son una simbiosis aún desconocida, no desarrollada, entre ciencias de la naturaleza y ciencias del espíritu, entre racionalidad cotidiana y racionalidad de los expertos, entre interés y hecho. Al mismo tiempo, no son ni sólo lo uno ni sólo lo otro. Son las dos cosas en una forma nueva. Ya no pueden ser aisladas por uno u otro especialista y ser desarrolladas y fijadas de acuerdo con los propios estándares de racionalidad. Presuponen una colaboración más allá de las trincheras de las disciplinas, de los grupos ciudadanos, de las empresas, de la administración y de la política, o (lo cual es más probable) se resquebrajan entre éstas en definiciones opuestas y luchas de definiciones.” (Beck, 1998:34-35) La problematización del riesgo requiere de una reflexión sobre las condiciones histórico – sociales que hacen posible la entrada en escena de esta categoría. El concepto de riesgo forma parte de un tipo de sociedad caracterizada por el dominio “racional” del mundo, independientemente de que los riesgos existieran desde siempre y fueran percibidos como “inseguridad” e “incertidumbre” aún cuando no se disponían de medios lingüísticos o fórmulas matemático – estadísticas que los explicaran. Se llega a afirmar incluso que las sociedades occidentales más desarrolladas son “sociedades del riesgo”, caracterizadas por la proliferación de riesgos, derivados tanto del progreso tecnológico como por aquellos que emergen de la complejidad de su organización social. De tal forma el concepto de riesgo resulta difícil de ser desestimado con independencia de que estos, de una u otra forma, estuvieran presentes en sociedades anteriores y su significado no fuera el que hoy se le atribuye, “… somos testigos (sujeto y objeto) de una fractura dentro de la modernidad, la cual se desprende de los contornos de la sociedad industrial clásica y acuña una nueva figura, a la que aquí llamamos “sociedad industrial del riesgo” (Beck, 1998:16) Lo novedoso de la relación entre riesgo y modernidad pudiera estar en la reflexión en torno al tipo de desarrollo y por tanto de cultura que condujo a su empleo. El riesgo, fruto de la modernidad y de la racionalidad instrumental que la caracteriza, instala un presente seriamente amenazado y un futuro cuya incertidumbre se hace cada vez mayor. En tal sentido Giddens (2000) considera que la idea de riesgo siempre ha estado relacionada con la modernidad aunque defiende la idea de que en el período actual este concepto asume una nueva y �peculiar importancia y opina que la mejor manera de explicar lo que esta ocurriendo es hacer una distinción entre dos tipos de riesgo. A uno de ellos lo denomina riesgo externo mientras al otro, lo denomina riesgo manufacturado. El riesgo externo según Giddens (2000) es el riesgo que se experimenta como proveniente del exterior, de las sujeciones de la tradición o de la naturaleza, mientras que el riesgo manufacturado, alude al creado por el propio impacto del conocimiento creciente sobre el mundo. El riesgo manufacturado se refiere a situaciones de las que se dispone de muy poca experiencia histórica en afrontarlas. La mayoría de los riesgos medioambientales, como los vinculados al calentamiento global, son para este autor, riesgos manufacturados. La nueva significación y la relevancia del riesgo describen un estadio de la modernidad en el cual los desastres producidos con el crecimiento de la sociedad industrial se convierten en predominantes. De acuerdo con esta idea, los países desarrollados han evolucionado desde sociedades en las que el problema central es la distribución desigual de la riqueza socialmente producida, hasta el paradigma de la sociedad del riesgo, según (Beck, 1998). La vieja sociedad industrial, cuyo eje principal era la distribución de ‘bienes’, ha sido o está siendo desplazada por una nueva sociedad estructurada, por así decirlo, alrededor de la gestión y distribución de ‘males’. El propio Beck (1998:40-41) considera que “…el tipo, el modelo y los medios del reparto de los riesgos se diferencian sistemáticamente de los del reparto de la riqueza. (…). La historia del reparto de los riesgos muestra que éstos siguen, al igual que las riquezas, el esquema de clases, pero al revés, las riquezas se acumulan arriba, los riesgos abajo. Por tanto, los riesgos parecen fortalecer y no suprimir la sociedad de clases.” Un análisis político y social del riesgo y no sólo una visión de este desde la racionalidad técnica al poner en evidencia el complejo entramado de relaciones económicas, políticas, psicológicas, sociológicas y jurídicas en el que el riesgo tiene lugar es propuesto por Beck (1998:41) cuando afirma “… las posibilidades y las capacidades de enfrentarse a las situaciones de riesgo, de evitarlas, de compensarlas, parecen estar repartidas de manera desigual para capas de ingresos y de educación diversas: quien dispone del almohadón financiero necesario a largo plazo puede intentar evitar los riesgos mediante la elección del lugar de residencia y la configuración de la vivienda (o mediante una segunda vivienda, las vacaciones, etc.). Lo mismo vale para la alimentación, la educación y el correspondiente comportamiento en relación a la comida y a la información…”. El concepto de "sociedad del riesgo" viene a sintetizar una doble y complementaria característica de la sociedad contemporánea, por una parte, la posibilidad, mayor cada día, de que se produzcan daños que afecten a una buena parte de la humanidad, se trata de daños que, bien como catástrofes �repentinas o bien como catástrofes construidas en el tiempo, están asociadas a la universalización de la tecnología, y también a los modelos económicos y culturales que las desarrollan y que constituyen la causa fundamental del incremento de las ya marcadas diferencias de clases. Si en el pasado muchas calamidades se atribuían a los dioses, a la naturaleza o simplemente al destino, en la actualidad prácticamente todos los grandes riesgos, descansan en principio en decisiones y, por tanto, son humanamente influenciables. Se comprende, así, que la noción de riesgo se encuentre entonces en el centro de las agendas políticas y académicas. En realidad son muchos y muy graves los perjuicios que se derivan del modelo actual de gestión tecnocrática del riesgo, porque, si bien los beneficios económicos de un proceso productivo contaminante son inmediatos para su autor, sus consecuencias se pueden trasladar en el tiempo o en el espacio.14 Aunque en la actualidad se suelan presentar diferenciados los riesgos ambientales y tecnológicos, como si se tratara de tipologías claramente separadas, en realidad todos los riesgos están muy relacionados entre sí, a veces inseparables e indistinguibles. El cambio climático es un riesgo ambiental y natural, pero en el que la participación del hombre y de la tecnología son protagonistas a través de la emisión a la atmósfera de gases invernadero, que resultan ser el detonante fundamental de todo el proceso. Por este motivo, en el análisis contemporáneo de la percepción y gestión de los riesgos, la noción de que los riesgos ambientales y, obviamente, los tecnológicos son una construcción social, se ha convertido en una idea central en opinión de Beck (1998), 15 y es que el dualismo naturaleza – cultura, propio de la ciencia moderna, ha sido sometido a una crítica sistemática y definitiva, siendo sustituido por un énfasis en el carácter híbrido, socio-natural, de los fenómenos ambientales. 14 No se desarrollan consideraciones sobre equidad y riesgo en el estudio de caso que se presenta aún cuando la autora reconoce como importante la diferencia de estos a nivel de territorios en el país, por considerarse que rebasan los objetivos propuestos en la investigación. Pautas para una reflexión posterior aparecen en López y Luján (2002). donde se afirma: “A pesar de todo, es también importante tener en cuenta que, como muestran aquellos riesgos que, en principio, no son susceptibles de compensación (catástrofes nucleares, destrucción de la capa de ozono, destrucción de bosques por lluvia ácida, exposición a la polución ambiental, etc.), el solapamiento no significa coincidencia y, por tanto, la distribución de riesgos y perjuicios debería formar una parte constitutiva del concepto de bienestar social. Al hablar de los impactos sociales de la ciencia y la tecnología debemos así considerar los impactos negativos y no sólo los positivos”. (López y Luján, 2002:7). El subrayado corresponde a la autora. 15 “La ignorancia de los riesgos no perceptibles, que encuentra su justificación (y que de hecho la tiene, como en el Tercer Mundo) en la supresión de la miseria palpable, es el terreno cultural y político en el que florecen, crecen y prosperan los riesgos y las amenazas. (…) En un nivel determinado de la producción social que se caracteriza por el desarrollo de la industria química (pero también por la tecnología nuclear, la microelectrónica y la tecnología genética), el predominio de la lógica, los conflictos de la producción de riqueza y, por tanto, la invisibilidad social de la sociedad del riesgo no son una prueba de la irrealidad de ésta, sino al contrario: son un motor de su surgimiento y por tanto una prueba de su realidad”. (Beck,1998:51) �El medio ambiente y los desastres son lugares de intersección y confrontación de definiciones e intereses sociales: la naturaleza y gravedad de las amenazas ambientales, las dinámicas que subyacen a ellas, la prioridad concedida a unos temas frente a otros, las medidas óptimas para mitigar o mejorar las condiciones que se definen como problemáticas, son realidades no sólo medibles y cuantificables sino también objeto y producto del debate social. Así, se nos hace visible una de las paradojas definitorias de la modernidad, ¿por qué el progreso humano lejos de eliminar o al menos, reducir los riesgos que amenazan la vida, no para de ahondarlos y expandirlos? A la indefensión de las víctimas, se añade la dificultad estructural y la insensibilidad que presentan las administraciones públicas, cuando se trata de formular políticas que reduzcan de forma efectiva los riesgos derivados del cambio tecnológico tanto por el modelo de desarrollo económico dominante, como porque los agentes responsables de las acciones generadoras de riesgos obtienen beneficios inmediatos, en tanto que sus consecuencias negativas se generan a largo plazo. No hay que olvidar que el término riesgo implica no sólo la idea de peligro y destrucción, sino también las ideas de elección, cálculo y responsabilidad. La perspectiva del riesgo sobre un determinado tema tiene sentido sólo cuando ese tema deja de ser visto como fijo o inevitable y se contempla como sujeto a intervención humana. Según Beck (1998:35) “… en las definiciones del riesgo, se rompe el monopolio de la racionalidad de las ciencias. (…) Ciertamente, muchos científicos se ponen a trabajar con todo el ímpetu de su racionalidad objetiva; su esfuerzo por la objetividad crece proporcionalmente con el contenido político de sus definiciones. Pero en el núcleo de su trabajo quedan remitidos a expectativas y valoraciones sociales y que por tanto les están dadas: ¿dónde y cómo hay que trazar los límites entre daños aún aceptables y ya no aceptables? …” Llegado a este punto, se plantean cuestiones de gran importancia, que no excluyen a los políticos o tomadores de decisiones en un sentido amplio, ni a los técnicos, ni a los científicos sociales. Algunas cuestiones para la reflexión y la acción, pudieran enmarcarse en: ¿cuál es el objeto real y efectivo de la gestión social del riesgo?, ¿resulta factible eliminarlos mediante una aplicación rigurosa del "principio de precaución" a las actividades humanas generadoras de riesgo? y, finalmente y no por ello de menor importancia, ¿cómo se ha de contribuir en cada instante y con cada una de las acciones y omisiones, a generar o agravar riesgos que amenazan la vida en todas sus formas de existencia? Tales interrogantes encuentran espacio en la literatura especializada desde principios de los años 80 del pasado siglo XX, donde frecuentemente se plantea la distinción entre estimación del riesgo y �gestión de riesgo; o más globalmente, entre evaluación de riesgo y gestión de riesgo según López y Luján (2001). Es frecuente enmarcar la evaluación en el ámbito de la ciencia y la gestión en el ámbito de la política. En el primer caso se trata de valorar desde un punto de vista técnico la probabilidad de ocurrencia de una fatalidad y de su grado de severidad16 y en el otro, de tomar decisiones en cuanto a recursos y medidas administrativas para eliminar o reducir el peligro, en lo que sería entonces, un proceso de gestión. Algunos trabajos e investigaciones sobre la problemática del riesgo ponen especial énfasis en el saber cuantitativo y de las relaciones mecánicas de causa y efecto, con lo que parecen olvidar el hecho de que tanto el “riesgo” (como el “peligro”), además de poder ser “medido” como resultado de una expresión matemática relevante, es también una vivencia social y una experiencia humana. Sin embargo, en una perspectiva diferente de la ciencia, puede afirmarse que la ciencia de la evaluación del riesgo, se distancia de la imagen idealizada que de esta prevalece aún en buena parte de la literatura, tratándose de una ciencia mayormente regulada por objetivos y fines prácticos, más que por las aspiraciones de búsqueda de la verdad17. Diversos son los términos que se han empleado para hacer referencia a este tipo de actividad: trans-ciencia, ciencia reguladora, ciencia postnormal18. 16 A pesar de que la sociología ha desarrollado su propio enfoque en la investigación del riesgo, una de las definiciones operativas del riesgo, ampliamente aceptadas por la comunidad científica, es aquella que parte de una concepción matemático – estadística del riesgo, así se considera un acontecimiento “X” al cual es posible asociar un valor de probabilidad y un daño o efecto. El riesgo, será definido por el producto de la probabilidad de ocurrencia de un daño y la vulnerabilidad o susceptibilidad del sistema para responder al mismo, esta formulación del riesgo está ligada a lo que se conoce como “riesgo objetivo”. El objetivo operativo de esta definición, es desarrollar una medida universalmente válida para el riesgo con ayuda de la cual puedan establecerse comparaciones entre distintas clases de riesgo y obtener criterios racionales de aceptabilidad de estos con relación a su probabilidad y sus consecuencias. 17 “La pretensión de racionalidad de las ciencias de averiguar objetivamente el contenido del riesgo se debilita a sí misma permanentemente: por una parte, reposa en un castillo de naipes de suposiciones especulativas y se mueve exclusivamente en el marco de unas afirmaciones de probabilidad cuyas prognosis de seguridad stricto sensu ni siquiera pueden ser refutadas por accidentes reales. Por otra parte, hay que haber adoptado una posición axiológica para poder hablar con sentido de los riesgos. Las constataciones del riesgo se basan en posibilidades matemáticas e intereses sociales incluso y precisamente allí donde se presentan con certeza técnica. Al ocuparse de los riesgos civilizatorios, las ciencias ya han abandonado su fundamento en la lógica experimental y han contraído un matrimonio polígamo con la economía, la política y la ética, o más exactamente: viven con éstas sin haber formalizado el matrimonio. (Beck, 1998: 35) 18 Es conocido el hecho de que la ciencia académica se genera en ambientes de consenso, estructurados por paradigmas bien establecidos que proporcionan estándares de control metodológico y de calidad, en la ciencia reguladora en cambio, las normas de evaluación son más difusas, controvertidas y sujetas a consideraciones políticas donde la divergencia entre expertos es común, la ciencia reguladora está sujeta a la presión de diferentes grupos de interés que difieren frecuentemente en la forma en que interpretan los resultados, por lo que son igualmente frecuentes los debates públicos. La ciencia post-normal es la que se enfrenta a problemas que pueden afectar a la supervivencia de ecosistemas o el bienestar de poblaciones, y que son de difícil definición. Muchos de los problemas ambientales o relacionados con riesgos tecnológicos podrían clasificarse �El proceso de caracterización del riesgo en la ciencia reguladora, requiere de un diálogo efectivo entre expertos y ciudadanos si se tiene en cuenta que el riesgo es una compleja configuración social multidimensional y multifuncional. Algunos principios que definen como debería tener lugar la caracterización del riesgo aparecen recogidos en el informe Undestanding Risk: Informing Decisions in a Democratic Society de 1996 del Nacional Research Council. Según el informe antes mencionado, caracterizar el riesgo requiere no sólo de una buena ciencia sino también de saber dirigir la misma hacia las cuestiones más pertinentes respecto a la decisión que eventualmente deba ser tomada, así como de una amplia comprensión de las pérdidas, daños y consecuencias para todos los agentes implicados considerando además cuestiones ecológicas, psicológicas, y éticas además de económicas, donde se señalen también los impactos para poblaciones específicas y no sólo para la población general sobre la base de un enfoque interdisciplinar. A pesar de los esfuerzos realizados en la investigación del riesgo no puede afirmarse que exista una definición unitaria o una teoría coherente del mismo. En tal sentido y siguiendo aspectos relevantes referidos por Renn19, es posible enumerar algunas aproximaciones a la concepción y evaluación de los riesgos desde la perspectiva de diferentes ciencias y disciplinas académicas, entre ellas: • La aproximación actuarial (utilizando predicciones estadísticas) • La aproximación epidemiológica y toxicológica (incluyendo la ecotoxicología) • La aproximación técnica o ingenieril (incluyendo la evaluación probabilística del riesgo). • La aproximación económica (incluyendo comparaciones de riesgo beneficio) • La aproximación psicológica (incluyendo el análisis psicométrico) • Las teorías sociales del riesgo • La teoría cultural del riesgo (usando grupos de referencia) y • La aproximación jurídica. Las perspectivas antes mencionadas, sugieren la posibilidad del análisis del riesgo de desastres desde las ciencias naturales, técnicas y sociales, si se tiene en cuenta que los diferentes enfoques sobre el riesgo varían atendiendo a la elección de metodologías, la complejidad de las medidas que utilizan y las disciplinas de las que provienen. 1.2 El riesgo de desastre: una visión desde las ciencias naturales, técnicas y sociales en esta categoría. El grado de incertidumbre es alto y al conllevar un alto nivel en las apuestas de decisión, son problemas marcadamente politizados. Ver: García et al., ( 2001b) 19 Renn, O. Concepts of risk En Krimsky, Sheldon y Holding, Dominic (eds.) Social Theories of Risk. Westport. Praeger Publishers. Citado por García I Hom, (2004:53-79). �En la teoría sobre los desastres y los riesgos, se han incorporado gradualmente los aportes de las ciencias naturales, técnicas y sociales, hasta llegar a modelos y conceptos más complejos y holísticos. Sin embargo, en opinión de Maskrey (1998) la investigación sobre los desastres y los riesgos aún ha de producir un cuerpo de teoría y terminología sólido y de amplía aceptación. • El enfoque de las ciencias naturales La investigación inicial sobre el riesgo de desastres fue dominada por los aportes de las ciencias naturales por lo que era común que estos fueran considerados como sinónimos de eventos físicos extremos denominados “desastres naturales”, así en el enfoque de las ciencias naturales, un terremoto, erupción volcánica, huracán u otro evento extremo era de por sí un desastre, de esta forma, la investigación sobre los desastres se centró en el estudio de los procesos geológicos, meteorológicos, hidrológicos y otros procesos naturales que generan estos peligros, la investigación sobre el riesgo se centraba en la ubicación y distribución espacial de las amenazas, su frecuencia, magnitud e intensidad. Este enfoque resultó reduccionista al inscribirse en el paradigma positivista “…mediante la conceptualización de los desastres como eventos inevitables, no previsibles y extremos que interrumpen procesos políticos, sociales y económicos "normales", el enfoque difunde una visión de los desastres como eventos discretos, fundamentalmente desconectados de la sociedad” dejando al margen cuestiones de responsabilidad social o política respecto al riesgo”. (Maskrey, 1998:10) Este enfoque mantiene cierta presencia, de tal modo que continúan utilizándose tanto en la literatura como en el discurso expresiones como “los efectos de un desastre" o "el impacto de un desastre" que indican en opinión de Lavell (1996) que los peligros naturales sean abordados como sinónimos de desastre. • El enfoque de las ciencias técnicas Bajo el influjo de las ciencias técnicas, se consideró que el desastre se producía si había un impacto medible en el medio ambiente, la sociedad o la economía donde se manifestara el peligro. La investigación, en este sentido, dio un salto importante, al considerarse los eventos extremos como catalizadores que transforman una condición vulnerable en desastre. El riesgo empezó a ser definido como función tanto del peligro como de la vulnerabilidad, así se considera que (RIESGO = P x V). Mientras que los modelos de riesgo de las ciencias naturales fueron básicamente modelos de amenaza o peligros, las ciencias técnicas presentaron modelos conceptuales que incorporaron la vulnerabilidad �La pareja conformada por el peligro y la vulnerabilidad que equivalen al estado de un sistema en una situación particular expuesta a un peligro, da al riesgo un aspecto multidimensional. Los factores de vulnerabilidad pertenecen a campos diversos (naturales, materiales, sociales, funcionales, en materia de decisiones, etc.) e influyen no solo considerándolos individualmente, sino también en interacción los unos con los otros, conformando así un sistema, en opinión de Chardon (1998). El enfoque de las ciencias técnicas difiere del enfoque de las ciencias naturales en el hecho de que se centra en el impacto y efecto de los eventos asociados a los peligros, y no en el evento mismo. Sin embargo, es preciso subrayar que el enfoque considera que los peligros, siguen siendo la causa de los desastres, mientras que el concepto de vulnerabilidad está utilizado solamente para explicar el daño, las pérdidas y otros efectos. Como tal, el objetivo social de muchas investigaciones de las ciencias técnicas ha sido el diseño de medidas estructurales y otro tipo para mitigar las pérdidas causadas por eventos extremos y, por ende, lograr que la sociedad sea segura. Este enfoque reconoce la existencia de responsabilidades sociales y políticas para evitar las pérdidas. • El enfoque de las ciencias sociales 20 El geógrafo Gilbert White, en los años 50 y 60 realizó un importante análisis sobre los desastres. El trabajo de White se centró en la percepción social de los peligros y cómo dichas percepciones influían en las decisiones que toma una población determinada para que su medio fuera más seguro o más peligroso. Sus investigaciones enfatizaron en que los desastres tienen causas humanas y no sólo naturales, y que las sociedades y comunidades expuestas a determinadas amenazas no son homogéneas. Esto implica que diferentes grupos sociales realizan una gestión muy diferenciada de los riesgos que enfrentan y que, por ende, la vulnerabilidad sea un valor de carácter social, que no puede reducirse al grado de pérdida que podría sufrir un determinado elemento o grupo de elementos expuestos a un peligro. Los desastres son el resultado de la ruptura del equilibrio entre la naturaleza y la sociedad expresada en la incapacidad de la sociedad de ajustarse y adaptarse adecuadamente a su entorno, tal 20 Según Lavell (2005a:27-30) “… las ideas más originales y la investigación más acabada en el área social de los desastres en particular en América Latina encuentran su salida en la publicación de un número relativamente reducido de textos durante los años 80. En la década del 90 la investigación sobre esta problemática recibe un impulso importante a raíz de la formación en 1992 de La Red de Estudios Sociales en la Prevención de Desastres en América Latina (LA RED); organización que a lo largo de la década promoverá un número importante de investigaciones, desarrollos técnicos, seminarios y conferencias, y esquemas de capacitación en el área de los desastres, promoviendo la publicación de una serie de libros y revistas que constituyen, la colección de estudios y debates conceptuales más completa que existe sobre el tema, visto desde una perspectiva social, y publicados en español.” �consideración constituye hoy una línea de indagación de características multidisciplinarias con una fuerte presencia de profesionales de las Ciencias Sociales, que promueve la idea de que los desastres representan “problemas no resueltos del desarrollo”21 en tanto la vulnerabilidad no es una variable exógena sino que por el contrario está fuertemente anclada en elementos estructurales inherentes a modelos de desarrollo. Parte de la explicación del desequilibrio que representa los desastres, reside en la consideración de que la naturaleza existe para ser dominada y utilizada, la cual está en la base de la llamada crisis ambiental de la actualidad. Otra parte de la explicación reside en el imperativo de las modalidades de crecimiento económico en boga durante las últimas décadas, pero esencialmente desde el inicio de la Revolución Industrial, tipificada entre otras cosas por la acelerada transformación de la sociedad de una relación inmediata con la naturaleza, en una donde dominan las relaciones mediatas; la urbanización, la búsqueda de la ganancia a corto plazo; el empobrecimiento de grandes masas de la población, su marginalización en el territorio y su inseguridad frente a la vida cotidiana. Los peligros o amenazas, en resumen, hacen referencia en términos genéricos, a la probabilidad de la ocurrencia de un evento físico dañino para la sociedad, y las vulnerabilidades, a la propensidad de la sociedad o un subconjunto de ésta de sufrir daños debido a sus propias características particulares. El concepto de vulnerabilidad, es un concepto de gran complejidad que debe estudiarse en un contexto amplio que comprenda los aspectos humanos, socioculturales, económicos, ambientales y políticos vinculados con las desigualdades sociales basadas en la edad, el género, y los recursos económicos entre otros. (Anexo 1) No obstante las consideraciones antes hechas, es importante reconocer que si bien los modelos conceptuales desarrollados bajo el enfoque social dan énfasis a las variables y procesos que configuran los patrones de vulnerabilidad, en ocasiones y en opinión de Maskrey (1998) subrayan tanto las causas "sociales" de los riesgos, que a veces tienden a perder de vista a las amenazas, y las interrelaciones entre amenaza y vulnerabilidad por lo que este autor considera la necesidad de un enfoque holístico del riesgo que permita incorporar los aciertos de los enfoques desarrollados por las ciencias naturales, técnicas y sociales. Maskrey (1998) propone un modelo que denomina “escenarios de riesgo” donde las relaciones dinámicas entre vulnerabilidades y capacidades, peligros y oportunidades, mitigación y sobrevivencia pueden ser caracterizadas como escenarios de riesgo en el contexto de una determinada unidad social. 21 Los desastres considerados como “problemas no resueltos del desarrollo” es una expresión de común uso en América Latina hoy en día según Lavell (2000) �En el modelo de escenarios de riesgo propuesto por Maskrey (1998) las amenazas o peligros, están ubicadas en la confluencia de los procesos sociales y naturales. Los patrones de intervención humana y en general los modelos de desarrollo soportados en la irracionalidad tecnológica, alteran de manera fundamental las características de los peligros. Así, para Maskrey (1998:20-21) “…mientras que una tempestad tropical intensa puede considerarse como un evento natural, las inundaciones y deslizamientos que provoca serían determinados no sólo por factores, como la topografía y la geología, sino también por el tipo de cobertura vegetal y uso de la tierra, factores que son socialmente y no naturalmente determinados. La deforestación, extracción de agua subterránea, sobrepastoreo, minería a tajo abierto, destrucción de manglares y construcción de infraestructura, como represas y carreteras, son todos procesos que pueden generar nuevas amenazas y exacerbar las existentes”. En otras palabras, los mismos procesos sociales, políticos y económicos, que generan la vulnerabilidad, también influyen en las amenazas y a la vez, los procesos naturales también influyen en la vulnerabilidad. En la mayoría de los casos, afirman en igual sentido Cardona y Barbat (2000), la reducción de la vulnerabilidad está ligada de manera indisoluble a la intervención de las necesidades básicas de desarrollo prevalecientes. Así Cardona (2003:9) considera que “…la vulnerabilidad de los asentamientos humanos está íntimamente ligada a los procesos sociales que allí se desarrollan y está relacionada con la fragilidad, la susceptibilidad o la falta de resilencia de los elementos expuestos ante amenazas de diferente índole. (…), la degradación del entorno, el empobrecimiento y los desastres no son otra cosa que sucesos ambientales y su materialización es el resultado de la construcción social del riesgo, mediante la gestación en unos casos de la vulnerabilidad y en otros casos de amenazas o de ambas circunstancias simultáneamente…” y en términos generales de la irracionalidad de una “cultura” engendrada por la modernidad.22 La necesidad de un enfoque holístico del riesgo y la dialéctica peligro – vulnerabilidad argumentada por Maykrey (1998) y Cardona y Barbat (2000), permiten afirmar que el marco adecuado para 22 Afirma Morin (1999:32) que, “Nuestra civilización, nacida en Occidente, soltando sus amarras con el pasado, creía dirigirse hacia un futuro de progreso infinito que estaba movido por los progresos conjuntos de la ciencia, la razón, la historia, la economía, la democracia. Ya hemos aprendido con Hiroshima que la ciencia es ambivalente; hemos visto a la razón retroceder y al delirio stalinista tomar la máscara de la razón histórica; hemos visto que no había leyes en la Historia que guiaran irresistiblemente hacia un porvenir radiante; hemos visto que el triunfo de la democracia definitivamente no estaba asegurado en ninguna parte; hemos visto que el desarrollo industrial podía causar estragos culturales y poluciones mortíferas; hemos visto que la civilización del bienestar podía producir al mismo tiempo malestar. Si la modernidad se define como fe incondicional en el progreso, en la técnica, en la ciencia, en el desarrollo económico, entonces esta modernidad está muerta” �abordar desde la perspectiva filosófica el riesgo de desastres lo constituye la relación naturaleza cultura – desarrollo al considerar que la sociedad y su cultura frente a la naturaleza configuran tanto la vulnerabilidad como los peligros presentes y futuros a partir de los modelos de desarrollo hasta ahora concebidos. 1.3 La relación naturaleza - cultura – desarrollo desde una perspectiva filosófica La relación naturaleza – sociedad y las diversas formas que esta asume expresan en cada momento histórico el grado de cultura generado por el hombre. Más allá del debate académico el reto ineludible para las culturas del siglo XXI en general, está dado, sin duda alguna, no sólo en la comprensión teórica de la relación naturaleza - cultura – desarrollo sino de una manera especial, en los modelos de valoración e intervención con los que puedan ser manejados los impactos ocasionados. Abordar la dinámica de la relación naturaleza - cultura – desarrollo presupone necesariamente la reflexión en torno a la relación naturaleza – sociedad así como la reflexión sobre la cultura y sus especificidades como categoría imprescindible para el estudio de los fenómenos sociales. La actitud asumida por el hombre ante la naturaleza condiciona en el pensamiento filosófico, desde la antigüedad hasta nuestros días, diferentes visiones sobre cada uno de estos conceptos y sobre sus nexos en particular. En principio, el problema de las interrelaciones entre la sociedad y la naturaleza para la dialéctica materialista, parte de cuatro ideas esenciales según Kelle y Kovalzon (1985:251): • El medio ambiente geográfico y la población siempre fueron y siempre serán, condiciones naturales – materiales imprescindibles para la vida de la sociedad. • Estas condiciones influyen sobre la marcha de la historia y el ritmo de desarrollo (...) • La sociedad a su turno, ejerce una influencia inversa sobre la naturaleza, transformándola, pudiendo esta influencia tener tanto resultados positivos como negativos; para su propio desarrollo. • Las condiciones geográficas y demográficas, no determinan el desarrollo de la sociedad. Históricamente todas las formas de organización social parten del medio geográfico y la población como premisas materiales de su existencia, no obstante es preciso significar el hecho de que el hombre en su actividad práctica elabora instrumentos de trabajo con los que modifica gradualmente a la naturaleza y a su propio ser. Se ha dicho por Rodríguez (1989) que el concepto filosófico de Cultura abarca todo lo sujeto a la elaboración y a la actividad creadora de los hombres para destacar el carácter creador de la misma y la existencia de una segunda naturaleza generada por la actividad del hombre, sin embargo es conveniente tener en cuenta que toda cultura transcurre sobre un medio biofísico y que necesariamente la cultura incorpora la base biológica sobre la que descansa, lo que no significa que �carezca de especificidades en tanto constituye un aspecto cualitativo de la sociedad y de los fenómenos que en ella tienen lugar, así como del nivel de desarrollo histórico alcanzado por el hombre. Según (Rodríguez, 1989:231), “…la cultura constituye un aspecto cualitativo de la sociedad y de los fenómenos sociales, aquel aspecto que mide su nivel de perfeccionamiento y desarrollo (…). El estado cualitativo de la sociedad se expresa concretamente en el nivel alcanzado por la sociedad en el desarrollo de sus fuerzas productivas, de sus relaciones sociales, de la producción material y espiritual (…). Es por eso que al relacionar la cultura con la naturaleza se capta el nivel de desarrollo y progreso de la sociedad humana, esto es, el grado de humanización de la naturaleza y del propio hombre…” Desde una aproximación filosófica se subraya la idea de la cultura como creación humana en tanto conjunto de realizaciones materiales y espirituales en las que se objetiva la multifacética actividad humana, por lo que comprende los saberes, destrezas, procedimientos, modos de actuación y resultados que se obtienen en el proceso de transformación de la realidad por el hombre. La cultura es una forma de adaptación y asimilación de entornos, que permite a las sociedades mantener cierto equilibrio con el medio externo a través de la técnica, la organización social y en el cual, el medio ambiente es la premisa necesaria, como substrato de la existencia y actuación humana. Estas ideas, aparecen en las obras de Carlos Marx y de Federico Engels. En el Capítulo V de su obra cumbre Marx (1983:139) señala: “El trabajo es, en primer término, un proceso entre la naturaleza y el hombre, proceso en que éste regula y controla mediante su propia acción su intercambio de materias con la naturaleza (…) Y a la par que (...) actúa sobre la naturaleza exterior a él y la transforma, transforma su propia naturaleza, desarrollando las potencias que dormitan en él…”. Igual importancia tiene en el análisis filosófico de la relación naturaleza – cultura -desarrollo la siguiente idea expuesta por Marx (1983:141) “…lo que distingue a las épocas económicas unas de otras no es lo que se hace, sino el cómo se hace. Los instrumentos de trabajo no son sólo el barómetro indicador del desarrollo de la fuerza de trabajo del hombre, sino el exponente de las condiciones sociales en que se trabaja…” Las tesis de Marx antes citadas resultan de significativa importancia para establecer las diferentes etapas históricas en la relación naturaleza – sociedad atendiendo al desarrollo de la actividad práctica y de las fuerzas productivas, significando con ello además, que el acto de creación de �instrumentos de trabajo y las condiciones en las que se trabaja son también indicadores del desarrollo cultural alcanzado. Al abordar desde el marxismo la relación naturaleza - sociedad es posible identificar tres grandes etapas, según Kelle y Kovalzon (1985): 1. La Revolución Neolítica: ligada al surgimiento de la agricultura y el paso de la economía apropiadora a la economía productora. 2. La Revolución Industrial: que marca el paso del trabajo artesanal al trabajo maquinizado, y la creación de la industria. 3. La Revolución Científico – Técnica: apoyada en la producción automatizada. La etapas en la relación naturaleza sociedad antes expuestas son también etapas en el desarrollo de la cultura humana al enmarcase estas en revoluciones tecnológicas, que expresan en su esencia el desarrollo alcanzado por la humanidad. De obligada referencia en el análisis de esta problemática es Ribeiro (1992) al escoger este autor a la tecnología y su desarrollo como criterio básico para el análisis de la evolución sociocultural subrayando la idea de que las sociedades humanas pueden explicarse en términos de una sucesión de revoluciones tecnológicas y procesos civilizatorios mediante los cuales la mayoría de los hombres pasan de una condición generalizada de cazadores y recolectores a otros modos, más uniformes que diferenciados. Estos modos diferenciados de ser, apunta Ribeiro, aunque varíen ampliamente en sus contenidos culturales, no lo hacen de manera arbitraria porque se enmarcan en tres tipos de requerimientos. Estos requerimientos son para Riveiro (1992:7- 8) los siguientes “…Primero, el carácter acumulativo del proceso tecnológico que se desarrolla a partir de formas más elementales hacia las formas más complejas, de acuerdo con una secuencia irreversible. Segundo, las relaciones recíprocas entre el equipamiento tecnológico empleado por una sociedad en su acción sobre la naturaleza para producir bienes y la magnitud de su población, la forma de organización de las relaciones internas entre sus miembros con otras sociedades. Tercero, la interacción entre los esfuerzos por controlar la naturaleza y ordenar las relaciones humanas, y la cultura, entendida ésta como el patrimonio simbólico de los patrones de pensamiento y conocimientos que se manifiestan, materialmente, en los objetos y bienes, en particular mediante la conducta social; e, ideológicamente, mediante la comunicación simbólica y la formulación de la experiencia social en sistemas de conocimientos, creencias y valores”. El estudio realizado por Ribeiro (1992) es importante porque demuestra que el desarrollo de las sociedades y de las culturas está regido por un principio orientador basado en el desarrollo �acumulativo de la tecnología productiva y militar; que a ciertos avances en esta línea progresiva corresponden cambios cualitativos de carácter radical que permiten distinguirlos como etapas o fase de la evolución sociocultural. Resulta interesante la idea aportada por este autor en cuanto a la evolución sociocultural como movimiento histórico de cambio de los modos de ser y vivir de los grupos humanos sobre sociedades concretas con base en el desarrollo tecnológico. La relación tecnología – sociedad según Arana y Valdés (1999) pasa a través de la cultura existente y por tanto, por sus valores, destacando la idea de que la tecnología es un fenómeno cultural y de transformación social. Si la tecnología es un hecho cultural, su práctica es la actividad de asimilación o de inclusión de los resultados de la cultura en la sociedad, lo que condiciona la estabilización y desestabilización de los sistemas culturales. Ninguna cultura es totalmente estable e inamovible. Toda cultura produce innovaciones culturales que se traducen en nuevos artefactos y técnicas que emergen en los diferentes entornos materiales, simbólicos, sociales o naturales. Existen diversos procesos de innovación, ellos pueden surgir dentro de una misma cultura como el resultado de la producción interna de algunos agentes o de la apropiación de innovaciones ajenas y pertenecientes a otras culturas, o más bien de la imposición de técnicas debida a otros agentes externos. Posteriormente se producen los procesos de aceptación, apropiación o rechazo. Estos procesos producen lo que se llaman "cambios culturales". Los "cambios culturales" implican la producción de innovaciones en la forma de nuevas técnicas y artefactos, estas nuevas técnicas y artefactos pueden transformar el medio cultural e impactar en el sistema cultural establecido, también pueden desestabilizar sistemas culturales tradicionales, cancelando sus recursos como en el caso del colonialismo según (Audefroy, 2007), quien refiere como ejemplos, el caso de la falta de agua en algunas comunidades, o las intensas sequías del final del siglo XIX que impactaron desastrosamente a las sociedades de la India, China y Brasil. Son importantes en igual sentido, las valoraciones de Pacey (1990) porque si bien el desarrollo es impensable sin la tecnología, abrigar la esperanza de una solución técnica que no incluya medidas culturales y sociales, es moverse en un terreno ilusorio. Resultan valiosas las ideas de este autor en torno a la no neutralidad de la tecnología dada la necesidad de tomar en consideración todo el conjunto de actividades humanas que rodean a la máquina y que incluyen los usos prácticos y sus funciones como símbolos de poder, entre otros, tal análisis conduce a valorar a la tecnología como parte de la vida y no como simple artefacto, pues la tecnología no actúa independientemente de los propósitos humanos y de los valores de quienes generan, aplican o toman decisiones de carácter tecnológico. �Un análisis interesante presenta Miranda (1997) sobre los elementos mediadores de la relación medioambiente y desarrollo en el contexto de la relación naturaleza – cultura - desarrollo al destacar en primer lugar que la mediación constituye un modo de realización y solución de las contradicciones de la realidad y que los elementos mediadores son justamente aquellos que posibilitan neutralizar y ablandar la oposición incluyendo en el análisis tres grupos de elementos: los de carácter operativo, direccionador y evaluador. En el primer grupo de elementos Miranda (1997) ubica a aquellos que permiten que la relación se desarrolle, incluyen por su grado de esencialidad el elemento cultural y en él al conjunto de técnicas y tecnologías que median la relación sociedad - naturaleza a través del proceso de trabajo. Es útil para la realización de esta investigación la consideración hecha también por Miranda (1997) sobre lo ambiental como un problema del desarrollo social, y a su vez como un problema de naturaleza cultural lo que resulta de gran valor para la búsqueda de soluciones prácticas frente a la problemática de los desastres. Para Delgado (2007:101) el análisis de lo ambiental con una visión integradora hace posible conceptuarlo de una manera nueva, “… la médula del asunto no está en que el hombre dañe a la naturaleza. Ella radica en que el hombre, desde sus valores – entre los que está incluido el conocimiento -, se ha enfrascado desde hace mucho tiempo en un modelo cultural de producción de entorno destructivo…” La problemática ambiental se sitúa no en sus efectos, sino en el centro mismo de la actividad humana, actividad que adopta disímiles formas en diferentes contextos culturales por lo que expresa en todos ellos el sistema de valores de los individuos y de las clases sociales que ejercen el poder, cuestiones que permiten comprender la verdadera naturaleza de los desastres, incluso de aquellos que aparentemente son “naturales”. La perspectiva dialéctica materialista que aporta el marxismo permite comprender y explicar las complejidades subyacentes en la relación naturaleza – cultura - desarrollo. “…Nada, en la naturaleza, ocurre de un modo aislado. Cada cosa repercute en la otra, y a la inversa, y lo que muchas veces impide a nuestros naturalistas ver claro en los procesos más simples es precisamente el no tomar en consideración este movimiento y esta interdependencia universales…” (Engels, 1979:149-150) Fidel Castro expuso al analizar las causas y manifestaciones actuales de la relación naturaleza – cultura - desarrollo en el “Mensaje a la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo” la multiplicidad de elementos que confirman la agresión destructiva que hoy genera el hombre, cuando afirmó “…jamás en la historia del hombre se había producido una agresión tan �generalizada y destructiva contra el equilibrio de todos los sistemas vitales del planeta. En el mundo subdesarrollado, son el propio subdesarrollo y la pobreza los factores principales que multiplican hoy la presión que se ejerce sobre el medio natural. La sobreexplotación a que se someten las tierras de cultivo o pastoreo, las prácticas agrícolas inadecuadas, la carencia de recursos financieros y técnicos, acumulan sus nocivos efectos sobre los de factores climáticos adversos…” (Castro, 1992:1) Al valorar el deterioro del medio desde una perspectiva histórica (Castro, 1992:2) señaló “…en sentido general, los mayores daños al ecosistema global han sido ocasionados como consecuencia de los patrones de desarrollo seguidos por los países más industrializados. Por su parte, las condiciones de pobreza en que vive la inmensa mayoría de la población mundial generan también severas afectaciones al medio y originan un enajenante círculo vicioso entre subdesarrollo y pobreza, por un lado, y deterioro ambiental, por el otro...” Plantear entonces una interpretación consecuente de la relación naturaleza – cultura – desarrollo en el mundo actual, consideramos debe partir del reconocimiento de que el subdesarrollo es consecuencia del orden económico internacional que se vale de los mecanismos del endeudamiento, la injusta división internacional del trabajo, el proteccionismo comercial y el manejo de los flujos financieros para profundizar la explotación de los países subdesarrollados y, por tanto, la consiguiente depredación ecológica resultante de esa situación, como analiza Castro (1992). Si bien el concepto de desarrollo es un concepto de larga evolución vinculado fundamentalmente a la teoría económica, a partir de 1990 cobra auge el concepto de “desarrollo humano” en estrecha relación con la concepción del desarrollo sostenible, según puede constatarse en el “Informe sobre Desarrollo Humano elaborado por el Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo en 1990”. Según la concepción de “desarrollo humano” del PNUD, el ser humano pasa a ser considerado como motor a la vez que objeto del desarrollo y por tanto se le atribuye la posibilidad y necesidad de participar activamente en los procesos de ampliación de sus propias oportunidades económicas y políticas. “… El desarrollo humano es un proceso mediante el cual se amplían las oportunidades de los individuos, las más importantes de las cuales son, una vida prolongada y saludable, acceso a la educación y el disfrute de un nivel de vida decente. Otras oportunidades incluyen la libertad política, la garantía de los derechos humanos y el respeto a sí mismo”.23 (PNUD, 1990:33) Tomando en consideración las ideas antes expuestas y las manifestaciones resultantes del desequilibrio actual en la relación naturaleza – cultura – desarrollo, la ciencia deberá hoy más que 23 PNUD. Informe sobre el desarrollo humano1990 [en línea]. [Consultado: 27/02/2007] Disponible en: http://pnud.sc17.info/files/InfoMundiales/IDH%201990.pdf �nunca examinar los problemas desde perspectivas diferentes y buscar explicaciones de carácter crítico tanto a los fenómenos naturales como sociales. Así, en opinión de Vessuri (2008), la “ciencia de la sostenibilidad”, emerge como nuevo paradigma de investigación y respuesta prometedora a los esfuerzos que se vienen realizando para incorporar la ciencia y la tecnología a la agenda del desarrollo, orientando la ciencia y la tecnología hacia el desarrollo sostenible. De manera que según Vessuri, (2008:26), “…la transición al desarrollo sostenible aparece como el más reciente giro en la agenda del desarrollo, por cuanto este implica atender los problemas sociales, económicos y ambientales, reduciendo el hambre, la pobreza y la inequidad, a la vez que mantiene la biodiversidad y los sistemas de soporte de la vida en el planeta…”. Soluciones a la problemática antes abordada obligan a cruzar las fronteras disciplinarias y a establecer un vínculo cada vez mayor entre las ciencias naturales y las ciencias sociales, propiciando el entrecruzamiento de métodos y perspectivas diferentes con la finalidad de lograr la comprensión y solución de los problemas socioambientales. Para tales cuestiones resulta útil la filosofía en su giro “naturalista” asumida en la presente investigación. La problemática del riesgo y el desastre, requiere de un abordaje inter y transdisciplinario al constituir un problema ambiental y por consiguiente manifestación concreta de la relación naturaleza – cultura – desarrollo. 1.4 El desastre en el contexto de la relación naturaleza – cultura – desarrollo La cuestión de los desastres ilustra la relación naturaleza- cultura - desarrollo. Un desastre, no es un sismo o huracán, sino los efectos que éstos producen en la sociedad como resultado de las carencias e insuficiencias de sus diferentes estados cualitativos de desarrollo como afirma Lavell (2000:6) “…los eventos físicos son evidentemente necesarios y un prerrequisito para que sucedan los desastres, pero no son suficientes en sí para que se materialicen. Debe haber una sociedad o un subconjunto de la sociedad vulnerable a sus impactos; una sociedad que por su forma particular de desarrollo infraestructural, productivo, territorial, institucional, cultural, político, ambiental y social, resulte incapacitada para absorber o recuperarse autónomamente de los impactos de los eventos físicos externos”. El riesgo solamente puede existir al concurrir un peligro o amenaza, con determinadas condiciones de vulnerabilidad. El riesgo se crea en la interacción de peligros o amenazas con la vulnerabilidad, en un espacio y tiempo particular dado. De hecho, peligros y vulnerabilidades son mutuamente condicionados o creados. No puede existir un peligro sin la existencia de una sociedad vulnerable y viceversa. En opinión de Lavell (s.f.:4) “…un evento físico de la magnitud o intensidad que sea no �puede causar un daño social si no hay elementos de la sociedad expuestos a sus efectos. De la misma manera hablar de la existencia de vulnerabilidad o condiciones inseguras de existencia es solamente posible con referencia a la presencia de una amenaza particular”. Al subrayar la idea de que no existe peligro sin vulnerabilidad, y viceversa, y que la relación entre ambos factores es dialéctica y dinámica, cambiante y cambiable se tiene en consideración que los peligros se deben, tanto a la dinámica de la naturaleza, como a la dinámica de la sociedad y constituyen expresión del desarrollo de la sociedad y su cultura frente a la naturaleza. Federico Engels (1974a:90) al describir el proceso de generación de lo que hoy se conoce como construcción de vulnerabilidades sociales, legó una vívida imagen de la ciudad de Manchester cuando en aquella época y como resultado de las transformaciones industriales que tenían lugar escribió, “…abajo fluye, o más bien se estanca el Irk, riachuelo oscuro como el pez y de olor nauseabundo, lleno de inmundicias (…) Río arriba desde el puente, se levantan grandes tenerías, más allá tintorerías, fábricas de carbón de huesos y fábricas de gas, cuyas aguas usadas y desperdicios terminan todos en el Irk que recibe además el contenido de las cloacas y retretes que allí desaguan”. Engels consideró la importancia del conocimiento de las leyes de la naturaleza, pues ello, coloca al hombre en condiciones de prever las repercusiones próximas y remotas de sus ingerencias en la naturaleza misma, “…y cuanto más esto ocurra, más volverán los hombres, no solamente a sentirse, sino a saberse parte integrante de la naturaleza y más imposible se nos revelará esa absurda y antinatural representación de un antagonismo entre el espíritu y la materia, el hombre y la naturaleza…”. (Engels, 1979:152) Para Engels (1979) es necesaria la experiencia, el acopio y la investigación de material histórico que permita ver con claridad las consecuencias sociales indirectas y lejanas de la actividad productiva de los hombres, para lo cual no basta el conocimiento sino que se necesita además transformar el régimen de producción y el orden social que caracteriza a la sociedad industrializada. Engels (1979:151-152) ofrece un esclarecedor análisis sobre las consecuencias no siempre previstas y calculadas de la actividad humana en los diferentes ecosistemas cuando plantea “…quienes desmontaron los bosques de Mesopotamia, Grecia, el Asia Menor y otras regiones para obtener tierras roturables no soñaban con que, al hacerlo, echaban las bases para el estado de desolación en que actualmente se hallan dichos países, ya que al talar los bosques, acababan con los centros de condensación y almacenamiento de la humedad. Los italianos de los Alpes que destrozaron en la vertiente meridional los bosques de pinos (…) no sospechaban que con ello, mataban de raíz la industria lechera en sus valles, y aún menos podían sospechar que, al proceder así, privaban a sus �arroyos de montaña de agua durante la mayor parte del año (…) Los introductores de la patata en Europa no podían saber que, con el tubérculo farináceo, propagaban también la enfermedad de la escrofulosis. Y, de la misma o parecida manera, todo nos recuerda a cada paso que el hombre no domina, ni mucho menos, la naturaleza a la manera que un conquistador domina un pueblo extranjero, (…) sino que formamos parte de ella con nuestra carne, nuestra sangre y nuestro cerebro…” Cambios como los que apunta Engels, encuentran expresión en las denominadas amenazas “socionaturales”, en opinión de Lavell (2005a), considerando que las mismas, comprenden amenazas que toman la forma de “naturales” porque de hecho, se construyen sobre elementos de la naturaleza. Sin embargo, su concreción es producto de la intervención humana en los ecosistemas y ambientes naturales, pues se producen en la intersección de la sociedad con la naturaleza. Así por ejemplo para Lavell (2005b), la destrucción de cuencas y la deforestación contribuyen en ciertos casos a un aumento en la incidencia e intensidad de inundaciones, deslizamientos y sequías; la urbanización sin infraestructuras adecuadas para el drenaje pluvial cambia el equilibrio del ecosistema local, generando inundaciones urbanas; el corte de manglares en las costas contribuye a la erosión costera y al impacto negativo de las tormentas y huracanes fenómenos que se incrementan en los países subdesarrollados. Luego, la vulnerabilidad es un componente estructural de los modelos de desarrollo imperantes por lo que sin cambios fundamentales en estos modelos, es inevitable que los desastres sigan manifestándose. El desastre es entonces el precio a pagar por las ganancias logradas, al seguir un modelo de crecimiento que garantiza la pobreza y vulnerabilidad para muchos y el bienestar para otros en la mayor parte del mundo subdesarrollado, fundamentalmente. Esta concepción tiene la intención de evitar la manipulación ideológica y política en torno a los desastres pues estos no son causa del subdesarrollo aún cuando efectivamente se reconozca el impacto negativo que tienen al hacer retroceder sus indicadores; lo verdaderamente importante está en el análisis de los impactos que el desarrollo experimentado puede haber tenido en la construcción de la vulnerabilidad, las amenazas y el riesgo, que hicieron factible que sucediera un desastre. La opción, por tanto, estaría en ver el desastre como “proceso”, concentrándose en las condiciones sociales y naturales que en su conformación e interacción proveen las condiciones para que los desastres sucedan. Según Lavell (2005a) ello significa tener un profundo conocimiento del tiempo y la historia, del territorio y de la sociedad. La relación entre el riesgo de desastres y el desarrollo es un buen punto de partida para identificar las tendencias macro de la vulnerabilidad socioeconómica. Hasta cierto punto, tanto ésta como la �vulnerabilidad ambiental se determinan por los procesos de desarrollo, y viceversa. Por tal razón, para mejorar la evaluación y análisis del riesgo de desastres y reducir los desastres en general, es indispensable conocer la forma en que los patrones de cambio social y desarrollo determinan el escenario de los desastres que han de producirse en el futuro. La reducción del riesgo de desastres se ha convertido en un requisito indispensable del desarrollo sostenible. Durante sus deliberaciones anuales, la Asamblea General de las Naciones Unidas (ONU) ha venido incluyendo la reducción de desastres en el examen de los temas relacionados con el desarrollo sostenible. En la Cumbre Mundial sobre el Desarrollo Sostenible (CMDS), del 2002, se aprobó el Plan de Acción de Johannesburgo, que incluye entre sus objetivos principales para el 2015, la reducción del riesgo y de la vulnerabilidad. Un incentivo importante para considerar la necesidad de la investigación sobre el riesgo de desastre proviene del deseo de trabajar en función del cumplimiento de los Objetivos del Milenio los que contienen temas comunes a las políticas en materia de desarrollo y de riesgo de desastres. En la Sección IV de la Declaración del Milenio, titulada “Protección de nuestro entorno común”, se reconoce el riesgo que los desastres significan para el desarrollo. En dicha sección se plantea el objetivo de: “Intensificar la cooperación con miras a reducir el número y los efectos de los desastres provocados por el hombre”. Las sociedades se tornarán resistentes cuando incorporen procesos de adaptación y gestión del riesgo en sus estrategias de desarrollo sostenible. Vista como pilar del desarrollo sostenible, la relación entre los desastres y el sistema cultural es un componente importante de la reducción del riesgo de desastres. Gran parte de los conceptos tradicionales sobre los desastres se basan en la idea de que la naturaleza y la cultura son entes separados sin tener presente que ciertos cambios culturales que ocurren en comunidades con costumbres tradicionales pueden disminuir, por ejemplo, su resiliencia para enfrentar desastres y al mismo tiempo, ciertos desastres pueden acentuar dichos cambios. Las estrategias de reducción de desastres basadas en conceptos de desarrollo sostenible deben ser proactivas y permanentes. Para ser eficaces deben fomentar el compromiso político, la justificación financiera, la sensibilidad ambiental y la sensibilidad cultural. Lo planteado hasta aquí, hace recurrente la reflexión teórica y práctica de la relación naturaleza – cultura – desarrollo, ello se explica porque no hay fenómeno social que no pueda analizarse desde una perspectiva cultural. De ahí que la relación cultura – desarrollo sea abordada por la Conferencia Mundial sobre Políticas Culturales en el año 1982. Posteriormente las ONU declaró el período 1988 -1997 como el Decenio Mundial para el Desarrollo Cultural y encargó a la UNESCO la formación �de una Comisión Mundial de Cultura y Desarrollo. En 1995 y como parte del trabajo de esta Comisión, se publica el Informe “Nuestra Diversidad Creativa”. El informe de referencia considera que la cultura no es ajena a la política de desarrollo ni un simple instrumento para alcanzar el progreso material, es por el contrario una variable fundamental para explicar las distintas pautas del cambio y un factor esencial del desarrollo. Los esfuerzos de la UNESCO por establecer el vínculo entre cultura y desarrollo guardan relación con la crisis de los modelos de desarrollo hasta ahora generados y la crisis ambiental que vive la humanidad y que pone en peligro a corto plazo la existencia misma de la especie humana.24 Y es que como plantea Delgado (2007:90-91) “…el problema ambiental se genera, a partir de la interacción de los elementos - cultura y naturaleza, que al ponerse en contacto práctico, forman una unidad. La transformación resultante – no deseada en sus consecuencias a largo plazo - , es lo que llamamos problema ambiental…”, por lo que como problema no puede ser abordado al margen del hombre y su propia historia incluyendo el nivel de conocimientos alcanzados, las tecnologías generadas y sus modos de vivir y convivir con el entorno, es necesario subrayar aquí una vez más, el papel y el lugar que corresponden en esta problemática a los sistemas socioeconómicos concretos, y a las relaciones de dominación y colonización política y económica impuestas en el mundo desde la llegada de la modernidad. El análisis de lo ambiental desde una perspectiva integradora hace posible conceptualizarlo de una manera nueva y sugiere en consecuencia la necesidad de desarrollar en sus múltiples facetas la Ética Aplicada, por lo que “…la ética ambiental operaría ampliando y adaptando los conceptos de la ética tradicional clásica y tomando asunto de las nuevas informaciones y conocimientos brindados por el avance en biología y ecología…” como propone Valdés (2005a:78). En tal sentido, la cuestión de los valores resulta relevante tanto desde el punto de vista teórico como práctico. Para Fabelo (2003:271) el reto axiológico ante esta problemática viene dado por el hecho de que es el hombre el generador de los principales peligros que amenazan su supervivencia, “…lo mismo el calentamiento global del planeta que los ataques terroristas (….), son como una especie de alaridos de la razón – de la ”razón de la naturaleza” y de la “razón de la humanidad” – ante la encrucijada en la que las ha colocado el propio hombre, guiado por esa otra razón cada vez más ajena a aquellas, la razón instrumental.” 24 UNESCO. Comisión Mundial de la Cultura y del Desarrollo. Nuestra diversidad creativa. Capítulo 8: Cultura y Medio Ambiente [en línea]. [Consultado: 5/2/2002. Disponible en: http://firewall.unesco.org/culture/ development/wccd/chapters/html-sp/chapter 8.htm �Fabelo (2003:11) señala, “... vivimos la paradójica situación de un mundo que dispone de altísimos niveles de desarrollo económico y tecnológico sobre el cual se ciñen, sin embargo, los más amenazantes peligros que haya tenido que enfrentar la humanidad en toda su historia. Peligros que provienen no de fuentes puramente naturales, no de imaginarios ataques extraterrestres, sino – he ahí la paradoja del propio accionar humano. Las catástrofes “naturales” son cada vez menos naturales…” Las valoraciones de Fabelo resultan interesantes para la comprensión del desastre como problema ambiental y por consiguiente del desarrollo ya que guardan estrecha relación con las opiniones de Lavell (2000) quien considera que los desastres son productos de desequilibrios en las relaciones entre la sociedad y su ambiente, por lo que constituyen problemas ambientales de primer orden. CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO I • Los presupuestos filosóficos que explican la relación naturaleza - cultura - desarrollo constituyen el soporte teórico apropiado para la comprensión holística del riesgo y el desastre como fenómenos sociales y culturalmente construidos en el tiempo, al constituir el desastre un fenómeno social complejo y al mismo tiempo un problema ambiental. • Plantear el rediseño de la relación naturaleza - cultura - desarrollo desde una cosmovisión diferente a la enarbolada en la modernidad debe estar dirigida a potenciar cambios en los estilos de desarrollo hasta ahora imperantes y en los cuales la comprensión de la diversidad y de la complejidad así como de la sostenibilidad como paradigma, constituyan invariantes incorporadas a la gestión del riesgo de desastres, si se asume que estos, representan un momento de ruptura y retroceso en el desarrollo. CAPÍTULO II LA PERCEPCIÓN SOCIAL DEL RIESGO DE DESASTRES. ESTUDIO DE CASO El Capítulo se inicia con el análisis de las fortalezas y limitaciones del modelo actual de gestión del riesgo para situaciones de desastres en Cuba, destacando entre sus limitaciones la carencia de estudios sobre la percepción del riesgo y de la cultura de prevención en el nivel local. El estudio de la percepción del peligro y el riesgo en los diferentes actores locales, incluyendo en ellos, a la comunidad, resulta esencial para el desarrollo de una cultura de prevención del desastre adecuada al contexto. �El estudio de caso que se presenta, constituye una crítica desde una perspectiva teórica y metodológica hasta ahora no contemplada al modelo existente en Cuba para la gestión del riesgo de desastres. El estudio de caso es una evidencia empírica que toma en cuenta a la Filosofía de la Ciencia en el giro naturalista, así como la utilidad de los estudios en CTS para el análisis de las limitaciones que en la gestión del riesgo existen en Cuba. El estudio de caso, combina estrategias metodológicas cualitativas y cuantitativas al utilizar la entrevista en profundidad a informantes claves y la entrevista estructurada, por lo que constituye el producto de la triangulación metodológica y teórica realizada. El diseño del estudio empírico que se realiza parte de la experiencia internacional, así como de los estudios realizados en Cuba por el Centro de Investigaciones Psicológicas y Sicológicas del CITMA. Se aplica y enriquece el método psicométrico para evaluar la percepción de la población acerca de los peligros, al incluirse la percepción sobre la vulnerabilidad como componente esencial del riesgo de desastre, validando su utilidad a partir de su aplicación. El estudio de percepción social del riesgo de desastres realizado, inicia con la caracterización de los peligros y vulnerabilidades en el territorio de Moa y la caracterización socioeconómica del Consejo Popular Rolo Monterrey. En el Consejo objeto de estudio se seleccionan cuatro asentamientos que representan desde el punto de vista geográfico y económico toda su diversidad en cuanto al estado de las condiciones de vida (con condiciones favorables, medianamente favorables y desfavorables). 2.1 La gestión del riesgo para situaciones de desastres en Cuba El archipiélago cubano, por su ubicación geográfica, evolución geológica, características tectónicas, clima, relieve y desarrollo socioeconómico, presenta diversas amenazas o peligros naturales, tecnológicos y sanitarios que deben ser analizadas como base para la identificación y tratamiento de las diferentes zonas de riesgo en el país. Para Cuba es necesario reconocer que hay peligros que por su génesis y características, requieren de un análisis y tratamiento específico o diferenciado. Existen peligros que se pueden considerar recurrentes, ya que están presentes cada año y en un período especifico, como los huracanes, depresiones tropicales, penetraciones del mar e intensas sequías, pero se identifican otros, que se pueden clasificar como potenciales (enfermedades que pueden originar epidemias, epizootias, epifitias y plagas cuarentenarias, accidentes catastróficos del transporte, accidentes con sustancias peligrosas, explosiones de gran magnitud, incendios de grandes proporciones en áreas rurales, instalaciones industriales y construcciones sociales, derrumbes de edificaciones, derrames de �hidrocarburos, sísmos, deslizamientos del terreno, ruptura de obras hidráulicas y otros), cuyo pronóstico en el tiempo es impredecible. La Defensa Civil en Cuba, centra la problemática de los desastres y constituye un sistema de medidas defensivas de carácter estatal cuyo objetivo es la protección de la población y la economía nacional en los casos de desastres, así como del deterioro del medio ambiente. El sistema de medidas de Defensa Civil en Cuba, constituye un factor estratégico para la capacidad defensiva del país organizado en todos los territorios cuyas actividades se apoyan en la utilización de los recursos humanos y materiales de los órganos y organismos estatales, las entidades económicas e instituciones sociales. Las medidas de Defensa Civil en Cuba, han mostrado su efectividad frente a los huracanes, ciclones y agresiones biológicas.25 . Su estrategia se sustenta en un marco legal que comprende leyes, decretos leyes y resoluciones ministeriales. A pesar de la frecuencia e intensidad de fenómenos de carácter hidrometeorólogico y a las limitaciones económicas imperantes, Cuba cuenta con fortalezas para el desarrollo de la gestión del riesgo. Estas fortalezas se consideran, según Rodríguez y Pérez (2004:4), las siguientes: • La voluntad política que prioriza la temática • Las sinergias alcanzadas entre instituciones científicas, de ordenamiento territorial, de la vivienda, de defensa civil y universidades • La identificación de políticas, estrategias y medidas para la prevención, mitigación, preparación y respuesta a diversos plazos temporales que incluyen la rehabilitación y reconstrucción ante los desastres • La existencia de leyes, decretos leyes de defensa civil (Ley 75/1994 de la Defensa Civil y Decreto Ley 170/1997 del Sistema de Medidas de Defensa Civil)26 y normas constructivas • La planificación del desarrollo y existencia de un proceso inversionista conciliado con la Defensa Civil 25 • El fortalecimiento de las capacidades institucionales y humanas • La existencia de un sistemas de predicción, monitoreo y vigilancia de las amenazas • La formulación de planes de reducción de desastres • La organización de la población Cuba: Defensa Civil. Organización y Dirección. [en línea]. [Consultado: 13/03/2008]. Disponible en: http://www.cubagob.cu/otras_info/minfar/defcivil/defensa_civil.htm 26 CUBA. Decreto Ley 170 del Sistema de Medidas de Defensa Civil y normas constructivas 1997. Gaceta Oficial de la República de Cuba. La Habana, No. 16, 19 de mayo, 2007. p. 242. Otra no menos importante es: la Ley No.77: Ley de Inversión Extranjera. Gaceta Oficial de la República. La Habana, Año XCIII, No.3, 1995. p. 5-12. �• La información y capitación de la población alcanzados No obstante, frente a estas potencialidades Rodríguez y Pérez (2004:3) señalan entre los aspectos que en la actualidad obstaculizan el desarrollo de la gestión del riesgo, los siguientes: • La baja prioridad brindada al tema en toda su dimensión • La visión tradicional de privilegiar al desastre en el momento de producirse • La falta de asimilación del criterio local y de la participación comunitaria • El carácter de la asistencia técnica, económica y material • El desconocimiento de las funciones de los actores • La rigidez en las normas y leyes existentes • La presencia de diversidad de visiones (no se enfrenta la particularidad del caso, existe falta de participación y diálogo, las soluciones técnico administrativa son generales y no siempre son sostenibles, aspiraciones e intenciones no conjugadas entre lo local y lo externo, no se aprovechan las experiencias locales, entre otros). La visión tradicional de privilegiar al desastre en el momento en que este se produce, como señalan Rodríguez y Pérez (2004), representa una de las limitaciones más serias en materia de gestión para la reducción del riesgo de desastres, y denota insuficiencias en la manera de concebir la prevención, si toma en consideración que la misma, no puede ser ocasional ni parcial, sino permanente e integral para garantizar la seguridad y el desarrollo sostenible de los territorios. Por otra parte, aún cuando la problemática del desastre se incluye en el Capítulo IV de la Estrategia Ambiental Nacional 2007-2010, el epígrafe propuesto se reduce a desastres “naturales”, y los objetivos específicos definidos no rebasan el enfoque propio de las ciencias naturales y técnicas abordados en el Capítulo I de esta tesis; se identifica además “peligro” con “desastre” y este no se asume como un problema ambiental construido en el tiempo. Pudieran considerarse, además, otras insuficiencias, entre ellas: la carencia de estudios sobre las percepciones sobre el riesgo y de la memoria histórica de sus pobladores, así como en términos generales de la cultura sobre riesgos en el nivel local 27 , si tiene en cuenta que priman la concepciones que identifican el desastre con peligros “naturales” entre otras ya abordadas. 27 La gestión de riesgo no puede prescindir de la participación activa y protagónica de los actores afectados, así como de una consideración de las visiones o imaginarios que estos actores tengan del problema que enfrentan, de su prioridad en su agenda cotidiana, y del contexto humano y económico en que se dé, esta idea es desarrollada ampliamente por Cardona (2003a: s.p.) en su artículo ¿Cultura de la prevención? al plantear “… no hay aun una teoría que pueda hacer afirmaciones concluyentes acerca de cómo la población en forma individual o colectiva tiene una lectura del riesgo”. Se puede afirmar que en general los "imaginarios" varían notablemente de un sitio a otro o de una comunidad a otra. Sin embargo, excepto en el caso de personas fatalistas, que leen adversidad incluso en aspectos que no la reflejan, en general se puede decir que existe una aversión instintiva al riesgo, que se traduce en una subestimación o negación implícita de las personas a verse �Es preciso destacar que apoyado en el marco legal antes mencionado y las capacidades institucionales, Cuba, a través del Sistema de Defensa Civil, ha desarrollado, fundamentalmente en los últimos años, instrumentos y herramientas que establecen el carácter obligatorio de los estudios de reducción de riesgo de desastres como uno de los elementos de partida para la elaboración de los planes para la reducción del riesgo de desastres a nivel territorial, a partir de la Directiva No 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional, para la planificación, organización y preparación del país para situaciones de desastre, de junio de 2005. Como documentos rectores en este proceso están la “Guía para la realización de los estudios de riesgos” elaborada por el estado Mayor Nacional de la Defensa Civil, y la “Metodología para la estimación del riesgo” confeccionada por el Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente con la participación de varias instituciones científicas del país. Con ellas cada territorio, organismo, empresa e institución determina su riesgo de desastres y elabora su plan de reducción como resultado del trabajo de un equipo multidisciplinario e intersectorial. Por otra parte, el fortalecimiento de la capacidad de Cuba para el desarrollo de la gestión del riesgo incluye la creación de Centros de Gestión para la Reducción del Riesgo en los municipios de mayor exposición a los peligros naturales y/o tecnológicos del país. En las provincias orientales, y debido a sus particularidades, se encuentran ubicados algunos de estos Centros, uno de ellos en el municipio de Moa, perteneciente a la provincia Holguín. Los Centros de Gestión para la Reducción del Riesgo (CGRR) son un espacio físico con un equipamiento modular designado para facilitar a las autoridades del territorio el manejo de los riesgos de desastres, influyendo directamente en la reducción de las vulnerabilidades y en el fomento de una cultura de prevención de desastres y paralelamente en la preparación de la sociedad para enfrentar los peligros que puedan afectar a la población, los recursos económicos y la infraestructura del territorio. Los CGRR tienen entre sus funciones28: 1. Facilitar la evaluación y reducción del riesgo de desastres en el territorio con la participación de los especialistas de los diferentes sectores del territorio, mediante la evaluación periódica de los indicadores de peligro, vulnerabilidad y riesgo. involucradas en situaciones de peligro. Tal como se mencionó previamente, el riesgo se percibe para los demás y en muchas ocasiones, curiosamente, se rechaza o se minimiza sin fundamento hacia sí mismo; particularmente en relación con las amenazas de la naturaleza.” Estas ideas, sugieren la necesidad del estudio de percepciones sociales del riesgo en los territorios así como de la gestión del conocimiento para disminuir los niveles de vulnerabilidad existentes y garantizar en mayor medida la seguridad y calidad de vida de población. 28 Cuba: Aspectos a tener en cuenta para la creación y el funcionamiento de los centros de gestión para la reducción de los riesgos. [Documento digital]. Moa: CGRR. 12 p. [Consultado: 14/06/2007]. �2. Apoyar con el equipamiento y la información disponible al Centro de Dirección del Consejo de Defensa Provincial (Municipal) durante la respuesta y recuperación en situaciones de desastre. 3. Documentar gráficamente las acciones de reducción de desastres que se realicen en el territorio. 4. Contribuir con la preparación de las diferentes categorías de personal y para la “divulgación de las medidas de reducción de desastres”. El análisis de las funciones actualmente definidas para los CGRR, no incorporan los estudios de percepción de los peligros y riesgos en los diferentes actores locales y el monitoreo de las mismas, no incluyen además, la comunicación del riesgo como actividad sistemática a desarrollar por los diferentes medios de difusión de que dispone el territorio y es aún considerada en términos de “información puntual” y “divulgación de medidas de reducción de desastres”. Sin embargo, en el campo de la Gestión del Riesgo la "comunicación" adquiere un valor sustancial que requiere de una “gestión" cuyo objetivo lo constituya la comprensión y los cambios traducidos en conducta, actitud consciente, y proactividad en los diferentes actores locales, ello demanda además de un enfoque interdisciplinario y participativo como fundamento para la prevención y la reducción de la reducción de la vulnerabilidad. 2.2 La percepción social del riesgo ante situaciones de desastres: consideraciones teóricas y metodológicas La percepción puede ser estudiada desde diversos puntos de vista y, probablemente la consideración de todos ellos sea importante para explicar la misma y evaluar adecuadamente el comportamiento de los individuos ante situaciones de desastres. Las valoraciones de los individuos y grupos difieren frente a un mismo hecho y constituyen un producto de la percepción de quienes viven situaciones concretas de riesgo. Los criterios de valoración que juzgan los propios actos humanos, los fenómenos naturales y sus consecuencias así como la tecnología existente y los riesgos que esta comporta, son portadores de sentido y significación relativa al enmarcarse en condiciones históricas y sociales diferentes e incluso hasta contradictorias. En la concepción dialéctica del conocimiento y de la teoría leninista del reflejo, la percepción constituye el reflejo concreto sensorial de la realidad, siendo el primer escalón del conocimiento sobre el cual se levanta el reflejo del mundo en su forma abstracta, lógica y teórica, en tal sentido aparece como el eslabón inicial del procesamiento de la información por parte del individuo. (Lenin, 1983). Es según Bello y Casales (2005:187), “… un proceso activo, histórico y de carácter objetal”. �El carácter histórico de la percepción, según Bello y Casales (2005), viene dado en el hecho de que representa, como proceso, un aprendizaje social atendiendo al lugar que ocupa el individuo en el sistema de relaciones sociales en el que se desarrolla, y su carácter objetal se expresa en la racionalidad, dada en la categorización del objeto percibido y la designación del mismo por medio de la palabra, lo que adquiere especial importancia para el proceso de gestión y comunicación de riesgos. Considerada la percepción por Vielichkosky B.; V. Zinchenko; A. Luria (1982) como un proceso activo, esta puede ser comprendida como el conjunto de procesos que garantizan el reflejo subjetivo, parcial y, al mismo tiempo, adecuado de la realidad. Es el proceso mediante el cual se forma la imagen de la realidad, se corrige y se comprueba. La percepción es el proceso activo mediante el cual el individuo adquiere información sobre el ambiente que le rodea. La actividad perceptiva construye representaciones estables del ambiente a partir de patrones característicos de actividad neuronal en el cerebro, y facilita la supervivencia del individuo en su entorno a través de dos vías: dotando de contenidos al resto de actividades cognitivas y guiando las acciones del individuo. La percepción es un proceso cognitivo, de carácter espontáneo e inmediato, que permite realizar estimaciones o juicios más o menos básicos, acerca de situaciones, personas u objetos, en función de la información que inicialmente selecciona y posteriormente procesa la persona (Pastor, 2000). Sin embargo, pueden aparecer factores de diversa índole que alteren la percepción de una situación, provocando que las inferencias perceptivas de unas personas difícilmente coincidan con las de otras. Por lo que, a la hora de hablar de riesgo es inevitable tomar a las personas como seres cognitivos que buscan y procesan racionalmente la información, en tal sentido fue significativo el desarrollo de la psicología, y en ella, de los estudios cognitivistas de los años 1960 y 1970. Este proceso, marcó pautas para el desarrollo de la filosofía “naturalizada.” Ambrogi (1999:22) reconoce que “…tanta importancia como los cambios en los argumentos filosóficos para el retorno al naturalismo en epistemología, tuvieron los cambios experimentados en la psicología, en particular los estudios cognitivistas de los años 1960 y 1970 pues ellos dieron a los epistemólogos la terminología y recursos necesarios para ir más allá de la mera referencia a mecanismos psicológicos y proponer programas con especulaciones detalladas sobre tales mecanismos...”. Según Ambrogi (1999:23): “…el retorno al naturalismo en epistemología - con la reintroducción de la psicología - fue un paso decisivo para la naturalización de la Filosofía de la Ciencia, sin embargo no fue este el único como tampoco fue la Psicología la única Ciencia �Cognitiva que participó en él (…) aunque apelar a la psicología se ha transformado en un ingrediente usual del trabajo filosófico actual”. La investigación que se presenta, asume la utilidad del enfoque psicométrico proveniente de la psicología cognitiva para el estudio de la percepción social de los peligros. Sobre la base de los procesos sociopsicológicos Hollander (1967) explica la existencia de fenómenos tales como la historicidad, donde el constante registro de información puede provocar modificaciones en la idea inicial del riesgo a partir de nuevas experiencias. El autor remarca la naturaleza multivariable de la percepción como producto de variables sociales, y explica la adaptabilidad al riesgo como consecuencia de la cotidiana exposición y carencia de información novedosa. El riesgo es entonces difícilmente entendible fuera del contexto geográfico, dado que se produce y se modifica conforme se interviene en el espacio. En este sentido, las vivencias colectivas del riesgo son en parte derivadas del mosaico de riesgos que conforman el escenario local. El término “mosaico del riesgo” aportado por Cutter (1996) refiere el conjunto de peligros distribuidos en un lugar, por lo que representan el paisaje de amenazas o “hazardscape”. La autora sugiere entender el riesgo a partir de la vulnerabilidad local constituida por los peligros, el tejido social y el contexto geográfico. La aceptabilidad de los riesgos depende de la percepción que se tenga de los riesgos provenientes de las tecnologías así como de los posibles beneficios que pueden reportar estas. Para comprender las causas de algunos comportamientos de riesgo y la razón por la que algunas intervenciones son más aceptables y eficaces que otras hay que considerar tanto los riesgos como los beneficios. Es primordial además, prestar atención a los factores sociales, culturales y económicos para saber cómo percibe y comprende una persona los riesgos que corre. Análogamente, los factores estructurales pueden influir en la adopción de una u otra política de control de un riesgo dado y en el impacto final de las intervenciones destinadas a prevenir los factores de riesgo. La prevención de los riesgos deberá planificarse en el contexto de la sociedad local. La definición propuesta por Pidgeon et al. (1992) en la segunda revisión de la Royal Society sobre este campo de estudio, resulta precisa. A la luz de esta definición, enfoque que esta tesis comparte y defiende, el estudio de la percepción del riesgo desde la perspectiva de las ciencias sociales supone el estudio de las creencias, actitudes, juicios y sentimientos, así como el de los valores y disposiciones sociales y culturales más amplios que las personas adoptan frente a las fuentes de peligro. �Puy (1995), considera que la mayoría de los estudios desarrollados sobre la percepción del riesgo, adolecen de un interés real por incorporar a los modelos de percepción del riesgo factores de tipo social, cultural y/o contextual. Los primeros acercamientos a este campo de estudio asumían, según la autora, que la percepción del riesgo se podía entender como una mera percepción física de estímulos "objetivos", sólo recientemente se ha venido a considerar el riesgo como una construcción social, de ahí que, si tanto el contenido como el proceso de esa percepción son de naturaleza social, de lo que se trata no es de una simple percepción física, sino de una percepción social. Los resultados y conclusiones de los trabajos abordados por Puy (1995) sirven para poner de relieve el alto grado de subjetividad de los juicios sobre el riesgo, y la tremenda complejidad de un fenómeno que puede ser en parte explicado por las características de los riesgos, pero no de forma exclusiva, sino que también esta vinculado a las características socioculturales del sujeto que "percibe", y del contexto en el que se producen y expresan esos juicios perceptivos. Se admite por lo general que antes de interpretar los riesgos y de planear cualquier tipo de comunicación o intervención, deben comprenderse bien las percepciones básicas de la gente y sus marcos de referencia. No se puede dar por supuesto que el público general piensa en los términos y con las categorías mentales adoptados sistemáticamente por los profesionales y otros expertos en riesgos. Aunque evidente, éste es un error común al formular estrategias de intervención. La línea divisoria entre “los expertos” y “el público” no es tan nítida como puede parecer a primera vista. El público general se compone de diferentes segmentos y cada uno de esos segmentos puede tener percepciones y marcos de referencia válidos y diferentes para riesgos similares. Así pues, las estimaciones numéricas de los riesgos y de sus consecuencias, presentadas en términos científicos sobre la base de la evaluación de esos riesgos, deben comunicarse con cautela. La información sobre los riesgos y las vías para su prevención puede ser comunicada por profesionales de alto nivel y reconocido prestigio, ellos pueden ayudar a crear la atmósfera de confianza que debe existir entre todas las partes interesadas para poder adoptar intervenciones y llevarlas a cabo con éxito. �2.2.1 Los estudios sobre percepción social del riesgo: el enfoque psicométrico La corriente más prolífica de estudios sobre percepción del riesgo, afirma Espluga (2002), desde finales de los años 70 del siglo XX, proviene de la psicología cognitiva29, concretamente del enfoque psicométrico (representado por Slovic, Fischhoff, y otros investigadores del Decision Research Oregon). El paradigma o enfoque psicométrico tiene por función: 1) Traducir los conceptos teóricos a indicadores mediante la operacionalización de constructos. 2) Aportar una lógica que posibilita la construcción de técnicas que evalúen rasgos psicológicos, psicosociales o ambientales de los sujetos. 3) Facilitar la articulación entre el discurso teórico y la aplicación práctica de los fenómenos psicológicos.30 Según el paradigma psicométrico, se considera que la comprensión intuitiva del riesgo es un concepto multidimensional que no puede reducirse a un simple producto de probabilidades y consecuencias, sino que hay que integrar otros factores relacionados con todos los efectos indeseables que la gente asocia con una causa específica. En este sentido, las divergencias entre la percepción del público y la de los expertos no se deben sólo a la ignorancia de las magnitudes del riesgo definidas por los científicos, sino que hay otros elementos que las personas tienen en cuenta y que los expertos en ocasiones ignoran. Los primeros trabajos sobre percepción del riesgo según Espluga (2002) intentaban descubrir los sesgos cognitivos que la gente tenía sobre los riesgos originados por ciertas tecnologías. Se pensó que una vez conocidos dichos sesgos cognitivos se podrían poner en práctica estrategias informativas y formativas para que aquellas personas “equivocadas” acercaran su percepción a las definiciones del riesgo realizadas por los expertos y aceptarán aquellas tecnologías o actividades. Hay un cierto consenso entre la bibliografía, plantea Espluga (2002), en considerar que el debate sobre la aceptabilidad de los riesgos se inicia con un artículo de Starr (1969), quien basándose en las “preferencias implícitas” de los individuos, supuso que mediante un balance de daños y beneficios éstos son capaces de determinar hasta qué punto aceptan un riesgo. Sin embargo, con posterioridad se conoce que son muchos los parámetros que pueden usarse para caracterizar al riesgo y las 29 Para León y Montero (1995:39) “…la Psicología cognitiva surge como alternativa a la concepción conductista de la mente como caja negra inaccesible. Es difícil atribuir su aparición a un único autor, pero sí parece claro que su inicio coincide con la aparición y desarrollo de los ordenadores. El funcionamiento de estas máquinas sirve como metáfora al investigador para explorar el funcionamiento de los procesos cognitivos internos”. 30 Métodos psicométricos "Programa de estudio”– curso 2003. [en línea]. [Consultado: 22/01/2007]. Disponible en: http://www.psicologia.unt.edu.ar/programas03/mpsicometricos2003.doc �percepciones sobre el mismo, por lo que su aceptabilidad no está sólo dada en los beneficios que puedan obtenerse. Puy (1995) considera que a pesar de las limitaciones señaladas al enfoque psicométrico (tales como su carácter predominantemente descriptivo, sus pretensiones de universalidad, y las limitaciones propias de cualquier estudio correlacional), este enfoque debe ser reconocido como una aproximación metodológica útil para tratar de entender algunos de los discursos que subyacen en la percepción social del riesgo de una población, y en este sentido, pueden aplicarse a la hora de establecer un diagnóstico descriptivo que contribuya al diseño de determinadas estrategias de gestión e información sobre un riesgo determinado. El estudio desarrollado por Sjöberg y Drottz-Sjöberg (1994) reseña las percepciones de riesgos radiológicos dentro del marco general de la investigación sobre percepción del riesgo, comentando la importancia y las implicaciones que tiene la elección de la terminología empleada, incluyendo además las múltiples definiciones que se dan de riesgo para la percepción y para la comunicación del mismo. Se describen en este trabajo, los factores esenciales que influyen sobre la evaluación subjetiva del riesgo que se encuentran en la literatura y se ilustra como ellos orientan las distintas reacciones respecto del radón en el interior de edificios y respecto de la precipitación radiactiva causada por accidentes de origen nuclear. También se ejemplifican las diferencias entre las evaluaciones del riesgo realizadas por expertos y por el público, presentándose algunos modelos exitosos sobre percepción y aceptación del riesgo y extrayéndose algunas conclusiones generales de las investigaciones. Según Sjöberg y Drottz-Sjöberg (1994), la percepción del riesgo es un tema de investigación en el que se desarrolla gran actividad y citan en tal sentido la bibliografía publicada por Rormann (1991), las reseñas de Brehmer (1987), Drottz-Sjöberg (1991), y de Sjöberg (1979). Para los autores antes citados, las experiencias, las reacciones y las conductas humanas están guiadas por percepciones subjetivas de la realidad, basadas en información relativamente adecuada, de modo que las percepciones del riesgo están soportadas en experiencias subjetivas y en juicios intuitivos. Resulta oportuna para la investigación que se presenta la consideración de los autores antes mencionados sobre los riesgos como esquemas teóricos estimados o construidos según los diversos contextos, ello subraya la idea de que los juicios intuitivos sobre el riesgo están relacionados tanto con estructuras personales, cognoscitivas, emocionales y de motivación, como con los ambientes sociales, culturales y políticos, cuestión que resulta relevante para la gestión local del riesgo. La percepción del riesgo para Sjöberg y Drottz-Sjöberg (1994) depende del contexto en el que un peligro se convierte en realidad, así como del tipo de peligro de que se trata, y de la persona, o tipo �de personas que emiten el juicio. El número de personas en riesgo de convertirse en víctimas o el número de muertos/heridos provocados por un solo evento son factores importantes, tanto como si las víctimas, o aquellos expuestos al riesgo, estaban o no informados del mismo. La exposición de personas no conocedoras de un cierto riesgo, incluyendo a las futuras generaciones imposibilitadas para influir sobre los acontecimientos actuales, ha sido causa, según los autores, de intensos debates éticos. Es importante, por lo tanto, distinguir entre los contextos normales de riesgos cotidianos y los de riesgos catastróficos, así como de eventos con un impacto inmediato o los de desarrollo lento o demorado. El trabajo de Sjöberg y Drottz-Sjöberg (1994), ofrece una síntesis de los factores generalmente utilizados para explicar la percepción del riesgo, lo que sugiere la idea de abordar la percepción social del riesgo como un fenómeno complejo y multicausal. Tabla 1 (Anexo 2) De significativa importancia para la realización de los estudios de percepción de los peligros son las valoraciones hechas por los autores antes citados, al referir la necesidad de tomar en consideración cuestiones tales como: el miedo, el control que supone el individuo que puede ejercer ante el peligro, el origen de este, la elección de los sujetos, los efectos que pueden generar en la población infantil, la presencia de peligros desconocidos, la posibilidad de ser impactado en lo personal, la confianza en las autoridades e instituciones encargadas de gestionar el riesgo, la conciencia ciudadana en materia de riesgos, la relación costo-beneficio, la memoria histórica, la difusión en el espacio y el tiempo atendiendo a que los eventos raros son percibidos como más riesgosos que los comunes y corrientes así como los efectos en la seguridad personal y en las propiedades personales junto a criterios de equidad y justicia social. El estudio de las reacciones individuales y públicas al riesgo, según los autores citados, intentan mostrar qué cosas preocupan a la gente y sugieren que cuando las percepciones del riesgo estén inadecuadamente correlacionadas con las evaluaciones de los expertos en riesgos, se deberá investigar el tema con mayores detalles, completar o corregir la información faltante y suponer, incluso, que ha sido mal interpretada, o tomar acciones que mejoren el nivel sanitario y de seguridad. Es importante la consideración ofrecida en cuanto a que si bien el público puede carecer del conocimiento apropiado, es también cierto que las evaluaciones del riesgo de los expertos están, a veces, influenciadas por apreciaciones y no sólo por consideraciones reales. Algunos autores, han propuesto listas de factores que pueden estar relacionados con la aceptabilidad del riesgo, así por ejemplo, Vlek y Stallen (1980) como valora Espluga (2002), apuntan a un listado de once categorías (las siete primeras más relacionadas con la decisión individual y las cuatro restantes más generales): �• Voluntariedad de la exposición • Controlabilidad de las consecuencias • Distribución de las consecuencias en el tiempo • Distribución de las consecuencias en el espacio • Contexto de la evaluación de la probabilidad • Contexto de la evaluación de la magnitud del daño • Combinación de la probabilidad y de la gravedad del daño • Conocimiento de la actividad o tecnología (familiaridad) • Condiciones de los individuos • Consideraciones sociales (opinión pública) • Confianza en los expertos / legisladores. Otros autores como Otway (1982), según refiere Espluga (2002), elaboraron otros listados, pero advirtieron que nunca se podría listar un conjunto completo y generalizable ya que dichas características pueden ser cualquier cosa que la gente haya aprendido a asociar con la tecnología o actividad de riesgo, por lo que en cada caso concreto se podrían individuar nuevos factores. En la investigación “Percepción Social de los Riesgos y Gestión de las Emergencias Ambientales”, Puy y Aragonés (1997), presentan los resultados empíricos de una investigación inspirada en el paradigma psicométrico sobre la percepción social de riesgos ambientales en el contexto cultural español. La finalidad de su investigación, es explicar cómo las personas entienden ciertos peligros ambientales a través de diversas dimensiones de juicio, tomando en consideración las diferencias grupales en función de la edad, género y nivel educativo de los participantes, con el objetivo, de explorar además, la influencia de los factores sociales y culturales en los juicios sobre el riesgo. Al ser los individuos proclives a valorar la anticipación de los efectos que puede ocasionar una tecnología o un fenómeno natural, la percepción de riesgos pudiera resultar influenciada por el grado de preparación que los individuos tienen para enfrentar de manera efectiva los peligros y desastres en términos generales, y por lo tanto incidir en las respuestas inadecuadas o no que puedan dar ante el problema real una vez que se presenta. Teniendo en cuenta lo antes dicho, resulta significativo conocer cuáles son los peligros que la población considera como más serios, de forma que las organizaciones, puedan proporcionarles la información y el desarrollo de destrezas necesarias para enfrentar los mismos. Igualmente resulta importante conocer las variables personales y sociales predictoras de los juicios de peligrosidad que los individuos establecen porque conociendo los mismos, es posible establecer, qué condiciones �educativas o de intervención social así como qué tipos de personas son más proclives a percibir diferentes niveles de riesgo en cada contexto. Slovic y Weber (2002:7) consideran que “…una estrategia amplia para estudiar el riesgo percibido es desarrollar una taxonomía para los peligros que puede ser usada para entender las respuestas predictivas del riesgo. Un esquema de taxonomías podría explicar por ejemplo las diferencias entre estas reacciones y las opiniones de los expertos (…) El acercamiento más común a esto lo ha empleado el paradigma psicométrico, numerosos estudios llevados a cabo dentro del mismo han mostrado que el riesgo percibido es cuantificable y predecible y que las técnicas psicométricas pueden ser apropiadas para identificar similitudes y diferencias entre los grupos con respecto a las percepciones de riesgo.” Algo semejante sugiere Espluga (2002), al plantear que el paradigma psicométrico puede contribuir a explicar ciertos comportamientos ante los peligros y que las aportaciones de la teoría cultural ayudan a comprender que cada persona se halla inmersa en una red de relaciones que conforma un grupo social que privilegia unas creencias y unos valores respecto a otros, por lo que diferentes personas pueden percibir y temer a diferentes peligros, no obstante, considera el autor, se debe remarcar la importancia de la perspectiva sociológica ya que abre la puerta a una nueva dimensión para entender el funcionamiento en la práctica de la prevención social de riesgos. En un intento por comprender y explicar los comportamientos y actitudes que las personas tienen o escenifican ante el riesgo, desde las ciencias sociales se han añadido nuevas dimensiones a dicho concepto. Así, Douglas y Wildavsky (1982) citados por Espluga (2002), suponen que las creencias y valores compartidos por determinados grupos (sociales y culturales) influyen en la selección de lo que se considera o no como riesgo, de tal manera que, las personas de estos grupos se preocupan especialmente de aquellos acontecimientos o aspectos que más pueden afectar o poner en peligro sus sistemas de creencias o valores, su manera de entender y de vivir las relaciones sociales. Cada grupo social selecciona (inadvertidamente) los riesgos que “quiere” temer con la finalidad de dar coherencia a su forma de vivir y a sus propios valores e ignora el resto de los posibles riesgos que pueden ser relevantes para otros grupos sociales. Desde esta perspectiva, la percepción del riesgo y el comportamiento seguro o inseguro de los individuos puede tener que ver con su socialización en alguna de las tipologías culturales propuestas por los autores: cultura jerárquica, igualitaria e individualista. Espluga (2002) en el análisis que hace sobre la percepción social del riesgo en la dimensión sociológica, cita a Wynne (1996) quien sugiere que las percepciones sociales del riesgo no están tan directamente relacionadas con percepciones o evaluaciones de alguna cosa objetivamente existente, �sino más bien con las relaciones que las personas mantienen con las instituciones responsables de gestionar el riesgo. Según Espluga (2002), como en las estimaciones expertas del riesgo hay numerosos y elevados niveles de incertidumbre, es perfectamente racional que los individuos no se limiten a ellas a la hora de valorar las magnitudes de los riesgos y es lógico suponer que se pregunten también sobre cosas como qué tipo de confianza les merecen las instituciones implicadas en la gestión del riesgo. Las percepciones públicas y las respuestas al riesgo están basadas en juicios racionales sobre la conducta de las instituciones expertas y sobre su capacidad para ser dignas de confianza. En el proceso de investigación se consultó el trabajo “Percepción sobre Riesgos y Cultura de la Población sobre la Gestión de la Crisis” del Centro Europeo de Investigación Social de Emergencias (CEISE) de la Dirección General de Protección Civil de España realizada por García y Puertas (1991). El estudio se realizó desde una óptica global del conjunto de la población española con la finalidad de obtener una primera aproximación para iniciar el conocimiento sobre la percepción de la población y la “cultura” de los españoles acerca de los desastres y de la gestión de las crisis provocadas por emergencias. La investigación, proporcionó elementos de referencia y algunas guías básicas susceptibles de ser utilizadas en otras investigaciones de carácter limitado como zonas específicas, desastres concretos y otras. Para la obtención de la información, se aplicó un cuestionario a 1 411 personas distribuidas por áreas Nielsen31, las variables estudiadas fueron: percepción sobre la probabilidad de riesgos, riesgos sufridos alguna vez, primera sensación ante la crisis, nivel de conocimiento de planes de emergencia, de sistemas de alerta, nivel de formación y medios a través de los que se informó. Otros estudios sobre percepción del riesgo de carácter cuantitativo lo realizan Corral, Frías y González (2003), quienes analizan las respuestas dadas por 200 habitantes de una ciudad del Norte de México. El instrumento diseñado y aplicado investigaba el grado de riesgo percibido en 84 situaciones diferentes, entre las que se incluían peligros potenciales debidos a la naturaleza, el uso de las tecnologías, conductas criminales y comportamientos personales de riesgo, por lo que se valora el riesgo ambiental, social y el propiamente personal. 2.2.2 Los estudios sobre percepción social del riesgo: el enfoque cualitativo Con el objetivo de proveer las ideas necesarias para trabajos, estudios e investigaciones que fundamenten la orientación de inversiones en infraestructura física y desarrollo comunitario en la ciudad de Buenos Aires, en el área metropolitana se realizó un estudio específico de “percepción 31 Áreas Nielsen: cierta distribución geográfica de la población que se asume en las investigaciones sociológicas. Ha sido probada en numerosos estudios. �social de riesgo y opinión comunitaria sobre inversiones necesarias para la prevención y control de inundaciones” en la cuenca del arroyo Maldonado. El documento fue elaborado por la red GAO (Gestión Asociada del Oeste) a solicitud del Banco Mundial. (Balanovski, Redín y Poggiese, 2001) El marco teórico que sustenta el estudio antes mencionado, se basa en tres componentes: la reinterpretación del fenómeno de los desastres y la re-caracterización de su concepción; la actualización sobre la planificación del desarrollo con participación social y por último, el conocimiento de las perspectivas que enfrentan las poblaciones. La metodología empleada, respondió a una combinación de investigación acción y planificación participativa - estratégica, propias del paradigma cualitativo de investigación. También empleando técnicas cualitativas de investigación, Puertas (2003), realiza un trabajo sobre percepción del riesgo y actitud hacia la información de la población afectada por planes de emergencia nuclear, este trabajo permitió detectar los distintos aspectos sociales y emocionales que pueden estar presentes en la vivencia ciudadana de municipios afectados por planes de Emergencia Nuclear. Para lograr los objetivos propuestos en la investigación, eligieron técnicas cualitativas que permitieron abordar el pensamiento colectivo (representaciones mentales, normativas, costumbres), así como los sentimientos y fantasías que se despiertan ante un riesgo como el nuclear. Desde esta perspectiva se utilizaron técnicas de grupo de discusión y entrevistas abiertas, así como técnicas de análisis transaccional que permiten abordar directamente el marco de referencia grupal y las motivaciones, a veces no manifiestas, de hábitos, costumbres y actitudes. Con el objetivo de estudiar en México la manera en que los habitantes tanto de las comunidades urbanas como rurales perciben el riesgo que representa el volcán Popocatépetl, y las estrategias de afrontamiento que utilizan32, se realizó una investigación sobre el desastre desde la óptica de las Ciencias Sociales, que subraya la necesidad del enfoque interdisciplinario para el estudio de la percepción de riesgos así como el condicionamiento cultural y social de la misma33. La investigación, “Estudios de caso en: Caracas, El Salvador, Cali, y México”, analiza experiencias y tecnologías de monitoreo de amenazas para prevenir y mitigar desastres en zonas 32 Existen múltiples definiciones sobre afrontamiento y estilos de afrontamiento las que se presentan tomando en cuenta no sólo la situación sino también las características personales y los factores de índole sociocultural. El término afrontamiento se refiere a las respuestas que tiene un individuo cuando se le presenta una situación que puede ser potencialmente peligrosa. 33 Introducción. [en línea]. [Consultado: 22/01/2007]. Disponible en: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/ documentos/lps/hernandez_p_yg/capitulo1.pdf �de alto riesgo34, el estudio resulta valioso porque introduce como variable la percepción tanto de los habitantes como de las autoridades locales, propone además, un nuevo método de análisis de las variables y de los factores que juegan un papel en el proceso de los desastres urbanos retomado para ello, el método de la cartografía utilizada por la Alianza para un Mundo Responsable, Plural y Solidario promovida por la Fundación Charles Leopold Mayer. El principal objetivo de la herramienta empleada es que permite la visualización de las relaciones entre diferentes tópicos relativos al riesgo y el desastre. Un estudio de tipo cualitativo realizado durante los meses de julio y agosto de 1998 entre la población residente en zonas próximas al vertido tóxico de minas de Aznalcóllar35, en Sevilla, España, resulta útil para la presente investigación al aportar claves para el análisis sobre la percepción de riesgos en la población de la zona próxima al vertido, haciendo hincapié en los riesgos percibidos para la salud de las personas, las fuentes de información, su credibilidad, y las expectativas ante el futuro. Este estudio utilizó técnicas cualitativas combinadas, consistentes en entrevistas semiestructuradas y grupos focales. Los resultados arrojaron la existencia de una percepción de las consecuencias económicas del vertido y en un segundo plano las posibles consecuencias para la salud. Los autores del estudio antes mencionado, subrayan la importancia de considerar la gestión del riesgo no únicamente o simplemente como un asunto científico o técnico, sino más bien como cuestión profundamente conformada por juicios sociales, actitudes y valores, así como por procesos políticos y organizacionales, problemática que se inscribe en el nuevo paradigma de la «sociedad del riesgo» en el que se cuestionan el papel de los sistemas de expertos ante la incertidumbre inherente a los riesgos modernos (escapes nucleares, efecto 2000, vertidos tóxicos, vacas locas, dioxinas, ingeniería genética y otros), el estudio reivindica una vía distinta que consistiría en recuperar el protagonismo a través de la participación informada en la toma de decisiones. La investigación “Riesgo, espacio y percepción: una aproximación” de (Ley García, 2005) tiene como objetivo general explorar la relación que existe entre la construcción espacial del riesgo y la percepción social del mismo en Mexicali (México), atendiendo al desarrollo acelerado de industrialización experimentado por esta ciudad, a partir del tránsito de la industria enfocada a 34 Estudios de caso en: Caracas, El Salvador, Cali, México en zonas de alto riesgo. [en línea]. México: Instituto Politécnico Nacional: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica: Coalición Internacional del Hábitat, 2003. [Consultado: 22/01/2008]. Disponible en: http://www.hic-net.org/document.asp?PID=262 35 Percepción de riesgos ambientales: estudio cualitativo realizado en la zona del vertido tóxico de Aznalcóllard. Gaceta Sanitaria, 14 (3), (mayo 2000). [en línea]. [Consultado: 22/01/2007]. Disponible en: http://doyma.es/cgi-bin/wdbcgi.exe/doyma/mrevista.pdf?pident=13002289 �alimentos y bebidas en los años 60, a una actividad eminentemente maquiladora en los años 80 con industria electrónica, eléctrica, metalmecánica y de equipo de transporte. La investigación de (Ley García, 2005) se centra en explorar el estado de comunicación del riesgo a través de la comparación entre los riesgos urbanos “reales” y los socialmente percibidos. La pregunta central de trabajo es si ¿el riesgo construido es mayor o menor que el socialmente percibido? La autora considera que responder a esta pregunta conduce en primer lugar a explorar el nivel de conocimiento social de los peligros del entorno manifiesto en los fenómenos de invisibilidad y amplificación social y junto con ello el requerimiento de explorar el nivel de comunicación “oficial” del riesgo como elemento detonador de conflictos sociales. Sobre el particular Lavell (2005b: 36) plantea: “La subjetividad del riesgo se hace explícita en el contexto de las acciones tomadas para enfrentarlo. O sea, aún cuando el riesgo exista y pueda ser sujeto de objetivización a través de procesos científicos que pretenden medir sus dimensiones, establecer sus parámetros, en fin, medir y cuantificarlo, la decisión y la opción de enfrentar y reducirlo está condicionado por las percepciones y representaciones que existan sobre ello por parte de distintos actores sociales, las cuales, a su vez, están condicionadas, entre otras cosas, por los intereses, condiciones sociológicas y de vida, coyunturas, estatus económico y social, educación y cultura de los individuos y colectividades bajo riesgo o encargados institucionalmente para gestionarlo”. En América Latina en opinión de Lavell (2005a:36), las condiciones en que vive una gran parte de la población bajo riesgo, ayudan a explicar por qué los estudios puros de la percepción, nunca han atraído mucho a los investigadores. Así, en contextos donde la población vive en condiciones de escasez o pobreza y sus oportunidades reales de evitar o reducir el riesgo son mínimas, debido a los pocos recursos con los cuales cuentan para enfrentar el problema, la percepción que tengan no constituye una variable clave en términos de explicar su comportamiento frente al riesgo. Aún en condiciones de una percepción “correcta” de los niveles de amenaza y riesgo, el comportamiento posible estará condicionado por factores estructurales ligados al contexto vivencial y las condiciones de vida y cotidianeidad de los individuos, familias o comunidades, y no por sus niveles de percepción respecto de la situación de riesgo como tal. La importancia del conocimiento de las percepciones del riesgo para el desarrollo de una adecuada cultura de la prevención a nivel comunitario, así como las valoraciones sobre la literatura antes realizadas, guían el estudio de caso que se presenta justo en el momento en que las metodologías para tales propósitos están hoy en fase de elaboración en Cuba, lo cual le concede novedad e importancia práctica a la investigación. �El estudio de caso se inicia con la caracterización de los peligros y la vulnerabilidad en el Municipio de Moa, se caracterizan además, el medio socioeconómico del Consejo Popular Rolo Monterrey, así como los asentamientos ubicados en el mismo. 2.3 Estudio de caso: Consejo Popular Rolo Monterrey • Caracterización de los peligros y la vulnerabilidad en el Municipio Moa Para la elaboración del Capítulo en general, fueron fuentes esenciales, los documentos, mapas y registros aportados por el Consejo Municipal de Defensa y el Centro de Gestión para la Reducción del Riesgo de Desastres, ellos permitieron obtener información previa para delimitar los aspectos a tomar en consideración en la entrevista en profundidad36, así como determinar quienes debían ser entrevistados. Se controla el tiempo de permanencia en el ejercicio de las funciones de los entrevistados, fijando en este sentido, más de cinco años. La entrevista en profundidad realizada se dirigió al aprendizaje sobre acontecimientos y actividades que no se pueden observar directamente en todos los casos. (Anexo 3). En este tipo de entrevista según Taylor y Bogdan (2002:103), el “…rol de los informantes no consiste simplemente en revelar sus propios modos de ver, sino que deben describir lo que sucede y el modo en que otras personas lo perciben…”. La muestra para la entrevista en profundidad, la conformaron 20 personas consideradas para esta investigación como actores claves. Los actores claves, son miembros de una comunidad o grupo, que por su status social en ese contexto o por sus conocimientos y experiencias, representan importantes fuentes primarias de información que ayudan al investigador a penetrar en los problemas y comprender el escenario social en que se desarrolla. En el epígrafe 2.3.5, se resumen los principales criterios emitidos por los entrevistados. Se consideraron actores sociales claves: Presidente del Consejo Popular Rolo Monterrey, Delegados de Circunscripciones y autoridades de la Zona y el Consejo Municipal de Defensa así como responsables de la gestión del riesgo en las empresas del territorio, quienes ofrecieron los criterios que permitieron conocer los peligros y vulnerabilidades generadas en este contexto y que se detallan a continuación. El municipio Moa se encuentra, según la regionalización económica de Cuba realizada por Propín (1992), en la Macrorregión Económica Oriental, formando parte de la subunidad taxonómica regional Guantánamo - Moa - Baracoa (Mesorregión), que posee características socioeconómicas 36 “…Por entrevistas cualitativas en profundidad entendemos reiterados encuentros cara a cara entre el investigador y los informantes, encuentros éstos dirigidos hacia la comprensión de las perspectivas que tienen los informantes respecto de sus vidas, experiencias o situaciones, tal como las expresan con sus propias palabras. Las entrevistas en profundidad siguen el modelo de una conversación entre iguales, y no de un intercambio formal de preguntas y respuestas…” (Taylor y Bogdan, 2002:101) �mixtas agroindustriales y está compuesta por territorios predominantemente montañosos, donde a pesar de que su base industrial encuentra sus expresiones más acentuadas en la agroindustria especializada en el cultivo del café y la rama azucarera, se distingue el caso del municipio Moa por poseer una estructura económica polarizada en la minería no ferrosa, reportando también actividad en la rama química y portuaria. Moa, situada al Noroeste de la provincia de Holguín, limita al Noroeste con el Océano Atlántico, al Sur con los límites del municipio de Baracoa y Yateras (actualmente provincia de Guantánamo) y al Oeste con el municipio de Sagua de Tánamo. El territorio tiene una extensión de 732,6 km2. Su población asciende a 72 414 habitantes. Es un municipio de alto grado de urbanización con 61 836 habitantes en el área urbana. El crecimiento demográfico de la población del municipio experimenta una dinámica de crecimiento sostenido desde 1976 y en mayor medida a partir del año 2000 como se aprecia en la Tabla 2 manifestando por consiguiente un incremento de su densidad poblacional. La componente que más ha influido en la dinámica del crecimiento demográfico del municipio Moa ha sido la mecánica (migración), y no la componente natural, que se ha caracterizado por un comportamiento discreto y bajo de su tasa de natalidad y mortalidad. Tabla 2 Tasa anual de crecimiento y densidad poblacional en Moa Años 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Tasa anual de crecimiento (por mil hab.) Densidad de población (hab./km2) 2,5 2,6 3,7 8,5 5,6 6,1 9,7 95,4 95,6 96,0 96,8 97,4 98,0 98,9 El desarrollo industrial se inicia en Moa a partir de la década del cincuenta con la exploración de los yacimientos lateríticos de Moa por parte de la Nicaro Nickel Co. subsidiaria de la Freeport Sulphur Co. En enero de 1957 se inician los trabajos de construcción de la Moa Bay Minig Company devenida al triunfo de la revolución Empresa Estatal Socialista “Comandante Pedro Sotto Alba”y a partir del 1ro de diciembre de1994 Empresa Moa Nickel S.A. Comandante Pedro Sotto Alba, única empresa mixta en el territorio actualmente en proceso de expansión. En 1986 fue puesta en marcha la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara, ubicada en las proximidades del Consejo Popular Rolo Monterrey, esta Planta utiliza la tecnología lixiviación �carbonato amoniacal (proceso Caron). Está diseñada para producir 30 mil toneladas anuales, produce Oxido de Ni + Co sinterizado y en polvo y Sulfuro enriquecido de Ni + Co.37 Una tercera planta con igual capacidad y tecnología que la anterior, situada en la zona conocida por Las Camariocas, comenzó a construirse en colaboración con el CAME (Consejo de Ayuda Mutua Económica), actividad que se interrumpe con la desaparición del campo socialista. En el territorio se asientan importantes objetos industriales y varias entidades que conforman, junto a la Ernesto Che Guevara, Las Camariocas y la René Ramos Latour en Nicaro, el Grupo Empresarial Cubaníquel como complejo industrial minero metalúrgico y de investigación desde 1984. Entre estos objetos industriales se destacan la Empresa Mecánica del Níquel Comandante Gustavo Machín (1987), la Empresa de Construcción y Reparaciones de la Industria del Níquel (1974), la Unidad Básica Puerto de Moa, la Unidad Empleadora del Níquel, La Empresa de Servicios del Níquel (1993), Centro de Información y Superación del Níquel y el Centro de investigaciones del Níquel (1987), así como el Instituto Superior Minero Metalúrgico (1976) donde se forman a los profesionales para esta industria y sus dependencias. En Moa, la industrialización determina necesariamente una modificación en la ocupación social del espacio que se traduce en la intensificación del desarrollo urbano. Y en términos de desarrollo urbano se da un impulso estratégico a esta zona para consolidar el intercambio internacional y la infraestructura industrial convirtiéndose en un importante polo para el desarrollo económico de Cuba. El desarrollo de la industria del Níquel como necesidad económica del país demandó la creación de una infraestructura social en correspondencia con la demanda de fuerza de trabajo y el propio crecimiento de la población, que muestra hoy resultados favorables en la educación, la salud, el deporte y la cultura, al mismo tiempo que como resultado de este desarrollo industrial, incrementa su vulnerabilidad ante peligros de carácter diverso. • Peligros en el territorio de Moa Por su origen los peligros se clasifican en: naturales, tecnológicos y sanitarios atendiendo a la Directiva No 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional. Los peligros naturales comprenden: ciclones tropicales, intensas lluvias, tormentas locales severas, penetraciones del mar, deslizamientos de tierra, sismos, intensas sequías e incendios en áreas rurales. 37 Para la comprensión de la dinámica de desarrollo industrial experimentada por la Industria del Níquel en Moa, resulta interesante y oportuna la perspectiva que ofrecen los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad en torno a la relación tecnología – política, algunas consideraciones al respecto aparecen en Almaguer (2002). �Los peligros denominados tecnológicos consideran: accidentes catastróficos del transporte (marítimos, aéreos y terrestres), accidentes con sustancias peligrosas, explosiones de gran magnitud, derrames de hidrocarburos, incendios de grandes proporciones en instalaciones industriales y edificaciones sociales, derrumbes de edificaciones, ruptura de obras hidráulicas. Los peligros sanitarios están representados por enfermedades que pueden originar epidemias, epizootias, epifitas y plagas cuarentenarias. Resulta importante destacar que desde finales de la década de los 90 del pasado siglo XX se observa un incremento en el azote de huracanes, tendencia que según los expertos aumentará en el futuro. Otros fenómenos como las penetraciones del mar ocurren en zonas bajas del litoral en cualquier momento del año como consecuencia de ciclones tropicales, fuertes vientos del sur y frentes fríos. Entre las zonas más amenazadas se encuentran el litoral de Baracoa y la costa norte de Holguín. En el país existen 220 asentamientos poblacionales en zonas de penetración del mar, entre ellos, Moa. Además de los huracanes, ciclones y otros fenómenos de carácter meteorológico el peligro sísmico es real, fundamentalmente para la región Sur - Oriental por su cercanía a la principal zona sismo generadora del área del Caribe que es el contacto entre la placa del Caribe y la placa de Norteamérica. La región de Moa ha manifestado históricamente un bajo nivel de actividad sísmica, ya que no existen reportes históricos de la ocurrencia de algún terremoto fuerte con epicentro cercano a esta localidad con anterioridad a 1992, sin embargo el 20 de marzo de 1992 se registró un terremoto de magnitud Richter Ms = 4.5, a 36 km al Este de la ciudad de Moa (Chuy, 1999). Después del sismo de 1992 otros 3 sismos fueron reportados por la población de Moa con intensidad de IV grados MSK, posteriormente el 28 de Diciembre de 1998 comenzó una larga serie sísmica. Hasta el 4 julio de 1999 se reportaron 16 eventos perceptibles y fueron registrados por la red de estaciones sismológicas 437 temblores de diferentes rangos energéticos. La región de Moa ha continuado manifestando una actividad sísmica significativa. (Chuy, 1999). La ocurrencia de un sismo ocasiona pérdidas de vidas humanas y económicas pudiendo inducir desastres tecnológicos como resultado de la rotura de tuberías con el consiguiente peligro de expansión de sustancias tóxicas propias de los procesos industriales que en las Plantas niquelíferas de Moa tienen lugar, en este caso el riesgo está dado por la cantidad de personas expuestas en dependencia de la envergadura de la avería y de la dirección del viento para las sustancias en estado gaseoso. Una rotura de estas tuberías también provocaría la paralización inmediata de las Plantas de Proceso, con una repercusión económica significativa. �Dadas las características de la cuenca del Río Moa, y el régimen de precipitaciones del territorio las inundaciones de origen pluvial, constituyen el peligro más frecuente y que mayores afectaciones genera en el Consejo Popular Rolo Monterrey. Un alto riesgo inducido por el hombre es la existencia de la presa Nuevo Mundo, vulnerable a movimientos sísmicos y por ende convierte en zonas de riesgo toda el área aguas abajo de la cortina, en el caso de la rotura de ésta. Las instalaciones de la Empresa Comandante Pedro Sotto Alba Moa Níkel S. A. y parte la población de este Consejo, están ubicadas dentro de la cuenca hidrográfica del Río Moa y por consiguiente resultan vulnerables a estos peligros. Se identifican en el territorio otros peligros que se pueden clasificar como potenciales (enfermedades que pueden originar epidemias, epizootias, epifitias y plagas cuarentenarias, accidentes catastróficos del transporte, accidentes con sustancias peligrosas, explosiones de gran magnitud, incendios de grandes proporciones en áreas rurales, instalaciones industriales y construcciones sociales, derrames de hidrocarburos, deslizamientos del terreno y la ruptura de obras hidráulicas ya mencionado). En correspondencia con lo anterior pueden considerarse vulnerabilidades construidas en el territorio de Moa, las siguientes: 1. Base de Amoniaco Anhidro en el Puerto de Moa con 15000 t de capacidad de almacenaje 2. Plantas de Proceso que utilizan sustancias tóxicas peligrosas en la Empresa Pedro Sotto Alba (Balas de almacenaje de H2S con capacidad de 52 t) 3. Planta Potabilizadora de agua de la Empresa Comandante Che Guevara con 5 t de Cloro 4. Presa Nuevo Mundo con capacidad de embalse de 141 Mm3 cuya rotura provocaría afectaciones a los objetivos económicos y sociales y la población ubicada en el área de inundación (10 412 personas), además del cierre de las vías de acceso hacia los puestos de dirección para caso de desastre de algunos objetivos económicos y zonas de defensa. 5. Fondo habitacional y principales objetivos económicos. 6. Zonas bajas inundables por intensas lluvias y penetraciones del mar. 7. Vías destinadas a la transportación de productos tóxicos. 8. Tuberías cuya avería provoque escape de sustancias peligrosas en el Puerto de Moa, las fábricas Pedro Sotto Alba y Ernesto Che Guevara en especial en la base de Amoniaco, las líneas de tuberías y la potabilizadora de agua. 9. Las Empresas Che Guevara, Pedro Sotto Alba, Empresa Mecánica del Níquel y Puerto Moa, por la cantidad de sustancias químicas e incendiarias que poseen en existencia. �10. Base de combustible del Puerto Moa, con una capacidad total de almacenaje de 115 000 t, y en la tubería submarina asociada al campo de boyas. • Caracterización del Consejo Popular Rolo Monterrey El “Consejo Popular Rolo Monterrey” se ubica al Sureste de la ciudad, limita al Norte con el Océano Atlántico, al Sur con el yacimiento Moa Oriental, al Este con la presa de colas de la Empresa Comandante Che Guevara y al Oeste con el Consejo Popular 26 de Junio. Incluye tanto al Reparto Rolo Monterrey, Río Mina, Reparto Pedro Sotto Alba como a La Veguita. (Fig. 1), (Anexo 4) El centro industrial más importante en el Consejo es la Empresa Moa Nickel S.A. Comandante Pedro Sotto Alba. Otro centro laboral próximo al Consejo es el Puerto de Moa, empleado para el embarque de Níquel y Cobalto, así como para la importación de los insumos de las industrias del Níquel del Municipio, incluyendo el combustible. Existe en el Puerto una Base Receptora de Amoníaco, y una Unidad Distribuidora de Combustible con su Base de Almacenamiento, todo ello representa la probabilidad de ocurrencia de desastres en el territorio. Se ubican también en el Consejo, la Empresa de Servicios del Níquel (ESUNI) y la Empresa de Servicios Técnicos de Computación y Electrónica del Níquel. Cuenta también con un aeropuerto moderno con una pista de 2 000 metros de longitud. El Reparto Rolo Monterrey se ubica en la ciudad de Moa, al extremo Este del centro de la ciudad, limita al Norte con la Bahía de Moa, el aeropuerto y el antiguo depósito de colas, por el Este con el coto minero de la Fábrica Che Guevara, por el Sur con el depósito de colas de la Empresa Moa Nickel S.A. Comandante Pedro Sotto Alba, embalse de agua, Río Cabañas y el asentamiento de La Veguita y al Oeste con la concesión minera de Moa Nickel S.A. Pedro Sotto Alba, Río Cabañas y el Reparto Armando Mestre. En sus inicios se edificaron en este reparto, para los técnicos norteamericanos y algunos cubanos, 255 viviendas uniplantas con cubiertas de placa y amplios jardines, las que se distinguían por sus comodidades atendiendo al nivel jerárquico de su propietario. Posteriormente se construyeron varios edificios empleando la técnica soviética conocida como gran panel, que rompieron con la arquitectura tradicional del Reparto de marcada influencia norteamericana. El nivel de escolaridad de su población es alto dado el número de profesionales que residen en el mismo. Más del 70 %, de sus habitantes son trabajadores del Níquel, fundamentalmente de la Empresa Moa Nickel S.A. Comandante Pedro Sotto Alba y Comandante Ernesto Che Guevara. El asentamiento Río Mina, en el propio Reparto Rolo Monterrey, se ubica en una pendiente próxima al Río Cabañas, se caracteriza por condiciones precarias de vida manifiestas en el estado �constructivo de las viviendas, el peligro de sufrir inundaciones y por los niveles de contaminación ambiental a los que están expuestos sus habitantes por el vertimiento del licor residual (WL)38 de la Empresa Comandante Pedro Sotto Alba Moa Níkel S. A. Reparto Pedro Soto Alba Este Reparto fue generándose a partir de las edificaciones de la Empresa Constructora y Reparadora del Níquel (ECRIN), esta empresa fue reubicada como consecuencia de inundaciones sufridas. El área del Reparto Pedro Soto Alba, así como la zona sudeste del aeropuerto son vulnerables a las inundaciones de origen pluvial y frecuentemente su población resulta evacuada ante el peligro que estas representan. La Veguita La mayor parte de La Veguita se encuentra ubicada dentro de los límites establecidos en la Concesión Administrativa Minera Moa Oriental. La vida tanto económica como social de La Veguita, puede a partir de su infraestructura, catalogarse de asentamiento precario al no contar con fuentes propias de empleo, presentar altos niveles de contaminación ambiental y encontrarse ubicado sobre zonas de yacimientos de níquel, aspectos que le imponen fuertes limitantes a su crecimiento. El 99 % de la población recibe el agua a través de la red de acueducto y los residuales son evacuados en letrinas. En La Veguita no existe red de alcantarillado. En este asentamiento el estado de la vivienda es deplorable en correspondencia con el carácter de asentamiento disperso que ha experimentado un crecimiento espontáneo y desorganizado. La red eléctrica del alumbrado es deficiente y se encuentra en mal estado por conexiones realizadas de forma arbitraria y sin requerimientos técnicos. La Veguita presenta dificultades de accesibilidad, su vía principal de acceso como resultado de la explotación del yacimiento Moa Oriental, se convirtió en parte de un camino minero lo que incrementa el riesgo de accidentes. La comunicación por vía terrestre se imposibilita frecuentemente como resultado de las crecidas del río Moa Las caracterizaciones hechas, la consulta de documentos y los elementos que aportaron las entrevistas en profundidad permitieron el diseño del estudio empírico. 38 El licor residual conocido como WL se genera en la planta de precipitación de sulfuros, es de coloración azulosa y olor desagradable por la presencia de sulfuro de hidrógeno (H2S). Esta solución sale del proceso a una temperatura de 90 - 95 Co, posee partículas en suspensión de sulfuros de Ni + Co, alta acidez y varios metales disueltos. Se vierte al río Cabañas, afluente del río Moa, y finalmente al mar. �2.3.1 Diseño del estudio empírico La metodología utilizada en la investigación combina estrategias metodológicas cualitativas y cuantitativas: utiliza la entrevista estructurada como técnica del paradigma cuantitativo y la entrevista a informantes claves. Los métodos cualitativo – cuantitativo y las técnicas a ellos inherentes pueden aplicarse conjuntamente según las exigencias de la situación investigada, ellos pueden complementarse en el estudio de un mismo fenómeno, esto se denomina triangulación metodológica y se utiliza para corregir los inevitables sesgos presentes en ambos paradigmas. En este caso se utiliza para explorar y describir las diferentes percepciones del riesgo en los habitantes del “Consejo Popular Rolo Monterrey”. La metodología cualitativa es de gran utilidad para el análisis de los fenómenos complejos, para el estudio de casos, para la descripción y estudio de unidades naturales como organizaciones y comunidades concretas. (Pérez, 1994). La metodología cualitativa se asume teniendo en cuenta que permite al investigador ver el escenario y a las personas desde una perspectiva holística; las personas, los escenarios o los grupos no son reducidos a variables, sino considerados como un todo en el contexto de su pasado y de las situaciones en las que se hallan. La investigación desarrollada puede clasificarse como un caso de estudio de tipo interpretativo. Los estudios de casos de tipo interpretativo contienen descripciones ricas y densas que se utilizan para ilustrar, defender o desafiar presupuestos teóricos defendidos, antes de recoger los datos. Según Pérez (1994), los estudios de casos presentan las ventajas siguientes: • Representan un método apropiado para investigar a pequeña escala en un marco limitado de tiempo, de espacio y de recursos. • Pueden servir a múltiples audiencias y por tanto contribuir a la democratización en la toma de decisiones. • Considerados como productos pueden formar un archivo de material descriptivo lo suficientemente rico como para admitir interpretaciones posteriores. • Los estudios de casos son “un paso a la acción”, parten de ella y contribuyen a ella al dar la posibilidad de introducirlas en la práctica, sus resultados son útiles para el trazado de estrategias de desarrollo comunitario, para el autodesarrollo individual e institucional. El diseño metodológico del estudio de caso que se presenta parte de las consideraciones teóricas y metodológicas presentes en los estudios sobre percepción social del riesgo descritos, así como de �los estudios de percepción desarrollados en Cuba por el Centro de Información, Gestión y Educación Ambiental y el Centro de Investigaciones Psicológicas y Sociológicas, (CIGEA- CIPS)39. El estudio sobre la percepción social del riesgo ante situaciones de desastres naturales y tecnológicos selecciona al Consejo Popular Rolo Monterrey por considerarse su población permanentemente expuesta a peligros diversos. Se valoró la metodología elaborada para el “Estudio de apreciación de los peligros de desastres”. “Caracterización de la percepción del peligro ante desastres naturales en comunidades en lugares críticos” propuesta por el Equipo de Estructura Social y Desigualdades del Centro de Investigaciones Psicológicas y Sociológicas, (CIPS)40 del CITMA (Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente) cuyos objetivos eran: • Organizar y orientar la realización de los estudios sobre percepción del peligro ante fenómenos naturales. • Caracterizar las percepciones sobre peligros ante fenómenos naturales en poblaciones expuestas a eventos definidos. • Identificar grupos por niveles de vulnerabilidad ante el peligro. La metodología propuesta por el (CIPS) permite la clasificación de la población atendiendo a sus percepciones sobre los peligros en tres grupos: percepción alta, media y baja empleando para ello un esquema descriptivo de amplia utilización en los estudios de percepciones: la tríada conocimiento – sensibilidad – disposición al cambio, que son las categorías básicas asociadas a la incorporación de un concepto de sostenibilidad en la actividad cotidiana de los diversos actores sociales. Resultan valiosas en ella además, las dimensiones y variables que a partir de la tríada antes mencionada se definen, al abarcar estas las diferentes fases del ciclo de reducción de desastres (prevención, preparativos, respuesta y recuperación) 39 Percepciones medioambientales en la sociedad cubana actual. Un estudio exploratorio. [en línea]. [Consultado: 24/01/2002]. Disponible en http://wwwcentre.unep.net/Cuba/percepcion.htm. 40 CUBA. CITMA. Estudio de apreciación de los peligros de desastre. Perfil metodológico de la tarea “Caracterización de la percepción del peligro ante desastres naturales en comunidades en lugares críticos. Equipo de Estructura Social y Desigualdades. [documento digital]. La Habana: Centro de Investigaciones Psicológicas y Sociológicas (CIPS), 2007. �La metodología propuesta por el (CIPS)41 , no obstante lo analizado, no se consideró apropiada para la presente investigación ya que la misma sólo contempló algunos peligros de carácter natural (fuertes vientos, penetraciones del mar e intensas lluvias), excluyendo otros de igual índole y de significativa importancia para el territorio de Moa; al mismo tiempo, no previó el estudio de la percepción de peligros tecnológicos, ni la posible falta de memoria histórica y/o experiencia de desastres en la población, lo que a nuestro juicio no permite su aplicación a este contexto y por consiguiente la diversidad de escenarios posibles de riesgo y niveles igualmente diferentes de vulnerabilidad. Para el contexto minero de Moa dadas las características industriales del territorio y su ubicación geográfica, se consideró la necesidad de explorar un número mayor de peligros de carácter natural así como el estudio de las percepciones sobre los peligros tecnológicos también previstos en la Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional42 proponiendo para ello el empleo del paradigma psicométrico como parte del instrumento diseñado y aplicado, evaluando diez atributos del peligro al incluir la percepción sobre la vulnerabilidad y no nueve atributos como Puy y Aragonés (1997) y Slovic y Weber (2002) lo que supone un enriquecimiento del método en su aplicación. Emplear el paradigma psicométrico resulta útil en tanto las técnicas psicométricas son apropiadas para identificar similitudes y diferencias entre los grupos con respecto a las percepciones de riesgo, lo que permite contribuir positivamente a la comunicación del riesgo. Como parte de la fase de diseño del estudio, se construyó un instrumento de medida consistente en una entrevista estructurada para evaluar las percepciones del riesgo en situaciones de desastres naturales y tecnológicos con las adecuaciones antes explicadas. En el proceso de obtención de la información se consideró útil el uso de la entrevista estructurada como instrumento de recogida que homogeniza, para todos los individuos de la muestra, la información recogida a través de las preguntas planteadas. 41 “En el año 2006 el Estado Mayor de la Defensa Civil orienta a la Agencia de Medio Ambiente del CITMA la “Implementación de los estudios de peligros, vulnerabilidades y riesgos para la reducción de desastres para la Republica de Cuba”. Como experiencia piloto se tomó la Ciudad de La Habana y sus quince municipios y en esta primera etapa se concentró en el examen de tres eventos fundamentales que son los que más nos afectan, asociados a los ciclones tropicales y a los sistemas frontales: inundaciones por lluvias intensas, inundaciones por penetraciones del mar y afectaciones por fuertes vientos”. Equipo de Estructura Social y Desigualdades. Centro de Investigaciones Psicológicas y Sociológicas (CIPS.) CITMA. Estudio de apreciación de los peligros de desastre. Perfil metodológico de la tarea “Caracterización de la percepción del peligro ante desastres naturales en comunidades en lugares críticos”. Documento digital. 42 CUBA. Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional. Planificación, organización y preparación del país para situaciones de desastre, 2005 �El estudio de percepción del riesgo estuvo dirigido a: • Identificar la percepción del riesgo en la población del Consejo Popular Rolo Monterrey a partir de conocer cuáles son los principales peligros percibidos por su población. • Analizar las diferencias respecto a los principales peligros identificados por la población del Consejo Popular según variables sociodemográficas tales como edad, sexo y nivel de escolaridad. • Analizar las diferencias en la percepción de los peligros percibidos en los estratos objetos de estudio. • Obtener la jerarquía de peligros percibidos en cada estrato estudiado y en el Consejo Popular en general. • Estudiar las diferentes dimensiones cualitativas del riesgo según el enfoque psicométrico incorporando la dimensión vulnerabilidad a las nueve características clásicas estudiadas desde este enfoque. • Conocer mediante entrevistas en profundidad a actores claves, los riesgos, peligros y vulnerabilidades presentes en el territorio y en particular en el Consejo Popular objeto de estudio. • Diseño y composición de la entrevista estructurada Para estudiar las características socio-demográficas de los individuos entrevistados se consideraron las variables edad, sexo, nivel de escolaridad y ocupación, ya que en varios estudios ha sido comprobada existe cierta relación entre estas y las percepciones de peligros y riesgos según la literatura consultada. (Slovic y Weber, 2002; Puy y Aragonés, 1997) Con la finalidad de medir las diferentes variables o atributos del riesgo en los habitantes expuestos, se empleó el enfoque psicométrico antes mencionado, consistente en la combinación de una Escala del tipo Likert de 5 puntos con un diferencial semántico, otorgándose un punto como puntuación mínima al ítem y 5 puntos a una respuesta que otorga el valor máximo al ítem propuesto. La elección de la escala de Likert, supone que la percepción de un sujeto viene dada por el valor obtenido en cada proposición o ítem. Cabe resaltar que se utiliza esta técnica porque cada ítem se refiere a un atributo específico de la percepción del riesgo; otra cuestión a destacar de la escala escogida, es que utiliza una categorización del continuo de percepción del sujeto, graduada según la intensidad. Como la valoración que ofrecen los sujetos no supone una distribución uniforme en el continuo y no está asegurado que haya intervalos iguales, el resultado cuantitativo de la escala es de naturaleza ordinal, sin embargo, lo común es que se le trabaje como de razón o intervalo. �El análisis de los datos permite la creación del perfil característico de la percepción para cada tipo de peligro. Siguiendo la tradición psicométrica, se calcula la media aritmética de las valoraciones dadas por los sujetos a cada peligro en cada atributo o característica. A partir de esta información se construye una representación gráfica del perfil de cada peligro, y la comparación de los diferentes perfiles, ofrece una panorámica descriptiva de las valoraciones realizadas por los habitantes en cada barrio. En este esquema de análisis, se puede sustituir la media aritmética por otro índice de tendencia central como la mediana o la moda, también es posible incluir una valoración de la dispersión como la variancia (si se opta por usar medidas basadas en momentos de la distribución), o la amplitud intercuartil (si se opta por usar medidas basadas en ordenaciones). Una estrategia para resumir la estructura de datos obtenidos es el análisis de regresión múltiple aplicado a cada riesgo, de esta forma, se utiliza la medida de riesgo global como variable criterio y la puntuación en cada atributo como variables predictoras y con ello se obtiene, para cada peligro, la combinación lineal de atributos del riesgo que mejor predice el riesgo total percibido. La entrevista estructurada está formada por 3 preguntas. (Anexo 5) • La pregunta No 1, explora una única variable: el conocimiento por parte de los habitantes del Consejo Popular sobre los diferentes peligros que pueden afectarlos, y recaba información, sobre los principales peligros que el sujeto identifica en función de lo que pudiera considerar su “exposición personal”. Esta cuestión explora aquellos peligros que los individuos consideran como más importantes, ya sea por su experiencia personal, actitudes o creencias, lo cual permite comprender cuáles son los peligros a los que los sujetos se sienten mayormente expuestos, los que valoran que les afectan o pudieran afectar directamente. • La pregunta No 2 busca evaluar los diferentes variables o atributos del riesgo (variables numeradas de A1 a A11) • La pregunta (G1) es de tipo general y se dirige a obtener una estimación de la variable magnitud del riesgo percibido. La pregunta incorpora aclaraciones para estandarizar la gravedad de los desenlaces que se deben considerar (pérdidas de salud muy graves) y la latencia (tanto las consecuencias que suponen pérdidas de salud a corto plazo, como a medio o largo plazo). Para la pregunta No. 2, y atendiendo a un tipo específico de peligro, las variables son: ¾ A1: explora el factor conocimiento que tiene el sujeto sobre el peligro. �¾ A2: explora el factor conocimiento que el sujeto atribuye a los responsables de la prevención, en íntima relación con el conocimiento de los responsables, con la confianza en ellos y con la aceptación de las medidas preventivas que se proponen. ¾ A3: explora la respuesta emocional de temor, la característica más predictiva del riesgo global percibido. ¾ A4: evalúa el concepto “vulnerabilidad” o “susceptibilidad” ante el peligro, cuestión central en la gestión del riesgo. ¾ A5: explora la percepción del sujeto sobre la novedad o antigüedad del peligro, dado que la familiaridad con el peligro puede generar su no reconocimiento. ¾ A6: evalúa la percepción de la gravedad de las consecuencias, la que se corresponde con la magnitud de la pérdida, que es una de las variables constitutivas de la definición técnica de riesgo. ¾ A7: busca conocer la percepción sobre la voluntariedad o involuntariedad en la exposición al peligro. ¾ A8: se centra en el grado de control percibido, que permite descartar actitudes fatalistas (pasa cuando pasa y yo no lo puedo evitar), o por el contrario sentimientos de invulnerabilidad (a mi no me sucederá esto porque soy más habilidoso, tengo mayor experiencia, etc.) ¾ A9: trata de explorar tanto la visión que el sujeto tiene de su capacidad para realizar acciones preventivas (reducir la probabilidad de aparición del daño), como de realizar actuaciones para reducir el impacto del daño. ¾ A10: explora el potencial catastrófico que se atribuye al peligro, atributo que mantiene una relación alta y positiva con el riesgo total percibido. • A11: explora la percepción sobre la demora de las consecuencias, parámetro crítico en el momento de explicar las actitudes y el comportamiento. • Selección de la muestra Como parte de la fase de diseño del estudio se procedió a la determinación del tipo de muestreo y el tamaño muestral necesarios. Dado que el estudio está encaminado a determinar parámetros, es decir se pretende hacer inferencias a valores poblacionales (proporciones, razones) a partir de una �muestra, se planteó hacer un muestreo aleatorio estratificado43 en la población adulta mayor de 16 años, teniendo en cuenta la distribución geográfica de la población a estudiar y sus diferentes características socioeconómicas así como el grado de exposición a los peligros, se tomaron los diferentes barrios del Consejo Popular como estratos 44. Para ello es necesario precisar: • El nivel de confianza o seguridad (1-α). El nivel de confianza prefijado da lugar a un coeficiente (Zα). En este caso se escoge una seguridad del 95%, por lo que Zα = 1,96. • La precisión (d) que se desea para el estudio, la misma se estima en un 5%. • Una idea del valor aproximado de los parámetros que se quieren medir. En este caso por no tener referencia de estudios previos, se utiliza el valor p =q= 0,5 (50%) que maximiza el tamaño muestral. A través de la fórmula45 : Se calcula el número de unidades de análisis necesarias (n) para tener una muestra probabilística, que sea estadísticamente significativa y permita la inferencia de los parámetros estudiados a toda la población (N) del Consejo Popular (Fig. 2). “En el muestreo estratificado, la población de N unidades se divide primero en sub-poblaciones de N1, N2,…Nh unidades, respectivamente. Estas sub-poblaciones no se solapan y en su conjunto comprenden a toda la población. Por lo tanto 43 Las sub-poblaciones se denominan estratos. Para obtener todo el beneficio de la estratificación los valores de los Nh deben de ser conocidos. Una vez determinados los estratos, se extrae una muestra de cada uno, las extracciones deben de hacerse independientemente en los diferentes estratos. Los tamaños de las muestras dentro de los estratos se denotan n1, n2,… nh, respectivamente. Si se toma una muestra aleatoria simple en cada estrato, el procedimiento total se describe como un muestreo aleatorio estratificado”. (Cochran, 1978:125). 44 “La estratificación geográfica en la que los estratos son áreas compactas como municipios o colonias de una ciudad, es común –a menudo por conveniencia administrativa o por que se quieren datos separados para cada estrato- y generalmente viene acompañada con un incremento en la precisión, porque operan muchos factores para lograr que las personas que viven o las cosechas que se cultivan en una misma área muestren semejanzas en sus principales características. Sin embargo, las ganancias debidas a la estratificación geográfica, en general son modestas…” (Cochran, 1978:140). 45 PITA FERNÁNDEZ, S. Atención primaria en la Red 3:138-14. [en línea]. [Consultado: 06/03/2001]. Disponible en: http://www.fisterra.com. �Figura 2. Elementos de la inferencia estadística46 Teniendo en cuenta que la población total del Consejo Popular es N=3994 habitantes y el tamaño de la muestra obtenido es n=200, la fracción para cada estrato será47: En la Tabla 3 se muestran los resultados de los cálculos obtenidos para cada uno de los barrios del Consejo Popular a través de la fórmula anterior. Tabla 3. Muestra probabilística estratificada por barrios del Consejo Popular Población residente Tamaño de la Barrio (estrato) mayor de 16 años muestra Rolo Monterrey 2802 140 La Veguita 659 33 Pedro Sotto Alba 169 8 46 Ídem. En un número determinado de elementos muestrales n=∑ nh la varianza de la media muestral puede reducirse al mínimo si el tamaño de la muestra para cada estrato es proporcional a la desviación estándar dentro del estrato. Esto es: 47 Donde fh es la fracción del estrato, n el tamaño de la muestra, N es el tamaño de la población, Sh es la desviación estándar de cada elemento del estrato h, y K es una proporción constante que nos dará como resultado una n óptima para cada estrato según, Hernández-Sampieri y C. Collado (2004:221-222) �Río Mina Total 364 3994 18 199 2.3.2 Análisis de los resultados. En correspondencia con las características sociodemográficas del Consejo Popular Rolo Monterrey, el 47% de la población estudiada corresponde a la categoría “trabajadores” y el 50 % tiene nivel Medio Superior como puede observarse en las Fig. 3 y 4. 7% 13% 47% Trabajador Ama Casa Jubilado 14% Estudiante Desocupado 19% Figura 3. Distribución de la muestra por situación ocupacional 8% 3% 9% Sin Escolaridad Primaria 30% Media Media Superior 50% Superior Figura 4.Distribución de la muestra según nivel de escolaridad Atendiendo a las posibles diferencias que en la percepción del riesgo de desastre pueden representar las variables sexo y edad, la muestra estuvo conformada por un 51 % de hombres y un 49 % de mujeres, de ellos, el 57 % son adultos y el 33 % jóvenes como puede apreciarse en la Fig. 5. La población estudiada mayor de 30 años y menor de 60 años fue considerada como adulta, de ella, el �60 % lo constituyeron hombres y el 54 % mujeres, mientras que de los jóvenes (comprendidos entre los 16 y 30 años), el 33 % son varones y el 34 % hembras. Masculino Adulto mayor 9 12 Adulto Joven Femenino 54 60 33 34 Figura 5. Distribución de la muestra por edades La Fig. 6 muestra en porcientos los peligros identificados para el territorio por parte de la población entrevistada. El análisis revela que el 44 % de los entrevistados identificó el peligro “Escape de Sustancias Tóxicas” como peligro tecnológico que pudiera dañarlos, lo que se explica por la ubicación en el Consejo Popular y muy próximo al mismo de Empresas pertenecientes al Grupo Empresarial Cuba - Níquel que almacenan e incorporan en el proceso productivo un número considerable de sustancias tóxicas, esta percepción puede estar dada, además, por el hecho de que los desastres no experimentados, y a los que se les atribuye alto poder catastrófico por el número de personas que pueden ser dañadas de una vez, así como a la inmediatez de sus efectos, unido a la carencia de medios adecuados de protección, generan una percepción más alta en cuanto al temor como atributo predictivo del riesgo. El 19 % de la población entrevistada identificó a los “Huracanes” como un peligro de carácter natural que pudiera afectar el territorio, sin embargo los datos históricos y el criterio de los expertos sobre este tipo de fenómeno metereológico no respaldan esta percepción. Al respecto, las estadísticas señalan que en los últimos 165 años sólo un huracán de gran intensidad ha cruzado por el territorio de Moa; mientras que entre 1884 y 1985 el único con estas características que afectó a la provincia de Holguín fue el Flora, los días 4 y 8 de octubre de 1963. �El peligro “Rotura de presa” se identifica por el 16 % de los entrevistados, esta percepción se justifica por la proximidad de la Presa Nuevo Mundo cuya capacidad de embalse es de 141 Mm3 y su rotura provocaría afectaciones a importantes objetivos económicos y sociales y a la población ubicada en el área de inundación (10 412 personas), además del cierre de las vías de acceso hacia los puestos de dirección para caso de desastre de algunos objetivos económicos y zonas de defensa. “Las intensas lluvias” se identifican por el 12 % de los habitantes entrevistados en el Consejo Popular, esta percepción se explica por la frecuencia con que ocurre este fenómeno dado el régimen de lluvias que caracteriza a la región y las inundaciones que se registran por la ubicación de los asentamientos estudiados en las proximidades de los Ríos Moa y Cabañas. La identificación de este peligro en una proporción menor a los antes comentados sugiere determinado grado de familiarización con respecto a este peligro, así como la consideración de que se tiene mayor “control” sobre el mismo. Resulta significativo que sólo el 6 % de la población estudiada identifique el peligro “Sísmico” atendiendo al potencial catastrófico del mismo, a la inmediatez de sus consecuencias, a la vulnerabilidad a la que está expuesta la población en general del Municipio tomando en cuenta la sismicidad, la potencialidad y características de las zonas sismo generadoras que tienen mayor influencia sobre el territorio de Moa, este puede ser considerado un claro ejemplo de cuanto difieren las opiniones de los expertos y la percepción común de los ciudadanos, ello sugiere además la necesidad de la educación de la población en este sentido Otros peligros como “Accidentes catastróficos del transporte”, “Incendios de grandes proporciones y “Graves Epidemias” se identifican sólo por el 1 % de los entrevistados, sin embargo pudieran afectar severamente al territorio y en particular a este Consejo por su proximidad a importantes empresas productoras que almacenan volúmenes significativos de sustancias químicas e incendiarias, a la ubicación además del Aeropuerto y al propio Puerto de Moa. �0% 6% 1% 1% 16% Rotura Presa Escape Sustancias Tóxicas 19% Intensas Lluvias Huracanes Acc. Transporte Sismos Incendios 12% Graves epidemias 45% Figura 6. Identificación de los peligros expresada en porciento La identificación de los peligros atendiendo a la variable “sexo”, según puede observarse en la Fig. 7, permite apreciar que el peligro identificado en primer lugar por ambos sexos es el peligro “Escape de Sustancias Tóxicas”. Proporcionalmente, las mujeres identifican en mayor medida que los hombres los peligros “Rotura de presa” y “Sismos”. Resulta prácticamente proporcional la identificación de los peligros “Huracanes” e “Intensas lluvias” en ambos sexos. El peligro “Graves epidemias” sólo fue identificado por hombres mientras el peligro “Incendios de grandes proporciones” se identifica por ambos sexos con un bajo porciento. 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Graves epidemias Incendios Sismos Accidentes Transporte Huracanes Intensas Lluvias Esc Sust Toxicas Rotura Presa Masculino Femenino Figura 7. Identificación de los peligros por sexos (expresada en porciento) �La identificación de los peligros atendiendo a la variable “edad”, según puede observarse en la Fig. 8, permite valorar que los jóvenes identifican en una proporción menor que los adultos los peligros “Rotura de presa”, “Escape de sustancias Tóxicas” y “Sismos”, esto pudiera estar vinculado a una baja percepción de la vulnerabilidad a la que están expuestos, cuestión esta que suele caracterizar a las personas en las edades tempranas de la vida, sin embargo identifican en proporción similar a los adultos los peligros “Intensas lluvias” y “Huracanes” probablemente porque los consideren más probables y porque reciban mayor información al respecto a través de los medios de difusión masiva. 100% 90% Graves epidemias 80% Incendios 70% 60% Sismos 50% Accidentes Transporte 40% Huracanes 30% Intensas Lluvias 20% Esc Sust Tóxicas 10% Rotura Presa 0% Joven Adulto Adulto mayor Figura 8. Identificación de los peligros por categoría de edad (expresada en porciento) La variable “nivel de escolaridad” constituye una variable interesante para el análisis de las percepciones del riesgo de desastres. La Fig. 9 muestra como los sujetos entrevistados “sin escolaridad”, identifican un número menor de peligros a diferencia de aquellos que tienen “nivel medio y superior”. El mayor número de peligros identificados corresponde a las personas entrevistadas con “nivel medio superior”. Las personas sin escolaridad no identificaron el peligro sísmico como tampoco los peligros rotura de presas, graves epidemias e incendios. Los entrevistados con nivel superior identifican en una proporción menor el peligro “Intensas lluvias” �100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Graves epidemias Incendios Sismos Accidentes Transporte Huracanes Intensas Lluvias Superior Media Sup. Media Primaria Sin Esc. Esc Sust Tóxicas Rotura Presa Figura 9. Identificación de los peligros por nivel de escolaridad expresada en porciento 2.3.3 Análisis comparativo de los resultados por Repartos Resultan interesantes los resultados obtenidos en cuanto a la percepción de los peligros en los diferentes estratos estudiados del Consejo Popular, si se tiene en cuenta que las percepciones sobre los mismos están en correspondencia con las condiciones de vulnerabilidad a las que se encuentran expuestas, así como el nivel de escolaridad promedio de su población. La Fig. 10 muestra en porcientos la identificación de los peligros en los diferentes estratos objeto de estudio. En La Veguita el 44 % de la población identifica el peligro “Escape de sustancias tóxicas”, esto está dado tanto por la cercanía de la Empresa Comandante Pedro Sotto Alba Moa Nickel S. A., así como de la Planta Potabilizadora de la Empresa Ernesto Che Guevara, ambas empresas utilizan y almacenan este tipo de sustancias en cantidades significativas. El 32 % de los entrevistados identifica el peligro “Rotura de presa”, esta percepción está generada por la proximidad de la Presa Nuevo Mundo ya referida. El 18 % de los entrevistados identifica en La Veguita como peligro que los puede afectar las “Intensas lluvias”, y aunque lo identifican en un porciento menor con respecto a otros peligros, es realmente el que se manifiesta con relativa frecuencia generando la necesidad de evacuar a una parte de su población hacia zonas más seguras. En el Reparto Pedro Sotto Alba la población entrevistada identificó en un 70 % el peligro “Escape de Sustancias Tóxicas”, ello está dado por su proximidad a la Empresa Comandante Pedro Sotto Alba Moa Nickel S. A. Un 30 % identificó el peligro “Intensas lluvias”, esta percepción resulta �baja si se tiene en cuenta que la población de este reparto por su ubicación aguas abajo de la Presa Nueva Mundo es evacuada frecuentemente ante la ocurrencia de este fenómeno. La población entrevistada del Reparto Rolo Monterrey identificó en un 66 % el peligro “Escape de Sustancias Tóxicas”, esta población se ubica próxima a las Empresas antes mencionadas así como a la Base de Amoniaco Anhidro en el Puerto de Moa. En segundo lugar identifica el peligro “Huracanes” el 19 %, mientras el 15 %, identifica el peligro “Rotura de presa”. El 9 % de los entrevistados, identificó el peligro sísmico lo que representa un porciento bajo atendiendo al nivel de empleo y escolaridad promedio de sus habitantes y el peligro potencial del mismo. En el asentamiento Río Mina, los entrevistados identificaron sólo peligros de carácter natural, así el 66% identificó el peligro “Huracanes” mientras el 39 % identificaba las “Intensas lluvias”, este asentamiento en el propio Reparto Rolo Monterrey, se ubica en una pendiente próxima al Río Cabañas y se caracteriza por condiciones precarias de vida manifiestas en el estado constructivo de las viviendas, tendederas eléctricas y ausencia de calles interiores. 100% 90% Graves epidemias 80% Incendios 70% 60% 50% Sismos Accidentes Transporte 40% Huracanes 30% Intensas Lluvias 20% Esc Sust Tóxicas 10% 0% Rotura Presa Veguita Pedro Rolo Río Mina Soto Alba Monterrey Figura 10. Identificación de los peligros en los diferentes Repartos objeto de estudio 2.3.4 Perfiles característicos del riesgo para los peligros identificados • Percepción del peligro “Rotura de presa” Los resultados se procesaron utilizando el programa Microsoft Excel que permite calcular los estadígrafos y graficar los perfiles de riesgo atendiendo a lo descrito para el paradigma psicométrico. Dado el escaso número de personas que identificaron los peligros: “Incendios de grandes proporciones”, “Graves epidemias “y “Accidentes catastróficos del transporte” se desestimó su �procesamiento. A continuación, se analizan los peligros evaluados en la población objeto de estudio. En la Tabla 4 se presentan los estadígrafos principales calculados para cada atributo y la medida del riesgo global percibido del peligro “Rotura de Presa” Tabla 4 Estadígrafos para el peligro “Rotura de Presa En la Tabla 4 se aprecia que la medida del riesgo global (G) asociada a este peligro es evaluada como alta por los habitantes entrevistados. El valor que más se repite para esta pregunta de carácter global es 5, que es el valor máximo en la escala propuesta. El 50 % de los sujetos se ubica por encima de 4. En promedio los sujetos se ubican en 4,2 (Riesgo alto). Así mismo se desvían de este valor como promedio en 0,93 unidades de la escala. En general las puntuaciones tienden a ubicarse en valores bajos y medios en un rango amplio que abarca toda la escala de medición. La Fig. 11 muestra el perfil característico del riesgo percibido por los habitantes entrevistados para el peligro 1 “Rotura de Presa” �Perfil característico del riesgo percibido Rotura Presa 1 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) No temido Baja vulnerabilidad Viejo 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Temido Alta vulnerabilidad Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado Figura 11. Perfil característico del riesgo percibido para el Peligro “Rotura de presa de Presa” La Fig. 11 muestra que los atributos del riesgo que más alta puntuación reciben son el potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10), la gravedad del daño que este puede ocasionar (A6), el temor ante el daño que se puede derivar del peligro (A3) y la percepción de vulnerabilidad, al considerar la posibilidad que tienen de experimentar daños a consecuencia del mismo (A4). En un segundo nivel se encuentran los atributos relacionados con el conocimiento personal sobre el peligro (A1) así como el nivel de conocimiento que consideran tienen las diferentes autoridades en el territorio sobre el mismo (A2). En un nivel más bajo según la escala se ubican las percepciones sobre el control/fatalidad del daño (A8) y (A9) evaluadas entre 2,0 y 2,2. Como aspectos significativos aparecen: que los habitantes entrevistados consideran que el peligro no es novedoso (A5), que se encuentran expuestos al mismo de manera involuntaria (A7) y que consideran que sus efectos se sentirían de inmediato (A11), estas percepciones oscilan en valores entre 1,9 y 2,3 según la escala. �El análisis de regresión múltiple realizado para describir la influencia de las diferentes variables (atributos) en la percepción del riesgo originada por el peligro “Rotura de presa“, arrojó como ecuación de regresión múltiple: G1=-0,61-0,08A1+0,28A2-0,12A3+0,15A4+0,36A5+0,32A6-0,07A7+0,23A8-0,19A9+0,40A10+0,06A11 La misma presenta un coeficiente de correlación múltiple positivo de 0,74, lo que denota, un grado alto de correlación. En la ecuación puede apreciarse que las variables (atributos) que más peso presentan son (A5), es decir la consideración sobre la novedad o antigüedad del peligro con un coeficiente de regresión de 0,36, la gravedad del daño (A6) que de este peligro se deriva con un coeficiente de regresión de 0,32 y el potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10) con un coeficiente de 0,40. La Fig. 12 muestra el Perfil característico del riesgo percibido para el peligro “Rotura de Presa” atendiendo a la variable sexo. Se observa que las mujeres le atribuyen un mayor nivel de conocimiento y por consiguiente de confianza a los responsables en el manejo de este peligro pero se reconocen vulnerables en mayor medida que los hombres ante el mismo aunque expresan menos temor. El potencial catastrófico que le atribuyen ambos sexos resulta similar. Al comparar en este perfil (Fig. 13), la percepción de los habitantes de la Veguita y del Reparto Rolo Monterrey, se observa que en La Veguita sus pobladores se consideran más vulnerables y le atribuyen mayor potencial catastrófico y gravedad a este peligro que los habitantes en Rolo Monterrey, las diferencias en las percepciones se explican por una proximidad mayor de La Veguita a la presa Nuevo Mundo aunque el peligro potencialmente es el mismo. Los entrevistados entre los 30 y 60 años le atribuyen a este peligro mayor gravedad, y mayor potencial catastrófico que los restantes grupos de edades. Los entrevistados mayores de 60 años se consideran más vulnerables que el resto de los grupos de edades. (Anexo 6, Fig. 14) Las personas entrevistadas con escolaridad de nivel primario, se consideran altamente vulnerables frente a este peligro, atribuyéndole alto poder catastrófico y considerándolo como muy grave. (Anexo 6, Fig. 15) Los entrevistados del grupo “desocupados”, son los que expresan mayor temor ante este peligro y quienes le atribuyen mayor gravedad. (Anexo 6, Fig. 16) �Perfil característico del riesgo percibido Rotura Presa 1 2 3 4 5 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Conocido (expuestos) Conocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado Ho mbres Mujeres Figura 12. Perfil característico para la variable sexos Perfil característico del riesgo percibido Rotura Presa 1 2 3 4 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado Veguita Rolo Monterrey Figura 13. Perfil del riesgo percibido comparando Veguita – Rolo Monterrey �• Percepción del peligro “Escape de sustancias tóxicas” En la Tabla 5 se presentan los estadígrafos principales calculados para cada atributo y la medida del riesgo global percibido del peligro “Escape de sustancias tóxicas”. Tabla 5 Estadígrafos para el peligro “Escape de sustancias tóxicas” Atributos del Peligro “Escape de sustancias tóxicas” Estadígrafos A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 G Media 3,0 3,6 3,8 3,8 2,3 4,2 2,1 2,3 2,1 4,1 1,7 4,0 Mediana 3 4 4 4 2 5 1 2 2 4 1 4 Moda 3 4 5 5 3 5 1 2 1 5 1 5 1,49 1,48 1,49 1,48 1,47 1,51 1,46 1,42 1,45 1,46 1,38 1,30 Máximo 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Mínimo 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Desv. Estándar Observaciones 90 En la Tabla 5 se aprecia que la medida del riesgo global (G1) asociada a este peligro es evaluada por los entrevistados como alta. El valor que más se repite para esta pregunta de carácter global es 5, que es el valor máximo en la escala propuesta. El 50 % de los sujetos ubica su percepción en 4. En promedio los sujetos se ubican en 4,00 (Riesgo alto). Así mismo se desvían de este valor como promedio en 1.30 unidades de la escala. En general las puntuaciones tienden a ubicarse en valores que abarcan toda la escala de medición. La Fig. 17 muestra el perfil característico del riesgo percibido por los entrevistados para el peligro 2 “Escape de sustancias tóxicas”, en ella se muestra que los atributos del riesgo que más alta puntuación muestran son el potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10), la gravedad del daño que este puede ocasionar (A6), el temor ante el daño que se puede derivar del peligro (A3) y la percepción de vulnerabilidad al considerar la posibilidad que tienen de experimentar daños a consecuencia del mismo (A4). En un segundo nivel se encuentran los atributos relacionados con el conocimiento personal sobre el peligro (A1) así como el nivel de conocimiento que consideran tienen las diferentes autoridades en el territorio sobre el mismo (A2). Los habitantes entrevistados consideran que se encuentran expuestos a este peligro de manera involuntaria (A7) y que sus efectos se sentirían de inmediato (A11), consideran además que el peligro no es novedoso (A5), estas percepciones oscilan en valores entre 1,7 y 2,3 según la escala. �Perfil característico del riesgo percibido Esc. Sust. Tóxicas 1 2 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) No temido Baja vulnerabilidad Viejo 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Temido Alta vulnerabilidad Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado Figura 17. Perfil característico del riesgo percibido para el Peligro “Escape de Sustancias Tóxicas” El análisis de regresión múltiple realizado para describir la influencia de las diferentes variables (atributos) en la percepción del riesgo originada por el peligro “Escape de sustancias tóxicas”, originó como ecuación de regresión múltiple: G1=0,91+0,09A1-0,06A2+0,04A3+0,17A4+0,01A5+0,47A6+0,06A7-0,26A8+0,27A9+0,02A10+0,05A11 La misma presenta un coeficiente de correlación múltiple positivo de 0,59, lo que denota un grado medio de correlación. En la ecuación puede apreciarse que las variables (atributos) que más peso presentan son (A6), es decir la consideración sobre la gravedad del daño con un coeficiente de regresión de 0,47, y el grado en que es posible evitar una situación de consecuencias negativas derivadas de este peligro (A9) con 0,27. La Fig. 18 muestra, de manera comparada, la percepción de los habitantes de La Veguita, el Reparto Rolo Monterrey y Pedro Sotto Alba para el peligro Escape de Sustancias Tóxicas. Resulta significativo que las percepciones más altas se obtienen en el Reparto Pedro Sotto Alba, ello está dado por su mayor proximidad a la Empresa de ese mismo nombre. La Fig. 19 muestra como los atributos o dimensiones del riesgo percibido, “temor, gravedad del daño y potencial catastrófico” resultan similares para la variable demográfica “edad”. �Perfil característico del riesgo percibido Esc. Sust. Tóxicas 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Muy grave Poco grave Voluntario Involuntario Evitable No evitable Controlable No controlable Catastrófico No catastrófico Demorado Inmediato Veg uita Rolo Mo nterrey Ped ro So to Alba Figura 18 Perfil del riesgo percibido comparando Veguita – Rolo Monterrey y Pedro Sotto Alba Perfil característico del riesgo percibido Esc. Sust. Tóxicas 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato < 30 años entre 30 y 60 > 60 años �Figura 19. Perfil del riesgo percibido comparando grupos de edades. Los entrevistados del sexo masculino, expresan ante el peligro Escape de Sustancias Tóxicas mayor temor, atribuyéndole mayor gravedad y potencial catastrófico que las mujeres. (Anexo 6, Fig. 20). Las personas entrevistadas con escolaridad de nivel primario se sienten las más vulnerables frente a este peligro. (Anexo 6, Fig. 21). Las amas de casa y los desocupados ubican su percepción sobre la vulnerabilidad por encima del los restantes grupos ocupacionales. (Anexo 6, Fig. 22). • Percepción del peligro “Intensas Lluvias ” En la Tabla 6 se presentan los estadígrafos principales calculados para cada atributo y la medida del riesgo global percibido del peligro “Intensas Lluvias” Tabla 6 Estadígrafos para el peligro “Intensas Lluvias” Estadígrafos A1 A2 A3 Atributos del Peligro “Intensas Lluvias” A4 A5 A6 A7 A8 A9 Media 3,8 3,6 4,3 3,9 2,2 4,1 1,9 2,3 2,4 4,3 2,0 4,0 Mediana 4 4 5 4 2 4,5 1 2 2 5 1,5 4 Moda 5 4 5 5 2 5 1 1 2 5 1 5 Desv. Estándar A10 A11 G 1,51 1,46 1,48 1,46 1,46 1,48 1,47 1,40 1,38 1,36 1,31 1,01 Máximo 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Mínimo 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Observaciones 24 En la Tabla 6 se aprecia que la medida del riesgo global (G1) asociada a este peligro es evaluada por los entrevistados como alta. El valor que más se repite para esta pregunta de carácter global es 5, que es el valor máximo en la escala propuesta. El 50 % de los sujetos ubica su percepción en 4. En promedio los sujetos se ubican en 4,00 (Riesgo alto). Así mismo se desvían de este valor como promedio en 1,01 unidades de la escala. En general las puntuaciones tienden a ubicarse en valores que abarcan toda la escala de medición. La Fig. 23 muestra el perfil característico del riesgo percibido por los entrevistados para el peligro 3 “Intensas Lluvias”, en ella se muestra que los atributos del riesgo que más alta puntuación muestran son el potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10), la gravedad del daño que este puede ocasionar (A6), y el temor ante el daño que se puede derivar del peligro (A3). En un segundo nivel �se encuentran los atributos relacionados con el conocimiento personal sobre el peligro (A1), así como el nivel de conocimiento que consideran tienen las diferentes autoridades en el territorio sobre el mismo (A2). Los habitantes entrevistados consideran que se encuentran expuestos a este peligro de manera involuntaria (A7) y que sus efectos se sentirían de inmediato (A11) consideran además que el peligro no es novedoso (A5), estas percepciones oscilan en valores entre 1,9 y 2,0 según la escala. Llama la atención que con respecto a este peligro es baja la percepción sobre la medida en que pueden intervenir para controlar el daño que del mismo se derive (A8), así como la percepción con respecto a la posibilidad de evitar que este peligro desencadene una situación de consecuencias negativas (A9), los valores para ambas oscilan entre 2,3 y 2,4. Perfil característico del riesgo percibido Intensas lluvias 1 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) No temido Baja vulnerabilidad Viejo 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Temido Alta vulnerabilidad Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado Figura 23 Perfil característico del riesgo percibido para el Peligro “Intensas Lluvias” El análisis de regresión múltiple realizado para describir la influencia de las diferentes variables (atributos) en la percepción del riesgo originada por el peligro “Intensas lluvias“, originó como ecuación de regresión múltiple: �G1=6,78-0,07A1-0,15A2-0,01A3-0,68A4+0,15A5+0,42A6-0,16A7-0,58A8+0,75A9-0,19A10-0,32A11 La misma presenta un coeficiente de correlación múltiple positivo de 0,70, lo que denota un grado alto de correlación. En la ecuación puede apreciarse que las variables (atributos) que más peso presentan son (A6), es decir la consideración sobre la novedad o antigüedad del peligro con un coeficiente de regresión de 0,42, y la gravedad del daño (A9) que de este peligro se deriva con un coeficiente de regresión de 0,75. La Fig. 24 muestra como los habitantes entrevistados en el Reparto Pedro Sotto Alba expresan una percepción menor que los habitantes del resto de los Repartos estudiados en cuanto al “temor, la vulnerabilidad, la gravedad del daño y el potencial catastrófico”, y es relativamente baja su percepción sobre el control de este peligro. Esto es significativo y pudiera explicar la negativa sistemática de una parte de su población ante la necesidad de ser evacuados. Perfil característico del riesgo percibido Intensas lluvias 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato Veguita Pedro Soto Alba Rolo Monterrey Río Mina Figura 24. Perfil del riesgo percibido comparando los diferentes estratos estudiados Las mujeres entrevistadas expresan mayor temor, y le otorgan mayor potencial catastrófico que los hombres al peligro “Intensas lluvias”. (Anexo 6, Fig. 25), �Los entrevistados mayores de 60 años, se siente más vulnerables y le atribuyen un potencial catastrófico mayor a este peligro que las personas comprendidas en los restantes grupos de edades. (Anexo 6, Fig. 26) Las personas con nivel de escolaridad Superior, son las que mayor conocimiento sobre el peligro manifiestan, mientras los entrevistados en el grupo de los “desocupados”, son los que expresan mayor temor, considerándolo además como muy grave. (Anexo 6, Fig. 27 y 28) • Percepción del peligro “Huracanes ” En la Tabla 7 se presentan los estadígrafos principales calculados para cada atributo y la medida del riesgo global percibido para el peligro “Huracanes” La medida del riesgo global (G1) asociada a este peligro es evaluada por los entrevistados como media. El valor que más se repite para esta pregunta de carácter global es 5, que es el valor máximo en la escala propuesta. El 50 % de los sujetos ubica su percepción en 4. En promedio los sujetos se ubican en 3,5 (Riesgo medio). Así mismo se desvían de este valor como promedio en 1,02 unidades de la escala. En general las puntuaciones tienden a ubicarse en valores que abarcan toda la escala de medición. Tabla 7 Estadígrafos para el peligro “Huracanes” Atributos del Peligro “Huracanes” Estadígrafos A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 G Media 2,7 3,6 3,5 3,5 2,3 4,1 1,4 2,0 1,7 3,6 2,1 3,5 Mediana 3 4 4 4 3 4 1 2 1 4 2 4 Moda 3 5 5 4 3 5 1 1 1 4 2 5 Desv. Estándar 1,49 1,47 1,48 1,46 1,45 1,49 1,44 1,42 1,41 1,32 1,28 1,02 Máximo 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Mínimo 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Observaciones 39 La Fig. 29 muestra el perfil característico del riesgo percibido por los entrevistados para el peligro 4 “Huracanes”, en ella se muestra que los atributos del riesgo que más alta puntuación muestran son el potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10), y la gravedad del daño que este puede ocasionar (A6). En un segundo nivel se encuentran los atributos relacionados con el conocimiento �que consideran tienen las diferentes autoridades en el territorio sobre el mismo (A2), el temor ante este peligro (A3) y la percepción de vulnerabilidad ante la probabilidad de huracanes (A4). Llama la atención que con respecto al peligro “Huracanes” es baja la percepción sobre la medida en que pueden intervenir para controlar el daño que del mismo se derive (A8), así como la percepción con respecto a la posibilidad de evitar que este peligro desencadene una situación de consecuencias negativas (A9), los valores para ambas oscilan entre 1,7 y 2,0. Perfil característico del riesgo percibido Huracanes 1 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) No temido Baja vulnerabilidad Viejo 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Temido Alta vulnerabilidad Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado Figura 29. Perfil característico del riesgo percibido para el Peligro “Huracanes” El análisis de regresión múltiple realizado para describir la influencia de las diferentes variables (atributos) en la percepción del riesgo originada por el peligro “Huracanes”, originó la ecuación de regresión múltiple: G1=1,87+0,15A1+0,17A2-0,02A3-0,19A4+0,11A5+0,36A6-0,10A7-0,33A8+0,10A9+0,26A10-0,28A11 La misma presenta un coeficiente de correlación múltiple positivo de 0,52, ello denota un grado medio de correlación. En la ecuación puede apreciarse que las variables (atributos) con más peso son (A6), es decir, la consideración sobre la novedad o antigüedad del peligro con un coeficiente de �regresión de 0,42 y (A10), que representa el potencial catastrófico atribuido a este peligro cuyo coeficiente de regresión es de 0,26. La Fig. 30 muestra el perfil del riesgo percibido para el peligro “Huracanes” atendiendo a la variable “edad”. Se observa que para los “adultos mayores”, tanto su conocimiento personal como el que consideran tienen los responsables de las diferentes instituciones y organizaciones sobre este peligro es mayor que para los grupos restantes de edades, de la misma forma la percepción sobre el “temor, la gravedad de sus consecuencias y el potencial catastrófico” lo evalúan con puntuaciones más altas, ello puede estar motivado por una experiencia mayor con respecto a sus consecuencias. Perfil característico del riesgo percibido Huracanes 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato < 30 años entre 30 y 60 > 60 años Figura 30. Perfil del riesgo percibido comparando grupos de edades Los habitantes entrevistados en La Veguita y Río Mina, expresan mayor temor ante este peligro que los habitantes del Reparto Rolo Monterrey, esto se explica por la ubicación de estos asentamientos y el estado de sus viviendas. (Anexo 6, Fig. 31). Las mujeres consideran el peligro “Huracanes” como muy grave y se siente ante el mismo, más vulnerables que los hombres. (Anexo 6, Fig. 32). �Las personas entrevistadas “sin escolaridad”, se siente como las más vulnerables frente a los “Huracanes, expresan mayor temor ante este peligro y lo consideran como muy grave. (Anexo 6, Fig. 33). Los entrevistados en el grupo “desocupados”, expresan alta percepción en cuanto a la variable “conocimiento”, tanto personal como el que le atribuyen a los responsables de la gestión del riesgo. (Anexo 6, Fig. 34). • Percepción del peligro “Sismos ” En la Tabla 8 se presentan los estadígrafos principales calculados para cada atributo y la medida del riesgo global percibido del peligro “Sismos” Tabla 8 Estadígrafos para el peligro “Sismos” Estadígrafos Atributos del Peligro “Sismos” A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 G 3,2 3,7 3,8 3,8 2,5 3,5 1,2 2,4 1,8 3,6 1,9 3,5 Mediana 3 4 4 4 2 4 1 2 1 4 1 4 Moda 3 4 5 4 2 4 1 3 1 4 1 5 Media Desv. Estándar 1,44 1,64 1,67 1,69 1,74 1,80 1,84 1,83 1,88 1,84 2,00 1,63 Máximo 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Mínimo 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Observaciones 13 En la Tabla 8 se aprecia que la medida del riesgo global (G1) asociada a este peligro es evaluada por los entrevistados como media. El valor que más se repite para esta pregunta de carácter global es 5, que es el valor máximo en la escala propuesta. El 50 % de los sujetos ubica su percepción en 4. En promedio los sujetos se ubican en 3,5 (Riesgo medio). Así mismo se desvían de este valor como promedio en 1,63 unidades de la escala. En general las puntuaciones tienden a ubicarse en valores que abarcan toda la escala de medición. La Fig. 35 muestra el perfil característico del riesgo percibido por los entrevistados para el peligro 5 “Sismos”, en ella se observa que los atributos del riesgo que más alta puntuación obtienen son el potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10), y la percepción sobre su vulnerabilidad (A4) así como el daño que este puede ocasionar (A3). En un segundo nivel se encuentran los �atributos relacionados con el conocimiento que consideran tienen las diferentes autoridades en el territorio sobre el mismo (A2) y la gravedad del daño que le puede ocasionar este peligro (A6). Se considera, además, el peligro sísmico como relativamente antiguo (A5) y baja la posibilidad de intervenir para controlar el daño que este peligro puede causar (A9). Consideran además que los efectos se producirían de inmediato (A11) y que se encuentran expuestos al mismo de manera involuntaria (A7). Perfil característico del riesgo percibido Sismos 1 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) No temido Baja vulnerabilidad Viejo 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Temido Alta vulnerabilidad Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado Figura 35. Perfil característico del riesgo percibido para el Peligro “Sismos” El análisis de regresión múltiple realizado para describir la influencia de las diferentes variables (atributos) en la percepción del riesgo originada por el peligro “Sismos” arrojó como ecuación de regresión múltiple: G1=12,56+3,28A1-1,93A2+2,57A3-2,95A4+1,45A5-0,87A6-10,10A7+0,39A8-0,97A9-1,11A10-2,85A11 La misma presenta un coeficiente de correlación múltiple positiva de 0,99 lo que denota un grado muy alto de correlación. En la ecuación puede apreciarse que las variables (atributos) que más peso presentan son el conocimiento sobre el peligro (A1), el temor ante la posibilidad de ocurrencia del �mismo (A3) y la percepción sobre la inmediatez con la que experimentarían los efectos más nocivos de este peligro (A11). La Fig. 36 muestra como los sujetos con Nivel Superior de escolaridad evalúan la percepción sobre la vulnerabilidad y el potencial catastrófico que consideran tiene este peligro con puntuaciones más altas que las otorgadas por las personas entrevistadas con nivel de escolaridad de “Secundaria” y “Media Superior”. Las personas con Nivel Superior evalúan su conocimiento personal sobre este peligro con puntuaciones más altas que los grupos restantes y expresan un nivel menor de temor. Perfil característico del riesgo percibido Sismos 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato Media Media Superior Superior Figura 36. Perfil del riesgo percibido para el Peligro. Sismos según nivel de escolaridad Las mujeres entrevistadas, se sienten más vulnerables ante el peligro que representan los “Sismos”, y le atribuyen mayor gravedad y potencial catastrófico que los hombres. (Anexo 6, Fig. 37). El peligro “Sismos”, sólo se identifica por los habitantes del reparto Rolo Monterrey, esta cuestión denota, insuficiente educación ambiental y cultura de la prevención. (Anexo 6, Fig. 38). Las personas mayores de 60 años, se siente más vulnerable que los restantes grupos de edades, consideran a este peligro como muy grave y expresan mayor temor que los restantes grupos de edades. (Anexo 6, Fig. 39). �Las “amas de casa” entrevistadas, expresan mayor temor y vulnerabilidad frente a este peligro, lo consideran además como “muy grave”. (Anexo 6, Fig. 40). 2.3.5 Resumen de las entrevistas en profundidad a informantes claves en el territorio Las ideas expresadas permiten conocer y corroborar que: • Se desarrollan acciones planificadas para la preparación en situaciones de desastres. • Teniendo como premisa que la capacitación resulta esencial para la prevención de los desastres, en el territorio, existe un Programa de preparación para los Órganos de Mando y Dirección (Consejo de Defensa Municipal, Consejo de Defensa de Zona y Órganos de Dirección de Empresas y Entidades), dirigido a la capacitación sobre los principales peligros identificados con una duración de 8 horas en el año. • Con el objetivo de elevar la preparación de los diferentes órganos de dirección y de la población en general, se realizan los siguientes ejercicios en el año: 1. Ejercicio práctico de evacuación ante situaciones generadas por escapes de sustancias tóxicas: este ejercicio se desarrolla fundamentalmente con la población del Consejo Popular Rolo Monterrey por ser la población expuesta en mayor medida a este peligro. 2. Ejercicio práctico para la preparación de la población en caso de sismos: este ejercicio se realiza fundamentalmente con la población de los Repartos de Las Coloradas, Caribe y Miraflores 3. Ejercicio para la realización de los trabajos de salvamento y reparación de averías: se dedican de 12 a 14 horas de preparación en el año a las fuerzas que participan en tareas de salvamento y reparación de averías en particular de las industrias. • Todos los trabajadores en el Municipio reciben 5 horas de preparación para la Defensa Civil durante el año e igualmente se cumple con el Programa para la Defensa Civil instituido en el Sistema Educacional en todos los niveles. • Si bien se trabaja en la capacitación y preparación de los Órganos de Dirección, en opinión de los especialistas, este aspecto es aún insuficiente, cuestión que se expresa en el desconocimiento por parte de algunos Órganos de Dirección a Nivel de Empresa sobre la Legislación que norma la Seguridad y Protección de la Población como por ejemplo: Ley 75, Decreto Ley 170, Decreto Ley 262 y la Directiva No 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional. • En el territorio no se dispone de medios que permitan enfrentar desastres de gran magnitud. El Cuerpo de Bomberos (Comando 30) no cuenta con todos los medios que su actividad demanda y es insuficiente el número de medios de protección en manos de la población residente en las inmediaciones de los objetivos químicos para enfrentar situaciones de desastre originadas por �escapes de sustancias tóxicas. Este último aspecto representa una inquietud expresada reiteradamente por la población, por lo que puede afirmarse que existe percepción sobre el grado de vulnerabilidad al que la misma presenta. • El Consejo Popular de Rolo Monterrey resulta altamente vulnerable dada su ubicación aguas abajo de la Presa Nuevo Mundo y la cercanía de varios objetivos con peligro químico, entre ellos la Base de Amoníaco ubicada en la Empresa Puerto de Moa. Resulta, además, vulnerable ante la posible entrada de enfermedades y plagas por la presencia del Puerto y el Aeropuerto. • El asentamiento de La Veguita perteneciente al Consejo Popular Rolo Monterrey clasifica como altamente vulnerable dadas las condiciones de relativa marginalidad imperantes en este asentamiento, estas condiciones se expresan en la precariedad de las viviendas existentes, el índice de empleo, el bajo nivel cultural de su población, su ubicación en los límites de una concesión minera y la posibilidad de un escape de Cloro proveniente de la Planta Potabilizadora perteneciente a la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara. 2.4 Conclusiones del estudio de caso realizado en el Consejo Popular Rolo Monterrey • La percepción del riesgo tiene opiniones divididas y es multidimensional, ya que intervienen procesos socioculturales, valores, y las características de la personalidad individual, esta última, condicionada por factores socioeconómicos, culturales, y las experiencias vividas por los sujetos. • El peligro más sentido al ser identificado por un número mayor de personas es el peligro “Escape de Sustancias Tóxicas”. • Los “Huracanes” son considerados un peligro de carácter natural que pudiera afectar el territorio, sin embargo los datos históricos y el criterio de los expertos sobre este tipo de fenómeno metereológico no respaldan esta percepción. • La percepción del peligro “Rotura de presa” se justifica por la proximidad de la Presa Nuevo Mundo cuya rotura provocaría afectaciones a importantes objetivos económicos y sociales y a la población ubicada en el área de inundación, además del cierre de las vías de acceso hacia los puestos de dirección para caso de desastre de algunos objetivos económicos y zonas de defensa. • La percepción sobre el peligro “Intensas lluvias”, se explica por la frecuencia con que ocurre este fenómeno dado el régimen de lluvias que caracteriza a la región y las inundaciones que se registran frecuentemente. • Insuficiente conocimiento y educación frente al peligro sísmico. �• Otros peligros como “Accidentes catastróficos del transporte”, “Incendios de grandes proporciones y “Graves epidemias”, prácticamente no se identifican, lo que sugiere la necesidad de información, comunicación y educación de la población al respecto. • Elevada vulnerabilidad social. • Insuficiente cultura de la prevención. • Insuficiente educación ambiental para la prevención del riesgo de desastres. CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO I1 • La Filosofía de la Ciencia en su giro naturalista, así como los estudios en CTS, resultan perspectivas teóricas válidas para realizar estudios de percepción social del riesgo en función de hacer más eficiente y eficaz la reducción del riesgo de desastres. • El estudio de percepción de los peligros realizado en esta investigación representa el producto de la triangulación metodológica y teórica asumida, constituyendo además, una crítica desde una perspectiva en este sentido hasta ahora no contemplada al modelo de gestión del riesgo para situaciones de desastres existente en Cuba. • Identificar las percepciones sobre los peligros naturales y tecnológicos empleando el paradigma psicométrico al que se le adicione la percepción sobre la vulnerabilidad, representa un elemento novedoso y útil para el desarrollo de una cultura de prevención del riesgo de desastre adecuada al contexto, al posibilitar la profundización en el dominio del estudio del hombre, la subjetividad y su realidad social en contextos de riesgos. • El estudio de la percepción del peligro y el riesgo en los diferentes actores locales, incluyendo en ellos, a la comunidad, puede constituirse en la base para la construcción de un modelo para la reducción del riesgo de desastres. �CAPÍTULO III MODELO CONCEPTUAL PARA LA REDUCCIÓN DEL RIESGO DE DESASTRES: UNA CONTRIBUCIÓN AL DESARROLLO LOCAL SOSTENIBLE El Capítulo que se presenta analiza la problemática del riesgo para situaciones de desastres y la importancia de su gestión en los marcos del desarrollo local sostenible al considerarse el riesgo como una construcción social, dinámica y cambiante, diferenciado en términos territoriales y sociales que requiere de la gestión del conocimiento y la comunicación como herramientas para el desarrollo de una cultura de prevención. A partir del análisis de las funciones previstas para los Centro de Gestión de Reducción del Riesgo, se proponen acciones concretas de gestión del conocimiento que incorporan a la Sede Universitaria como “Universidad en el Territorio”. Se define un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres como una contribución al desarrollo local sostenible atendiendo a la necesidad de mejorar la forma en que se puede incidir y explicitar entre los distintos actores sociales las múltiples dimensiones del riesgo, generando un lenguaje común que permita el desarrollo de una cultura de prevención adecuada al contexto teniendo en cuenta que las soluciones macro, no son suficientes para lograr la reducción del riesgo a nivel local. 3.1 Desarrollo local 48 y gestión social del riesgo de desastres El nivel adecuado para el estudio de los peligros, vulnerabilidades y riesgos, es el nivel regional local porque es en los escenarios locales, con los diferentes actores del desarrollo, donde se configura el riesgo y en donde ocurre de manera recurrente un conjunto de desastres de diversas magnitudes que afectan de manera importante el desarrollo y las condiciones de vida de las poblaciones. Es también en el escenario local donde se deben establecer las prioridades de intervención con el fin de modificar las causas y los factores que hacen que las poblaciones vivan en riesgo, en los escenarios locales además, los procesos de toma de decisiones tienen una ubicación privilegiada, pues existe una mayor cercanía entre Estado y Sociedad como espacio propicio para la acción concertada. (Díaz, Chuquisengo y Ferradas, 2005). 48 “El concepto de desarrollo local lleva implícito la concepción de desarrollo, la cual no puede restringirse solamente al crecimiento cuantitativo de la riqueza o del producto per cápita e incluye necesariamente la dimensión social…” (León y Sorthegui: 11), los autores en el propio artículo añaden “…el desarrollo local ha de conducir no solo a mayores niveles de sustentabilidad, sino también a mayor equidad, despliegue y enriquecimiento de la individualidad y la vida colectiva, por tanto su dimensión única no es la económica, ni se rige por criterios definidos estrechamente desde esta perspectiva ...” (León y Sorthegui: 25). �El riesgo, producto de la interrelación de amenazas y vulnerabilidades es, al final de cuentas según Lavell (s.f.:5), ”…una construcción social, dinámica y cambiante, diferenciado en términos territoriales y sociales por lo que aún cuando los factores que explican su existencia pueden encontrar su origen en distintos procesos sociales y en distintos territorios, su expresión más nítida es en el nivel micro social y territorial o local porque es en estos niveles que el riesgo se concreta, se mide, se enfrenta y se sufre, al transformarse de una condición latente en una condición de pérdida, crisis o desastre” explicando más adelante que “….el riesgo global, total o de desastre se manifiesta en territorios definidos y circunscritos, y es sufrido por individuos, familias, colectividades humanas, sistemas productivos o infraestructuras ubicados en sitios determinados. Los desastres tienen una expresión territorial definido que varía entre lo muy local hasta cubrir vastas extensiones de un país o varios países”. (Lavell, s.f.:6) Lo anteriormente analizado, no significa que el nivel local tenga autonomía absoluta en términos de la concreción de los contextos de riesgo existentes o en términos de la intervención, dado que lo local forma parte de una dinámica determinada por niveles más globales. Sin embargo se considera conceptual y metodológicamente importante la Gestión Local del Riesgo como derivado específico del término “Gestión del Riesgo”, término además sugerido y difundido por LA RED desde 1995. 49 En la investigación se asumen las consideraciones hechas por Lavell (2003) sobre la gestión local del riesgo de desastre como un proceso social cuyo fin es la reducción, la previsión y el control permanente de dicho riesgo en la sociedad, en consonancia con el logro de pautas de desarrollo humano, económico, ambiental y territorial sostenibles. La gestión del riesgo es para Lavell (s.f.:8-9) “… no solo la reducción del riesgo, sino la comprensión que en términos sociales se requiere de la participación de los diversos estratos, sectores de interés y grupos representativos de conductas y modos de vida (incluso de ideologías y de perspectivas del mundo, la vida, la religión) para comprender como se construye un riesgo social, colectivo, con la concurrencia de los diversos sectores de una región, sociedad, comunidad o localidad concreta…”. Resulta interesante la idea expresada por el autor en cuanto al hecho de que 49 En opinión de Lavell (2005a), la idea de la Gestión del Riesgo (GR), sugiere procesos complejos y de importante arraigo en el componente social de la ecuación, de igual manera que la puesta de la atención en el riesgo, también rescata estos mismos procesos, a la vez que hace evidente el aspecto más fundamental del problema del desastre, o sea, la condición que permite que suceda. A raíz de estos cambios de concepción es que surge con mayor fuerza después del año 2000, la noción de “reducción del riesgo de desastre” a diferencia de “reducción de desastres”, término que nunca convenció, pero que de alguna forma reflejó la insistencia en mantener el desastre en el centro de la ecuación. �la gestión del riesgo no consiste simplemente en disminuir la vulnerabilidad, sino en la búsqueda de acuerdos sociales para soportar o utilizar productivamente los impactos, sin eliminar la obtención inmediata de beneficios, consideración que a nuestro juicio, articula con los principios esenciales para el desarrollo sostenible. En tal sentido, resulta importante considerar que la gestión del riesgo, no puede ser reducida a intervenciones tecnológicas, sino que ella debe estar referida al proceso a través del cual la sociedad en sus diferentes niveles de estructuración toma conciencia del riesgo, lo analiza y lo entiende, considera las opciones y prioridades en términos de su reducción, considera los recursos disponibles para asumirlo, diseña las estrategias e instrumentos necesarios para ello, negocia su aplicación y toma la decisión de hacerlo para finalmente implementar la solución más apropiada en términos del contexto concreto en que se produce o se puede producir el riesgo. Según Lavell (2005a), la gestión del riesgo de desastres, es un proceso específico de cada contexto o entorno en que el riesgo existe o puede existir. Además, es en opinión de este autor, un proceso que debe ser asumido por todos los sectores de la sociedad y no como suele interpretarse, únicamente por el gobierno o el Estado como garante de la seguridad de la población. Lo anterior da la medida de por qué el riesgo no puede considerarse solamente de forma objetiva cuando se consideran las opciones para su reducción, el riesgo es sujeto de múltiples interpretaciones desde la perspectiva de actores sociales distintos. Estas subjetividades tienen que ser tomadas en cuenta en la medida en que se desee encontrar soluciones factibles y eficaces para los problemas reales o aparentes que se enfrentan en el nivel local, por lo que resulta de inestimable valor el conocimiento sobre las percepciones del riesgo en los diferentes actores sociales así como la participación de las poblaciones afectadas o en riesgo si se asume la consideración de que es el riesgo el concepto fundamental por su carácter dinámico y social y no el desastre propiamente en tanto este constituye un producto peculiar. La gestión del riesgo es definida por Keipi, Bastidas y Mora (2005:8) “… como el proceso que permite identificar, analizar y cuantificar las probabilidades de pérdidas y efectos secundarios que se desprenden de los desastres, así como de las acciones preventivas, correctivas y reductivas correspondientes que deben emprenderse…”, los autores señalan la importancia de desarrollar la capacidad preventiva y de respuesta de los países, la que en oportunidades diversas se ha visto inhibida por el conocimiento técnico insuficiente, el pobre desarrollo institucional y la aplicación incompleta de instrumentos preventivos, lo que ha condicionado una orientación mayormente dirigida hacia los planes de emergencia con inspiración reactiva, los cuales se aplican a los efectos y no a las causas. �Es preciso considerar además la creación, como refieren Díaz, Chuquisengo y Ferradas (2005:5758) de “redes de gestión de riesgo” a partir del conocimiento. Deberá tenerse en cuenta lo planteado por Gutiérrez (s.f) cuando reconoce que el acceso al conocimiento, su difusión y aplicación consecuente en contextos, no sólo resulta necesario para alcanzar el desarrollo, sino también para alcanzar el control sobre los procesos tecnológicos y la regulación del riesgo. Ante la “invisibilidad” de los riesgos, es el saber lo que permite “reconocerlos” y “darles existencia”. Sin embargo, el saber también puede negarlos, o transformarlos ya sea minimizándolos o dramatizándolos, como afirma en su artículo América Latina ante la Sociedad del Riesgo Gutiérrez (s.f). Ideas similares aporta Sequeira (2004) en sus reflexiones sobre el papel de la información y el conocimiento adecuado para la gestión de centros de información en desastres La participación comunitaria es otro asunto vital para la gestión local del riesgo refieren Keipi, Bastidas y Mora (2005), lo que tiene según los autores, sus razones y fundamentos en el hecho evidenciado de que, en caso de cualquier tipo de desastre, quienes reaccionan en primer lugar y conocen mejor sus amenazas son los pobladores y autoridades locales, porque son además, los más interesados en promover su propio desarrollo y bienestar. De igual forma, las estrategias para la gestión local del riesgo propuesta por Díaz, Chuquisengo y Ferradas (2005:55), consideran la necesidad de la participación comunitaria sugiriendo las siguientes cuestiones: a) Reconciliar o concertar los imaginarios de la gente propiciando un acercamiento entre la ciencia y la técnica con los conocimientos tradicionales y saberes locales. Esto permitirá definir propuestas adaptadas a la realidad y fácilmente comprensibles por la gente. b) Afirmar la cultura de la participación: facilitando a la población las herramientas, conceptos, técnicas e información requerida para una adecuada gestión colectiva de riesgo y propiciar mecanismos de coordinación y consulta que permitan a todos la toma de decisiones. c) Articular la comunicación y el diálogo: formalizando los mecanismos y canales de diálogo entre las diversas instituciones. d) Negociación de conflictos y la acción concertada: aceptar y reconocer la existencia de intereses y propuestas diferenciadas como paso clave para el proceso de diálogo y negociación, sobre la base de consensos. El proceso de gestión del riesgo para la reducción de desastres tiene dos puntos de referencia temporal, con implicaciones sociales, económicas y políticas distintas: “…un primer referente es, efectivamente, el presente y la vulnerabilidad, amenazas y riesgo ya construidos, los cuales ayudan a revelar o descubrir eventos. El segundo referente temporal se refiere al futuro, al riesgo nuevo que �la sociedad construirá al promover nuevas inversiones en infraestructura, producción, asentamientos humanos etc.” (Lavell, 2003:32). Se trata de los niveles de riesgo que existirán con el proceso de crecimiento de la población y de la infraestructura lo que sugiere la necesidad de proyectar la gestión prospectiva del riesgo. La gestión prospectiva del riesgo resulta esencial para ejercer un control sobre el riesgo futuro, y puede desarrollarse a partir de la instrumentación en sistema de una serie de mecanismos, según propone Lavell, (2003:34) 1. La introducción de normatividad y metodologías que garanticen que todo proyecto de inversión analice sus implicaciones en términos de riesgo nuevo y diseñe los métodos pertinentes para mantener el riesgo en un nivel socialmente aceptable. En este sentido se requiere que el riesgo reciba el mismo peso que aspectos como el respeto del ambiente y el enfoque de género en la formulación de nuevos proyectos. 2. Crear normativa sobre el uso del suelo urbano y rural que garantizara la seguridad de las inversiones y de las personas. Además que sea factible y realista en términos de su implementación. Para esto son claves los planes de ordenamiento territorial. 3. La búsqueda de usos productivos alternativos para terrenos peligrosos, como puede ser el uso recreativo y para agricultura urbana dentro de las ciudades. 4. Impulsar normativa sobre el uso de materiales y métodos de construcción que sean acompañados por incentivos y opciones para que la población empobrecida acuda a sistemas constructivos accesibles y seguros, utilizando materias locales y tecnologías baratas y apropiadas. 5. El fortalecimiento de los niveles de gobiernos locales y comunitarios, dotándolos de la capacidad para analizar las condiciones de riesgo y de diseñar, negociar e implementar soluciones con bases sólidas y a la vez flexibles y viables. 6. Procesos continuos de capacitación de amplios sectores de la sociedad que inciden en la creación de riesgo y en la sensibilización y conciencia sobre el mismo. 7. Fortalecer las opciones para que los que sufren el riesgo demanden legalmente a los que lo provoquen. Esto sería la continuación lógica de las penalidades en contra de aquellos que contaminen el ambiente o que provoquen riesgo en el tránsito de personas y bienes. 8. Instrumentar esquemas de uso de los ecosistemas y recursos naturales en general, que garanticen la productividad y la generación de ingresos en condiciones de sostenibilidad ambiental. Conservación y regeneración de cuencas hidrográficas. �9. Reformar los currículos escolares de tal manera que consideren de forma holística la problemática de riesgo en la sociedad, sus causas y posibles mecanismos de control, y no solamente como prepararse y responder en casos de desastre. 10. El fomento de una cultura global de seguridad o una cultura de gestión continua de riesgo. 11. Promoviendo “ascensores” entre las iniciativas y necesidades sentidas en el nivel local y los formuladores de políticas en el nivel regional y nacional, de tal forma que se alimenta continuamente el proceso de transformación legislativa en beneficio de la reducción del riesgo. 12. Introduciendo o fortaleciendo incentivos económicos para la reducción del riesgo, como son, por ejemplo, primas de seguros más favorables a las actividades y construcciones de más bajo riesgo. 3.2. La gestión social del riesgo de desastres: un modelo conceptual La construcción de modelos es algo inherente al proceso de conocimiento, proceso este que se caracteriza por una sucesión de elaboraciones y sustituciones de modelos. Un modelo es una estructura conceptual que sugiere un marco de ideas para un conjunto de descripciones que de otra manera no podrían ser sistematizadas. “En todas las esferas de la actividad, la modelación actúa, (…) como cierto tipo de mediación, en la cual, la asimilación práctica o teórica del objeto, se realiza por medio de un eslabón intermedio especial: el modelo (…) la modelación como cualquier otro procedimiento cognoscitivo, no constituye un acto subjetivo puramente arbitrario…” (Ursul et al., 1985:130) Resulta importante destacar la utilidad de los modelos como construcciones intelectuales que posibilitan el estudio del objeto de interés para el investigador y que permiten que este sea manejable. En opinión de Levins (2008:195), “…un buen modelo debe ser realista, general y preciso…” aunque reconoce que no es posible satisfacer todos estos criterios a la vez, “... por lo tanto abstraemos el objeto de la realidad, limitando la extensión del modelo, su escala, y los fenómenos incluidos…” consideración asumida en el modelo propuesto en esta investigación. Los modelos parten de diferentes presupuestos teóricos y filosóficos. La eficacia de un modelo social en particular, depende del lugar, momento y tipo de población al cual se dirija. En el mundo del “desarrollo”, no existen problemas ni soluciones universales afirma Souza (2005) “Por incluir seres humanos, los problemas del desarrollo no son resueltos; son problemas cambiantes a ser interpretados contextualmente y manejados localmente (…). Por eso, el desarrollo no se somete a modelos universales, que no son malos sino irrelevantes localmente. Para “diferentes” grupos, las condiciones de bienestar socialmente relevantes, culturalmente aceptables, económicamente viables �y éticamente defendibles emergen de “diferentes” esfuerzos de innovación contextualizados a partir de sus historias locales”. Existen multiplicidad de elaboraciones teóricas, a las cuales se le han llamado “modelos teóricos”, entre los que es posible mencionar los siguientes: (Ramiro, s.f.) ƒ Modelos del cambio social ƒ Modelos de suministros ƒ Modelos de orientación sistemática ƒ Modelos de apoyo social ƒ Modelos de objetivos ƒ Modelos ecológicos ƒ Modelos de actuación. Estas teorías representan el estudio desde posiciones muy amplias (como son los modelos referidos al cambio social), los que se dedican a un aspecto específico (los modelos de objetivos) y hasta los que abordan cuestiones de método y se dirigen a la intervención comunitaria. A tenor de las diferencias que presentan estos modelos Sánchez (1991), considera que se pueden dividir en dos grandes grupos: • Modelos analíticos: Que se dividen en globales o sociales y psicosociales • Modelos operativos. Los analíticos globales o sociales son aquellos que se centran en el marco global socio-cultural del desempeño comunitario, permitiendo relacionar los fenómenos psicosociales con sus determinantes y correlatos macro sociales. Los psicosociales se inscriben en el nivel mesosocial, ligando dos términos básicos; individuo y sistema social a varios niveles. En los modelos operativos se pueden distinguir; los más conceptuales y valorativos que defienden los objetivos o metas de actuación y los más formales, dinámicos y relacionales, que centrándose en la acción y sus efectos, guían y orientan la realización de la intervención comunitaria. Es verdaderamente difícil orientarse en el infinidad de modelos, aportes, criterios y teorías por un lado, y por el otro lado, propuestas de programas de intervención, que muestran las dimensiones del método científico comunitario y sus diversas aplicaciones en los distintos contextos en los cuales es difícil ver la correlación con su marco teórico contextual. El modelo propuesto en la presente investigación, es una herramienta teórica para la prevención del riesgo de desastres cuyo objetivo es articular diversos saberes y disciplinas que han alcanzado �distintos grados de desarrollo50, y que son esenciales para la gestión del riesgo de desastres a nivel local al permitir visualizar el riesgo de desastre como problema ambiental que requiere de cambios en el orden cultural. Para la formulación del modelo se toma como premisa fundamental el enfoque marxista, que considera el contexto histórico social concreto como elemento esencial para la generación del conocimiento, lo que posibilita la asunción de las particularidades del sistema social cubano, en tanto prisma para la interpretación de la prevención del riesgo de desastres. La estructura que se le ha conferido al modelo no puede considerarse definitiva y, de hecho, da pie a la inclusión de otros elementos y al desarrollo de nuevas investigaciones. La introducción de otros elementos podría propiciar el estudio de nuevas relaciones y las modificaciones del modelo permitirían el necesario enriquecimiento del mismo y el mejoramiento de su heurística. Los principios en que se sustenta el modelo son: 9 Carácter crítico: presenta una visión hasta ahora no contemplada en Cuba sobre la prevención para la reducción del riesgo de desastres, tomando en consideración a la Filosofía de la Ciencia en su giro naturalista y a los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad. 9 Consistencia lógica: se refiere a la lógica interna de sus partes, las proposiciones que la integran están interrelacionadas entre sí, no existen repeticiones, contradicciones internas o incoherencias entre ellas. 9 Carácter abstracto: no hace referencia a cosas u objetos tangibles e integra en su configuración conceptualizaciones propias de diferentes campos de conocimiento, no obstante, el modelo conserva la autonomía relativa de cada campo de saber. 9 Es icónico: introduce una representación gráfica en la que se recoge la problemática. 9 Flexibilidad: por la posibilidad de aplicarse a otros contextos, y por su capacidad de actualización y reajuste. En un análisis de riesgo, el contexto, la capacidad de la gestión y los actores relacionados determinan los límites, las razones, el propósito y las interacciones a 50 Una propuesta de mapa conceptual para las áreas de investigación de riesgos, crisis y desastres es desarrollado en España por (Cortés, 2002). �considerar. Cualquier análisis que se realice debe ser congruente con el contexto y tenerlo en cuenta en todos los aspectos que le sean relevantes, de lo contrario el análisis del riesgo y por consiguiente su gestión, sería totalmente inútil e irrelevante. 9 Parsimonia: se entiende como sencillez, cualidad deseable que no significa superficialidad, sino que permite explicar mayor cantidad de fenómenos con menos proposiciones. 9 Generalidad: viene dada por la capacidad de de su extensión a otros contextos. La multiplicidad de relaciones que demanda el conocimiento de lo social, exige una visión lo más totalizadora posible, que contenga la conexión entre el todo y lo singular, la que no es posible abarcarla con una actitud reduccionista. 9 Participativo: la gestión para la reducción del riesgo de desastres, guarda estrecha relación con los temas de gobernabilidad, coordinación interinstitucional y participación ciudadana. En este sentido, la comunidad local es un actor principal con intereses legítimos sobre su hábitat y medio ambiente y que como actor activo no sólo tiene el interés sino el derecho y la responsabilidad de tomar acciones para prevenir daños ocasionados por los fenómenos naturales, las actividades industriales y su propia actividad cotidiana. (PNUMA, 2001) • Modelo conceptual. El modelo para la reducción del riesgo de desastres que se propone (Fig. 41), parte de la relación naturaleza - cultura – desarrollo como totalidad compleja teniendo en cuenta para ello el enfoque en sistema51 como modo de pensar las relaciones, e interconexiones en contextos, así como el hecho de que ninguno de los elementos que lo conforman puede ser reducido al otro, conservando su identidad, y el sistema de contradicciones que le es inherente. En el análisis contextual de la relación naturaleza - cultura – desarrollo, se toman como puntos de partida los criterios antes abordados, así como la comprensión de la tecnología en su sentido amplio, considerando a esta elemento cultural que modifica gradualmente y de forma sustancial el entorno natural, generando a su vez un conjunto de peligros e incrementando la vulnerabilidad y por 51 “Por sistema, queremos decir una conceptualización de una parte de la realidad definida por un conjunto de elementos interrelacionados. Los elementos pueden ser, moléculas, organismos, máquinas o incluso conceptos abstractos (…). El comportamiento y las propiedades de un sistema surgen no solo de las propiedades de sus elementos constituyentes, sino también en gran medida de la naturaleza e intensidad de las interrelaciones dinámicas entre ellas. Esto es especialmente cierto en los sistemas socio ecológicos, que podemos definir como las unidades básicas para el desarrollo sostenible” (Gallopín et al., 2008:37). �consiguiente los riesgos. Se subraya además la necesidad de incorporar la comunicación del riesgo a la cultura de la prevención de desastres como herramienta para la gestión social del riesgo, y el desarrollo sostenible a nivel local. La contextualización de la relación naturaleza – cultura – desarrollo en el modelo propuesto, requiere de una dimensión relacional, considerada por la autora de primer orden, dadas sus implicaciones para la prevención del riesgo de desastres. Esta dimensión integra como elementos esenciales: los principios morales, la gestión del conocimiento y las decisiones políticas, sin los cuales, no es posible garantizar la sostenibilidad a largo plazo, razón por la cual, debe permear la gestión del riesgo en todas sus fases y momentos. Los principios morales, la gestión del conocimiento y las decisiones políticas, se operacionalizan en las acciones y funciones de los Centros de Gestión para la Reducción del Riesgo, dirigidas como su nombre indica, a la gestión del riesgo de desastres, cuyo fin, es la prevención y el control del riesgo en consonancia con pautas de desarrollo humano, económico, ambiental y territorial, proceso que requiere de la comunicación del riesgo de desastres como herramienta para el desarrollo de la cultura de prevención y de la educación ambiental de los actores locales. Por la trascendencia de la gestión del conocimiento, de la comunicación del riesgo y de la cultura de prevención como herramientas en la gestión para la reducción del riesgo de desastres, se desarrollan los epígrafes 3.2.1 y 3.2.2 El modelo incorpora la percepción de los actores locales sobre los peligros y riesgos, incluyendo en entre los actores, a las comunidades y asentamientos humanos en el territorio, así como a los medios de comunicación, los que pudieran contribuir a modelar las percepciones sobre los peligros en los diferentes actores locales, ampliando y modelando sus imaginarios sobre el riesgo en la misma medida en que describe las especificidades de los escenarios de riesgo construidos. Ello debe constituir una línea de trabajo específica del CGRR atendiendo a lo anteriormente planteado. • Escenarios de riesgo Los escenarios son, descripciones narrativas de conjeturas, riesgos y factores ambientales, y constituyen una secuencia de eventos futuros. Los escenarios de riesgo, asumen un carácter hipotético, aportan información consistente, relevante, reveladora, verosímil y clara sobre el futuro, por lo que resulta una historia sobre lo que podría suceder, y no necesariamente sobre lo que sucederá. La construcción de escenarios de riesgo se hace a partir de la interacción que puede darse entre un peligro o amenaza con las vulnerabilidades presentes en los territorios. El objetivo principal es tener �una visión global de roles e interacciones para identificar prioridades en las intervenciones a desarrollar. Si importante es identificar, cuantificar y estimar el peligro, es mucho más importante aún, el conocer y analizar los factores de vulnerabilidad que presentan los diversos escenarios, entiéndase, las principales concentraciones poblacionales, las principales áreas de desarrollo agropecuario, minero, piscícola, forestal e industriales, las reservas naturales, las cuencas hidrográficas entre otros. El escenario de riesgo debe representar y permitir identificar el tipo de daños y pérdidas que puedan producirse en caso de presentarse un peligro en condiciones dadas de vulnerabilidad. Existen diferentes formas de representar dicho escenario: desde un mapa de riesgos hasta un cuadro que relacione las diferentes variables consideradas, y sus efectos. 52 • Percepción del riesgo Es particularmente importante para establecer cuáles son los escenarios de riesgo, tener presentes las percepciones de riesgo de las personas y el contexto socioeconómico y ambiental en que viven “El concepto de riesgo delimita, (…), un peculiar estado intermedio entre seguridad y destrucción, donde la percepción de riesgos amenazantes determina pensamiento y acción”. (Beck, 2000:10) La gestión para la reducción del riesgo de desastres requiere de un estudio que evidencie cuáles son las percepciones que tienen los diferentes actores sobre los riesgos a los que pueden estar expuestos y se realiza con la finalidad de identificar las necesidades de información existentes en el público, ello implica detectar las necesidades sociales de comunicación presentes en determinadas condiciones. Las nuevas tendencias en materia de amenazas y vulnerabilidad ponen en entredicho procedimientos y métodos tradicionales y exigen abordar la evaluación del riesgo en forma integral y exhaustiva. • Comunicación del riesgo El cuadro de la izquierda en la Fig. 41, incluye la comunicación del riesgo de desastres como elemento esencial para el desarrollo de la cultura de prevención, (entendida la comunicación como comunicación para el desarrollo), al mismo tiempo se incluyen ambas en el ámbito de la educación ambiental al considerar el desastre como un problema ambiental que implica una ruptura con el desarrollo y por consiguiente una problemática para la gestión ambiental del territorio. (Ver, epígrafe 3.2.2). • 52 Educación Ambiental DPAE - FOPAE. Capítulo II: El escenario de riesgo y su construcción. [en línea]. Colombia. [Consultado: 29/01/07]. Disponible en: http://www.sire.gov.co/portal/page/portal/sire/componentes/formacionComunidad/ Documentos/dpae3/cdos_9.html �En la actualidad, la configuración progresiva de nuevas formas de emergencias y desastres, especialmente en el espacio el urbano, sitúa los problemas de la degradación ambiental como un punto central de análisis, ello alude a modos particulares de interrelación entre múltiples transformaciones ambientales urbanas - físicas, naturales, sociales y políticas. Sin embargo, como ha sido típico en los estudios de desastre, se ha prestado mayor atención a los fenómenos físicos detonadores y a los impactos y respuestas a estos eventos, particularmente los referidos a la vulnerabilidad estructural o física de las edificaciones, que al contexto concreto del desastre y a los procesos históricos que han conformado las condiciones de riesgo y vulnerabilidad social de las ciudades afectadas. En materia de desastres, el concepto se refiere a las importantes alteraciones ambientales que éstos generan y que, en cierto sentido, los definen como tales. Esto plantea otro motivo más para despojar el concepto de medioambiente de las connotaciones que lo reducen a "entorno natural", resultando clave asumir que la totalidad ambiental está configurada por "lo natural, lo físico, lo social, y lo político en sentido amplio. Por esta vía, se comprende la importancia de la Educación Ambiental en su sentido más amplio. La Educación Ambiental para la prevención del riesgo de desastres, deberá ser entendida como un proceso permanente, no restringido a ningún ámbito educativo en particular y cuyo objeto principal, aunque con diferencias de contexto, lo constituya la preparación de las personas para que sean coresponsables en la protección y conservación de los ecosistemas en que habitan, y sobre todo una progresiva tendencia hacia la visión del desastre como construcción social y problema ambiental. Desde el punto de vista de la prevención de desastres, el papel fundamental de la Educación Ambiental consiste en formar conciencia de que la protección del medio es una acción social indispensable, y en aportar conocimientos y capacidades para actuar con este horizonte. Este es un punto sumamente sensible según afirma Delgado (2007), pues en su opinión, no se trata simplemente de restablecer equilibrios, o de encontrar tecnologías mejores o peores para alcanzar la sostenibilidad, sino que es preciso, superar la consideración cultural que presupone la idea dicotómica y reductora de la naturaleza a entorno exterior, que persiste hoy en la sociedad occidental. • Cultura de la prevención La cultura de prevención del riesgo, ha de proveer al hombre de un marco conceptual que permita la orientación de los sujetos en la complejidad de las condicionantes del desastre como fenómeno social y problema ambiental. La cultura de prevención es “… un cuadro de comportamiento racional y estable que, generalizado en una sociedad, se caracteriza por la práctica habitual de la �acción colectiva anticipada y sistemática para tratar de evitar que los desastres ocurran y, en caso de que ello no resulte posible, para amenguar sus efectos y, por otra parte, para reducir la vulnerabilidad.”53 (Beltrán, 2005a:33) Nuevos enfoques de educación formal y no formal, capacitación y comunicación se hacen necesarios para que los ciudadanos identifiquen la vulnerabilidad como elemento clave en la construcción del riesgo y por lo tanto del desastre. Es necesario que las personas tomen conciencia que el riesgo es posible intervenirlo o modificarlo al reducir las condiciones de vulnerabilidad, y comprendan que, los fenómenos de la naturaleza son amenazas o peligros en la medida en que los asentamientos humanos son vulnerables. Para Delgado (2007), en el transcurso del desarrollo de la cultura occidental el hombre ha perdido la capacidad de producir una reflexión valorativa múltiple, que en ocasiones hace ver el lado económico de las cosas, o el humano, o el natural, o el social, o el político, y con frecuencia el valor económicamente entendido se superpone al resto de las formas de valoración humana. La cultura de la prevención es esencial pues hasta el presente el énfasis ha estado puesto mayormente en los preparativos y la respuesta como fases del ciclo de reducción de desastres. La consideraciones antes hechas, permitiría el desarrollo de una eficaz gestión social del riesgo en todas las fases del ciclo de reducción de desastres y una contribución estratégica al desarrollo local sostenible como se sugiere en el cuadro de la derecha en la Fig. 41. • Ciclo de reducción de Desastres El ciclo de reducción de desastres prevé las actividades relacionadas con la prevención, los preparativos, la respuesta y la recuperación, para cada uno de los peligros apreciados en los territorios, cuyo contenido tendrá en cuenta lo siguiente:54 La prevención: se realiza permanentemente y constituye la etapa más eficaz de la reducción de los desastres, incluyendo medidas relacionadas con la reducción de la vulnerabilidad y el fortalecimiento de los sistemas de vigilancia y pronósticos, así como el cumplimiento de los requerimientos impuestos a las inversiones que se deben realizar en la etapa de proyecto durante el proceso de compatibilización del desarrollo económico y social con los intereses de la Defensa Civil. En el caso de las situaciones de desastre de origen tecnológico se incluye el incremento de las medidas de seguridad y en las de origen sanitario las medidas de bioseguridad de las instalaciones 53 El subrayado en negritas corresponde a la autora. CUBA. Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional. Para la planificación, organización y preparación del país para situaciones de desastres, ANEXO NO. 2 “IDEA GENERAL PARA ORGANIZAR EL PROCESO DE REDUCCIÓN DE DESASTRES EN EL PAÍS”. La Habana, 2005. p. 2223 54 �de crianza y desarrollo de las especies. La divulgación de las medidas de Defensa Civil constituye también una importante medida preventiva Los preparativos: medidas y acciones que aseguran una respuesta óptima e incluye la elaboración de las decisiones y los planes de reducción de desastres y su actualización, así como la preparación de todas las categorías de personal. Comprende además las actividades que se desarrollan antes del impacto de un peligro, con el objetivo de reducir sus daños. La respuesta: medidas y acciones que comienzan cuando es inminente el impacto de un peligro potencialmente destructivo o cuando este ocurre. Se define como el ejercicio de la dirección y el mando para la conducción de las acciones, sobre la base de las decisiones y los planes de reducción de desastres aprobados en cada instancia. Se planifica teniendo en cuenta el establecimiento de las fases previstas para cada peligro de desastre. La recuperación: medidas y acciones que comienzan cuando se aprecia que el peligro ha dejado de afectar el territorio y no representa una amenaza para el mismo o esté controlada la situación que originó la respuesta. Incluye dos etapas, la rehabilitación y la reconstrucción; la rehabilitación estará dirigida al restablecimiento de los servicios más importantes, entre ellos, el abastecimiento de agua, la elaboración de alimentos, la asistencia médica y el suministro de energía eléctrica. Comprende además el proceso de evaluación de daños y la atención a los damnificados; la reconstrucción se encaminará a la construcción y recuperación de edificaciones, instalaciones de todo tipo y de la infraestructura. Para alcanzar niveles más eficientes y eficaces en la información y divulgación de las medidas de protección de la población y la economía en todo el ciclo de reducción de desastres se requiere de una estrategia de comunicación científicamente fundamentada y de las campañas de propaganda anuales correspondientes55, es por eso que se considera en la presente investigación de extraordinaria importancia el estudio de las percepciones sobre los peligros y riesgos en los territorios. Convivir con el riesgo, no es aceptarlo, es tratarlo adecuadamente para minimizar su impacto, por ello, es indispensable la Gestión del Riesgo como un reto para conquistar el desarrollo sostenible de la sociedad cubana. La gestión del riesgo, requiere de la gestión del conocimiento y ocupa por esta razón un lugar clave en el modelo propuesto, consideraciones al respecto se desarrollan en el epígrafe 3.2.1. 55 CUBA. Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional. Para la planificación, organización y preparación del país para situaciones de desastres. “LA INFORMACIÓN Y DIVULGACIÓN DE LAS MEDIDAS DE DEFENSA CIVIL EN LA REDUCCIÓN DE DESASTRES. La Habana, 2005. p. 39 �Naturaleza - Cultura - Desarrollo Principios Morales Gestión del Conocimiento Educación Ambiental Cultura de prevención Comunicación del Riesgo de Desastres Actores Locales Gobierno Municipal Decisiones políticas Desarrollo Local Sostenible Centro de Gestión para la Reducción de Riesgos Medios de comunicación Gestión del Riesgo Ciclo de Reducción de Desastres Escenarios de Riesgos Percepción Figura 41. Modelo conceptual para la reducción del Riesgo de Desastres y su relación con el Desarrollo Local 3.2.1 Gestión del conocimiento para la gestión del riesgo de desastres En el espacio local, los riesgos difícilmente pueden separarse, están ligados a los procesos agrícolas, al manejo de suelos, de construcción de viviendas, al turismo y otros, son parte integrante del desarrollo local, cuestión sensible en los territorios en particular con actividades mineras por las características e importancia que reviste esta actividad económica. En el desarrollo local de comunidades mineras, la minería genera impactos tanto positivos como negativos en el modo de vida de la comunidad, en los flujos humanos y financieros así como en el medio ambiente, generando e incrementando los peligros y la vulnerabilidad de sus habitantes. �Para dar respuesta de manera eficiente a sus funciones, los CGRR necesitan instrumentar procesos de gestión del conocimiento que permitan abordar en toda su complejidad la problemática del riesgo, y propicien la implementación, seguimiento y evaluación de políticas y programas sociales orientados a la reducción de la vulnerabilidad y la sostenibilidad de los territorios. La gestión del conocimiento a nivel local deberá comprenderse como un proceso complejo de generación, asimilación, administración y circulación de informaciones, datos, saberes y valores necesarios que garanticen en su aplicación la solución de los problemas de carácter local y contribuyan así a la elevación de la calidad de vida de la población sobre la base del desarrollo sostenible y la participación ciudadana. (Núñez; Félix y Pérez, 2006) La Gestión del conocimiento en el desempeño del Centro de Gestión para la Reducción del Riesgo deberá: a) Orientarse al conocimiento de las percepciones sobre los peligros en los diferentes actores locales. b) Proporcionar información clara sobre los riesgos de desastre y las distintas formas de protección, incorporando en los procesos de comunicación del riesgo la perspectiva de género y los factores culturales y sociales que caracterizan al territorio. c) Fortalecer las redes entre los expertos, los planificadores y los encargados de la gestión en materia de desastres reforzando los procedimientos para utilizar los conocimientos especializados y tradicionales disponibles incorporando en mayor medida a profesionales de las ciencias sociales y humanísticas. d) Fomentar el diálogo y la cooperación entre el Gobierno Local, las entidades productivas y de servicios, la Sede Universitaria del territorio, centros de investigación, de proyectos, de capacitación y en sentido general a todos los profesionales que, desde diferentes perspectivas teóricas y metodológicas se ocupan de la reducción de los riesgos de desastre alentando la conformación de una red de conocimientos para la temática. e) Promover el uso, la aplicación y la asequibilidad de las últimas tecnologías de la información y la comunicación, las tecnologías espaciales y los servicios conexos, así como las observaciones terrestres, para contribuir a la reducción del riesgo de desastre, en particular para la formación, el intercambio y la divulgación de información entre las distintas categorías de usuarios. Por los aspectos anteriormente mencionados, en opinión de Coca, (s.f), tanto en el ámbito de la educación formal como de la no formal, se vislumbran amplios derroteros no sólo para hacer análisis de riesgos en disciplinas y contextos específicos, aspecto que constituye un elemento vital para abordar el territorio y sus dinámicas sociales en un contexto más amplio de hábitat, sino �también para avanzar en el conocimiento técnico y científico de manera que se den las premisas para generar investigaciones adecuadas para la región y la generación de un capital humano más comprometido con la reducción de la vulnerabilidad física, cultural y social.” El Programa Ramal del Ministerio de Educación Superior en Cuba “Gestión Universitaria del Conocimiento y la Innovación para el Desarrollo” (GUCID) constituye el marco apropiado para la conformación de redes de conocimiento, para la solución de las problemáticas inherentes al desarrollo local sostenible de los territorios incluyendo los estudios de peligro, vulnerabilidad y riesgo al incorporar a la Sede Universitaria Municipal (SUM) como actor del desarrollo local. La Sede Universitaria, aglutina a una buena parte de los profesionales del territorio y deberá contribuir sustancialmente a ampliar la capacidad técnica y social para responder, desde las diferentes carreras y disciplinas y en particular desde las ciencias sociales y humanísticas a las necesidades del contexto y de los diversos sectores de la población, fundamentalmente de aquellos que viven en condiciones altas de vulnerabilidad por su exposición y susceptibilidad ante peligros de carácter natural y tecnológico. Para Núñez; Félix y Pérez (2006:10), “…la misión epistémica preferente de las SUM, operando dentro de un modelo contexto céntrico, residirá más bien en actuar como agentes locales, dinamizadores, capaces de identificar problemas y colaborar en la gestión del conocimiento que facilitará su solución”. La “nueva universidad cubana”, amplía su encargo social al propiciar soluciones a partir de la gestión del conocimiento en función de los “Estudios de Peligro, Vulnerabilidad y Riesgo”, así como en el desarrollo de los denominados, institucionalmente, “Centros de Gestión para la Reducción del Riesgo” (CGRR). En tal sentido, la existencia de la Sede Universitaria como universidad en el territorio que forma profesionales en carreras de Licenciatura en Psicología, Sociología, Comunicación Social, Derecho, Estudios Socioculturales y Contabilidad entre otras, constituye una fortaleza para el desempeño del Centro de Gestión del Riesgo en el Municipio una vez que se tiene en cuenta el carácter cada vez más cognoscitivo de todas las actividades económicas, técnicas, sociales y políticas así como la rapidez de los cambios en estos campos, que hacen que la información sea la materia prima a procesar e integrar en conocimiento. Promover la gestión eficiente del conocimiento comprende el establecimiento de un acceso equilibrado a los conocimientos relevantes para incrementar la calidad de vida de los ciudadanos a nivel de los territorios y se alcanza no sólo mediante la formación profesional sino desarrollando también capacidades para producir, difundir y aplicar conocimientos y extenderlos al resto de los �procesos sustantivos inherentes a la universidad en el denominado modelo contexto – céntrico. (Souza, Cheaz y Calderón, 2001) La Sede Universitaria Municipal, debe desempeñar entonces un rol protagónico en el desarrollo sostenible del territorio y al igual que los demás agentes de la comunidad está obligada a pensar, a reformular conceptos, a promover la investigación participativa y la investigación – acción, a explorar nuevos caminos, asumiendo la dinámica del desarrollo socioeconómico. La posibilidad de contar con la ayuda del conocimiento acumulado a partir del nivel local, hasta el regional, sobre la evaluación del riesgo y la vulnerabilidad, forman la base de la construcción de políticas de desarrollo que incorporan la probabilidad de ocurrencia de desastres. Cuando a escala local existen datos e información puntual, es más fácil prevenir desastres, así es que las bases de datos y las evaluaciones del riesgo, poseen un valor adicional, y su ausencia hace imposible conocer la geografía cambiante del riesgo y los factores que forman o producen la vulnerabilidad y el daño. Por otra parte, los instrumentos de medición que se han desarrollado permiten combinar la información extraída de diversos contextos para considerar la posibilidad de un desarrollo humano sostenible que incorpore el riesgo y la vulnerabilidad a nivel local empleando como herramienta eficaz la comunicación del riesgo. 3.2.2 La comunicación del riesgo y la cultura de prevención como herramientas en la gestión para la reducción del riesgo desastres Desde diversos enfoques y perspectivas en las últimas décadas el tema de la comunicación del riesgo, suscita la atención de un número creciente de especialistas de las ciencias sociales quienes reconocen las posibilidades teóricas y metodológicas que la comunicación encierra para el cambio y la transformación social, cuestión a la cual prestan atención filósofos marxistas y no marxistas. Desde las ciencias sociales, el problema de la comunicación y su determinación concreta no resulta fácil, su complejidad viene dada en tanto constituye una forma concreta de expresión de la actividad humana, que requiere en los marcos del desarrollo social ser abordada desde la síntesis de planos diversos que incluyen lo político, lo jurídico, lo ético, lo artístico, lo psicológico, lo sociológico y lo filosófico. En su connotación filosófica, la comunicación expresa “… la relación objetiva-subjetiva entre sujetos, es decir, como intercambio de actividad intersujetos que sobre la base de la práctica social encarna la síntesis de lo objetivo-subjetivo en un proceso recíproco de producción, distribución y consumo engendrado en la actividad…”. (Pupo 1990:119) Para Pupo (1990:120-121), “… la comunicación es social, por su contenido y esencia e individual por la forma en que se despliega la sustancia social por sujetos individuales…” afirmando además �que “... en este devenir interactivo las relaciones sociales se realizan en un contexto concreto – individual, matizado además por la psicología peculiar de los sujetos…”. Esta idea resulta valiosa para comprender la importancia de modelos de comunicación del riesgo que partan de las peculiaridades y escenarios locales concretos, así como de la psicología de sus habitantes. A tono con lo anterior, es importante subrayar en tal sentido lo planteado por L. P. Bueva citado por Pupo (1990:122) cuando afirma que “…del mismo modo que la sociedad no existe al margen de los individuos que la integran, las relaciones no existen al margen de la actividad vital real y la comunicación de las personas.”, revelando de esta forma la dialéctica de lo general, lo particular y lo singular como principio metodológico de la dialéctica materialista. La actividad en tanto que modo de existencia y desarrollo de la realidad social, expresa lo universal, mientras que sus manifestaciones o modos de organización representan lo particular y la comunicación como modo de intercambio de actividad y expresión concreta de las relaciones sociales, emerge como el momento singular de dicho proceso histórico social. La dialéctica de interacción: actividad - relaciones sociales – comunicación deviene en un proceso de conversión reciproca de lo material y lo ideal, que expresa a su vez, de manera histórica concreta la dinámica misma de la relación naturaleza - cultura – desarrollo, si se asume desde posiciones marxistas el papel del trabajo en la transformación de la naturaleza y del propio hombre, y el lugar que en este proceso junto al trabajo corresponde al lenguaje como sistema de signos y símbolos, como envoltura material del pensamiento y posibilidad real para desarrollar el pensamiento lógico abstracto, expresión de la experiencia histórico social, de la cultura y el desarrollo mismo de la sociedad hasta hoy. Una comprensión sistémica de la comunicación presupone una concepción sistémica del hombre y la actividad y representa una premisa para la planificación del trabajo con el hombre. A tono con lo anterior Pupo (1990:132) resalta la importancia de la planificación consciente y planificada de la comunicación sobre la base de considerar que “… la intelección de la comunicación en su naturaleza sistémica, permite revelar su estructura y funciones, tanto en el nivel científico teórico, como en sus propias derivaciones socioprácticas. Al mismo tiempo, sobre la base del conocimiento de causa se desecha la espontaneidad y se planifica consciente y científicamente a tenor con los fines que se persiguen…” La idea anterior resulta valiosa para la investigación que se presenta en tanto partiendo del valor heurístico, metodológico y axiológico de la comunicación, hace posible proyectar la comunicación social del riesgo como actividad cotidiana, sistemática y en general como herramienta de gestión que modifique los conceptos sobre el riesgo y el desastre, ampliando las bases para una cultura de �prevención a nivel local, contribuyendo en los marcos del desarrollo local sostenible al replantear en términos de sostenibilidad la relación naturaleza – cultura - desarrollo. La comunicación del riesgo es definida por la National Academy of Sciences como “…un proceso interactivo de intercambio de información y opinión entre individuos, grupos, e instituciones. Involucra múltiples mensajes sobre la naturaleza del riesgo y otros mensajes no estrictamente sobre el riesgo, que expresan preocupaciones, opiniones, o reacciones a los mensajes de riesgo o al orden legal e institucional establecido para la gestión de riesgo”56 (Covello et al., 2001:383) En el análisis de riesgos, existen diferentes tipos de comunicación. Los aspectos técnicos se debaten entre gestores, evaluadores, Defensa Civil, el sector productivo y la población. A la hora de decidir cuál es la mejor manera de controlar un riesgo y de ejecutar las decisiones, la comunicación entre los gestores de riesgos y los diferentes actores sociales resulta esencial, constituye un debate en el que no sólo están presentes criterios técnicos sino además puntos de vista éticos, sociales y económicos a fin de tomar una decisión que se adecue al objetivo y sea aceptable para todas las partes la gestión de riesgos debe asegurar una comunicación adecuada. La comunicación de riesgos evoluciona sobre todo gracias a los estudios de la percepción de riesgos. La comunicación social del riesgo requiere hoy de cambios sustanciales si se desea configurar como parte de la educación para la gestión participativa del riesgo, la cultura de prevención y, en términos generales, de la gestión del riesgo como componente de la gestión ambiental a nivel local, lo que significa, en buena medida, conocer las percepciones sociales del riesgo y modificar los conceptos profundamente arraigados sobre el desastre como evento o fenómeno de carácter “natural” y no como una ruptura en el desarrollo que involucra la variable vulnerabilidad. La comunicación no puede estar exclusivamente orientada al ámbito de la información, por tal motivo, es preciso entender que la universalidad de los fenómenos comunicativos albergan también comprensiones y representaciones colectivas, expresiones sociales, sentidos compartidos y contextos tan disímiles que, sin lugar a dudas, modelan y decantan la naturaleza misma de la información, contribuyendo a caracterizar al individuo mismo en sus múltiples interacciones. El diseño de la comunicación de riesgos integra los resultados del estudio de percepción, preocupaciones de la población, su nivel de información, lo que quieren y necesitan saber sobre el 56 (Trad. de la autora) �riesgo y las medidas de protección que deben adoptar. Una campaña de comunicación de riesgos busca sensibilizar a la población y comunicar los riesgos y las medidas preventivas. Los resultados de los estudios de percepción sirven también para definir los “conceptos rectores” en la comunicación de riesgos, los "medios” que se utilizarán y cuáles serán los “mensajes”, es por ello que si bien las estrategias iniciales de comunicación de riesgos funcionaban de “arriba abajo”, actualmente se prefiere una forma dialéctica en la comunicación de riesgos que anime a todos los actores sociales a participar activamente en el proceso comunicativo. El estudio de percepción de riesgos ayuda a identificar con mayor precisión al público al cuál se dirigen los mensajes, es decir, al sector de la población al que se le dirige la comunicación de riesgos y también los conceptos rectores de las estrategias y mensajes específicos de acuerdo al tipo de riesgo al que están expuestos y al nivel de conocimiento que poseen sobre los mismos. Luís Ramiro Beltrán (2005: XI) citado por Alfonzo, afirma que “…la comunicación es la herramienta crucial para hacer posible la materialización de la cultura de prevención, en virtud de su poderío pedagógico, de su capacidad para educar en el sentido de modelar multitudinariamente conductas propicias al bien social. Más allá de dar noticia de hechos y opiniones y de difundir conocimientos, la comunicación inspira actitudes y enseña prácticas” La comunicación se entiende según Cardona (2001:4) como un proceso complejo, permanente, multilateral y recíproco de intercambio de información entre actores institucionales y actores sociales, que mediante la generación de confianzas mutuas, la identificación de intereses compartidos y la construcción de un lenguaje común, contribuye a sembrar y a consolidar la incorporación de la prevención en la cultura, lo que también se conoce como la Cultura de la Gestión del Riesgo. La gestión de la comunicación le otorga “valor” a la gestión del riesgo, dinamiza, promueve, influye, persuade, facilita la comprensión, modifica conductas y actitudes. Confundida muchas veces con información, la comunicación se eleva ya al rango de proceso imprescindible en toda acción preventiva o de respuesta, en toda planificación destinada a la reconstrucción o a la rehabilitación, en caso de desastre. Ella provee los aspectos básicos para que emisores y receptores se relacionen acertadamente, interactúen proactivamente y puedan establecer una óptima retroalimentación. Las funciones que debe desempeñar la comunicación sobre desastres, según Beltrán (2005b), son la informativa y la formativa, la primera entendida como provisión de datos, hechos y la formativa consistente en la labor persuasiva, esta última, puede comprenderse a nuestro juicio como el proceso dirigido a modelar las percepciones del riesgo y la conducta generadora de �vulnerabilidades y por consiguiente del desastre como aspecto crucial en materia de cultura de la prevención. En materia de comunicación del riesgo, es posible identificar según Beltrán (2005b:38-39), dos áreas específicas, una denominada “comunicación educativa” consistente en un proceso de enseñanza aprendizaje de conocimientos, actitudes y prácticas apropiadas para alcanzar la reducción del riesgo de desastres, evitando los mismos, mitigando sus efectos y, lo que a nuestro juicio es mas importante, reduciendo la vulnerabilidad ante estos, y una segunda de “información pública” dirigida a la divulgación clara prudente y oportuna de datos correctos sobre la incidencia, el desarrollo y las consecuencias del desastre con la finalidad de procurar en la población el comportamiento adecuado así como a favorecer los nexos entre las autoridades políticas y técnicas en el territorio. La elección de los medios a utilizar se relaciona con el nivel de información con que cuenta el público; el conocimiento que tienen acerca del riesgo, su forma de percibirlo, el interés por conocer sobre el riesgo y las formas de protegerse, su nivel de escolaridad, grado de participación y de los medios con los que normalmente obtiene mayor información Un plan de comunicación de riesgos integra los objetivos y estrategias a través de los cuales se comunicarán los riesgos a una población que está siendo afectada o puede verse afectada por un riesgo. De esta forma los distintos medios y mensajes que se utilicen tendrán una mejor distribución y con ello un mayor impacto. Actualmente, el universo de datos que puede manejar cualquier persona o institución es de tal volumen que es necesario calificar o jerarquizar la información para posteriormente ser transformada en comunicación eficaz. En los contenidos de documentos de consenso global, como el Marco de Acción de Hyogo o los Objetivos del Milenio, se pone énfasis en la comunicación del riesgo, la difusión de todo lo que permita conocer, saber y comprender acerca de la reducción de la vulnerabilidad. De este modo, la comunicación del riesgo sería la confluencia o síntesis de la información del peligro o amenaza más la información de las características de las vulnerabilidades, por lo que es posible en opinión de Bratschi (s.f) inferir que la comunicación social del riesgo adquiere “dos momentos” en su implementación: a) Sensibilizando a la sociedad para que autoperciba su debilidad ante determinada amenaza y descubra sus fortalezas para disminuir las consecuencias negativas de tales amenazas. b) Promoviendo acciones que reduzcan su vulnerabilidad, de modo que se prepare adecuadamente para enfrentar cualquier evento que pueda convertirse en desastre. �La comunicación es un acto humano, y en gestión del riesgo es importante tener en cuenta, cuestiones como: claridad, oportunidad, adaptabilidad, eficiencia y precisión, por eso también se necesita una gestión de la comunicación. Planificar la comunicación según Bratschi (s.f) trae beneficios como: • Hacer de la comunicación una herramienta para la educación y multiplicación del trabajo en prevención. • Identificar las necesidades de información existentes en las comunidades ubicadas en zonas de riesgo y orientar los mensajes hacia fines preventivos. • Promover en las comunidades la apropiación de la información y generar un proceso mediante el cual sus miembros identifiquen su vulnerabilidad y las opciones para hacer gestión preventiva. • Aprovechar los recursos existentes para distribuir mensajes preventivos. El reto consiste en impulsar un proceso comunicativo que avance del conocimiento hacia la toma de decisiones y acciones por parte de la población. Se requiere por lo tanto planificar y evaluar permanentemente las acciones en comunicación. “La concienciación del riesgo y de otros desastres susceptibles de producirse (…), no sólo compromete a la educación formal y sistemática, a las instituciones relacionadas con el tema y a la educación asistemática e informal de los medios de comunicación. También se necesita una planificación que involucre las acciones de las tres áreas mencionadas en forma permanente y con una programación a corto, mediano y largo plazo”. (Brastchi, 1995: p117). Es por ello que Villalobos (2001) considera que el concepto de comunicación para la reducción del riesgo de desastres deberá constituir un proceso planificado y articulado, que no desprecia ningún modelo ni recurso técnico disponible y su cometido esencial es facilitar el diálogo entre todos los actores locales con la intención de propiciar un cambio cultural. La autora, subraya la importancia del cambio cultural resaltando así, la idea de la necesidad de cerrar la brecha entre la generación del conocimiento científico – técnico, la gestión de normas políticas y técnicas y la apropiación social de la información, de manera que esta información se convierta en conocimiento y éste a su vez se traduzca en decisiones y acciones sociales concretas. De ahí la importancia de que las acciones de comunicación estén ligadas a las estrategias para prevenir los desastres. Lo conveniente es insertar en el flujo cotidiano de información, los contenidos de prevención de desastres y así hacer de este tema, también un tema cotidiano en el desarrollo de la región, zona o área. �En la medida en que la prevención se inserte en los procesos de desarrollo, la población estará menos expuesta a amenazas de origen natural o tecnológico. Una comunidad vulnerable a los desastres, debidamente informada y educada, puede implementar medidas de desarrollo sostenible donde incluyan la reducción del riesgo, teniendo en cuenta el crecimiento económico y el desarrollo local. De manera tal que para Villalobos (2001) aplicar sistemáticamente la comunicación a la gestión integral del riesgo, supone adscribirla metodológicamente al ciclo para el manejo del riesgo en todas sus fases y por otra parte tener en cuenta que la comunicación no es solo una cuestión de qué decir, sino de cómo y a quién decirlo. Solo así se alcanzará un cambio duradero en los comportamientos y las actitudes y una cultura para la prevención. En realidad, como plantea Cardona (2003a), en el caso del riesgo y los desastres lo más adecuado es la incorporación de la prevención en la cultura, dado que lo que se intenta no es cambiar la cultura sino que la actitud preventiva sea parte, desde todo punto de vista, de las costumbres y hábitos de la sociedad. Para desarrollar una cultura de prevención, la comunicación en opinión de Beltrán (2005b:54) “…debe ostentar tres características principales: universalidad, profundidad y perdurabilidad.” En opinión de este autor, la universalidad viene dada por la necesidad de alcanzar con ella a todos los ciudadanos teniendo en cuenta las diferencias de edad, sexo, ocupación, nivel educacional y lugar de residencia así como las diferencias entre las propias comunidades La profundidad en opinión de Beltrán (2005b:55) se entiende como la modificación a partir de la comunicación misma de aptitudes que procuren la disminución de las condiciones de vulnerabilidad y la voluntad de “hacer” antes de que el desastre ocurra todo lo necesario para minimizar su impacto, por perdurabilidad de la comunicación continúa Beltrán (2005b:56) “… se entiende el logro de la estabilidad por un largo plazo de un comportamiento generado por la persuasión…” Para Beltrán (2005b:56) “…la sumatoria sinérgica de la universalidad, la profundidad y la perdurabilidad confiere a la comunicación el poderío requerido para forjar la cultura de prevención…” aunque reconoce que “…esta construcción sociocultural tomará necesariamente un largo plazo porque es imposible generar semejante cambio radical de conducta multitudinaria en breve lapso…” Con los medios de comunicación disponibles se puede estar relativamente informado sobre los diferentes desastres que hoy acontecen, y sin embargo, saber muy poco en materia de prevención de riesgos, razón por lo cual la comunicación sobre el riesgo de desastres debería ser planificada y estar incorporada a la gestión para la reducción del riesgo de desastres de forma tal que contribuya al desarrollo de una cultura de la prevención y al desarrollo local sostenible. �CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO I1I • La reducción del riesgo de desastres como esencia de la gestión requiere de un modelo conceptual que incorpore la percepción social del riesgo, la gestión del conocimiento, la comunicación y la educación ambiental para el desarrollo de una cultura de prevención en función del desarrollo local sostenible. • La Gestión del Conocimiento en el desempeño del Centro de Gestión para la Reducción del Riesgo constituye un elemento esencial para la prevención del riesgo de desastres en función del desarrollo local sostenible. • Nuevos enfoques incorporados a la cultura de prevención del desastre se hacen necesarios para que los ciudadanos identifiquen la vulnerabilidad como elemento clave en la construcción del riesgo y del desastre, ello requiere del desarrollo de la educación formal y no formal, así como de la comunicación sistemática del riesgo de desastres. CONCLUSIONES 1. Los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad dado su carácter crítico, interdisciplinario y transdisciplinario, así como el giro naturalista que de modo creciente se expresa como tendencia en la Filosofía de la Ciencia, constituyen perspectivas teóricas adecuadas para el estudio de la problemática del riesgo de desastres ya que permiten respaldar las consideraciones teóricas con estudios empíricos que emplean métodos provenientes de las ciencias naturales y cognitivas. 2. La visión del desastre que se tiene desde la perspectiva de las ciencias particulares se amplía si se considera la perspectiva filosófica que ofrece la relación naturaleza – cultura - desarrollo al permitir esta relación el análisis del desastre como fenómeno social complejo y problema ambiental que ocurre en la confluencia de la dialéctica del desarrollo de la naturaleza y la sociedad, expresando en cada momento histórico el grado de desarrollo de la sociedad y su cultura frente a la naturaleza misma. 3. Emplear el paradigma psicométrico para evaluar la percepción de la población sobre los peligros y riesgos, incorporando la percepción sobre la vulnerabilidad, resulta útil en tanto las técnicas psicométricas son apropiadas para identificar similitudes y diferencias entre los grupos con respecto a las percepciones de riesgo, lo que permite integrar además, el estudio de las percepciones del riesgo de desastres naturales y tecnológicos, así como actualizar y profundizar �en el dominio del estudio del hombre, la subjetividad y su realidad social en contextos de riesgos. 4. El modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres propuesto, constituye una contribución al desarrollo local sostenible cuyo objetivo es generar sobre bases científicas, un lenguaje común entre los diferentes actores locales que permita el desarrollo de una cultura de prevención adecuada al contexto teniendo en cuenta que las soluciones macro, no son suficientes para lograr la reducción del riesgo a nivel local. RECOMENDACIONES • Incorporar en el desarrollo de investigaciones filosóficas que aborden cuestiones de carácter interdisciplinario la perspectiva que ofrece la filosofía naturalizada, así como la proveniente de los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad, por considerarse adecuadas para la solución de los grandes dilemas de la filosofía y la praxis contemporánea. • Desarrollar investigaciones sobre la percepción del riesgo desde la perspectiva de género por considerarse a las mujeres usualmente como más vulnerables. • Desarrollar investigaciones sobre gestión del riesgo que incorporen los métodos propios de la prospectiva estratégica. • Instrumentar las acciones enunciadas en la presente investigación para la gestión del conocimiento por los centros de Gestión para la Reducción del Riesgo de Desastres. • Desarrollar investigaciones sobre comunicación del riesgo de desastres que tomen en consideración el modelo propuesto en esta investigación y conduzcan al diseño de estrategias de comunicación para su reducción. • Los niveles de vulnerabilidad social existentes justifican instrumentar el modelo para la reducción del riesgo de desastres propuesto en esta investigación. �ANEXOS �ANEXO 1 La promoción de una perspectiva social sobre los desastres se ha visto acompañada del necesario desarrollo de conceptos analíticos relacionados con la idea de la vulnerabilidad humana o social. Dichos conceptos ofrecen un complemento necesario a los avances realizados en el estudio de los factores de riesgo físico o natural, hechos dentro de las ciencias naturales o básicas. Durante los últimos diez años, han sido desarrollados varios marcos conceptuales complementarios relacionados con los niveles y componentes de la vulnerabilidad humana a los desastres. Posiblemente el más elaborado y desagregado de estos esquemas es el desarrollado por Gustavo Wilches-Chaux (1989) quien identifica diez componentes o niveles de la vulnerabilidad global en los desastres: Ver: WWILCHES-CHAUX, G. Fundamentos éticos de la gestión del riesgo. [en línea]. [Consultado: 20/02/2008]. Disponible en: http://www.ucentral.edu.co/NOMADAS/nunmeante/21-25/nomadas-22/4-gustavo%20fundamentos-ok.pdf y Evolución de los riesgos naturales en el Borde Costero IX Región. [en línea]. [Consultado: 20/10/2007]. Disponible en: http://berlin.dis.ufro.cl/borde_costero/Capitulo09.pdf. La vulnerabilidad física (o localizacional) Se refiere a la localización de grandes contingentes de la población en zonas de riesgo físico; condición suscitada en parte por la pobreza y la falta de opciones para una ubicación menos riesgosa, y por otra, debido a la alta productividad (particularmente agrícola) de un gran número de estas zonas (faldas de volcanes, zona de inundación de ríos, etc.), lo cual tradicionalmente ha incitado el poblamiento de las mismas. La vulnerabilidad económica Existe una relación inversa entre ingreso per cápita a nivel nacional, regional, local o poblacional y el impacto de los fenómenos físicos extremos. O sea, la pobreza aumenta el riesgo de desastre. Más allá del problema de los ingresos, la vulnerabilidad económica se refiere, de forma a veces correlacionada, al problema de la dependencia económica nacional, la ausencia de presupuestos adecuados, públicos nacionales, regionales y locales, la falta de diversificación de la base económica, etc. La vulnerabilidad social Referida al bajo grado de organización y cohesión interna de comunidades bajo riesgo, que impiden su capacidad de prevenir, mitigar o responder a situaciones de desastre. �La vulnerabilidad política En el sentido del alto grado de centralización en la toma de decisiones y en la organización gubernamental, y la debilidad en los niveles de autonomía para decidir en los niveles regionales, locales y comunitarios, lo cual impide una mayor adecuación de las acciones a los problemas sentidos en estos niveles territoriales. La vulnerabilidad técnica Referida a las técnicas inadecuadas de construcción de edificios e infraestructura básica utilizadas en zonas de riesgo. La vulnerabilidad ideológica Referida a la forma en que los hombres conciben el mundo y el medio ambiente que habitan y con el cual interactúan. La pasividad, el fatalismo, la prevalencia de mitos, etc., todos estos factores aumentan la vulnerabilidad de las poblaciones, limitando su capacidad de actuar adecuadamente frente a los riesgos que presenta la naturaleza. La vulnerabilidad cultural Expresada en la forma en que los individuos se ven a sí mismos en la sociedad y como conjunto nacional. Además, el papel que juegan los medios de comunicación en la consolidación de imágenes estereotipadas o en la transmisión de información desviante sobre el medio ambiente y los desastres (potenciales o reales). La vulnerabilidad educativa En el sentido de la ausencia, en los programas de educación, de elementos que instruyan adecuadamente sobre el medio ambiente o el entorno que habitan los pobladores, su equilibrio o desequilibrio, etc. Además, se refiere al grado de preparación que recibe la población sobre formas de un comportamiento adecuado a nivel individual, familiar y comunitario en caso de amenaza u ocurrencia de situaciones de desastre. La vulnerabilidad ecológica Relacionada con la forma en que los modelos de desarrollo no se fundamentan en "la convivencia, sino en la dominación por la vía de la destrucción de las reservas del ambiente (que necesariamente conduce) a ecosistemas que por una parte resultan altamente vulnerables, incapaces de autoajustarse internamente para compensar los efectos directos o indirectos de la acción humana, y por otra, altamente riesgosos para las comunidades que los explotan o habitan �La vulnerabilidad institucional Reflejada en la obsolescencia y rigidez de las instituciones, especialmente las jurídicas, donde la burocracia, la prevalencia de la decisión política, el dominio de criterios personalistas, etc., impiden respuestas adecuadas y ágiles a la realidad existente. Las distintas combinaciones de estos niveles de vulnerabilidad tienen un claro y diferenciado efecto en términos del impacto de un evento físico en una matriz social particular. ANEXO 2 Tabla 1 Factores generalmente utilizados para explicar la percepción del riesgo Factor/parámetro Condiciones hipotéticas para percepciones más altas del riesgo o de la ponderación del mismo Factores relacionados al tipo de peligro Catástrofe potencial Capaz de causar alto número de muertes/lesionados en el tiempo, o en relación con un solo evento, en comparación con los riesgos normales Aceptación voluntaria Involuntario Grado de control incontrolable Conocimiento Poco conocido para el individuo Incerteza científica Poco conocido o desconocido para la ciencia Controversia Incierta, hay distintas opiniones sobre el riesgo Temor Terrible, temor por el tipo de consecuencias Historia Recurrente, ocurrencia previa de accidentes Aparición de los efectos Repentina, falta de advertencias previas o importantes efectos inmediatos Reversibilidad Irreversible, las consecuencias no pueden ser reguladas o remediadas. Factores relacionadas al contexto social Equidad Basada en una injusta distribución de riesgos y de beneficios Beneficios Incerteza respecto a beneficios Confianza Dirigida o estimada, por autoridades o expertos no confiables Atención de los medios Altamente expuesto y presentado emocionalmente en los medios de comunicación masiva Disponibilidad de la información Se percibe información no confiable o insuficiente, los rumores crecen en importancia Niños involucrados Abarca a niños o a fetos Generaciones futuras Afecta a futuras generaciones en forma injusta o irrevocable Identidad de la víctima Causa daño a alguien conocido o querido Factores relacionados con el contexto de las opiniones sobre el riesgo o las ponderaciones Blanco del riesgo Ponderaciones de los riesgos para otros y no para uno mismo Definición del riesgo Énfasis sobre las consecuencias en contraste con las probabilidades �Marco contextual Estrechamente relacionado en el tiempo con una experiencia personal negativa o con una situación que induce a una mala disposición. Factores relacionados con características individuales Género Las mujeres expresan más alta percepción del riesgo que los hombres. Educación Personas de menor educación emiten generalmente estimaciones más altas Edad Las personas mayores generalmente emiten estimaciones más altas Ingreso Las personas de menos ingresos generalmente emiten estimaciones más altas Sensibilidad psicológica Las personas más ansiosas generalmente emiten estimaciones más altas Habilidades personales Las personas que no tienen conocimientos o entrenamiento sobre riesgos emiten estimaciones más altas ANEXO 3 Guía para la entrevista en profundidad a informantes claves en el territorio En opinión de Taylor y Bogdan (2002:119), “…la guía de la entrevista no es un protocolo estructurado. Se trata de una lista de áreas generales que deben cubrirse con cada informante. En la situación de la entrevista el investigador decide cómo enunciar las preguntas y cuándo formularlas. La guía de la entrevista sirve solamente para recordar que se deben hacer preguntas sobre ciertos temas.” Las cuestiones a explorar en las entrevistas realizadas fueron: • Funcionamiento del Consejo Popular • Principales problemas del Consejo Popular • Amenazas socionaturales presentes • Valoración sobre el desarrollo de las actividades productivas de las Empresas del Grupo Empresarial Cuba - Níquel en el Consejo o próximas al mismo, que pudieran generar situaciones de desastres. • Vulnerabilidad social en el territorio y en el Consejo Popular • Actividades de capacitación para la reducción del riesgo de desastres que se desarrollan • Comportamiento de la población objeto de estudio ante el peligro de intensas lluvias • Medios disponibles para enfrentar situaciones de desastres de gran magnitud en el territorio �Anexo 4 224400 Leyenda Medio Socioeconómico 223900 0 200 1 400 223400 1 3 222900 2 222400 13 12 10 7 4 8 9 6 14 5 11 221900 221400 1 Empresa Moa Nickel S.A Comandante Pedro Sotto Alba 2 Aeropuerto Rolando Monterrey 3 Instalaciones del Puerto 4 Cadena de edificios 5 Viviendas Río Minas 6 Restaurante Balcón 7 Farmacia y óptica 8 Semiinternado Camilo Cienfuegos 9 Escuelas Secundaria Básica Rolo Monterrey y José Martí 10 Hospital Pediátrico Pedro Sotto Alba 11 Círculo Social 12 Círculo infantil Los Mineritos 13 Cine Ciro Redondo 14 Empresa de Servicios del Níquel ESUNI Otros Símbolos 1 Presas de cola Ríos y arroyos 220900 220400 697600 698100 698600 699100 699600 700100 700600 701100 701600 Figura. 1 Elementos más significativos del Medio Socioeconómico en el Consejo Popular Rolo Monterrey �ANEXO 5 Entrevistador _________________________________ Fecha _________________ No _________________ Con el objetivo de perfeccionar la estrategia de prevención ante los peligros naturales, tecnológicos y sanitarios que pudieran afectar el territorio y su persona, el Centro de Gestión de Reducción del Riesgo de la Defensa Civil desarrolla el presente estudio. Le agradeceríamos su valiosa colaboración al contestar y le garantizamos el carácter anónimo de sus respuestas. Características socioeconómicas del entrevistado: Provincia Municipio Consejo Popular. Barrio o Comunidad. Sexo. Masculino Femenino Edad. _____años Joven adulto Adulto mayor Nivel de instrucción vencido. Sin escolaridad primaria secundaria Situación ocupacional. Trabajador Ama de casa Jubilado Tiempo de residencia en el Consejo _____años .Menos de 1 año De 1 a 3 años Mas de 3 años 1) Medio superior superior Estudiante Desocupado Dentro de los tipos de peligro que existen. ¿Cuáles a su juicio pudieran afectar el territorio? Escoja todos los que considere, pero indicando los tres más importantes. Huracanes Sismos Intensas lluvias Plagas Intensas sequías Derrame de petróleo Graves Epidemias Rotura de presas Escape de sustancias tóxicas Incendios de grandes proporciones Accidentes catastróficos del transporte Penetraciones del mar �2 Del peligro de mayor importancia mencionado en la pregunta No. 1, diga: A.1. ¿En qué medida usted conoce el riesgo asociado a este peligro (daños que puede causarle, posibilidades que tiene de experimentar estos daños, etc. 1 2 3 4 5 Nivel de conocimiento muy bajo Nivel de conocimiento bajo Nivel de conocimiento intermedio Nivel de conocimiento alto Nivel de conocimiento muy alto A.2 ¿En qué medida considera que los responsables de la prevención en su comunidad conocen el riesgo asociado a este peligro? 1 2 3 4 5 Nivel de conocimiento muy bajo Nivel de conocimiento bajo Nivel de conocimiento intermedio Nivel de conocimiento alto Nivel de conocimiento muy alto A.3 ¿En qué grado usted le teme al daño que se puede derivar de este peligro? 1 2 3 4 5 En grado muy bajo En grado bajo En grado intermedio En grado alto En grado muy alto A.4. La posibilidad de que Ud. experimente un daño como consecuencia de este peligro es: 1 2 3 4 5 Posibilidad muy baja Posibilidad baja En grado intermedio Posibilidad alta Posibilidad muy alta A.5 En términos de novedad o antigüedad, este peligro es para su comunidad: 1 2 3 4 5 Muy antiguo Antiguo Ni antiguo/ ni nuevo Nuevo Muy nuevo /Novedoso A.6 En caso de producirse, la gravedad del daño que le puede causar este peligro es: 1 2 3 4 5 Gravedad muy baja Gravedad baja Gravedad intermedia Gravedad alta Gravedad muy alta �A.7 Para usted, la voluntariedad o involuntariedad en su exposición a este peligro es: 1 2 3 4 5 Involuntaria Algo involuntaria Ni involuntario/ni voluntario En cierta medida voluntaria Voluntaria A.8 En caso de producirse una situación de riesgo, ¿en qué medida usted puede intervenir para controlar el daño que puede causarle este peligro? 1 2 3 4 5 Control muy bajo Control bajo Control intermedio Control alto Control muy alto A.9. ¿En qué grado usted puede evitar que este peligro desencadene una situación de consecuencias negativas? 1 2 3 4 5 En grado muy bajo En grado bajo En grado intermedio En grado alto En grado muy alto A.10 ¿En qué grado este peligro que puede dañar a un gran número de personas de una sola vez? 1 2 3 4 5 En grado muy bajo En grado bajo En grado intermedio En grado alto En grado muy alto A.11 En caso de ocurrir ¿cuándo se experimentarían los efectos más nocivos de este peligro? 1 2 3 4 5 Inmediatamente Casi de inmediato Inmediatez intermedia Con cierto retardo Retardadamente G1. ¿Cómo valora el riesgo de accidente o de enfermedad muy grave asociado a este peligro? Considere que los accidentes o enfermedades muy graves pueden ocasionar muerte, pérdida de miembros, de capacidades funcionales, enfermedades crónicas que acortan la vida o reducen su calidad, ya sea de manera inmediata o a mediano/largo plazo. 1 2 3 4 5 Riesgo muy bajo Riesgo bajo Riego intermedio Riesgo alto Riesgo muy alto �ANEXO 6 Perfil característico del riesgo percibido Rotura Presa 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato < 30 años entre 30 y 60 > 60 años Figura 14. Perfil característico según grupos de edades Perfil característico del riesgo percibido Rotura Presa 1 2 3 4 5 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Conocido (expuestos) Conocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Primaria Demorado Media Media Sup. Superior �Figura 15. Perfil característico según nivel de escolaridad Perfil característico del riesgo percibido Rotura Presa 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Temido Alta vulnerabilidad Nuevo Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) No temido Baja vulnerabilidad Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato Trabajador Ama Casa Jubilado Estudiante Desocupado Figura 16. Perfil característico según grupos ocupacionales Perfil característico del riesgo percibido Esc. Sust. Tóxicas 1 2 3 4 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado Masculino Femenino Figura 20. Perfil característico según sexos �Perfil característico del riesgo percibido Esc. Sust. Tóxicas 1 2 3 4 5 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Conocido (expuestos) Conocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Sin Esc. Demorado Primaria Secundaria M. Superior Superior Figura 21. Perfil característico según nivel de escolaridad Perfil característico del riesgo percibido Esc. Sust. Tóxicas 1 2 3 4 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Trabajador Demorado Ama Casa Jubilado Estudiante Desocupado Figura 22. Perfil característico según grupos ocupacionales �Perfil característico del riesgo percibido Intensas lluvias 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado Masculino Femenino Figura 25. Perfil característico según sexos Perfil característico del riesgo percibido Intensas lluvias 1 2 3 4 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado < 30 años entre 30 y 60 > 60 años Figura 26. Perfil característico según grupos de edades �Perfil característico del riesgo percibido Intensas lluvias 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Sin Esc. Demorado Primaria Secundaria M. Superior Superior Figura 27. Perfil característico según nivel de escolaridad Perfil característico del riesgo percibido Intensas lluvias 1 2 3 4 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Trabajador Demorado Ama Casa Jubilado Estudiante Desocupado Figura 28. Perfil característico según grupos ocupacionales �Perfil característico del riesgo percibido Huracanes 1 2 3 4 5 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Conocido (expuestos) Conocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Demorado Veguita Rolo Monterrey Río Mina Figura 31. Perfil del riesgo percibido comparando los diferentes estratos estudiados. Perfil característico del riesgo percibido Huracanes 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato Masculino Femenino Figura 32. Perfil característico según sexos �Perfil característico del riesgo percibido Huracanes 1 2 3 4 5 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Conocido (expuestos) Conocido (responsables) No temido Temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Inmediato Sin Esc Demorado Primaria Secundaria M. Superior Superior Figura 33. Perfil característico según escolaridad Perfil característico del riesgo percibido Huracanes 1 2 3 4 Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Temido No temido Baja vulnerabilidad Alta vulnerabilidad Viejo Nuevo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato Trabajador Ama Casa Jubilado Estudiante Desocupado Figura 34. Perfil característico según grupos ocupacionales �Perfil característico del riesgo percibido Sismos 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato Masculino Femenino Figura 37. Perfil característico según sexos Perfil característico del riesgo percibido Sismos 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato Rolo Monterrey Figura 38. Perfil del riesgo percibido Reparto Rolo Monterrey �Perfil característico del riesgo percibido Sismos 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato < 30 años entre 30 y 60 > 60 Figura 39. Perfil característico según grupos de edades Perfil característico del riesgo percibido Sismos 1 2 3 4 5 Conocido (expuestos) Conocido (responsables) Desconocido (expuestos) Desconocido (responsables) Temido No temido Alta vulnerabilidad Baja vulnerabilidad Nuevo Viejo Poco grave Muy grave Involuntario Voluntario No evitable Evitable No controlable Controlable No catastrófico Catastrófico Demorado Inmediato Trabajador Ama Casa Jubilado Estudiante Figura 40. Perfil característico según grupos ocupacionales �REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ALFONSO, P. 1999. Algunas consideraciones sobre los impactos ambientales de los modelos de desarrollo actuales. En: Colectivo de Autores. Tecnología y Sociedad. La Habana: Editorial Félix Varela, 1999. p. 178-184 2. ALFONZO, A. 2005. Comunicación e información: prioridad entre las acciones de prevención de riesgos ante los desastres. En BELTRAN, R. (ed.). Comunicación Educativa e Información Pública sobre Desastres en América Latina. 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Title A name given to the resource El riesgo de desastres: una reflexión filosófica Creator An entity primarily responsible for making the resource Carmen Delia Almaguer Riverón Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2008 Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/d6dcfdc354da6691a36441d7ab1988db.pdf ab545781b249cf054078032a7192c5d2 PDF Text Text Tesis doctoral EDURECIMIENTO MEDIANTE EXPLOSIVOS DELACERO HADFIELD Miguel Ángel Caraballo Núñez �REPÚBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALURGICO “DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ” FACULTAD DE METALURGIA Y ELECTROMECÁNICA DEPARTAMENTO DE MECÁNICA RESUMEN ENDURECIMIENTO MEDIANTE EXPLOSIVOS DEL ACERO HADFIELD Tesis presentada en opción al Grado Científico de Doctor en Ciencias Técnicas AUTOR: M. Sc. Ing. Miguel Angel Caraballo Núñez TUTORES: Dr. C. Urbano Ordóñez Hernández Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría Facultad de Mecánica Departamento de Construcción de Maquinaria Dr. C. Benito Casals García Empresa Mecánica del Níquel “Gustavo Machín” Dr. C. Arístides Alejandro Legrá Lobaina Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Metalurgia y Electromecánica Departamento de Matemática y Computación MOA, 2004 �SINTESIS El trabajo realiza una investigación, sobre la influencia de las cargas de impacto generadas por la energía de detonación de una sustancia explosiva en las regularidades del comportamiento del acero Hadfield, obteniéndose modelos lineales de mínimos cuadrados estadísticamente significativos que muestran una tendencia creciente de sus propiedades mecánicas y funcionales en la misma medida que se incrementan las variables independientes del proceso de experimentación (δ y k), las cuales están relacionadas con los valores de presión de detonación (Pd) y energía específica (Ee), que representan los parámetros de detonación de la sustancia explosiva empleada. Se utilizaron técnicas de microscopía óptica, y de difracción por rayos x para la caracterización metalográfica y la determinación del estado tensional de las muestras; al mismo tiempo se realizaron ensayos de dureza y desgaste abrasivo gravimétrico. A partir del análisis de los resultados, fue posible establecer el mecanismo de endurecimiento del material fundamentado por el incremento de los defectos de empaquetamiento de acuerdo con los mecanismos de deslizamiento y maclado; los cuales se producen por la acción combinada de los efectos del tensionamiento de la estructura cristalina de la red, la reducción del tamaño promedio de los granos, y el incremento de la acritud como resultado del trabajo de deformación en frío. Finalmente se describe el procedimiento tecnológico de endurecimiento mediante explosivos, que permite duplicar el tiempo de explotación de piezas de equipos de laboreo minero utilizadas por la industria cubana del níquel fabricadas de acero Hadfield, con un significativo efecto económico, social y ambiental. INTRODUCCION La Industria Cubana del Níquel con 60 años de creada, a partir del año 2000 constituye la primera fuente de exportación del país y se encuentra enfrascada en un proceso de ampliación de sus capacidades y modernización de su tecnología, y con ello equipos y aparatos para su desarrollo, lo que permitirá ir incrementando su papel en la economía nacional. En la resolución económica del V Congreso del Partido Comunista de Cuba (1997) se plantea que para la recuperación y desarrollo de la economía cubana es necesario intensificar el desarrollo de la industria minero metalúrgica, y como objetivo estratégico incrementar la producción de concentrados de níquel con mayor eficiencia en las inversiones. Para cumplir estos lineamientos a mediano y largo plazo, se requiere que paralelamente al crecimiento progresivo de la producción se perfeccionen los parámetros y regímenes de trabajo de las instalaciones y el equipamiento tecnológico, para explotar de una forma más racional y eficiente las grandes reservas de recursos minerales existentes en los yacimientos niquelíferos de la región oriental de Cuba y se perfeccione el sistema de extracción minera; lo que garantizará la existencia de un proceso productivo continuo. El costo de producción del níquel está incrementado en gran medida por el elevado consumo energético debido a que una parte significativa del equipamiento utilizado se encuentra en fase de deterioro progresivo, exigiendo grandes esfuerzos para sustituir o recuperar los dispositivos, agregados y piezas que conforman los componentes principales del equipamiento. En el costo de extracción del níquel y en la eficiencia de su proceso tecnológico, incide de forma especial el deterioro prematuro provocado por la acción simultánea de la abrasión y el impacto, en diversos componentes de equipos de laboreo minero tales como: los dientes de las palas excavadoras, los martillos de las trituradoras y las paletas de las lavadoras de mineral entre otras. Estas piezas se fabrican de acero al alto manganeso (Hadfield), teniendo en cuenta �la propiedad que éste posee de aumentar su dureza en las superficies de contacto, con el incremento del trabajo de deformación en frío. Todos estos elementos muestran como rasgo distintivo de su comportamiento, el desgaste intenso que sufren al entrar en contacto con el mineral; lo que no garantiza las condiciones de longevidad durante el servicio de operación, e implica pérdidas económicas considerables y un efecto negativo en la calidad ambiental de las secciones de trituración y molienda y los diversos frentes mineros. El desgaste es menos acentuado prácticamente en la fase final de explotación de estas piezas, cuando sus valores iniciales de dureza han sido casi duplicados; pero también cuando la pérdida de su configuración inicial la inhabilitan para el servicio. A pesar de la gran variedad de factores que influyen en la situación planteada, tales como: tipo del mineral laterítico, abrasividad, régimen de explotación, etc, se distinguen por su significación en el alargamiento del período de trabajo de estos elementos, las propiedades mecánicas y funcionales que puedan desarrollar, en particular la dureza. Las propiedades mecánicas y funcionales idóneas en el acero Hadfield para la eficaz explotación del equipamiento que lo utiliza, se han tratado de obtener por diferentes vías; tanto mediante la aplicación de tecnologías y procedimientos en el material fundido, como por la utilización de técnicas de recuperación mediante el empleo de depósitos soldados. Uno de los procedimientos que ofrece perspectivas más alentadoras para lograr el endurecimiento preliminar por trabajo de deformación en frío, y así las características preoperacionales requeridas para el incremento del período de explotación de las piezas que utilizan este material, lo constituye el empleo de energía a alta velocidad; en particular la generada por la detonación de una sustancia explosiva. En la búsqueda bibliográfica realizada, se aprecia una gran variedad de enfoques con relación a la descripción del mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield y las regularidades de su comportamiento mecánico y funcional; sin embargo no queda claro su fundamentación cuando el material es sometido a las cargas de contacto que se producen a partir de la propagación de un pulso generado por la detonación de una sustancia explosiva. Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, se plantea la siguiente situación problémica: Situación problémica: Desde el punto de vista científico, existe diversidad de enfoques con relación a la fundamentación del mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield y las regularidades de su comportamiento mecánico y funcional; y desde el punto de vista tecnológico, se manifiesta desgaste prematuro de piezas fabricadas de este material debido a que las mismas inician su explotación con una baja dureza relativa. Lo anterior da lugar a un insuficiente aprovechamiento de su capacidad de trabajo. A partir de la situación problémica planteada y del análisis del estado del arte en la temática, el problema científico a investigar se define de la siguiente forma: Problema Científico: Las teorías existentes no fundamentan adecuadamente el mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield ni explican las regularidades de su comportamiento mecánico y funcional, en condiciones de aplicación de cargas explosivas con energía específica de 3x106 Nm/kg y presión de detonación entre 4 y 7 GPa. Sobre la base del problema científico se establece el objeto de la investigación, los objetivos del trabajo y la hipótesis científica. Objeto: El acero austenítico al alto manganeso tipo Hadfield. Objetivo General: • Fundamentar el mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield con el uso de explosivos y las regularidades de su comportamiento mecánico y funcional. �Objetivo Específicos: • Establecer las regularidades del comportamiento mecánico y funcional del acero Hadfield, a partir de los resultados del trabajo experimental. • Argumentar el mecanismo de endurecimiento mediante explosivos del acero Hadfield, a través del análisis metalográfico, la difracción por rayos x y los modelos matemáticos que sean obtenidos de los datos experimentales. • Establecer el procedimiento tecnológico de endurecimiento mediante explosivos de piezas fabricadas de acero Hadfield. Hipótesis Científica: Si se aplican al acero Hadfield, cargas de impacto generadas por la energía de detonación de una sustancia explosiva, puede provocarse en éste la aparición de un estado tensional de compresión que incrementa su dureza y la resistencia al desgaste abrasivo, según un mecanismo de endurecimiento por deslizamiento y maclado. Consecuentemente con el cumplimiento de los objetivos propuestos y la hipótesis planteada, constituyen novedades y aportes del trabajo las siguientes: Novedades Científicas: • Se establecen las regularidades del comportamiento mecánico y funcional del acero Hadfield en presencia de cargas explosivas. • Se demuestra la acción simultánea del maclado y el deslizamiento y no las transformaciones de fases, como fundamentación del mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield en presencia de cargas explosivas. Novedad Tecnológica: • Se establece un procedimiento tecnológico, técnicamente factible y económicamente racional, para el endurecimiento mediante explosivos de piezas fabricadas de acero Hadfield. Aportes Metodológicos: • La introducción de los nuevos conocimientos desarrollados, acerca de las regularidades del comportamiento mecánico y funcional y el mecanismo de endurecimiento mediante explosivos del acero Hadfield, en temáticas vinculadas a Metalurgia, Mecánica y Minería. • La utilización de los métodos de investigación empleados y la caracterización de los parámetros del proceso de endurecimiento, como referencia bibliográfica para futuros trabajos investigativos. Para asegurar el aporte de las novedades científicas, dar cumplimiento a los objetivos declarados y confirmar la hipótesis del trabajo se realizan las siguientes tareas. Tareas del Trabajo: 1. Establecimiento del estado del arte y sistematización de los conocimientos y teorías relacionadas con el objeto de estudio. 2. Planificación del diseño experimental de la tesis y fundamentación de las variables del proceso. 3. Preparación de las Probetas y Accesorios, y realización de los experimentos de la tesis. 4. Obtención de las regularidades del comportamiento mecánico y funcional del acero Hadfield, y de los parámetros que caracterizan su capacidad de endurecimiento por trabajo de deformación, bajo las condiciones estudiadas. 5. Análisis de los resultados y fundamentación del mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield ante cargas explosivas. 6. Establecimiento e implementación del procedimiento de endurecimiento mediante explosivos de piezas fabricadas de acero Hadfield. �CAPITULO I. MARCO TEORICO DE LA INVESTIGACION I.1. Introducción Se hace un análisis del estado del arte, en relación con la caracterización del acero austenítico al alto manganeso (Hadfield) y la interrelación composición química–estructura–propiedades; además de las particularidades de las transformaciones estructurales del material durante el trabajo de deformación en frío, con énfasis en el análisis de su mecanismo de endurecimiento y las tensiones residuales que se generan en el proceso. En objetivo que se plantea en el capítulo es: realizar un análisis de la bibliografía existente que permita definir el estado del arte en la temática abordada y sustentar los resultados alcanzados en la investigación. I.2. Generalidades acerca del acero al alto manganeso (Hadfield) y su empleo industrial en Cuba. Son amplias las aplicaciones en la industria del acero Hadfield, teniendo en cuenta que su resistencia al desgaste se incrementa a pesar de su relativa baja dureza inicial, cuando es sometido al trabajo de golpeo continuo combinado con fricción (Varela, 2003). Sin embargo los procedimientos tecnológicos y soluciones referenciados en la literatura, no aseguran un alargamiento significativo del período de vida útil de las piezas fabricadas de este material. Los resultados obtenidos en la caracterización de la estructura de este tipo de aleación (Martínez, 1981; Martínez y Goyos, 1989) y la optimización de la tecnología del tratamiento térmico (Mariño, 2000), constituyen un importante paso de avance en la consecución de una estructura de austenita homogénea, requisito indispensable en el éxito de cualquier proceso ulterior de deformación plástica del acero Hadfield. Para piezas y componentes desgastados se plantean alentadoras alternativas empleando depósitos de soldadura de acero austenítico al alto manganeso (Torres, 2002). El empleo industrial en Cuba de procedimientos tecnológicos para el endurecimiento del acero Hadfield con el uso de explosivos, es exclusivamente referido en un reporte de aplicación de investigadores del CENIC (Meriño, 1977), trabajos preliminares llevados a cabo por el coordinador del grupo de trabajo de los metales con explosivos del ISMMMoa (Casals, 1997); e investigaciones realizadas por el autor en esta temática (Caraballo, 1997a, 1997b, 1999, 2000, 2004a, 2004b). I.2.1. Composición química típica de los aceros auteníticos al alto manganeso (Halfield). La composición química estándar del acero austenítico al alto manganeso tipo Hadfield de se establece en la norma ASTM A128 (AFNOR/AIR: Z120M12 (old); DIN: Nº 1.3401, X120Mn12; GOST: Γ13). Según su composición química se puede considerar como un acero hipereutectoide altamente aleado. Los elementos de aleación se mueven entre límites bien definidos y aportan propiedades específicas al material. Es significativo el papel que tiene el manganeso (en el rango de 12 a 14 %) conjuntamente con el carbono (para valores entre 0,9 y 1,4 %) en el incremento de la resistencia mecánica, particularmente la resistencia a la tracción y la elongación relativa, al igual que en la resistencia a la abrasión y la capacidad de endurecimiento por golpeo. I.2.2. Formación de la estructura austenítica del acero al alto manganeso (Hadfield). El acero Hadfield, es un acero que después de la colada y a temperatura ambiente posee una estructura austenítica, con carburos excesivos del tipo (Fe,Mn)3C que se forman en los bordes de los granos y disminuyen la resistencia y ductilidad del acero (Guliaev, 1983). El tratamiento térmico de austenizado recomendado para obtener una estructura de austenita homogénea libre de carburos, se consigue calentando la aleación a temperaturas superiores a la �línea de precipitación de carburos (1 050 0C – 1 100 0C), seguido de un mantenimiento y un posterior enfriamiento rápido que impida una nueva segregación de fases secundarias en el interior y el borde de los granos. Según el diagrama estructural del sistema Fe-Mn–C (Mangenese Centre, 1998), para el intervalo entre 12 y 16 %, de manganeso y contenidos de carbono superiores al 0,4 % la estructura del acero empieza a ser enteramente austenítica. Esta estructura se mantiene sin cambios hasta que se alcanzan contenidos de carbono aproximadamente de un 1 %, en que aparece la fase carburo en el acero. I.2.3. Propiedades físico, mecánicas y funcionales del acero al alto manganeso (Hadfield). En diversas bases de datos se hace referencia a las propiedades físico y mecánicas a temperatura ambiente, obtenidas en el acero Hadfield fundido y templado hasta conseguir la austenización completa. Otros autores abundan sobre el comportamiento físico, mecánico y funcional del acero Hadfield en diferentes condiciones (Adler et al, 1986; Zuidema et al, 1987; Villca, 1992; Chu et al, 1995; Wilson y Not, 1996; Fucheng y Tinquan, 1997; Dong et al, 1998; Ogel, 1998; Torres, 2002). A modo de resumen, se puede plantear que las referencias presentan gran diversidad de criterios en relación con las propiedades físico, mecánicas y funcionales, del acero Hadfield fundido y austenizado, en dependencia de su composición, estructura y método de deformación empleado. En los trabajos analizados no se exponen modelos experimentales o teóricos que relacionen las propiedades mecánicas (Resistencia Mecánica y Dureza) y funcionales (resistencia al desgaste abrasivo), con la variación de las condiciones de aplicación de las cargas de impacto generadas por la detonación de una sustancia explosiva. I.3. Transformaciones estructurales del acero al alto manganeso (Hadfield) durante el trabajo de deformación en frío. Existen diversas teorías para explicar el mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield, tanto a partir de la influencia térmica en su estructura como por la aplicación de cargas externas. Variadas son también en este último caso, las condiciones de aplicación de las cargas externas y el nivel de respuesta correspondiente en el material. I.3.1. Mecanismo de endurecimiento del acero al alto manganeso (Hadfield). Existen dos grandes teorías para explicar el mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield. Una de las teorías fundamenta el criterio de la transformación de la austenita a martensita al ser sometidas al efecto del golpeo (Morozovshaya, 1963; Hadbroken y Brower, 1966; Lajtin, 1973; Sarkar, 1980; Kuzmin y Samojostki, 1984; Avner, 1985; Desforges et al, 1989; Southwell y Young, 1990; Tokonami y Otsuka, 1990; Zeemaun et al, 1992; Bortoni et al, 1992; Pickering, 1996; Caian, 1997; Fucheng y Tingquan, 1997; Speidel, 1998; Dong et al, 1998; Asamura et al, 1998; Ando et al, 2000; Larmi, 2000). El otro criterio predominante establece que la gran capacidad de endurecimiento del acero austenítico al manganeso se debe a la acritud, en algunos casos dando prioridad a la ocurrencia del mecanismo de deslizamiento, en otros al maclaje, y algunos a la combinación de ambos (Barinov, 1976; Guliáev, 1983; Kozlov, 1986; Adler, et al, 1986; Herrera y Gallardo, 1986; Arzamazov, 1989; Belyashin et al, 1990; Yakimov y Krasikov, 1990; ASM, 1992; Chumlyakov et al, 1997; Chumyakov et al, 1998; Rodríguez, 1998; Ogel, 1998; Villca, 1992; Bayoumin y Latif, 1995; Subramanyam et al, 1999; Lalonde, 2000; Reynolds, 2000). Algunos pocos dejan entrever la posibilidad de que el mecanismo de endurecimiento de la austenita de los aceros Hadfield, tenga carácter dual; es decir, que bajo determinadas condiciones se endurezca por acritud, y en otras se endurezca por �transformación martensítica inducida por la deformación plástica (Oda et al, 1997; Manganese Centre, 1998; Wilson y Knott, 1996; Chu et al, 1995; Xie y Zhu, 1999; Yun-Hua et al, 2000). Los autores Zuidema et al (1987), Lalonde (1998) y Xiaoyan y Yujiao (2001), asocian el endurecimiento por fases secundarias, con el mecanismo de endurecimiento de los aceros austeníticos al manganeso. A modo de resumen, se puede concluir que la bibliografía consultadas se refieren generalmente a la influencia en el mecanismo de endurecimiento de los aceros austeníticos al alto manganeso del tipo Hadfield, de factores tales como: la composición química en elementos de aleación, la magnitud y velocidad de aplicación de las cargas dinámicas aplicadas por los métodos tradicionales, y el rango de las tensiones, entre otras. En general se presenta una gran diversidad de enfoques con relación a la explicación del mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield, sin embargo no queda claro su fundamentación ni la influencia del mismo sobre las propiedades que de el dependen, cuando el material es sometido a las cargas de contacto que se producen a partir de la propagación de un pulso generado por la detonación de una sustancia explosiva. Se llega a la conclusión de que las dos hipótesis más aceptadas, relacionadas con el mecanismo de endurecimiento de los aceros austeníticos al alto manganeso del tipo Hadfield, son: la del endurecimiento por formación de estructuras martensíticas de deformación plástica, y la del endurecimiento por acritud del acero. I.3.2. Tensiones residuales. Las piezas de acero austenítico al manganeso, de forma general se encuentran sometidas durante el trabajo al impacto repetido de alta energía. Según Guliáev (1983), la durabilidad de una pieza depende de la acción repetida de las cargas. Tal es el caso de los procesos de destrucción paulatina como son: el desgaste abrasivo, la fatiga y la fluencia. El nivel de tensionamiento del metal lo caracterizan según Barret (1957) y Cullity (1967), las tensiones residuales de primer género. Es por ello que la magnitud de las tensiones residuales, después de la deformación plástica, serán un indicador del estado tensional de la pieza durante la primera etapa de la destrucción por fatiga Los valores de tensiones en la red cristalina se verán influenciados por la magnitud de las cargas aplicadas al material y la velocidad de aplicación de dichas cargas, entre otros factores que someten el enrejado cristalino a esfuerzos de tracción y compresión, y cuyos átomos constituyen barreras u obstáculos al movimiento de las dislocaciones (Callister, 1999). Según Alfonso (1990), Alfonso y Martín (2000) y Torres (2002), el control de las tensiones de primer género tiene una gran importancia práctica, ya que permite elevar considerablemente la seguridad de las instalaciones, máquinas y mecanismos durante su explotación. En resumen, todas las referencias resaltan la importancia de la determinación de las tensiones residuales de primer género, para caracterizar el nivel de tensionamiento del metal que ha sido deformado plásticamente. En algunas de ellas, muestran el resultado de su determinación en el acero Hadfield por difracción de rayos x; aunque no reportan la aplicación de dicha técnica cuando este material se deforma por la acción de una carga explosiva. I.4. Conclusiones del Capítulo I. El análisis de las fuentes bibliográficas consultadas permite plantear las siguientes conclusiones: 1. Las condiciones de servicios exigidas a piezas que trabajan bajo la acción simultánea de abrasión e impactos repetidos, requieren el empleo del acero al alto manganeso (Hadfield) con una composición en su estructura que contenga entre 0,9 y 1,4 % de carbono y entre 12 y 14 % de manganeso. Para esta composición, la estructura es de austenita con �pequeñas colonias de carburos, los cuales pueden ser disueltos y eliminados aplicando adecuadamente el tratamiento térmico de austenizado. 2. La bibliografía consultada, aporta información sobre el valor de propiedades físicas, mecánicas y funcionales del acero Hadfield fundido; pero son escasas las referencias a modelos teóricos o experimentales, y en ninguno de ellos se muestran las regularidades del comportamiento de dichas propiedades en correspondencia con la variación de las condiciones de aplicación de las cargas de impacto generadas por la energía de detonación de una sustancia explosiva. 3. El análisis bibliográfico refleja gran variedad de enfoques con relación a la explicación del mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield, sin embargo no queda claro su fundamentación (si es por formación de estructuras martensíticas de deformación plástica, o si el endurecimiento es por acritud del acero u otra causa) cuando el material es sometido a las cargas de contacto que se producen a partir de la propagación de un pulso generado por la detonación de una sustancia explosiva. 4. Las tensiones residuales de primer género, caracterizan el nivel de tensionamiento del acero Hadfield deformado plásticamente, y su determinación se puede realizar a partir de la difracción por rayos x. No obstante, las referencias consultadas no reportan la aplicación de esta técnica en el acero Hadfield deformado por una carga explosiva. CAPITULO II. MATERIALES Y METODOS II.1. Introducción El objetivo del capítulo es: fundamentar las propiedades a investigar y explicar los métodos, procedimientos y condiciones experimentales para la solución del problema. II.2. El empleo de los explosivos industriales para la consolidación de metales. La forma más efectiva de reacción explosiva, para el endurecimiento de metales es la detonación, definida como: difusión de la reacción por la masa de sustancia explosiva con una velocidad supersónica, constante para cada sustancia y altura límite de la carga, condicionada por el paso de una onda de detonación. La selección de la sustancia explosiva para producir el endurecimiento reviste gran importancia, y los criterios fundamentales para su elección son: la velocidad de detonación y la energía específica del explosivo (Drury, 1980). En este sentido, pudieran ser utilizados varios tipos de sustancia explosiva, en particular los combinaciones o mezclas sólidas y las mezclas de sustancias sólidas y líquidas. En todo caso si las propiedades no están totalmente definidas por el fabricante, estas pueden ser determinadas de forma experimental. La intensidad inicial de la onda de choque que el medio recibe, depende de los parámetros de detonación (Vd, Pd, Ee, ρ) y de las propiedades del medio, siendo: Vd la velocidad de detonación, Pd la presión de detonación, Ee la energía específica en relación a masa de sustancia explosiva, y ρ la densidad de la sustancia explosiva (Mohanty, 1981; Pernia, 1988). Para la realización del trabajo investigativo de la tesis se utilizó como sustancia explosiva industrial el TECTRON 100 (Ulaex, 2000), emulsión encartuchada en mangas de polietileno de diferentes diámetros, única sustancia explosiva que se comercializa en la actualidad en Cuba, el cual cumple con todos los requerimientos exigidos para la realización del endurecimiento del acero Hadfield. La presión de detonación se obtiene por la expresión 2.1 ρ × Vd 2 Pd = (2.1) 4 �Si la carga explosiva está en contacto íntimo con la superficie del metal, la presión ejercida sobre la misma por los gases de la explosión, es igual a la presión termoquímica (Pe). La presión termoquímica o presión máxima disponible para efectuar un trabajo (Pe) es igual a la mitad de la presión de detonación (Pernia, 1988). Pd Pe = (2.2) 2 II.2.1. Determinación de los parámetros de trabajo de la sustancia explosiva, para los experimentos de la tesis. En la realización de los experimentos de la tesis, se han escogidos dos variables a partir de las cuales es posible considerar los principales parámetros de detonación de la sustancia explosiva utilizada. Las variables escogidas después de un estudio preliminar del tema son: el espesor de la carga explosiva δ, y el número de impactos k. Nos estaremos refiriendo a ellas para la realización práctica de los experimentos de la tesis, teniendo en cuenta que son fáciles de controlar como parámetros de la experimentación. Las variables δ y k fueron escogidas por las consideraciones siguientes: El numero de impactos (k): es una variable cuantitativa, se puede repetir cuantas veces sean necesarias (obteniéndose un nuevo resultado en cada impacto) y se ajusta a la característica que posee el acero Hadfield de variar sus propiedades mecánicas por impactos repetidos. Teniendo en cuenta cada valor de k, se podrá conocer el valor total de la energía de golpeo acumulada, considerada la misma como el producto de la magnitud k por la energía de golpeo unitaria (energía específica en relación a masa de sustancia explosiva) que recibe la probeta en cada impacto. El espesor de la carga explosiva (δ): Se estima en ella una influencia considerable sobre la cantidad de sustancia explosiva a utilizar, y en consecuencia sobre el efecto de endurecimiento que se produzca. Es una magnitud que se relaciona con las propiedades energéticas de la sustancia explosiva empleada, estando vinculado en primer lugar con la velocidad de detonación del paquete explosivo y en segundo lugar con las presiones que se generan en las proximidades del frente de detonación, entre otros factores; en la medida en que se incrementan estos valores desde una magnitud crítica y hasta un valor límite. A cada una de las variables se le fijaron tres niveles, teniendo como base para la selección la información proporcionada por la firma comercializadora de explosivos y la experiencia de trabajo acumulada por el grupo de tratamiento de metales con el uso de explosivos, radicado en el Instituto Superior Minero Metalúrgico Dr. “Antonio Núñez Jiménez” de Moa. Los niveles escogidos de las variables son: Variable k: • Nivel 1: 1 • Nivel 2: 2 • Nivel 3: 3 Los números enteros 1, 2 y 3 corresponden a la sucesión de impactos que recibirán las probetas. Variable δ: • Nivel 1: 10 mm • Nivel 2: 22,5 mm • Nivel 3: 35 mm Los espesores 10 mm, 22,5 mm y 35 mm, se corresponden con diámetros intermedios de la carga explosiva entre su magnitud crítica y la límite. �La presión de detonación (Pd) y la presión máxima disponible para efectuar el trabajo (Pe), son calculadas por las expresiones 2.1 y 2.2, respectivamente. Los resultados del cálculo se muestran en la tabla 2.1 Tabla 2.1 Presiones que se generan en las proximidades del frente de detonación. Pd (Mpa) Pe (Mpa) δ (mm) 10 4485,72 2242,86 22,5 6486,72 3243,36 35 7187,50 3593,75 La energía de golpeo unitaria, se obtiene a partir de la energía específica en relación a masa de sustancia explosiva (Ee), considerando el volumen de sustancia explosiva empleada en cada experimento; magnitud que depende del espesor (δ) considerado. La energía de golpeo acumulada (Ega), se obtiene considerando la energía de golpeo unitaria (Egu) por el número de impactos (k) que reciben las probetas. Los niveles de energía de golpeo acumulada se muestran en la tabla 2.2 Tabla 2.2 Niveles de energía de golpeo para cada experimento Ega (Nm) Egu (Nm) δ (mm) k=1 k=2 k=3 35 1908467,537 3816935,074 5725402,611 22,5 1051502,762 2103005,524 3154508,286 10 439349,4361 878698,8722 1318048,3083 II.3. Planificación del Diseño Experimental. Definidas las variables y sus niveles, se procedió a la realización de los experimentos, utilizando un diseño factorial (Juran, 1993). El número de experimentos resultó igual a 9. La matriz de este diseño de experimento se muestra en la tabla 2.3. Tabla 2.3 Matriz del diseño de experimento No. Exp. X1 X2 k δ 1 1 1 35 3 2 0 1 22,5 3 3 -1 1 10 3 4 1 0 35 2 5 0 0 22,5 2 6 -1 0 10 2 7 1 -1 35 1 8 0 -1 22,5 1 9 -1 -1 10 1 En cada experimento se realizaron tres réplicas, por lo que el total de experimentos fue de 27. Al analizar el aspecto de la reproducción para decidir cuantas réplicas realizar en cada experimento, se tuvo en cuenta que en los posibles modelos que pudieran obtenerse a partir de la matriz experimental se consideran los que incluyen las relaciones lineales entre las variables y sus interacciones, por lo que sería necesario examinar el error experimental de cada variable y de sus interacciones, cosa que solo puede hacerse si se tienen tres o más réplicas; ya que con una réplica la media µ de los valores para un experimento coincide con el valor de la réplica y ∑ xi − µ (donde n es el número de réplicas) es nulo; con dos el error experimental ee = n réplicas los resultados de la media y del error experimental pueden estar influenciados por una �medición anómala (lo cual sería contraproducente) y además la varianza S 2 ∑ (xi − µ ) = 2 n −1 tendría una dificultad semejante. Considerando que la validación de las normas y procedimientos y el nivel de acreditación de los laboratorios y equipamiento que se utilizarían para desarrollar las mediciones permitía una alta precisión con muy pocas posibilidades de que se introdujeran errores sistemáticos; y que además, el nivel de aseguramiento, riesgo y obstaculización de cada experimento con explosivos era alto, lo cual implicaba que debía seleccionarse el número mínimo de réplicas que garantizará la confiabilidad de los resultados; se decidió que en las corridas experimentales se realizaran solo tres réplicas. II.4. Descripción de la técnica experimental Los experimentos de la tesis han sido desarrollados en los laboratorios del Centro de Investigaciones Metalúrgicas (CIME), acreditado por el Órgano Nacional de Acreditación de la República de Cuba según Resolución de otorgamiento 06-2003 y Registro No. 074 del 17 de Enero de 2003; en correspondencia con el cumplimiento de las exigencias establecidas en la NC ISO/IEC 17025 “Requisitos Generales para la Competencia de los Laboratorios de Ensayo y Calibración” y demás regulaciones complementarias. Fue utilizado también, el laboratorio de Materiales de la Facultad de Mecánica del ISPAJE, y en el laboratorio de Análisis Estructural adjunto al Instituto de Materiales y Reactivos (IMRE), perteneciente a la Facultad de Física de la Universidad de la Habana. La obtención y preparación de las probetas y accesorios para el trabajo experimental, se realizaron en las instalaciones de la Empresa Mecánica del Níquel “Comandante Gustavo Machín”. Las aplicaciones industriales del trabajo se desarrollan en diferentes plantas de la Empresa Ernesto Che Guevara. La aplicación de cargas explosivas a las probetas y a las piezas reales, se realiza en el polígono de tratamiento de los metales con explosivos del ISMMMoa. II.4.1. Preparación de las Probetas y Accesorios para el trabajo experimental. Fueron fundidas probetas cilíndricas de acero Hadfielden las instalaciones del Taller 08 de la Empresa Mecánica del Níquel “Comandante Gustavo Machín”. La descripción de las tecnologías de moldeo, fundición y tratamiento térmico de las probetas, aparecen descritas en De la Cruz y Leyva (2003). Fueron empleadas la norma ASTM: A 128 / A 128 M-90, y las especificaciones técnicas que se establecen en Departamento Técnico de Fundición (2003). Una vez fundidas las probetas y efectuadas las pruebas para el control de la calidad según la especificación A 781/ A 781 M (Anual Book of ASTM Standard, Vol 01.02), se les realizó un análisis químico para determinar su composición química; se empleó un espectrómetro multicanal marca ESPECTROLAB en régimen de chispa, con fuente de 300 Hz y 15 s de análisis. El análisis se realizó, para muestras fundidas escogidas aleatoriamente. A cada una se le realizó un total de 4 tomas de composición. La precisión de la medición de la composición química fue de 0,0001%. El equipo calculó los promedios por cada una de las muestras. Se dispone además del análisis químico realizado durante el proceso de fundición. La composición química promedio calculada, se muestra en la tabla 2.4 Tabla 2.4 Composición química promedio de las muestras de acero Hadfield. C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Cu V Fe 1,16 0,42 13,78 0,017 0,012 0,17 0,10 0,13 0,0271 0,16 0,03 83,9939 Se puede apreciar que la composición química de las muestras, se encuentra dentro de los límites establecido para cada elemento según las conclusiones del epígrafe I.2.1. �Fueron obtenidas cámaras de pruebas en las cuales serían introducidas las probetas para la aplicación de las cargas explosivas. Las cámaras de pruebas se utilizan con la finalidad de aprovechar al máximo la energía que se genera en la detonación de la carga explosiva. Los ensayos de aplicación de la carga explosiva en las probetas de acero al alto manganeso, involucra la realización de las siguientes operaciones: • Introducción de las cámaras de prueba en posición vertical y el agujero ubicado hacia arriba en una abertura practicada en la tierra. • Marcaje de cada probeta y su colocación en los agujeros de las cámaras de prueba, y llenado de este con sustancia explosiva. Debe asegurarse el contacto de la superficie de la probeta con la carga explosiva. • Ubicación del detonador en la sustancia explosiva. • Conexión del detonador eléctrico con la fuente de energía y realización de la explosión. II.4.2. Ensayos Metalográficos en las probetas de acero al alto manganeso. Como referencia fueron utilizadas las normas ASTM: E 407-70 (reaprobada en 1989) y E 3-80 (reaprobada en 1986). El tamaño del grano, se determinó según norma ASTM: E 112-88. La preparación y observación metalográfica se efectuó en un plano seccionado de la probeta, paralelo al plano exterior de referencia (el plano de referencia es el que recibe directamente el impacto de las cargas explosivas). Las muestras fueron desbastadas con una secuencia acorde a lo establecido en el POSCT(LM)-02. El pulido se realizó según el procedimiento PO-SCT(LM)-03. El ataque químico se realizó utilizando Nital al 2 %. Fue empleado para la observación de las microestructuras, un microscopio óptico metalográfico modelo Neophot 30 con lentes planocromáticas HD y cámara de video marca COHO acoplada a la computadora Las variables de salida son: Y1 = Estructura metalográfica típica Y2 = Evidencias de deformación plástica Y3 = Tamaño del grano II.4.3. Ensayos de Difracción por Rayos X, en las probetas de acero al alto manganeso. Los ensayos de difracción por rayos x para el análisis cualitativo y cuantitativo, se realizaron en un Difractómetro HZG – 4A de la Freiberger Prezisionsmechanik. La medición se realizó en el plano de referencia de la probeta, bajo las siguientes condiciones: I=30 mA, V=30 kV, longitud de onda λ = 0,15182 nm (1,54182 Å). El análisis se realizó desde un valor angular 2θ = 10 0 hasta 2θ = 100 0; el paso empleado fue de 0,2 0 con un tiempo de irradiación de 5 s, para caracterizar cualitativamente las fases presentes en la muestra. Para la caracterización cuantitativa, el rango de mediciones va desde un valor angular 2θ = 67 0 hasta 2θ = 79 0, con un paso de 0,05 0 y un tiempo de 15 s. Para el análisis cualitativo de los difractogramas fue empleado el software Analize, y la base de datos de la International Center for Diffraction Data (ICDD, 2000). Para la realización del análisis cuantitativo, se registran los parámetros correspondientes al difractograma; es decir, el semiancho físico del pico, el ángulo de bragg, y la distancia interplanar correspondiente. Como herramienta de trabajo se utilizó el software Origin 5.0 Profesional para determinar el ángulo de bragg y los semianchos de los picos. Las variables de salida son: Y1 = Angulo de difracción o de bragg (0) Y2 = Semiancho de los picos del difratograma (0) �Y3 = Valor de la suma de las tensiones principales normales de primer género (MPa) Y4 = Valor de las tensiones tangenciales de primer género (MPa) II.4.3.1 Utilización de los difractogramas de rayos x, para la determinación de las tensiones de primer género. La metodología utilizada para la medición del incremento de las tensiones producto del trabajo de compresión dinámica de las cargas explosivas aparece descrita en (Barret, 1957; Cullity, 1967, Alfonso y Martin, 2000; Buraya, 2001; Lectures Notes, 2001; Torres, 2002). Se utilizó el método que prevé el empleo de muestra patrón. Las tensiones tangenciales, se determinan a través de la expresión 2.4 desarrollada por Schmid y reflejada en Chen et al (2000) y Torres (2002). v σ • mks = τ c (2.4) El coeficiente de Schmid para cuerpos policristalinos, toma diferentes valores para el maclado y para el deslizamiento, lo cual posibilita la determinación de las tensiones tangenciales en ambos casos. Estos valores de tensiones tangenciales permiten determinar si la deformación del material después de alcanzar el límite de fluencia de cizallamiento [τfc], tiene lugar por maclado o por deslizamiento de acuerdo a las siguientes desigualdades: (2.5) Si τcs ≥ [τfc] ⇒ El material fluye por deslizamiento. (2.6) Si τct ≥ [τfc] ⇒ El material fluye por maclado. II.4.4. Ensayos para la evaluación de la Macrodureza y Microdureza, en las probetas de acero al alto manganeso. Para la medición de la macrodureza, se utilizó un durómetro universal marca IBERTEST MODELO DU-200 de fabricación española, ubicado en el laboratorio de Propiedades Mecánicas y Tribológicas del CIME.La medición de la huella se realizó con la ayuda del microscopio Neophot 30 del laboratorio de Metalografía del propio centro. Para la medición de microdureza Vickers se empleó el microdurómetro de procedencia japonesa marca SHIMADZU. La medición de macrodureza se realizó sobre el plano superior de referencia, y la microdureza en un plano seccionado paralelo al plano de referencia. Los experimentos para la evaluación de la Macrodureza y Microdureza, se realizaron de acuerdo a las normas cubanas que se relacionan a continuación: NC 04-10: 72 Ensayos de dureza Brinell en materiales metálicos. NC 04-11: 72 Ensayos de dureza Vickers en materiales metálicos. Las variables de salida fueron: Y1 = Macrodureza de las probetas en HB. Y2 = Microdureza en profundidad de las probetas en HV. Y3 = Coeficiente de endurecimiento de las probetas (n) y de resistencia (c). Y4 = Grado de acritud de las probetas (N). II.4.4.1 Parámetros que caracterizan el endurecimiento por trabajo de deformación. Entre los parámetros que caracterizan el endurecimiento por trabajo de deformación en frío, varios autores coinciden en señalar a los coeficientes de endurecimiento (n) y de resistencia (c), y el grado de acritud (N) (Katarzynski, et al, 1969; Sakwa, et al, 1984; Mata, 2002; Alfonso, 1995, 2002). Los parámetros c y n, caracterizan al coeficiente de resistencia del metal a la penetración y al coeficiente de endurecimiento por deformación respectivamente, se obtienen a partir de las mediciones de dureza y se expresan por la ley de Kick modificada por Meyer, mediante la expresión 2.7 �P = cd n (2.7) El grado de acritud estará dado por el máximo valor de la microdureza y la magnitud de la misma en el núcleo de la probeta, obtenidos de los perfiles de microdureza (Alfonso, 1995, 2002), y se determina haciendo uso de la siguiente expresión. Hµ max − Hµbase × 100 (2.8) N= Hµbase En la investigación, se introduce además un nuevo parámetro que no ha sido reflejado con anterioridad en la literatura consultada. Se le ha denominado Capacidad de Endurecimiento (Ce). Este parámetro es capaz de caracterizar de un modo integral la capacidad que posee un material de adquirir dureza, se introduce por el nivel de información que proporciona acerca del proceso de endurecimiento por trabajo deformacional en frío del acero al alto manganeso, cuando se dispone de las bases de datos correspondientes a la mediciones de las tensiones de primer género así como las de dureza y de desgaste abrasivo gravimétrico, cuyos comportamientos dependen del primero. El parámetro capacidad de endurecimiento, considera en sí mismo a las variables: tensiones de primer género, macrodureza y desgaste abrasivo gravimétrico. II.4.5. Ensayos para la evaluación del Desgaste Abrasivo, en las probetas de acero al alto manganeso. El ensayo de desgaste abrasivo se realizó en una instalación de tipo FARGO, ubicada en el laboratorio de Propiedades Mecánicas y Tribológicas del CIME. El método utilizado fue el gravimétrico o de diferencia de peso. Para expresar el desgaste abrasivo por el método gravimétrico o de diferencia de peso (Martínez y Goyo, 1989; Martínez 1981; Álvarez y González, 1995), se utiliza la expresión: PP = Gi - Gf (2.9) El experimento, se realizó de acuerdo a la norma cubana: NC 04-79: 87 (Ensayos de desgaste abrasivo en aceros). Fue consultada también la norma ASTM: G 65-94. Como variable de salida se considera el desgaste abrasivo gravimétrico (PP): Y1 = Desgaste abrasivo gravimétrico de las probetas (g). II.5. Desarrollo del procedimiento tecnológico para el endurecimiento mediante explosivos de piezas de equipos de laboreo minero utilizadas por la industria cubana del níquel, fabricadas de acero Hadfield. Las aplicaciones industriales del trabajo, lo constituyen el desarrollo del procedimiento tecnológico para el endurecimiento mediante explosivos de piezas de equipos de laboreo minero utilizadas por la industria cubana del níquel, fabricadas de acero Hadfield. Se estableció el procedimiento de endurecimiento mediante explosivos, para los martillos de las trituradoras de sínter M–8-6B de la Planta de Calcinación y Sínter de la Empresa Comandante Che Guevara y para los dientes de la pala excavadora ESH–5/45 M, utilizados en la extracción del mineral laterítico de la Mina de la propia Empresa. En ambos casos es importante determinar la magnitud de la presión de trabajo y la energía de golpeo que recibirán las piezas que serán sometidas al proceso de endurecimiento mediante explosivos; y de hecho fijar en cada caso la configuración del paquete explosivo que será utilizado en dicho procedimiento. Teniendo en cuenta la diversidad en las formas y configuraciones de las superficies a endurecer, y el hecho de que el propio proceso de endurecimiento será aplicado a una parte específica de la pieza (superficie de trabajo) y no a todo su volumen, se define una forma de configuración plana de la carga explosiva para establecer el procedimiento de endurecimiento. �Las cargas explosivas planas tienen un comportamiento diferente al de las cargas explosivas cilíndricas, en particular en lo que respecta a la velocidad de detonación. Es por ello que se hace necesario obtener experimentalmente la ley de variación y el gráfico correspondiente de velocidad de detonación vs altura de carga explosiva. Se aplicó el método de Dautriche el cual aparece descrito en Pernia (1988) adaptado por Casals (1997) a las condiciones reales de la geometría de una carga plana, fueron realizados los experimentos necesarios y se obtuvo la ecuación de regresión que relaciona la altura de la carga explosiva (H) con su velocidad de detonación (Vd), para el TECTRON 100 (Palmero, 2000). Los resultados de los experimentos se exponen en el anexo 1 (figura 3). Los valores escogidos de altura de carga son de 15, 20, y 25 mm. Utilizando las expresiones 2.1 y 2.2, se calculan la presión de detonación (Pd) y la presión máxima disponible para efectuar el trabajo (Pe) respectivamente. Los resultados del cálculo se muestran en la tabla 2.5 Tabla 2.5 Presiones aplicadas a las piezas para el endurecimiento por explosivos. H (mm) Pd (MPa) Pe (MPa) 15 4 600 2 300 20 10 350 5 175 25 14087,50 7043,75 El valor de la energía de golpeo unitaria considera el cálculo de la masa explosiva, y éste se realiza a partir de la determinación del volumen de cada paquete explosivo. La energía de golpeo acumulada será calculada a partir de la energía de golpeo unitaria (Egu) y del número de impactos (k) que recibirá cada pieza. Los niveles de energía de golpeo acumulada, se muestran en la tabla 2.7 Tabla 2.7 Niveles de energía de golpeo acumulada. Ega (Nm) H Dientes Martillos (mm) k=1 k=2 k=3 k=1 k=2 k=3 15 5549543,476 11099086,95 16648630,43 1049329,352 2098658,704 3147988,056 20 7546363,682 15092727,36 22639091,05 1493168,127 2986336,254 4479504,381 25 9618896,933 19237793,87 28856690,8 1988491,771 3976983,542 5965475,313 En términos generales, el procedimiento de endurecimiento mediante explosivos de las piezas fabricados de acero Hadfield involucra la realización de las siguientes operaciones: • Abertura de un canal en la tierra para la introducción de la pieza. • Introducción de la pieza en la tierra de forma vertical, de manera tal que las superficies de trabajo queden al descubierto. • Aplicación de la sustancia explosiva en las superficies de trabajo. • Ubicación del detonador en la sustancia explosiva. • Conexión del detonador eléctrico con la fuente de energía y realización de la explosión. II.6. Análisis de regresión para determinar la influencia del tratamiento con explosivos, en el comportamiento del acero hadfield. El tratamiento estadístico de los resultados experimentales se realiza para obtener los modelos experimentales y comprobar su idoneidad. Para ello, se utilizaron los paquetes estadísticos Microsoft Excel 2000 y Tierra Versión 2.5B (Legrá, 2004). En este programa, cuando se determinan los parámetros de los modelos mínimos cuadrados, se efectúan simultáneamente las pruebas de comprobación de la validez estadística de los coeficientes del modelo, por medio de la prueba t de Student, y de su validez global a través de la prueba F de Fisher, el Análisis de Varianza y la determinación del Coeficiente de Correlación �Se seleccionaron como variables independientes, el espesor de la carga explosiva (δ) y la cantidad de impactos que recibe cada probeta (k). Las variables dependientes o funciones respuestas son: Tensiones principales normales de primer género (σ 1ºgen) Semiancho físico del pico (Wl) Macrodureza (HB) Microdureza en profundidad (HV) Coeficiente de endurecimiento (n) y de resistencia (c) Grado de acritud (N) Desgaste abrasivo gravimétrico (PP) Capacidad de endurecimiento (Ce) Entre estas variables dependientes, se destaca por el nivel de información que pudiera proporcionar acerca del proceso de endurecimiento por trabajo deformacional en frío con el uso de explosivos del acero al alto manganeso, la variable capacidad de endurecimiento (Ce). Se trata en este caso de una variable estadísticamente multivariante obtenida por componentes principales, capaz de caracterizar de un modo integral la aptitud del material para el endurecimiento, debido a que incluye en sí misma el comportamiento de la dureza, el desgaste abrasivo gravimétrico y las tensiones residuales. Los modelos desarrollados en este trabajo, serán válidos en aquellos casos en que se empleen las variables de entrada con los niveles establecidos para este estudio, y para condiciones de experimentación similares a las utilizadas en el mismo. II.7. Conclusiones del Capitulo II. 1. Los parámetros de detonación (Vd, Pd, Ee) constituyen los principales factores energéticos de los explosivos industriales para el trabajo de endurecimiento de metales, y ellos pueden ser considerados a partir de las variables del proceso experimental: espesor de la carga explosiva δ y número de impactos k (cada una de ellas evaluadas en tres niveles), mediante la utilización de un diseño factorial de planificación de experimentos que ofrece la posibilidad de estimar la incidencia de dichas variables en el comportamiento mecánico y funcional del acero Hadfield, así como los posibles efectos de la interacción. 2. Los ensayos realizados durante el trabajo investigativo (Metalografía, Difracción por Rayos X, Dureza y Desgaste Abrasivo) en laboratorios debidamente acreditados, permiten establecer las regularidades del comportamiento del acero Hadfield en las diferentes condiciones de aplicación de las cargas explosivas, y describir el mecanismo de endurecimiento en esas condiciones. 3. El procedimiento tecnológico descrito en el epígrafe II.5, establece la secuencia tecnológica para el endurecimiento mediante explosivos, de piezas de equipos de laboreo minero utilizadas por la industria cubana del níquel, fabricadas de acero Hadfield CAPITULO III. RESULTADOS EXPERIMENTALES Y SU DISCUSIÓN III.1. Introducción En este capitulo se exponen los resultados derivados del trabajo experimental, y a partir de los mismos, los modelos matemático estadísticos que describan las regularidades del comportamiento mecánico y funcional del acero Hadfield, endurecido mediante explosivos en las condiciones descritas en los experimentos. Así mismo se revela a partir del análisis metalográfico, la difracción por rayos x, y los modelos obtenidos; el mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield en las referidas condiciones. �Finalmente, se realiza una evaluación del procedimiento tecnológico para el endurecimiento mediante explosivos, de piezas de equipos de laboreo minero utilizados por la industria cubana del níquel fabricados de acero Hadfield. El objetivo del capítulo es: realizar la valoración crítica de los resultados y a través de ella, explicar los fundamentos científicos que dan solución al problema planteado a partir de la interpretación de las regularidades observadas. III.2. Modelos experimentales del comportamiento mecánico y funcional del acero Hadfield ante cargas explosivas. Se modeló estadísticamente a través del análisis de regresión, la influencia de las diferentes condiciones de aplicación de las cargas explosivas, en el comportamiento de diversas propiedades mecánicas y funcionales de muestras fundidas de acero austenítico al alto manganeso del tipo Hadfield. Este análisis se realizó atendiendo a los principios enunciados en el epígrafe II.6. III.2.1. Comportamiento de las tensiones principales normales de primer género en probetas de acero Hadfield. • Modelo matemático estadístico de la tensión principal normal de primer género (σ 1ºgen). σ1ºgen = (629.14)+(7.32)(δ)+(140.54)(k) (3.1) En la figura 2.1 del anexo 2 se muestra gráficamente el comportamiento de la tensión. Como se puede apreciar, la tensión principal normal de primer género tiene un comportamiento creciente siguiendo una ley lineal con un coeficiente de correlación (R) de 0,93. El modelo cumplió satisfactoriamente todas las pruebas estadísticas para su validación. De acuerdo al modelo experimental obtenido y como se puede observar en los gráficos correspondientes, el incremento de las variables del proceso de experimentación que representan los parámetros de detonación de la sustancia explosiva empleada, trae consigo un aumento del tensionamiento de la red en las muestras fundidas de acero austenítico al alto manganeso del tipo Hadfield. Este aumento es consecuencia directa del trabajo de deformación en frío provocado por la acción de las cargas explosivas y obedece a la reducción observada en las distancias interplanares del metal tensionado. III.2.2. Comportamiento del semiancho físico del pico en probetas de acero Hadfield. • Modelo matemático estadístico del semiancho físico del pico (Wl). Wl = (0.61)+(4.04x10-3)(δ)+ (0.12)(k) (3.2) Como se puede apreciar en la figura 2.2 del anexo 2, el valor del semiancho físico del pico se incrementa en la misma medida en que crecen las variables que representan los parámetros de detonación de la sustancia explosiva. Este aumento tiene lugar siguiendo una ley lineal con un coeficiente de correlación (R) de 0,86. El modelo cumplió satisfactoriamente todas las pruebas estadísticas para su validación. Del análisis metalográfico que se describe en el epígrafe III.3.1 es posible establecer que se produce una reducción en el tamaño del grano una vez que las probetas son sometidas al efecto de las cargas explosivas; sin embargo el grano que se ha reducido mantiene aproximadamente igual su tamaño promedio, cualesquiera fueran las condiciones en que fueron aplicadas las cargas explosivas. Al mantenerse aproximadamente igual el tamaño promedio de grano en cada una de las probetas, se puede asumir entonces que su aporte al perfil del máximo de difracción es el mismo para cada caso, y por tanto la contribución al crecimiento del semiancho físico del pico es atribuible exclusivamente al incremento del tensionamiento de la estructura cristalina, lo cual a su vez se relaciona con crecimiento de la �densidad de defectos observados en los granos de la estructura mediante el análisis metalográfico. Resulta evidente la tendencia al crecimiento del semiancho físico del pico (ver figura 2.2), en correspondencia con el incremento de la densidad de defectos que genera el proceso de deformación plástica (micrografías que se muestran en las figuras 3.3, 3.4 y 3.5); en la misma medida que se hace mayor el espesor de carga explosiva empleada y mayor el número de impactos al que fue expuesta la muestra. III.2.3. Comportamiento de la macrodureza en las probetas de acero Hadfield. • Modelo matemático estadístico de macrodureza (HB). HB = (194.67)+ (2.21)(δ)+ (42.84)(k) (3.3) En la figura 2.3 del anexo 2 se muestra gráficamente el comportamiento de la macrodureza De acuerdo al modelo experimental obtenido y como se puede observar en el gráfico correspondiente, el incremento de las variables del proceso de experimentación que representan los parámetros de detonación de la sustancia explosiva empleada, trae consigo un aumento de la macrodureza en las muestras fundidas de acero austenítico al alto manganeso del tipo Hadfield. Este aumento tiene lugar siguiendo una ley lineal con un coeficiente de correlación (R) de 0,94. El modelo cumplió satisfactoriamente todas las pruebas estadísticas para su validación. Como el comportamiento de la dureza es función del estado tensional del material, se obtuvo el modelo experimental de macrodureza en relación a la tensión principal normal de primer género. En la expresión 3.4 y la figura 2.4 del anexo 2, se muestra la tendencia de crecimiento de la macrodureza respecto a la tensión. • Modelo matemático estadístico de macrodureza (HB) respecto a la tensión. HB = (23.25)+ (0.28)(σ1ºgen) (3.4) El modelo de mínimo cuadrado obtenido tiene un coeficiente de correlación (R) de 0,97. Este modelo cumplió satisfactoriamente todas las pruebas estadísticas para su validación. III.2.4. Comportamiento de la microdureza en las probetas de acero Hadfield. El comportamiento de la microdureza que refleja el modelo experimental de mínimos cuadrados cuya expresión general está dada por la ecuación 3.5; tiene lugar siguiendo una ley lineal con un coeficiente de correlación (R) de 0,94. En este caso también se han cumplido todas las pruebas estadísticas para su validación. • Modelo matemático estadístico de microdureza (HV). HV = (-96.77)+(1.71)(δ)+(26.94)(k)+ (2.28x10-2)(RADIO) (3.5) El modelo y los gráficos correspondientes (ver figura 2.5 del anexo 2), muestran que la microdureza medida en la profundidad tiene una fuerte dependencia del radio o la profundidad a la que se realiza la medición (el coeficiente de correlación parcial más elevado del modelo obtenido, es el que corresponde al radio). El perfil de microdureza se orienta con valores máximos en el borde exterior del plano dónde se realizaron las mediciones; y ésta disminuye según una ley lineal hacia el interior del núcleo de la probeta. El modelo y los gráficos de tendencia, también muestra un incremento en los perfiles de la microdureza de cada una de las probetas del diseño experimental, mientras mayores aumentos se tenga de las variables del proceso (δ y k). En el análisis metalográfico que se describe en el epígrafe III.3.1, se demuestra que las técnicas experimentales utilizadas en la investigación no detectan la existencia en la matriz austenítica de estructuras del tipo martensítico ni de fases secundarias precipitadas (sobretodo del tipo carburo); esto se corrobora por el análisis cualitativo de la difracción por rayos x. Por �ello se puede afirmar que su macrodureza depende de la microdureza de la matriz metálica, y por lo tanto, el comportamiento de la macrodureza y la microdureza en el borde externo del plano en las probetas estudiadas coinciden en un grado significativo. La elevación de la dureza a nivel cristalino, se comprobó que era provocado por una deformación por compresión de la red cristalina y consecuentemente por el incremento de las tensiones residuales. Mediante la difracción por rayos x, se ha podido determinar que las distancias interplanares de la red cristalina disminuyen en la misma medida en que se incrementa la presión de detonación y la energía de golpeo acumulada por las probetas; es decir, con un incremento de los valores de las variables δ y k, se produce un aumento de la deformación de la red cristalina y de su tensionamiento. Como el valor de la suma de las tensiones principales normales de primer género depende fundamentalmente de la deformación de la red cristalina, aumentando en la misma medida que se reducen las distancias interplanares de dicha red (Barret, 1957; Cullity, 1967, Alfonso y Martin, 2000; Buraya, 2000; Lectures Notes, 2000; Torres, 2002), al aumentar la presión de detonación y la energía de golpeo también hubo un incremento del valor de las tensiones normales de primer género, y esto a su vez trajo consigo un incremento de las tensiones tangenciales de primer género. Finalmente se produce un incremento de la dureza por las causas explicadas. III.2.5. Coeficiente de endurecimiento y de resistencia en probetas de acero Hadfield. A partir de la base de datos de los ensayos de macrodureza se obtuvieron los modelos de mínimos cuadrados ln (P) vs ln (d), con el objetivo de determinar el coeficiente de endurecimiento (n) y el coeficiente de resistencia (c), correspondientes a cada uno de los 27 experimentos realizados en la tesis. El coeficiente de correlación en todos los casos osciló entre 0,996 y 0,999. Con las datas obtenidas, se modeló el comportamiento de cada uno de estos coeficientes respecto a las variables del proceso (δ y k). Las expresiones matemáticas de dichos modelos se muestran en las ecuaciones 3.6 y 3.7 • Modelo matemático estadístico del coeficiente de endurecimiento (n). n = (2.03)+ (-1.87x10-4)(δ)+ (2.78x10-3)(k) (3.6) • Modelo matemático estadístico del coeficiente de resistencia (c). c = (158.79)+ (1.76)(δ)+ (35.05)(k) (3.7) El modelo del coeficiente de endurecimiento (n) no cumple las pruebas estadísticas para su validación; el coeficiente de correlación (R) es igual a 0,16. Un análisis de los valores de la media aritmética (2,036081) y de la desviación estándar (0,017942) muestra que el coeficiente de variación es muy pequeño (0,008812) lo cual quiere decir que este parámetro es prácticamente constante. El valor del coeficiente de endurecimiento (n) resultó ser aproximadamente igual a 2, lo cual coincide con la magnitud correspondiente al de los metales completamente endurecidos por deformación en frío (Dieter, 1967). En la figura 2.6 del anexo 2, se muestra el gráfico del comportamiento de n para cada uno de los experimentos. El coeficiente de resistencia (c) sin embargo, tiene un comportamiento creciente de acuerdo con una ley lineal cuando se incrementan la presión de detonación y la energía de golpeo acumulada por las probetas, evaluadas a través de las variables del experimento δ y k (ver figura 2.7 del anexo 2). El modelo experimental obtenido tiene un coeficiente de correlación (R) de 0,96. Este modelo cumplió satisfactoriamente todas las pruebas estadísticas para su validación. En el caso del acero Hadfield endurecido mediante explosivos, lo que sucede en realidad es que para que el penetrador logre la misma huella (d) en el material sometido al ensayo de �dureza, se requiere mayor carga (P) sobre el penetrador en la misma medida en que se hace mayor la magnitud de los parámetros de la detonación considerados en los ensayos; y es por esta razón que el coeficiente de resistencia (c) tiene un comportamiento creciente. Y esta tendencia se mantiene independientemente de que la recta que se logra en el sistema de coordenadas ln P – ln d, en cada uno de los ensayos, mantenga aproximadamente la misma pendiente durante los mismos (valores de n aproximadamente iguales). Como resumen parcial se puede decir que en las condiciones de realización de los ensayos de dureza de la tesis, se ha demostrado que el coeficiente de endurecimiento (n) tiene tendencia a un valor constante (aproximadamente igual a 2); mientras que el coeficiente de resistencia (c) crece en la misma medida que se intensifican los valores de las variables independientes. Este resultado confirma el incremento del tensionamiento de la red y el endurecimiento del material, puesto que el mismo ofrece mayor resistencia a la penetración una vez deformado plásticamente. A partir de las bases de datos del experimento de microdureza, también fue posible obtener el coeficiente de endurecimiento (n) y de resistencia (c), en profundidad, utilizando modelos de mínimos cuadrados ln (P) vs ln (d). Al igual que con la macrodureza, en este caso se obtuvieron también modelos experimentales de c y n; pero estos se realizan respecto a las variables del proceso (δ y k), y además respecto al radio en el que fue medida la microdureza. Las expresiones matemáticas de dichos modelos se muestran en las ecuaciones 3.8 y 3.9. • Modelo matemático estadístico del coeficiente de endurecimiento (n) respecto a el radio. (3.8) n = (2.19)+(-1.60x10-3)(δ)+(1.58x10-2)(k)+(-2.12x10-5)(RADIO) • Modelo matemático estadístico del coeficiente de resistencia (c) respecto a el radio. c = (-5.65x10-2)+(9.28x10-4)(δ)+(1.78x10-2)(k)+ (1.24x10-5)(RADIO) (3.9) El gráfico correspondiente de c, se muestra en la figura 2.8 del anexo 2. En este caso se mantienen las mismas tendencias explicadas en la determinación de dichos coeficientes durante el ensayo de macrodureza. El modelo de mínimo cuadrado del coeficiente de endurecimiento (n) no cumple las pruebas de validación estadística, y su coeficiente de correlación (R) es de 0,16. El modelo del coeficiente de resistencia (c) cumplen las pruebas de validación, y el coeficiente de correlación (R) resultó igual a 0,83. A modo de conclusión se puede afirmar que durante las mediciones de dureza, se identifica el coeficiente de resistencia (c) como un parámetro característico de la capacidad del material de endurecerse a consecuencia del incremento de las tensiones residuales de primer género. El coeficiente de resistencia (c) crece según una ley lineal a nivel de macrodureza, en función de las variables del proceso (δ y k); y mantiene ese mismo comportamiento a nivel de microdureza, en cada una de las profundidades consideradas. Pero en este último caso se considera también como variable independiente el radio en el cual se mide la microdureza. III.2.6. Grado de acritud en probetas de acero Hadfield. Utilizando la expresión 2.20, se calcula el grado de acritud en cada una de las probetas del plan experimental de la tesis. El modelo de mínimos cuadrados que describe su comportamiento en relación con las variables del plan experimental, tiene lugar de acuerdo a una ley lineal, con un coeficiente de correlación (R) de 0,95; este modelo cumple con todas las pruebas estadísticas para su validación. • Modelo matemático estadístico de grado de acritud (N). N = (11.82)+ (1.12)(δ)+ (21.01)(k) (3.10) En la figura 2.9 del anexo 2, se muestra gráficamente el comportamiento del grado de acritud. �El modelo reflejado en la Expresión 3.10 y el gráfico correspondiente, muestra que el grado de acritud de muestras fundidas de acero Hadfield, tiene valores crecientes en la medida que se incrementan la presión de detonación y la energía de golpeo acumulada por las probetas. Este resultado está condicionado por la aptitud del material para adquirir dureza por trabajo de deformación en frío. III.2.7. Comportamiento del desgaste abrasivo gravimétrico en las probetas de acero Hadfield. Por el modelo experimental descrito por la expresión 3.11 y el gráfico de tendencia correspondiente (figura 2.10 del anexo 2), se establece que al ser sometidas las muestras fundidas de acero Hadfield al efecto de una carga explosiva, el incremento de las variables que representan a sus parámetros de detonación, trae consigo una disminución del desgaste gravimétrico (aumento de la resistencia al desgaste abrasivo). La disminución del desgaste gravimétrico tiene lugar de acuerdo a una ley lineal, con un coeficiente de correlación (R) de 0,95. El modelo cumplió satisfactoriamente todas pruebas estadísticas para su validación. • Modelo matemático estadístico de Desgaste Abrasivo Gravimétrico (PP) (3.11) PP = (3.28x10-2)+(-2.04x10-4)(δ)+(-5.75x10-3)(k) La causa fundamental de la disminución del desgaste gravimétrico como resultado del incremento de la presión de detonación y la energía de golpeo acumulada por las probetas, es el aumento de la dureza de las mismas de acuerdo con lo expuesto en el epígrafe III.2.3; que relaciona el incremento de la dureza, con el efecto provocado por una deformación por compresión del enrejado cristalino, en el aumento del valor de la suma de las tensiones principales de primer género y del endurecimiento por acritud de la matriz austenítica. Esto se explica mediante los modelos experimentales de mínimos cuadrados (expresiones 3.12 y 3.13) y los gráficos correspondientes (figuras 2.11 y 2.12 del anexo 2) que relacionan el desgaste gravimétrico con la macrodureza de las muestras y las tensiones principales normales de primer género. Los modelos se describe según una ley lineal y cumplen satisfactoriamente todas pruebas estadísticas para su validación. El coeficiente de regresión del modelo de desgaste gravimétrico es de 0,96; y para el modelo de desgaste gravimétrico es de 0,93 • Modelo matemático estadístico de Desgaste Abrasivo Gravimétrico (PP) con respecto a la macrodureza. PP = (5.63x10-2)+(-1.19x10-4)(HB) (3.12) • Modelo matemático estadístico de Desgaste Abrasivo Gravimétrico (PP), con respecto a la tensión. PP = (5.34x10-2)+(-3.41x10-5)(σ1ºgen) (3.13) III.2.8. Capacidad de endurecimiento en probetas de acero Hadfield. Para medir la capacidad de endurecimiento se parte de tres atributos que pueden medirse directa o indirectamente, estos son: macrodureza (HB); desgaste abrasivo gravimétrico (PP) y tensiones normales de primer género (σ). Si se conoce un conjunto de mediciones de estos atributos para un material sujeto a diferentes condiciones de deformación plástica, se puede explorar la posibilidad de expresar de manera compactada dichos atributos en un solo parámetro. Para ello se aplica el Método de Componentes Principales según se explica en Alfonso (1989). El primer paso es tipificar las tres variables que se denominarán X1, X2 y X3, mediante una transformación del tipo: X i* = Xi − µ σ , (3.14) �Donde µ es la media aritmética del atributo Xi y σ es su desviación estándar; i = 1,2,3. Para cada variable se tienen n mediciones. El segundo paso es obtener la matriz de correlación R de los atributos estudiados. Esta matriz es siempre definida positiva. El tercer paso es obtener los valores propios y los vectores propios de la matriz, los cuales son reales y positivos dadas las características de R. Se denominan V1, V2 y V3 a estos valores propios, y sean los vectores propios: W1=(w11,w12,w13) W2=(w21,w22,w23) (3.15) W3=(w31,w32,w33) Se pueden obtener nuevos valores de las variables mediante las transformaciones siguientes: Y1k = w11 X1k + w12 X2k + w13 X3k Y2k = w21 X1k + w22 X2k + w23 X3k (3.16) Y3k = w31 X1k + w32 X2k + w33 X3k Donde k=1,2,…,n Ahora se determina el porcentaje que aporta cada valor propio Vi a la suma de ellos. El valor propio que más aporta es el que corresponde a la variable Yi que contiene mayor información útil respecto a los atributos originales. Para los datos analizados se obtuvieron los vectores propios: W1=( 0.80, 0.30, -0.51) (3.17) W2=( 0.58, -0.57, 0.58) W3=( 0.12, 0.76, 0.63) Los valores propios calculados son: V1 = 1.98x10-2 V2 = 2.91 (3.18) V3 = 6.65x10-2 Se puede observar que el segundo valor propio constituye el 97.12% de la suma de los valores propios lo cual quiere decir que los valores Y21, Y22, ..., Y2n resumen casi toda la información contenida en las mediciones de X1, X2 y X3. Ahora se puede establecer que el parámetro Y2 denominado Capacidad de Endurecimiento (Ce), compacta la información de los atributos originales HB, PP y σ mediante la siguiente transformación lineal: Ce = 0.58 x HB’ -0.57 x PP’ (3.19) + 0.58 x σ’ Siendo: HB − µ HB HB' = DEHB PP − µ PP PP' = DEPP σ − µσ σ '= DEσ Donde: DEHB, DEPP y DEσ D: Desviación estándar de la macrodureza, el desgaste abrasivo gravimétrico y la tensión normal, respectivamente. El parámetro integrador (Ce) obtenido por Componentes Principales, tiene valores que oscilan entre -2,72 y 2,68. Por razones de una mayor comprensión en la práctica industrial, conviene expresarlo entre 0 y 1. Los valores del coeficiente de endurecimiento (Ce) se transformaron en este caso, mediante la expresión 3.20 Ce(n) = 0,18xCe+0,50 (3.20) �Se puede establecer también que (Ce) es una función de δ y de k, cuando se utiliza el procedimiento de endurecimiento mediante explosivos. La expresión 3.21 ofrece el modelo experimental de mínimos cuadrados de la capacidad de endurecimiento (Ce), y la figura 2.13 del anexo 2 ilustra el comportamiento de este parámetro respecto a δ y k Ce= (5.30)+(8.05x10-2)(δ)+(1.74)(k) (3.21) El coeficiente de correlación (R) del modelo es de 0,96; las pruebas estadísticas para su validación se cumplen satisfactoriamente. Como se aprecia, la capacidad de endurecimiento (Ce) tiene un comportamiento creciente en la misma medida que se incrementan las variables del proceso de experimentación, y este resultado se corresponde con la hipótesis de que al incrementar las tensiones residuales de primer género y en consecuencia la dureza, se reducen los niveles de desgaste mejorando el comportamiento del material en correspondencia con el mecanismo de endurecimiento que explica el fenómeno. III.3. Mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield La fundamentación del mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield en las condiciones de aplicación de las cargas explosivas descritas en los experimentos (energía específica de 3x106 Nm/kg, y presión de detonación entre 4 y 7 Gpa), se realiza a partir de los resultados de los experimentos, teniendo en cuenta: el análisis metalográfico y el ensayo de difracción por rayos x realizado. Se considera además, el comportamiento de las regularidades relacionados con las propiedades mecánicas y funcionales del acero Hadfield, expresadas en los modelos experimentales obtenidos. III.3.1. Análisis metalográfico de las probetas de acero Hadfield. El análisis metalográfico con microscopía óptica, realizado a las probetas patrón que no habían recibido ningún trabajo de deformación debido a la acción dinámica de las cargas explosivas, demuestra que existe una estructura típica de austenita con tendencia a formación dendrítica, como se ilustra en las micrografías a y b de la figura 3.1. En estas probetas no se encontraron evidencias de deformación plástica y se observan más bien granos de forma irregular y configuración con tendencia equiaxial. El tamaño promedio del grano según norma es el No. 1, y este resultado se corresponde con lo reflejado en la literatura; según Guliaev (1983), CIME (1993) y Callister (1999) el manganeso, se encuentra entre los elementos que contribuyen a que aumente el tamaño de los granos o dendritas. Con relación a las muestras sometidas a condiciones diferentes de aplicación de las cargas explosivas, según el diseño del plan experimental; en el análisis metalográfico con microscopía óptica se observa una estructura de austenita en forma de granos deformados (ver a modo de ejemplo las micrografías a y b de la figura 3.2). Según Guliaev (1983), en el proceso de deformación plástica el grano austenítico se deforma, se aplasta, y de equiaxial pasa a tener los ejes desiguales; y lo observado concuerda con este criterio. La textura de deformación plástica observada como resultado del trabajo de compresión dinámica, se distingue por la presencia de líneas características de los planos de deslizamientos o de los planos de maclas en cada una de las micrografías de las probetas tratadas con explosivos (micrografía de las figuras 3.3, 3.4 y 3.5). La demostración de la ocurrencia de uno u otro mecanismo será abordado más adelante, pero resulta evidente a juzgar por lo que se observa en las micrografías de referencia, que la densidad de defectos que identifican la presencia de uno u otro mecanismo de deformación, es mayor cuanto mayor es el espesor de carga explosiva empleada y mayor el número de impactos al que fue expuesta la muestra. Esto se corresponde con el criterio de que la densidad de los deslizamientos y de las �Figura 3.1 a Micrografías de Probetas Patrón, captadas a 519x. a Figura 3.2 Micrografías de acero Hadfield deformado por explosivo, captadas a 101x b b �a Figura 3.3 b c Micrografías de muestra de acero Hadfield captadas a 519x, tratadas con 35 mm de espesor de carga explosiva y 3 impactos (a), 2 impactos (b), y 1 impacto (c). a Figura 3.4 b c Micrografías de muestra de acero Hadfield captadas a 519x, tratadas con 22,5 mm de espesor de carga explosiva y 3 impactos (a), 2 impactos (b), y 1 impacto (c). a Figura 3.5 b c Micrografías de muestra de acero Hadfield captadas a 519x, tratadas con 10 mm de espesor de carga explosiva y 3 impactos (a), 2 impactos (b), y 1 impacto (c). �maclas en el acero, crece con el aumento de la presión de las ondas de choque hasta alcanzar aproximadamente 13 GPa (Casals, 1997). La presión de trabajo durante el trabajo experimental osciló entre 4 y 7 GPa. A partir de la observación de las micrografías de probetas tratadas con explosivos y las probetas patrón que no recibieron tratamiento; no es posible afirmar que bajo la acción de las cargas de choque generadas al detonar la sustancia explosiva, se haya producido la precipitación de fases secundarias sobre todo del tipo carburo en la matriz austenítica. De modo que puede inferirse que el mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield tratado con explosivos no está asociado el endurecimiento por precipitación de fases secundarias. Utilizando la norma ASTM E – 112 – 88, se determinó que a las probetas tratadas con explosivos le corresponde un tamaño promedio del grano entre 2 y 3. Esta dimensión del grano es aproximadamente la misma para cada una de las probetas que recibieron el efecto de las cargas explosivas, independientemente del número de impactos y el espesor de carga escogidos. Es decir, que se puede considerar que luego del tratamiento con explosivos el tamaño promedio de grano se reduce de 1 a entre 2 y 3 en todas las probetas, cualesquiera fueran las condiciones del experimento; y esta es otra de las causas del incremento de la dureza en el acero Hadfield endurecido mediante explosivos. Según Callister (1999), la causa por la que una disminución del tamaño de grano trae como consecuencia un aumento de la dureza se debe a dos factores. El primero es que al disminuir el tamaño aumenta el número de fronteras de grano en una misma área, esto provoca una elevación de las tensiones a nivel cristalino. El otro es que en los metales y aleaciones policristalinas, los bordes de los cristales constituyen un obstáculo ante el que se acumulan las dislocaciones. En la observación metalográfica, no se detecta la presencia de estructuras de tipo martensítico; de modo que tampoco podrá asociarse el mecanismo de endurecimiento mediante explosivos del acero Hadfield, a la formación de estructuras de tipo martensítico. Los resultados parciales obtenidos del análisis metalográfico, muestran como el posible mecanismo de endurecimiento por acritud durante el proceso de deformación plástica, a los mecanismos de maclado, de deslizamiento o la combinación de ambos mecanismos. III.3.2. Análisis de difraccción por rayos x de las probetas de acero Hadfield. Se realizó el análisis cualitativo de la difracción por rayos x, para la caracterización de las fases y el análisis cuantitativo para la determinación de las tensiones residuales, a partir de los difractogramas obtenidos. III.3.2.1. Análisis cualitativo de la difracción por rayos x. En el análisis cualitativo de los difractogramas de todas las muestras evaluadas durante la difracción de rayos x, solo se detecta la presencia de una sola red cristalina, la de la austenita, lo cual coincide con la valoración que han hecho otros autores sobre este acero (ASM Volume 11, 1992; Torres, 2002). Los máximos de intensidad de los rayos x difractados se corresponden en todos los casos con los pertenecientes al patrón de difracción de la austenita. Las posiciones de los máximos de intensidad (picos) de los difractogramas obtenidos en la difracción de rayos x, de acuerdo a los índices racionales de Miller son: • Pico 1 (111): Entre 420 y 440 • Pico 2 (200): Entre 480 y 500 • Pico 3 (220): Entre 720 y 740 • Pico 4 (311): Entre 880 y 900 • Pico 5 (222): Entre 940 y 960 Los difractogramas correspondientes a todas las muestras tratadas con explosivos (probetas 1 a la 9) y el de la muestra patrón (probeta 30) se supornen unos a otros. Este resultado se puede �apreciar en la figura 3.6, e indica que existe coincidencia en la posición de los picos de difracción, y en consecuencia la composición fásica de su estructura es similar. III.3.2.2. Análisis cuantitativo de la difracción por rayos x. En los epígrafes III.4.1 y III.4.2, se describen los modelos estadísticos de mínimos cuadrados del comportamiento de la tensión principal normal de primer género y el del semiancho físico del pico. Con respecto a la tensión tangencial de primer género, se diferencia la magnitud de tensión tangencial para el maclado, y la de tensión tangencial para el deslizamiento, en correspondencia con la utilización de coeficiente de Schmid escogido. La deformación plástica en los metales puede desarrollarse a partir del mecanismo de deslizamiento, a partir del mecanismo de maclado y también de la combinación de ambos mecanismos. El criterio de decisión lo establece el cumplimiento de las desigualdades contenidas en las expresiones 2.4 y 2.5. Según los valores determinados de tensión tangencial para el maclado y para el deslizamiento, recogidos en la tabla 3.1, se puede apreciar que el menor valor de tensión tangencial obtenido es de 198,60 MPa (correspondiente a la tensión tangencial para el maclado de la probeta 9a), y dicho valor supera la magnitud límite de fluencia de cizallamiento (175 MPa). Se puede decir entonces, que el material fluye por deslizamiento y a la vez fluye por maclado; por lo que los granos deformados en realidad poseen una textura de deformación caracterizada por líneas típicas de los planos de deslizamientos y de los planos de maclas, y tal y como se revela en las micrografías de las figuras 3.16, 3.17 y 3.18 Es resumen, en el proceso de deformación plástica de las muestras fundidas de acero Hadfield sometidas a las cargas de impacto que genera la energía de detonación de una sustancia explosiva, se revela la ocurrencia de los mecanismos de deslizamiento y maclado para lograr el endurecimiento del material por acritud. III.3.3. Fundamentación del mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield en presencia de las cargas explosivas. Teniendo en cuenta los resultados combinados del análisis metalográfico, del análisis de difracción por rayos x, y la evaluación de las regularidades que reflejan los modelos experimentales del comportamiento de las propiedades mecánicas y funcionales del acero Hadfield, en relación con las variables del proceso de experimentación que representan a los parámetros de detonación de la sustancia explosiva empleada como fuente de energía; se explica el mecanismo de endurecimiento de este material en las condiciones descritas. La metalografía óptica no revela la presencia de la fase martensita en la estructura, lo cual se corrobora con el análisis cualitativo de la difracción por rayos x, dónde solo se confirma la estructura de austenita en el metal fundido. Al no haber sido observadas con las técnicas utilizadas en la investigación, ninguna otra fase en la matriz austenítica ni detectarse que se haya producido la precipitación de fases secundarias sobre todo del tipo carburo; entonces no es posible atribuir el mecanismo de endurecimiento del material a la formación de estructuras de tipo martensítico ni relacionarlo con la aparición de fases precipitadas por comprensión dinámica. La austenita, única red cristalina detectada en las muestras, es una estructura cúbica centrada en las caras con un 74 % del volumen ocupado por los átomos, en la cual los planos octaédricos {111}y las direcciones <110> son sistemas compactos (Dieter, 1967). En esta estructura existen cuatro sistemas de planos (111) de densidad atómica predominante, y cada uno contiene tres direcciones <110>, por lo que en total se presentan doce sistemas de deslizamiento. La existencia de suficientes sistemas de deslizamiento en la austenita, garantiza �Figura 3.6 Comparación entre los difractogramas de las muestras tratadas con explosivos (Probetas 1 a la 9), y la probeta patrón (Probeta 30). Tabla 3.1 Tensiones Tangenciales para el maclado y para el deslizamiento No. Replica a Replica b τdes. τmac. τdes. τmac. Replica c τdes. τmac. Exp. δ k (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) 1 35 3 544,98 314,65 526,59 304,03 539,01 311,20 2 22,5 3 498,24 287,66 489,62 282,68 500,14 288,75 3 10 3 435,69 251,54 434,04 250,60 425,65 245,75 4 35 2 503,93 290,94 505,38 291,78 518,73 299,49 5 22,5 2 440,74 254,46 431,31 249,02 426,10 246,01 6 10 2 414,12 239,09 428,04 247,13 424,74 245,22 7 35 1 395,87 228,56 374,40 216,16 401,27 231,67 8 22,5 1 378,25 218,38 356,36 205,74 379,49 219,10 9 10 1 343,98 198,60 347,35 200,54 384,24 221,84 �que haya siempre un plano y una dirección con orientación adecuada disponible para que se produzca la micro-deformación plástica. Fue comprobado a través del análisis metalográfico y de difracción por rayos x, que el incremento de las variables δ y k además de aumentar los niveles de tensiones residuales de primer género, produce un incremento de los defectos de empaquetamiento y favorece la reducción del tamaño de los granos, es decir favorece el endurecimiento por deformación plástica de la matriz austenítica. Del modelo experimental de mínimos cuadrados se determinó un incremento de las suma de las tensiones principales de primer género (de 872 a 1315 MPa en las probetas del experimento). El incremento de estos valores debido a la deformación de la red (provocados por los esfuerzos de compresión), tiene como consecuencia el aumento de la densidad de dislocaciones y el endurecimiento por acritud de las muestras. La densidad de dislocaciones aumenta en el metal como resultado del trabajo en frío, a través de la multiplicación de las dislocaciones existentes previamente. Según Guliáev (1983), el movimiento de un par de dislocaciones genera el movimiento de centenares y centenares de ellas; consecuentemente, la distancia promedio de separación entre las dislocaciones disminuye, y este fenómeno provoca el apilamiento de dichos defectos. El aumento de la densidad de dislocaciones resultante frena el movimiento del resto de las dislocaciones. Como resultado del frenaje del movimiento de las dislocaciones, se incrementa la resistencia a su desplazamiento lo que provoca una elevación de las tensiones en el enrejado cristalino. Para vencer a las fuerzas de repulsión de las dislocaciones de un mismo signo y de los puntos de intersección de las diferentes dislocaciones, se requiere un gasto de energía complementaria. Por esta razón, es que el aumento del número total de dislocaciones, va acompañado del endurecimiento por deformación. Debido a que la deformación plástica representa en sí el movimiento de las dislocaciones por los planos de deslizamiento con su salida a la superficie de los cristales, es que el surgimiento de cualquier tipo de obstáculo capaz de dificultar el movimiento de las dislocaciones provoca el endurecimiento del policristal y el incremento de su resistencia (Alfonso, 2002). Entre los referidos obstáculos están, ante todo, otras dislocaciones que se encuentran en el cristal. Este frenaje al movimiento se logra a través de la reducción del tamaño de grano, como ha sido demostrado como consecuencia del endurecimiento por deformación plástica (acritud). De acuerdo a la bibliografía (Laudon, 1988; Prevey, 1987; Cullity, 1967 y Barret, 1957), en el ensanchamiento de los picos de difracción, influye la reducción del tamaño del grano y el aumento del trabajo de deformación en frío del metal, el cual provoca un aumento de la densidad de dislocaciones, defectos de apilamiento reticular, y un incremento de las tensiones residuales de segundo género. Se ha demostrado que el incremento del semiancho físico del pico, se debe exclusivamente a los defectos que aparecen en la estructura luego de la compresión dinámica, y que se identifican en las micrografías de la tesis mediante las líneas características de los planos de deslizamiento y los planos de maclas. El incremento de la dureza en las probetas de la tesis (de 270 a 400 HB entre las probetas del experimento, a partir de un valor inicial promedio igual a 190 HB en las probetas patrón), se produce entre otras causas, por la reducción que provoca en el tamaño del grano la acción de las cargas explosivas. Según Callister (1999); Guliáev (1978); Subramanyam et al (1999); y Buraya (2001), los bordes de los granos son una barrera para el desplazamiento de las dislocaciones. Al reducirse el tamaño de grano, aumenta el número de barreras que frenan el desplazamiento de las dislocaciones; esto se debe a que el desorden atómico existente en el borde de grano traerá como resultado una discontinuidad de los planos de deslizamiento de un �grano a otro. Es decir, la reducción del tamaño del grano austenítico lo hace más duro y más resistente debido a que aumenta el área total de fronteras de grano que impiden el movimiento de las dislocaciones (Alfonso, 2002). Del análisis metalográfico se llega a la conclusión que como consecuencia del trabajo de deformación en frío realizado por la acción de las cargas explosivas, se origina una textura de deformación plástica con la presencia de líneas características de planos de deslizamientos y de planos de maclas, lo cual se confirma en el análisis cuantitativo de difracción por rayos x, al comprobarse que las tensiones tangenciales obtenidas para el deslizamiento y el maclado superan el valor límite de tensión al cizallamiento (198,60 MPa mayor que 175 MPa), lo cual confirma que el material fluye por deslizamiento y fluye por maclado en correspondencia con el cumplimiento de las desigualdades contenidas en las expresiones 2.15 y 2.16. El maclaje se produce en las direcciones <112>, sobre la misma familia de planos {111}, de densidad atómica predominate que ha sido considerado en la deformación por deslizamiento (Dieter, 1967). El mecanismo de endurecimiento de las muestras fundidas de acero Hadfield, en las condiciones de realización de los experimentos (energía específica de 3x106 Nm/kg y presión de detonación entre 4 y 7 GPa), se explica por la ocurrencia de los mecanismos de deslizamiento y maclado; como ha quedado demostrado a través de la observación metalográfica, el análisis de difracción por rayos x y la evaluación de las regularidades del comportamiento mecánico y funcional del material en las condiciones descritas. La aparición de los planos de deslizamiento y de los planos de maclas en el acero Hadfield tratado con cargas explosivas, estará condicionado por el aumento de las variables asociadas con el estado tensional de la red (tensiones de primer género), combinado con la reducción del tamaño de los granos, y el incremento de la acritud como resultado del aumento de la densidad de dislocaciones, todo lo cual trae como consecuencia la elevación de la microdureza y la macrodureza, de la resistencia al desgaste gravimétrico, del coeficiente de resistencia a la penetración, del grado de acritud, y del parámetro integrador que refleja la capacidad de endurecimiento del metal. III.4. Evaluación del comportamiento de piezas fabricados de acero Hadfield endurecidas mediante explosivos. Martillos Los martillos de las trituradoras de sínter de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara, fundidos de acero Hadfield en la Empresa Mecánica de Níquel, tienen en condiciones normales de explotación (cuando no están tratados con explosivos) una duración promedio de hasta 480 horas con una frecuencia de trabajo de 12 horas diarias, por lo que en un año de trabajo se utilizan hasta 10 juegos de 18 martillos en una trituradora. A consecuencia del tratamiento con explosivos según el procedimiento descrito en el epígrafe II.5 y antes de la puesta en explotación, se comprobó que la dureza de los martillos tuvo un incremento promedio superior al 80 %. En mediciones realizadas de forma sistemática durante su explotación, se comprobó un incremento hasta el 110 % luego de 76 horas de trabajo, y al cabo de 800 horas de labor su dureza promedio se mantiene aproximadamente igual. Los martillos que no fueron tratados con explosivos, sólo alcanzan un incremento de 28 % en sus valores promedio de dureza durante sus primeras 76 horas de trabajo, para similares condiciones de explotación. Sin embargo, el endurecimiento provocado por las condiciones de operación de los mismos hace que se alcance al cabo de 500 horas de explotación el doble de su dureza inicial y estos valores se mantienen durante el resto del tiempo que duró la prueba. �En el período de prueba correspondiente a los meses de Mayo a Julio de 2003, los registros de operaciones de la planta de calcinación y sínter de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara ofrecían el resultado de 853 horas de trabajo con los martillos tratados con explosivos, aún en condiciones adecuadas para continuar su explotación por lo que se decidió mantener el trabajo de los mismos. Hasta ese momento se había duplicado el promedio estimado de vida útil de estos artículos. La prueba con los martillos, se realizó colocando en la máquina trituradora nueve martillos tratados con explosivos y nueve sin tratar, con el objetivo de exponer todos los martillos al mismo régimen. La ubicación dentro de la trituradora de cada martillo, fue convenientemente dispuesta de modo que estuvieran uniformemente distribuidos en las seis secciones del equipo, martillos tratados y sin tratar con explosivos. Se realizaron mediciones periódicas del peso de cada martillo, con el objetivo de determinar el ritmo de desgaste que se produce en condiciones reales de explotación. La figura 3.7 muestra el comportamiento de este indicador. Interpretando los resultados que se ilustran en la figura 3.7, se puede apreciar que los martillos tratados con explosivos muestran luego de mas de 800 horas de trabajo, un desgaste significativamente inferior al promedio de los martillos que no recibieron el tratamiento. El ritmo de desgaste entre los martillos que recibieron tratamiento con explosivos es variado, y se acentúa en la medida que disminuyen los parámetros de detonación de las cargas explosivas aplicadas. El mejor comportamiento corresponde al martillo tratado con el mayor espesor de carga explosiva (H = 25 mm) y el mayor número de impactos (k = 1). Si se tiene en cuenta solamente un incremento del doble duración en la explotación de estos artículos, solo se requerirán 5 juegos de martillos para una trituradora en un año de trabajo. Dientes En el caso de los dientes de las palas excavadoras, a partir de un análisis estadístico realizado en una muestra de 6 excavadoras por un período de tiempo de 3 años, cuya frecuencia de trabajo osciló entre 16 y 20 horas diarias; se pudo determinar que el cambio de los dientes no tratados con explosivos se realiza entre los 6 y 8 meses de explotación de los mismos. Entre los dientes más agredidos por el proceso de desgaste están los situados en los bordes de la cuchara. Cuando no se tratan con explosivos, los dientes de las palas excavadoras entran en funcionamiento con una dureza promedio de 200 HB aproximadamente; y con posterioridad incrementan paulatinamente su dureza hasta alcanzar valores cercanos a los 400 HB, prácticamente al final de su vida útil. Los dientes endurecidos previamente con explosivos, incrementan su dureza entre 420 y 480 HB; y con posterioridad, realizan su trabajo manteniendo esta dureza promedio según se pudo comprobar en sistemáticas mediciones realizadas a este parámetro durante el período de prueba. Las pruebas realizadas en la mina de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara, muestran el resultado de la explotación durante 12 meses de varios juegos de dientes tratados con explosivos, en idénticas condiciones de operación que los dientes que no habían sido tratados con explosivos. A partir de este resultado es posible afirmar, que la aplicación del procedimiento tecnológico de endurecimiento mediante una explosión de los dientes, incrementa al doble la durabilidad de los mismos. III.4.1. Valoración económica, social y ambiental. El desgaste prematuro de las piezas fabricadas de acero Hadfield incrementa sensiblemente los costos del mantenimiento. Estas piezas se ubican en equipos que son en la mayoría de los casos parte integrante de una planta de proceso. Si el sistema no está disponible en el momento requerido porque precisa mantenimiento, la planta completa puede pararse e incurrir en costos elevados. Cuando la planta opera a plena capacidad el costo se aproximará al valor �836 hr 760 hr 684 hr 608 hr 532 hr 456 hr 380 hr 304 hr 228 hr 152 hr 76 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 Peso (kg) Comportamiento del Desgaste de los Martillos Horas de trabajo (hr) Figura 3.7 Comportamiento del desgaste de los martillos. H=25; k=3 H=20; k=3 H=15; k=3 H=25; k=2 H=20; k=2 H=15; k=2 H=25; k=1 H=20; k=1 H=15; k=1 Sin T/E �de la producción durante el período de tiempo de la parada, más el costo propio de la reparación. Si la operación está por debajo de la plena capacidad, el costo se aproximará al tiempo de trabajo necesario para alcanzar la producción requerida. Martillos El costo unitario de adquisición de los martillos de las trituradoras de sínter sin tratamiento con explosivos es de 24,24 USD. Para una trituradora de 18 martillos el costo asciende a la cifra de 436,32 USD. Teniendo en cuenta que la duración promedio de un juego de martillos que no ha recibido el tratamiento de endurecimiento mediante explosivos es de hasta 480 horas, lo cual equivale a utilizar en un año de trabajo hasta 10 juegos de martillos, se requeriría en igual período de tiempo una erogación de 4 363,20 USD para adquirir los martillos que requiere una sola trituradora. El tratamiento con explosivos involucra la realización de una serie de operaciones que incrementa el costo unitario de cada martillo de acuerdo con la expresión 2.32 (Cobas, 1997; Palmero, 2000; De la Cruz y Leyva, 2003). Qte = Qm+Qmo+Otg (3.22) Siendo: Qmo = 1,18 USD Otg = 0,67 USD El costo de materiales (Qm) lo determina el costo de adquisición del detonador eléctrico y del explosivo, estando en función este último de la masa de sustancia explosiva empleada. Para el cálculo del costo del explosivo se considera que los martillos serán tratados con el mayor espesor de carga explosiva (H = 25 mm) y el mayor número de impactos (k = 3). En estas condiciones, Qm = 5,02 USD El costo del tratamiento con explosivo de un martillo será, Qte = 6,87 USD (Palmero, 2000; De la Cruz y Leyva, 2003). Es decir, el costo unitario de cada martillo será ahora la suma del costo de adquisición mas el costo del tratamiento con explosivos, y asciende a la cifra de 31,11 USD. Para una trituradora de 18 martillos será 559,98 USD La duración promedio de un juego de martillos que han recibido tratamiento con explosivos es superior a las 960 horas, por lo que solo se requerirá el empleo de 5 juegos de martillos en un año, y esto equivale a 2 799,90 USD. Con este resultado será posible entonces reducir en la mitad las compras de nuevos martillos, disminuir los volúmenes de inventario y propiciar un incremento de los índices de eficiencia operacional, por lo que el costo de la actividad de mantenimiento será menor. En un año de trabajo para una sola trituradora, el efecto económico de la aplicación del procedimiento tecnológico de endurecimiento mediante explosivos de los martillos es superior a 1 563,30 USD. Se debe señalar además que el impacto económico estará acentuado por el ahorro de portadores energéticos no cuantificados en la investigación pero que pudiera llegar hasta un 10 % según fuentes especializadas, si se tiene en cuenta que la reducción de los niveles de desgaste de los martillos exige menos esfuerzos en el accionamiento electromecánico del equipo. Desde el punto de vista social y ecológico teniendo en cuenta las evidencias de contaminación sónica y deterioro de la calidad ambiental del entorno en la sección de trituración, un elemento de gran importancia lo constituye la reducción de grandes volúmenes de polvos nocivos a la salud del hombre, expulsados a la atmósfera debido a las actividades de limpiezas provocados por la realización de tareas de mantenimiento en ciclos muy cortos. Al mismo tiempo al disminuir el ritmo de desgaste de los martillos, se reduce el desbalance del equipo y a su vez, vibraciones y ruidos excesivos de grandes magnitudes, desajuste y falta de hermeticidad. �Dientes Cada pala excavadora utiliza cuatro dientes que tienen una duración promedio cuando no son tratados con explosivos de seis meses. El costo de adquisición unitario de cada diente sin tratamiento con explosivos es de 700 USD, por lo que en una sola excavadora en un año de trabajo será necesario utilizar 5 600 USD para la adquisición de estos artículos. El tratamiento con explosivos de los dientes considera de forma similar a los martillos los costos de mano de obra y otros gastos. En relación al costo de materiales, se tiene en cuenta la masa de sustancia explosiva empleada. En este caso los dientes también se consideran tratados con el mayor espesor de carga explosiva (H = 25 mm) y el mayor número de impactos (k = 3), por lo que se obtiene un costo de materiales: Qm = 18,34 USD. El costo del tratamiento con explosivo de un diente será, Qte = 20,19 USD (Cobas, 1997). Al igual que en los martillos, el costo unitario de cada diente será ahora la suma del costo de adquisición mas el costo del tratamiento con explosivos, y asciende a la cifra de 720,19 USD. Para una excavadora de 4 dientes será 2 880,76 USD. La duración promedio de un juego de dientes que han recibido tratamiento con explosivos se duplica y alcanza los doce meses de explotación, por lo que solo se requerirá el empleo de un juegos de dientes en un año de trabajo, y esto equivale a los 2 880,76 USD correspondientes a una sola trituradora. El efecto económico de la aplicación del procedimiento tecnológico de endurecimiento mediante explosivos de los dientes sería superior a 2 719,24 USD. Se puede afirmar que el lograr incrementar el tiempo de vida útil de los dientes, contribuye en determinada medida a un mejor aprovechamiento de las posibilidades productivas de las excavadoras. Es decir con el aumento de su durabilidad se reporta otras ventajas tales como: la reducción del costo de explotación y de mantenimiento del equipo, ahorro de portadores energéticos, y la disminución del volumen de inventario de estos elementos, con lo cual podrían disminuir importaciones y derivar recursos hacia otros renglones. III.5. Conclusiones del Capitulo III. 1. Se establecen las regularidades del comportamiento mecánico y funcional del acero Hadfield endurecido mediante explosivos. Los modelos experimentales describen la interacción entre las mismas según una ley lineal, y cumplen satisfactoriamente todas pruebas estadísticas para su validación. 2. Los resultados del análisis metalográfico, revelan en las muestras fundidas de acero Hadfield una estructura de austenita con tendencia a formación dendrítica, antes y después del tratamiento con explosivos, lo cual se confirma con el análisis cualitativo de la difracción por rayos x. No se detectó la presencia de estructuras de tipo martensítico ni la aparición de nuevas fases por el trabajo de compresión dinámica, de modo que no se puede atribuir a estas causas el mecanismo de endurecimiento mediante explosivos del acero Hadfield. Se comprobó la reducción del tamaño del grano austenítico. 3. El análisis metalográfico revela las líneas características de los planos de deslizamiento y de los planos de maclas, siendo mayor la densidad de estos cuanto mayor es el espesor de carga explosiva empleada y mayor el número de impactos. Las tensiones tangenciales de primer género para el deslizamiento y el maclado, superan la magnitud de tensión limite al cizallamiento (198,60 MPa mayor que 175 MPa); lo que demuestra que el material fluye por deslizamiento y a la vez fluye por maclado, y esto confirma el resultado del análisis metalográfico 4. El mecanismo de endurecimiento de las muestras fundidas de acero Hadfield, se fundamenta por la ocurrencia de los mecanismos de deslizamiento y maclado, lo cual se producen a consecuencia del aumento de las variables asociadas con el estado tensional de �las muestras (tensiones residuales de primer género y semiancho físico del pico) combinado con la reducción del tamaño de los granos, y el incremento de la acritud como resultado del trabajo de deformación en frío; en correspondencia con el aumento de los parámetros que caracterizan la capacidad de endurecimiento del material.. 5. El procedimiento tecnológico de endurecimiento mediante explosivos de piezas fabricadas de acero Hadfield, es técnicamente factible y económicamente racional. En un año de trabajo para una sola trituradora, el efecto económico de la aplicación del procedimiento tecnológico de endurecimiento en los martillos es superior a 1 563,30 USD, y para el caso de los dientes de las palas excavadoras rebasa la cifra de 2 719,24 USD en igual período. Desde el punto de vista social y ambiental se contribuye a evitar los riesgos de contaminación sónica y la expulsión a la atmósfera de polvos nocivos a la salud humana. CONCLUSIONES GENERALES 1. Se establecieron las regularidades del comportamiento mecánico y funcional del acero Hadfield endurecido mediante explosivos. Se produce un incremento de las tensiones principales normales de primer género y de la dureza de 872 a 1315 MPa y de 270 a 400 HB respectivamente, y una disminución del desgaste gravimétrico de 0,02524 a 0,00981 g. 2. La observación metalográfica y el análisis de difracción por rayos x, demuestran la ocurrencia de los mecanismos de deslizamiento y maclado (el menor valor de tensión tangencial para el deslizamiento y el maclado, supera la magnitud de tensión límite al cizallamiento). No se detectó la presencia de estructuras de tipo martensítico ni la aparición de fases precipitadas por compresión dinámica. 3. El mecanismo de endurecimiento del acero Hadfield en presencia de cargas explosivas, se fundamenta por el incremento de los defectos de empaquetamiento de acuerdo con los mecanismos de deslizamiento y maclado. 4. La ocurrencia de los mecanismos de deslizamiento y maclado se produce a consecuencia del tensionamiento de la estructura cristalina de la red, la reducción del tamaño promedio de los granos, y el aumento de la acritud y de los parámetros que caracterizan la capacidad de endurecimiento del material como resultado del trabajo de deformación en frío. 5. El procedimiento tecnológico de endurecimiento mediante explosivos, de piezas fabricadas de acero Hadfield que utiliza la industria cubana del níquel, duplica la durabilidad de las mismas con un significativo efecto económico (1 563,30 USD para los martillos de una trituradora de sínter, y 2 719,24 USD para los dientes de una excavadora, en un año de trabajo). RECOMENDACIONES 1. Aplicar el procedimiento tecnológico descrito en el trabajo, para el endurecimiento mediante explosivos de las piezas fabricados de acero Hadfield. 2. Considerar en futuras investigaciones, la utilización de técnicas de microscopía electrónica de transmisión o de fuerza atómica para la posible detección de la fase martensítica en muestras de acero Hadfield, endurecidas mediante explosivos con presión detonación superior a 7 GPa 3. Utilizar los métodos de investigación empleados en la tesis y la caracterización de los parámetros del proceso de endurecimiento, como referencia en futuros trabajos investigativos. 4. Emplear en la realización de las actividades académicas, los nuevos conocimientos desarrollados en la investigación. �REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. ADLER, P H; et al. Strain Hardening of Hadfield Manganese Steel. Mettallurgical and Materials Transactions. A. Volume 17 A. October 1986. p 1725 AGUILAR, F. Los explosivos y sus aplicaciones. Editorial Labor, S.A. 1978 ALFONSO, E; MARTIN, J. Aplicación de la Ley de Wolf – Bragg en la determinación de las tensiones residuales de primer género. Memorias del II Taller Internacional de Didáctica de la Física “DIDACFISU’ 2000”. Universidad de Matanzas “Camilo Cienfuegos”. 2000. 7p. 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Vd: Pd: Ee: ρ: Pe: δ: k: Egu: m: V: Vpro: Ega: σ 1ºgen : msks : τcs : mskt: τct : c: n: N: Ce: Ce(n): PP: H: HB: HV: Wl : Qte: Qm: Qmo: Otg: Velocidad de detonación [Nm] Presión de detonación [MPa] Energía específica en relación a masa de explosivo [Nm/kg] Densidad del explosivo [kg/m3] Presión termoquímica o presión de trabajo [MPa] Espesor de la carga explosiva [mm] Número de impactos que recibe la probeta Energía de golpeo unitaria [Nm] Masa de sustancia explosiva [kg] Volumen de sustancia explosiva [m3] Volumen de la probeta [m3] Energía de golpeo acumulada [Nm] Suma de las tensiones normales principales de primer género [MPa] Coeficiente de Schmid para el deslizamiento en cuerpos policristalinos. Tensión tangencial de deslizamiento de primer género [MPa] Coeficiente de Schmid para el deslizamiento en cuerpos policristalinos Tensión tangencial de maclado de primer género [MPa] Coeficiente de resistencia del metal a la penetración Coeficiente de endurecimiento por deformación Grado de acritud Capacidad de endurecimiento Capacidad de endurecimiento (normalizada) Desgaste abrasivo gravimétrico (g) Altura de la carga explosiva [mm] Macrodureza Microdureza en profundidad Semiancho físico del pico Costo del tratamiento con explosivos Costo de materiales Costo de la mano de obra Otros gastos �PRODUCCIÓN CIENTÍFICA DEL AUTOR RELACIONADA CON LA TESIS DOCTORAL Ponencias presentadas en Eventos Científicos: 1. Aplicaciones industriales de los explosivos en el trabajo de los metales. (CIDIM’97) 2. Investigación sobre el endurecimiento mediante explosivos del acero al manganeso. (EXPLO’99) 3. Investigación sobre el endurecimiento mediante explosivos del acero al manganeso. (CCIM’2000) 4. Mejoramiento de la calidad de equipos y accesorios de laboreo minero, mediante el endurecimiento por explosivos del acero Hadfield. (CINAREM’2000) 5. MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD DEL ACERO AL ALTO MANGANESO (HADFIELD), MEDIANTE EL ENDURECIMIENTO POR EXPLOSIVOS. (COBIM’2001) 6. Mejoramiento de la calidad de equipos y accesorios de laboreo minero, mediante el endurecimiento por explosivos del acero al alto manganeso. (Taller Materiales’2003) 7. Investigación sobre el endurecimiento mediante explosivos del acero al manganeso. (CINAREM’2004) PUBLICACIONES DE PONENCIAS PRESENTADAS EN EVENTOS CIENTÍFICOS: 1. Aplicaciones industriales de los explosivos en el trabajo de los metales. (CIDIM’97) 2. Investigación sobre el endurecimiento mediante explosivos del acero al manganeso. (CCIM’2000)( isbn 959-261-010-x) 3. Investigación sobre el endurecimiento mediante explosivos del acero al manganeso. (CINAREM’2004) (isbn 959-16-0258-4) PUBLICACIONES EN REVISTAS CIENTÍFICAS: 1. Recuperación de equipos y piezas por la tecnología de conformación y soldadura por explosivos. (Revista Minería y Geología, Vol XIV, No 2, 1997) 2. Comportamiento de piezas de acero Hadfield endurecidas mediante explosivos. (Revista Minería y Geología; Volumen XX; No. 1; 2004) 3. Comportamiento físico del acero Hadfield, en presencia de cargas explosivas. (Revista Minería y Geología; Volumen XX; No. 2; 2004) �ANEXO 1 Figura 1. Gráfico del comportamiento de la velocidad de detonación (Vd) vs diámetro (δ), para cargas cilíndricas. Figura 2. Gráfico del comportamiento de la presión de detonación (Pd) vs diámetro (δ), para cargas cilíndricas. �Velocidad de detonación vs Espesor de carga explosiva Velocidad de detonación (m/s) y = -0,7314x 3 + 33,713x 2 - 174,27x + 1633 R2 = 0,9891 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Data del experimento Polinómica (Data del experimento ) 0 5 10 15 20 25 Espesor de carga explosiva (mm) 30 Figura 3. Gráfico del comportamiento de la velocidad de detonación (Vd) vs altura (H), para cargas planas �ANEXO 2 Figura 2.1 Gráfico del comportamiento de la tensión principal normal de primer género, respecto a las variables δ y k Figura 2.2 Gráfico del comportamiento del semiancho físico del pico, respecto a las variables δ y k �Figura 2.3 Gráfico del comportamiento de la macrodureza, respecto a las variables δ y k Figura 2.4 Gráfico del comportamiento de la macrodureza, respecto a la tensión. �Figura 2.5 Gráfico del comportamiento de la microdureza, respecto a las variables δ y k y el radio. �Figura 2.6 Gráfico del comportamiento del coeficiente de endurecimiento (n) para cada uno de los experimentos Figura 2.7 Gráfico del comportamiento del coeficiente de resistencia (c), respecto a las variables δ y k. �Figura 2.8 Gráfico del comportamiento del coeficiente de resistencia (c), respecto a las variables δ y k, y el radio. �Figura 2.9 Gráfico del comportamiento del grado de acritud, respecto a las variables δ y k Figura 2.10 Gráfico del comportamiento del desgaste abrasivo gravimétrico, respecto a las variables δ y k �Figura 2.11 Gráfico del comportamiento del desgaste abrasivo gravimétrico, respecto a la macrodureza. Figura 2.12 Gráfico del comportamiento del Desgaste Abrasivo Gravimétrico, con respecto a la tensión. �Figura 2.13 Gráfico del comportamiento de la capacidad de endurecimiento (Ce). � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Endurecimiento mediante explosivos del acero hadfield Creator An entity primarily responsible for making the resource Miguel Ángel Caraballo Núñez Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2004 Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/acf61a8c4163578c2069c44812e70cc7.pdf 7ecc3d9416a0bdc11092252913aa84da PDF Text Text TESIS Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Persis Dulce Milagros González Maza �Página legal Título de la obra: Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela, 62 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN: 1. Autor: Persis Dulce Milagros González Maza 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Título: Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Tesis en opción al título académico de Máster en Geología Autora: Ing. Persis Dulce Milagros González Maza. Esp. Mayo, 2015 �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Título: Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Tesis en opción al título académico de Máster en Geología Autora: Ing. Persis Dulce Milagros González Maza. Esp. Tutor: DrC. Gerardo Orozco Mayo, 2015 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. ÍNDICE Pág. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….…… 1 CAPÍTULO I- CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS Y AMBIENTALES DEL ÁREA DE ESTUDIO............................................................................................. 1.1. Introducción..………………………………………………………..………..…. 1.2. Basamento teórico……………………………………………………….………. 1.2.1. Contaminantes……………………………………………………………. 1.2.2. Ciclo de metales pesados……………………………………………….. 1.2.3. Origen de los metales en el medio acuático…………………………… 1.2.4. Circulación de metales en ecosistemas estuariales…………………. 1.2.5. Interacción metal-sedimento……………………………………………. 1.2.6. Eutrofización……………………………………………………………… 1.2.7. Estuarios como ambiente adecuado para realizar estudios de contaminación…………………………………………………………………….. 1.3. Investigaciones precedentes……………………………………………………. 1.4. Aspectos geológicos regional…………………………………………………… 1.4.1. Marco fisiográfico…………………………………………………………. 1.4.2. Marco geológico estructural……………………………………………... 1.4.3. Aspectos geológicos locales…………………………………………….. 1.4.4. Marco sedimentológico actual…………………………………………… 1.4.5. Marco geológico ambiental por metales pesados…………………….. 8 8 8 9 10 12 13 15 17 17 20 30 30 31 31 32 32 CAPITULO II. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN………………………... 2.1. Introducción.………………………………………………………………………. 2.2. Metodología de la investigación utilizada para la realización del trabajo de investigación……………………………………………………………………… 2.2.1. Recopilación y análisis de la información existente sobre el tema en estudio…………………………………………………………....... 2.2.2. Levantamiento de información geológica y ambiental del área de estudio....…………………………………..………………………………. 2.2.3. Monitoreo de las muestras de sedimentos: Técnicas de monitoreo utilizadas…………………………………………………………………… 2.2.4. Análisis y determinaciones químicas: Método analítico e Instrumentos de medición……………………………………………….. 2.2.5. Análisis y determinaciones físicas: Método analítico e Instrumentos de medición……………………………………………….. 2.2.6. Cartografía geológica: mapas de distribución de elementos pesados 2.2.7. Evaluar los niveles de concentración de metales……………………. 34 34 CAPÍTULO III. RESULTADOS…………………………………………………….….. 3.1. Características geológicas ambientales del área de estudio……………….... 3.1.1. Factores Geológicos……………………………………………………….. 43 43 43 35 35 35 36 37 39 41 I �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 3.1.2. Factores Humanos………………………………………………………..... 3.1.3. Descripción de los Sedimentos superficiales del área de estudio……. 3.2. Identificación de la variedad y concentraciones de elementos metálicos pesados existentes en los sedimentos del área de estudio y el factor de concentración…………………………………………………………………….... 3.2.1. Variedad de metales pesados y sus concentraciones…………………. 3.2.2. Elaborar mapas de distribución del contenido de los metales pesados contaminantes en sedimentos en el Campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo…………………………………………... 3.3. Evaluar los niveles de toxicidad que producen esos elementos….…………. CONCLUSIONES…………………………………………………………………….. RECOMENDACIONES………..…………………………………………………….. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………..…….… ANEXOS……………………………………………………………………………....... . 46 49 51 51 57 59 62 63 64 75 II �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. ÍNDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1. El sistema biológico de los elementos para plantas terrestres (Glicofitas)…………………………………………………………………………….. Figura 2. Ciclo de metales entre los diferentes compartimientos de un ambiente estuarino………………………………………………………………..... Figura 3. Diagrama que representa un Sistema Natural Integral……………… Figura 4. Ubicación geográfica del Lago de Maracaibo, Estado Zulia Venezuela…………………………………………………………………………….. Figura 5. Metodología de trabajo empleada para el desarrollo de este estudio………………………………………………………………………………… Figura 6. Ubicación de los puntos muestreados en la zona de estudio………. 12 15 20 30 Figura 7. Espectrómetro de absorción atómica…………………………….......... 34 37 38 Figura 8. EstereomicroscopioZeiss, Discovery V12……………………………. 40 Figura 9. Mapa geológico de la Cuenca del Lago de Maracaibo………………. 44 Figura 10. Ríos que drenan a la Cuenca del Lago de Maracaibo……………… 45 Figura 11. Imagen Satelital del área de estudio que refleja factores antropogénicos y litogénico al 2001……………………………………………… 48 Figura 12. Gráfico de ladistribución granulométrica de los sedimentos superficiales de la zona de estudio……………………………………………….. Figura 13. Fotografía de la Muestra CU-1………………………………………… 50 51 Figura 14. Gráfico que muestra la comparación del resultado de As(Evaluado por EAA) vs valores de riesgo relativo (ER-L, NOOA)………………………… 54 Figura 15. Gráfico que muestra la comparación del resultado de Hg (Evaluado por EAA) vs Valores de Riesgo Relativo (ER-L y EM-L, NOOA)……………………………………………………………………………… 55 Figura 16. Mapa de Distribución del Metal Arsénico en el área de estudio……………………………………………………………………………… 58 Figura 17. Mapa de Distribución del Metal Mercurio en el área de estudio………………………………………………………………………………. 59 III �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. ÍNDICE DE TABLAS Pág. Tabla 1. Métodos analíticos empleados en la evaluación de los parámetros físicos y químicos en los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta……………………………………………………………….. Tabla 3. Numeración y abertura de tamices………………………………… 35 36 40 Tabla 4. Límites máximos permisibles según la guía de calidad para metales (ppm)…………………………………………………………………... 42 Tabla 5. Resultados del tamizado……………………………………………. 49 Tabla 6. Metales presentes en la zona de estudio…………………………. 52 Tabla 2. Ubicación de los puntos muestreados…………………………….. Tabla 7. Comparación de la concentración de los metales obtenidos vs ER-L y EM-L NOOA (1995)…………………………………………………… Tabla 8. Grado de contaminación…………………………………………… Tabla 9. Grado de contaminación por Arsénico en el área de estudio….. Tabla 10. Grado de contaminación por Mercurio en el área de estudio... 53 60 60 60 IV �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. INTRODUCCIÓN El Lago de Maracaibo, punto de partida para la evaluación de la contaminación ambiental de esta investigación, ha sido tema de estudio en cuanto a la acción litogénica, así como la antropogénica durante las últimas décadas por cientos de científicos y organismos que pretenden proponer soluciones que mitiguen los efectos negativos que hemos venido generando sobre este fenómeno geológico. Es por ello que es necesario definir a través de una minuciosa revisión bibliográfica el tipo de estructura y/o ambiente geológico al que se referirá este trabajo, puesto que de ello dependerán las características que se le atribuyan para tal estudio. Basado en los procesos geológicos que durante más de 40 millones de años ha evolucionado la cuenca del Lago de Maracaibo, estos han dado origen a su vez diferentes aspectos geológicos a considerar dentro de su sistema. El Lago de Maracaibo es una gran depresión estructural rodeada de montañas, en la que confluyen diversos ríos, y se comunica con el Mar Caribe a través del Golfo de Venezuela, y con este último, mediante un estrecho de 40 km de largo, 5-7 km de ancho y 15 m de profundidad. Esta profundidad es consecuencia del dragado del canal de navegación, a través del cual penetra agua salina a este cuerpo de agua (Sutton, 1976), este gran fenómeno natural la ha permitido definir como un estuario. Término sustentado por las siguientes investigaciones: Según Marcovecchio et, al. (2013), en su publicación titulada Procesos Químicos en Estuarios expresa que la Zona Costera (ZC) es una región de transición entre los componentes marino y continental del planeta. Es ampliamente reconocida como uno de los más importantes elementos de la biosfera con una amplia diversidad de ambientes y recursos. Por su parte Carrasquel (2011) en su publicación el Lago de Maracaibo es un estuario, manifiesta que ―es el único de su tipo en el país, y como referencia mundial. Lo define como un bioma o ecosistema importantísimo para el desarrollo de diversas especies de vida. En esta misma publicación explica ¿por qué es un estuario?, definiendo la palabra estuario, la cual vino a nuestro vocabulario del latín, estuarium, que quiere decir 1 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. un área bajo las influencias de las mareas. Hoy en día la definición más usada es que un estuario es un área de la costa donde el agua dulce proveniente de la tierra se mezcla con el agua del mar. Observándose en estos lugares dos factores ambientales de gran importancia, las mareas, la cantidad y ritmo de flujo de agua dulce. Aquí los nutrientes de la tierra se mezclan en el estuario con flujo de las mareas (tidal water), resultando este lugar muy fértil y productivo. En este mismo sentido, Antoranz, et, al. (2001), en su investigación Tidal currents and mixing in the Lake Maracaibo estuarine system, dan lugar a la definición del Lago de Maracaibo como un estuario, tal como sigue, ―El sistema estuarino del Lago de Maracaibo es un sistema océano-lago oscila junto conectado a través de un parcialmente mezclado estuario. Finalmente, respecto a esta temática, Marcucci (2000) en el trabajo denominado ―Características de los estuarios de Venezuela y manejo ecológico de los sedimentos dragados‖, expone el Lago de Maracaibo como un sistema estuarino, tal como se muestra a continuación, "Los sistemas estuarinos de Venezuela, como los del mundo entero, representan zonas ideales de desarrollo, debido a la facilidad de acceso y a la presencia de agua dulce y de recursos pesqueros. Sus características de transición entre los medios continentales y marinos, así como la complejidad de los procesos físicos que allí ocurren son de gran interés para los hombres de ciencia. Adicionalmente, en el caso de Venezuela, la presencia o cercanía de recursos tal como el petróleo en el sistema estuarino del Lago de Maracaibo, proporciona importancia a estas zonas con respecto al transporte por vía acuática y a los problemas de sedimentación de las vías de navegación (ver anexo 1). Basado en lo anteriormente expuesto, la importancia de este estudio sobre este fenómeno geológico, radica, en que este tipo de ambiente constituye una de las áreas más perturbadas del planeta, donde la contaminación, la eutrofización, la industrialización, los desarrollos urbanos, la reclamación de tierras, la producción agrícola, la sobrepesca, entre otros factores, impactan de manera continua la sustentabilidad de este tipo de ambiente. 2 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Así, el mayor reto que enfrenta la comunidad industrial y urbana hoy en día, es cómo administrar correctamente el uso de esta importante y vital área, de tal manera que las futuras generaciones puedan también disfrutar de sus recursos visuales, culturales, ambientales, energéticos y alimenticios. Una reciente evaluación de los impactos de la contaminación marina y costera desde fuentes terrestres, muestra que estos ambientes están en constante degradación y en muchos sitios se ha intensificado este problema (Vázquez et al., 2005). Tomando lo referido en este último aporte y tal como se evidencia en los países del mundo entero, son los problemas ambientales que dan lugar a la degradación y deterioro de sus cuencas hidrográficas. Ya que grandes cantidades de contaminantes se producen a diario sobre la superficie terrestre, ocasionando daños que podrían ser irreversible sobre el ambiente, es así como día a día la llamada industrialización va tomando más terreno en la naturaleza y a la propia humanidad, esta última cae irremediablemente víctima de su propio consumo, contaminando desproporcionalmente su hábitat y el de muchos seres vivos sobre la faz de la tierra. Muchos de los avances tecnológicos han llevado al hombre a la utilización de sustancias altamente contaminantes como lo son los metales pesados, es por ello que hoy en día existen diversas ciencias, herramientas y estrategias que permiten previamente identificar, valorizar y jerarquizar los impactos ambientales, así como el diseño de medidas de control, mitigación o corrección, necesarios en toda evaluación de impactos ambientales. La ubicación del Lago de Maracaibo ha sido propicia desde el punto de vista industrial ya que al borde de dicha cuenca se ubicaron las grandes industrias petroquímicas para el procesamiento del petróleo extraído en ella y en consecuencia, empezaron a desarrollarse de forma intensa otras industrias, de alimentos y construcción, como respuesta a una población en crecimiento que demandó mayores recursos y viviendas. De esta forma el litoral del lago se convirtió en lo que pudiera llamarse una ―herradura industrial‖. Aunado a todo lo anteriormente expuesto el Ministerio del Ambiente (1995), declaró que las fuentes de contaminación del Lago de Maracaibo, además de la salinidad creciente, son seis: 3 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.  Residuos petroleros: ocasionados por derrames debidos a fallas en las tuberías y en las actividades de extracción y transporte de crudo.  Residuos petroquímicos: los cuales se generan en el área de El Tablazo, muchos de ellos de tipo eutroficantes o de acción tóxica y persistente, como fenoles, mercurio, compuestos fosfatados y nitrogenados.  Residuos orgánicos y fertilizantes: acarreados por los ríos y drenajes pluviales de las áreas agropecuarias de la región.  Descargas térmicas de ríos: como el Paraguachón y el Táchira, cuyas aguas son utilizadas para la producción de energía eléctrica.  Residuos líquidos industriales: los cuales van directamente al lago, provenientes de industrias localizadas en los márgenes y de otras que drenan sus despojos en los ríos de la hoya hidrográfica del lago.  Residuos líquidos domésticos: descargados directamente al lago o sobre sus tributarios. Demostrando con ello que las fuentes de contaminación, han actuado durante años, utilizado el lago como recipiente o almacén de desechos líquidos y sólidos, logrando con ello la progresiva y constante alteración del hábitat de este inmenso recurso, que no se podrá restaurar por procesos naturales a una velocidad superior a la del consumo por los seres humanos, es decir se ha convertido en un recurso no renovable. En el lago se producen diversos productos, como rubros alimenticios, materiales de construcción, extracción de minerales y recursos no renovables, entre otros, que ocasionan altos niveles de desechos con variados niveles de toxicidad, al mismo tiempo son cientos de fuentes hídricas que desembocan en este gran depósito de diversidad de contaminantes, así mismo se plantea que la problemática puede estar directamente responsabilizada por la carencia de conciencia de lo que significaba el medio ambiente y el riesgo de su contaminación, así como la necesidad de políticas tributarias y jurídicas que exigieran el respeto a la naturaleza, que involucra a entes productores públicos y privados, que durante décadas han llevado a cabo la extracción y/o producción de algún rubro comercial. 4 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Como parte del medio ambiente contaminado por las actividades socioeconómicas en el Lago de Maracaibo y sus alrededores, se encuentran los sedimentos, a partir de la incorporación de los mismos elementos químicos y compuestos contaminantes nocivos, en concentraciones mayores de las habituales y con efectos adversos sobre algunos organismos, incluido el hombre. Tal es el caso de la contaminación que ha venido sufriendo el Lago de Maracaibo, específicamente el campo Urdaneta ubicado al oeste, el cual se ha visto afectado por los desechos/residuos, generados por el hombre o de génesis antropogénica, como los desechos de la industria química, petrolera, minera y los residuos urbanos/domésticos o sociales en general, por tanto, esta investigación aborda el estudio de la contaminación por metales pesados, a través de los niveles de peligrosidad/toxicidad; y, a su vez, la afectación que estos puedan llegar a causar sobre el medio. En este mismo sentido el Lago de Maracaibo, se constituye en el cuerpo de agua más grande del occidente de Venezuela y uno de los más grandes del continente americano, ubicado al noroeste del país, y específicamente el campo Urdaneta que constituye el área de estudio de la presente investigación, que a pesar de las diversas investigaciones producto del impacto a nivel mundial hasta el presente, los trabajos relacionados con las concentraciones de metales pesados en dicha área son escasos. El desconocimiento de la magnitud de la contaminación de los sedimentos del campo Urdaneta del Lago de Maracaibo por metales pesados, constituye el problema de la presente investigación, no hay suficiente información sobre la acumulación de los metales pesados en los sedimentos superficiales de dicha área, así como la proveniencia de los mismos y el riesgo que pudiera ocasionar la concentración de estos elementos químicos. Es importante el conocimiento de la contaminación por metales pesados en sedimentos en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela, con el propósito de identificar las concentraciones y distribución de los contaminantes y lograr establecer estrategias de acción para que organismos gubernamentales o no, logren implementar estrategias para minimizar los daños que se han producido sobre el Lago de Maracaibo. 5 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Mediante el presente estudio se evaluara 16 metales pesados en el sedimento superficial del área Urdaneta del lago de Maracaibo, seis (6) de los cuales ya se tiene precedente en la cuenca: Cobre, Cadmio, Cromo, Plomo, Vanadio y Níquel, al mismo tiempo se evaluará la presencia de otros elementos como Mo, Se, Zn, As, Co, Mg, Be, Hg, Sb, Ti, sugeridos en la literatura de Galán (2008). El estudio comprende la determinación de sus niveles de concentración y distribución, mediante la toma de muestras de fondo del sedimento superficial para ser analizadas por medio del espectrofotómetro de absorción atómica. Esto con el propósito de identificar el riesgo que representa para la salud pública y el efecto en las cadenas alimenticias, es decir, el riesgo potencial (concentración perjudiciales) de los sedimentos de la zona de estudio, sobre el agua y los organismos de este ecosistema, tomando otras referencias de estudios previos para comparar la variabilidad o no de concentración y distribución de los metales presentes en las muestras, debido al tipo de actividad comercial/industrial, así como cantidad de asentamientos urbanos en las adyacencias del área de estudio. De manera que puedan proponerse algunas acciones para que sean tomadas en cuenta por los entes protectores del ambiente y que logren de esta manera mitigar dichos daños. En esta investigación, se definieron los siguientes elementos: Objeto: Los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta. Campo de acción: La contaminación por metales pesados en los sedimentos del campo Urdaneta. Objetivos de la Investigación: Para llevar a cabo tal estudio fue necesario plantear los siguientes objetivos: Objetivo General: Determinar la contaminación por metales pesados en sedimentos en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo. Objetivos Específicos: 1. Evaluar las características geológicas ambientales del área de estudio. 6 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 2. Identificar la variedad y concentraciones de elementos metálicos pesados existentes en los sedimentos del área de estudio y el factor de concentración. 3. Elaborar mapas de distribución del contenido de los metales pesados contaminantes en sedimentos en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo. 4. Evaluar los niveles de toxicidad que producen esos elementos. Hipótesis: si se identifica la variedad de elementos metálicos, se cuantifican sus concentraciones y se evalúan los niveles de toxicidad, es posible determinar el grado de contaminación por metales pesados en los sedimentos del campo Urdaneta del lago de Maracaibo.  Variables: Identificar la variedad de elementos metálicos, cuantificación de sus concentraciones, determinación de los factores de concentración, evaluación de los niveles de toxicidad.  Unidad de observación: Recomendar en función de los resultados, acciones que permitan mitigar la afectación del impacto ambiental.  Términos lógicos o relacionales: Contaminación del ambiente. 7 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. CAPÍTULO I. CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS Y AMBIENTALES DEL ÁREA DE ESTUDIO 1.1. Introducción La contaminación de los sistemas costeros es uno de los problemas ambientales más frecuentes a escala mundial. Su origen puede ser atribuido a diferentes fuentes, entre las que destacan la operación de refinerías, la actividad de tanqueros, los derrames, y los aportes de desechos industriales que se originan en la costa o son transportados por corrientes y ríos. Entre los diferentes contaminantes, los hidrocarburos y metales pesados han sido de gran interés debido a su ubicuidad, concentración y toxicidad en los organismos de los ambientes costeros marinos (Sadiq 1992, Grant 2002). Tales elementos tienen lugar en el Lago de Maracaibo, donde se hace necesario el estudio de la contaminación por metales pesados en sedimentos en el campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. A continuación se presenta una serie de basamento teórico referente a la contaminación por metales pesados a nivel mundial, regional y local que aborda el área de estudio. 1.2. Basamento Teórico La presencia en los sedimentos de contaminaciones nocivas de algunos elementos químicos y compuestos (contaminantes) es un tipo especial de degradación que se denomina contaminación. El contaminante está siempre en concentraciones mayores de las habituales (anomalías) y en general tiene un efecto adverso sobre algunos organismos. Por su origen puede ser geogénico (procede de la roca madre, actividad volcánica o del lixiviado de mineralizaciones) o antropogénico (residuos peligroso derivados de actividades industriales, agrícola, mineras, entre otras, así como residuos sólidos urbanos), Galán (2008). Una intensa interacción de ambientes caracteriza a las zonas costeras del mundo y el balance de estas interacciones origina ecosistemas como son los estuarios y las lagunas costeras, con características ambientales únicas (clima, geomorfología, hidrología, circulación, procesos de mezcla), regidos a su vez por procesos físicos, químicos y biológicos de una muy alta dinámica. Tanto los mencionados procesos como 8 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. los propios ambientes costeros (lagunas y estuarios) están sujetos a cambios que varían ampliamente en escala geográfica, tiempo y duración, y que al combinarse crean sistemas biológicamente muy productivos, pero vulnerables a las presiones ambientales, tanto naturales como generadas por diversas actividades humanas. Los estuarios en la actualidad poseen una relevancia aún mayor en cuanto al desarrollo socioeconómico de la humanidad. Grandes civilizaciones e importantes ciudades se han fundado y han prosperado a la cercanía de un estuario. Los principales puertos del mundo se encuentran en estuarios. Ello no sólo se debe a sus condiciones de protección sino que a través de los ríos, los estuarios tienen una rápida llegada al interior del continente. Una de las formas más económicas de transporte de mercaderías es por agua, por lo tanto, aprovechar este recurso previo a la exportación de los bienes de un país es sólo una consecuencia lógica de su ubicación. La riqueza y diversidad de recursos presentes en los estuarios y en las lagunas costeras conllevan la correspondiente concentración de actividades y asentamientos humanos a lo largo de los litorales y estuarios en todo el mundo. Se estima que más de la mitad de la población humana (65%), vive en (o cerca de) las costas (Small, 2003), y a pesar de que la densidad varía ampliamente en las diferentes regiones del planeta, hay una tendencia general de la gente a moverse desde regiones continentales hacia las costas (Costanza, 1994). 1.2.1 Contaminantes Constituyen compuestos tóxicos los que causan inhibición o destrucción de la actividad biológica. La mayoría de estos materiales provienen de las descargas domésticas, prácticas agrícolas o de origen natural. Entre estos contaminantes se encuentran disolventes, detergentes, cianuros, metales pesados, ácidos minerales y orgánicos, colorantes, herbicidas, plaguicidas entre otros (Tebbutt, 1990). Entre los contaminantes habituales en los sistemas de agua superficiales pueden mencionarse: - Contaminantes no conservativos: Incluyen a la mayoría de sustancias orgánicas, algunas sustancias inorgánicas y muchos microorganismos, que se degradan por los procesos naturales de autopurificación, de tal forma que sus concentraciones se reducen con el tiempo. La descomposición de estos materiales depende de cada 9 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. contaminante en particular, de la calidad del medio receptor, de la temperatura y de otros factores ambientales. - Contaminantes conservativos: Incluyen sustancias inorgánicas que no son afectadas por los procesos naturales o de tratamientos de aguas, por lo que las concentraciones de estos contaminantes solo se pueden reducir por dilución. Su presencia en un sistema limita su uso. Un grupo que destaca en los sistemas acuáticos en general, principalmente por su efecto nocivo en todos los eslabones de la cadena trófica son los metales pesados, siendo unos de los más peligrosos por sus efectos el cadmio y el plomo. 1.2.2. Ciclo de metales pesados De los 89 elementos de origen natural solamente 10 (oxígeno, silicio, hierro, aluminio, calcio, potasio, sodio, magnesio, titanio, e hidrógeno) representan más del 99% del peso de la corteza de la Tierra. Los otros 79 (incluyendo los gases inertes) se conocen como ―elementos traza‖ (Navrátil, 2002). Para la clasificación moderna son aquellos cuyo contenido en la Tierra es aproximadamente 0,0001% o menos e incluso suele usarse como sinónimo del término metal pesado (Bashkin, 2002). En Geoquímica los elementos traza presentan una concentración en la corteza terrestre menor al 0,1% en peso (Navrátil, 2002). A pesar de su baja abundancia muchos elementos traza poseen implicancias substanciales a nivel químico y biológico en cualquier ecosistema acuático o terrestre natural; algunos son esenciales y requeridos como micro-nutrientes para la vida de las plantas, los animales o el Hombre (Soto-Jiménez, 2011; Bashkin, 2002); también tienen roles importantes en la economía, la ecología, la agricultura, la medicina, la toxicología, entre otros (Navrátil, 2002). El término ―metal pesado‖ ha recibido muchas definiciones a lo largo del tiempo, basadas en diferentes criterios tales como: densidad (ej.: mayor a 4 g/cm3, otros mayor o igual a 5 g/cm3, etc.), número atómico (ej.: los que tienen número mayor a 20), peso atómico (aquellos metales con un peso atómico alto, o con una alta masa atómica y que incluye particularmente a los metales de transición que son tóxicos y no pueden ser procesados por los organismos vivos), e incluso algunas propiedades químicas o la toxicidad. Existe una tendencia a asumir que los llamados ―metales pesados‖ 10 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. (denominándose asi al grupo de metales y metaloides) y sus compuestos están asociados con la contaminación y tienen propiedades potencialmente tóxicas o ecotóxicas (Duffus, 2002). De acuerdo a un reporte técnico de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) la clave para evaluar la toxicidad potencial de los elementos metálicos y sus compuestos es comprender la biodisponibilidad, la cual depende de los parámetros biológicos y de las propiedades fisicoquímicas de tales elementos, de sus iones y sus compuestos (Duffus, 2002). Los metales, componentes naturales de los ambientes (Prego, 2003) se encuentran usualmente a bajas concentraciones y por ende no causan efectos deletéreos serios sobre la salud humana (Zhou et al. 2008) ni sobre la biota en general. Incluso a muy bajas concentraciones o disponibilidad para los organismos vivos puede indicar deficiencia de ciertos elementos traza con consecuencias negativas sobre la estructura y fisiología de los organismos. Los metales pueden ser agrupados de diferentes maneras. Se tomará la clasificación de Kennish (1998) y de Soto-Jiménez (2011), que considerando las siguientes categorías: - Metales de transición (ej. Cu, Co, Fe, Mn, Zn) incluyen aquellos elementos traza esenciales que se necesitan para realizar las funciones metabólicas vitales en lo organismos, siendo requeridos a bajas concentraciones, aunque se convierten en tóxicos a altas concentraciones. - Metaloides (semimetales) (Ag, As, Cd, Pb, Cr, Hg, Se, Sn) que incluyen los elementos traza no esenciales o no requeridos para las actividades metabólicas, es decir no tienen ninguna función biológica conocida, y que son tóxicos incluso a bajas concentraciones. En las células vegetales los elementos micronutrientes (Cu, Fe, Co, Mg, Mo, Ni y Zn) cumplen funciones esenciales para la biosíntesis, formación de ácidos nucleicos, substancias de crecimientos, clorofilas y metabolitos secundarios, carbohidratos y lípidos, como también para la resistencia al estrés (Appenroth, 2010). 11 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 1.2.3. Origen de los metales en el medio acuático Los metales ingresan al ambiente acuático (ríos, estuarios, mares y océanos) a partir de procesos naturales o geogénicos (incluyendo la erosión y desgaste de rocas, lixiviado o lavado lento de suelos/rocas, sedimentación de unidades geológicas dentro de la cuenca, actividades volcánicas, emisiones hidrotermales del mar profundo o incendios forestales) y procesos antropogénicos (derivados de actividades humanas como desarrollo y crecimiento de centros urbanos, actividades agrícolas-ganaderas, hundimiento de residuos, accidentes de navegación, minería, refinerías-actividades petroleras asociadas, fundición de minerales, galvanoplastia y otras operaciones industriales), que llegan por medio del transporte atmosférico, descargas de ríos, escorrentías difusas, o vertidos directos (Salomón, 1984; Franca et al., 2005; Zhou et al., 2008; Du Laing et al., 2009b; Tijani et al, 2009; Viers et al 2009; Bai et al. 2011). Figura 1. El sistema biológico de los elementos para plantas terrestres (glicofitas). Fuente: Market (1994), tomado de Marcovecchio (2013). 12 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Las rocas y los suelos son considerados la principal fuente natural de metales en el ambiente, metales están contenidos en la red cristalina mineral (litogénica) y pueden quedar libres por efecto de la meteorización (proceso sinérgico de desgaste mecánico y erosión química naturales). Cuanto menores sean los fragmentos mayor es la superficie disponible para el ataque químico y cuanto más débiles sean las uniones de los elementos trazas de las rocas es más común que formen minerales (Salomón, 1984). Las actividades humanas son usualmente mayores en aguas estuarinas y costeras como también en las cuencas fluviales, particularmente en aquellas localizadas cerca de asentamientos urbanos y actividades industriales (Kennish, 1998; Prego y CobeloGarcía, 2003; Franca et al., 2005; Reboreda, 2007; Du Laing et al., 2009b; Duarte et al., 2010). Se considera a los ríos como el principal vehículo de transporte del material rodado desde los continentes hacia los océanos, que incluye metales pesados y otros constituyentes químicos. Los ríos transportan estos materiales en forma disuelta y como sólidos (suspendidos y como carga del sedimento del lecho). La distribución relativa de los elementos entre las fases soluto y partículas depende de la partición y movilidad de los componentes químicos (metales) durante el desgaste y el transporte (Ip et al., 2007). Los mecanismos de transporte dependerán de la naturaleza y concentración del mineral, de la presencia de ligandos orgánicos en la fase de disolución, de la naturaleza y la cantidad de partículas minerales presentes (Viers et al., 2009) y de la cantidad de materia orgánicas presentes (Du Laing et al., 2009a). Los metales traza que están asociados con la materia orgánica son liberados durante el proceso de degradación de la misma (Martínez, 2001; Duarte et al., 2010). 1.2.4. Circulación de metales en ecosistemas estuariales Los estuarios son ambientes complejos y dinámicos (Ip et al., 2007), considerados únicos entre los sistemas acuáticos, que presentan cambios graduales en variables ambientales como la salinidad y variables biológicas, acoplados a un alto grado de turbidez lo que conduce a la deposición de fango en las zonas intermareales (Elliot, 2002). A la vez son ambientes seleccionados para el desarrollo y crecimiento de numerosas actividades humanas que generan en consecuencia aumento de la población (Prego, 2003), aumento de la demanda de alimentos, mayor uso de 13 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. fertilizantes, incremento de fábricas e industrias, entre otros, lo que hacen que dichos sistemas se tornen sensibles a la contaminación por metales entre otras sustancias inorgánicas y orgánicas (Botté et al 2007, Marcovecchio et al, 2010). Los principales responsables del ingreso de metales a los estuarios son la deposición atmosférica, los aportes fluviales (ríos, arroyos) y la descarga directa de efluentes, ya sea como metales disueltos o particulados (materia suspendida); y cuyos efectos iniciales se producen en la zona costera. Los metales traza disueltos pueden ser adsorbidos sobre óxidos metálicos (ej. óxidos de hierro o aluminio) o ser captados por los organismos (ingeridos con la dieta) (Borch et al, 2010). Como metales particulados, pueden depositarse a través de condiciones de anoxia en los sedimentos desde donde pueden ser liberados por disolución reductora, quedando entonces disponibles para la precipitación o el reciclaje (Benjamín 1992, Blasco et al. 2000). Numerosos estudios sobre el comportamiento de estos elementos químicos en estuarios muestran que los procesos, físicos, químicos, biológicos e hidrodinámicos que allí tienen lugar cumplen un papel fundamental y variable en relación con el flujo de metales desde la tierra hacia el mar (Martínez, 2001), como se puede apreciar en el diagrama de la Figura 2. Es aún tema de discusión saber con certeza cuán rápido los metales pueden acumularse en los organismos marinos o hasta dónde estás acumulaciones son reversibles. En este punto es importante conocer como se transportan los compuestos químicos sintéticos, se acumulan los elementos tóxicos en los sedimentos del fondo y su forma de ingresar en las cadenas tróficas pudiendo terminar finalmente en el hombre (Benjamín, 1992). Los metales, incluyendo aquellos que aparecen a niveles traza son componentes normales del agua de mar y son requeridos por la biota en cantidades muy pequeñas, sin embargo algunos de ellos reciben un particular interés considerando su fuerte toxicidad aún a concentraciones muy bajas (Hg, Pb, Cd) (Botté et al, 2007; Marcovecchio et al., 2007). 14 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 2. Ciclo de metales entre los diferentes compartimientos de un ambiente estuarino Fuente: Marcovecchio J. (2013). 1.2.5. Interacción metal-sedimento El principal depósito natural o reservorio para los metales en los ecosistemas estuariales lo constituye el sedimento (Salomons, 1984), el cual actúa como un almacén altamente concentrado de metales, con concentraciones de varios órdenes de magnitud superior a los de las aguas adyacentes, tanto intersticiales como suprayacentes (Rubio et al., 2000). La acumulación de metales en los sedimentos se determina por los aportes debido a la descarga de aguas residuales industriales y urbanas o la deposición atmosférica, pero también por la capacidad de los sustratos a unir y liberar metales, que se rige por el pH del sedimento, la capacidad de intercambio catiónico, el contenido de materia orgánica, las condiciones redox y el contenido de cloruros. Estas propiedades determinan el tipo y estabilidad del metal, y su absorción o precipitación, y también están relacionadas con la movilidad, biodisponibilidad y toxicidad potencial del metal (Du Laing et al., 2008c). 15 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Por ello el estudio de metales en los sedimentos estuariales asi como sus características fisicoquímicas (potencial redox, tamaño de grano) constituyen un rasgo significativo ya que los sedimentos son la fuente secundaria (o en ocasiones primaria) de metales para los ambientes acuáticos estuariales (Bufflap, 1995). El origen de los sedimentos que se depositan en un estuario es variable, pueden ser marinos, provenir de los sistemas terrestres adyacentes y llegar a través cursos de agua dulce, o ser sedimentos orgánicos generados in situ. La sedimentación elimina metales de la columna de agua (Bufflap, 1995) evitando de esta manera que sean transferidos a la biota y/o que ingresen a las cadenas tróficas marinas. La concentración y biodisponibilidad de metales encontrados en los sedimentos estuarinos depende de varios factores incluyendo, potencial redox, pH, salinidad, especies disueltas de metales y la composición del sedimento (Duquesne et al., 2006). En algunos estuarios, las concentraciones de metales en las partículas en suspensión no difieren significativamente de aquellas en el sedimento superficial bentónico, y ello sería consistente con la presencia de partículas finas re-suspendibles (Langston et al., 2010). El estudio de las concentraciones de metales asociados a diferentes tipos de sedimento y a diferentes tamaños de grano tiene gran implicancia en la biodisponibilidad de metales para los invertebrados bentónicos, particularmente moluscos que se alimentan de los depósitos de partículas y de partículas en suspensión, quienes a su vez constituyen importantes componentes de la dieta de peces y aves estuarinas (Duquesne et al., 2006; Zhou et al., 2008). Así, cambios en las condiciones ambientales (corrientes de marea, olas, vientos), actividades de los organismos bentónicos o bioturbación, los procesos de mineralización en la interface sedimento-agua (precipitación, adsorción, absorción, solubilización, formación de sulfuros) (Duarte et al., 2010), procesos de oxidación mediada por las raíces de las plantas (Reboreda, 2007) y las actividades humanas tales como el dragado y refulado, pueden causar no solo la resuspensión del sedimento estratificado (óxido-reductor) y la mezcla con el agua de columna oxigenada (Bufflap y Allen, 1995) sino que también juegan un papel fundamental en la remobilización de los metales acumulados (Salomons, 1984), con la consecuente redistribución de dichos 16 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. metales en el ecosistema, la alteración en la fase disuelta y la posterior incorporación biológica (Atkinson et al., 2007). 1.2.6. Eutrofización Un incremento de nutrientes, especialmente de N y P, acelerado por el aporte de fuentes antropogénicas, puede conducir a graves problemas de eutrofización en los ambientes acuáticos (Raboubille et al., 2001; LOICZ, 2001; Ruttenberg, 2005, Lillebø et al., 2005; Camargo y Alonso, 2007; Heisler et al., 2008). La eutrofización es la producción acelerada de materia orgánica, particularmente algas, en un cuerpo de agua (Briker et al., 1999). Como resultado de este crecimiento desmesurado de las algas una gran variedad de impactos en el ecosistema pueden ocurrir, incluyendo el florecimiento de algas tóxicas, el agotamiento del oxígeno disuelto y la pérdida de la vegetación acuática sumergida. Esto produce un efecto negativo en la calidad del agua y en la salud de los ecosistemas. Durante muchos años, la eutrofización ha sido reconocida como un problema en los sistemas de agua dulce; y hace unas pocas décadas que fue creciendo la preocupación de la presencia generalizada de las condiciones de eutrofización en los sistemas estuarinos (Briker et al., 1999). 1.2.7. El Estuarios como ambientes adecuados para realizar estudios de contaminación. Los estuarios son un excelente ejemplo de las complejas interacciones que normalmente se producen en ambientes costeros. Un gran número de factores interactúan simultáneamente, haciendo más difícil la predicción exacta de los procesos que los caracterizan (Perillo, 1995). La flora y la fauna que se desarrollan en un estuario están bien adaptados a esa drástica variabilidad (por ejemplo, cambios en la salinidad, períodos secos / húmedos, dirección de las corrientes de marea, etc.), pero sufren significativamente los cambios artificiales que son inducidos por la siempre creciente actividad humana, en y alrededor de los estuarios, o incluso a cientos o miles de kilómetros tierra adentro. Las estructuras artificiales (por ejemplo, puertos, 17 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. embarcaderos), dragado de canales de navegación (incluida la eliminación de material) o construcción de represas en el río son sólo ejemplos de las condiciones físicas que tienen un gran impacto en la comunidad biológica. También hay que considerar el impacto adicional que produce la entrada de contaminantes y las correspondientes cargas de nutrientes y fertilizantes (Perillo et al., 2009). Tal y como se ha referido previamente, los estuarios son importantes corredores para el intercambio de masa entre las cuencas hidrográficas continentales y el mar. Desafortunadamente, los ecosistemas estuariales ubicados río abajo (en el extremo de la cuenca hidrográfica), con frecuencia sufren un significativo efecto de degradación debido a desarrollos generados aguas arriba, asi como a la contaminación del agua de la cuenca asociada. Por lo tanto, es importante que las causas de tales degradaciones sean diagnosticadas y entendidas cabalmente, para poder tomar medidas adecuadas para proteger y restaurar la salud de los ecosistemas estuariales (Meng y Liu, 2010). Para considerar adecuadamente el tema en cuestión, es conveniente recordar la definición científica de contaminación marina. Esta se define como la introducción por acción del hombre de cualquier sustancia o energía en el medio marino (incluidos los estuarios) que produzca (o pueda producir) efectos nocivos, tales como daños a los recursos vivos y a la vida marina, peligros para la salud humana, obstaculización de las actividades marítimas incluida la pesca y otros usos legítimos del mar, deterioro de la calidad del agua de mar para su utilización y menoscabo de los lugares de esparcimiento (GESAMP, 2011). Así, resulta muy importante tener presente esta definición y aplicarla plenamente, teniendo siempre presente que la sola presencia de una sustancia potencialmente tóxica en un sistema natural no determina la existencia de contaminación, sino que resulta imprescindible la ocurrencia de efectos nocivos (Bellas et al., 2011). Esto no es, sin embargo, una tarea fácil, ya que los desechos industriales, agrícolas y urbanos, dragados, y modificaciones en el sistema de reasignación de usos de suelos entre otros- han producido problemas de contaminación y eutrofización, y han afectado 18 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. a la composición y distribución de especies y el funcionamiento del sistema (Scheffer et al., 2003 ; Atkins et al., 2007). No sólo las actividades humanas directas son responsables de estas acciones previamente mencionadas, ya que -por ejemplo- los cambios climáticos que conllevan aumento de lluvias torrenciales y escorrentías asociadas, pueden estimular la movilización de contaminantes antiguos retenidos en los sedimentos. De la misma manera, eventos extremos de inundaciones de ríos en regiones mineras pueden generar una considerable contribución al ingreso de Hg adsorbido en partículas hacia la zona costera y sistemas (Figura 3). El aumento de la urbanización y de la utilización de las zonas costeras para actividades de recreación está acompañado por actividades tales como la reclamación y recuperación de tierras, dragado de canales de navegación, accesos y áreas de maniobras de zonas portuarias, el bombeo de sedimentos y la construcción de instalaciones complementarias de los puertos comerciales y/o deportivos. Consecuentemente, los efectos ambientales están aumentando continuamente. Estos estudios hacen hincapié en que tanto los ecólogos estuariales como los administradores de recursos necesitan: (i) un buen conocimiento de las características ambientales de los sistemas bajo estudio o sometidos a su jurisdicción; (ii) los datos cuantitativos sobre los conjuntos flori-faunísticos de aquellos sistemas, considerando las escalas espaciales y temporales; (iii) la capacidad de predecir de modo confiable las especies que puedan ocupar cualquier sitio de los estuarios; y, (iv) una comprensión acabada de las consecuencias ecológicas del cambio ambiental (Valesini et al., 2010). A manera de síntesis, la literatura internacional presenta numerosos trabajos en los que se presentan informaciones sobre la presencia, concentraciones y distribución de distintos grupos de contaminantes en ambientes estuariales, y sus componentes abióticos y biológicos. Esto, junto con los análisis previamente comentados, indica que estos ambientes resultan sumamente adecuados como para llevar adelante estudios de contaminación. Simultáneamente, el intenso uso que hace la sociedad humana de los estuarios determina la importancia de esas evaluaciones. Marcovecchio, et, al. (2013). 19 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 3. Diagrama que representa un sistema natural integral. Se indican las influencias naturales (líneas cortadas) y las antropogénicas (líneas llenas). A1 y A2: influencias naturales y/o antropogénicas sobre el sistema físico. B1 y B2: Idem sobre el sistema físico-químico. C: efectos humanos directos sobre el sistema biológico. Fuente: Adaptado de Jonge et al. (2003) y Covelli et al. (2007). 1.3. Investigaciones Precedentes El tema de contaminación ambiental generado por las elevadas concentraciones de metales pesados, ha sido revisado y discutido en varias partes del mundo, incluyendo Venezuela y concretamente el Lago de Maracaibo, tal como se muestra a continuación: Agudelo L. et al. (2005), menciona la fitorremediación como la alternativa para absorber metales pesados de los biosólidos, por medio de esta investigación, los autores pretenden demostrar que la fitorremediación constituye una alternativa eficaz y económica para realizar procesos de descontaminación de metales pesados en biosólidos, los cuales provienen especialmente de los tratamientos de aguas residuales, sin causar deterioro en los sedimentos en los que son aplicados, disminuyendo la contaminación no solo de este, sino también del agua y de los que a partir del medio donde se encuentre, puedan llegar a cualquier organismo vivo. 20 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Aguirre G. et al. (2009), evaluaron la toxicidad no específica en sedimentos portuarios, una aproximación al contenido de contaminantes críticos, analizando la calidad de sedimentos de cuatro puertos chilenos con diferentes actividades de cabotaje, en función del contenido de materia orgánica (MOT), hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), metales traza (Cd, Pb y Cu) y toxicidad no específica. El índice de contaminación urbana e industrial (ICUI) referido al contenido de metales, reveló como más contaminados a Iquique y Talcahuano; en cambio el índice de adición de HAPs a San Vicente (IA HAPs), al igual que la toxicidad. En este sentido los autores exponen la incidencia de múltiples actividades industriales que desarrollan en las adyacencias del área de estudio, que mediante la implementación de puertos comerciales, pesqueros y/o de cabotaje en el interior de las bahías. Araúz D. et al. (2013), realizaron el estudio del ―Nivel de Contaminación y Distribución Espacial de Metales Pesados en sedimentos superficiales de Bahía Damas, Isla Coiba‖ donde determinaron los metales pesados (Cr, Cu, Cd y Pb) en sedimentos superficiales de Bahía Damas en Isla Coiba para establecer los niveles de línea base y de contaminación. Las concentraciones medias de metales pesados en los sedimentos del área de estudio oscilaron: Cr (88,32a 94,63 μg/g), Cd (1,84 -3,53 μg/g), Cu (41,47- 48, 7μg/g) y Pb (1,09 - 3,80 μg/g), siendo la distribución de estos metales gradual y estacional, reflejando un incremento de la concentración hacia la parte de mar afuera en periodo seco e intermedio. Ávila H. et al (2010), en su estudio denominado ―Distribución de metales pesados en sedimentos superficiales del Lago de Maracaibo, Venezuela‖, recolectaron 52 muestras en 13 estaciones ubicadas estratégicamente a lo largo de la cuenca del Lago de Maracaibo, durante 1999 a 2001, obteniendo como resultado la identificación de los metales Cu, Cd, Cr, Pb, V y Ni, cuyas concentraciones de metales en sedimentos superficiales del Lago de Maracaibo, son similares a las reportadas en sistemas acuáticos con alta actividad petrolera. Ávila, H; et al (2014), en su trabajo de ―Determinación de metales pesados en sedimentos superficiales costeros del Sistema Lago de Maracaibo, Venezuela‖ establecieron como objetivo del estudio: Identificar áreas costeras con concentraciones 21 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. críticas de Pb, Cr, Cd, Ni y V en sedimentos superficiales costeros del sistema Lago de Maracaibo, utilizando el Análisis de Componentes Principales (ACP). La tendencia en los metales en la zona costera evaluada es de concentraciones altas hacía la zona de desembocadura de los ríos tributarios de la zona sur del Lago y de manera puntual algunas estaciones en la zona norte, estas últimas relacionadas con actividades industriales. Al comparar las concentraciones de metales obtenidos en este estudio con los valores de riesgo relativo para sedimentos de ambientes marinos y estuarinos (ERL, Environmental Response-Low), reportados por la NOAA. Porcentaje de excedencia en cada punto muestreado (pm=8) al límite permisible por la ER-L (NOAA1995) para Cd> 5; Cr>80; Ni>30; Pb > 35 mg/kg. Solo se muestran los metales que exceden la norma. Cañizares R. (2000), llevo a cabo el estudio de la Biosorción de metales pesados mediante el uso de biomasa microbiana, este consiste en la utilización de microorganismos como biosorbentes de metales pesados, ofrece una alternativa potencial a los métodos ya existentes para la destoxificación y recuperación de metales tóxicos o valiosos presentes en aguas residuales industriales. Castañé P. et al. (2003), desarrollaron el trabajo titulado, ―Influencia de la especiación de los metales pesados en medio acuático como determinante de su toxicidad‖, cuyos resultados muestran que la concentración total del Cd no es un buen predictor de su toxicidad para las algas y que su especiación puede afectar la disponibilidad del mismo para los organismos en medio acuático y, consecuentemente, determinar la magnitud de su toxicidad. Cervantes Y. et al. (2011) en el artículo ―Metales traza en sedimentos de la Bahía de Cayo Moa (Cuba): Evaluación de la contaminación‖ evalúan los niveles de cuatro elementos traza arsénico (As), cobre (Cu), plomo (Pb) y zinc (Zn) en sedimentos superficiales de la bahía de Cayo Moa, en la cual la actividad humana ha incidido desde mediados del pasado siglo, paralelamente al desarrollo de una de las regiones mineras más importante de Cuba. Para evaluar el grado de contaminación de los sedimentos se utilizaron tres métodos fundamentales: la comparación con otros ecosistemas marinos, la determinación del nivel de enriquecimiento metálico mediante el cálculo del Factor de 22 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Contaminación, y la interpretación de los datos obtenidos con base en criterios de calidad. El rango de concentraciones varió entre 7-153 μgg-1 para As, 18-175 μgg-1 para Cu, 5-62 μgg-1 para Pb y de 46-527 μgg-1 para el Zn. La distribución espacial de las concentraciones mostró valores altos en toda la bahía y zonas aledañas, con variaciones según el elemento analizado; los mayores niveles de As se encontraron en las desembocaduras de los ríos Moa y Cayo Guam. Los resultados muestran una elevada concentración de As, Cu, Pb y Zn; los niveles de contaminación revelados en este estudio permiten clasificar algunos puntos analizados como altamente contaminados o con un potencial de riesgo biológico alto. Corona J. (2012), en el documento presentado como ―Contaminación Antropogénica en el Lago de Maracaibo, Venezuela‖, presenta una revisión bibliográfica exhaustiva sobre el impacto ecológico de la contaminación antropogénica en aguas, biota y explotación pesquera del sistema de Maracaibo. Donde establece que esta problemática ambiental, ha generado un desequilibrio ecológico de los componentes bióticos y abióticos del estuario; ofreciendo de esta manera una visión amplia sobre las repercusiones ecológicas en el lago. Díaz Rizo O. et al. (2008), realizaron el ―Análisis ambiental por activación neutrónica de sedimentos de la Bahía de La Habana‖, a través de la activación neutrónica instrumental de sedimentos superficiales de la bahía de La Habana, Cuba. Se reportaron las concentraciones de 23 elementos (metales pesados y trazas), reportándose, por primera vez un grupo importante de elementos tierras raras (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb y Lu). La normalización de los resultados a un metal de referencia demostró la presencia antropogénica de Sb, Ba, As, Cr y Zn producto de la descarga de residuales domésticos e industriales. Farina O. et al. (2013) en su ―Evaluación de la Contaminación por Mercurio en la Biota Acuática, Aguas y Sedimentos de la Cuenca Alta del río Cuyuní, Estado Bolívar, Venezuela‖ evaluaron el alcance de la contaminación por mercurio en la cuenca alta del rio Cuyuni, determinándose la concentración de mercurio en 36 muestras de agua, 25 muestras de sedimentos y 145 muestras de tejido de peces (n=131) e invertebrados acuáticos (cangrejos, camarones y caracoles) (n=14), correspondientes a 56 especies 23 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. identificadas, provenientes de las estaciones ubicadas en las cinco áreas focales en la cuenca alta del Cuyuni. El rango de valores de concentración de mercurio obtenidos en los sedimentos fue de 6.55 a 421.53 ppb, con factores de enriquecimiento (FE) >1 en 16 estaciones, indicando una entrada de mercurio antropogénica. Las concentraciones mínimas y máximas de Hg en agua fueron 2.01 y 20.13 ppb respectivamente, donde el metal asociado a los sólidos suspendidos represento entre el 1.30 y 63.35%. Como regla general, la concentración de mercurio en el tejido del musculo de peces fue mayor que en invertebrados. García N. et al. (2012) en su ―Evaluación Preliminar de Riesgos para la Salud Humana por Metales Pesados en las Bahías de Buenavista y San Juan de los Remedios, Villa Clara, Cuba‖ llevaron a cabo una caracterización de los principales focos contaminantes de la bahía San Juan de los Remedios, fundamentalmente en las industrias que vierten sus residuales directamente al mar sin tratamiento alguno y que contienen gran variedad de sustancias tóxicas orgánicas y químicas. Estos residuales, son vertidos en los ríos que desembocan en esta bahía. Se realizó una evaluación del riesgo que constituye para la salud humana la presencia de metales pesados en los cuerpos de agua poniendo en riesgo la vida de las personas que habitan en la ciudad de Caibarién. Guzmán C. (2011) realizó la ―Evaluación de contaminantes en agua y sedimentos del Río San Pedro en el estado de Aguascalientes‖ con la finalidad de estudiar el nivel de contaminación del río y la probable infiltración de contaminantes al acuífero del Valle de Aguascalientes, para ello tomó muestras de agua y sedimentos de 50 sitios seleccionados a lo largo del río. Evaluó además 17 pozos aledaños al río (a menos de 300 m). Se realizaron dos campañas de muestreo, una en temporada de sequía y otra posterior a las lluvias. Se determinó pH, oxígeno disuelto, DBO5, DQO, P-total, N-total, fenoles, anilinas, detergentes (SAAM), coliformes fecales y metales pesados (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb y Zn). El agua del río San Pedro presentó en algunos sitios contaminación moderada por Al y Fe. De acuerdo con los criterios de la Agencia de Protección al Ambiente de los Estados Unidos, todos los sedimentos presentaron contaminación por As; el 50% de los mismos por Pb y Zn, el 25% con Cu y 24 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. aproximadamente el 13% con Mn y Cr. Tres sedimentos presentaron contaminación moderada por Fe y otros tres por Hg. Hansen M. (2013). Metodología para determinar la liberación de metales del sedimento al agua en lagos y embalses. Aunque el sedimento en cuerpos de agua puede actuar como fuente secundaria de contaminantes disueltos, no se conocen criterios que establezcan esta relación. En este trabajo se propone una metodología para estimar los riesgos de contaminar el agua por liberación de metales acumulados en sedimento. Se evaluó la distribución de cadmio, cobre, cromo, hierro, manganeso, níquel, plata y zinc entre agua y sedimento en ambientes experimentales que varían entre oxidados y reducidos. La metodología desarrollada, que combina evaluación experimental con modelación hidrogeoquímica, permite evaluar diferentes escenarios de contaminación del agua en contacto con el sedimento. El conocimiento de la disolución reductiva de metales es imprescindible para poder mitigar efectos a la salud y para la toma de decisiones sobre tratamientos de agua. Herrera J. et al. (2012) en la ―Evaluación de metales pesados en los sedimentos superficiales del río Pirro. Laboratorio de Manejo del Recurso Hídrico, Escuela de Química, Universidad Nacional, Costa Rica‖ analizaron por espectrofotometría de absorción atómica la concentración de Cd, Ag, Se, Sn, Ni, Cr, Cu, B, Zn, Hg, Ba, Pb, Mn, As y Al en los sedimentos superficiales del sector medio del río Pirro (Heredia, Costa Rica). Las concentraciones de estos elementos fueron muy elevadas para la mayoría de las sustancias analizadas en todos los puntos de muestreo seleccionados. Su distribución no fue homogénea, ni presentó un patrón geográfico marcadamente definido, pudiéndose encontrar altos niveles distribuidos a lo largo del transecto estudiado. Ibárcena L. (2011). Estudio de la Contaminación por Metales Ecotóxicos en Sedimentos en la Bahía de Ite, Provincia de Jorge Basadre Grohmann de Tacna, determinando la incidencia que tendrían los mismos sobre la fauna bentónica de la zona, como consecuencia del vertimiento por más de 35 años de los relaves mineros provenientes de las minas de Toquepala y Cuajone. Los resultados obtenidos de los metales ecotóxicos Cu, Zn, As, Cd, Hg, Pb, Fe, analizados que se encuentran en los sedimentos 25 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. superficiales de la Bahía de Ite, en orden decreciente son: Fe > Cu > Zn > As > Pb > Cd > Hg. Los valores promedios reportados son los siguientes: Cu = 608.063 mg/kg, Zn = 9.923 mg/kg, As = 8.66 mg/kg, Cd = 0.41 mg/kg, Hg < 0.01 mg/kg, Pb = 8.472 mg/kg, Fe = 33078.63 mg/kg. Luque C. (1993). Distribución de metales pesados en sedimentos de las Marismas del Odiel (Huelva, So. España). Analizado la distribución y contenido total de metales pesados (Co, Cu, Fe, Mn, Ni y Pb) en sedimentos de las Marismas del Odiel (SO España). Las concentraciones de estos elementos, obtenidas por espectrofotometría de absorción atómica, fueron muy elevadas para la mayoría de los elementos analizados. Su distribución no es homogénea, ni presenta un patrón geográfico marcadamente definido, pudiéndose encontrar altos niveles repartidos por toda la marisma. Existe cierto gradiente topográfico, con mayores concentraciones en puntos de menor cota. Los puntos de muestreo más aislados de la incidencia mareal y los más expuestos a mar abierto registraron los niveles más bajos. Los metales que superaron los límites máximos permisibles (según Long et al., 1995) en sedimentos fueron: Cd total (1.28 ± 0.77 μg g-1), Ni total (107.51 ± 23.02 μg g-1), Pb total (44.50 ± 18.97 μg g-1) y V total (48.98 ± 6.88 μg g-1); en las almejas (según Nauen 1983): Cd (0.28 ± 0.13 μg g-1), Cr (4.27 ± 2.29 μg g-1), Ni (2.83 ± 2.33 μg g-1), (2.29 ± 1.10 μg g-1) y V (1.85 ± 1.15 μg g1). Machado A. et al. (2010). Influencia de una planta termoeléctrica en la concentración de V y Ni en sedimentos en la ciudad de Maracaibo, Venezuela. Márquez A. et al. (2008). Concentraciones de metales en sedimentos y tejidos musculares de algunos peces de la Laguna de Castillero, Venezuela. Con el propósito de detectar alteraciones en el productivo ecosistema de la Laguna de Castillero (Caicara del Orinoco, municipio Cedeño del estado Bolívar, Venezuela), se presentan resultados de mediciones granulométricas y de las concentraciones de los metales pesados: Fe, Mn, Zn, Pb y Co realizadas en junio 2001 sobre los sedimentos superficiales y del tejido muscular de varias especies autóctonas de peces (Plasgiosium squamossimos, Pigocentrus cariba, Pheudoplastyloma fasciatum, e Hypostomus spp realizadas en junio 2001. Utilizando técnica de espectrofotometría de absorción atómica 26 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. con llama de aire acetileno, se determinó que, las concentraciones de metales más altas están representadas por manganeso, zinc y plomo. Se encuentran valores elevados en la concentración de Pb y Zn, hecho atribuido al estrés que ejercen las actividades antropogénicas circundantes sobre la Laguna de Castillero. Menéndez M. (2004), realizo el estudio sobre la eutrofización y calidad del agua de una zona costera tropical, donde determino que la calidad del agua costera está siendo alterada por el incremento de los desechos propios de las actividades humanas; los nutrientes nitrógeno y fósforo generados por estas fuentes pueden acrecentar el desarrollo del proceso de eutrofización en el ambiente costero. El Estado de Yucatán, México, es una zona tropical sometida a las presiones que representan su desarrollo económico, por el crecimiento de la densidad de la población y el aumento del vertido de desechos. El subsuelo de esta región es un sistema cárstico de carbonato de calcio que favorece la infiltración del agua y de contaminantes al acuífero. Durante el año 2000, las principales fuentes de nutrientes de Yucatán, fueron en orden de importancia, los aportes continentales procedentes de la porcicultura y avicultura, la agricultura, la precipitación atmosférica y los desechos de origen humano -domésticos, públicos, urbanos e industriales-; estos nutrientes ingresan al litoral de Yucatán por la descarga del agua subterránea en la costa, con una proporción N:P =194,9:1. Morán E. (2012). Impactos recientes de los cambios ambientales en los recursos hídricos superficiales de la cuenca del Duero. La disponibilidad de recursos hídricos ha sido históricamente un factor limitante de desarrollo en los países de la cuenca mediterránea. En este trabajo se analizó la evolución y variabilidad recientes (19612005) de los recursos hídricos superficiales el caudal en los ríos en una de las cuencas hidrográficas de mayor entidad de la Península Ibérica, y los factores ambientales responsables de su evolución. Los resultados del trabajo muestran un descenso notable y generalizado en los caudales en la región, acompañado de un cambio en los regímenes fluviales. La evolución del clima, con unas precipitaciones muy variables pero sin tendencias notables a largo plazo, y unas temperaturas en aumento, explica en parte, pero no en su totalidad, el descenso hidrológico. En las cabeceras fluviales se ha detectado un incremento significativo de la cubierta vegetal durante el periodo de estudio, el cual parece estar participando en gran medida en el descenso de caudales. 27 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Por otro lado, la regulación por medio de embalses está incrementando en la cuenca y con ello contribuyendo al cambio hidrológico en la región. Los resultados obtenidos ofrecen la base conceptual para proyectar la disponibilidad futura de los recursos hídricos en los escenarios de mayor escasez como consecuencia del cambio climático venidero. Ramos R. et al. (2012), mediante la investigación, ensayos de toxicidad con sedimentos marinos del occidente de Venezuela, obtuvieron que la actividad de las refinerías es una de las principales fuentes de contaminación marino costera a nivel mundial. En este trabajo se evaluó la toxicidad de sedimentos potencialmente impactados por el Centro Refinador Paraguaná, ubicado en la costa occidental de Venezuela, utilizando bioensayos de toxicidad crónicos. Dicha toxicidad se evaluó con larvas del camarón Litopenaeus vannamei y con poliquetos Scolelepis texana durante 28 días y 10 días, respectivamente. Ambos bioensayos indicaron una alta toxicidad para sedimentos aledaños a la refinería, con respecto a sedimentos de la misma región con menor influencia de la refinería y a sedimentos de una zona control. Los sedimentos aledaños a la refinería tuvieron concentraciones relativamente elevadas de metales pesados como el cromo, níquel y zinc; y presencia de hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs > 1000 ppb). Este estudio está enmarcado dentro del primer trabajo de riesgo ecológico ambiental realizado en Venezuela. Sotero V. et al. (2013). Contenido de metales pesados en agua y sedimento en el bajo Nanay. Se presenta en este estudio la evaluación de la concentración de metales pesados en agua y mercurio en sedimentos del rio Nanay. Según los resultados de análisis de agua el plomo y mercurio se encuentran presentes en concentraciones mayores que lo indicado por las normas nacionales. El plomo tanto en creciente es en promedio de 0,111 ppm y 0,053 ppm respectivamente y el mercurio en vaciante se encuentra en 0,008 ppm. Del mismo modo la presencia de mercurio es alta en los sedimentos que acompañan a este rio con 1,636 ppm en creciente y 3,03 ppm en vaciante. 28 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Universidad del Zulia (2004). importante mencionar que Biodiversidad en el Campo Urdaneta Oeste, es Evaluar la diversidad biológica en el Campo Urdaneta Oeste, a fin de obtener y compilar información de línea base, y divulgar la diversidad biológica, a través de la elaboración de catálogos y películas. Tal información es útil, no solamente a Shell Venezuela, S.A. sino que aunado a ello sirve para establecer proyecciones de los efectos naturales y antropogénicos sobre la biodiversidad en esta área, pero también al público en general, para conocer y apreciar mejor la fauna que los rodean. se explica la composición de esta biodiversidad en Campo Urdaneta Oeste, por qué conservarla y cómo Shell Venezuela, S.A. funcionando en el área, está pendiente del valor de esta biodiversidad para las futuras generaciones y se preocupa porque la población de Campo Urdaneta Oeste, Estado Zulia, Venezuela, y el mundo preserve la biodiversidad reinante. Valdés J. et al. (2014), llevo a cabo la investigación sobre el contenido de Cu, Pb y Zn en sedimentos y organismos bentónicos de la bahía San Jorge (norte de Chile): Acumulación y biotransferencia en sistemas costeros submareales. Dicho trabajo consistió en la medición del contenido de Cu, Pb y Zn para evaluar su enriquecimiento en sedimentos y sus eventuales procesos de biomagnificación en cadenas tróficas bentónicas de siete sectores de la bahía. Obteniendo que el contenido medio de Cu, Zn y Pb fue 103.6, 72.6 y 38.6 mg kg–1, respectivamente, en los sedimentos y 28.3, 32.5 y 21.9 mg kg–1, respectivamente, en los organismos. Al mismo tiempo determino el índice de geoacumulación, indicando algún grado de enriquecimiento de metales en los sectores donde se realizan actividades industriales; Los resultados de este trabajo sugieren una alta variabilidad temporal en el contenido de metales en los sedimentos y organismos bentónicos, lo cual puede ser explicado por la modificación de factores naturales y antrópicos dada por la actividad industrial y los asentamientos humanos cercanos que controlan el ingreso y acumulación de estos metales en la zona costera de la bahía San Jorge. Zamora A. et al. (2010). Las actividades de la industria petrolera y el marco ambiental legal en Venezuela. Una visión crítica de su efectividad. La explotación de petróleo y gas natural tiene efectos ambientales específicos que dependen de la ubicación de los yacimientos y de las técnicas utilizadas para extraer los productos brutos. La prevención 29 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. y control de los impactos ambientales generados por las actividades de la industria petrolera es uno de los principales problemas que enfrenta la sociedad venezolana, por tanto, la existencia de un marco legal que regule dichas actividades a fin de minimizar el daño al ambiente se hace imprescindible. Este trabajo constituye un análisis del marco ambiental legal vigente en Venezuela, en lo relativo a la industria petrolera, indicando las fortalezas y debilidades de la normativa con el fin de ampliar el conocimiento del derecho ambiental venezolano y contribuir con la inclusión de los aspectos ambientales en la toma de decisiones para el desarrollo económico-social en un contexto de manejo sustentable de los recursos energéticos del país y del mundo. 1.4 Aspectos geológicos regional 1.4.1 Marco fisiográfico La cuenca del Lago de Maracaibo (Figura 4), limitada por la Sierra de Perijá al oeste y el flanco occidental de Los Andes y la Serranía de Trujillo al este, ocupa una depresión tectónica de unos 52.000 kilómetros cuadrados de extensión, donde se han acumulado más de 10.000 metros de espesor de sedimentos cuyas edades se extienden desde el Cretácico hasta el Reciente. Un fenómeno fisiográfico interesante es el hundimiento o subsidencia de ciertas zonas costeras del Lago de Maracaibo como son Lagunillas y Tía Juana. Figura 4. Ubicación Geográfica del Lago de Maracaibo, Estado Zulia Venezuela. Fuente: Google Eart (2015). 30 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. La región presenta gran variedad climática debido a la presencia del Lago y la influencia de los sistemas montañosos vecinos. Las lluvias muestran gran variación espacial y temporal; las mayores precipitaciones ocurren al sur-oeste del Lago (> 2800 mm/año), pero disminuye progresivamente hacia el norte, hasta el clima semiárido de Maracaibo, con menos de 600 mm/año, y el clima árido de la Península de Perijá (< 200 mm/año). Sin embargo, en la misma zona norte, en las laderas de la Sierra de Perijá, se registran más de 1500 mm/año, a una distancia en la horizontal de menos de 80 km. La temperatura media varía de 27,5º C en la costa del Lago a 24º C hacia los piedemonte de Perijá y los Andes. El mayor escurrimiento se registra al sur del Lago, en la planicie del Catatumbo, con valores de 1000-1800 mm/año; el más bajo se presenta en las áreas costeras del Golfo de Venezuela, con valores promedios anuales inferiores a los 200 mm. En la planicie aluvial del Lago, el escurrimiento varía entre 600 y 1400 mm/año. La vegetación en la región es muy variada: hacia el norte, en la Península de La Guajira y la planicie de Maracaibo, prevalece el espinal tropical y el matorral tropical semideciduo; la planicie aluvial del lago está ocupada por bosque tropical; hacia el piedemonte, el bosque tropical se encuentra en las partes más bajas; el bosque premontano y montano siempre verde en las partes más altas. 1.4.2. Marco geológico estructural Tectónicamente se relaciona con el levantamiento post-Eoceno de la Sierra de Perijá y de la Cordillera de Los Andes. La gran mesa de agua que ocupa la parte central de la cuenca está enmarcada por llanuras casi sin relieve, parcialmente anegadizas, que se extienden hasta las estribaciones de las serranías circundantes, donde afloran rocas de edad variable entre el Terciario Inferior y el Precámbrico (?). 1.4.3 Aspectos geológicos locales El campo Urdaneta, ubicado en la región noroeste del Lago de Maracaibo, ocupa una extensión de 1.682 kilómetros cuadrados, que representa el 11.73% de la superficie total del Lago, que a su vez en un macro contexto está situada al oeste de Venezuela. 31 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 1.4.4 Marco sedimentológico actual La composición granulométrica o tipos de sedimento varían ampliamente en el sistema del Lago de Maracaibo. Aunque se puede decir que en la zona costera del sistema predominan las arenas en sus diferentes tipos, esta proporción va a estar influencia por varios factores en particular. Si se encuentran en una zona cerca a la desembocadura de un río, se nota un incremento sustancial de las arcillas o en cambio en zonas muy cercanas por ejemplo, la Laguna de Sinamaica, la predominancia es de suelos netamente fangosos con un porcentaje alto de limo (Parra-Pardi, 1979; Rodríguez, 2000). 1.4.5. Marco geológico ambiental por metales pesados El Lago de Maracaibo puede considerarse como un cuerpo de agua con un estado trófico avanzado, debido a que en este sistema son descargados grandes volúmenes de agua residuales urbanas e industriales sin tratamiento previo, que sumadas a las descargas de nutrientes por escorrentía y a los eventuales derrames petroleros, contribuyen a su deterioro ambiental (Rodríguez, 2000). En la cuenca del Lago de Maracaibo, se puede detectar diferentes fuentes de metales, desde las relacionadas con el uso de pesticidas y descargas domésticas e industriales, hasta las actividades de la industria petrolera, la cual involucra además de la producción y transporte de crudo, la industria Petroquímica, el procesamiento de gas y la extracción de carbón en minas a cielo abierto (Rodríguez, 2000). Con relación a las descargas domésticas e industriales, estas se encuentran principalmente en Maracaibo, San Francisco, Mérida, Valera y Cúcuta y a excepción de algunos reportes generados por organismos estatales (ICLAM, MARN) los cuales realizan evaluaciones puntuales de algunas de estas fuentes, en la actualidad no existe un inventario de su ubicación exacta y la caracterización de cada efluente (Rodríguez, 2000). La presencia de metales pesados en agua, sedimentos y biota del Lago de Maracaibo ha sido reportada por diferentes estudios, entre los más recientes están Ávila (2003), 32 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Esclapés y Galindo (2000), ICLAM (2001), Pardi y col. (1979), Rodríguez (2000) cuyos valores se han venido incrementando, particularmente en las especies que integran la cadena trófica del ecosistema, llegándose a determinar en algunos casos concentraciones que superan el límite permisible para consumo humano (ICLAM, 1988). Diversos procesos específicos tales como difusión de sedimentos anóxicos, resuspensión de sedimento y dragado entre otros, comúnmente reintroducen metales concentrados en los sedimentos hacia la columna de agua (Kennish, 2002). Lo anterior es particularmente importante en el Lago de Maracaibo donde existe un alto aporte antropogénico y la influencia del intervalo de mareas, el cual posee un elevado porcentaje de partículas finas que ayudan a la fijación de los metales y su transporte hacia otras zonas. Otro factor a considerar es la formación de zonas anóxicas, las cuales tienden a retener metales y por cambios en las condiciones ambientales, se condiciona a la transferencia de los metales a la columna de agua, actuando el sedimento como fuente de polución; debido a que los metales no permanecen fijos y pueden ser liberados a la columna de agua (Bautista, 1999). Pardi (1986) mencionó ―Es evidente que el hipolimnio cónico es la porción del lago donde ocurre la mayor acumulación de materia orgánica e intensos procesos de reducción‖. Sin embargo, no solo ocurre la retención por las condiciones de anoxia existentes en el cono hipolimnético, sino, también la liberación de nutrientes y metales, los cuales son incorporados eventualmente al epilimnio, debido a la disminución del hipolimnio salino. 33 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. CAPÍTULO II. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 2.1. Introducción Para la evaluación de la contaminación por metales pesados en sedimentos superficiales del campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Venezuela, se estableció una metodología de trabajo (figura 5) que permitiera reunir la información necesaria sobre el área, los métodos y análisis a través de los cuales se han venido rigiendo las diversas instituciones geológicas ambientales a nivel mundial/nacional. Figura 5. Metodología de trabajo empleada para el desarrollo de este estudio. Fuente: Elaboración propia (2015). En este trabajo se definió las características geológicas ambientales del área en estudio, se identificó la variedad y concentraciones de elementos metálicos pesados existentes en los sedimentos del campo Urdaneta; y, a su vez, se evaluó los niveles de toxicidad, a través del factor de concentración que producen esos elementos. 34 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 2.2. Metodología utilizada para la realización del trabajo de investigación El plan de trabajo descrito anteriormente en la figura 5, fue planteado para cubrir a través de trabajo de campo, laboratorio y oficina, la evaluación de la concentración y variabilidad de metales pesados, que originan contaminación ambiental, estas etapas, se describen, a continuación (tabla 1): Tabla 1. Métodos analíticos empleados en la evaluación de los parámetros físicos y químicos en los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta Parametros Unidades Método Ambientales Adimensional Observación Textura %Arena %Arcilla %Limo Tamizado mg.kg‫־‬¹ Espectrofotometria de Adsorción Atómica Metales Descripción Revisión bibliográfica de la geología ambiental local y revisión histórica de la variación de relieve/aporte de sedimentos, a través de Google Eart. Descripción de la fraccion gruesa a tráves de Lupa, con objetivo 10X y con fotografia acoplada. Digestión con ácido nítrico y medición espectrofotométrica por absorción atómica acoplado a un equipo de generación de hidruros para el análisis de mercurio. Fuente: Elaboración propia (2015). 2.2.1. Recopilación y análisis de la información existente sobre el tema en estudio Esta etapa consistió en adquirir, recopilar y organizar las referencias bibliográficas relacionadas con estudios sobre contaminación por metales pesados de autores consultados y material utilizado, todo esto con la finalidad de complementar la información necesaria para dar cumplimiento al trabajo de investigación. 2.2.2. Levantamiento de información geológica y ambiental del área de estudio Para poder entender adecuadamente un problema de contaminación no basta con realizar una campaña de toma de muestras para su estudio geoquímico, además debe contarse con información sobre el clima, el marco geológico, y por supuesto, sobre la actividad industrial que se realiza en la zona bajo estudio. Por ello se utilizó la metodología descrita por Perillo (1995) y Perillo y Piccolo (2012), en cuanto a los factores que controlan las características de los estuarios. Esta fase comprendió la revisión bibliográfica sobre estudios previos realizados por instituciones tales como el 35 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Instituto para la Conservación y Calidad del Lago de Maracaibo (ICLAM), Universidad del Zulia (LUZ), Ministerio del poder popular para el Ambiente (MPPA), así como toda la información que describe la geología del área. Al mismo tiempo se utilizó la aplicación computarizada Google Eart, versión 2015, con la finalidad de evaluar a través de las bondades que brinda esta herramienta acerca de la posición geográfica y la visualización del comportamiento topográfico y cantidad del aporte sedimentario de los ríos que tributan a la zona objeto de estudio. 2.2.3. Monitoreo de las muestras de sedimentos: Técnicas de monitoreo utilizadas Para este estudio se recolectaron ocho (8) muestras de sedimentos superficiales, obtenidas durante octubre y noviembre de 2014, mediante buceo autónomo en la zona de estudio ubicada entre las coordenadas UTM, N1134835-E194685 y N1109935177325 (tabla 2, figura 6). En este sentido es importante acotar que para llevar a cabo este estudio de contaminación estuarial, el diseño muestreal aplicado fue representativo ya que cubrió longitudinalmente gran parte del área de estudio, incluyendo la desembocadura del río El Palmar, el cual forma parte del sistema hídrico del Lago de Maracaibo. Tabla 2. Ubicación de los puntos muestreados Nº Muestra CU-1 CU-2 CU-3 CU-4 CU-5 CU-6 CU-7 CU-8 Coordenadas UTM N E 1134835 194685 1133225 193815 1131687 192659 1131221 192539 1129269 192038 1128803 190682 1124546 187897 1109935 177325 Prof, (Pies) 20 20 25 25 22 25 28 22 Fuente: Elaboración propia (2015) El muestreo se llevó a cabo mediante la utilización de un tubo PVC (polietileno) de 15 cm de largo x 10 cm de ancho, colocando en ambos extremos tapones herméticos para evitar la pérdida del material, debido a su traslado desde una profundidad promedio del reservorio hídrico de 24 pies (tabla 2), hasta la superficie, debido a que fue removido 36 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. manualmente, elementos contaminantes y restos orgánicos. Posteriormente fueron selladas, rotuladas y guardadas en frío (4ºC) hasta su traslado al laboratorio, donde fueron secadas a 100ºC. Figura 6. Ubicación de los puntos muestreados en la zona de estudio. Fuente: Google Eart (2015). 2.2.4. Análisis y determinaciones químicas realizadas: método analítico e instrumentos de medición Para llevar a cabo dicha fase se estableció la evaluación de dieciséis (16) metales pesados en el sedimento superficial del campo Urdaneta del lago de Maracaibo, seis (6) de los cuales ya se tiene precedente en la cuenca: Cobre, Cadmio, Cromo, Plomo, Vanadio y Níquel, a través de un estudio llevado a cabo por Ávila H. et al (2010), al mismo tiempo se evaluó la presencia de otros elementos como Mo, Se, Zn, As, Co, Mg, Be, Hg, Sb, Ti, sugeridos en la literatura de Galán E. y Romero A. (2008). 37 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Para la determinación de las concentraciones y de los elementos presentes, en función de los ya establecidos para este estudio, estos estudios fueron desarrollados por medio de espectrómetro de masas inducida por plasma, ICP-MS (figura 7), en la Facultad de Ciencia, Escuela de Química de la Universidad del Zulia y se utilizó el Método EPA 3050 B para el tratamiento /digestión de la muestra. Figura 7. Espectrómetro de masas inducida por plasma. Fuente: Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015). Es importante señalar que la determinación de metales mediante la técnica de espectrometría de masas por plasma acoplado inductivamente (ICP) reúnen una serie de factores, como la simultaneidad de la determinación analítica, el amplio rango lineal, los bajos límites de detección con frecuencia requeridos en el análisis de muestras medioambientales. Este método tiene alta confiabilidad al contar con la elaboración de las curvas de calibración; así como blancos pasados por las columnas antes de analizar las muestras, por estas razones, no fue necesario realizar réplicas de análisis químicos a las mismas. El procedimiento empleado en el ICP consistió en lo siguiente: 1. Mezclar y homogenizar la muestra. 2. Pasarla a través de un tamiz # 10. 38 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 3. Pesar entre 1 o 2 gramos de muestra en un beakers de teflón de 250 mL. 4. Agregar 10 mL de ácido nítrico (HNO3) 1:1; (es decir 5 mL de ácido concentrado + 5 mL de agua destilada). 5. Colocarlo en una planta de calentamiento a 95 ºC. Nota 1: Se le colocó un reloj de vidrio para tapar el beakers, se calienta por 10 o 15 min sin hervir, para luego dejar enfriar a temperatura ambiente y agregarle 10 mL de ácido nítrico concentrado y caliente por 2 horas, sin dejar secar el beakers; para eso se le debe de estar agregando ácido nítrico en volúmenes no mayores de 5 mL. Nota 2: Si se genera vapores marrones es señal que la muestra está siendo oxidada por lo que se debe repetir el paso de la adición de 10 mL de ácido nítrico; hasta que no se desprendan vapores marrones lo que indica que la reacción de la muestra con el ácido nítrico es total. 6. Después de las 2 horas, sin dejar que el beakers llegue a sequedad sino que quede alrededor de 5 mL; bajar en beakers de la plancha para dejar enfriar por especio de 30 min. 7. Filtrar la solución a través de un embudo en un balón de 100 mL. 8. Agite el balón para homogenizar la solución y afore con agua destilada. 9. Luego se procede a medir por Absorción Atómica. 2.2.5. Análisis y determinaciones físicas realizadas: Método analítico e Instrumentos de medición Se realizó la determinación de la textura del sedimento o granulometría, con el fin de obtener a distribución por tamaño de los sedimentos superficiales del área de estudio. Para ello fue necesario secar las muestras en un horno a 100ºC por 24 h. Luego se tomaron 100 g de muestra y se pasaron a través de una serie de tamices (tabla 4) con diferentes tamaños de abertura de poro de malla (4,76; 2; 0,84; 0,42; 0,25; 0,105 y 0,074 mm), seleccionados de esta manera, debido al tipo de material obtenido del muestreo, seguidamente se pesó la fracción retenida en cada tamiz. Los resultados 39 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. finales se expresaron en porcentaje (%) de arena y limo-arcilla por cada estación y muestreo. Tabla 3. Numeración y abertura de tamices utilizados . Fuente: Espinace R. (1979). En este mismo sentido, para el reconocimiento de las propiedades físicas de los sedimentos se realizó la descripción mineralógica de la fracción gruesa y generalizada de las ocho (8) muestras de sedimentos superficiales del área de estudio, a través del Estereomicroscopio Zeiss, Discovery V12, con motor de enfoque y luz incidente, variable LED (figura 8), se utilizaron herramientas como aguja de disección, bandeja de reacción, bandeja metálica. Figura 8. Estereomicroscopio Zeiss, Discovery V12. Fuente: Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA (2015). 40 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 2.2.6. Cartografía geológica: mapas de distribución de los elementos pesados Una vez obtenidos los resultados de la concentración de los metales pesados a través de la Espectrofotometría de absorción atómica, se elaboraron los mapas de distribución a lo largo del área de estudio para cada elemento cuya concentración fue >0,1; esto debido a la detección de ese elemento por medio del método analítico antes mencionado, permitiendo de esta manera visualizar el comportamiento distributivo en la zona estudiada. Esta operación se llevó a cabo a través de Surfer versión 12, este es un software completo para la visualización en 3D, la creación de isolíneas, y el modelado de superficies que se ejecuta bajo Microsoft Windows. Asimismo, se utilizó Didger 4, para la digitalización de la línea de costa y el cauce principal del río El Palmar. 2.2.7. Evaluar los niveles de concentración de metales El objetivo de este trabajo ha sido conocer el contenido total y la distribución de metales pesados en los sedimentos superficiales del campo Urdaneta. Aunque no siempre el contenido en metales pesados en los sedimentos refleja la cantidad disponible en la biota, es muy interesante conocer el potencial contaminante que existe en los sedimentos de esta zona estuarial. De esta forma se puede conocer el máximo grado de toxicidad por metales pesados a la que podrían estar sometidos los seres vivos, suponiendo condiciones ambientales en las que la biodisponibilidad sea máxima. Es por ello que los resultados obtenidos del análisis químico de los sedimentos a través de ICP se compararon con los límites máximos permisibles según la guía de calidad sugerida por Long et al., (1995) para sedimentos (tabla 4), específicamente mediante concentración más baja de un metal que produjo efectos adversos y los que designan el nivel en el cual la mitad de los estudios refirió efectos dañinos (ERL y EML respectivamente) son las concentraciones de químicos específicos que se derivan de los ensayos de toxicidad biológica compilados y muestreo sinóptica de sedimentos. Estos valores numéricos son directrices de calidad de sedimentos que fueron desarrollados por Long (1990) de la Administración Oceánica y Atmosférica Nacional Nacional Estados (NOAA). 41 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Estos investigadores estudiaron e identificaron los efectos que ocasionan en los organismos y en el ecosistema la acumulación de nueve metales pesados (As, Cr, Cd, Pb, Cu, Ni, Zn, Hg, Ag). Estos criterios han sido ampliamente aceptados y se refieren en estudios realizados por la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU (USEPA), así como en los realizados por Accornero et al. (2008). Tabla 4. Límites Máximos Permisibles según la guía de calidad para metales (ppm). Fuente: Long et al., (1995). En la tabla 4 aparecen los límites de evaluación ecotoxicológica propuestos para sedimentos estuarinos por Long et al. (1995). Estos límites tienen dos valores de referencia para la concentración de metales contaminantes en sedimentos: la concentración más baja de un metal en sedimentos a partir de la cual se pueden producir efectos adversos en seres vivos (ERL) y el nivel máximo tolerable (ERM); valores superiores a este último son considerados muy tóxicos. Según Long et al. (1995) cuando: a. La concentración del metal sea menor que el ERL establecido para este, los niveles de contaminación no son significativos. b. La concentración del metal sea mayor que ERL y menor que ERM, significa ambiente contaminado. c. La concentración del metal sea mayor que ERM, el ambiente es tóxico. 42 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. CAPÍTULO III. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN En esta sección se presentan los resultados del estudio de la contaminación por metales pesados en sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela, obtenidos de una serie de actividades, desde la búsqueda de información, trabajo de campo, laboratorio y oficina, que conllevaron a la discusión y entrega de los siguientes resultados, que darán a conocer si existe o no algún grado de contaminación: 3.1. Características geológicas ambientales del área de estudio Estas características se basaron en el modelo que describe los factores que controlan las características de los estuarios, presentado por Perillo (1995) y Perillo y Piccolo (2012), que involucra factores: geológicos (localización, tectónica, isostasia, etc.), físicos (olas, mareas, atmósfera, etc.) biológicos y el factor humano. De este modo, para el presente estudio fueron utilizados como patrón los factores geológicos y el humano, los cuales son importantes en la definición de los procesos que actúan sobre este estuario. 3.1.1. Factores Geológicos Según la propuesta de esta metodología exponen como factores geológicos a los procesos físicos que se encuentran controlados por el agua o el viento y que dependen de las condiciones de contorno en el que estos factores están actuando. Por lo tanto, las características básicas en cualquier estuario son el resultado de la historia geológica de la zona, tanto a nivel regional como local. Aunado a ello se encuentran los factores que determinan las características fisiográficas de los estuarios, tales como el relieve costero y el tipo de rocas existentes en la costa y zonas donde los ríos desembocan en el estuario. En cuanto a esta declaración los diferentes eventos tectónicos ocurridos en la cuenca del Lago de Maracaibo propiamente, le otorgan un carácter deprimido de la cuenca y su cercado por los cordilleras andinas, definido por tres alineamientos orogénicos mayores: 43 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. la Sierra de Perijá al oeste, los Andes de Mérida al sureste y la Serranía de Trujillo al este, completando con el sistema de la falla de Oca en el norte (figura 9). Estos elementos tectónicos mayores fueron calificados por González de Juana et al. (1980) como ―Cinturones Móviles‖. Figura 9. Mapa geológico de la Cuenca del Lago de Maracaibo. Fuente: U. S. Geological Survey (2006). Otro factor geológico de relevancia en los últimos años también se ha puesto el énfasis en el papel hidrológico de un proceso que se observa de forma generalizada en las zonas de montaña de los países desarrollados. (Crockford & Richardson, 2000, Llorens & Domingo, 2007). 44 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. En este sentido el aporte hídrico que recibe el Lago de Maracaibo, a este drenan los siguientes ríos: Limón (drena a la bahía El Tablazo), Apón, Palmar, Santa Ana, Catatumbo, Escalante, Chama, Motatán, Misoa, Machango, Pueblo Viejo, entre otros (Figura 10) que a su vez drenan las aguas del ramal norte de la cordillera de Mérida en su zona occidental y la zona oriental de la Cordillera de Perijá, el colector principal es el Lago propiamente, cuya extensión es de unos ~12958,42 km 2 y está conformado por el Golfo de Venezuela, la Bahía el Tablazo, el Estrecho de Maracaibo, el Lago en sí y los ríos tributarios (Parra, 1979; Herman de Bautista, 1997). Figura 10. Ríos que drenan a la Cuenca del Lago de Maracaibo, Venezuela. 1: Guasare, 2: Sinamaica-La Boquita, 3: Palmar, 4: Apón, 5: Santa Ana, 6: Catatumbo, 7: Zulia, 8: Táchira, 9: Escalante, 10: Chama, 11: San Pedro, 12: Torondoy, 13 Motatán, 14: Misoa, 15: Machango, 16: Pueblo Viejo. Fuente: Rivas Z. et al (2009). 45 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. En este mismo sentido, Rivas Z. et al (2005) realizaron un estudio sobre la contribución de principales ríos tributarios a la contaminación y eutrofización del Lago de Maracaibo. El objetivo de este estudio fue determinar los niveles de elementos eutroficantes en los principales ríos tributarios de la zona sur del Lago de Maracaibo. Los muestreos se realizaron en los ríos Santa Ana, Catatumbo, Birimbay, Bravo, Escalante, Chama y Motatán, los cuales contribuyen con el 70% de agua dulce que entra al Lago. Los resultados obtenidos indican un incremento del aporte en la carga másica de 1,06 veces para el NT y una disminución de 3,26 veces para el PT en relación a valores reportados anteriormente. Los aumentos en las concentraciones de algunos elementos como el NT y PT en los ríos, en comparación con estudios anteriores reflejan el incremento de las actividades antrópicas asociadas a la deforestación, utilización de agroquímicos, y otros, en las distintas subcuencas. 3.1.2. Factores Humanos Los estuarios son el ambiente costero por excelencia donde se producen los mayores impactos antrópicos. Ello se debe justamente a su ubicación privilegiada para el desarrollo de ciudades y puertos, los que normalmente tienen asociados polos industriales. La sumatoria de las descargas cloacales como industriales suelen ser enviadas a los estuarios. Respecto a esta temática (Gardner, 1998; Ledo, 2003), expuso en el Lago de Maracaibo este factor unas 500 compañías, incluyendo refinerías químicas, tenerías, mataderos, minas de carbón y actualmente sirve también como destino final de una gran cantidad de aguas servidas. Por escorrentía llegan a través de los ríos tributarios, entre ellos el rio Catatumbo, pesticidas disueltos en el agua producto de las actividades agrícolas, así como también petróleo o sus productos derivados como consecuencia de la explotación y traslado de este en la cuenca de este importante sistema acuático. Sin embargo, la mayor contaminación proviene de las aguas residuales de alrededor de 5 millones de personas que viven a lo largo de sus costas Sumado al factor humano sobre la afectación del Lago de Maracaibo, Corona (2012), en el documento presentado como Contaminación antropogénica en el Lago de 46 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Maracaibo, Venezuela, llevo a cabo una revisión bibliográfica exhaustiva sobre el impacto ecológico de la contaminación antropogénica en aguas, biota y explotación pesquera del sistema de Maracaibo. Donde establece que esta problemática ambiental, ha generado un desequilibrio ecológico de los componentes bióticos y abióticos del estuario; ofreciendo de esta manera una visión amplia sobre las repercusiones ecológicas en el lago. A través de este aporte bibliográfico Corona, así como el resto de los autores que dan soporte a dicha investigación mantienen en común sobre la trayectoria histórica del Sistema del Lago de Maracaibo, el cual siguiere los orígenes de contaminación al periodo de inicio de la explotación petrolera, a la cual se han ido sumando otros tipos de actividades que han generado el desarrollo de la contaminación como lo es la industria avícola, agrícola, porcina, camaronera, pecuaria, minera y urbanística. Conllevando de esta manera a la destrucción del hábitat de los ecosistemas que coexisten en dicho lago, evidenciado en la alteración de la calidad fisicoquímica del agua y del sedimento. Finalmente considerando las características geológicas ambientales del área de estudio, bajo el factor geológico y humano, que como ya bien es sabido, condicionan los aspectos ambientales del mismo, alguno de ellos puede ser visualizado en la figura 11, donde se puede apreciar, lo siguiente: 1. Desembocadura del río El Palmar a una distancia de 2,17 Km del punto de muestreo (P7). Respecto a este factor de aporte sedimentológico se evaluó el histórico de los años 2001, 2004 y 2015. Observando el aumento de dicho aporte para el presente. 2. Actividad industrial, grandes camaroneras, estos se encuentran a una distancia promedio de referenciados a la costa del NW del Lago de Maracaibo. 3. Otro punto importante es la cercanía a las diferentes estaciones de flujo y gabarras petroleras, distribuidas en el área de estudio. 4. Bajo este instrumento también se logró observar la disminución de la zona de manglares ubicada al borde de la cuenca, en la costa NW del Lago de Maracaibo. 5. En cuanto a la zona urbanizada al margen de costa que cubrió el estudio de P1 a P8, son pequeños sectores no planificados y distantes que se lograron apreciar para la actualidad. 47 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Al mismo tiempo cabe destacar, tal como se mencionó anteriormente, existen más de 500 compañías, incluyendo refinerías químicas, tenerías, mataderos, minas de carbón que llevan a cabo sus actividades a lo largo del Lago de Maracaibo, dentro y fuera del (su costa), sirviendo este último como destino final de una gran cantidad de los residuales de estas actividades antropogénicas, sumando con ello daño a este ecosistema y a la salud pública . Figura 11. Imagen satelital del área de estudio que refleja factores antropogénicos y litogénica Fuente: Google Eart (2015). Sin embargo, para analizar correctamente las posibles fuentes de contaminación de tomar en cuenta otro factor: una vez que comienzan los procesos erosivos de cuerpos litológicos, los metales son lixiviados y transportados, dando lugar a lo que se podría llamar un proceso de ‗contaminación natural‘ de los ríos, mientras más prolongado el proceso, más grande serán los efectos. 48 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Tal como lo expresa Guillen (1982); Mogollón y Bifano (1985) y Zhang (1992): Los ríos constituyen una de las principales vías de transporte de metales a las zonas costeras, debido a la gran afinidad que tienen estos elementos para ser transportados en el material suspendido. Así, las costas con influencia de ríos constituyen uno de los ecosistemas más sensibles a ser afectados, ya que los metales, al entrar en contacto con la zona marina, sufren procesos que, junto con algunos factores ambientales, permiten su acumulación en los sedimentos. 3.1.3. Descripción de los Sedimentos superficiales del área de estudio. En este contexto, la descripción litológica del muestreo de sedimentos superficiales realizados en el Laboratorio Geológico La Concepción, perteneciente a Petróleos de Venezuela (PDVSA), con el apoyo de analistas en Sedimentología, arrojo lo siguiente: Inicialmente con base a los resultados obtenidos del tamizado de las muestras se procedió a clasificar los sedimentos en función de su tamaño de grano utilizando el Sistema Unificado de suelos (USCS), mostrando que los mismos corresponden en su mayoría (93%) a arenas que van de grano grueso a fino y la fracción fina correspondiente a limos y arcillas(7%). Dichos resultados se expresan en la siguiente tabla y en la gráfica de la figura 12. Tabla 5. Resultados del tamizado Coordenadas UTM N E 1134835 194685 1133225 193815 1131687 192659 1131221 192539 1129269 192038 1128803 190682 1124546 187897 1109935 177325 CONTENIDO LITOLOGICO %ARENA %LIMO Y ARCILLA 82 18 99 1 97 3 87 13 98 2 96 4 94 6 94 6 Fuente: Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA (2015) Es importante señalar que en laboratorio fue descrita a detalle la fracción gruesa y fina de estos sedimentos, se presenta a continuación la descripción del punto de muestreo 1, el resto de las muestras de sedimentos se encuentran descritas en anexo 3 al 9. 49 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 12. Gráfica de la distribución granulométrica de los sedimentos superficiales de la zona de estudio. Fuente: Elaborado a partir de los datos proporcionado por el Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA (2015). La muestra analizada está conformado en orden de abundancia por una secuencia de granos sueltos de cuarzo seguido Limos y arcillas así de fragmentos líticos de rocas sedimentarias y en menor proporción como accesorios se presentan fragmentos de concha partidas. Dichos sedimentos presentan las siguientes características: - Granos sueltos de cuarzo: frecuentemente fracturados de una variedad de colores semicristalino, amarillento, ahumado, blanquecino de grano fino a grueso de granos sub angulares a subredondeados de moderado a mal escogidos. - Fragmentos líticos: fragmentos líticos de rocas sedimentarias chert color negro fractura concoidal brillo sedoso muy dura. Fragmentos de lutitas color negro laminar fractura en bloque de aspecto limoso así como fragmentos de concha de bivalvos de color blanco a amarillento fragmentadas. (Ver fotografía de la figura 13). 50 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 13. Fotografía de la Muestra 1: granos de cuarzo flechas Verdes. Fragmentos líticos flechas amarillas. Fuente: Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA (2015). 3.3. Identificación de la variedad y concentraciones de elementos metálicos pesados existentes en los sedimentos del área de estudio y el factor de concentración. 3.3.1. Variedad de metales pesados y sus concentraciones. Los resultados obtenido de la evaluación de los 16 metales pesados en el sedimento superficial del Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, exponen la presencia ocho (8) de ellos en la zona de estudio (tabla 6), Plomo (Pb), Vanadio (V), Selenio (Se), Zinc (Zn), Arsénico (As), Magnesio (Mg), Berilio (Be) y Mercurio (Hg). Es importante señalar que existen metales esenciales para mantener el equilibrio químico - biológico en este estuario, sin embargo otros son considerados no esenciales y hasta tóxicos para el medio y el hombre. Marcovecchio J. (2013) expresa que los metales como el Cu, Co, Fe, Mn y Zn incluyen aquellos elementos trazas esenciales que se necesitan para realizar las funciones metabólicas vitales en los organismos, siendo requeridos a bajas concentraciones, 51 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. aunque se convierten en tóxicos a altas concentraciones. Por otro lado la (Ag, As, Cd, Pb, Cr, Hg, Se, Sn) incluyen los elementos traza no esenciales o no requeridos para las actividades metabólicas, es decir no tienen ninguna función biológica conocida, y que son tóxicos incluso a bajas concentraciones. Y otros como él (Cu, Fe, Co, Mg, Mo, Ni y Zn) cumplen funciones esenciales para la biosíntesis, substancias de crecimientos, clorofilas y metabolitos secundarios, (Appenroth, 2010). Tabla 6. Metales presentes en la zona de estudio MP (mg.Kg¯¹) Plomo (Pb) Vanadio (V) Selenio (Se) Cinc (Zn) Arsenico (As) Magnesio (Mg) Berilio (Be) Mercurio (Hg) \ Nº Muestra CU-1 3.5 10.17 3.21 < 0.1 4.22 133.29 0.36 3.96 CU-2 4.08 18.61 2.15 2.02 11.19 45.86 0.58 3.53 CU-3 4.06 25.16 2.28 1.1 13.7 64.14 0.54 3.68 CU-4 5.5 18.02 3.23 2.9 8.95 249.5 0.54 4.28 CU-5 2.76 8.72 2.92 < 0.1 5.44 64.01 0.33 5.48 CU-6 4.9 21.78 2.43 0.47 15.9 83.54 0.51 6.39 CU-7 4.17 23.35 2.09 0.83 15.55 72.45 0.51 3.58 CU-8 4.69 20.54 2.7 1.44 17.58 125.5 0.46 4.69 . Fuente: Elaborado a partir de los datos proporcionados por la Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015). Por otro lado metales como el arsénico (As), el zinc (Zn), el cobre (Cu) y el plomo (Pb) son elementos recurrentes en los problemas derivados de la contaminación ambiental en zonas cercanas a asentamientos humanos (Papakostidis et al. 1975; Grimanis et al. 1977: Amat et al. 2002; González et al. 2009; Galán et al. 2009), de ahí que la cuantificación de estos metales en los sedimentos de dichas zonas permite establecer los niveles de concentración característicos de ese ambiente y revelar situaciones anómalas. Apoyado en el anteriormente referido se puede evidenciar que existe una variabilidad entre metales esenciales y otros no, pero el nivel de contaminación y/o toxicidad dependerá de las concentraciones que arrojaron dichos elementos, que estarán en función de la procedencia del sedimento y la intervención antropogénica. Por otro lado respecto al resto de los elementos evaluados no fue detectada su presencia debido a que los valores de los mismos fue <0,1, por lo cual no fue detectado por el equipo ICP-MS. 52 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Para la determinación de las concentraciones y de los elementos presentes, el criterio usado fue la comparación de los valores en los sedimentos estudiados con los valores presentados por Long et al. (1995), NOOA (tabla 7). Tabla 7. Comparación de la concentración de los Metales obtenidos vs ER-L y EM-L NOOA (1995). MP (mg,Kg¯¹) \ Nº Muestra CU-1 CU-2 CU-3 CU-4 CU-5 CU-6 CU-7 CU-8 ER-L, NOOA EM-L, NOOA Plomo (Pb) 3,50 4,08 4,06 5,50 2,76 4,90 4,17 4,69 46,50 218,00 Vanadio (V) 10,17 18,61 25,16 18,02 8,72 21,78 23,35 20,54 — — Selenio (Se) 3,21 2,15 2,28 3,23 2,92 2,43 2,09 2,70 — — Cinc (Zn) < 0,1 2,02 1,10 2,90 < 0,1 0,47 0,83 1,44 150 410 Arsenico (As) 4,22 11,19 13,70 8,95 5,44 15,90 15,55 17,58 8,2 70 Magnesio (Mg) 133,29 45,86 64,14 249,50 64,01 83,54 72,45 125,50 — — Berilio (Be) 0,36 0,58 0,54 0,54 0,33 0,51 0,51 0,46 — — Mercurio (Hg) 3,96 3,53 3,68 4,28 5,48 6,39 3,58 4,69 0,15 0,71 Fuente: elaborado a partir de los datos proporcionado por la Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015). Esta evaluación establece valores de referencia denominados efecto de rango bajo (ERL) y efecto de rango medio (ERM), de los cuales se derivan tres categorías de efectos biológicos adversos: raramente observados (concentración < ERL), ocasionalmente observados (concentración entre ERL y ERM) y frecuentemente observados (concentración > ERM). Se observó valores por debajo del ERL en la concentración de Pb y Zn, mientras que el As, presento valores por encima del ER-L, pero por debajo del EM-L, lo que implica bajo este metal, este estuario se encuentra contaminado. Por su parte el Hg, sobrepasa ambos niveles, ubicándose dentro de los criterios de Long et al. (1995), como un ambiente toxico. Arsénico: Para este elemento se encontró en los puntos uno (1) y cinco (5), valores por debajo de concentración más baja de un metal que produjo efectos adversos (ER-L). Mientras que para el resto de las muestras resulto contaminado (tabla 6 y figura 14). Al mismo tiempo es importante señalar que el mayor valor de concentración de arsénico está ubicado en los siguientes puntos de muestreo: CU-8>CU-6>CU-7>CU-3>CU2>CU-4>CU-5>CU-1. 53 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 14. Gráfico que muestra la comparación del resultado de As (Evaluado por EAA) vs Valores de Riesgo Relativo (ER-L, NOOA). Fuente: Elaboración Propia (2015). Al arsénico se le encuentra natural como mineral de cobalto, aunque por lo general está en la superficie de las rocas combinado con azufre o metales como Mn, Fe, Co, Ni, Ag o Sn. El Arsénico es uno de los más tóxicos elementos que pueden ser encontrados. Debido a sus efectos tóxicos, los enlaces de Arsénico inorgánico ocurren en la tierra naturalmente en pequeñas cantidades. Los humanos pueden ser expuestos al Arsénico a través de la comida, agua y aire. La exposición al Arsénico puede ser más alta para la gente que trabaja con Arsénico, para gente que bebe significantes cantidades de vino, para gente que vive en casas que contienen conservantes de la madera y gente que viven en granjas donde el Arsénico de los pesticidas ha sido aplicado en el pasado. 54 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 15. Gráfico que muestra la comparación del resultado de As (Evaluado por EAA) vs Valores de Riesgo Relativo (ER-L, NOOA). Fuente: Elaboración Propia (2015). Mercurio: Para este metal se obtuvo que los resultados obtenidos de la evaluación de los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta, superaron los valores por debajo de concentración más baja de un metal que produjo efectos adversos (ER-L) y los que designan el nivel en el cual la mitad de los estudios refirió efectos dañinos (EM-L), demostrando según Long, et al. (1995), toxicidad sobre este ambiente. Los efectos del Mercurio sobre la salud de este elemento que puede ser encontrado de forma natural en el medio ambiente. Puede ser encontrado en forma de metal, como sales de Mercurio o como Mercurio orgánico. El mercurio metálico es usado en una variedad de productos de las casas, como barómetros, termómetros, bombillas fluorescentes. El mercurio en estos mecanismos está atrapado y usualmente no causa ningún problema de salud. De cualquier manera, cuando un termómetro se rompe una exposición significativamente alta al mercurio 55 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. ocurre a través de la respiración, esto ocurrirá por un periodo de tiempo corto mientras este se evapora. Esto puede causar efectos dañinos, como daño a los nervios, al cerebro y riñones, irritación de los pulmones, irritación de los ojos, reacciones en la piel, vómitos y diarreas. El mercurio no es encontrado de forma natural en los alimentos, pero este puede aparecer en la comida así como ser expandido en las cadenas alimentarias por pequeños organismos que son consumidos por los humanos, por ejemplo a través de los peces. Las concentraciones de mercurio en los peces usualmente exceden en gran medida las concentraciones en el agua donde viven. Los productos de la cría de ganado pueden también contener eminentes cantidades de Mercurio. El mercurio no es comúnmente encontrado en plantas, pero este puede entrar en los cuerpos humanos a través de vegetales y otros cultivos. Cuando sprays que contienen Mercurio son aplicados en la agricultura. El mercurio tiene un número de efectos sobre los humanos, que pueden ser todos simplificados en las siguientes principalmente:  Daño al sistema nervioso.  Daño a las funciones del cerebro.  Daño al ADN y cromosomas.  Reacciones alérgicas, irritación de la piel, cansancio, y dolor de cabeza.  Efectos negativos en la reproducción, daño en el esperma, defectos de nacimientos y abortos. Estos efectos se pueden ver reflejados en la Evaluación de la Contaminación por Mercurio en la Biota Acuática, Aguas y Sedimentos de la Cuenca Alta del río Cuyuní, Estado Bolívar, Venezuela, el objetivo de este trabajo fue evaluar la contaminación en muestras de sedimentos utilizando el índice Cuota de Riesgo (HQ, de su siglas en inglés) determinando el riesgo de la ingesta de metilmercurio (MeHg) proveniente del consumo de pescado. El rango de valores de concentración de mercurio obtenidos en 56 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. los sedimentos fue de con factores de enriquecimiento (FE) >1 indicando una entrada de mercurio antropogénica. Los valores HQ obtenidos sugieren una seria situación de riesgo para la salud de las poblaciones locales, debido al consumo de pescado. 3.3.2. Elaborar mapas de distribución del contenido de los metales pesados contaminantes en sedimentos en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo. Aunado a la evaluación llevada a cabo a través de la comparación de los valores obtenidos en este estudio y los enunciados por Long, et al. (1995), se presenta la valoración del grado de contaminación a través de un método muy sencillo para detectar si un sedimento está contaminado o no, que consiste en la elaboración de mapas de concentración superficial del elemento o mapas de anomalías geoquímicas (Chester y Voutsinou, 1981), que permiten identificar las áreas o regiones con contenidos anómalos. Arsénico: Los resultados obtenidos para este metal indican que el mayor valor de concentración de arsénico está ubicado en los siguientes puntos de muestreo: CU8>CU-6>CU-7>CU-3>CU-2>CU-4>CU-5>CU-1(figura 16). Que según esta distribución geográfica de los puntos de muestreo refleja de forma general que existe un creciente contenido/concentración desde la zona norte (CU-1) del área de estudio al sur de los mismos (CU-8). Mercurio: Para este metal respecto a la ubicación de dichas concentraciones en el área de estudio, resulto que el mayor nivel de concentración de Hg, está ubicado en los siguientes puntos de muestreo: CU-6>CU-5>CU-8>CU-4>CU-1>CU-3>CU-7>CU-2 (figura 17). Cabe destacar respecto a la distribución geográfica de las muestras para ambos metales (As y Hg) que no refleja un patrón marcadamente definido de la carga de metales pesados en los sedimentos. No se ha encontrado un claro gradiente en el que todas las muestras con las concentraciones más elevadas se localicen en una zona concreta, y a medida que nos alejamos de ésta, las concentraciones fueran disminuyendo. Sí es posible encontrar algunas muestras agrupadas con altas 57 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. concentraciones de metales, pero en sus proximidades se localizan otras muestras que tienen un bajo contenido. La contaminación que refleja los sedimentos es difusa, respecto a su ubicación y por ende definir una fuente de aporte a dicha alteración del medio. Figura 16. Mapa de Distribución del Metal Arsénico en el área de estudio Fuente: Elaboración Propia (2015). 58 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 17. Mapa de Distribución del Metal Mercurio en el área de estudio Fuente: Elaboración Propia (2015). 3.3. Evaluar los niveles de toxicidad que producen esos elementos. Una vez comparados los resultados de los cuatro (4) metales pesados, con los niveles ambientales permisibles según Long, et al. (1995). Se procedió a determinar el Factor de Contaminación (FC) del Arsénico y Mercurio, el cual se define como la relación entre la concentración del elemento en la muestra (Me) y la concentración del elemento 59 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. correspondiente a su valor de base (Me) BL (Rubio et al. 2000). Carballeira et al. (1997) establecen los siguientes rangos de clasificación para este factor (tabla 8) FC = (Me) / (Me)BL Tabla 8. Grado de Contaminación Fuente: Carballeira et al. (1997) Tabla 9. Grado de Contaminación del Metal Arsénico Nº Muestra Coordenadas UTM N E Arsenico (As) mg,Kg‫־‬¹ FC ER-L 0,51 1,36 1,67 1,09 0,66 1,94 1,90 2,14 CU-1 1134835 194685 4,22 CU-2 1133225 193815 11,19 CU-3 1131687 192659 13,70 CU-4 1131221 192539 8,95 CU-5 1129269 192038 5,44 CU-6 1128803 190682 15,90 CU-7 1124546 187897 15,55 CU-8 1109935 177325 17,58 Grado de Contaminación <1 Ausente a bajo 1-3 Moderado 1-3 Moderado 1-3 Moderado >6 Muy alto 1-3 Moderado 1-3 Moderado 1-3 Moderado Fuente: elaborado a partir de los datos proporcionado por la Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015). Tabla 10. Grado de Contaminación del Metal Mercurio Nº Muestra CU-1 CU-2 CU-3 CU-4 CU-5 CU-6 CU-7 CU-8 Coordenadas UTM Mercurio (Hg) FC FC N E mg,Kg‫־‬¹ ER-L EM-L 1134835 194685 3,96 26,4 5,6 1133225 193815 3,53 23,5 5 1131687 192659 3,68 24,5 5,2 1131221 192539 4,28 28,5 6 1129269 192038 5,48 36,5 7,7 1128803 190682 6,39 42,6 9 1124546 187897 3,58 23,9 5 1109935 177325 4,69 31,3 6,6 Grado de Contaminación 3-6 Considerable 3-6 Considerable 3-6 Considerable >6 Muy alto >6 Muy alto >6 Muy alto 3-6 Considerable >6 Muy alto Fuente: elaborado a partir de los datos proporcionado por la Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015). Estos resultados finales (tabla 9 y 10) pueden ser atribuidos a diversas fuentes, tales como la industria petrolera, industrial, urbanística o la actividad antropogénica en 60 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. general. La contaminación por metales de una amplia variedad de fuentes, permite establecer que las variaciones de estos en el sedimento puede reflejar la mezcla de sedimentos de diferentes orígenes, por lo que se requiere de mucho cuidado en la interpretación de los resultados de niveles de metales en sedimentos acuáticos, principalmente cuando son utilizados para identificar fuente de contaminación (Bartoli y col., 2011). Sin embargo, el contenido de metales en sedimentos de ambientes acuáticos se considera un buen indicador de contaminación antropogénica, debido a que (Strady col., 2011): 1. Los cambios en el tiempo son mucho menor en relación al agua. 2. Los niveles de metales clarifican la distribución geográfica de contaminaciones en diferentes áreas. 3. Representan datos integrados de tiempo sobre las condiciones locales en los sistemas acuáticos y su cuenca, proporcionando información del aporte al sistema en diferentes periodos de tiempo. 4. Las concentraciones altas en los sedimentos pueden asociarse con concentraciones altas en biota. 5 .Las concentraciones se encuentran por encima de los límites de detección y las muestras pueden guardarse y reanalizarse. Sin embargo, el hecho de que un contaminante produzca la muerte de algunos organismos de una población puede tener poca o ningún significado ecológico, mientras que cuando un contaminante no produce la muerte de los individuos pero si el retardo en el desarrollo puede tener considerable impacto ecológico (Besada y col., 2011). Con relación a su extracción, la influencia de la industria petrolera sobre las concentración de metales pesados en ambientes acuáticos ha sido ampliamente documentada en distintos sistemas acuáticos, constituyendo las actividades de explotación, refinación y transporte de crudo un aporte considerable de metales a los sistemas acuáticos principalmente de Pb, V y Ni (Botello col., 1997; Metwally col., 1997; Perceval y col., 2006; Sadiq col., 1992). Este trabajo pone de manifiesto un potencial y grave problema ambiental, debido al elevado contenido de los metales pesados registrados en los sedimentos de la zona de estudio. 61 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. CONCLUSIONES En base a la revisión bibliográfica exhaustiva que partieron de estudios previos de la zona, establece que esta problemática ambiental, ha generado un desequilibrio al ecosistema del estuario. El factor geológico, los diferentes eventos tectónicos ocurridos en la cuenca del Lago de Maracaibo, le otorgan un carácter deprimido y enmarcado por los cordilleras andinas al E, S y W, otro FG de relevancia en los últimos años es el papel hidrológico, que incide directamente en lago de Maracaibo, quien recibe un aporte hídrico importante de mas de 16 ríos, en cuanto a los contaminantes de procedencia humana, transportados por el río El Palmar, ubicado a 2,17 Km, cercano los puntos, también la actividad industrial, grandes camaroneras, estaciones de flujo y gabarras petroleras, distribuidas en el área de investigación, disminución de la zona de manglares. Estos contaminantes pueden provenir de fuentes litogénicas, así como antropogénica. De los 16 elementos evaluados, Fue determinada la presencia de (Pb, V, Se, Zn, As, Mg, Be y Hg). De los cuales el As y Hg, sobrepasaron los valores de referencia ERL (criterios de Long et al., 1995). Por otro lado, los metales Sb, Ti, Mo, Co, Cu, Cd y Cr, no fueron detectados. Por otra parte, en la evaluación toxicológica el factor de concentración del As va de ausente a bajo (P1), a muy alto en P5, mientras que para el mercurio de considerable en P7, P2, P3 y P1, mientras que el grado de contaminación para P4, P8, P5 y P6, es muy alto. Por ende este trabajo pone de manifiesto un potencial y grave problema ambiental, debido al elevado contenido de los metales pesados registrados en los sedimentos de la zona de estudio. 62 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. RECOMENDACIONES Elaborar una propuesta de manejo adecuado de los residuos orgánicos, químicos e inorgánicos en las distintas fases de las diversas actividades industriales o domesticas que generen un menor impacto ambiental. Además, sería muy valioso complementar el análisis de metales pesados en el sedimento con el análisis de metales pesados en la columna de agua, para determinar su remobilización y biodisponibilidad. Definir estrategias de integración alrededor de los planes en formulación, mediante la concertación de las capacidades de organismos locales y regionales, públicos y privados con injerencia directa en la conservación del Lago de Maracaibo. Evaluar Alternativas para la destoxificación del Lago de Maracaibo, dentro de las cuales la fitorremediación (phyto = planta y remediación = mal por corregir), es un proceso que utiliza plantas para remover, transferir, estabilizar, concentrar y/o destruir contaminantes (orgánicos e inorgánicos) en suelos, lodos y sedimentos, y puede aplicarse tanto in situ como ex situ. La fitorremediación puede aplicarse eficientemente para tratar suelos contaminados con compuestos inorgánicos como Cd, Cr (VI), Co, Cu, Pb, Ni, Se y Zn. Se ha demostrado también su eficiencia en la remoción de metales radioactivos y tóxicos de suelos y agua. Para que una tecnología sea sostenible, debe ser económicamente viable y ambientalmente compatible. 63 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Accornero, A.; Gnerre, R.; Manfra, L. (2008). Sediment concentrations of trace metals in the Berre Lagoon (France): An assessment of contamination. Archives of Environmental Contamination and Toxicology 54: 372-385.Amat et al. 2002. Agudelo L. et al. (2005). Fitorremediación: la alternativa para absorber metales pesados de los biosólidos. Aguilera, M., Azócar, A. y González, E. (2003). Biodiversidad en Venezuela. Tomos I y II. Fundación Polar. Caracas, Venezuela. Aguirre G. et, al. (2009). Toxicidad no específica en sedimentos portuarios. Health, 22, 131- 153. Antoranz, A., Pelegri, J., Masciangiolf, P. (2001). 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(2001). 76 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 2. Área de estudio. Se muestra la ubicación nacional y regional de las estaciones de estudios. SA: Santa Ana, BR: Bravo, CA: Catatumbo, BI: Birimbay, ES: Escalante, CH: Chama, MO: Motatán. Fuente: Zulay Rivas, et al, (2005). 77 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 3. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-1. 78 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 4. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-2. 79 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 5. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-3. 80 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 6. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-4. 81 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 7. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-5. 82 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 8. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-6. 83 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 9. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-7. 84 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 10. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-8. 85 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 11. Mapa de Ubicación de los Puntos de Muestreos 86 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 12. Mapa de Distribución del Metal Berilio (Be) mg. Kg-1 87 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 13. Mapa de Distribución del Metal Magnesio (Mg) mg. Kg-1 88 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 14. Mapa de Distribución del Metal Plomo (Pb) mg. Kg-1 89 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 15. Mapa de Distribución del Metal Selenio (Se) mg. Kg-1 90 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 16. Mapa de Distribución del Metal Vanadio (V) mg. Kg-1 91 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 17. Mapa de Distribución del Metal Zinc (Zn) mg. Kg-1 92 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio de la contaminación por metales pesados en sedimentos en el campo Urdaneta del lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Creator An entity primarily responsible for making the resource Persis Dulce Milagros González Maza Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Tesis maestría Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2015 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/f5026c9d3ab6378de3609cd2f86aafdf.pdf d233f327a32b51888298845759ffb0e2 PDF Text Text TESIS Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela Isnardy José Toro Fonseca �Página legal Título de la obra: Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela, 89pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN: 1. Autor: Isnardy José Toro Fonseca 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Título: Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. (Tesis en opción al título académico de Máster en Geología) Autor: Isnardy José Toro Fonseca Moa, 2014 �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Título: Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. (Tesis en opción al título académico de Máster en Geología) Autor: Isnardy José Toro Fonseca Tutor: Dra. M. Margarita Hernández S., Msc. Frank Cabrera, Msc. Jhaisson Vasquéz, Dr. José F. Lastra. . Moa, 2014 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. ÍNDICE INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1 CAPÍTULO I – GEOQUÍMICA DE LOS YACIMIENTOS DE PETRÓLEO Y GASES ÁCIDOS ASOCIADOS. .............................................................................................. 7 1.1 Introducción ..................................................................................................... 7 1.2 Antecedentes ................................................................................................... 7 1.3 Geoquímica de yacimientos petrolíferos ........................................................ 10 1.3.1 Geoquímica de H2S y CO2 ................................................................... 10 1.3.2 Composición isotópica del azufre y carbono ........................................ 11 1.3.3 Fraccionamiento isotópico del H2S ....................................................... 12 1.4 Mecanismos de generación del H2S y CO2 ................................................... 12 1.4.1 Dióxido de carbono .............................................................................. 14 1.4.2 Sulfuro de hidrógeno ............................................................................ 14 1.5 Ubicación geográfica ..................................................................................... 14 1.5.1 Área del campo Franquera ................................................................... 15 1.5.2 Área del campo Moporo ....................................................................... 17 1.5.3 Área del campo La Ceiba ..................................................................... 18 1.6 Características geólogo-tectónicas ................................................................ 19 1.6.1 Estratigrafía regional campo Franquera y Moporo ............................... 19 1.6.2 Estratigrafía regional campo La Ceiba ................................................. 21 1.6.3 Geología estructural campo Franquera ................................................ 23 1.6.4 Geología estructural campo Moporo .................................................... 25 1.6.5 Geología estructural campo La Ceiba .................................................. 26 1.7 Conclusiones ................................................................................................. 28 CAPÍTULO II – MATERIALES Y MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN ........................ 30 2.1 Introducción ................................................................................................... 30 2.2. Tipo de investigación .................................................................................... 30 2.3. Métodos empleados en la investigación ....................................................... 31 2.3.1 Selección de pozos del área ................................................................ 32 2.3.2 Selección de muestras ......................................................................... 32 2.3.3 Geoquímica de gases para evaluación y monitoreo de H2S y CO2 ...... 33 2.3.4 Métodos y procesamiento .................................................................... 34 2.3.5 Análisis isotópicos de azufre de los sulfuros precipitados a partir del H2S ................................................................................................................ 48 2.3.6 Cromatografía de Gases ...................................................................... 48 2.3.7 Generación de mapas de isoconcentraciones de H2S y CO2 ............... 49 2.3.8 Técnicas para la recolección de información........................................ 49 2.4 Conclusiones ................................................................................................. 50 CAPÍTULO III – ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ....................... 51 II �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 3.1 Introducción ................................................................................................... 51 3.2 Distribución espacial del H2S y CO2 .............................................................. 51 3.3 Origen de los crudos ...................................................................................... 60 3.4 Clasificación de los Crudos............................................................................ 63 3.4.1 Fracción C15+ ........................................................................................ 67 3.5 Análisis de biomarcadores ............................................................................. 69 3.5.1 Origen de los crudos de acuerdo a los biomarcadores. ....................... 69 3.5.2 Tipo de roca fuente .............................................................................. 70 3.5.3 Madurez térmica de los crudos ............................................................ 71 3.5.4 Biodegradación de los crudos .............................................................. 73 3.6 Mecanismos de generación de gases ácidos ................................................ 75 3.7 Procesos geoquímicos evolutivos en el área de FRAMOLAC. ...................... 78 3.8 Origen del H2S y CO2 .................................................................................... 79 3.9 Correlación de 34S crudo - H2S .................................................................... 80 3.10 Tipo de materia orgánica ............................................................................. 80 3.11 Temperatura del yacimiento ........................................................................ 81 3.12 Conclusiones ............................................................................................... 82 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 83 Conclusiones ....................................................................................................... 83 Recomendaciones ............................................................................................... 85 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 86 ANEXOS ................................................................................................................... 89 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Procesos de estudio de los gases ácidos en yacimientos petrolíferos. Figura 2 Rangos isotópicos para las diferentes fuentes de H2S. Figura 3 Mecanismos de generación de CO2 y H2S. Figura 4 Ubicación geográfica del área de FRAMOLAC. Figura 5 Ubicación del campo Franquera (Yacimientos B-1 FRA0001 y B-4 FRA0001). Figura 6 Ubicación del Yac. B Sup. VLG-3729. Figura 7 Ubicación del Campo la Ceiba. Figura 8 Columna estratigráfica generalizada del Campo Ceuta-Tomoporo. Figura 9 Columna Estratigráfica Campo La Ceiba.. Figura 10 Marco Estructural Franquera. Figura 11 Marco Estructural Yacimiento B-Superior VLG-3729. III �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 12 Mapa Estructural de los Yacimientos MISB6 CEI0003, MISB6 CEI0001 y MISB6 CEI0004. Figura 13 Mapa Estructural de los Yacimientos MISB6 CEI0005 y MISB6 CEI0006. Figura 14 Toma de muestras para análisis de H2S Y CO2. Figura 15 Esquema del equipo (modificado de GPA 2377-86 y ASTM D 4810-88). Figura 16 Conexión de separador crudo/gas. Figura 17 Purga de envase de recolección. Figura 18 Medición de la concentración de H2S y CO2. Figura 19 Mapa de ubicación de las muestras de gases captadas en pozos del área de Franquera. Figura 20 Mapa de ubicación de las muestras de gases captadas en pozos del área de Moporo. Figura 21 Mapa de ubicación de las muestras de gases captadas en pozos del área de La Ceiba. Figura 22 Gas recolectado en bolsas especiales con una presión máxima de 5psi. Figura 23 Precipitación de H2S. Figura 24 Esquema para la captura y análisis de muestras de crudos. Figura 25 Montaje instrumental para la toma de la fracción C15-. Figura 26 Toma de muestra de la fracción C15-. Figura 27 Mapa de ubicación de las muestras de crudo del área de Franquera con y sin volátiles. Figura 28 Mapa de ubicación de las muestras de crudo del área de Moporo Tierra con y sin volátiles. Figura 29 Mapa de ubicación de las muestras de crudo del área de La Ceiba con y sin volátiles. Figura 30 Mapa de isoconcentración de H2S para la Unidad B-1. Figura 31 Mapa de isoconcentración de H2S para la Unidad B-4. Figura 32 Mapa de isoconcentración de CO2 para la Unidad B-1. Figura 33 Mapa de isoconcentración de CO2 para la Unidad B-4. Figura 34 Concentración de vanadio (V) vs. Concentración de níquel (Ni) de muestras de crudo del área de FRAMOLAC. IV �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 35 Ambiente depositacional definido en función de la concentración de vanadio (V) vs. Concentración de níquel (Ni) para los crudos del área de FRAMOLAC (modificado de Galárraga et al., 2008). Figura 36 Contenido de azufre vs Gravedad API. Figura 37 Clasificación de los crudos del área de FRAMOLAC en base a la composición SARA (Tissot y Welte, 1984). Figura 38 Clasificación de los crudos del área de FRAMOLAC en función de la concentración de parafinas, naftenos y aromáticos (Tissot y Welte, 1984). Figura 39 Gráfico de columnas de los PNA de los crudos de los pozos CEI-0004, CEI-0005 y CEI-0006 de la Unidad B4. Figura 40 Cromatograma de crudo total (fracción C15+) del crudo del pozo TOM0008. Figura 41 Gráfico de Pristano/n-C17 vs. Fitano/n-C18 de las áreas de Franquera y Moporo. Figura 42 Distribución del porcentaje de esteranos en los crudos de las áreas de Moporo y La Ceiba. Figura 43 Tipo de litología de la roca fuente en función de la correlación de los terpanos tricícliclos C24-3/C23-3 vs. C22-3/C21-3. Figura 44 Isómero biológico (R) e isómero geológico (S) (tomado de Hunt, 1996). Figura 45 Relación de los parámetros de biomarcadores utilizados con respecto a la ventana de generación del petróleo (modificado de Killops y Killops, 2005). Figura 46 Escala de biodegradación (modificado de Peters y Moldovan, 1993). Figura 47 Distribución de n-alcanos (m/z 99) de la muestra de crudo del pozo TOM0007. Figura 48 Distribución isotópica del azufre (34S/32S) en muestras de crudos de las áreas de Moporo y La Ceiba. Figura 49 Esquema evolutivo de los procesos geoquímicos de la Cuenca del Lago de Maracaibo. Figura 50 Concentración de H2S vs temperatura estimada del yacimiento. V �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 51 Distribución isotópica del azufre (34S/32S) en muestras de agua de formación, crudos y precipitados de H2S como sulfuros del área de FRAMOLAC. INDICE DE TABLAS Tabla 1 Composición de parafinas, naftenos y aromáticos de los crudos de los pozos CEI-0004, CEI-0005 y CEI-0006 de la Unidad B4. Tabla 2 Porcentaje en masa normalizada de los PNA de los crudos de los pozos CEI-0004, CEI-0005 y CEI-0006 de la Unidad B4. Tabla 3 Parámetros obtenidos de la fracción C15- para los crudos de las áreas de Franquera y Moporo. Tabla 4 Porcentajes de esteranos en los crudos de las áreas de Moporo y La Ceiba. Tabla 5 Relación isotópica de azufre promedio (34S/32S) en crudos de las áreas de Moporo y La Ceiba. Tabla 6 Relación isotópica de azufre (34S/32S) en los precipitados de H2S como sulfuros de pozos de las áreas de Franquera, Moporo Tierra y La Ceiba. VI �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. INTRODUCCIÓN A nivel mundial la industria petrolera se ha mantenido durante varias décadas como parte importante de la economía global, dado que el petróleo es la fuente de energía que mueve a la humanidad. El proceso de crecimiento económico de este tipo de industrias, viene dado por el incremento de las ganancias, las cuales dependen en gran parte de una adecuada y óptima explotación de los recursos petroleros. En Venezuela, la principal actividad económica del mercado es sustentada por la empresa Petróleos de Venezuela Sociedad Anónima (PDVSA), la cual tiene como misión, promover el fortalecimiento del sector productivo nacional, transformando las materias primas provenientes de los hidrocarburos. Entre sus responsabilidades destaca, el control de los procesos de exploración, producción, manufactura y mercadeo de todos los hidrocarburos presentes en el territorio nacional; por esto, se ve en la necesidad de implementar tecnologías cada vez más novedosas y financiar investigaciones, facilitar la capacidad de los recursos humanos bajo su control con el propósito de maximizar las ganancias, reducir los costos operativos y garantizar la sostenibilidad como empresa. Actualmente la industria petrolera presenta inconvenientes con la generación de gases ácidos en los yacimientos de petróleo, pues uno de sus efectos es la corrosión que generan en las tuberías de los oleoductos, gasoductos y daños en la cementación de pozos. En Venezuela, concentraciones de CO2 en campos petroleros son encontradas principalmente en el área de Anaco y en el área de Guárico (Marcano y Alberdi, 2001). Además de ello, participan en la contaminación ambiental y su presencia disminuye el precio de comercialización del petróleo. Por esta razón, es necesario comprender las posibles procedencias de dichos gases, a fin de desarrollar métodos tecnológicos que permitan reducir o controlar la producción de los mismos en los yacimientos. Dentro de las investigaciones que actualmente se desarrollan en PDVSA están las asociadas a los programas académicos. Una de estas investigaciones está dirigida a 1 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. caracterizar el comportamiento del azufre en un sector geográfico de interés. El área de estudio está compuesto de tres campos: Franquera, Moporo y La Ceiba (FRAMOLAC) ubicados en tierra, adscritos a la División Sur del Lago Trujillo situado entre el Estado Trujillo y el Estado Zulia de Venezuela; son campos en desarrollo cuyos datos oficiales indican un POES de 7.749 MMBNP, unas reservas recuperables de crudo liviano de 1.483 MMBNP, de crudo mediado y liviano con una gravedad °API promedio de 24° y saturaciones promedio de petróleo de 73 %, lo cual representa una gran oportunidad para mantener los niveles de producción del occidente del país, cuentan actualmente con 9 yacimientos en producción, 35 pozos activos, proporcionando un caudal de producción de aproximadamente 65 000 barriles normales por día (BNPD) de crudo y 21 millones de pies cúbicos normales por día (MMPCND) de gas. El primer pozo perforado en estos campos de tierra se realizó en La Ceiba en el año 1998, y de allí en adelante se ha continuado con la perforación de pozos en estos campos, contando con un plan de explotación a 20 años. La producción de H2S es reportada a partir de las primeras etapas del desarrollo del yacimiento. Este fenómeno ha sido denominado como “geologic souring” (Eden et al., 1993) ya que la fuente de H2S es generada en el pasado geológico y está asociado a algunos elementos dentro de la cuenca petrolera y no a procesos microbiológicos o geoquímicos modernos. La generación de H2S requiere típicamente altas temperaturas (> 140C) y altas presiones (Grimes y Mc Neil, 2005), esto puede ser detectado durante las operaciones de perforación y muestra altas concentraciones; normalmente desde más de 1000 ppm de H2S. Vale mencionar que los procesos por los cuales el H2S y, eventualmente el CO2, se producen en los yacimientos, pueden ser de origen natural o antrópico. Para el primer caso, el H2S puede formarse a partir de Bacterias Reductoras de Sulfato (BRS), Reducción Termoquímica del Sulfato (RTS), o maduración del crudo. Por el contrario, estos gases también se pueden generar como subproductos del proceso de acuatermólisis cuando se implementan procesos de inyección continúa o alterna de vapor (Cabrera, 2012). 2 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Dentro del área de estudio, la producción de H2S y CO2 ha sido reportada desde el 2006; sin embargo, no existen reportes previos sobre las posibles fuentes del H2S. Adicionalmente, la inyección de agua no ha sido implementada antes de las campañas de medición de H2S en los respectivos campos. Los pozos asociados al área FRAMOLAC, tienen la tendencia a producir sulfuro de hidrógeno (H2S), cuyas concentraciones varían en el orden de 9 a 82 ppm; dado que el H2S es un contaminante del gas natural, se hace necesaria su remoción. Para el caso del CO2 la concentración varía entre 3 % y 12 %. Actualmente el gas proveniente de los pozos de estos campos es endulzado con productos químicos líquidos, denominados secuestrantes de H2S, cuyo método consiste en la inyección continua y directa del producto químico en las líneas de flujo multifásico y/o monofásico directamente en los pozos y/o en las estaciones de flujo. Actualmente la producción en el área FRAMOLAC está limitada al yacimiento Eoceno “B” Superior. Por varios años, era conocido que las concentraciones de H2S y CO2 en el yacimiento Eoceno “B” Superior variaban. Un estudio detallado fue iniciado para mapear los perfiles de concentración de los gases ácidos a lo largo del área y abordar la migración de los mismos dentro de este. Esto incluyó la medición de H2S y CO2 de corrientes de pozo de una amplia área y las huellas geoquímicas de los crudos de FRAMOLAC. Por primera vez, las concentraciones de H2S y CO2 fueron mapeadas a lo largo del campo. La migración de H2S y CO2 en la parte norte del campo tiene serias implicaciones debido a que la planta de separación gas-crudo (GOSP), fue diseñada para el procesamiento de crudo dulce. Si la migración es probada, las facilidades en la parte norte del campo necesitan ser mejoradas para manejar crudo ácido. Las concentraciones de H2S y CO2 en el área de Moporo Tierra presentan valores más altos en comparación con las áreas de Franquera-La Ceiba y las concentraciones más bajas se localizan hacia el área de Moporo Lago, desconociéndose la génesis de los gases ácidos que intervienen en los procesos de extracción en el área FRAMOLAC. Los yacimientos del área FRAMOLAC, ubicados en el occidente de Venezuela, contienen dos clases de crudos reflejados por sus gravedades API, contenidos de saturados y aromáticos, además de sus composiciones totales de nitrógeno, azufre y 3 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. oxígeno (compuestos NSO). La biodegradación parece haber tenido un rol importante en el control de las composiciones de las dos clases de crudo. Las relaciones de isótopos de azufre (34S) son reportados en partes por mil (‰) de la relación 34 S/32S, relativa al estándar de referencia internacional CDT. Los isótopos de azufre son muy útiles para determinar el origen del H2S. El H2S generado por bacterias reductoras de sulfato generalmente tiene una composición isotópica negativa (< 0 ‰), mientras que el H2S producido por Reducción Termoquímica de Sulfato generalmente refleja el valor de la anhidrita de la cual se formó (> 10 ‰). Adicionalmente, la composición isotópica del sulfuro de hierro (pirita) en el yacimiento proporciona evidencia sobre si el H2S fue removido por reacción con el hierro durante la migración. En una revisión detallada de la documentación existente, entrevistas con los especialistas de mayor experiencia en esta actividad y la información publicada oficialmente en artículos y boletines empresariales del pasado y presente siglo, pudo comprobarse que prácticamente no existen reportes de que se hayan realizado estudios relacionados con los gases ácidos, lo que se hace más prioritario en la actualidad debido a las implicaciones que ya se mencionaron y que abarcan todas las etapas del proceder petrolífero, incluyendo la seguridad y la salud de las personas y la estrecha relación ya publicada que existe entre la presencia de este gas y la acumulación del petróleo. En correspondencia con esto se propone el siguiente diseño de investigación. Problema de investigación desconocimiento del mecanismo de generación de gases ácidos tanto en el crudo como en los gases. Objeto de estudio. Crudo y gases ácidos, correspondiente a los pozos petroleros del área FRAMOLAC. Campo de acción. Geoquímica del crudo de gases ácidos. Objetivo general 4 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Determinar la génesis, migración del crudo y gases ácidos del yacimiento Eoceno “B” Superior del área FRAMOLAC, a través de correlaciones químicas e isotópicas. Objetivos específicos  Caracterizar desde el punto de vista fisicoquímico muestras de crudo y gas en el área FRAMOLAC.  Caracterizar las composiciones isotópicas de las especies de azufre presentes en el crudo y gas del área.  Establecer el mecanismo de generación de H2S y/o CO2 y su migración en el área de FRAMOLAC. Hipótesis Si se realizan las correlaciones químicas e isotópicas en muestras de crudo y gas se podrá determinar la génesis y migración de los gases ácidos presentes en el yacimiento del Eoceno “B” Superior del área FRAMOLAC. Para desarrollar esta investigación se tuvieron en cuenta métodos teóricos y empíricos de la investigación científica: Métodos teóricos:  Análisis y síntesis de la información obtenida a partir de la revisión de la documentación y literatura especializada.  Inductivo – deductivo: para determinar los mecanismos de formación y migración de los gases ácidos.  Métodos empíricos: en la presente investigación se aplican:  Las entrevistas a técnicos y especialistas: para comprobar la existencia de investigaciones y antecedentes relacionados con el tema.  La observación directa en el área de estudio durante toda la investigación.  Métodos y herramientas de la química analítica:  Procesamiento para la elaboración de mapas por medio del simulador Discovery. El trabajo representa un aporte científico al constituir un estudio conclusivo sobre el mecanismo de generación de gases provenientes del crudo y gas que se considera pionero debido al no registro de estudios similares realizados anteriormente. 5 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. También es de importancia práctica ya que la información que se genera permitirá hacer precisiones en el proceso productivo de la empresa, del mismo modo que contribuirá a la vigilancia tecnológica y a medidas relacionadas con la seguridad del trabajo. La tesis se estructuró del siguiente modo: La introducción en la que se presenta el problema científico, el objetivo general y la hipótesis de la misma. Tres capítulos denominados del modo siguiente: Capítulo I. Geoquímica de los yacimientos de petróleo y gases ácidos asociados. Capítulo II. Materiales y métodos de investigación. Capítulo III. Principales resultados sobre la génesis y migración de los gases ácidos. 6 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. CAPÍTULO I – GEOQUÍMICA DE LOS YACIMIENTOS DE PETRÓLEO Y GASES ÁCIDOS ASOCIADOS. 1.1 Introducción 1.2 Antecedentes 1.3 Geoquímica de yacimientos petrolíferos 1.3.1 Geoquímica de H2S y CO2 1.3.2 Composición isotópica del azufre y carbono 1.3.3 Fraccionamiento isotópico del H2S 1.4 Mecanismos de generación del H2S y CO2 1.4.1 Dióxido de carbono 1.4.2 Sulfuro de hidrógeno 1.5 Ubicación geográfica 1.5.1 Área del campo Franquera 1.5.2 Área del campo Moporo 1.5.3 Área del campo La Ceiba 1.6 Características geólogo-tectónicas 1.6.1 Estratigrafía regional campo Franquera y Moporo 1.6.2 Estratigrafía regional campo La Ceiba 1.6.3 Geología estructural campo Franquera 1.6.4 Geología estructural campo Moporo 1.6.5 Geología estructural campo La Ceiba 1.7 Conclusiones 1.1 Introducción En el presente capítulo se muestran las recopilaciones de algunos trabajos o estudios que anteceden a esta investigación, asimismo se refieren las bases teóricas que sustentan el estudio isotópico del azufre en crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior. Para Hernández et al. (2004) el marco teórico “es un compendio escrito de artículos, libros y otros documentos que describen el estado pasado y actual del conocimiento sobre el problema de estudio”. 1.2 Antecedentes A continuación, se citan aquellos estudios que se han realizado a nivel nacional sobre el tema, que son similares al ejecutado; por tal motivo, se han seleccionado 7 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. aquellos que guardan relación con el estudio propuesto, para lo cual se consideró su relevancia y cercanía en el tiempo. - Manowitz et al. (1990) realizaron un estudio referente a la composición isotópica del azufre en muestras de crudo del Campo Costanero Bolívar (Venezuela), donde destacan que el crudo en el campo Costanero Bolívar de Venezuela ha sido dividido en cinco clases principales de petróleo que se cree reflejan en gran medida las variaciones causadas por la biodegradación en el yacimiento. En este trabajo, treinta crudos del campo Costanero Bolívar fueron colectados, estos crudos fueron caracterizados por su gravedad API, porcentaje de saturados aromáticos, NSO y compuestos de asfaltenos, cromatograma de gas para crudo, fracciones de C4-C7 y aromáticos. Concurrentemente, 24 aguas asociadas fueron también muestreadas y analizadas para Ca2+, Mg2+, Na+, HCO3-, CO32-, SO42-, pH y sólidos totales disueltos (STD), de los cuales 27 de estos crudos se analizaron por separado para el contenido de azufre y valores  34 S. Las muestras fueron oxidadas en una bomba Parr Instrument; el sulfato fue precipitado con Ba2+ y el BaSO4 precipitado sirvió para la determinación gravimétrica de la conversión del contenido de S a SO2 para la espectrometría de masa. - Alberdi (1996) realizó una caracterización geoquímica de tres (3) muestras de crudos de diferentes pozos del yacimiento en estudio, con el objetivo de analizar la fracción C15- y la gravedad ºAPI para determinar la compatibilidad de los mismos, los crudos de los pozos VLG-3772 abierto a producción al momento de la toma de la muestra en las arenas C-2 y el crudo del pozo VLG-3780 abierto a producción de las arenas C-3, ambos presentaron 33 °API, por otra parte el crudo del pozo VLG-3786 presentó 25,8 °API pareciendo ser una mezcla de los crudos de las arenas C-1 y C2. Los crudos de los pozos VLG-3772 y VLG-3780, considerando su similitud composicional, permiten concluir que entre los yacimientos C-2 y C-3 existe una buena comunicación vertical, al menos, en el área drenada por los mismos, sin embargo en dicho trabajo se recomendó caracterizar una mayor cantidad de pozos y hacer énfasis en el crudo de la arena C-1 cuyas características posiblemente sean diferentes a las de los crudos de las arenas C-2 y C-3. 8 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. - López y Alberdi (1997) destacaron el mecanismo de generación de H2S en el área Urdaneta Lago. Ellos consideran que el H2S presente en estos yacimientos es originado a partir de la maduración térmica del crudo en el yacimiento, proponiendo que las mayores concentraciones de H2S presentes en los yacimientos carbonáticos respecto a los siliciclásticos, está relacionado a la eliminación eficiente del H2S, en estos últimos, debido a la formación de sulfuros (pirita). - Marcano y Alberdi (2001) estudiaron que en el área de Anaco se han presentado problemas de corrosión en tuberías, generando comunicación mecánica. Dicha corrosión se relacionó a las concentraciones de CO2 producidas en estos campos. Datos operacionales de 299 pozos indican que 79 pozos están comunicados detectándose concentraciones de CO2 que oscilan entre 0,40 % y 17,20 %. En este caso el CO2 actúa como contaminante, generando problemas de producción. Es recomendable en estos campos, profundizar el estudio del origen de este gas. - Marcano y Alberdi (2001), estudiaron que en el campo Yucal-Placer (Estado Guárico) han sido reportadas las mayores concentraciones de CO2 en Venezuela, con valores que oscilan entre 2,28 % y 27 %. De acuerdo a estudios de isótopos estables, dicho gas tiene un origen mayormente inorgánico, producto de la descomposición térmica, probablemente en medio ligeramente ácido, de cemento calcáreo y/o roca carbonática. En este caso en particular es importante destacar el aumento del por ciento de CO2 con la profundidad. Adicionalmente el CO2 de los yacimientos más someros es más liviano, presentando  13 C= -12 ‰, indicando un origen orgánico, mientras que el CO2 encontrado a mayor profundidad es más pesado con  13 C= -3 ‰. Es probable que la generación del CO2 obedezca a la reacción entre caolinita y carbonatos para producir clorita y CO2; dicha reacción es controlada por la temperatura y es más efectiva con la profundidad. - Por último se seleccionó el estudio realizado por Centeno (2007) donde analizó las consecuencias que tienen el CO2 y el H2S sobre el material cementante utilizado en la construcción de pozos petroleros. Ambos gases presentaron un alto potencial de disolución de los minerales que constituían el material cementante, salvo en pruebas con H2S (sin presencia de CO2), donde el efecto es corrosivo, destruyendo la matriz del material cementante. Este comportamiento es inhibido cuando está presente el 9 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. CO2, el cual ejerce una acción neutralizante (reacción ácido-base) en el cemento. Por lo tanto, basado en la existencia de estos dos gases, la alteración del material es significante cuando aumenta la relación H2S/CO2. Estos resultados le permitieron proponer un modelo matemático capaz de permitir interpretar el comportamiento del material cementante en función de parámetros fisicoquímicos, a fin de evaluar la durabilidad del material cementante. 1.3 Geoquímica de yacimientos petrolíferos La geoquímica de yacimientos abarca el estudio de los fluidos en los yacimientos de petróleo (crudo y gas), sus orígenes e interacciones con el yacimiento (Larter y Aplin, 1994). También puede ser definida como la elucidación mediante caracterización elemental, isotópica y molecular, los procesos de entrampamiento, llenado de fluidos en el yacimiento, la naturaleza de las interacciones y las variaciones en composición y propiedades en el tiempo (López, 2005). Algunas de las áreas de estudio de la geoquímica de yacimientos son las siguientes:  Distancia de migración y dirección de llenado del yacimiento  Grado de mezcla de crudos  Continuidad del yacimiento  Monitoreo de producción  Determinación de heterogeneidades (calidad de yacimientos y fluidos)  Predicción y explicación de fenómenos relevantes para el manejo de los yacimientos (por ejemplo, precipitación de sólidos) 1.3.1 Geoquímica de H2S y CO2 Los mecanismos de generación de gases ácidos en los yacimientos petrolíferos es posible abordarlos desde dos perspectivas diferentes en cuanto a su génesis: i.estudio de la generación del CO2 y H2S en las cuencas sedimentarias (connotaciones de tiempo geológico) y ii.- producción de estos gases como subproductos de la intervención del hombre en el yacimiento, bien sea para el mantenimiento de la presión (inyección de agua) o para el incremento del factor de recobro (métodos térmicos) (Cabrera, 2012). Esos dos mecanismos de generación de gases ácidos se esquematizan en la figura 1. 10 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 1. Procesos de estudio de los gases ácidos en yacimientos petrolíferos. Fuente: Cabrera (2012) 1.3.2 Composición isotópica del azufre y carbono Los valores δ13C y δ34S son empleados en los estudios de correlación crudo-crudo y crudo-roca fuente. En base a los valores δ13C es posible definir crudos y bitúmenes de fuentes orgánicas terrestres y marinas (Peter et al., 2005). La interpretación de los valores obtenidos en una muestra en lo referente al contenido de isótopos de carbono y azufre en el CO2 y H2S, respectivamente, es una de las maneras de inferir el origen de estos gases en un yacimiento y las causas de sus diferencias en proporción (fraccionamiento). Es también adecuada la generación de mapas de tendencias areales y la construcción de perfiles de tendencia del H2S y CO2 en profundidad, con el objetivo de estudiar el origen de este gas ácido (Rodríguez y Centeno, 2008). En cuanto al fraccionamiento isotópico del azufre, los rangos de valores  34S varían de acuerdo a la fuente de H2S. Los mecanismos que involucran generación térmica de H2S por craqueo a altas temperaturas, mantienen la relación isotópica de la fuente 11 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. original, debido a que el craqueo no realiza ningún tipo de diferenciación entre el azufre con peso molecular 34 (34S) o el azufre con peso molecular 32 (32S). Por el contrario, los procesos de generación de H2S mediatizados por bacterias realizan un marcado fraccionamiento isotópico, asociado a la preferencia de las bacterias por utilizar el isótopo menos pesado (32S) (Rodríguez y Centeno, 2008). 1.3.3 Fraccionamiento isotópico del H2S El cálculo para el fraccionamiento isotópico del azufre es el valor de  (delta), expresado en partes por mil con el símbolo ‰. La referencia es el estándar internacional del azufre CDT (Canyon Diablo Troilite), 34 S/32S = 449,94 x 10-4 (Thode et al., 1961);  34 S = 0,00 ‰. El valor de  34 S en partes por mil es definido como:   34 S      S / 32S muestra   1  1.000 34 S / 32S CDT  34   1 La figura 2 muestra los intervalos isotópicos generales para diferentes fuentes de H2S. 34 Figura 2. Rangos de valores δ S para las diferentes fuentes de H2S. Fuente: Alberdi et al. (2002) 1.4 Mecanismos de generación del H2S y CO2 Los procesos por los cuales el H2S y eventualmente el CO2 son producidos en los yacimientos, pueden ser de origen natural o antrópico. Es decir, para el primer caso, 12 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. el H2S puede formarse a partir de las bacterias reductoras de sulfato, reducción termoquímica del sulfato o maduración del crudo. Por el contrario, estos gases también pueden ser generados como subproductos del proceso de acuatermólisis cuando se implementan los procesos de inyección continúa o alterna de vapor (Cabrera, 2012). En la figura 3 puede apreciarse que el H2S y CO2 pueden tener origen tanto orgánico como inorgánico. En el caso del origen orgánico, uno de los procesos implica la presencia de microorganismos que metabolizan la materia orgánica en búsqueda de nutrientes. De acuerdo al tipo de bacteria, las reacciones pueden desarrollarse en condiciones aeróbicas o no, lo cual depende de las condiciones del medio y la profundidad del sistema sedimentario (Hunt, 1996). Cuando la degradación ocurre por incremento de temperatura y profundidad de la secuencia sedimentaria, se habla de descomposición térmica de la materia orgánica, donde el material húmico continental es la principal fuente de CO2. Otro proceso que implica reacciones de las fracciones de crudo que contienen oxígeno y azufre con vapor de agua en el yacimiento, es la acuatermólisis. La alteración de estas fracciones pesadas de crudo genera CO2, en condiciones de altas temperaturas y presiones. Reducción de sulfato bacteriano Descomposición térmica de orgánicos Origen orgánico Acuatermólisis Reducción termoquímica del sulfato Disolución de minerales de azufre Origen inorgánico Reducción no oxidativa de la pirita Figura 3. Mecanismos de generación de CO2 y H2S Con respecto al origen inorgánico se pueden visualizar procesos donde el sulfato es reducido por los hidrocarburos, lo cual significa que los compuestos orgánicos se 13 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. oxidan a temperaturas mayores a 100 °C y sin la intervención de bacterias (Hunt, 1996; Lesniak et al., 2003). Este proceso es conocido como Reducción Termoquímica de Sulfatos (RTS) (Machel, 2001). Es decir, el H2S resulta de la reducción del sulfato, mientras que el CO2 proviene de la oxidación del crudo. 1.4.1 Dióxido de carbono El CO2 en sistemas sedimentarios puede ser de origen orgánico e inorgánico (Hunt, 1996). Su generación puede estar relacionada directamente a la secuencia sedimentaria o provenir de otros sistemas sedimentarios, ígneos o metamórficos, los cuales pueden estar ubicados próximos al yacimiento o a grandes distancias del mismo. En tal sentido, la distribución de CO2 en yacimientos presenta grandes variaciones en cuanto a su concentración en el gas natural, producto de las distintas fuentes de las cuales proviene, aunado a la alta reactividad y solubilidad en fluidos de formación (Centeno, 2007). En el anexo 1 son descritos los mecanismos comunes de generación de CO2. 1.4.2 Sulfuro de hidrógeno Es un gas altamente reactivo, la mayor parte del H2S es convertido en los sedimentos a azufre elemental, sulfuros metálicos y compuestos organosulfurados (Centeno, 2007). Un ejemplo de la formación de sulfuro de hierro y de azufre elemental, a partir de la generación de H2S, es mostrado en el siguiente conjunto de reacciones (ecuaciones 2, 3 y 4, Hunt, 1996): CH 4 g   SO42ac  H ac  HCO3ac  H 2 Ol   H 2 S  g  (2) 2 FeOH 3s   H 2 S ( ac)  2 Fe ac2  2 H 2 O(l )  4OH (ac)  S (0s ) (3) Fe (2ac )  H 2 S ( ac)  2OH ac  FeS ( s )  2 H 2 O(l ) (4) En el anexo 2 son descritos los diferentes mecanismos de generación de H2S. 1.5 Ubicación geográfica El área de estudio que abarca el proyecto FRAMOLAC se encuentra situado al sureste de la Cuenca del Lago de Maracaibo, comprendido por los yacimientos del 14 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Eoceno B de las regiones lago y tierra (Franquera, Moporo y La Ceiba) sobre una extensión areal de 620 km2 (figura 4). Los campos Franquera, Moporo y La Ceiba (FRAMOLAC) ubicados en tierra y adscritos a la División Sur del Lago Trujillo, se encuentran situados entre el Estado Trujillo y el Estado Zulia de Venezuela, son campos en desarrollo cuyos datos oficiales indican un POES de 7.749 MMBNP, unas reservas recuperables de crudo liviano de 1.483 MMBNP y cuentan actualmente con 9 yacimientos en producción, 35 pozos activos, proporcionando un caudal de producción de aproximadamente 65.000 BNPD de crudo y 21 MMPCND de gas. El primer pozo perforado en estos campos de tierra se realizó en La Ceiba en el año 1998, y de allí en adelante se ha continuado con la perforación de pozos en estos campos, contando con un plan de explotación a 20 años. Area Proyecto FRAMOLAC Bloque VII Ceuta Campos Moporo, Franquera, La Ceiba, San Lorenzo, Tomoporo Tradicional y Área 8 Norte VII Figura 4. Ubicación geográfica del área de FRAMOLAC. Fuente: PDVSA. (2013) 1.5.1 Área del campo Franquera El campo Franquera se encuentra ubicado al sureste del parcelamiento Tomoporo entre el Estado Zulia y Trujillo a una distancia de 6 km al este de la costa del Lago de Maracaibo (figura 5). Desde el punto de vista geológico está en el bloque deprimido de la Falla Pasillo 1, la cual limita el área hacia el este con el yacimiento Eoceno B-4 15 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. VLG-3729. El pozo descubridor fue el FRA-1X, perforado el 24 de noviembre de 2004, con el propósito de evaluar la prospectividad del área en las arenas basales de Paují y Misoa (desde B Superior a C Superior) de edad Eoceno hasta el Grupo Cogollo de edad Cretácico. El mismo está ubicado en el parcelamiento Ciénaga del Carrillo al norte del Caño Carrillo y al sureste del parcelamiento Tomoporo en el Municipio Baralt del Estado Zulia a 3,2 km al sureste del pozo TOM-0001, 5,2 km al noreste del pozo TOM-0008 y 4,3 km al noreste del TOM-0019. Posee tres (03) nuevos yacimientos, B4 FRA0001, B3 FRA0001 y B1 FRA0001, Unidades Informales “B1”, “B3” y “B4” de la formación Misoa (Chacín et al., 2012). Figura 5. Ubicación del campo Franquera (Yacimientos B-1 FRA0001 y B-4 FRA0001). Fuente: PDVSA. (2013) 16 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 1.5.2 Área del campo Moporo Comprende tanto el área del lago (Moporo Lago) como de Tierra (Moporo Tierra) ubicado hacia el este de la Falla de Pueblo Viejo, cuyo yacimiento es el B4 VLG3729, formación Misoa de edad Eoceno medio, situado al sureste del Campo Ceuta, dando una superficie total de 68.21 km2 (figura 6). Al igual que muchos yacimientos del Eoceno de la formación Misoa en la Cuenca de Maracaibo, constituye uno de los reservorios más productivos para la corporación (Chacín et al., 2012). El entrampamiento de este yacimiento es básicamente estructural, siendo limitado al oeste por la falla VLG-3866 (Pueblo Viejo), al norte por la falla VLG-3729, hacia el este por las fallas de dirección N-S que separan las regiones 1 y 6 de la zona denominada pasillo, y hacia el sur por un contacto agua petróleo a 1750 pies observado a nivel de B-4 en las regiones 3 y 5. Figura 6. Ubicación del Yac. B Sup. VLG-3729. Fuente: PDVSA. (2013) 17 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 1.5.3 Área del campo La Ceiba Se encuentra ubicado en el área de tierra, en la costa este del Lago de Maracaibo, Municipio La Ceiba, Estado Trujillo. Limita con el Campo Moporo al oeste, extendiéndose hasta el límite sur de los campos Barúa y Motatán por el norte, llegando hasta el Flanco Andino en el límite sur, dando una superficie total de 1082 km2 (figura 7). El área La Ceiba fue dividida en 15 bloques, con un área de 497,83 km2. Geológicamente los yacimientos del Campo La Ceiba se encuentran en trampas estructurales con acumulaciones probadas y estimadas principalmente en las estructuras de pliegues de inversión de las fallas de orientación NNE-SSO, interactuando con un sistema de fallas transcurrentes en dirección aproximada E-O, paralelas al sistema de fallas de rumbo del yacimiento vecino al norte (B4 VLG3729) (Chacín et al., 2012). Figura 7. Ubicación del Campo la Ceiba. Fuente: PDVSA. (2013) 18 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 1.6 Características geólogo-tectónicas 1.6.1 Estratigrafía regional campo Franquera y Moporo La secuencia estratigráfica que se perfora en el área de Moporo y Franquera, está constituida de lo más reciente (tope) a lo más antiguo (base) por las siguientes formaciones (figura 8): Formación El Milagro (Plioceno Tardío-Pleistoceno): Arenas friables, finas a gruesas, limos micáceos, interestratificados con arcillas arenosas y lentes lateríticos bien cementados. Estos sedimentos son de aguas dulces y llanas de carácter fluvial y paludal, que se depositaron sobre un amplio plano costanero de poco relieve, y estuvieron expuestos a la meteorización y anegamiento por lo menos tres veces durante el Cuaternario. Formación Onia (Plioceno Tardío-Pleistoceno): Areniscas y limolitas de grano grueso a fino, arcillosas, micáceas y friables, localmente con capas calcáreas. El contacto superior es transicional y ocasionalmente interdigitado con la formación El Milagro (suprayacente). La formación Onia es una de varias formaciones no marinas en la Cuenca de Maracaibo (tal como la formación El Milagro) y de probable correlación lateral con el flanco norandino por medio de las formaciones Carvajal y Necesidad. Existen dudas sobre sus correlaciones a través de la cuenca. Formación La Puerta (Mioceno Tardío): Está compuesta por argilitas abigarradas, limolitas, areniscas macizas y friables. La unidad contiene intercalaciones marinas de menor espesor y está subdividida en tres miembros denominados en secuencia ascendente Poro, Playa y Timoteo. El Miembro Timoteo es el más superior y su contacto es concordante con la formación Onia (suprayacente). El Miembro Playa es el intermedio de la formación La Puerta y se caracteriza por su predominio de areniscas que lo distinguen de la litología fundamentalmente arcillosa de los miembros adyacentes (Poro y Timoteo). El Miembro Poro es el más inferior y posee grandes desarrollos de capas de arcilla y menos proporción de areniscas. En general, la formación La Puerta correlaciona en su parte media y tope (miembros Playa y Timoteo) con la formación Isnotú en el Flanco Norte de Los Andes. 19 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Formación Lagunillas (Mioceno Medio): En el campo Bachaquero la formación Lagunillas está subdividida en tres miembros, que de base a tope son: Lagunillas Inferior, Laguna y Bachaquero. El Miembro Bachaquero es el superior y está formado por areniscas arcillosas potentes y su contacto es de carácter concordante con el Miembro Poro de la formación La Puerta. El Miembro Laguna es el intermedio de la formación Lagunillas y consiste en alternancias de areniscas bioturbadas correspondiente a canales de marea o estuarinos junto a lutitas fosilíferas depositadas en ambientes marinos de plataforma de aguas someras a medias. El Miembro Lagunilllas Inferior, constituye el intervalo basal de la formación Lagunillas y representa la evolución de un sistema deltáico destacándose hacia su base los depósitos más antiguos correspondientes a canales fluviales (rellenos de paleovalles); progresivamente Lagunillas Inferior-Laguna es concordante y transicional. La formación Lagunillas es equivalente lateral de la formación Isnotú en el Flanco Norte de Los Andes. Formación La Rosa (Mioceno Temprano): Constituida principalmente por sedimentos marinos (predominantemente lutíticos), ha sido subdividida en dos miembros que en orden ascendente son Santa Bárbara y Lutitas de la Rosa (Informal). El miembro Lutitas de La Rosa está constituido primordialmente por lutitas grises marinas, mientras que el miembro Santa Bárbara, está conformado por areniscas arcillosas poco consolidadas. Formación Paují (Eoceno Medio): Esta formación es infrayacente en forma discordante a la Formación La Rosa. Se encuentra constituida de una espesa secuencia de lutitas, claramente diferenciable de las areniscas de la formación Misoa infrayacente. Las lutitas típicas tienen color gris medio a oscuro y son macizas a físiles y concrecionarias. Frecuentemente exhiben fractura concoidal. Hacia la base de esta formación existe el desarrollo de unas capas de areniscas glauconíticas. Formación Misoa (Eoceno Temprano): En contacto concordante a la formación Paují se encuentra la formación Misoa. A grandes rasgos, está constituida por areniscas, limolitas y lutitas intercaladas. Las areniscas presentan tamaño de grano variado, pero en general, son de grano fino y gradan a limolitas; son duras, micáceas y 20 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. carbonáceas. Esta localización se perforó hasta la sub-unidad B-1 de la formación Misoa. Figura 8. Columna estratigráfica generalizada del Campo Ceuta-Tomoporo. Fuente: PDVSA. (2013) 1.6.2 Estratigrafía regional campo La Ceiba La secuencia estratigráfica en el campo La Ceiba está constituida de base a tope como se describe a continuación (ver figura 9): La secuencia se inicia con la formación Colón, de edad Cretácico, la cual está integrada por lutitas microfosilíferas de color gris oscuro a negras, posteriormente se depositaron en forma discordante la formación Misoa durante el Eoceno, formada por la intercalación de areniscas y lutitas. Suprayacente a esta, se encuentra en forma discordante los sedimentos de la formación Palmar, correspondientes a intercalaciones de areniscas y argilitas. Posteriormente se depositaron los 21 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. sedimentos de la formación Isnotú durante el Mioceno, conformados predominantemente por arcillas e intercalaciones de areniscas. Sobre estas formaciones del Mioceno se sedimentaron en forma concordante la formación Betijoque de edad Mio-Plioceno, conformados por conglomerados macizos, arcillas macizas y areniscas poco consolidadas. En forma concordante la cuenca se terminó de rellenar con sedimentos de la formación Carvajal de edad reciente, que consiste de arenas y gravas macizas mal cementadas. La formación Misoa corresponde a la unidad estratigráfica prospectiva en el área y está dividida operacionalmente en los miembros informales denominados “Arenas B” y “Arenas C”. La sección superior de la formación Misoa la integran las “Arenas B" clasificadas en B-Superior (B-1 a B-5) y B-Inferior (B-6 y B-7); mientras que la sección inferior la constituyen las “Arenas C”, divididas a su vez en C-Superior (C1C3) y C-Inferior (C4-C6). Como se mencionó anteriormente, la formación Misoa en el Campo La Ceiba se encuentra erosionada hacia el tope producto de la Discordancia del Eoceno, encontrándose que hacia el norte (Pozo CEI-6X), la Unidad B-1 y parte de B-2 fueron removidas, mientras que hacia el sur (Pozo CEI-3X), la erosión fue mayor, alcanzando incluso hacia la base de la Unidad B-4. Las Unidades B-4 y B-6, son las más prospectivas en el área. Las mismas están separadas verticalmente por una lutita regional (Unidad B-5), de un espesor menor de 500 pies, que separa hidráulicamente las zonas de B Inferior y B Superior. 22 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 9. Columna Estratigráfica Campo La Ceiba. Fuente: PDVSA. (2013) 1.6.3 Geología estructural campo Franquera Estructuralmente, el campo Franquera está constituido por un monoclinal contra la falla normal VLG-3729, la cual fue parcialmente invertida durante el Eoceno Medio y Mioceno, de rumbo NO-SE con un buzamiento suave de 3º a 5º hacia el sur. Las fallas que lo cruzan son normales y desplazamientos que varían entre 50 y 200 pies. Las fallas principales tienen una dirección preferencial N-S. Esta estructura está delimitada hacia el norte por la Falla VLG-3729 de dirección general O-E y buzamiento al norte, originalmente de tipo normal, la cual fue parcialmente invertida durante el Eoceno Medio y Mioceno, alcanzando saltos verticales entre 50 y 200 pies a nivel del Terciario. Debido al aumento de espesor de los niveles más profundos, el salto inverso solo se observa en los niveles someros, (Paují, Tope de Misoa), mientras que en los niveles subyacentes, el salto es aparentemente normal, aunque el último movimiento de la falla haya sido inverso. El límite oeste lo constituye la falla normal denominada Pasillo 1, que buza hacia el este y 23 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. tiene una dirección preferencial NNO-SSE, la cual se profundiza hasta el Paleoceno y presenta saltos verticales de hasta 400 pies. Hacia el este, el límite está definido por una falla normal con buzamiento hacia el este, que se denomina Falla TOM-1, la cual presenta un salto vertical de hasta 600 pies. Hacia el sur la estructura monoclinal es cortada preferencialmente en dirección oesteeste por la falla VLG-3783, con buzamiento al norte y de componente normal, posee saltos verticales que alcanzan los 300 pies aproximadamente. El pozo FRA-0003 estructuralmente a nivel del Eoceno (Unidades B-1 y B-4), está ubicada al oeste del bloque homoclinal fallado, el cual a este nivel presenta suaves buzamientos (3-5°). Este bloque monoclinal está delimitado por las fallas principales que enmarca el Campo Franquera y presenta además cortes transversales de fallas secundarias normales e inversas de dirección preferencial NNO-SSE, con saltos que oscilan entre 100-150 pies, relacionadas con la extensión del margen de la cuenca durante el Eoceno y con los eventos de compresión de la cuenca durante el Mioceno (Figura 10). Figura 10. Marco Estructural Franquera. Fuente: PDVSA. (2013) 24 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 1.6.4 Geología estructural campo Moporo El yacimiento "B Sup VLG-3729" ha sido dividido estructuralmente en seis regiones, delimitadas por fallas claramente definidas a partir de los levantamientos sísmicos del área. Cada región presenta rasgos estructurales que las diferencian entre sí, tal como se describen a continuación: Los bloques estructurales correspondientes a las regiones 1 y 3, en rasgos generales están conformados por un homoclinal de rumbo ENE-OSO y un buzamiento aproximado de 3 a 7° hacia el sur-sureste, aunque hacia el oeste de ambos bloques estructurales, se observa un cambio en el buzamiento hacia el suroeste, producto de los esfuerzos compresivos contra la falla mayor del yacimiento (Falla VLG-3686). La región 2, está conformada por un homoclinal de rumbo NE-SO, con un buzamiento promedio de 4° al noroeste. La región 4, corresponde a un anticlinal con eje en dirección SO-NE, cuyos flancos poseen un buzamiento entre 5 y 10° hacia el NO, SO y SE. La región 5, está conformada por un anticlinal, cuyo eje se orienta en dirección N-S y un buzamiento entre 3 y 5° al sureste. La región 6 está representada por un homoclinal de rumbo O-E y buzamientos entre 3 y 5° al sur. El yacimiento "B Superior VLG-3729", está limitado como se describe a continuación: Al norte, por la falla normal VLG-3729 de dirección preferencial O-E y buzamiento hacia el norte, la cual separa el área 8 sur del Área 8 Norte, hacia el sur en las regiones 3 y 5, el yacimiento está limitado por un C.A.P. @ -17150' b.n.l., mientras que en la región 6 el límite lo constituye el C.A.P. @ -17270' b.n.l., Al oeste está limitado por la falla inversa VLG-3686 de dirección NO-SE y buzamiento hacia el noreste, la cual separa el área 8 sur del área 2 sur mientras que al este el límite lo constituye la falla normal pasillo 1, de dirección N-S y buzamiento al este (Figura 11). 25 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 11. Marco Estructural Yacimiento B-Superior VLG-3729. Fuente: PDVSA. (2013) 1.6.5 Geología estructural campo La Ceiba El Área La Ceiba está localizada entre dos estructuras de carácter regional (ambas de comportamiento transgresivo), al oeste por la Falla de Pueblo Viejo en dirección NNO-SSE, y al este por los sistemas de fallas del Alto de Barúa, con rumbo N-S. Localmente, el Área La Ceiba está cortada por dos sistemas de fallas, un sistema de fallas normales NO-SE, relacionadas con la extensión del margen de la cuenca durante el Eoceno y un sistema de fallas inversas E-O, relacionadas con los eventos de compresión de la cuenca durante el Mioceno y la consiguiente subsidencia. El área presenta una alta continuidad, con acumulaciones probadas y estimadas principalmente en las estructuras de pliegues de inversión de las fallas tipo pasillo, 26 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. propiciados en un sistema de fallas transcurrentes en dirección aproximada E-O paralelas al sistema de fallas VLG-3729, VLG-3783 y Ceiba 5; intersectado, a su vez, por el sistema de fallas normales de dirección noreste-sureste de edad Eoceno y el sistema de fallas inversas de edad Mioceno, de dirección NE-SO, creando un grupo de bloques o compartimentos que entrampan el hidrocarburo al nivel de las Arenas B Inferior y B Superior de la formación Misoa. Se estima que la inversión del sistema de fallas ocurrió durante el período del Eoceno hasta el Mioceno, después de la depositación de las arenas B de la formación Misoa, de edad Eoceno Superior (figuras 12 y 13). Figura 12. Mapa Estructural de los Yacimientos MISB6 CEI0003, MISB6 CEI0001 y MISB6 CEI0004. Fuente: PDVSA. (2013) 27 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 13. Mapa Estructural de los Yacimientos MISB6 CEI0005 y MISB6 CEI0006. Fuente: PDVSA. (2013) 1.7 Conclusiones En el presente capitulo, después de haber analizado las diferentes investigaciones que han tributado al conocimiento de la geoquímica de los yacimientos de petróleo, se han caracterizado los yacimientos del Eoceno B Superior de las regiones lago y tierra: Franquera, Moporo y La Ceiba, en cuanto a las condiciones geológicas en las que se encuentran emplazados. La columna estratigráfica del área correspondiente a los campos Franquera y Moporo está representada por secuencias terrígenas: areniscas, arcillas, lutitas y argilitas y en ocasiones material calcáreo, que van desde el Eoceno Temprano hasta el Plioceno Tardío-Pleistoceno. La secuencia estratigráfica en el campo La Ceiba está conformada por unidades cretácicas en su base, iniciando con la formación Colón, formada por lutitas 28 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. microfosilíferas y que muestra en su tope a la formación Carvajal de edad reciente, constituida por arenas y gravas. Estructuralmente los tres campos, a pesar de presentar rasgos tectónicos específicos, muestran como rasgo común la presencia de fallas normales de dirección noroeste-sureste. 29 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. CAPÍTULO II – MATERIALES Y MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN 2.1 Introducción 2.2. Tipo de investigación 2.3. Métodos empleados en la investigación 2.3.1 Selección de pozos del área 2.3.2 Selección de muestras 2.3.3 Geoquímica de gases para evaluación y monitoreo de H2S y CO2 2.3.4 Métodos y procesamiento 2.3.5 Análisis isotópicos de azufre de los sulfuros precipitados a partir del H2S 2.3.6 Cromatografía de Gases 2.3.7 Generación de mapas de isoconcentraciones de H2S y CO2 2.3.8 Técnicas para la recolección de información 2.4 Conclusiones 2.1 Introducción En este capítulo, se abordan los criterios metodológicos pertinentes al momento técnico operacional del proceso investigativo, se expone el conjunto de métodos, técnicas, protocolos e instrumentos que permitirán obtener la información requerida para el estudio propuesto. Se trata del abordaje del objeto de estudio para lograr confrontar la visión teórica del problema con los datos reales. Igualmente, se explican las estrategias metodológicas utilizadas, tales como: tipo de investigación, población y muestra, las técnicas e instrumentos de recolección de datos, así como la técnica de tratamiento, análisis de dichos datos y el procedimiento de la investigación. 2.2. Tipo de investigación Según el nivel de profundidad del conocimiento, esta investigación se considera de tipo descriptiva, bajo la modalidad de campo, pues mediante 4 campañas de muestreo en el área FRAMOLAC se recolectaron muestras de crudo y gas para realizarle análisis isotópicos de azufre de los sulfuros precipitados a partir de H2S y poder determinar el origen del H2S y CO2. 30 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. La presente investigación es descriptiva de campo porque los datos fueron recolectados directamente del cabezal del pozo para determinar el origen de gases ácidos en el área FRAMOLAC y poder generar mapas de isoconcentraciones de H2S y CO2 del área con la finalidad de disminuir la producción de gases ácidos e identificar el mecanismo de generación que predomina, dando solución a esta problemática que existe en el Distrito Sur del Lago Trujillo. Al mismo tiempo, la investigación es de tipo documental porque se consultaron manuales, libros, folletos, artículos, tesis de grado, entre otros, con la finalidad de recopilar información necesaria para la elaboración de la presente investigación. Según Cázares y otros (2000:18), la investigación documental “depende fundamentalmente de la información que se recoge o consulta en documentos, entendiéndose este término, en sentido amplio, como todo material de índole permanente, es decir, al que se puede acudir como fuente o referencia en cualquier momento o lugar, sin que se altere su naturaleza o sentido, para que aporte información o rinda cuentas de una realidad o acontecimiento”. 2.3. Métodos empleados en la investigación El estudio propuesto se adecuó a los propósitos de la investigación experimental, debido a que las muestras y datos obtenidos en el campo son llevados al laboratorio, para obtener los resultados y análisis que nos llevarán a determinar el origen y los mecanismos de generación de los gases ácidos, de tal manera que permita un adecuado estudio del yacimiento Eoceno “B” superior. En los laboratorios de PDVSA-INTEVEP, se sometieron a diferentes análisis geoquímicos las muestras de crudo y gas. - Análisis realizados al crudo: gravedad API, % V/N, %S,  34 S - Análisis realizados al gas: cromatografía de gas,  34 S (H2S) en precipitado de sulfuros, H2S (ppm) y CO2 (%). El procedimiento experimental se realizó en dos fases: la primera referida al tratamiento previo de las muestras de crudo y gas y luego, la segunda fase, 31 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. relacionada a la metodología correspondiente a los ensayos en condiciones estáticas y dinámicas, para evaluar el comportamiento de estas interacciones. El trabajo de esta investigación fue realizada a partir de: - Selección de pozos del área. - Selección de muestras. - Técnica de geoquímica de gases para evaluación y monitoreo de H2S y CO2. - Métodos y procesamiento. - Análisis isotópicos de azufre de los sulfuros precipitados a partir de H2S. - Técnicas para la recolección de información. 2.3.1 Selección de pozos del área Con la finalidad de realizar análisis químico e isotópico a las muestras de crudo y gas, se realizó un muestreo a la mayoría de los pozos que conforman el área FRAMOLAC, de esta manera, la población que sirvió como objeto de investigación fueron 48 pozos pertenecientes al área (Anexo 3), de los cuales 16 pozos están produciendo del Yacimiento B1 y 32 pozos del yacimiento B4, del Distrito Sur Lago Trujillo. Dicha selección contó previamente con un análisis realizado por el departamento de geoquímica en Los Teques Intevep, por cuanto hasta la fecha de inicio del presente estudio no existían análisis isotópicos de azufre a los sulfuros precipitados a partir de H2S. 2.3.2 Selección de muestras En este trabajo se presentan los primeros esfuerzos realizados en PDVSA Intevep para determinar la composición isotópica del azufre de 21 muestras de crudo correspondientes a los yacimientos de Moporo (Lago y Tierra) y La Ceiba, ubicados en el occidente de Venezuela. Cabe destacar que la caracterización isotópica del azufre en el crudo permite en primera instancia generar un mapa con la información de 34S de la zona de estudio con el objetivo de estudiar los principales procesos que controlan el ciclo biogeoquímico de este elemento en el yacimiento y asimismo, comprender el mecanismo predominante para la generación de H2S en el yacimiento. 32 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Adicionalmente, la información de los isótopos de azufre en los crudos resulta útil para interpretar la ocurrencia y nivel de biodegradación del crudo. La instrumentación usada para el estudio del crudo fue un Espectrómetro de Masa de Relaciones Isotópica (IRMS, por sus siglas en inglés) de Thermo Scientific, modelo DELTA V Plus, acoplado a un analizador elemental marca Thermo Scientific, modelo FlashEA 1112, mientras que en el estudio de los sulfuros precipitados a partir del H2S se utulizó un espectrómetro de masas de relaciones isotópicas (IRMS) de thermo scientific modelo DELTA V plus, acoplado a un analizador elemental (EA) marca Costech modelo 4010. Treinta (30) muestras de crudos del área FRAMOLAC fueron recolectados durante tres campañas de muestreo. Estos crudos fueron caracterizados por su gravedad API, porcentajes de saturados y aromáticos, compuestos NSO y asfaltenos, cromatografía de gases para crudo total, fracciones C4-C7 y aromáticos. En el presente trabajo, veintisiete de estos crudos fueron separadamente analizados para contenido de azufre y relación isotópica de azufre (34S). Las muestras fueron oxidadas en una bomba de la compañía Parr Instrument. El sulfato en el lavado de la bomba fue precipitado con Ba2+. El precipitado BaSO4 sirvió para la determinación gravimétrica de la conversión del contenido de azufre a SO2 para espectrometría de masas. Las relaciones 34 S/32S son presentadas como valores 34S. Los resultados mostrados en esta investigación corresponden a cuatro campañas de muestreo realizados el 11-15 de junio 2012, 13 de agosto de 2012, 27 - 31 de mayo 2013 y el 11 - 15 de noviembre de 2013 en los yacimientos del campo Franquera, Moporo y La Ceiba. 2.3.3 Geoquímica de gases para evaluación y monitoreo de H2S y CO2 Las muestras para la determinación del origen de los gases ácidos tienen distinta naturaleza. A continuación es presentado un esquema sencillo de las muestras a tomar y los análisis indicados para caracterizar los gases ácidos que originan la problemática en la generación y distribución del crudo (Figura 14). 33 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Análisis Gas -Análisis en Crudo -Contenido isotópico en crudo deshidratado, sulfuro de hidrógeno -Determinación % de C,H,S. gaseoso. -Caracterizados por su gravedad API, porcentajes de saturados y aromáticos, compuestos NSO y asfaltenos, cromatografía de gases para crudo total, fracciones C4-C7 y aromáticos. Figura 14. Toma de muestras para análisis de H2S y CO2. 2.3.4 Métodos y procesamiento 2.3.4.1 Muestreo de gas El procedimiento estándar para determinar la concentración de H2S ó CO2 en muestras de gas natural en puntos de producción (M-0461, 2006) está basado en las Normas GPA 2377-86 y ASTM D 4810-88. La Figura 15 muestra el esquema del aparato para la toma de muestra: 34 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 15. Esquema del equipo (modificado de GPA 2377-86 y ASTM D 4810-88). Fuente: García et al. (2006) En una primera etapa se realiza la inspección del punto de producción, verificando el sistema protector respiratorio, luego evaluar los riesgos del área. Es recomendable disponer de la planilla de reporte diario e identificar el punto de producción donde es realizada la toma de muestra. Seguidamente se verifica el estado del punto de producción y la presencia y estado de instrumentos de medición (manómetros y termómetros) en el punto de producción. Finalmente se selecciona el sitio de la toma de muestra en el punto de producción de tal forma que esta sea representativa del gas a analizar. Al reconocer la válvula fuente de conexión en el punto de producción, se abre y se deja pasar gas vigorosamente para limpiar la válvula. Se cierra la válvula y se instala un separador crudo/gas en la válvula fuente del punto de producción (Figura 16), se conecta el envase de recolección al separador crudo/gas y el envase para desechos al separador crudo/gas. Para la toma de muestra se abre la válvula fuente, la válvula de control B y la válvula de control D. 35 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 16. Conexión de separador crudo/gas El envase es colocado venteando hacia la atmósfera a través del orificio de acceso del envase de recolección (Figura 17). Es recomendable purgar el envase hasta haber desplazado todo el aire, durante 30 minutos como mínimo. Figura 17. Purga de envase de recolección Inmediatamente antes de aplicar cada medida, se prueba que la bomba de fuelle no tenga fugas. Se Inserta un tubo de detección cerrado y se presiona el fuelle (una bomba con fuga se abrirá durante la prueba) para la determinación de concentración. Se selecciona el tubo de detección adecuado, según el rango de concentración esperado de la muestra de gas. Si la concentración es desconocida se comienza por el tubo detector que mide una concentración mayor e se va disminuyendo hasta alcanzar el rango adecuado. La certidumbre en la lectura aumenta cuando el área coloreada cubre al menos hasta el 50 % de la escala en el tubo. Si esta región no es alcanzada empleando el número de carreras especificadas, hay que aumentar el número de éstas (siguiendo las recomendaciones del fabricante) y/o utilizar un tubo que registre un rango menor (M-0461, 2006). 36 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Se rompen los extremos del tubo detector e se inserta el orificio de salida del tubo (sin forzarlo) hasta la cabeza de la bomba de fuelle, registrando a la vez la temperatura a que sale el gas. El tubo detector solo puede utilizarse a una temperatura menor de 30°C, por lo que si la temperatura del gas fuese mayor, es necesario enfriarlo pasándolo a través de un baño de enfriamiento. Luego se coloca el tubo detector en el envase de recolección a través del orificio de acceso y el venteo. Es importante utilizar el envase purgado completamente de aire y controlar la válvula de forma tal que exista siempre un flujo positivo de gas saliendo del orificio de acceso y venteando durante el curso de toda la determinación Las mediciones reportadas realizadas con tubos calorimétricos tipo Drager, están basados en la reacción de acetato de plomo con H2S para generar como producto un precipitado color marrón oscuro de sulfuro de plomo: Pb(CH 3 COO) 2  H 2 S  PbS  2CH 3 COOH (5) La precisión analítica del Drager es baja: 15-25 %, pero es el único método de campo que permite, a un costo razonable, realizar monitoreos sistemáticos en todos los puntos de producción. La medición de Drager está afectada por las condiciones de humedad atmosférica; adicionalmente, el H2S es un compuesto muy reactivo que reacciona con el acero de las líneas de producción. Ambas condiciones son difíciles de controlar (Alberdi et al., 2002). De manera más detallada las reacciones del H2S en los tubos detectores que tienen lugar son (Da Silva et al.1983): Re acción 1 Re acción 2 Re acción 3 Pb 2   H 2 S  PbS  2 H  ( pardo claro) Hg Cu 2 2  H 2 S  HgS  2 H  H 2 S  CuS  2 H   ( pardo claro) Complejo (negro) (6) (7) (8) Luego que se estima la concentración de H2S con los Drager, es operada la bomba succionando el volumen de gas (100 cm3 por carrera) a través del tubo detector. En cuanto al número de carreras a efectuar, son seguidas las instrucciones del 37 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. fabricante para cada tipo de tubo. Seguidamente se quita el tubo detector de la bomba y se lee inmediatamente la concentración en la escala del tubo. El número que coincida con el final del área coloreada representa la concentración aproximada de H2S o CO2 (Figura 18) en la muestra de gas natural. Es necesario anotar la presión barométrica y la temperatura del gas que pasa a través del tubo detector Figura 18. Medición de la concentración de H2S y CO2 En las figuras 19, 20 y 21 se presentan la ubicación de los pozos con muestras de gases del área de FRAMOLAC. 38 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 2 km Muestras de gases (H2S y CO2) Figura 19. Mapa de ubicación de las muestras de gases captadas en pozos del área de Franquera. 39 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 2 km Muestras de gases (H2S y CO2) Figura 20. Mapa de ubicación de las muestras de gases captadas en pozos del área de Moporo. 40 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 2 km Muestras de gases (H2S y CO2) Figura 21. Mapa de ubicación de las muestras de gases captadas en pozos del área de La Ceiba. 41 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 2.3.4.2 Preparación de H2S y CO2 para análisis isotópico Los valores de isótopos de azufre y carbono en una muestra de gas están asociados a la fuente. Como el H2S es un gas que reacciona rápidamente con los aceros convencionales y con vidrio, para ser analizado en laboratorio fue capturado en bolsas especiales (Figura 22) pero aun así el tiempo transcurrido entre la toma de la muestra y la medición analítica en el laboratorio no puede ser mayor a 72 horas. Figura 22. Gas recolectado en bolsas especiales con una presión máxima de 5psi En vista de que los isótopos de azufre son cuantificados fuera del país, existe una metodología que permite precipitar el azufre del H2S (Figura 23) como un sólido estable mediante una reacción simple y estequiométrica. El compuesto formado es sulfuro de plata un sólido fácil de transportar que mantiene la relación isotópica del azufre en el H2S original. Figura 23.Precipitación de H2S H 2 S  AgCOOH 3  Ag 2 S  HCOOCH3 (9) 42 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. El H2S es burbujeado directamente desde el cabezal de los pozos sobre una solución de acetato de plata al 10 %. Al cabezal es conectado un separador y a la salida del separador tres trampas en línea, para evitar contaminación con crudo en aquellos pozos con alta producción. La fase gaseosa tomada y pasada por las tres trampas, es burbujeada por varios minutos sobre la solución de acetato de plata obteniéndose un precipitado de sulfuro de plata, sólido, insoluble (Kps = 6 x 10-51). 2.3.4.3 Muestreo de crudo El muestreo de crudos se efectuó a nivel de cabezal de pozo en las líneas de flujo, en cuyo caso fueron tomadas muestras de un (1) galón para pozos del área de Franquera, Moporo y La Ceiba. En la figura 24 es representado el esquema realizado en campo y los análisis aplicados en las muestras recolectadas. Figura 24. Esquema para la captura y análisis de muestras de crudos. En lo que respecta a la fracción C15-, la muestra se recolectó en envases de color ámbar de 100 mL y de boca de sello de 20 mm con septum de goma y tapa de aluminio. Para ello, fue necesario contar con mangueras de alta presión conectadas a un separador bifásico, dos (2) agujas con recubrimiento de cobre, una para inyectar el fluido y la otra para liberar presión, y la pistola de sellado de septum. Tomadas las muestras, éstas se llevaron al laboratorio para ser analizadas por cromatografía de 43 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. gases de crudo total (Whole Oil). En las figuras 25 y 26 se visualiza la forma de captar las muestras de C15-. Figura 25. Montaje instrumental para la toma de la fracción C15- Figura 26. Toma de muestra de la fracción C15- En los pozos seleccionados para la captura de la fracción C15- también se recolectaron muestras de crudos sin volátiles en envases de un (1) galón. En las figuras 27, 28 y 29 son apreciados los pozos con muestras de crudos sin volátiles y con volátiles (C15-) del área de FRAMOLAC. 44 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 2 km Muestra de crudo sin volátiles y con volátiles (C15-) Muestra de crudo (sin volátiles) Figura 27. Mapa de ubicación de las muestras de crudo del área de Franquera con y sin volátiles. 45 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 2 km Muestra de crudo sin volátiles y con volátiles (C15-) Muestra de crudo (sin volátiles) Figura 28. Mapa de ubicación de las muestras de crudo del área de Moporo Tierra con y sin volátiles. 46 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 2 km Muestra de crudo sin volátiles y con volátiles (C15-) Muestra de crudo (sin volátiles) Figura 29. Mapa de ubicación de las muestras de crudo del área de La Ceiba con y sin volátiles. 47 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 2.3.5 Análisis isotópicos de azufre de los sulfuros precipitados a partir del H2S Ensayo: Análisis isotópico del δ34S vía flujo continuo (EA-IRMS) Tipo de muestras: Sulfuros precipitados a partir del H2S Procedimiento experimental La instrumentación usada en este estudio fue un espectrómetro de masas de relaciones isotópicas (IRMS) de thermo scientific modelo DELTA V plus, acoplado a un analizador elemental (EA) marca Costech modelo 4010. Se utilizaron el PSO_1 y PSR_1 como patrones internos, los cuales están calibrados con el patrón internacional NBS-127 que a su vez esta referenciado a la escala internacional para el azufre (CDT). La introducción de las muestras y los patrones al (IRMS), fue vía flujo continuo mediante el uso del analizador elemental (EA). Las muestras y los patrones fueron pesados en una capsula de estaño mezclándola en una relación 1:1 con el V2O5 como agente oxidante para facilitar la reacción de combustión en caso de los sulfatos. Posteriormente las capsulas se colocaron en el automuestreador del analizador elemental (EA), las cuales caen en un reactor de combustión a 1000°C que posee una zona de oxidación (WO3) y una de Reducción (Cobre metálico), los productos generados del reactor (N2, SO2 y H2O), son transportados a una trampa de agua para la remoción de la misma, y posteriormente fluyen hacia la columna cromatográfica a 90 °C, donde son separados el N2 y SO2 para finalmente ser analizadas las relaciones isotópicas del azufre en forma de SO2 en el IRMS. 2.3.6 Cromatografía de Gases Como parte del estudio para identificar el origen y migración del H2S y CO2 en los campos Franquera, Moporo y La Ceiba (FRAMOLAC) ubicados en el occidente venezolano, se realizaron cuatro campañas de muestreo de fluidos (crudo y gas) durante el 2012 y 2013. Se utilizaron bolsas aluminizadas y un separador bifásico conectado directamente al cabezal para separar el gas del crudo. Las bolsas aluminizadas fueron analizadas por cromatografía de gases acoplado a un detector específico de azufre, considerando que el tiempo transcurrido entre la toma de la muestra y la medición analítica en el laboratorio no puede ser mayor a 72 horas. Se 48 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. recolectaron 13 muestras de gas de las cuales 8 corresponden al campo Franquera y 5 al campo Moporo. 2.3.7 Generación de mapas de isoconcentraciones de H2S y CO2 Para la elaboración de estos mapas fueron utilizadas las concentraciones de H2S y CO2 medidas con los tubos colorimétricos, analizador automático y cromatografía de gases. De igual manera, se utilizaron los valores reportados con el equipo de Well Testing durante el año 2010, 2011 y 2012 (135 mediciones para el H2S y 135 mediciones para el CO2). La distribución de la concentración de H2S y CO2 en el área de Franquera, Moporo y La Ceiba fueron mapeadas usando el software Discovery. Los estilos estructurales (fallas) y los límites de yacimiento fueron obtenidos del modelo estático más reciente. Los grids de H2S y CO2 fueron construidos usando el promedio entre los diferentes datos disponibles. Este programa de mapeo usa interpolaciones y extrapolaciones complejas y su uso está limitado a áreas con suficientes datos disponibles. No obstante, estos proporcionan un “retrato” de la variación espacial de la concentración de ambos en el área de FRAMOLAC. 2.3.8 Técnicas para la recolección de información Según Hurtado (2010) “el proceso de recolección de datos requiere del empleo de técnicas e instrumentos que permitan acceder a la información necesaria durante la investigación”. Para el desarrollo de esta investigación fue necesario utilizar herramientas que permitieron recolectar el mayor número de información necesaria para obtener un conocimiento más amplio de la realidad de la problemática. Por naturaleza del estudio se requirió la recopilación documental, la cual según Hurtado (2010) la revisión documental “es una técnica en la cual se recurre a información escrita, ya sea bajo la forma de datos que pueden haber sido producto de observaciones o de mediciones hechas por otros, o como textos que en sí mismos constituyen las unidades de estudio”. De este modo, se consultaron los antecedentes relacionados con la investigación, al igual que documentos escritos, formales e informales, tales como; libros, manuales, leyes, resoluciones, revistas científicas, páginas web y folletos sobre yacimientos, 49 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. completación, cañoneo, reservas de gas natural y petróleo, entre otros. Igualmente, se consultaron aplicaciones corporativas para obtener la información necesaria y así evaluar los pozos del campo Moporo los cuales se encuentran activos en los Yacimientos B1 y B4. 2.4 Conclusiones En el presente capítulo se han establecido los métodos empleados en la consecución del objetivo propuesto, así como la metodología seguida. La investigación es de tipo descriptiva, basada en la información obtenida en 4 campañas de muestreo en el área FRAMOLAC, donde se recolectaron muestras de crudo y gas para realizarle análisis isotópicos de azufre de los sulfuros precipitados a partir de H2S y poder determinar el origen del H2S y CO2. 50 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. CAPÍTULO III – ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS 3.1 Introducción 3.2 Resultado de la medición de H2S y CO2 con tubos colorimétricos 3.3 Análisis de cromatografía de gases para compuestos azufrados 3.4 Distribución espacial del H2S y CO2 3.5 Origen de los crudos 3.6 Clasificación de los Crudos 3.6.1 Fracción C15+ 3.7 Análisis de biomarcadores 3.7.1 Origen de los crudos 3.7.2 Tipo de roca fuente 3.7.3 Madurez térmica de los crudos 3.7.4 Biodegradación de los crudos 3.8 Análisis de gases del área de FRAMOLAC 3.8.1 Mecanismos de generación de gases ácidos 3.9 Procesos geoquímicos evolutivos en el área de FRAMOLAC. 3.10 Origen del H2S y CO2 3.11 Correlación de 34S crudo - H2S 3.12 Tipo de materia orgánica 3.13 Temperatura del yacimiento 3.14 Conclusiones 3.1 Introducción Después de haber realizado el análisis de la base teórica de la investigación, incluyendo el estado del arte que existe sobre el tema que constituye el objeto declarado y las características geográficas y geológicas del yacimiento; y haber aplicado los métodos de investigación declarados, procedemos a presentar los resultados obtenidos de la caracterización química e isotópica de los fluidos (crudo y gas) recolectados durante el 2012 y 2013 en el área de FRAMOLAC. 3.2 Distribución espacial del H2S y CO2 Con el objetivo de conocer la distribución espacial de los gases ácidos se confeccionaron los mapas de isoconcentración, a partir de los resultados obtenidos 51 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. de las mediciones realizadas con tubos colorimétricos Drager y un analizador automático durante cuatro campañas de muestreo realizadas en el área de estudio; así como los resultados obtenidos a través de la cromatografía de gases para compuestos azufrados. La concentración de H2S determinada con tubos colorimétricos Drager varió entre 9 ppm y 83 ppm, como se muestra en la tabla 1. Para el caso del CO2, la concentración promedio fue entre 3 % y 12 %. Todos estos datos fueron comparados con mediciones realizadas por PDVSA Intevep (2006) utilizando ampollas Drager, así como valores reportados por Schlumberger (2010-2012) utilizando Well Testing. Basado en los resultados obtenidos de las diferentes técnicas de medición, se elaboraron mapas de isoconcentración tanto para la Unidad B-1 como para la Unidad B-4. La concentración de H2S en las unidades B-1 y B-4 varío entre 9 ppm y 52 ppm, observándose mayores concentraciones de H2S hacía la Unidad B-4. Los resultados reflejan mayores concentraciones de H2S en la parte central de FRAMOLAC, específicamente en Moporo (30 – 58 ppm). El H2S disminuye gradualmente hacia el este (Franquera 21 – 42 ppm) y es mucho más notorio hacia el oeste (< 18 ppm). La concentración de H2S en La Ceiba fue 19-35 ppm. El CO2 presentó un comportamiento similar al H2S, variando entre 1 % y 16 %. 52 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Tabla 1. Concentraciones de H2S y CO2 medidas con tubos colorimétricos Drager durante el 2012 y 2013 H2S (ppm) CO2 (%) Pozo Jun 2012 May 2013 Nov 2013 Prom Jun 2012 May 2013 Nov 2013 Prom TOM-0007 - - 40,0 40,0 - - 3,0 3,0 TOM-0008 - - 40,0 40,0 - - 5,5 5,5 TOM-0010 - - 62,0 62,0 - - 12,0 12,0 TOM-0013 16,0 - - 16,0 - - - - TOM-0018 22,0 - 26,0 24,0 - - 9,0 9 TOM-0020 - 30,0 - 30,0 - - - - TOM-0021 - - 29,0 29,0 - - 6,1 6,1 TOM-0023 - - 45,0 45,0 - - 7,0 7,0 TOM-0025 - 83,0 - 83,0 - - - - TOM-0028 - - 27,0 27,0 - - - - TOM-0032 - 70,0 40,0 55,0 - - - - TOM-0034 - 55,0 - 55,0 - - - - VLG-3822 9,0 - - 9,0 - - - - VLG-3831 17,0 - - 17,0 - - - - VLG-3860 11,0 - - 11,0 - - - - VLG-3866 14,0 - - 14,0 - - - - VLG-3872 15,0 - - 15,0 - - - - VLG-3889 12,0 - - 12,0 - - - - FRA-0002 - 30,0 35,0 32,5 - - 4,0 4,0 FRA-0004 - - 44,0 44,0 - - 6,4 6,4 FRA-0005 - 28,0 - 28,0 - - - - FRA-0007 - 15,0 - 15,0 - - - - FRA-0008 - 38,0 24,0 31,0 - - 6,0 6,0 FRA-0009 - 40,0 - 40,0 - - - - FRA-0017 - - 30,0 30,0 - - 7,0 7,0 FRA-0018 - - 21,0 21,0 - - 4,0 4,0 FRA-0019 - - 32,0 32,0 - - 11,6 11,6 CEI-004X 20,0 - 42,0 31,0 - - - - CEI-005X 35,0 - - 35,0 5,0 - - 5,0 CEI-006X 19,0 - - 19,0 - - - - CEI-007X - - 25,0 25,0 - - - - Los valores reportados por el método de cromatografía de gases se muestran en las tablas 2 y 3, y corresponden al análisis de azufre discriminado en gas natural y gases combustibles (norma ASTM D5504) realizado en los Laboratorios de Química Analítica de PDVSA Intevep. 53 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Los resultados obtenidos con estas determinaciones de laboratorio se analizan conjuntamente con la distribución de los gases ácidos obtenidos. Tabla 2. Resultados de cromatografía de gases para compuestos azufrados de los pozos de Franquera. Compuesto FRA-1X FRA-02 FRA-3X FRA-05 FRA-6X FRA-08 FRA-09 FRA-10 Sulfuro de hidrógeno 66,65 54,52 40,31 20,83 62,57 54,19 44,08 18,96 Sulfuro de carbonilo 0,00 0,21 0,15 0,24 0,00 0,03 0,00 0,06 Metilmercaptano 0,32 0,19 0,56 0,04 0,06 0,02 0,08 0,07 Etilmercaptano 0,24 0,12 0,26 0,02 0,04 0,02 0,08 0,05 Dimetilsulfuro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Disulfuro de carbono 0,00 0,03 0,89 0,00 0,00 0,00 4,73 0,00 Isopropil mercaptano 0,03 0,00 0,00 0,01 0,06 0,00 0,00 0,03 Terbutil mercaptano 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 n-propil mercaptano 0,05 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,03 0,04 Etil-metil sulfuro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Tiofeno / Secbutil merc 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Isobutil mercaptano 0,00 0,04 0,54 0,01 0,00 0,00 0,13 0,00 Dietil sulfuro 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 n-Butil-mercaptano 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Dimetil disulfuro 0,04 0,05 0,06 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2-metil tiofeno 0,00 0,00 0,32 0,01 0,00 0,00 0,11 0,00 3-Metil tiofeno 0,00 0,00 0,26 0,01 0,00 0,00 0,12 0,00 Ter Amil mercaptano 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Iso Amil mercaptano 0,00 0,00 0,19 0,00 0,00 0,00 0,15 0,00 n – Amil mercaptano 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Dialil sulfuro 0,00 0,00 0,14 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Dipropil sulfuro 0,00 0,00 0,19 0,01 0,00 0,00 0,15 0,00 n-Hexil mercaptano 0,00 0,00 0,21 0,00 0,00 0,00 0,23 0,00 Dietil disulfuro 0,00 0,00 0,13 0,02 0,00 0,00 0,13 0,00 n-Heptil mercaptano 0,00 0,00 0,11 0,01 0,00 0,00 0,09 0,00 Dibutil sulfuro 0,00 0,00 0,17 0,01 0,00 0,00 0,05 0,00 TOTAL 67,33 55,15 44,48 21,24 62,72 54,26 50,17 19,20 54 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Tabla 3. Resultados de cromatografía de gases para compuestos azufrados de los pozos de Moporo. Compuesto Sulfuro de hidrógeno Sulfuro de carbonilo Metilmercaptano Etilmercaptano Dimetilsulfuro Disulfuro de carbono Isopropil mercaptano Terbutil mercaptano n-propil mercaptano Etil-metil sulfuro Tiofeno / Secbutil merc Isobutil mercaptano Dietil sulfuro n-Butil-mercaptano Dimetil disulfuro 2-metil tiofeno 3-Metil tiofeno Ter Amil mercaptano Iso Amil mercaptano n – Amil mercaptano Dialil sulfuro Dipropil sulfuro n-Hexil mercaptano Dietil disulfuro n-Heptil mercaptano Dibutil sulfuro TOTAL TOM-08 TOM-11 TOM-14 TOM-21 TOM-34 22,40 0,12 0,02 0,01 0,00 0,00 0,02 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 22,56 79,35 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 79,35 46,63 0,00 0,07 0,04 0,00 0,00 0,02 0,00 0,02 0,00 0,00 0,02 0,00 0,00 0,00 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,03 0,04 0,04 46,95 69,90 0,00 0,17 0,09 0,00 0,00 0,08 0,00 0,02 0,00 0,00 0,09 0,00 0,00 0,00 0,03 0,02 0,00 0,01 0,00 0,02 0,02 0,01 0,05 0,00 0,00 70,53 1,38 0,18 0,04 0,03 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,03 0,02 0,01 0,00 0,00 0,07 0,05 0,07 0,09 0,00 0,08 1,74 Las concentraciones de H2S y CO2 obtenidos para las unidades B-1 y B-4 se muestran en la tabla 4. 55 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Tabla 4. Concentraciones de H2S y CO2 Unidad B-1 Unidad B-4 POZO CO2 (%) H2S (ppm) POZO CO2 (%) H2S (ppm) TOM0007 6,5 25,7 TOM0010 12,3 57,0 TOM0008 6,7 44,1 TOM0011 12,7 54,3 TOM0019 11,5 43,0 TOM0012 8,5 42,8 TOM0013 12,9 30,4 TOM0020 13,9 35,6 TOM0014 9,0 49,4 TOM0021 7,4 34,6 TOM0015 7,9 45,3 TOM0022 10,4 32,6 TOM0016 9,5 43,5 TOM0023 9,9 45,0 TOM0017 11,0 35,0 TOM0024 10,2 40,3 TOM0018 9,5 34,3 TOM0026 10,5 24,5 TOM0025 10,7 57,7 TOM0028 9,5 30,3 TOM0027 7,5 49,0 TOM0029 14,3 38,7 TOM0034 13,7 51,5 TOM0030 14,5 53,5 VLG-3822 9,0 TOM0031 8,0 55,7 VLG-3831 17,0 TOM0032 7,0 47,3 14,0 48,0 VLG-3860 2,0 11,0 TOM0033 VLG-3866 4,0 14,0 VLG-3822 9,0 VLG-3831 17,0 VLG-3872 15,0 VLG-3889 12,0 VLG-3860 2,0 11,0 VLG-3862 2,0 13,0 FRA0001 10,1 31,8 VLG-3866 4,0 14,0 FRA0002 7,2 33,3 VLG-3872 FRA0004 8,2 40,5 VLG-3884 3,0 15,0 FRA0009 14,3 38,3 FRA0003 9,0 37,2 FRA0005 8,6 28,5 FRA0006 10,1 32,9 FRA0007 13,8 24,3 FRA0008 11,8 31,3 FRA0010 13,0 38,3 FRA0011 14,0 42,0 FRA0017 7,0 30,0 FRA0018 4,0 21,0 FRA0019 11,6 32,0 CEI-4X 7,0 31,0 CEI-5X 5,0 35,0 15,0 CEI-6X CEI-7X 19,0 7,0 25,0 56 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Los mapas de isoconcentración se confeccionaron para ambos gases, tanto para la Unidad B-1 como para la Unidad B-4 (figuras 30, 31, 32, 33). Los contornos sobre estos mapas (…20, 22, 24, 26 y así sucesivamente) están en ppm y sobre coordenadas UTM. Figura 30. Mapa de isoconcentración de H2S para la Unidad B-1 57 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 31. Mapa de isoconcentración de H2S para la Unidad B-4 De acuerdo con las figuras 30 y 31, la concentración de H2S en las unidades B-1 y B4 varía entre 9 ppm y 57,7 ppm respectivamente. No obstante, existe una ligera tendencia de encontrar mayores concentraciones de H2S hacia la Unidad B-4. Los mapas de las unidades B1 y B4 muestran las mayores concentraciones de H2S en la parte central de FRAMOLAC, específicamente en el área de Moporo Tierra (24-58 ppm). El H2S disminuye gradualmente hacia el este (Franquera, 21-42 ppm) y, mucho más abrupto hacia el oeste de la zona de mayor concentración (Moporo Lago, <18 ppm). La concentración de H2S en el área de La Ceiba es 19-35 ppm. A pesar de existir dichas variaciones, se infiere que la génesis del H2S en estos campos obedece a un mismo mecanismo de producción. 58 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 32. Mapa de isoconcentración de CO2 para la Unidad B-1 59 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 33. Mapa de isoconcentración de CO2 para la Unidad B-4 3.3 Origen de los crudos De acuerdo al análisis de las muestras de crudos en el área FRAMOLAC, revelan un origen marino con poco aporte terrestre (querógeno tipo II) producidos bajo condiciones del ambiente de sedimentación de tipo reductor y una roca fuente tipo lutita-calcárea en una etapa de madurez entre inicio de la ventana y pico de generación (Jhaisson Vásquez, 2014). Asimismo, los crudos de las áreas de Moporo y La Ceiba se encuentran en una escala de biodegradación de seis (6) (Peters y Moldovan, 1993) y corresponden a una mezcla de un crudo alterado con uno no alterado. Igualmente, la fracción C15+ parace mostrar biodegradación y mezcla de crudos. De la misma manera, la fracción C15- permitió establecer la influencia de procesos postgenéticos como lavado por aguas; así como, la capacidad de sello de algunas de las fallas principales del área de FRAMOLAC. Entre ellas se encuentra la Falla VLG-3783, la cual es de carácter sellante a nivel de la Unidad B4 entre los pozos TOM-0013 y TOM-0032, mientras la Falla CEI0005 delimitada por los pozos CEI-0005 y CEI-0006 es parcialmente sellante. En cuanto a la Falla Pasillo 1 ésta podría ser comunicante en la Unidad B4; sin embargo, no es determinante pues los crudos pueden pertenecer a una misma familia o inclusive presentar procesos de alteración secundaria similares. Existen diferentes diagramas para estudiar el azufre y la relación V/Ni para comprender con mayor precisión el origen y migración de los crudos. En lo que respecta al azufre, éste es el tercer constituyente atómico en abundancia en el petróleo; sin embargo, no es un componente importante en los organismos vivos. El origen del azufre en los crudos está relacionado con las condiciones del ambiente de sedimentación de la roca fuente y es asociado a las fracciones de aromáticos, resinas y asfaltenos. Por tanto, el azufre es empleado como indicador de sedimentación de la materia orgánica, dado que en lodos carbonáticos (rocas fuente tipo caliza), donde el hierro es menos abundante, el azufre se va incorporando a la materia orgánica residual durante la diagénesis, en cambio en rocas fuente silisiclásticas el azufre se encuentra en fase de tipo sulfuros como pirita, esfalerita, etc., esto es solo cuando se tratan de crudos no alterados, ya que la concentración 60 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. de este elemento aumenta por procesos de reducción del sulfato inducidos por bacterias (Tisot y Welte, 1984). En relación con el V y el Ni el primero en condiciones reductoras se encuentra como especie vanadilo (VO2+) en la materia orgánica, por la sustitución del Mg lábil de los complejos tetrapirrólicos de la clorofila, mientras que el Ni puede formar fases de sulfuros. En condiciones subóxicas, el V es hallado como vanadato (VO43-), específicamente en las arcillas, por lo que la relación V/Ni es un párametro geoquímico convencional indicador de las condiciones del ambiente de sedimentación de la materia orgánica, el cual no es afectado por la madurez ni por los procesos pots-genéticos en el yacimiento. Valores de la relación V/Ni mayores a uno (1), es característico de ambientes reductores y por el contrario (< 1), indican ambientes subóxicos. En el anexo 4 se expresan los resultados del análisis elemental de los crudos de los pozos de lago y tierra del área de FRAMOLAC, donde se observan datos promedios de la relación V/Ni de 7,4 para tierra y 7,2 para lago, sugiriendo condiciones paleoambientales reductoras. En las figuras 34 y 35 se compara la concentración de vanadio respecto a la concentración de níquel, notándose una buena correlación entre las muestras de lago y tierra, demostrando que los crudos fueron originados bajo ambientes de sedimentación similares. 61 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. A modo general, puede argumentarse relaciones V/Ni alrededor de 7 con concentraciones promedio de azufre aproximadamente de 2 % para todos los crudos del área de FRAMOLAC, señalando ambientes anóxicos durante la sedimentación de la materia orgánica. Figura 34. Concentración de vanadio (V) vs. concentración de níquel (Ni) de muestras de crudo del área de FRAMOLAC. 62 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 35. Ambiente deposicional definido en función de la concentración de vanadio (V) vs. concentración de níquel (Ni) para los crudos del área de FRAMOLAC (modificado de Galárraga et al., 2008). 3.4 Clasificación de los Crudos Los crudos de Tierra tienen gravedades ºAPI que varían entre 12,9º a 23,2 mientras que los crudos de Lago con gravedades ºAPI que oscilan entre 15º y 21,7 (anexo 5). En la figura 36 se correlaciona la gravedad °API con respecto a la concentración de azufre (% S), donde hay una ligera disminución de la concentración de azufre en la medida que aumenta la gravedad °API, sugiriendo que los compuestos de azufre no son metabolizados por la actividad microbiana y por ende, estos acumulan un mayor contenido de azufre en el crudo degradado. 63 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 36. Contenido de azufre vs Gravedad API Es importante hacer énfasis en la asociación de los elementos como S, V y Ni sobre las fracciones pesadas de los crudos, por ende el incremento de la gravedad °API implica una disminución relativa de la concentración de los mismos. En el anexo 6 se aprecia la composición SARA de algunos crudos del área de FRAMOLAC. De igual modo, la figura 37 representa el diagrama ternario SARA, el cual muestra crudos con cierto carácter aromático para las áreas de Franquera, Moporo y La Ceiba. Asimismo, en base a la proporción de las parafinas, naftenos y aromáticos derivadas de la fracción C15-, se observan en su mayoría crudos de tipo parafínicos a parafínicos-nafténicos para las áreas de Franquera, Moporo Tierra y La Ceiba (figura 38). 64 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 37. Clasificación de los crudos del área de FRAMOLAC en base a la composición SARA (Tissot y Welte, 1984). Figura 38. Clasificación de los crudos del área de FRAMOLAC en función de la concentración de parafinas, naftenos y aromáticos (Tissot y Welte, 1984). La concentración de parafinas, naftenos y aromáticos (PNA) de los crudos de los pozos CEI-0004, CEI-0005 y CEI-0006, se observa una composición similar, mostrándose los resultados de los PNA en la tabla 5 y en la figura 39 el gráfico de columnas donde se nota el alto grado de similitud de la concentración de PNA entre 65 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. los pozos CEI-0004, CEI-0005 y CEI-0006; representando los porcentajes normalizados en la tabla 6. Tabla 5. Composición de parafinas, naftenos y aromáticos de los crudos de los pozos CEI-0004, CEI0005 y CEI-0006 de la Unidad B4 . Figura 39. Gráfico de columnas de los PNA de los crudos de los pozos CEI-0004, CEI-0005 y CEI0006 de la Unidad B4. Tabla 6. Porcentaje en masa normalizada de los PNA de los crudos de los pozos CEI-0004, CEI-0005 y CEI-0006 de la Unidad B4 66 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 3.4.1 Fracción C15+ La fracción C15+ se analizó mediante la técnica de cromatografía de gases de crudo total (Whole Oil) obteniéndose los hidrocarburos con número de carbono mayores a quince (15) de la fracción saturada. Los resultados de los crudos pertenecientes a los pozos de las áreas Franquera y Moporo se reportan en la tabla 7, donde se notan para la mayoría valores de la relación Pristano/Fitano menores a la Unidad, mostrando un ambiente de sedimentación de tipo reductor en concordancia con los resultados del análisis elemental. En la figura 40 se observa el cromatograma del crudo del pozo TOM-0008, evidenciándose un posible proceso de biodegradación basado en el levantamiento de la línea base y la presencia de la mezcla de compuestos no resueltos UCM (por sus siglas en inglés unresolved complex mixture). Al mismo tiempo, se visualiza una serie picos bien definidos, lo cual sugiere la mezcla de un crudo alterado con uno no alterado. Del mismo modo, en la figura 41 se representa el diagrama Pristano/n-C17 vs. Fitano/n-C18, interpretándose crudos de origen marino generados a partir de un querógeno tipo II y una roca fuente madura. En los anexos 7, 8, 9, 10 y 11 se muestran los demás cromatogramas de los crudos de las áreas de Franquera y Moporo. Tabla 7. Parámetros obtenidos de la fracción C15´ para los crudos de las áreas de Franquera y Moporo. 67 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 40.Cromatograma de crudo total (fracción C15+) del crudo del pozo TOM-0008. Figura 41. Gráfico de Pristano/n-C17 vs. Fitano/n-C18 de las áreas de Franquera y Moporo. 68 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 3.5 Análisis de biomarcadores El análisis de los biomarcadores se realizó tanto en la fracción saturada como en la fracción aromática de los crudos muestreados de las áreas de Moporo y La Ceiba, cuyos iones elucidados fueron los siguientes: Fracción saturada: m/z 99, 191 y 217 Fracción aromática: m/z 178, 192, 198 y 231. 3.5.1 Origen de los crudos de acuerdo a los biomarcadores. De acuerdo a la distribución de los biomarcadores en los fragmentogramas m/z 191 y 217 de la fracción saturada, los crudos de las áreas de Moporo y La Ceiba son de origen marino, reflejado en el ión 191 por la alta proporción del terpano tricíclico C233, mientras que en el ión m/z 217 es atribuido a la mayor abundancia del esterano C27 sobre el C28 y el C29 respectivamente (tabla 8 y figura 42), aunque en la mayoría de las muestras de los crudos (ión 191) se aprecia un bajo aporte terrestre (<10 %), dado por la presencia del oleanano característico de las plantas superiores. Tabla 8. Porcentajes de esteranos en los crudos de las áreas de Moporo y La Ceiba. 69 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 42. Distribución del porcentaje de esteranos en los crudos de las áreas de Moporo y La Ceiba. 3.5.2 Tipo de roca fuente Los terpanos tricíclicos son empleados en los estudios de correlación gracias a la ventaja de ser menos afectados por la madurez y la biodegradación en comparación al resto de los terpanos y los esteranos (Hunt, 1996). Basado en la relación de los terpanos tricíclicos derivados del fragmentograma m/z 191, correspondiente a los cocientes de los terpanos tricíclicos C24-3/C23-3 y C22-3/C21-3, puede establecerse el tipo de roca fuente generadora de los crudos (Peters et al., 2005). En la figura 43 se representa el gráfico para definir el tipo de roca fuente de acuerdo a la comparación de los terpanos tricíclicos, cuya ubicación de las muestras de los crudos de las áreas de Moporo Tierra y La Ceiba se encuentran en la zona de una roca tipo marga (lutitacalcárea). Ahora bien, su edad viene dada en función del 18α(H)-Oleanano. Este biomarcador al estar presente, no solo es indicativo de un aporte de materia orgánica terrestre, sino también de una edad de la roca del Cretácico Tardío o incluso más joven. 70 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 43. Tipo de litología de la roca fuente en función de la correlación de los terpanos tricícliclos C24-3/C23-3 vs. C22-3/C21-3. 3.5.3 Madurez térmica de los crudos La madurez térmica de los crudos permite describir las reacciones que ocurren cuando la materia orgánica se convierte en petróleo (Peters, et al., 2005). A partir del rango de madurez puede definirse la etapa en la cual se encuentra la roca fuente; es decir, si se halla en las etapas tardía de la diagénesis, temprana de la catagénesis, final de la catagénesis o inclusive en la metagénesis. En todo caso, los parámetros de madurez son determinados mediante el análisis de los biomarcadores saturados y aromáticos, aunque muchos de ellos son afectados por el ambiente de depositación y los procesos post-genéticos (lavado por agua y biodegradación), a pesar de la mayor resistencia de los biomarcadores aromáticos a la biodegradación con referencia a los biomarcadores saturados. En éstos últimos, los parámetros de madurez se definen en función de la relación de los isómeros, los cuales son compuestos químicos con igual fórmula molecular pero con diferentes disposiciones geométricas, confiriéndoles distintas propiedades (figura 44). Dentro estos isómeros se encuentran los R (isómero biológico) y S (isómero geológico), donde el isómero S incrementa con la madurez a tal punto de llegar a una reacción de isomerización o de equilibrio entre el isómero R y el S que no es distinguido. De igual manera, se 71 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. encuentran los isómeros ααα (isómero biológico) y αββ (isómero geológico), la diferencia con los isómeros S y R es que los primeros alcanzan la mezcla racémica a mayor madurez. Figura 44. Isómero biológico (R) e isómero geológico (S) (tomado de Hunt, 1996). Por otro lado, los biomarcadores aromáticos también suelen ser usados como indicadores de madurez, basado en las relaciones de los compuestos de los fenantrenos (F), metilfenantrenos (MF), dibenzotiofenos, esteroides monoaromáticos (MA) y triaromáticos (TA). Todos estos parámetros de madurez se obtienen de los fragmentogramas de los hidrocarburos saturados (m/z 99, 113, 191 y 217) y de los hidrocarburos aromáticos (m/z 178, 192, 231 y 253) determinados por la técnica de cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas (CG-EM). En la figura 45 se representan dichos parámetros y su asociación con la ventana de generación del petróleo. 72 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 45. Relación de los parámetros de biomarcadores utilizados con respecto a la ventana de generación del petróleo (modificado de Killops y Killops, 2005). 3.5.4 Biodegradación de los crudos La biodegradación es un mecanismo de alteración del crudo inducido por bacterias, las cuales son transportadas por aguas meteóricas a los yacimientos de petróleo. La misma es un proceso selectivo controlado por la actividad biológica (temperaturas menores de los 90 °C) donde los organismos utilizan algunos tipos de compuestos como fuente de energía (Hunt, 1995). De la biodegradación, resulta una pérdida de hidrocarburos livianos (saturados y aromáticos) originando un incremento relativo en los hidrocarburos más pesados (resinas y asfaltenos) disminuyendo así la gravedad °API y por ende la calidad del crudo. Es por ello, que Peters y Moldovan (1993) establecieron una escala de biodegradación que va de acuerdo al tipo de compuesto consumido por las bacterias, se divide en ligera, cuando solamente son alterados las 73 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. n-parafinas; moderada, incluye las n-parafinas y los isoprenoides; elevada, donde se metabolizan esteranos y hopanos; muy elevada, llegando hasta los diasteranos y severa, alcanza la biodegradación de los aromáticos (figura 46). Figura 46. Escala de biodegradación (modificado de Peters y Moldovan, 1993). Los fragmentogramas m/z 99 de los pozos de las áreas de Moporo Tierra y La Ceiba demuestran la biodegradación de los crudos por la ausencia en su mayoría de nalcanos de alto peso molecular, por el levantamiento de la línea base y la presencia de la mezcla de compuestos no resueltos UCM (por sus siglas en inglés unresolved complex mixture), la cual es un producto de la biodegradación que no es diferenciado por la técnica de cromatografía de gases; sin embargo, se observan n-alcanos de bajo peso molecular indicativo de la mezcla de un crudo alterado con uno no alterado (figura 47). La razón se debe a que los crudos almacenados derivados de un primer pulso se encontraron a menor profundidad entre el Eoceno Temprano y el Eoceno Medio (52 – 40 Ma.), permitiendo la entrada de aguas meteóricas transportadoras de las bacterias responsables de la biodegradación de los mismos. Posteriormente se dio el basculamiento de la Cuenca del Lago de Maracaibo desde el Mioceno 74 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Temprano al Actual (21 – 0 Ma.), provocando la profundización de las Unidades productoras. Finalmente se produjo un segundo pulso de generación de la roca fuente del Mioceno Tardío al Holoceno (10 – 0 Ma.), resultando crudos no biodegradados los cuales se mezclaron con los crudos previamente alterados presentes en los yacimientos (Parnaud et al., 1994). . Figura 47. Distribución de n-alcanos (m/z 99) de la muestra de crudo del pozo TOM-0007 3.6 Mecanismos de generación de gases ácidos En las tablas 9 y 10 se muestran los resultados derivados del análisis isotópico de azufre (34S/32S) en muestras de crudos y gases provenientes de los pozos del área de FRAMOLAC, resultando valores que van desde 3,5 ‰ hasta 8,5 ‰. En la figura 48 se observa una distribución isotópica similar en las muestras de crudos (desde 4,5 hasta 5,9 ‰), indicando la posibilidad de que provengan de la misma roca fuente. Otras investigaciones relativas al ciclo del azufre en sedimentos profundos señalan como posible fuente de aporte de sulfato, la re-oxidación del HS- por medio de especies intermediarias como el S2O32- o el S0, por acción bacteriana o hidrólisis, siendo estos mecanismos los que también podrían explicar el origen orgánico del sulfato (JØrgensen, 1990; Smith, 2000; Konhauser, 2007). 75 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Tabla 9. Relación isotópica de azufre promedio (34S/32S) en crudos de las áreas de Moporo y La Ceiba. 76 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Tabla 10. Relación isotópica de azufre (34S/32S) en los precipitados de H2S como sulfuros de pozos de las áreas de Franquera, Moporo Tierra y La Ceiba. 8 7.5 7 SCDTS (0/00) 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 CEI-0006 CEI-0005 CEI-0004 VLG-3913 VLG-3889 VLG-3884 VLG-3872 VLG-3866 VLG-3865 VLG-3862 VLG-3860 VLG-3848 VLG-3846 VLG-3840 TOM-0030 TOM-0019 TOM-0018 TOM-0016 TOM-0013 TOM-0010 TOM-0007 2 Figura 48. Distribución isotópica del azufre (34S/32S) en muestras de crudos de las áreas de Moporo y La Ceiba. 77 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 3.7 Procesos geoquímicos evolutivos en el área de FRAMOLAC. Los procesos geoquímicos dados en la Cuenca del Lago de Maracaibo están íntimamente relacionados. En la figura 49 se representa un esquema hipotético de los mecanismos geoquímicos. Se parte de un primer pulso de generación y acumulación de crudos del Eoceno Temprano al Eoceno Medio (52 – 40 Ma.) e inclusive de producción de gases no hidrocarburos (H2S y CO2) por la maduración del querógeno, en este tiempo las unidades productoras se encontraban someras al sur de la cuenca y en conjunto con la discordancia del eoceno contribuyeron a la entrada de aguas meteóricas, las cuales fueron las responsables de transportar las bacterias. Al estar los yacimientos a poca profundidad se dieron las condiciones propicias (temperaturas iguales o menores de 90 °C) para la biodegradación de los crudos y posible producción de H2S y CO2 por sulfato-reducción en el Eoceno Tardío – base del Mioceno Temprano (40 – 21 Ma.), siendo este período caracterizado por ser de poca generación y expulsión de crudos pero de importantes eventos de migración, remigración y entrampamiento (Parnaud et al., 1994). Asimismo, ésta filtración de las aguas meteóricas, explica la dilución de las aguas de formación, influyendo así en la disminución de las concentraciones de cloruro. Posteriormente se dio el basculamiento de la cuenca en la base del Mioceno Temprano al Actual (21 – 0 Ma.), causando la profundización de los yacimientos al sur. Luego de presentarse un segundo pulso de generación de la roca fuente del Mioceno Tardío al Holoceno (10 – 0 Ma.) se produjeron crudos no alterados que se mezclaron con los crudos previamente almacenados derivados del primer pulso. 78 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Figura 49. Esquema evolutivo de los procesos geoquímicos de la Cuenca del Lago de Maracaibo. 3.8 Origen del H2S y CO2 El yacimiento siliciclástico B Superior del Eoceno tiene una concentración promedio de 40-60 ppm de H2S y  10 % CO2, sugiriendo un origen común debido a su estrecha asociación geográfica en el área de FRAMOLAC. Varios mecanismos de generación fueron considerados para los campos de Franquera, Moporo y La Ceiba. Las composiciones isotópicas del azufre de H2S (g), SO4 (ac) y R-S (crudo) no identifican de forma única un solo proceso para el origen del H2S en el área de estudio, probablemente debido al potencial que tuvo la Cuenca de 79 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Maracaibo y en particular el yacimiento Eoceno B Superior para la mezcla de fluidos y sus efectos subsecuentes de interacción agua-roca a lo largo de su historia geológica. En general, se cree que en un principio la generación de H2S estuvo marcada por la maduración de la materia orgánica de origen marina (marga de la formación La Luna) y, posteriormente, debido a la acción concomitante de bacterias sulfato reductoras cuando las condiciones del yacimiento favorecieron su actividad microbiológica. Las evidencias de estos mecanismos propuestos, así como también el descarte de otros procesos se detallan a continuación: 3.9 Correlación de 34S crudo - H2S El azufre orgánico de las muestras de crudo tiene relaciones de isótopos positivas, entre +4,4 y +5,9‰, lo cual es característico del azufre de RBS; en este caso, el azufre orgánico originado a partir del mismo material orgánico que generó los hidrocarburos desde la roca fuente. De igual manera, el H2S en las muestras de gas tiene valores positivos de 34S entre +3,5‰ y +6,1‰. Dado que el H2S fue generado a partir de la misma fuente que formó el azufre orgánico en el crudo, ambas huellas tienen una relación de 34 S/32S similar (o ligeramente más agotado en 34S para el H2S). Si el H2S hubiese tenido una relación isotópica muy diferente a la del crudo (tal vez > 20‰), indicaría por tanto la existencia de otro mecanismo, posiblemente la RST en el yacimiento o migración del H2S generado por RST desde un yacimiento o acuífero más profundo. 3.10 Tipo de materia orgánica La generación de H2S debido a la presencia de materia orgánica rica en azufre en la roca fuente (formación La Luna), también puede ser una posibilidad. El querógeno en la roca fuente tiene características marinas, asociado a un ambiente de depositación reductor, con un contenido significativo de azufre y suficiente evolución térmica para generar el H2S. 80 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 3.11 Temperatura del yacimiento La temperatura promedio del yacimiento es 89,011 C, lo cual impide cualquier desarrollo microbiano reciente en el subsuelo. Ni siquiera las bacterias termófilas pudiesen adaptarse a estas temperaturas. La temperatura promedio en FRAMOLAC para la Unidad B-1 es 273 F (133 C) y para la Unidad B-4 es 287 F (141 C). La figura 50 muestra la concentración de H2S versus la temperatura registrada con la herramienta Well Testing (la cual no necesariamente es la temperatura del yacimiento), de hecho estos valores están por debajo de aquellos reportados como oficiales para las unidades del yacimiento B Superior. La figura 50-a muestra la variación de la temperatura estimada del yacimiento para los campos con información disponible; esta temperatura por estar subestimada puede considerarse como una temperatura mínima. Si bien los datos son algo dispersos, la temperatura tiende a ser mayor en el área de Moporo Tierra. Por su parte, la figura 50-b muestra las concentraciones de H2S discriminada por método de cuantificación. 100 80 Moporo Tierra Franquera La Ceiba Well Testing Tubos colorimétricos Cromatografía de gases 80 H2S (mg/L) H2S (mg/L) 60 40 60 40 20 20 0 0 120 160 200 Temperatura (ºF) a 240 280 80 120 160 200 240 280 Temperatura (ºF) b Figura 50. Concentración de H2S vs temperatura estimada del yacimiento 81 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Las concentraciones de H2S más altas ocurren aproximadamente entre 180 y 210 ºF (82,22 y 98,89 C). Por tanto, los datos de estas gráficas niegan la posibilidad de que el H2S sea originado actualmente por Bacterias Reductoras de Sulfato (BRS) ya que estas sólo sobreviven a temperaturas < 170 °F (76,67 C) (Machel, 1995), que es menor que la gran mayoría de los valores reportados en el área de estudio. Por otra parte, los datos también prácticamente niegan la posibilidad de que el H2S sea originado a partir de la Reducción Termoquímica de Sulfato (RTS) ya que esta ocurre a temperaturas de 250°F o más altas (Worden, 1995). Consecuentemente, el H2S debe obedecer a otra fuente o quizás haber migrado desde alguna otra zona. 3.12 Conclusiones Los isótopos de azufre fueron usados para determinar si el H2S fue formado por Bacterias Reductoras de Sulfato (BRS), Reducción Termoquímica del Sulfato (RTS) ó cualquier otro proceso. Cabe destacar que el H2S puede formarse en el yacimiento por BRS si las condiciones son favorables para el crecimiento bacteriano (por ejemplo, temperatura < 170 0F, y disponibilidad de sulfato y nutrientes disueltos). El sulfuro producido por BRS está típicamente enriquecido en 32 S, con respecto al sulfato, y tiene por lo general valores negativos de 34S. El H2S también puede migrar dentro del yacimiento desde la roca fuente que generó los hidrocarburos. En este caso, el sulfuro es inicialmente formado por BRS, y es incorporado en el sedimento como pirita y como sulfuro orgánico en el querógeno. La transformación del querógeno a hidrocarburos produce H2S teniendo valores negativos de 34S similares o ligeramente más negativos que el azufre del querógeno. Los compuestos de azufre orgánicos en el crudo (por ejemplo, compuestos NSO) también tendrán valores negativos, aunque ellos tenderán a ser ligeramente menos negativos que el H2S coexistente. 82 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones - Los crudos de las áreas de Franquera, Moporo y La Ceiba se clasifican en función de la gravedad °API de pesados a medianos (17 a 22 °API) y en base a su composición SARA, son de carácter aromático. De igual forma, fueron originados por una materia orgánica marina (querógeno tipo II) con bajo aporte de materia orgánica terrestre, generados en condiciones del ambiente de sedimentación anóxicos, a partir de una roca fuente de tipo lutita-calcárea típica de la formación La Luna. La edad de la misma corresponde al Cretácico. Asimismo, se evidencia biodegradación de los crudos de las áreas de Moporo Tierra y La Ceiba en un nivel de seis (6) según la escala de Peters y Moldovan (1993); en tanto, los resultados de la fracción C15+ de los crudos de Franquera parecieran indicar también crudos alterados por la presencia de la línea base UCM (unresolved complex mix). Igualmente, los crudos del área de FRAMOLAC, son una mezcla de crudos alterados del Eoceno Tardío- base del Mioceno Temprano (40 – 21 Ma) y crudos no alterados del Mioceno Tardío al Holoceno (10 – 0 Ma). En cuanto a la madurez, los crudos del área de FRAMOLAC se encuentra entre inicio de la ventana y pico de generación. - Los análisis isotópicos de azufre (34S/32S) realizados en muestras de crudos y gases sugieren un origen biogénico del H2S. - La Reducción Termoquímica de Sulfato (RTS) a partir de capas de anhidrita (CaSO4) no es una fuente posible para el H2S ya que secuencias evaporíticas no fueron depositadas en esta área y las concentraciones de H2S registradas en el yacimiento son muy bajas para este tipo de mecanismo geológico en la que la descomposición de la anhidrita introduce sistemáticamente grandes cantidades de H2S. - La correlación existente entre la huella isotópica del H2S (g) y las muestras de crudo, refiere a un aporte parcial del craqueo del crudo para la generación del H2S. Si bien 83 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. es conocido el hecho de que el craqueo del crudo no introduce fraccionamiento isotópico en la huella de 34S, las diferencias encontradas entre ambos pueden obedecer a una combinación de procesos, particularmente en la generación de H2S por vía microbiana. - La generación de H2S en el yacimiento Eoceno B Superior corresponde a una mezcla de procesos que ocurrieron en el pasado geológico, cada uno independiente del otro. La coexistencia intima entre el crudo rico en azufre (1,5-1,9 %) y el H2S, las composiciones isotópicas de azufre similares entre el crudo y H2S coexistente y otras series de evidencia, permitieron concluir que: i.- el H2S pudo en un principio ser generado a partir de la roca fuente rica en azufre y ii.- la reducción bacteriana del sulfato (RBS) ocurrió durante la diagénesis del yacimiento cuando las condiciones del yacimiento se vieron favorecidas. - Adicionalmente, las composiciones isotópicas del sulfato y sulfuro confirman la posibilidad de Reducción Bacteriana de Sulfato (RBS) en un “sistema cerrado” con respecto al sulfato. Esto pudo resultar de una tasa de reducción de sulfato mucho más rápida que la tasa del flujo de fluido, limitando así la disponibilidad del sulfato en el sistema. La composición isotópica observada del sulfato varía desde +6,1 a +8,5‰ CDT. No hay reportes de presencia de minerales de sulfato en los sedimentos del Eoceno de la formación Misoa. - En un principio, se cree que una pequeña fracción de H2S fue generada a partir de la maduración del querógeno (roca madre marina) que luego migraría junto con el crudo hasta la roca yacimiento. Esta primera migración estuvo marcada por la cocina activa que se encontraba en la parte noreste del área (Eoceno Temprano). - Posteriormente, durante la etapa de diagénesis de los sedimentos en la que el yacimiento se encontraba más somero y frio (Eoceno Medio), las bacterias sulfato reductoras tuvieron su mayor actividad microbiológica para la reducción del sulfato disponible en el sistema. Esto es confirmado por nivel de biodegradación que presentan los crudos estudiados (nivel 6). 84 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. - No obstante, con el posterior basculamiento, inversión y soterramiento de la cuenca, la acción bacteriana tuvo que disminuir o parar en su totalidad debido al aumento de temperatura en el sistema y por ende, mermó la producción de H2S. Recomendaciones - Realizar el análisis de biomarcadores saturados y aromáticos de los crudos del área de Franquera. - Comparar los fragmentogramas m/z 191 y 177 de los crudos del área de Franquera para establecer si hay o no biodegradación. - Se propone considerar la explotación de pozos petroleros en zonas donde existan bajas concentraciones de gases ácidos (CO2 y H2S) mientras sea posible. - Sin embargo, a pesar de que la tendencia mundial es la de profundizar en los mecanismos de generación de H2S y CO2 para poder predecir los lugares de acumulación, en el área FRAMOLAC y en general en el lago de Maracaibo, este dominio del conocimiento todavía no se ha logrado. - Confirmar con estudios petrográficos, geoquímicos e isotópicos que parte del volumen de H2S generado in-situ en el yacimiento precipitó en forma de pirita. 85 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. 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ANEXOS Anexo 1. Mecanismos de generación de CO2 de origen orgánico e inorgánico (tomado de Vásquez, 2012) Mecanismo Fuente: orgánica Craqueo de la materia orgánica: consiste en la degradación térmica de la materia orgánica o craqueo primario (grupos carbonilo, metoxi, hidroxi, etc) o craqueo de crudo (secundario), hasta 50 ºC Fuente: orgánica Reducción termoquímica de sulfatos (TSR): reacción del H2S con sulfatos para formar sulfuro elemental y polisulfuros, seguidos por una reacción entre sulfuros e hidrocarburos generando H2S y CO2. Es necesaria una temperatura mínima entre 100 – 140 ºC. SO42 ( ac)  1.33CH 2   0.66H 2Ol   H 2 S g   1.33CO2 g   2OH  ac Fuente: orgánica Acuatermólisis del crudo: CO2 como producto secundario en la pirólisis del crudo en presencia de agua a elevadas P y T. Ocurre a temperaturas mayores de 200 ºC. RCH 2CH 2 SCH 3  2H 2Ol   RCH 3  CO2 g   H 2 g   H 2 S g   CH 4 g  Fuente: orgánica Maduración de carbones: calentamiento de carbones durante la coalificación (soterramiento). Asociado a altas temperaturas. Fuente: inorgánica Reacción entre caolinita y carbonato en presencia de sílice para producir CO 2. La illita puede también reaccionar. Temperatura promedio de la reacción 100 – 160 ºC. Al2 Si2O5 OH 4 g   4SiO2S   2 NaCls   CaCO3  2 NaAlSi3O8S   2H 2O  CaCl2  CO2 g   5FeCO3s   SiO2S   Al2 Si2O5 OH 4s   2H 2Ol   Fe5 Al2 Si3O10 OH 8S   5CO2 g   Siderita Caolinita Clorita Fuente: inorgánica Descomposición de rocas carbonáticas debido a procesos a altas presiones y temperaturas (orogénicos o soterramiento). T > 250 ºC + 4 a -5 %0  13C Fuente: inorgánica Actividad volcánica/metamorfismo de contacto: descomposición de rocas carbonáticas por contactos con intrusiones volcánicas, generando altas temperaturas y presiones.  13C + 4 a -5 %0 89 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Anexo 2. Mecanismos de generación de H2S de origen orgánico e inorgánico (tomado de Vásquez, 2012) Mecanismo Fuente: orgánica Reducción bacterial: la presencia de bacterias sulfato reductoras en ambientes anaeróbicos son las causantes de la producción de H2S a T < 105 ºC. La reacción general es: SO42 ( ac)  1.33CH 2   0.66H 2Ol   H 2 S g   1.33CO2 g   2OH  ac 2CH 2O  SO42  ( ac)  H 2 S g   2HCO3ac ( En ausencia de agua) Fuente: orgánica Reducción termoquímica de sulfatos (TSR): ocurre cuando están presentes altas temperaturas (> 140 ºC) y la pre-existencia de H2S y CO2 para comenzar la reacción, además de la disponibilidad de sulfato. Está vinculado principalmente a yacimientos con anhidrita. SO42 ( ac)  1.33CH 2   0.66H 2Ol   H 2 S g   1.33CO2 g   2OH  ac Fuente: orgánica Acuatermólisis del crudo: H2S como producto secundario en la pirólisis del crudo en presencia de agua a elevadas P y T. Ocurre a temperaturas mayores de 200 ºC. RCH 2CH 2 SCH 3  2H 2Ol   RCH 3  CO2 g   H 2 g   H 2 S g   CH 4 g  Fuente: inorgánica Disolución de minerales de azufre: la disolución de la pirita puede provocar la generación de H2S en un proceso que necesita dos etapas. En una primera etapa la pirita es llevada a sulfato, y en una segunda etapa, el sulfato es reducido a sulfuro de hidrógeno. La reacción general es. FeS 2 g   4H  ac  Fe 2  ac  2H 2 S g  90 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Anexo 3. Pozos seleccionados como muestra para la investigación. Área FRAMOLAC. Fuente: PDVSA (2013). B1 TOM0007 TOM0008 TOM0019 TOM0020 TOM0021 TOM0022 TOM0023 TOM0024 TOM0026 TOM0027 TOM0034 VLG-3860 FRA0001 FRA0002 FRA0004 FRA0009 B4 TOM0010 TOM0011 TOM0012 TOM0013 TOM0014 TOM0015 TOM0016 TOM0017 TOM0018 TOM0025 TOM0028 TOM0029 TOM0030 TOM0031 TOM00032 TOM0033 VLG-3862 VLG-3866 VLG-3884 FRA0003 FRA0005 FRA0006 FRA0007 FRA0008 FRA0010 FRA0011 FRA0017 FRA0018 FRA0019 CEI0004 CEI0005 CEI0007 91 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Anexo 4. Resultados del análisis elemental para muestras de crudo en pozos de lago y tierra del área de FRAMOLAC. 2.4 2.1 2.1 2.3 2.0 2.0 2.2 2.2 2.3 2.1 2.0 2.0 2.2 2.1 2.0 V (ppm) 391 377 326 356 306 316 317 340 386 328 329 245 324 312 322 Ni (ppm) 55 53 46 49 43 45 45 46 54 45 46 34 44 43 45 15530-16024 2.1 509 14948-15146 17332-17860 17242-17638 17156-17740 16655-17128 16769-17072 17183-17400 17252-17569 15593-15827 16620-16730 15718-16200 15770-15920 16152-16337 16572-16905 16538-16679 16905-17268 17078-17489 16829-17202 16614-17059 15200-15613 15870-17074 16916-17070 15580-17058 2.4 2.1 2.2 2.1 2.0 2.0 2.1 2.0 2.3 2.3 2.4 2.3 2.4 1.8 2.1 2.2 2.2 1.9 2.0 2.4 2.1 1.6 1.5 300 324 320 320 326 335 325 283 356 401 334 259 211 292 318 334 364 303 329 413 373 335 284 16452-17098 1.8 16984-17096 15609-16002 1.5 1.5 14838-16413 15955-17088 15624-15696 16718-17320 18157-18670 17707-17760 17862-18538 17625-18150 Área Pozo Unidad Tope-Base %S (±0,2) FRANQUERA FRA-0001 FRA-0002 FRA-0003 FRA-0004 FRA-0005 FRA-0006 FRA-0007 FRA-0008 FRA-0009 FRA-0012 FRA-0015 FRA-0016 FRA-0017 FRA-0018 FRA-0019 B1 B1 B4 B1 B4 B4 B4 B4 B1 B4 B4 B4 B4 B4 B4 A10, B1 B1 B4 B4 B4 B4 B4 B4 B4 B1 B1 B1 B1 B1 B4 B4 B4 B4 B4 B4 B1 B1, B4 B3, B4 B1, B4 B2, B3, B4 B4 B4 B1, B4, B5 B1, B4 B1 B4 B4 B4 B4 B4 14530-14850 15000-15440 16512-16906 14814-15188 16900-17110 16070-16428 16936-17150 16920-16992 15446-15938 15935-16145 16540-16706 15405-15790 16622-16810 16658-16830 15181-15735 TOM-0007 MOPORO TOM-0008 TOM-0010 TOM-0011 TOM-0013 TOM-0014 TOM-0015 TOM-0016 TOM-0018 TOM-0019 TOM-0020 TOM-0021 TOM-0022 TOM-0023 TOM-0025 TOM-0028 TOM-0029 TOM-0030 TOM-0032 TOM-0033 TOM-0034 VLG-3846 VLG-3848 VLG-3860 VLG-3862 VLG-3865 VLG-3866 VLG-3872 LA CEIBA VLG-3884 VLG-3889 VLG-3913 CEI-0004 CEI-0005 CEI-0006 CEI-0007 V / Ni V / (V + Ni) 7.1 7.1 7.1 7.3 7.1 7.0 7.0 7.4 7.1 7.3 7.2 7.2 7.4 7.3 7.2 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 68 7.5 0.88 42 44 46 44 46 47 45 39 48 57 46 40 33 40 45 47 50 42 47 59 51 49 40 7.1 7.4 7.0 7.3 7.1 7.1 7.2 7.3 7.4 7.0 7.3 6.5 6.4 7.3 7.1 7.1 7.3 7.2 7.0 7.0 7.3 6.8 7.1 0.88 0.88 0.87 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.87 0.86 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.87 0.88 470 66 7.1 0.88 315 272 44 38 7.2 7.2 0.88 0.88 1.8 297 40 7.4 0.88 2.1 2.3 1.4 2.5 2.6 2.3 2.0 325 371 301 147 407 336 324 45 50 41 21 55 46 45 7.2 7.4 7.3 7.0 7.4 7.3 7.2 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 0.88 92 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Anexo 5. Gravedad °API y concentración de azufre de muestras de crudo del área de FRAMOLAC. Área FRANQUERA MOPORO LA CEIBA Pozo Unidad Tope-Base °API (± 0.4) %S (± 0,2) FRA-0001 B1 14530-14850 18.6 2.4 FRA-0002 B1 15000-15440 18.8 2.1 FRA-0003 B4 16512-16906 21.6 2.1 FRA-0004 B1 14814-15188 19.9 2.3 FRA-0005 B4 16900-17110 23.2 2.0 FRA-0006 B4 16070-16428 22.1 2.0 FRA-0007 B4 16936-17150 22.4 2.2 FRA-0008 B4 16920-16992 20.4 2.2 FRA-0009 B1 15446-15938 20.1 2.3 FRA-0012 B4 15935-16145 20.9 2.1 FRA-0015 B4 16540-16706 21.4 2.0 FRA-0017 B4 16622-16810 21.2 2.2 FRA-0018 B4 16658-16830 21.7 2.1 FRA-0019 B4 15181-15735 22.2 2.0 TOM-0007 A10, B1 15530-16024 13.9 2.1 TOM-0008 B1 14948-15146 22.1 2.4 TOM-0011 B4 17242-17638 22.3 2.2 TOM-0013 B4 17156-17740 20.5 2.1 TOM-0014 B4 16655-17128 21.7 2.0 TOM-0015 B4 16769-17072 21.5 2.0 TOM-0016 B4 17183-17400 18.9 2.1 TOM-0018 B4 17252-17569 19.6 2.0 TOM-0019 B1 15593-15827 20.8 2.3 TOM-0020 B1 16620-16730 17.9 2.3 TOM-0021 B1 15718-16200 20.0 2.4 TOM-0023 B1 16152-16337 20.8 2.4 TOM-0025 B4 16572-16905 22.6 1.8 TOM-0028 B4 16538-16679 21.5 2.1 TOM-0029 B4 16905-17268 21.5 2.2 TOM-0030 B4 17078-17489 18.1 2.2 TOM-0032 B4 16829-17202 19.9 1.9 TOM-0033 B4 16614-17059 20.6 2.0 TOM-0034 B1 15200-15613 18.3 2.4 VLG-3846 B1, B4 15870-17074 15.2 2.1 VLG-3848 B3, B4 16916-17070 18.0 1.6 VLG-3860 B1, B4 15580-17058 21.7 1.5 VLG-3862 B2, B3, B4 16452-17098 15.0 1.8 VLG-3865 B4 16984-17096 19.4 1.5 VLG-3866 B4 15609-16002 21.4 1.5 VLG-3872 B1, B4, B5 14838-16413 20.1 1.8 VLG-3884 B1, B4 15955-17088 21.1 2.1 VLG-3889 B1 15624-15696 20.3 2.3 VLG-3913 B4 16718-17320 20.9 1.4 CEI-0004 B4 18157-18670 18.5 2.5 CEI-0005 B4 17707-17760 12.9 2.6 CEI-0006 B4 17862-18538 21.8 2.3 CEI-0007 B4 17625-18150 21.5 2.0 93 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Anexo 6. Composición de saturados, aromáticos, resinas y asfaltenos de los crudos del área de FRAMOLAC. Área Pozo Unidad % Saturados % Aromaticos % % % Res + Resinas Asfaltenos Asf FRA-0001 B1 29.56 37.23 26.67 7.55 34.22 FRA-0002 B1 31.03 35.89 26.44 6.64 33.08 FRA-0003 B4 34.41 37.68 20.74 7.18 27.92 FRA-0005 B4 35.81 34.70 22.51 6.97 29.48 FRA-0006 B4 34.22 34.76 23.25 7.77 31.02 FRA-0007 B4 34.82 35.16 22.29 7.73 30.02 FRA-0008 B4 34.55 35.98 25.22 4.24 29.46 FRANQUERA FRA-0009 B1 31.29 35.79 24.84 8.08 32.92 TOM-0007 A10, B1 27.94 39.08 26.67 6.32 32.99 TOM-0008 B1 32.61 35.32 27.47 4.61 32.08 TOM-0010 B4 37.36 37.48 22.83 2.34 25.17 TOM-0011 B4 33.84 32.58 25.50 8.08 33.58 TOM-0013 B4 35.89 35.89 21.94 6.28 28.22 TOM-0014 B4 35.62 33.3 23.15 7.97 31.12 TOM-0016 B4 36.54 37.1 22.54 3.85 26.39 TOM-0018 B4 35.93 37.3 21.76 4.98 26.74 TOM-0019 B1 32.37 37.36 25.32 4.95 30.27 TOM-0020 B1 20.5 37.15 28.59 7.76 36.35 TOM-0021 B1 31.74 35.49 26.77 6 32.77 TOM-0025 B4 34.34 33.73 24.37 7.57 31.94 TOM-0030 B4 35.74 36.41 21.55 6.3 27.85 TOM-0032 B4 34.56 33.84 24.08 7.53 31.61 TOM-0033 B4 34.53 33.7 23.21 8.56 31.77 TOM-0034 B1 29.14 35.57 27.23 8.06 35.29 VLG-3846 B1, B4 34.25 36.41 23.51 5.83 29.34 VLG-3848 B3, B4 29.92 36.2 25.71 8.16 33.87 VLG-3865 B4 33.01 35.19 23.95 7.85 31.80 VLG-3866 B4 35.05 34.66 24.09 6.21 30.30 CEI-0004 B4 33.56 38.35 23.48 4.61 28.09 CEI-0005 B4 34.54 37.95 24.16 3.35 27.51 CEI-0006 B4 34.99 36.91 22.11 5.99 28.10 MOPORO LA CEIBA 94 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Anexo 7. Cromatografía de crudo total C15+ del área de Franquera. 95 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Anexo 8. Cromatografía de crudo total C15+ del área de Franquera. Continuación. 96 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Anexo 9. Cromatografía de crudo total C15+ del área de Moporo Tierra. 97 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Anexo 10. Cromatografía de crudo total C15+ del área de Moporo Tierra. Continuación. 98 �Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Anexo 11. Cromatografía de crudo total C15+ del área de Moporo Lago. 99 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio de la génesis y migración del crudo y gas del yacimiento Eoceno “B” Superior, División Sur del Lago Trujillo en el Occidente de Venezuela. Creator An entity primarily responsible for making the resource Isnardy José Toro Fonseca Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Tesis maestría Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2014 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/4e808352b0db21d3cfd29665f308c0ef.pdf 8a2b5eb242df13f6b1c599c6cce0f7df PDF Text Text Tesis Doctoral: CIENCIAS TÉCNICAS Estudio del Hidrotransporte de las Colas en el Proceso Carbonato Amoniacal ALBERTO TURRO BREFF Moa 2002 www.ismm.edu.cu/edum �REPÚBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO ¨Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ FACULTAD METALURGIA Y ELECTROMECÁNICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS TÉCNICAS AUTOR: ING. ALBERTO TURRO BREFF TUTORES: DR.C. LEONEL GARCELL PUYÁNS DR.C. RAFAEL PÉREZ BARRETO DR.C. RAÚL IZQUIERDO PUPO DR.C. ARÍSTIDES LEGRÁ LOBAINA MOA, 2002 �Introducción 1 INTRODUCCIÓN. En el año 2000 la industria del Níquel constituyó la primera fuente de exportación del país y se encuentra enfrascada en el proceso de ampliación de las capacidades instaladas y modernización de su tecnología, lo que le permitirá ir incrementando su papel en la economía nacional. En la resolución económica del V Congreso del Partido Comunista de Cuba (1997), se plantea que para la recuperación y desarrollo de la economía cubana es necesario intensificar el desarrollo de la industria minero - metalúrgica y como objetivo estratégico incrementar la producción de concentrado de Níquel con la mayor eficiencia en las inversiones. Para cumplir estos lineamientos a mediano y largo plazo, se requiere que paralelamente al crecimiento progresivo se perfeccionen los parámetros y regímenes de trabajo de las instalaciones tecnológicas para explotar de una forma más racional y eficiente las grandes reservas de recursos minerales existentes en los yacimientos niquelíferos en la parte oriental de Cuba y se perfeccione el sistema de transportación de minerales lo que garantizará la existencia de un proceso productivo continuo. Dentro del complejo tecnológico de la industria niquelífera cubana, las empresas Comandante René Ramos Latour de Nicaro y Ernesto Che Guevara de Moa, realizan la producción de Níquel más Cobalto por el proceso Carbonato Amoniacal (CARON). En el costo de la extracción del Níquel y en la eficiencia de su proceso tecnológico incide significativamente el tratamiento de las colas, que contienen minerales útiles que se depositan en diques para su aprovechamiento futuro y cuyo volumen es relativamente grande, del orden de 104 T de colas por cada tonelada de níquel producido. El costo de producción del Níquel por el proceso CARON esta incrementado en gran medida por el elevado consumo energético. En el tratamiento de las colas incide, además, una baja eficiencia del transporte hidráulico cuya causa se requiere precisar para disminuir los costos e incrementar su fiabilidad. �Introducción 2 En este tipo de transporte el consumo energético depende en gran medida de las pérdidas de carga a lo largo de la tubería y ésta, a su vez, depende del diámetro de la conductora, su estado de explotación, el material y tecnología de que está hecho, el régimen de trabajo de la instalación y de las propiedades físico mecánicas del material y de sus suspensiones. Estos factores tienen distintos grados de influencia y son muy variables e inciden con diferentes magnitudes, tanto en los indicadores económicos como en la eficiencia del proceso tecnológico. Cualquier estudio encaminado a perfeccionar el sistema de evacuación de pulpas implicaría el análisis de estos factores en el proceso. El orden de la realización de los estudios no está relacionado obligatoriamente con el grado de incidencia, sino con la obtención organizada de los datos que se requieren. Los desechos lixiviados (colas) constituyen suspensiones minerales con particularidades no newtonianas poco conocidas que influyen en el proceso de transportación. La variabilidad de estas propiedades y de las condiciones de hidrotransportación limitan el campo de aplicación de las fórmulas de cálculo conocidas, y no resulta posible determinar los parámetros de transportación con la precisión necesaria para los objetivos prácticos. Los métodos de cálculo propuestos para estos parámetros, basados en las características del flujo plástico – viscoso de BINGHAM necesitan en muchas ocasiones correcciones fundamentadas en los resultados experimentales. Por ello, los resultados publicados sobre trabajos realizados con múltiples hidromezclas aún resulta insuficiente para la obtención de correlaciones más generalizadas. El análisis de las condiciones técnicas y de explotación del sistema de hidrotransporte de las colas en la planta de Recuperación de Amoniaco de la Empresa Ernesto Che Guevara muestra problemas respecto a: • Dificultades de explotación de los equipos e instalaciones de bombeo que no trabajan en regímenes eficientes de trabajo y con frecuencia cavitan. • Desconocimiento del comportamiento de las colas en función de las propiedades físico – químicas y reológicas de las mismas. �Introducción • 3 Ausencia de un dosificador en la entrega de pulpa a las bombas y dificultades para su elección por desconocimiento de los parámetros de hidrotransporte. • Diferencia de nivel en las descargas de las líneas que incide en la productividad del sistema. Las metodologías de cálculo y evaluación disponible para el estimado de los parámetros indispensables para proyectar una instalación de transporte hidráulico, han sido elaboradas a partir de los datos experimentales obtenidos para sistemas particulares y no existe una metodología única para determinar los parámetros. Por ello se requiere de la generalización de los resultados experimentales que permitan la solución racional de diversos problemas en las condiciones de la Empresa ”Comandante Ernesto Che Guevara”. Para fundamentar y proyectar una instalación de transporte hidráulico, es necesario determinar la velocidad crítica, las pérdidas específicas de carga, la densidad o concentración de las mezclas, el diámetro del conducto que permita la determinación del régimen racional del trabajo y elegir los equipos adecuados para el caso concreto, lo que están influidos por las propiedades físico – mecánicas de las pulpas . Estos parámetros tienen incidencia en la magnitud de las inversiones, en los gastos de explotación y en la fiabilidad del trabajo de la instalación. Situación Problémica: En la actualidad el sistema de hidrotransporte de las colas de la Empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” presenta alta ineficiencia debido a problemas técnicos y operacionales que conducen a que la instalación de transportación de este material opere en un régimen cavitacional, con los correspondientes incrementos en el consumo energético, de agua y materiales para el mantenimiento. Hasta el presente esta situación no se resuelve dado por el desconocimiento de las propiedades de las colas y por no contar con un método de cálculo y evaluación apropiado. �Introducción 4 Problema Científico: Obtener las propiedades de las colas y un modelo de cálculo, que permita establecer los parámetros racionales de operación del sistema de flujo para la transportación de las colas. Las dificultades de explotación y los posibles incrementos de la producción de la empresa, determinan la necesidad de un estudio de las regularidades del movimiento del flujo y la elaboración de la metodología de cálculo para el hidrotransporte de las colas del proceso Carbonato Amoniacal, que constituye el objetivo fundamental del presente trabajo. Por consiguiente la Hipótesis de la Tesis establece que el empleo de las propiedades físico mecánicas y reológicas de las colas en la obtención de un sistema de ecuaciones para el cálculo del hidrotransporte en tres fases, permitirá obtener parámetros más racionales de operación, diseño y mejorar la eficiencia de las instalaciones de la Empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”. Por tanto, para cumplir el objetivo central, se desarrollaron los siguientes objetivos específicos: • Caracterizar las colas desde el punto de vista químico, mineralógico, reológico, granulométrico y de su estabilidad y establecer la influencia de estos factores sobre su comportamiento. • Realizar las investigaciones teóricas y experimentales de los principales parámetros del transporte hidráulico de las colas. • Proponer un modelo físico – matemático del movimiento de las hidromezclas de las colas, teniendo en cuenta sus características de sistema trifásico. • Elaborar una metodología para el cálculo y proyección del complejo de hidrotransporte. • Contribuir a la disminución de los costos de producción sobre la base de la reducción del consumo energético, de los gastos de mantenimiento y de la magnitud de las inversiones requeridas con vista a mejorar la fiabilidad de las instalaciones industriales. �Introducción • 5 Proporcionar información, acerca de los elementos nuevos que contribuyan a la disminución de la agresión ecológica debido al almacenamiento y manipulación actual de las colas. Novedad Científica I.- La caracterización de la fase sólida y de la hidromezcla de las colas, mediante: • El establecimiento de los modelos reológicos que describen el comportamiento no newtoniano de las colas del proceso CARON, aspecto este desconocido hasta el presente. • La evaluación de la estabilidad de las colas y del efecto de las propiedades de la fase sólida, la temperatura, la concentración y el pH sobre los parámetros reológicos y la viscosidad de sus hidromezclas a través de los modelos matemáticos obtenidos en relación con estos aspectos. • El sistema de correlaciones, derivado del modelo físico propuesto, para el cálculo y evaluación de las instalaciones de hidrotransporte que manipulan las pulpas de cola constituyen un sistema trifásico novedoso para las condiciones de la Empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” . II. – La propuesta de una metodología de cálculo y evaluación de las instalaciones de hidrotransporte que manipulan las pulpas de cola, derivado de los resultados de la caracterización realizada y del sistema de ecuaciones producto del modelo físico – matemático propuesto para este sistema. �Introducción 6 Aportes Metodológicos • Se establece una metodología para el cálculo y evaluación de un sistema de hidrotransporte de una hidromezcla con características trifásicas pudiendo generalizarse la aplicación de dicho modelo a otras plantas de producción de níquel por el proceso CARON. • Se ilustra la necesidad de utilizar los parámetros que caracterizan el comportamiento reológico de fluidos en el cálculo y evaluación de problemas del transporte de materiales no newtonianos por tuberías, • Los resultados de la caracterización y el modelo propuesto para describir el sistema trifásico puede ser introducido en temas de asignaturas afines de las carreras de Metalurgia, Mecánica, Minería e Ingeniería Química. Valor práctico • La aplicación de los modelos reológicos obtenidos permiten determinar el comportamiento de las colas y los valores de sus parámetros. • La aplicación de los modelos obtenidos permiten estimar la viscosidad y los parámetros reológicos en función de la concentración, temperatura y pH. • Con el sistema de ecuaciones obtenidas es posible calcular las instalaciones de bombeo para ser empleadas en un sistema de flujo dado . • La investigación de los parámetros permite estabilizar la producción y disminuir los costos mediante la reducción del consumo energético, la magnitud de las inversiones, su amortización, y el perfeccionamiento de la tecnología del hidrotransporte. �Introducción 7 Tareas principales a desarrollar. 1. - Determinar las propiedades físico – mecánica de las colas. 2.- Elaborar y fundamentar el modelo físico – matemático para el flujo de pulpas de colas a altas temperaturas. 3.- Realizar las investigaciones teóricas y experimentales de los principales parámetros hidráulicos de las colas. 4.- Elaborar la metodología de cálculo y proyección del hidrotransporte de las colas a partir del modelo matemático que se obtenga. 5.- Elaborar las recomendaciones en particular definir el régimen de trabajo para la reducción del consumo energético y del gasto de las inversiones. �Revisión bibliográfica. 1 CAPITULO I. REVISION BIBLIOGRAFICA. La necesidad de determinar con más precisión los parámetros para la transportación por tuberías de mezclas concentradas de diferentes productos líquidos y materiales áridos, es evidente durante la manipulación de los materiales en operaciones y procesos tecnológicos, en diferentes ramas de la economía nacional ( metalurgia, petróleo, construcción, industria química y la agricultura). La variedad de las propiedades físico – mecánicas de estas mezclas confiere propiedades específicas a los flujos en su movimiento por tuberías u otros dispositivos de transporte similares. Con frecuencia se requiere la transportación de suspensiones concentradas que exhiben propiedades no newtonianas, en las que las partículas tienden a formar estructuras que exhiben , un comportamiento seudoplástico, o características plásticas con la aparición de esfuerzos cortantes iniciales. En dependencia de las condiciones de operación , dichos flujos pueden ser laminares o turbulentos con diferentes influencias de las características reológicas de las mezclas . Darby,R.( 2000). El conocimiento de las propiedades de flujo de las suspensiones que se transportan es de gran importancia para decidir las características de los sistemas de bombeo, redes de tuberías, accesorios y equipos que deben utilizarse según las necesidades tecnológicas, así como los requerimientos medio ambientales, no menos importante que deben tenerse en cuenta en todo proceso de carga, transportación, vertimiento y almacenamiento de cualquier tipo de material. A continuación se realizará el análisis de los distintos aspectos relacionados con el tema, que se abordan en la bibliografía consultada, con la finalidad de disponer de los elementos básico invariantes y de las tendencias actuales que resulten esenciales para el correcto desarrollo del trabajo. En la mayoría de los casos, en la práctica mundial, el análisis del hidrotransporte tiene un carácter bifásico, es decir partículas sólidas suspensas en líquidos, en casi todos los casos se encuentran gases disueltos en la fase líquida mediante la ebullición que tiene lugar al igualarse la presión con la tensión de vapor. Estos problemas tratados de una u otra forma en la �Revisión bibliográfica. 2 literatura reportada por Daniels, Alberty (1963) influyen considerablemente en los parámetros de los flujos y en la durabilidad del equipamiento. La concentración de los gases disueltos en el líquido depende de la solubilidad del gas en cuestión según Daniels, Alberty (1963) y de la presión del líquido. Por razones tecnológicas en las colas de la Empresa Ernesto Che Guevara están constituidos por soluciones amoniacales, gas de alta solubilidad y fácil desprendimiento del líquido, lo que crea una nueva fase gaseosa que incide con fuerza en los parámetros de flujos y que en la literatura se reporta como modelo trifásico según Mijailov (1996) de donde se deduce la necesidad de investigar las propiedades reológicas de la pulpa y la influencia de la fase gaseosa en los parámetros del transporte hidráulico de las colas de la Empresa Ernesto Che Guevara. 1.1.1. Clasificación reológica general de los fluidos. En la teoría y la práctica actual , los fluidos se clasifican desde el punto de vista reológico en newtoniano y no newtoniano, según Skelland (1970), Tejeda (1985), Perry (1988) y Díaz (1989). A su vez los fluidos no newtonianos se clasifican en tres grupos: - De viscosidad invariable con el tiempo. - De viscosidad dependiente del tiempo. - Materiales ( líquidos de Maxwuel) Fluidos de viscosidad invariable con el tiempo: a) Seudoplásticos: ⋅ La viscosidad disminuye con el incremento de γ . El líquido comienza a fluir inmediatamente después que se le aplica un esfuerzo cortante (τ >0). b) Dilatantes: La viscosidad aumenta con el incremento de γ. Estos líquidos fluyen también para valores de (τ > 0). c) Plásticos reales: La viscosidad puede disminuir o aumentar con un ⋅ incremento de γ . Fluyen para valores de τ > τo . La principal característica de los plásticos ideales y reales es que poseen una estructura tridimensional muy fuerte cuando están en reposo, la cual resiste la deformación o el movimiento. Para valores del esfuerzo cortante τ < τo , no se establece el flujo. Para τ ≥ τo , la estructura se rompe, permitiendo que se establezca el �Revisión bibliográfica. 3 flujo del material. Al reducir el esfuerzo hasta valores de τ ≤ τo la estructura de dicho fluido se restablece (Figura 1.1). Fluidos de viscosidad dependiente con el tiempo: - Tixotrópicos. - Reopécticos. Materiales viscoelásticos (líquidos de Maxwell). Estos materiales exhiben propiedades viscosas y elásticas. Las sustancias viscoelásticas fluyen bajo la acción del esfuerzo cortante, pero, aunque la deformación es continua no resulta totalmente irreversible, de manera que al cesar la acción del esfuerzo cortante, el material restablece en parte su forma, semejante al comportamiento de los cuerpos elásticos sólidos. Este comportamiento se ha observado en NAPALM, en soluciones de polímeros, en masas cocidas de la industria azucarera con altos contenidos de gomas (polisacáridos), en ciertas resinas y en emulsiones de crudo cubano, de acuerdo a lo reportado por Toose (1995) y Ferro (2000). 1.1.2 Curvas de flujo. Las curvas de flujo se representan gráficamente al relacionar valores experimentales de τ contra (- dv/dy ). Así, se obtendrán curvas de flujo de diferentes formas en dependencia de la naturaleza reológica de los fluidos (Figura 1.1) , según Turiño ( 1984) y Tejeda (1985). τ 4 5 2 τo τo 1 3 ⋅ γ Figura 1.1 Curvas de flujo típicas de fluidos no newtonianos independientes del tiempo. 1- newtoniano; 2 - seudoplástico; 3 - dilatante; 4 - plástico real y 5 – plástico ideal (Bingham). �Revisión bibliográfica. 4 Las curvas de flujo son útiles, fundamentalmente, en el diseño de equipos o en la evaluación de instalaciones ya construidas, por ejemplo, para determinar la caída de presión necesaria para que un material no newtoniano fluya por una tubería de diámetro conocido; para determinar si un equipo ya construido (con el fin de transportar o elaborar un material determinado) puede ser usado con otro material diferente; para clasificar los materiales reológicamente y encontrar el modelo adecuado; para comparar características estructurales o de calidad de un mismo producto obtenido sin producciones “batch” y que hayan sido fabricadas sustituyendo algún componente por otro , de acuerdo a lo reportado por Toose (1995). 1.1.3 Modelos reológicos. Se han propuesto numerosas ecuaciones empíricas (modelos reológicos) . para expresar la relación que existe en estado estacionario entre τy γ. Todas estas ecuaciones contienen parámetros empíricos positivos, cuyo valor numérico puede determinarse a partir de los datos de la curva de flujo a temperatura y presión constante. Los modelos mas difundidos de acuerdo a lo reportado por Bind (1973), Skelland (1970), Tejeda (1985) y Garcell (1988), son los siguientes: a) Modelo de Ostwald de Waele: ⋅ τ =Κ( γ )n …………………………………………………..…………………. (1.2) Esta ecuación de dos parámetros se conoce también como Ley de Potencia. Se utiliza mucho para describir el comportamiento reológico de fluidos seudoplásticos y dilatantes. El parámetro n es el índice de flujo, y es una medida del grado de comportamiento no newtoniano del material. Para n < 1 el fluido es seudoplástico, mientras que para valores mayores que la unidad es dilatante. Para n = 1, (ecuación 1.2) se transforma en la ley de Newton, siendo K = µ. El parámetro K es el índice de consistencia, el cual da una medida del grado de viscosidad del material. Para los fluidos no newtonianos se utiliza el concepto de viscosidad aparente (µa ). De acuerdo con la (ecuación 1.1) la viscosidad aparente viene dada por la relación: �Revisión bibliográfica. 5 µa = τ ⋅ γ ……………………………………………........……………………… (1.3) Si en esta expresión se sustituye la ecuación (1.2) se obtiene: ⋅ = γ  µa   n −1 .....……….……………….....……………………………….. (1.4) b) Modelo de Bingham: τ = τ o + µ p  γ  ………………………………….....…………………………… (1.5) ⋅   Donde τo es el esfuerzo cortante limite o inicial que es necesario vencer para que el fluido fluya, µp es la viscosidad plástica. Este modelo se utiliza para describir el comportamiento de los plásticos ideales, los cuales también se conocen como plásticos de Bingham. Para τo = 0 (la ecuación 1.5) se transforma en la ley de Newton, siendo µp = µ. La viscosidad aparente para los plásticos de Bingham se obtiene sustituyendo la ( ecuación 1.5) en la relación (1.4): µa = µ p + τ ⋅ γ …………………………………………...……………………….. (1.6) c) Modelo de Bulkley – Herschel. τ = τo + K(γ)n ………………………………………....…...…………………….. (1.7) Los parámetros k, n, τo tienen el mismo significado que en los dos modelos anteriores. Se utiliza para describir el comportamiento de los plásticos reales. Para n = 1, (la ecuación 1.7) se transforma en el modelo de Bingham, para τo = 0, en el modelo de Ostwald de Waele, y para τo = 0 y n = 1 se transforma en la ley de Newton. Los tres modelos analizados son los más difundidos en la literatura especializada y los que más se han utilizado en el diseño de sistemas de flujos. No obstante, existen otros modelos que también pueden describir el comportamiento reológico de los materiales no newtonianos con mayor o menor precisión en dependencia de las características de esos materiales, por ejemplo los modelos: 1) de Eyring; 2) de Ellis; 3) de Casson, etc. �Revisión bibliográfica. 6 Si se combinan (las ecuaciones 1.7 y 1.4), se obtiene la expresión de la viscosidad aparente: ⋅ µ a = τ⋅ o + k  γ    γ n −1 ………….............………………..……………………….. ( 1.8 ) 1.2 Tipos de Reómetros ( Viscosímetros). Existen numerosos tipos de reómetros que se han diseñado y comercializado. Solo cuatro de ellos, reúnen las condiciones necesarias para ser usados en la determinación de propiedades reológicas, estas son: a) el de tubo capilar, b) el rotacional de cilindros concéntricos, c) el rotacional en medio infinito, d) el rotacional de cono y plato según , Díaz (1989), Garcell (1988), Perry (1988), Rosabal (1988), Skelland (1970), Tejeda (1985). Los viscosímetros rotacionales (reómetros) son los mas difundidos para realizar estudios reológicos. En la figura 1 del anexo 1 se muestra un esquema de los elementos básicos de medición de los mismos. 1.3 Estabilidad de las suspensiones. Propiedades superficiales. La doble capa eléctrica. Potencial Zeta. Densidad de carga de las partículas. Muchas partículas coloidales en contacto con un líquido polar, como por ejemplo el agua, adquieren una carga eléctrica superficial Cerpa (1999)., dando lugar a la aparición de las llamadas propiedades superficiales de las suspensiones coloidales, tales como: la densidad de carga de la superficie, el punto de carga cero, los potenciales electrocinéticos, el punto izo eléctrico, etc., que dependen en gran medida del pH de la suspensión. La carga superficial influye en la distribución de los iones vecinos que se hayan en el líquido de manera que los iones de carga opuestas ( contraiones) son atraídos hacia la superficie y los iones con la misma carga ( coiones) son alejados de la superficie por repulsión. La teoría de la doble capa eléctrica trata sobre la distribución de los iones, y , por consiguiente, sobre la magnitud de los potenciales eléctricos que existen en la proximidad de la superficie cargada. Stern propuso un modelo para la doble capa eléctrica, donde plantea que esta está formada por dos partes, una que permanece fija a la superficie �Revisión bibliográfica. 7 sólida, con un espesor aproximado de un diámetro de molécula, mientras la otra es una capa difusa que penetra en la solución. Establece además, que la capa fija y la difusa están separadas por un plano, llamado plano de Stern. Los iones adsorbidos están localizados en este plano, es decir , entre la superficie y el plano de Stern. Los iones localizados mas allá de este plano forman la parte difusa de la doble capa. La superficie de cizalla es la interfase de contacto entre las fases en el movimiento relativo, el potencial de esta superficie es conocido como el potencial zeta, ξ. ( ver figura 2. anexo 1) En los sistemas dispersos con características coloidales, la densidad de carga superficial de las partículas, σo y el potencial zeta, ξ, son funciones del pH y de la concentración del electrolito indiferente ( fuerza iónica) en el medio dispersante, Tanto σo como ξ constituyen una medida de la estabilidad de la suspensión. La magnitud del pH a la cual σo = 0 y ξ = 0 se denominan: punto de carga cero ( p.z.c), y punto izoeléctrico ( i.e.p) respectivamente . El punto de carga cero y el punto izoeléctrico coinciden cuando no hay adsorción específica de aniones y/o cationes en la superficie de las partículas. Mecanismos de carga superficial de las partículas. Los mecanismos más importantes por lo que la superficie de las partículas pueden cargarse eléctricamente son los siguientes: Ionización, formación de iones complejos, adsorción específica de iones, según, Cerpa (1999). Ionización: Tiene lugar por la disociación de grupos ionogénicos superficiales, en dependencia del pH de la solución. Por ejemplo, las proteínas poseen grupos carboxilo y amino que se ionizan para dar iones COO- y NH3+ . Formación de iones complejos: Un modelo simple generalizado propone que los centros activos MOH, presentes en óxidos y oxihidróxidos tales como: la Maghemita, la Goethita, la Gibbsita, la Sílice y otros, dan lugar a la formación de pares de iones MOH2+ MO - que dan carga a la superficie y que interaccionan con los cationes y aniones que se encuentran en el medio dispersante Garcell (1998). En estos óxidos, los centros activos exhiben un comportamiento anfotérico, coexistiendo simultáneamente sitios neutros MOH �Revisión bibliográfica. 8 y sitios cargados de MOH2+ y MOH - . El tipo predominante de estos sitios depende del pH. Así, a pH inferiores al p.z.c o al i.e.p. las cargas netas superficiales pueden ser positivas y a pH mayores a dichos puntos, negativas. La carga neta viene dada por la diferencia entre el número de sitios MOH2+ y el número de sitios MO – por unidad de superficie. A pH = p.z.c, predominan los sitios MOH y la concentración de los grupos remanentes de MOH2+ y MO - , son iguales, de manera que la carga superficial de la partícula se hace nula. Adsorción iónica. Es posible que la superficie adquiera una carga neta por la adsorción desigual de iones de signos opuestos. Se consideran iones adsorbidos específicamente a aquellos que están unidos a la superficie de la capa de Stern, por fuerzas electrostáticas o de Van der Waals, lo suficientemente fuerte para superar la agitación térmica. Una de las leyes importantes de la Química de Superficie establece un cierto orden en relación con los iones que pueden ser adsorbidos en la superficie de los óxidos y de otros compuestos de acuerdo a lo expresado por Demai (1996), Torres (1989) . Según esta Ley se adsorberán preferiblemente los iones de mayor valencia, y para los de una misma valencia, los que tengan mayor radio iónico. Esto da lugar a las llamadas series liotrópicas de adsorción. Por ejemplo, la secuencia de afinidad normal ( series liotrópicas o de Hofmeister) que presentan muchos óxidos es la siguiente: Al3+ > Ca2+ > K1+ ( en relación con la valencia). Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+ ( en relación con el radio iónico) Mediante estudios realizados sobre los fenómenos superficiales de la Goethita en agua de mar, por Balistrieri y Murray (1979), se logró la serie liotrópica para este mineral. H+ >> Mg 2+ = SO 42 - > Ca2+ >Cl = Na+ = K+ Puede observarse que la Goethita muestra una serie líotrópica irregular, ya que la adsorción del Mg 2+ > Ca2+ es contraria a la secuencia de afinidad �Revisión bibliográfica. 9 normal de Hofmeister presentada arriba. También puede verse que la Goethita tiene gran afinidad por los iones Mg2+ y SO42- . La adsorción iónica se puede producir por intercambio de iones contenidos en el sólido y en el líquido circundante. En los procesos de intercambio iónico, la carga neta de la superficie de las partículas no se altera ,según Guardia (1994), Torres (1989) y Muñiz (2001) , han realizado trabajos con pulpas de laterita de Moa que demuestran las características coloidales de éstas por su alto contenido de partículas finas, y en las que se observan y se miden propiedades superficiales. No se han encontrado trabajos similares acerca de las colas del proceso CARON. 1.4 Efecto de las propiedades superficiales en las características reológicas de las suspensiones concentradas. En las dispersiones gruesas, donde las partículas son de tamaño relativamente grande, el área superficial total de la fase sólida resulta relativamente pequeña. En estos sistemas el efecto de las propiedades superficiales es prácticamente despreciable. En cambio, en las suspensiones coloidales cuya fase dispersa posee un área superficial grande, el efecto de las propiedades de superficie desempeñan un papel muy importante. Ello se debe, fundamentalmente, a que el comportamiento reológico es afectado grandemente por la densidad de carga superficial y por la fuerza iónica del medio dispersante, ya que estas variables influyen sobre la interacción neta entre las partículas. La interacción neta es la suma de un componente repulsivo y un componente atractivo. El componente atractivo viene dado por las fuerzas de atracción del Van der Waals y no es sensible a los fenómenos superficiales . El componente repulsivo se debe a las fuerzas repulsivas eléctricas que rodean a las partículas ( repulsión de Born). Cuando la interacción neta es repulsiva se observa un comportamiento newtoniano de la suspensión, en cambio, cuando la interacción neta es atractiva la suspensión puede exhibir un comportamiento seudoplástico o plástico, debido a la formación de agregados o flóculos, o de una estructura espacial. En los trabajos de Cerpa y Col (1997), (1998), (1999) con pulpas laterititas, así como de Leong y Boger (1990) y con suspensiones de líquido �Revisión bibliográfica. 10 se ilustra la relación entre los fenómenos de la Química de Superficie y la reología. No se han encontrado trabajos sobre las colas del proceso CARON que traten sobre estos aspectos. Teniendo en cuenta todo lo hasta aquí explicado, resulta evidente que los efectos de las propiedades superficiales sobre la reología de las suspensiones minerales coloidales es un fenómeno de carácter universal, de manera que los principios que rigen estos procesos pueden ser aplicados independientemente del tipo de mineral que forme la dispersión. 1.5 Interacciones y factores que influyen sobre el comportamiento y propiedades reológicas de las dispersiones minerales. Cuando un sólido es dispersado en un líquido, la viscosidad de la suspensión que se forma se incrementa. La dispersión puede exhibir comportamiento newtoniano o no newtoniano, en dependencia de las interacciones físicas y químicas que tiene lugar entre las partículas y el líquido, así como de la naturaleza y características de las fases mineralógicas que constituyen el sólido [69]. En la literatura especializada se han analizado diferentes tipos de interacciones, los cuales han sido resumidos por Cheng (1980) dentro de tres categorías diferentes: - Interacciones hidrodinámicas entre el líquido y las partículas sólidas dispersas, las cuales incrementan la disipación viscosa en la suspensión. - La atracción entre partículas que da lugar a la formación de flóculos, agregados y estructuras. - El contacto partícula – partícula, el cual es la causa de las interacciones de fricción. Además de estas interacciones existe un número de factores que ejercen gran influencia sobre el comportamiento de las dispersiones, tales como: tamaño y distribución de tamaño de las partículas; composición química y mineralógica del sólido; composición iónica del medio dispersante; concentración de la fase sólida; temperatura y pH. A continuación se analizan brevemente los efectos de los factores más importantes: �Revisión bibliográfica. 11 Efecto de la granulometría. En general, las suspensiones de partículas finas exhiben mayores viscosidades que las de partículas gruesas, con excepción de aquellas partículas que poseen propiedades magnéticas con las que ocurre lo contrario, como es el caso de las pulpas de maghemita, según lo expresado por Garcell ( 1994). En un trabajo realizado por Garcell (1992), se confirmó que las pulpas acuosas de laterita ( limonita) preparadas con partículas mayores de 90 µ m no logran formar una estructura y muestran un comportamiento newtoniano; en cambio, las preparadas con mezclas de partículas inferiores a 50 µ m forman estructuras que comunican a la suspensión propiedades plásticas, pudiendo ajustarse su curva al modelo de los plásticos Bingham. Las pulpas de lateritas industriales muestran una distribución granulométrica en la que predominan las partículas con tamaños inferiores a 43 µ m , de ahí el comportamiento típico de los plásticos Bingham de estas suspensiones. Efectos de la temperatura. En general, en la mayoría de los líquidos y suspensiones se ha observado una disminución de la viscosidad con el incremento de la temperatura. Se ha comprobado que la disminución de la viscosidad puede deberse a dos efectos, según Garcell ( 1993), a) disminución de la viscosidad del medio dispersante; b) debilitamiento de las estructuras formadas por las partículas al aumentar la temperatura. Efecto de la composición mineralógica. Se ha comprobado que las pulpas de mineral laterítco pueden presentar un amplio rango de los valores del punto izo eléctrico (i.e.p.) o de su punto de carga cero (p.z.c) en la dependencia de su composición mineralógica, según lo expresado por Garcell ( 1993). Este hecho hace que la viscosidad y estructuración de las pulpas de laterita sean, a su vez, una función del pH. Los cambios de la composición mineralógica, también influyen sobre las características de sedimentación de las suspensiones de laterita y sobre la estabilidad de las pulpas. �Revisión bibliográfica. 12 Efecto de la concentración de sólidos. Por lo general, en las suspensiones diluidas ( con valores de concentración volumétrica ,φ , inferior a 10 % en peso de sólidos) el comportamiento de las suspensiones es newtoniano . A medida que aumenta la concentración de sólidos, se incrementan las interacciones de las partículas, con la tendencia a formar flóculos, agregados y estructuras. Como consecuencia de esto, a concentraciones moderadas, la suspensión puede alcanzar el comportamiento Seudoplástico. A concentraciones más altas, los efectos hidrodinámicos son menos importantes, y , dado que las partículas se hayan más cerca una de otras, se forman estructuras tridimensionales que le comunican a la dispersión propiedades plásticas. En trabajos realizados por Garcell (1993) y por Cerpa y Garcell (1997) con pulpas de lateritas pudo determinarse que, para concentraciones menores de 18 % en peso de sólidos, estas pulpas exhiben un comportamiento Seudoplástico que es prácticamente independiente de su composición mineralógica. Y para contenidos de sólidos en el orden de 22 % en peso se manifiestan propiedades plásticas, y a medida que se incrementa la concentración hasta 45 %, las viscosidades aumentan, dependiendo cada vez más de la mineralogía del sólido. En estas condiciones, las curvas de flujo, pueden ser ajustadas, en algunos casos, al modelo de Bingham, o al de Bulkley – Herschel, en otros. Efecto del pH. En las suspensiones grandemente los con características fenómenos coloidales, electrocinéticos y se otras manifiestan propiedades superficiales. En las suspensiones minerales, en la que la distribución de tamaño muestra altos volúmenes de partículas finas se manifiestan también estos fenómenos, los cuales son altamente dependientes del pH de la suspensión. Para pH cercanos al punto isoeléctrico, el equilibrio atracción – repulsión entre partículas se desplaza hacia la atracción debido al predominio de las fuerzas de Van der Waals. En estas condiciones la suspensión incrementa su inestabilidad y muestra los máximos valores de viscosidad, debido a la formación de estructuras más fuertes. A pH alejado del i.e.p., son �Revisión bibliográfica. 13 más importantes las fuerzas de repulsión de carácter electrostático entre las partículas. Es por ello que las partículas se dispersan más fácilmente, y la suspensión adquiere más estabilidad y exhibe menores valores de viscosidad. Otro aspecto importante está relacionado con la adsorción de iones en la superficie del sólido, lo cual provoca variación de la carga superficial de las partículas y desplazamiento del i.e.p. y de p.z.c , según Garcell (1994). En general, cuando no hay adsorción específica de iones, los valores del i.e.p y de p.z.c coinciden, sin embargo, cuando se adsorben cationes y aniones los valores del i,e,p y p.z.c experimentan desplazamiento hacia pH más ácidos o más básicos, trayendo consigo cambios en el comportamiento de la suspensión. El pH juega un papel importante en el proceso de sedimentación de las pulpas crudas. La experiencia indica que en el agua de reboso el pH disminuye su valor con el tiempo de contacto con el mineral laterítico. Novoa ( 1976) propone controlar el pH de la pulpa para lograr valores óptimos de 5,5 – 5,7 con el objetivo de lograr una mejor sedimentación y expone que a valores mayores o menores de ese rango se observa un efecto negativo en la velocidad de sedimentación. Los valores de pH alcanzados en este trabajo difieren de los obtenidos por Valdés (1983), quien estudió los fenómenos químicos coloidales de la pulpa laterítica, determinando el rango óptimo de pH entre 6,6 – 7,6, cercano al punto izoeléctrico, lo que ha sido comprobado por otro trabajo, entre los que se pueden mencionar el de Ferro (1984); sin embargo Cerpa ( 1997) demuestra que el punto izoeléctrico se alcanza a pH= 4,8 – 8,4. Esta diferencia puede estar dada por las condiciones de trabajo utilizadas en cada caso y las características del mineral . Novos (1976) se limitó al estudio de las condiciones de sedimentación variando el pH en un rango muy estrecho ( 4-62). Por otra parte Valdés (1983) realizó un estudio más profundo a través de mediciones del potencial electrocinética de la partícula por los métodos de macro y microelectroforesis en un intervalo de pH entre 0,3 y 12,4, estableciendo dos puntos izoeléctricos a pH entre 2 y 7 respectivamente; entre estos dos valores , la superficie de la partícula tiene �Revisión bibliográfica. 14 carga positiva . Para un valor de de pH inferior a 2 o superior a 7, las partículas se cargan negativamente . Cerca del punto izoeléctrico a pH de 6,6 – 7 , no existen fuerzas electrostáticas capaces de separar las partículas entre sí y estas tienden a regularse con la formación de agregados que sedimentan a mayor velocidad ; es a estos valores de pH que se alcanzan las mejores condiciones de sedimentación de la pulpa cruda. Este trabajo establece el valor de pH en que las pulpas sedimentan mejor; pero no tiene en cuenta la procedencia o tipo del mineral de la pulpa, o sea su composición granulométrica, mineralógica y química. Beyris ( 1997) definió un nuevo indicador denominado Índice de Sedimentación ( Ised) como la relación metal ligero/ metal pesado para efectuar la homogenización de los minerales lateríticos, no alterando la ley del mineral para las tecnologías ácidas permitiendo predecir el comportamiento de la sedimentación, teniendo en cuenta la relación existente entre los factores fundamentales que influyen como sistema en el proceso, lográndose porcentajes de sólidos a 46,61 %. Se verifica experimentalmente en el caso del índice de sedimentación ( Ised) con valores menores que 0,22 para la homogenización de los materiales laterícos y del Silicato de Sodio como un electrolito en concentraciones (0,001 – 0,0085) g/l, que constituyen vías para el mejoramiento de las condiciones de sedimentación en la planta de espesadores de pulpa de la Empresa “Comandante Pedro Soto Alba” de Moa. 1.6 Consideraciones generales sobre las colas de la “ Empresa Comandante Ernesto Che Guevara”. La información bibliográfica consultada sobre las características de las colas puede ser resumida de la forma siguiente: Herrera y colaboradores del Centro de Estudios Aplicados al Desarrollo Nuclear (1994), efectuaron una investigación sobre la caracterización de productos parciales y finales de la Empresa René Ramos Latourt “Nicaro”. En este estudio se determinó que la composición química de las colas de Nicaro es bastante similar a la que se obtiene actualmente en la Empresa Ernesto Che Guevara de Moa; sin embargo, se observan grandes diferencias en su composición mineralógica , por ejemplo, en todas las muestras analizadas, la fase principal es la �Revisión bibliográfica. 15 magnetita con un contenido de 64 – 90% en peso. En cambio en el proceso CARON de Moa la fase principal es la maghemita con un contenido en el orden de 63 – 83 % en peso, esta diferencia se atribuye a las modificaciones tecnológicas producidas en la fábrica Ernesto Che Guevara de Moa, que puede haber ocasionado la oxidación de la magnetita transformándose esta en maghemita , teniendo en cuenta que una vía tanto natural como sintética de obtención de maghemita es precisamente mediante la oxidación de la magnetita . (Ver anexo 1 - tablas 1y 2). 1. 7 Propiedades magnéticas de los materiales. Muchos óxidos de hierro exhiben en mayor o menor grado propiedades magnéticas según lo expresado por Costa (1996).Estos materiales pueden adquirir las propiedades magnéticas por la acción del campo magnético natural de la Tierra ó del campo aplicado de un equipo. Dependiendo de la naturaleza del óxido de hierro (las características de su estructura atómica), de la temperatura, de la intensidad del campo magnético aplicado (el campo magnético natural de la Tierra es aproximadamente de 0.2 Gauss ) y del tamaño y forma de las partículas, adquiridas pueden variar las características magnéticas de uno a otro material. Así, por ejemplo, la hematita a 260°k es antiferrimagnética y a 956° k es débilmente ferrimagnética. Así mismo, la maghemita a tamaños menores de 10 nm es súperparamagnética(no exhibe propiedades magnéticas) en cambio, para dimensiones mayores, a temperatura ambiente, es ferrimagnética. Entre los óxidos de hierro a temperatura ambiente, y para dimensiones mayores a 10 nm, la maghemita y la magnetita son las que exhiben propiedades magnéticas apreciables (ferromagnéticas), siendo mas notables estas características en la magnemita. Las partículas de estos minerales poseen formas elipsoidales en rotación y constituyen pequeños imanes naturales. En el trabajo de Garcell y col. 1998 se determinaron las características reológicas y magnéticas de suspensiones de nanopartículas de maghemita de diferentes formas, tamaño y distribución de tamaño. Se observa que sus fuerzas coercitivas y los magnetismos máximos y remanentes adquiridos se incrementan con el aumento del tamaño de las partículas. Ello provoca un �Revisión bibliográfica. 16 incremento en la viscosidad y en la magnitud del ocurre con los materiales τ 0, contrariamente a lo que no magnéticos en los que sus propiedades reológicas disminuyen con el aumento del tamaño de sus partículas. No se han encontrado trabajos relativos a los aspectos tratados para las suspensiones de las cola del proceso CARON. Sin embargo, dado el hecho de que en este estudio se ha podido determinar que la fase mineralógica principal de estas pulpas es la maghemita – magnetita, es de esperar que exhiba propiedades magnéticas y comportamientos similares que las suspensiones de esos minerales puros. 1.8 Parámetros de hidrotransporte en el flujo de hidromezclas por tuberías. El análisis de las investigaciones realizadas por diferentes autores Dyurano (1952), Ibenskii (1957), Kalinin (1965) , Mijailova (1966), Skelland (1970), Karasik (1972), Gusarov (1972), Karasik ( 1972), Pérez ( 1970,1983,1984), Parnoskaya (1976,1987), Smoldriev ( 1980, 1986, 1989), Nuruk (1979,1985), Shekadeshvarsheischili (1981), Alexandro (1986), Izquierdo (1995), Darby (2000), G y R (1995), Suárez (1998), Díaz (1999) muestran que las mismas están dedicadas fundamentalmente a: 1.- Estudio de la estructura dinámica de diferentes flujos de suspensiones y de las peculiaridades de los regímenes de movimiento del flujo portador de partículas sólidas. Sobre esta base se construye el modelo físico y se deduce la ecuación de equilibrio dinámico y la obtención de la dependencia de cálculo a partir de la utilización de datos experimentales. 2.- Estudio de las regularidades del movimiento de los flujos con partículas en suspensión, la influencia de partículas sólidas sobre su estructura cinemática y establecer el enlace de las características locales e integrales. 3.- Determinar la magnitud de la energía que el líquido le trasmite a las partículas sólidas de diferentes categorías. Este método se fundamenta sobre el principio de considerar las fuerzas de interacción del líquido y las partículas sólidas suspendidas en él. De lo explicado anteriormente se observa, que la solución teórica de los principales problemas del hidrotransporte es posible obtenerla solo de las ecuaciones de la hidrodinámica. De igual forma, en relación con la �Revisión bibliográfica. 17 complejidad de obtención de hidromezclas, se puede utilizar la teoría semiempírica, la que se fundamenta sobre diferentes representaciones del movimiento del flujo de las hidromezclas y de la variación de la influencia de las partículas en el perfil de distribución de velocidades. Por ello, el segundo aspecto encuentra su aplicación práctica y ha obtenido desarrollo en trabajos realizados por la mayoría de los investigadores. Como es conocido, durante el movimiento de un líquido homogéneo a pequeñas velocidades por la sección de la tubería se subordina a la ley parabólica. 2  r  1 −  R       V= Vmáx ....................................................................................................... (1.9) Donde: R – radio de la tubería r - distancia del eje. Vmáx – velocidad máxima para r = 0. En el régimen turbulento, la distribución de velocidades para líquidos homogéneos se describe por la ley logarítmica propuesta sobre la base de la teoría semi empírica de Prandtl – Karman. Vmáx − V r 1 = ⋅ ln V* χ r−y ..................................................................................................................... (1.10) Donde: χ - constante de Karman; y – distancia desde la pared del tubo hasta el punto analizado; τ  V =   ρ * τ τ 1 2 - velocidad dinámica, donde: - tensión de rozamiento en la pared del tubo. En varios trabajos según, Smoldriev (1966, 1980) , Karasik (1976), Agustín (1983), Vennard (1986), muestran que la misma se muestra que debido a la presencia mediante la existencia de gran cantidad de partículas pequeñas puede variar el régimen de flujo de la suspensión. Desplazándose a lo largo de la línea del flujo con velocidades prácticamente igual a la velocidad del �Revisión bibliográfica. 18 líquido, disminuyendo la resistencia. Las partículas de tamaños medios, bajo la acción de diferentes fuerzas se separan de ellas y las partículas más grandes se separan de la frontera sólida, lo que provoca la destrucción de la estructura del flujo, varían las características de las pulsaciones y la intensidad de las turbulencias. Como resultado de esto surge el desplazamiento transversal de las partículas sólidas, variándose la interacción mecánica en el flujo y modificándose el perfil de distribución de velocidades en comparación con un líquido homogéneo. Smoldriev y Col.( 1980), sobre la base del análisis de los resultados obtenidos en diversos trabajos realizados por ellos y por otros autores con hidromezclas de diferentes materiales de granulometrías y densidades variadas (arcilla, carbón, caolín, desechos de la industria metalúrgica, materiales de la construcción y otros), a distintos regímenes de flujo, rangos de temperatura y diámetros de las tuberías lograron establecer y resumir algunas regularidades en las características del flujo de los productos, Así, se pudo comprobar que, no obstante las diferencias observadas en las propiedades físico – mecánicas de los materiales y en las características del medio dispersante, existen peculiaridades comunes que describen el flujo de las hidromezclas estudiadas, en relación con sus comportamientos reológicos con las pérdidas hidráulicas, con los perfiles de velocidad en diferentes regímenes de flujo ( estructural, transitorio y turbulento). Los resultados obtenidos por pulpas formadas por materiales de diferentes formas, tamaño y granulometría, no responden a una expresión única, lo que a obligado a dividir las hidromezclas en diferentes grupos, la más utilizada es la (159), que clasifican estas pulpas según el tamaño de las partículas de la siguiente forma: Hidromezclas Muy gruesas Gruesas Dispersas gruesas Dispersas finas Estructurales Coloidales Tamaño, mm 10 – 300 mm 2/3 – 10 mm 0,15 – 2/3 0,05 – 0,15 /0,2/ 0,05 – 0,005 0,005 �Revisión bibliográfica. 19 Esta clasificación en nuestra opinión más cerca que cualquier otra responde a las tareas de hidrotransporte y refleja muy bien múltiples resultados experimentales y será la utilizada en este trabajo. A partir de esta clasificación las pulpas de hidrotransporte por el proceso CARON, se encuentran en el grupo de las finamente dispersas hasta las coloidales y se hace necesario investigar los factores que inciden en la variación de las propiedades físico – mecánicas de las hidromezclas por las posibles influencias que pueden tener las características reológicas en los parámetros de hidrotransporte y en particular factores tales como: concentración, tamaño, granulometría, composición mineralógica y otras. Las investigaciones experimentales realizadas hasta el presente en hidrotransporte de minerales sólidos se refieren fundamentalmente a la determinación de las pérdidas específicas por rozamiento, la velocidad crítica, densidad de la pulpa y régimen racional que en última instancia determinan los indicadores técnico – económico de hidrotransporte. El régimen con que se puede transportar estas mezclas varía desde el puramente laminar hasta el puramente desarrollado, en la (figura 2, curva 1 del anexo1) se observa, que la hidromezcla se desplaza prácticamente como si fuera un cuerpo sólido y ocupa toda la sección de la tubería. Con el aumento de la velocidad del movimiento los enlaces estructurales no logran restablecerse y el flujo ocurre con una viscosidad constante y pequeña, prácticamente no se rompe la estructura. A este régimen se le llama régimen de flujo estructural. Para la curva de flujo, la recta del flujo i = f(v) se expresa por la ecuación lineal Svedova – Bingham, lo que posibilita calcular el régimen de flujo establecido (el perfil de velocidades establecidas en condiciones de desplazamiento homogéneo). Señalamos, que para valorar este régimen se puede utilizar además el parámetro de viscosidad efectiva µe , la cual disminuye con el incremento del gradiente de velocidad. En este caso los cálculos se complican. Unido a esto , la utilización del esquema indicado de flujo viscoso plástico posibilita con facilidad resolver las tareas prácticas. Para describir el flujo de hidromezcla en este régimen se utilizan �Revisión bibliográfica. 20 dos parámetros independientes: la viscosidad η y la tensión dinámica limite o limite dinámico de fluidez τd. Durante la transición del flujo laminar al turbulento, el valor de la viscosidad estructural disminuye con el aumento de las tensiones tangenciales (o el gradiente de velocidad), sin embargo cuando se alcanza el limite dinámico de fluidez, la viscosidad estructural permanece prácticamente constante. Por cuanto en la práctica en la mayoría de los casos se logra el régimen estructural, lo que mayor interés representa es el estudio de la influencia de la concentración de sólido, temperatura, sus propiedades superficiales y otros factores que influyen en los parámetros reológicos La curva 2 ( figura 2b del anexo 1), caracteriza la distribución de velocidades en un flujo de una suspensión de caolín, correspondiente al régimen de movimiento estructural. El perfil de velocidades justifica la existencia de zonas características en el flujo cercano a la pared con estructura y distribución de velocidades parabólicas, y la zona central con una estructura constituida (núcleo del flujo); de igual forma mantiene una deformación pequeña. A medida que aumenta la velocidad media, el espesor de la zona cercana a la pared con estructura destruida se aumenta. Perfiles de velocidades semejantes se han obtenido para suspensiones de arcilla, carbón, materiales de la construcción, etc. Ellos corroboran; que el régimen de flujo plástico viscoso de Svedova – Bingham corresponde con el perfil de velocidades real. El análisis preliminar demuestra; que el espesor de la capa cercana a la pared con estructura destruida aumenta con rapidez, pero el grado de destrucción de la estructura de la hidromezcla se encuentra en dependencia directa a las dimensiones del flujo. Con el aumento del gradiente de velocidad en el flujo la hidromezcla entra en un proceso de destrucción de la estructura, después del cual el aumento posterior del gradiente de velocidad no provoca una caída considerable de la viscosidad. Es necesario señalar, que para una serie de mezclas el limite de destrucción de la resistencia ocurre en el régimen transitorio, cuando el flujo se mueve como un líquido homogéneo con una viscosidad mínima µ min. . La zona lineal de la curva reológica de la mezcla estructural, fluye a tal régimen �Revisión bibliográfica. 21 que pasa, a través del inicio de la ordenada; por eso la viscosidad del sistema se determina como newtoniano. Esta misma viscosidad se mantiene en el régimen turbulento. Cuando es alta la viscosidad del medio (es alta la concentración de la fase sólida) con frecuencia no se presenta la posibilidad de alcanzar un grado limite de destrucción de la estructura antes de que aparezca la turbulencia o la destrucción del flujo suave. Por eso para algunas hidromezclas de alta concentración no existe el régimen turbulento. Así, las mediciones realizadas con suspensiones de arcilla demuestran un paso directo del régimen estructural al régimen de flujo turbulento sin pasar por la zona considerada de velocidades transitorias (o existe una zona muy pequeña). Esta peculiaridad es característica para suspensiones con elevado valor de concentración de la fase sólida y un alto valor de τ0. Este factor justifica también los experimentos realizados con suspensiones de polvo y granos de minerales. En algunos casos, mediante el movimiento de suspensiones fibrosas (de masa de papel, turba, sedimentos de agua subterráneas a pequeñas concentraciones) se ha observado la intersección de las curvas de flujo de la suspensión con las curvas del agua i =f(v); es decir en algunas zonas las curvas i =f(v) se distribuyen por debajo, fundamentalmente como resultado de la disminución de la densidad del medio. Sobre el régimen de movimiento de tales suspensiones se puede juzgar por los datos medidos por E.Gaize, X.Ianke , representado en ( figura 5, anexo 1 ), donde , se observa un paso rápido del régimen estructural al régimen de flujo turbulento, por ejemplo las curvas 2 – 4. Ello se explica por la variación de las características del material (desecho de papel cartón y otros) cuando se le adiciona agua hasta alcanzar una concentración volumétrica 8.6 %. Análisis del transporte hidráulico en el proceso carbonato amoniacal en la Industria del níquel. El proceso carbonato amoniacal en la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara de Moa, el transporte de pulpa se realiza desde los tanques de �Revisión bibliográfica. 22 contacto en la entrada de la planta de lixiviación hasta la evacuación final de las colas. En el proceso de transportación de acuerdo con la densidad de las pulpas y con una misma granulometría varían los parámetros de transportación y su régimen de trabajo, esta situación requiere de un estudio reológico para la determinación del tipo de hidromezclas, por otra parte la presencia de amoníaco en las colas y su alto grado de solubilidad Daniel, Alberty (1963), hace que con presiones relativamente bajas la cantidad disuelta en la pulpa sea relativamente alta, la caída de presión provoca el desplazamiento de una fase gaseosa que pueda ocupar una sección que hace variar los parámetros de flujo. En la práctica se crea además de la fase sólida y líquida, una fase gaseosa adicional, en esencia el flujo de la hidromezcla en la planta de recuperación de amoníaco está afectado, tanto por las posibles propiedades reológicas de las mismas como por la presencia de la fase gaseosa. Otra forma de aplicación del transporte hidráulico se encuentra en la Empresa Comandante Pedro Soto Alba, donde se utiliza el transporte de pulpas lateríticas por gravedad y a presión. El transporte por gravedad se realiza desde la planta de preparación de pulpa hasta los espesadores de pulpa, con una suspensión de 25 – 30 %de peso en sólido, por una tubería de hormigón de 610 mm de diámetro y 5129 m de longitud. El transporte a presión se realiza desde los espesadotes de pulpa hasta la planta de lixiviación con ayuda de bombas centrífugas, a través de una tubería de 460 m de longitud y 508 mm de diámetro. Shichenko (1951) Sobre la base de las investigaciones experimentales estableció; que en el movimiento de mezclas de arcilla por tuberías se presentan dos regímenes de flujo, el estructural y turbulento. Como resultado de las investigaciones fue establecido, que la distribución de velocidades por la ecuación de Svedova – Bingham, ocurre solo a velocidades del flujo hasta V= 0,6 m/s. Ivenski ( 1957) mediante el estudio de los regímenes de movimientos de las mezclas de materiales de la construcción por tuberías de diferentes diámetros estableció, que existe el régimen estructural en los limites de velocidades hasta 0.5 m/s, se observa el régimen estructural, que se acompaña de la �Revisión bibliográfica. 23 rotación de los granos, lo que conlleva a la destrucción de los enlaces estructurales. En el trabajo de Iakovlev (1962), se exponen los resultados de estudios experimentales, los cuales demuestran que, el movimiento de líquidos estructurales por tuberías se caracteriza por la presencia de un núcleo del flujo, que se mueve con velocidad constante como un cuerpo compacto. Pakrovskaya (1985) , realiza un amplio estudio técnico – práctico donde abarca temas muy importantes y novedosos entre los que se destacan: características, parámetros y regímenes de transportación de hidromezclas de diferentes grados de saturación; métodos para la preparación de pulpas para el hidrotransporte, desgaste hidroabrasivo de los sistemas de tuberías durante la transportación de materiales abrasivos; fiabilidad del trabajo de las instalaciones de hidrotransporte; métodos de control y regulación de los parámetros de hidrotransporte de los golpes hidráulicos; valoración económica de la efectividad del transporte hidráulico. Pérez Barreto; en su trabajo [1979], sobre la base de las investigaciones teórico experimentales y el análisis de otros autores determinó los parámetros y estableció los regímenes racionales de hidrotransporte de minerales de hierro y concentrados . Elaboró las recomendaciones sobre la modelación de las suspensiones, selección de los regímenes efectivos y la metodología para la determinación de los parámetros de materiales sólidos de alta densidad en flujos de alta densidad ( hasta 40 % de sólido por volumen). Suárez en su trabajo 1998, hace referencia a la elaboración del modelo físico – matemático del movimiento de suspensiones de serpentinita blanda por tuberías, basado en los resultados de las investigaciones de las propiedades reológicas , la determinación de las regularidades de la variación de los coeficientes de resistencia hidráulica en dependencia de la concentración másica en el intervalo de 40 a 80 % en régimen laminar; la determinación de las pérdidas específicas de presión para el movimiento de dichas suspensiones en régimen turbulento; la determinación de las �Revisión bibliográfica. 24 ecuaciones para la obtención de la velocidad crítica y la velocidad límite de caída de los granos de serpentinita dura. Izquierdo en su trabajo (1989) sobre la determinación de los parámetros y regímenes de hidrotransporte de mineral laterítico aplicable a las condiciones del proceso productivo de la Empresa comandante Pedro Soto Alba determinó las propiedades físico – mecánicas de las hidromezclas, formuló el modelo físico – matemático del flujo de las pulpas lateríticas; comprobó que durante el flujo dependiendo de la velocidad de las pulpas y de la concentración del sólido, se presentan los regímenes estructural, transitorio y turbulento, obtuvo las dependencias para determinar el coeficiente de resistencia hidráulica para el movimiento del régimen estructural y las pérdidas hidráulicas durante el movimiento de la hidromezcla en régimen turbulento. 1.9 Requerimientos energéticos para el transporte de hidromezclas sólido - líquido no newtonianas por tuberías. Balance de energía mecánica. Ecuación de balance de energía mecánica. Para el diseño de sistemas de tuberías se requiere conocer la relación entre los gradientes de presión (∆P/L), requeridos para lograr flujos volumétricos, (Q), en un intervalo de diferentes diámetros, (D), del tubo, a distintas temperaturas de operación y diferentes propiedades físicas de los fluidos. Las expresiones que relacionan las variables señaladas en el régimen laminar, para los modelos reológicos más difundidos en la literatura, así como las limitaciones que puedan tener en su precisión en los sistemas de flujo con diámetros relativamente grandes. De ahí, que, en los cálculos de ingeniería, se prefiera hacer uso de las expresiones que relacionan el factor de fricción de Fanning con el número de Reynolds y con otros números adimensionales, tanto en régimen laminar como en turbulento Skelland (1970), Rosabal (1988). Una de las leyes fundamentales de la mecánica de los fluidos se expresa mediante la ecuación de balance de energía mecánica aplicada al sistema de flujo en cuestión Skelland (1970), Rosabal (1988) . En la mayoría de los textos de ingeniería química, el balance de energía mecánica para �Revisión bibliográfica. 25 condiciones estacionarias de flujo se conoce como ecuación de Bernoulli, y se ilustra sus aplicaciones para el caso particular del flujo newtoniano. En el caso específico del flujo de suspensiones minerales no newtonianas también se aplica el balance de energía mecánica en un sistema de flujo, al cual entra el fluido por un plano (1) y sale por un plano (2). Z1 ⋅ g P1 Z ⋅ g P2 + + Ec1 = 2 + + Ec2 + WS + ΣF ......................................... (1.11) ρ ρ gC gC Donde: Zg - Es la energía potencial para una altura vertical referida a un plano horizontal de referencia tomado arbitrariamente, m2/s. P ρ - Es la energía de presión hidrostática, m2/s2. EC - Es la energía cinética medida por unidad de masa, m2/s2. WS – Es el trabajo por unidad de masa (como trabajo por una bomba sobre el fluido). ΣF – Es la energía mecánica convertida a energía térmica como resultado de las fricciones del fluido, m2/s2. ΣF = ∆Pf ρ + (pérdidas por fricción por unidad de masa debido a los efectos de entrada, de accesorios, de equipos, etc). ..............................................( 1.12) En la expresión ( 1, 13 ), ∆Pf es la caída de presión por fricción asociada con el flujo totalmente desarrollado a través del sistema de flujo. El término (∆Pf /ρ) se refiere a los tramos de tubería rectos, y por lo general, es el componente dominante en la mayoría de los sistemas de tuberías, excepto en aquellos casos en los que esos tramos sean cortos y el número de accesorios y válvulas sea grande. Para el flujo no newtoniano, los términos EC y ΣF dependen de la naturaleza reológica del fluido, y, por tanto, de los parámetros característicos del modelo reológico que describe la curva de flujo. El término de pérdidas de fricción, ΣF, puede estimarse mediante la definición siguiente [4]. �Revisión bibliográfica. 26 ΣF = 1 ⋅V 2 2 ⋅ eV ...................................................................................... (1.13) En la que eV (adimensional) es el factor de pérdidas de fricción, el cual es una función del número de Reynolds y de las relaciones geométricas del sistema de flujo. Para el flujo por tuberías rectas circulares, L eV = 4 f   ............................................................................................ (1.14)  D Donde f es el coeficiente de fricción de Fanning. Combinando las expresiones (1.14) y (1.15), se obtiene: L V ΣF = 2 f    D  gC 2 .................................................................................... (1.15) La caída de presión en una tubería para materiales que siguen el modelo de Bingham (plásticos ideales) se expresa en términos de variables de operación y de los parámetros reológicos y geométricos del sistema de flujo: ∆P = φ  D, L,υ , ρ , µ ,τ o , g  p   .................................................................... (1.16) Aplicando el análisis dimensional y la correspondiente manipulación de los términos, se obtiene una relación entre variables adimensionales que agrupan las variables de la expresión 1.17. Así, se llega a la expresión que relaciona al factor de fricción (f)con los números de Reynolds (Re) y de Hedstrom (He) Skelland (1970) y de Froude (Fr):  Dυρ   D 2 ρτ   υ 2  D(∆P ) / 4 L 0  ,   .............................................(1.17) f = = φ  , 2      ρυ 2 2  µ p   µ p   gD   Dυρ   ; He = Donde el Re=   µ   p   D 2 ρτ 0   ; Fr =   µ 2  p    υ2     gD  Para hidromezclas que no contienen gases y tuberías llenas del fluido completamente, el Fr no tiene influencia. Por tanto, para esos casos, la ecuación (1,19) se puede representar en un gráfico de f vs Re con He como parámetro en la región laminar. Para flujo altamente turbulento se obtiene una curva prácticamente independiente del número de He. La región laminar y la turbulenta y es función del Re y del He. �Revisión bibliográfica. 27 En un trabajo publicado por Darby (2001) se proponen las expresiones que describen la ecuación (1,19) para las tres regiones: Región Laminar FL = 16  He 1 He 4  1 + −  .................................................................. (1.18)  Re  6 Re 3 3 f 3 Re 7  Región turbulenta desarrollada: FT = 10c Re 0,193 −5   He  C = - 1,378 1 + 0,14e− 2,9.10   ................................................... (1.19) Región de transición F= (f β L β = 1,7 + fT β ) 1 β ................................................................................. (1.20) 40000 R e El sistema de ecuaciones (1.19,1.20,1.21) se describe gráficamente en la (figura 5 del anexo1) Para sistemas trifásicos (sólido – líquido – gas) es necesario tener en consideración el numero de Fr. Este tipo de sistema es poco tratado en la literatura, sobre este aspecto se abordará en el próximo epígrafe. 1.10 Características del flujo de hidromezclas trifásicas por tuberías. En muchas industrias químicas y metalúrgicas se manipulan suspensiones trifásicas (conformadas por una mezcla sólido-líquido-gas). En este epígrafe se analizan los modelos físicos sobre sistemas trifásicos que fluyen por tuberías es la única fuente bibliográfica encontrada que aborda esta temática, es el trabajo de Mijailov (1994) , ya que no se dispone de otras fuentes sobre este tema. El tema de flujo trifásico es poco tratado en la literatura. Las experiencias demuestran que las estructuras del movimiento de las mezclas dependen de la fracción volumétrica del gas y de la velocidad de la fase líquida en la mezcla y es independiente de la forma de entrada del gas en la tubería. �Revisión bibliográfica. 28 En el caso de velocidades de la fase líquida, por tuberías, que no excedan de 3 – 3.5 m/s, se pueden formar las siguientes estructuras estables del movimiento de la hidromezcla trifásica. Estructura emulsionada: Está compuesta por burbujas de gas relativamente pequeñas, la cual está más o menos uniformemente distribuida en los limites del área del flujo de la hidromezcla. Esta estructura es posible cuando la fracción volumétrica del gas en la mezcla es relativamente baja. En una primera aproximación se considera, que la estructura emulsionada en tubería vertical será estable cuando. C ≤ 0.05Fr 0.2 .......................................................................................... (1.21) Donde: C – fracción volumétrica del contenido de gas en la mezcla. Fr – el número de Froude. Estructura lamelar ( también se le denomina obturada) se representa por capas alternadas de la fase líquida y del gas, las cuales ocupan prácticamente toda la sección de la tubería. El gas, en este caso se mueve con grandes burbujas, las cuales ocupan toda la parte central de la sección de la tubería y se asemeja por su forma a un proyectil , que atraviesa la fase líquida. Las partículas sólidas, contenidas en la mezcla, por la acción de las burbujas de aire se acumulan junto con el agua a las paredes de la tubería. La estructura lamelar en dependencia del volúmen contenido de aire y la velocidad de la mezcla posee algunas peculiaridades con diferentes características de flujo. El limite superior de la existencia de la estructura lamelar estable en una tubería vertical se puede considerar para C = 0.5 Fr 0.1 ............................................................................................ (1.22) En las tuberías horizontales, cuando es constante la entrega de gas en el flujo de obturación estacionario, se observa que ocurre la separación de la mezcla: la parte superior (no mayor de la mitad) de la tubería esta ocupada por gas, y la inferior - con mayor velocidad se mueve la hidromezcla no gasificada. Estructura de barra o película. Es característica para mezclas con alto contenido de gas. El gas ocupa completamente la parte media de la sección �Revisión bibliográfica. 29 por toda la tubería, las fronteras entre diferentes burbujas de la estructura lamelar esta destruida, y en la tubería se mueve como si fueran dos flujos independientes: por la parte central – el gas, a lo largo de la pared – el flujo de un anillo fino de la fase líquida. Por el limite superior esta estructura se pude tomar. C = 0.65Fr 0.05 ........................................................................................... (1.23) Resistencia hidráulica durante el movimiento de la mezcla trifásica. La alta complejidad de la estructura y dinámica del movimiento del flujo de la mezcla trifásica no posibilita por ahora determinar las resistencias hidráulicas por vía teórica. Por eso todas las dependencias para la determinación de las pérdidas de presión durante el movimiento de las mezclas trifásicas poseen un carácter empírico. Para tuberías horizontales la caída de presión total por unidad de longitud se puede escribir en forma: ∆PT = ∆P0 + ∆Pg ................................................................................... (1.24) Donde ∆PT – caída presión total resultante. ∆Po – caída presión de la hidromezcla por efectos de fricción. ∆Pg – caída de presión por aceleración de la mezcla como resultado de la expansión del gas. Según la (ecuación 1.34), la caída de presión en la tubería, para un sistema trifásico, es mayor que para un sistema bifásico sólido – líquido en iguales condiciones de operación debido al efecto que ejerce la presencia y el movimiento de la fase gaseosa . Como se verá en el capítulo III, al parecer el modelo físico que mejor se ajusta al flujo de las colas es el de estructura lamelar u obturada, de acuerdo con lo observado durante los ensayos experimentales en las tuberías horizontales de la instalación semi - industrial utilizada. En el estudio realizado por Hurtado (1999), éste hace un análisis y evaluación de las afectaciones ambientales que provocan cada una de las zonas que componen el complejo industrial “Cdte. Ernesto Che Guevara”, donde los impacto de mayor influencia se muestran en la figura 6 ,anexo 1) �Revisión bibliográfica. 30 La instalación de bombeo de los desechos lixiviados (colas) presentan fallos y averías producto al desplazamiento de gases y altas temperaturas, las bombas extraen en estado cavitacional lo que provoca ruidos, bajos rendimientos de la instalación, consumo de energía elevado y desprendimiento de gases al entorno que afecta directamente la salud de los trabajadores. 1.11 • Conclusiones del capitulo I. En las etapas de explotación de la instalación industrial de hidrotransporte se confrontan dificultades con el trasiego de los desechos lixiviados (colas del proceso CARON), así como problemas de eficiencia tecnológica de dicha instalación. • En la bibliografía consultada se hace referencia en general, al estudio de las propiedades superficiales y de flujo de suspensiones acuosas con partículas de Maghemita, pulpas minerales (de lateritas férricas, bentonitas, arcilla, cemento, etc.) así como los polímeros. No se ha encontrado información sobre estos aspectos para los desechos lixiviados (colas) de las industrias que trabajan bajo la tecnología del proceso CARON, con las cuales se han confrontado ciertas dificultades en su manipulación y transportación con los sistemas de hidrotransporte existentes en las empresas que operan con el mencionado proceso tecnológico. • En la literatura no reencontró información sobre la influencia que tienen diferentes factores tales como: propiedades magnéticas, granulometría, mineralogía concentración de la fase sólida, temperatura y pH de la suspensión sobre el hidrotransporte de las suspensiones de las colas y sus requerimientos energéticos. • En la bibliografía consultada es insuficiente la información acerca del flujo con tres fases de las colas a través de tuberías de sistemas con tres fases, de ahí la necesidad del estudio experimental de este sistema, en particular. • Entre los óxidos de hierro, la magnetita y la maghemita son los minerales que a temperatura ambiente exhiben propiedades magnéticas �Revisión bibliográfica. 31 apreciables y sus partículas se comportan como pequeños imanes naturales, no se han encontrado trabajos que traten este aspecto del magnetismo para las colas del proceso CARON. No obstante los resultados obtenidos por varios autores sobre las características magnéticas de las suspensiones de maghemita sirven como punto de referencia para el análisis de las pulpas de cola en este aspecto. • Existe un manejo ambiental inadecuado de las instalaciones de hidrotransporte explotación, y deposición de las colas durante todo el periodo de que ha originado afectaciones ambientales severas relacionadas con el vertimiento de residuales sólidos (colas del proceso CARON), así como emisiones a la atmósfera de grandes volúmenes de material particulado (polvo) y gases, fundamentalmente amoniaco y dióxido de carbono. 1.12. Planteamiento del problema. El estudio bibliográfico ha mostrado una serie de aspectos que no se encuentran actualmente deslucidazo y el análisis realizado muestra la necesidad de efectuar investigaciones teóricas y experimentales que permitan en última instancia obtener una metodología de cálculo técnico y científicamente argumentada para la evaluación de las instalaciones existentes ,el diseño y ejecución de nuevos proyectos. El sistema de hidrotransporte en la Empresa Ernesto Che Guevara presenta fallas y averías producto al desplazamiento de gases y altas temperaturas, las bombas entran en régimen cavitacional lo que provoca ruidos, bajo rendimiento de la instalación, consumo de energía elevado, lo que incrementa los costos o la amortización. A los dos problemas señalados anteriormente se le agrega la necesidad de recomendar un régimen de trabajo que evite la cavitación y disminuya los consumos energéticos. Para lograr el objetivo propuesto es necesario resolver las siguientes tareas: 1 - Análisis crítico de la fuente. 2 – Determinar las propiedades físico – mecánica de las colas. 3 – Elaborar y fundamentar el modelo físico – matemático para el flujo de pulpa de cola a alta temperatura. �Revisión bibliográfica. 32 4 – Realizar las investigaciones teóricas y experimentales de los principales parámetros hidráulicos de las colas. 5 – Elaborar la metodología de cálculo y proyección del hidrotransporte de las colas a partir del modelo matemático que se obtenga. 6 – Elaborar la recomendaciones en particular definir el régimen de trabajo para la reducción del consumo energético y del gasto de las inversiones. �Caracterización de las colas. 39 CAPITULO II. CARACTERIZACION DE LAS COLAS. 2.1 Áreas del proceso tecnológico que dan origen a las muestras de estudio en el presente trabajo. En la figura 2.1 se presenta un esquema muy simplificado de la mayor parte del proceso tecnológico de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara de Moa. En el mismo se aprecia la ubicación de la Planta de Recuperación de Amoniaco y del pozo de cola que son las fuentes de obtención de las muestras en la presente tesis. Licor rico en Amoníaco y CO2 Planta de Hornos Planta de Lixiviación y Lavado NH3 Suspensión de sólido residual (Desecho Lixiviado) con alto contenido de NH3 Planta de Recuperación de Amoníaco. Carbonato Básico de Níquel Pozo de cola Planta de Calcinación y Sinterización Dique Desecho Lixiviado (cola) con bajo contenido de NH3 Figura. 2.1 Esquema de la parte del Proceso Tecnológico donde se obtienen, transportan y almacenan los desechos lixiviados (colas). 2.2 Materiales y técnicas utilizadas. Se estudiaron las pulpas correspondientes a 6 muestras compósitos industriales de desechos lixiviados (colas) del proceso CARON de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara, que transitan por el proceso de recuperación de amoniaco. Con vistas a obtener dichas muestras (sólido seco)se tomaron distintos volúmenes de sus hidromezclas en el pozo cola de la planta de Recuperación de Amoniaco y en la descarga de las líneas �Caracterización de las colas. 40 que llegan al dique, en diferentes períodos con la finalidad de lograr una mayor representatividad de las mismas en la determinación de las características químicas, granulométricas, mineralógicas y magnéticas del mineral residual que se obtiene en las etapas del proceso carbonato amoniacal, donde dicho material es transportado mediante un sistema de flujo. Estos volúmenes de hidromezclas tomados fueron desecados, posteriormente. Los sólidos secos , obtenidos en cada período fueron mezclados debidamente, conformándose así las muestras compósitos que se identificaron como R-1, R-2, etc., según el período que corresponde a cada una de ellas. Con cada suspensión se realizaron ensayos reométricos a diferentes concentraciones de sólidos (desde 25 – 60 %) en peso, a distintas temperaturas ( en el rango de 28 - 900 C) y pH, de acuerdo con las condiciones del proceso productivo de la industria. Para cada concentración y temperatura se realizaron tres réplicas, lo que permitió que los resultados obtenidos sean confiables. Para cambiar los valores de pH, durante la determinación de sus curvas de flujo, se utilizaron soluciones 0.1M de HNO3 y KOH. Las mediciones de pH se efectuaron con un peachímetro digital Corming M-140 de fabricación inglesa. Las muestras fueron caracterizadas mineralógicamente por difracción de Rayos X (según el método de policristalinos), utilizando un difractómetro alemán del tipo HZ6-4; empleando el software SEIFEKT, X – Ray Tecnology, versión 2.26 de 1999(Alemania), Las características químicas de las muestras se evaluaron empleando técnicas de fluorescencia de Rayos X y espectroscopia de absorción atómica (espectrofotómetro CDN-18). La morfología y distribución del tamaño de las partículas se estudiaron mediante microscopía óptica a través de un microscopio binocular, tipo Stereomikroskop Technival, microscopía electrónica y por análisis de tamizado por vía húmeda (con juegos de tamices según la serie de Tyler). Las mediciones de las características magnéticas estáticas de las muestras de cola se realizaron en los laboratorios del Centro Nacional de �Caracterización de las colas. 41 Electromagnetismo Aplicado (CNEA) de la Universidad de Oriente, utilizando el magnetómetro vibracional mvm 2000 a la temperatura de 25 ± 1°C. Para la realización de la caracterización reológica se utilizó un reómetro rotacional del tipo Rheostest 2.1 de cilindros concéntricos de fabricación alemana. Para obtener las curvas de flujo que mejor describen los datos, el modelo reológico y los parámetros reológicos de cada curva, se empleó el método de los mínimos cuadrados mediante el software TIERRA Versión 2.0 de Legrá (2002) y el Microsoft Excel 2000 de Microsoft Office. Las pruebas de estabilidad fueron realizadas en una instalación de laboratorio que cuenta con un peachímetro digital HANNA-PH 211. Los ensayos de sedimentación se realizaron en pruebas de banco con probetas de laboratorio graduadas de 1000ml y un cronómetro. La investigación de los parámetros y regímenes de hidrotransporte de las colas se realizaron en una instalación de escala semi - industrial construida en el ISMM (única de su tipo en Cuba), dotada con el equipamiento, instrumentos de medición y control necesario y en la instalación de hidrotransporte industrial en explotación, ubicada en la Planta de Recuperación de amoníaco. 2.3 Diseño experimental e inferencia estadística. Para la realización de los experimentos, con vistas a correlacionar el esfuerzo cortante y la viscosidad plástica con el contenido de los materiales y la temperatura, para el caso de los desechos (colas), se planteó un diseño factorial de experimentos abc, ver Tabla 2.1,González E.S (1996) y González B.M (1997) , con tres réplicas centrales, de la siguiente manera: Figura 2.2. Variables para los residuos lixiviados (colas). �Caracterización de las colas. 42 Se realizaron los ensayos experimentales con cada una de las seis muestras, ellas a diferentes concentraciones de sólidos, temperatura y pH, de acuerdo con las condiciones del proceso productivo de la industria. Para cada caso, se siguió el mismo diseño experimental. Al analizar el aspecto de la reproducción para decidir cuantas réplicas realizar en cada experimento tuvimos en cuenta que en los posibles modelos que pudieran obtenerse a partir de la matriz experimental se consideraron los que incluyen las relaciones lineales entre las variables y sus interacciones por lo que sería necesario examinar el error experimental de cada variable y de sus interacciones cosa que solo puede hacerse si se tienen 3 o más réplicas, ya que con 1 réplica la media µ de los valores para un experimento coincide con el valor de la réplica y el error experimental ee = ∑x i −µ n (n es el número de réplicas) es nulo; con dos réplicas los resultados de la media y del error experimental pueden estar muy influenciados por una medición anómala (lo cual sería contraproducente) y además la varianza S 2 ∑ (x = i − µ) 2 n −1 tendría una dificultad semejante. Por otra parte se consideró que la calidad de la tecnología que se utilizaría para desarrollar las mediciones permitía una alta precisión con muy pocas posibilidades de que se introdujeran errores sistemáticos y que el costo de cada experimento era alto lo cual implicaba debía seleccionarse el número de réplicas mínimos económicamente permisibles, por lo que se decidió realizar 3 réplicas en cada experimento. El procesamiento digital de las tablas de datos se realizó mediante el software Tierra Versión 2.0 del 2002. 2.3.1 Modelación matemática El problema puede describirse por la necesidad de obtener expresiones que modelen las tendencias de los fenómenos estudiados con el fin de conceptualizar las cualidades de las mismas en sus diferentes fases y tengan un nivel satisfactorio de potencia de pronóstico lo cual garantiza la simulación del comportamiento de los fenómenos bajo diferentes regímenes de trabajo. �Caracterización de las colas. 43 Por el carácter de los datos (obtenidos a partir de diseños de experimentos) se decidió realizar solo un estudio básico estadístico de los datos de cada parámetro y considerando la alta precisión de las mediciones se decidió conservar todos los datos. A continuación se procedió a evaluar los posibles métodos o tipos de modelos matemáticos que pudieran representar el comportamiento de los parámetros. A partir de pruebas realizadas y de consultas efectuadas a especialistas matemáticos Legrá (2002); y de la bibliografía consultada Levi (1962), López (1982), Lastov (1996), González (1996, 1997), Hernández (2001) se seleccionó el método de ajuste por los mínimos cuadrados. Este método puede describirse (para una variable independiente y sin perder generalidad) por la ecuación general (Modelo Lineal Generalizado): k y = ao + ∑ ai f i ( x) ………………………………………….…………(2.1) i =1 Donde x es la variable o parámetro independiente; y es la variable dependiente; ao y ai son los coeficientes ajustados; k es el número de sumandos de la expresión mínimo cuadrado y debe ser menor que el número de datos. Las funciones fi(x) deben ser independientes entre sí (por ejemplo no se pueden utilizar al mismo tiempo x y 2x ). Para cada caso, los esfuerzos se concentraron en determinar el mejor conjunto de funciones fi(x) tal que se cumplieran los dos preceptos expresados en el primer párrafo de este epígrafe (modelar tendencias y capacidad de pronosticar). Estas funciones en los casos tratados dependen de una o varias de las variables independientes estudiadas. Los indicadores propuestos para valorar la eficiencia de los modelos fueron el coeficiente de correlación, las pruebas F de Fisher (para todo el modelo) y T de Student para los coeficientes ai, y la experiencia acumulada en los estudios anteriores realizados. Lo adecuado de la decisión tomada con respecto a la estrategia de modelación descrita está probado cuando se observan los resultados de los coeficientes de correlación obtenidos (generalmente por encima de 0,95) y los resultados de las pruebas F de Fisher y T de Student realizados (todas dieron resultados positivos). �Caracterización de las colas. 44 Los modelos obtenidos en esta investigación describen adecuadamente los fenómenos físicos observados y permiten calcular los parámetros de los modelos garantizando un rango de error pequeño para mediciones realizadas en las condiciones experimentales originales. Para el caso de los modelos reológicos que se estudiarán en el próximo epígrafe este error es menor del 3% para cualquier estimación realizada a partir de las condiciones experimentales originales tal como se muestra en las Tablas 2.37 a Tabla 2.42. De lo explicado hasta aquí se infiere que estos modelos pueden ser utilizados para la determinación de los valores de los parámetros dependientes estudiados cuando varían los parámetros de operación en el proceso industrial. 2.3.2 Estudio y modelación de los parámetros reológicos a partir de los datos obtenidos experimentalmente en un reómetro. A partir de los datos de las curvas de flujo y de los parámetros reológicos determinados y utilizando el programa de computación STAGRAPHICS, se realizó el análisis estadístico, obteniendo los modelos para cada caso en función de todas las variables cuyos coeficientes son significativos estadísticamente. Con el Software “Tierra” Versión 2.0 del 2002, se obtuvieron los modelos de regresión y en cada caso se realizó: a. Un análisis de residuos con vista a comprobar la validez de los modelos, obteniéndose que las medias se ajustan a cero y la población sigue una distribución normal para un intervalo de confianza del 95 %. b. Prueba F de Fisher para todo el modelo. c. Pruebas T de Student para determinar si los coeficientes del modelo son significativos. Se probaron varios modelos en los cuales se comprobó que la influencia de los términos compuestos (interrelaciones) era muy pequeña en comparación con la complejidad de los modelos que los incluyen, por lo que se prefirió asumir aquellos que solo incluyen las variables T, pH y C. Los modelos descodificados obtenidos son: Para el esfuerzo cortante: τo= 0,410422 – 0,26743 (T) – 0,001325 (pH) + 0,43677 (C)……………..(2.2) �Caracterización de las colas. 45 Donde r=0.9728 y para una prueba F de Fisher se obtuvo Fc=113,57 y como Ft=2.46 entonces se acepta el modelo. Los valores de la correlación parcial para los coeficientes de T, pH y C son, respectivamente, -0.325686, 0.360737 y 0.4096255 y una prueba t de Student para los coeficientes muestra la calidad de este modelo (nótese que en todos los casos t<=abs(ti)): Valor teórico (t de Student), t= 1.65972 Valores de ti para los coeficientes: -3.26344813, -4.457201 y 9.170231. Para la viscosidad plástica: µ p =0,022455–0,00459(T)–0,000775(pH)+0,013615(C) …………………(2.3) Donde r=0.98056 y para una prueba F de Fisher se obtuvo Fc=141,062 y puesto que Ft=2.46 entonces se acepta el modelo. Los valores de correlación parcial para los coeficientes de T, pH y C son, respectivamente, 0.278813124, -0.3901726 y 0.4102417 y una prueba t de Student para los coeficientes muestra la calidad de este modelo (nótese que en todos los casos t<=abs(ti)): Valor teórico (t de Student), t= 1.65972 Valores de ti para los coeficientes: -7.835012, -5.982113 y 13.400172. Las ecuaciones (2.2) y (2.3) permiten calcular valores de τ 0 y µ p para diferentes magnitudes de temperatura; pH y concentración de las colas. Nótese que a medida que aumenta la temperatura, el esfuerzo cortante y la viscosidad disminuyen. 2.4. Características Físico – Química y Mecánicas de la fase sólida y de la hidromezcla de las colas. 2.4.1. Caracterización de la fase sólida Composición química. En la (Tabla 2.1) se muestran los datos de la composición química correspondiente a cada muestra mineral estudiada. �46 Caracterización de las colas. Tabla 2.1. Composición química de los residuos lixiviados en recuperación de amoniaco, % en peso. Composición química Muestras Ni Co Fe Mg SiO2 Al Cr Mn R-1 0.30 0.081 47.6 4.30 12.45 2.00 3.5 0.75 R-2 0.28 0.079 47.6 4.30 12.44 2.05 3.27 0.75 R-3 0.28 0.079 47.6 4.15 11.29 2.04 3.42 0.66 R-4 0.29 0.079 47.8 4.35 12.51 2.00 3.62 0.68 R-5 0.28 0.079 47.6 4.20 11.91 2.03 3.56 0.69 R-6 0.29 0.079 47.1 4.41 11.42 1.98 3.35 0.71 Según los datos de la composición química los elementos predominantes, son el hierro y la sílice con valores medio de 47,7% y 12,34% respectivamente. En general, se observa poca variabilidad en las composiciones químicas de las muestras analizadas; sin embargo, por la (Tabla 2.2) puede verse que los elementos químicos se distribuyen en distintos minerales, por lo que la composición mineralógica difiere en cierta medida en las muestras investigadas en lo que respecta a los porcentajes de las fases mineralógicas presentes. Composición mineralógica. La composición mineralógica obtenida para la fase sólida de las muestras de cola se da en la (Tabla 2.2). En la tabla se observa la presencia de las fases mineralógicas siguientes: Magnetita ( FeFe2O4) Maghemita ( ϒFe2O3) Fayalita (Fe2SiO4) Magnesiocromita (Mg,Fe) Cr2O3) Lizardita 1T (Mg,Ni)6Si4O10(OH)8 Cuarzo (SiO2) �Caracterización de las colas. 47 Tabla 2.2. Composición mineralógica de la fase sólida correspondientes a las muestras de cola estudiadas. Muestras Fases Mineralógicas R-1 R-3 R-4 R-5 R-6 Magnetita 40,41 38,20 38,80 37,94 40,10 Maghemita 36,55 36,40 36,00 36,80 37,45 Fayalita 11,51 9,49 9,32 10,61 10,89 Magnesiocromita 6,69 6,39 6,23 6,19 6,55 Lizardita 1T 3,94 9,12 9,19 7,41 4,20 Cuarzo 0,90 0,40 0,42 1,08 0,81 1,106 1,05 1,08 1,031 1,07  Magnetita  Maghemita Relación     Los datos de la tabla indican que la magnetita -maghemita constituyen las fases principales que componen estas colas. Como fases secundarias más importantes están presentes la fayalita, la magnesiocromita y la lizardita 1T. A la muestra R-2 no fue posible no fue posible determinarle la composición mineralógica. A manera de ilustración , en la Figura se presenta el difractograma obtenido para la muestra R-1 (Figura 2.3) . Dado que la magnetita y la maghemita son óxidos de hierro con características magnéticas, es de esperar que las muestras poseen propiedades ferrimagnéticas, teniendo en cuenta el alto contenido de ambos óxidos férricos. Es interesante señalar que , en la revisión de la literatura especializada, se encontró resultados acerca de la composición mineralógica de las colas de la Empresa “ Comandante René Ramos Latourt” de Nicaro ( epígrafe 1.6, cap.1), que es una fabrica niquelífera con tecnología carbonato amoniacal ( proceso CARON) . Las colas de Nicaro también contienen la Magnetita como fase principal, pero no se reporta la presencia de maghemita. Conociéndose que una de las vías de obtención de maghemita es por oxidación de la magnetita, se supuso que la maghemita presente en las �Caracterización de las colas. 48 colas de la Empresa “Comandante Ernesto Che Guevara de Moa”, sea el resultado de la oxidación de una parte de la magnetita que posee el mineral a la salida de los Hornos de Reducción, como consecuencia de características propias de la operación de la fábrica. Para comprobar esto, se analizaron muestras de los desechos lixiviados que salen de la Planta de Lixiviación y que habían sido tomadas conjuntamente con las colas que se estudian en la presente Tesis, en los mismos períodos. Los resultados de la composición mineralógica de los desechos lixiviados demostraron la presencia de maghemita en esas muestras, en menor proporción que en las colas, y de magnetita en mayor proporción . En la Tabla 2.4 se dan los datos del análisis realizado, correspondiente a la magnetita y a la maghemita. Las restantes fases mineralógicas se encuentran, en mayor o menor proporción, pero en el mismo orden que en las colas. Comparando los datos de ambas tablas se observa que en las colas los contenidos de magnetita son mayores que en los desechos lixiviados. Por los resultados obtenidos se deduce que, debido a las muy elevadas temperaturas ( alrededor de 300º C) que posee el mineral al entrar a la planta de lixiviación ( en Nicaro la temperatura es del orden de 200º C), debe comenzar un proceso de oxidación de la magnetita que, al parecer, se extiende hasta la Planta de Recuperación de Amoníaco, y que pudiera explicar la presencia de la maghemita en la cola de la Empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”. Composición granulométrica. Los resultados del análisis granulométrico se presentan en la (Tabla 2.3) , en la que se observa que las partículas de tamaños menores de 43 µm, son mayoritarias y constituyen más del 60 % del volumen de la fase sólida, lo que se ilustran las características de distribución de tamaño por cernido (Figura 2.4), para la muestra R-2. Todas las muestras exhiben similar granulometría y constituyen sistemas altamente polidispersos. �Caracterización de las colas. 49 Tabla 2.3. Resultados del análisis granulométrico. Clases de Diámetro tamaño (mm) medio Fracción peso (%) R-1 R-2 R-3 R -4 R-5 R-6 0,20 10,0 8,79 7,50 8,0 7,66 9,52 (mm) +0,175 -0,175 +0,147 0,16 2,6 2,75 2,70 2,8 2,67 2,49 -0,147 +0,074 0,11 14,8 11,09 10,16 12,0 12,03 11,67 -0,074 +0,043 0,059 11,95 9,51 10,72 11,0 11,45 10,84 0,022 60,65 67,85 68,92 66,2 66,19 65,48 - 100 100 100 100 100 100 -0,043 Total % en peso 100 80 60 40 20 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 d(mm) Figura 2.4. Característica de distribución de tamaño por cernido (muestra R-2). Conociendo el peso inicial de cada muestra y el de las fracciones correspondientes a las mismas, se obtienen las diferentes fracciones de tamaño de las muestras. Este tamaño de partículas da lugar a suspensiones con un comportamiento típico de los sistemas coloidales. Del análisis se deriva que las muestras de sólido son polidispersas. Forma y tamaño de las partículas. Con vista a tener una información de la forma de las partículas, se obtuvo un número de fotografías en las muestras dispersadas con auxilio de un microscopio electrónico. �Caracterización de las colas. 50 Las observaciones realizadas para las muestras R-1 y R-3, demuestran el carácter de polidispersión de las partículas sólidas. Las partículas tienen forma de elipsoide de revolución, con una relación axial de 1,76 para la muestra R-1 y 1,18 para la muestra R-3, lo cual puede verse en la Figura 2.5, correspondiente a la muestra R-3. Figura 2.5. Fotografía que ilustra la forma de las partículas para la muestra R-3. Debido a esta forma elipsoidal las partículas de Magnetita y de Maghemita poseen propiedades magnéticas apreciables, lo cual se confirmó prácticamente con auxilio de un imán y con la caracterización magnética. Esta forma elipsoidal también contribuye a que en las suspensiones de colas constituidas con estas partículas, exista la posibilidad de la formación de estructuras fuertes en dependencia de la concentración de sólidos, tal como se analiza en el epígrafe correspondiente a las propiedades reológicas. Diámetro equivalente e índice de aplastamiento de las partículas. La morfología de los granos se estudió con mucho cuidado con la ayuda de un microscopio binocular, clasificándose la muestra según los tamices 0.1 – 0.21; de dicha clasificación se analizaron las clases + 0.1 – 0.21 y + 0.21 (la clase – 0.1 no se analizó debido al pequeño tamaño de las partículas por lo que el microscopio no permitía observarlas). Se examinaron 100 granos, correspondientes a la muestra 1 y a la muestra 3 las cuales fueron �Caracterización de las colas. 51 fotografiadas (ver Figura 2.5) con la ayuda de un microscopio electrónico. La relación entre el tamaño y la forma de las partículas y su composición mineralógica se estudiaron con anterioridad, los resultados obtenidos fueron elaborados por la metodología propuesta por Giusti (1985). El largo, el ancho, y el espesor de cada grano se midió con el objetivo de determinar el diámetro equivalente: ( π )⋅ l ⋅ a ⋅ e …………………………………………………………(2.4) Deq = 3 6 Donde: l: largo (mm) a: ancho (mm) e: espesor (mm) y el índice de aplastamiento IA = e l ⋅a ……………… ……………………………………… (2.5) Este índice expresa el aplanamiento que sufren los granos de cola. A pequeños valores del IA las partículas presentan forma aplanada en forma de elipsoide en revolución; mientras que, para valores igual a la unidad de dicho índice, las partículas alcanzan forma esférica. En el caso concreto de las muestras de colas estudiadas el índice de aplastamiento alcanza valores promedio de 0,58 (ver Figura 2.), y la geometría de las partículas correspondientes es la elipsoidal, en correspondencia con su composición mineralógica, la forma de las partículas y las mediciones experimentales realizadas en la instalación industrial, se puede constatar que durante el desplazamiento de las partículas a concentraciones cercanas y superiores al 35% de sólido en peso las partículas forman estructuras debido a su forma alargada y al elevado contenido de maghemita y de magnetita presentes en las fases mineralógica de las colas. Como se puede apreciar, la forma de las partículas de las colas es una característica estructural de gran importancia. En general estas partículas pueden tener diversas formas; estas pueden ser de cierta complejidad, pero se pueden tratar teóricamente como esferas o elipsoides de revolución (mayoritariamente estas últimas). Al unirse estas partículas entre sí se obtienen formas muy diferentes que en nada se �Caracterización de las colas. 52 parecen a su forma inicial. De ahí que la forma de las partículas de colas se encuentre estrechamente vinculada al índice de aplastamiento. IA (pro) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0.0058 0.0061 0.042 0.11 Dequ (pro) mm Figura 2.6. Representación de IA = f ( Dequ(pro) ) para muestras de colas. 2.13 Caracterización magnética de las muestras de cola. El hecho de que las fases mineralógicas principales de las colas sean la Magnetita y la Maghemita, crea la necesidad de caracterizar magnéticamente las colas dado que tanto la Magnetita como la Maghemita constituyen minerales con importantes características magnéticas. Por otra parte, la caracterización magnética proporciona una información que permite comprender mejor los resultados obtenidos por la vía de la caracterización química, mineralógica y granulométrica de la cola, así como inferir las posibles causas de algunos comportamiento observados en la propiedades de este producto y de sus suspensiones en agua amoniacal. En la Figura 2.7 se presentan las curvas de histéresis magnética a temperatura de 25°C para las muestras R-1 y R-5. Como puede verse en las figuras, ambas muestras presentan características propias de los materiales ferrimagnético. Curvas de histéresis similares se han obtenido para nanopartículas de Maghemita, Garcell y Col. (1998). Las diferencias mas importantes entre estas dos muestras viene dada por la magnetización �Caracterización de las colas. 53 remanente, Mr, con un valor de 4,56 kA/m para la muestra R-1 y de 3,22 kA/m para la muestra R-5, así como por la fuerza coercitiva de magnetización, Hcm, con un valor de 14,53 kA/m (183 Oe) para la muestra R1 y de 10,59 kA/m (133 Oe), para muestra R-5. Figura 2.7. Curva de histéresis magnética a temperatura de 25°C correspondiente a la muestra R-1. La diferencia observada en los valores de estos dos parámetros de ambas muestras indican que la muestra R-1 exhibe propiedades magnéticas más acentuadas que la R-5. Por otra parte, se determinó para ambas muestras que la permeabilidad magnética relativa máxima, kmáx, es igual 1,24. Este parámetro indica que estas muestras adquieren un campo magnético 1,24 veces mayor, que el campo magnético que se les aplique. Por tanto, si se tiene en cuenta que la intensidad del campo magnético de la Tierra es aproximadamente de 0,2 Gauss (0,2*10-4 Tessla), entonces la cola depositada en el dique adquiere un campo magnético de 0,25 Gauss, es decir, mayor que el campo magnético natural de la Tierra. Por consiguiente, dada la enorme masa de cola depositada en el dique, es de esperar que esta provoque una anomalía magnética en esa región. En la (Tabla 2.7) se muestra un resumen de la caracterización magnética de las 6 muestras de cola estudiadas. En ella pueden verse los valores de los �Caracterización de las colas. 54 parámetros Mr y Hcm explicado anteriormente. Se observa, por ejemplo, que el magnetismo remanente disminuye en el orden R-1>R-6>R-5 lo cual coincide con la proporción de Magnetita y Maghemita (Tabla 2.3) que también disminuye en ese mismo orden, dado que la Magnetita posee propiedades magnética de mayor intensidad que la Maghemita. Tabla 2.4. Resumen de caracterización magnética. Magnitudes/ Muestras Mr Hcm R-1 R-2 R-3 4.56 3.59 3.51 kA/m 4.56 emu/cm3 kA/m 3.59 emu/cm3 kA/m 3.51 emu/cm3 14.53 13.33 kA/m 183 Oe kA/m 167 Oe R- 4 R-5 R-6 3.41 kA/m 3.41 emu/cm3 3.22 3.26 kA/m 3.22 emu/cm3 kA/m 3.26 emu/cm3 12.63 11.21 10.79 10.79 kA/m 159 Oe kA/m 141 Oe kA/m 133 Oe kA/m 136 Oe Las magnitudes del producto BH máximo (Tabla 2.4) indica, que la muestra R-1 es capaz de imantarse en mayor cuantía que las restantes, bajo la acción de un campo magnético de la misma intensidad Por otra parte, el comportamiento reológico de las pulpas de las muestras estudiadas no se corresponde con el de la caracterización magnética, ya que las suspensiones que exhiben mayores viscosidades son las de las muestras R-6 y R-3, y no la de R-1. Ello pudiera atribuirse a los efectos combinados de las propiedades magnéticas con las superficiales, que proporcionan ese resultado neto. 2.4.2 Caracterización de las hidromezclas de las colas. 1.8 . Estabilidad de las suspensiones. Las suspensiones preparadas debido a su alto contenido de partículas finas (menores de 43 µm), se comportan como sistemas coloidales. �Caracterización de las colas. 55 Dado que en los sistemas coloidales, las partículas se cargan eléctricamente es necesario el estudio de las propiedades superficiales que influyen sobre la estabilidad de las suspensiones de cola, con vista a una mayor comprensión de los efectos del pH sobre el comportamiento de estas pulpas, los cuales a su vez influyen sobre su reología en proceso de sedimentación, en la operación de los sistemas hidráulicos y en el diseño de èstos. 2.8.1 Curvas de densidad de carga superficial en función del pH. La relación de σo vs pH describe las condiciones de estabilidad de las suspensiones. En la (Figura 2.8) se presentan las curvas de σ 0 vs pH a dos concentraciones del electrolito (KNO3) para una suspensión de cola (R-2) preparada con agua destilada. Como puede apreciarse, los valores de σ 0 se incrementan con el aumento de la fuerza iónica para un mismo valor de pH. Las curvas se interceptan en el eje de las abscisas indicando el valor del pH correspondiente al p.z.c de la suspensión. Figura 2.8 Curvas de carga superficial en función del pH y la fuerza iónica. En este caso, el valor del p.z.c depende de la concentración del electrolito, indicando claramente que no hay adsorción específica de iones NO3− y K+ en la superficie de las partículas sólidas( por lo que se dcice que el electrolito es indiferente) ,por esta razón se utiliza este electrolito para variar la fuerza �56 Caracterización de las colas. iónica en las pruebas de estabilidad. Para valores de pH < p.z.c la carga neta superficial del sólido es positiva y para valores de pH > p.z.c es negativa. En la (Figura. 2.12) se muestran las curvas de σ 0 vs pH a tres concentraciones diferentes del electrolito indiferente (KNO3) para una suspensión de cola (R-3) preparada con agua amoniacal. Un comportamiento similar exhiben las suspensiones de las muestras restantes, tanto con agua destilada como con las preparadas con agua amoniacal. A pH alejados del p.z.c predominan las fuerzas de repulsión electrostática entre las partículas, por lo que la suspensòn es mas estables, no forman agregados y la sedimentación se dificulta. A pH próximos al p.z.c la pulpa se hace inestable y las partículas pueden flocular y sedimentar con mayor posibilidad. 2.9 Influencia de la naturaleza de las muestras y de la composición iónica del medio dispersante sobre la estabilidad de la suspensión. La influencia de la naturaleza de las muestras de mineral puede ser explicada con el auxilio de la (Figura 2.13), en la cual se presentan las curvas de σ 0 vs pH, a una misma fuerza iónica y medio dispersante, de las suspensiones correspondientes a dos de las muestras estudiadas. Se observa que para un mismo valor de pH la carga superficial es diferente en cada una de las curvas, por lo cual se deduce que las diferencias existentes en su composición mineralógica constituyen un factor fundamental en el comportamiento mostrado por cada muestra. Conociendo que los p.z.c resultantes de las pulpas de cada mineral se obtienen por la contribución de los p.z.c de cada fase mineralógica, se llega a la conclusión de que las diferencias existentes en los valores del p.z.c están dadas por las diferencias que presentan las muestras minerales en su composición mineralógica (Tabla 2.5). En la figura puede verse que la suspensión que exhibe un mayor p.z.c es la correspondiente a la muestra (R-3), y es esta, la que presenta mayor contenido de Magnetita y de Maghemita ; mientras que la pulpa de la muestra (R-2) tiene un menor valor de su p.z.c, dado su inferior contenido de Maghemita - Magnetita. �Caracterización de las colas. 57 Así, a mayores contenidos de Magnetita y de Maghemita en las pulpas, las cargas superficiales son mayores y los p.z.c tienden al pH ≈ 6.6, ( en agua destilada) que es el valor del p.z.c para suspensiones de Magnetita y de Maghemita obtenidos en otros trabajos. La (Tabla 2.5) confirma el análisis realizado y muestra los resultados de los p.z.c para cada una de las suspensiones de cola, en dependencia del medio dispersante y de la concentración(fuerza iónica) del electrolito KNO3. Tabla 2.5. Valores de p.z.c de las colas del proceso CARON para diferentes muestras en agua destilada y agua amoniacal. Muestras Agua Destilada Agua Amoniacal KNO3 10-2 M 10-1 M 10-3 M 10-2 M 10-1 M R-1 R-2 R-3 R-4 R-5 R-6 6.25 6.25 6.40 6.28 6.32 6.50 6.25 6.25 6.35 6.30 6.30 6.45 5.54 5.70 - 5.5 5.51 5.72 5.60 5.625 5.80 5.5 5.50 5.70 5.60 5.62 5.75 El efecto del medio dispersante, con el cual se preparan las suspensiones, puede verse tanto en la (Tabla 2.5) como en la (Figura 2.14). En esta última se muestran las curvas de σ 0 vs pH para las suspensiones preparadas con la muestra (R-6) en ambos medios dispersantes y a una misma fuerza iónica (10-2 M KNO3 ). Puede verse que en la pulpa preparada con agua amoniacal, las partículas adquieren mayor carga superficial (a un mismo valor de pH), y se desplaza el p.z.c hacia pH más ácidos, esto demuestra la adsorción específica de cationes(como el NH4+ , que se encuentra en grandes cantidades), lo cual influye sobre otras propiedades de las pulpas, tales como las reológicas y las de sedimentación, y, por tanto, en la transportación de estas suspensiones por tuberías. �Caracterización de las colas. 58 2.10 Caracterización reológica de los desechos lixiviados (colas). Se analizaron las 6 muestras con diferentes concentraciones de sólido (desde 30 a 60 % en peso) en un reómetro rotacional Rheostest 2.1 de cilindros concéntricos en la Universidad de Oriente, donde se obtuvieron los valores de esfuerzo ( τ) cortante en función de la velocidad de ⋅ deformación ( γ ),a diferentes temperaturas (en el rango de 23 a 90º C) y a diferentes pH, de acuerdo a las condiciones del proceso productivo de la industria. 2.10.1 Efecto de la concentración de sólidos. En las muestras de colas analizadas se pudo comprobar que, para concentraciones de 30 y 35% en peso de sólido, las curvas de flujo obtenidas exhiben un comportamiento seudoplástico, mientras que para concentraciones de 40 a 60% en peso las pulpas adquieren propiedades plásticas, mostrando un comportamiento típico de los plásticos de Bingham ( Figura 2.15). En todos los casos, a medida que aumenta la concentración los esfuerzos cortantes, τ, se incrementan, y, por tanto las viscosidades ⋅ aparentes, para un valor fijo de γ . ⋅ Figura 2.9. Curvas de flujo (τ vs γ ) a distintas concentraciones de sólido de las pulpas (muestra R-3). �Caracterización de las colas. 59 Para las pulpas que poseen comportamiento seudoplástico sus datos han sido ajustados al modelo de Oswald de Waele, el cual esta caracterizado por los parámetros reológicos: índice de consistencia, K, e índice de flujo, n. Los valores de K aumentan con el incremento de la fase sólida, mientras que los de n cambian muy poco con dicho incremento a una temperatura dada (Tabla 2.6). Las pulpas que exhiben un comportamiento plástico se han caracterizado mediante los parámetros reológicos del modelo Bingham: τ0 (esfuerzo cortante inicial) y µ p (viscosidad plástica). Ambos parámetros aumentan con el incremento de la concentración de la fase sólida a una misma temperatura (Figuras 2.16 y 2.17; Tabla.2.6). Comportamientos similares se han obtenidos por Cerpa (1997) en pulpas de lateritas. 2.11. Influencia de la naturaleza de las muestras minerales en el comportamiento reológico de las suspensiones. La naturaleza de los minerales juegan un papel fundamental en el comportamiento reológico de las suspensiones. Las diferencias existentes en la composición mineralógica de las muestras marcaron las diferencias en los comportamientos de sus suspensiones. Estas diferencias se pueden observar en la (Figura. 2.18). En la figura se muestran las curvas de flujo de algunas suspensiones analizadas a una misma concentración de sólidos y medio dispersante (Agua amoniacal). Se observa que la pulpa de muestra R-6 presenta los mayores valores de τ, y, por consiguiente, la mayor viscosidad; mientras que la suspensión de la muestra R-4 es la menos viscosa. Ello está en correspondencia con los contenidos de Maghemita y Magnetita en las muestras y con las propiedades superficiales. Las curvas anteriores confirman el modelo(Plástico Bingham) que describe el comportamiento reológico de sus suspensiones. �60 Caracterización de las colas. 2.11.1 Efecto de la temperatura. En las pulpas estudiadas que exhiben comportamiento seudoplástico, los valores del índice de consistencia, K, disminuyen con el aumento de la temperatura (Figura.2.19 a); mientras que, por el contrario, el índice de flujo n aumenta ligeramente con el incremento de la temperatura a una misma concentración (Figura.2.19 b), como es de esperar. Las pulpas que presentan plasticidad, la viscosidad y los parámetros reológicos disminuyen con el aumento de la temperatura ( Figura 2.20 a y 2.20 b). Este comportamiento es típico de la mayoría de las dispersiones minerales. Las Figuras.2.21 (a) y 2.21 (b) muestran la influencia de la temperatura sobre las propiedades reológicas de las pulpas de las colas mediante la ⋅ correlación gráfica de τ vs. µ 0 γ , que ha sido propuesta por Atsushi y Col. (1987). El método propuesto permite comprender el efecto de la temperatura sobre el mecanismo de estructuración de la suspensión, teniendo en cuenta que las fuerzas hidrodinámicas que actúan entre las partículas del medio disperso son proporcionales al producto de la ⋅ viscosidad del medio dispersante y del gradiente de velocidad, µ 0 γ , a diferentes temperaturas y concentraciones. Así, puede observarse que para las concentraciones de 30 y 35% en peso de sólidos se obtienen curvas únicas para todas las temperaturas, lo cual indica que a esas concentraciones la temperatura solo afecta a la viscosidad del medio dispersante, pero no a los mecanismos de formación de la estructura. En cambio, para la concentración de 45% no se obtiene una única curva al variar la temperatura, manifestándose con ello que para esta concentración la temperatura influye, no solo sobre el medio dispersante, sino, también, sobre la estructura que forman las partículas sólidas, debilitándose las fuerzas de cohesión interpartículas al aumentar la temperatura. Este efecto se observó, también, para todas las concentraciones mayores de 45%, en todas las suspensiones estudiadas. �Caracterización de las colas. 61 2.11.2 Efecto del pH. El efecto del pH en las pulpas de las colas se muestra en la (Figura 2.22), donde se observa la variación de la viscosidad con el pH a diferentes concentraciones del sólido y a la temperatura de 28°C, para la muestra R- 2 y R- 3, en agua destilada. Los resultados son similares para las suspensiones de las restantes muestras. Como se observa en la figura, los máximos valores de viscosidad en cada muestra se alcanzan alrededor de los p.z.c de cada muestra, donde se logra la mayor inestabilidad y estructuración de las pulpas. Para valores de pH inferiores o superiores al indicado, las viscosidades son menores. Por consiguiente, la proximidad o lejanía del pH al p.z.c determina en gran medida la viscosidad de la suspensión y con ello su comportamiento reológico. Esta valoración está basada en los resultados obtenidos por Garcell (1998) con suspensiones acuosas de nanopartículas de Maghemita, para las que se determinó un valor del punto isoeléctrico ( i.e.p) y del punto de carga cero (p.z.c) de 6,6. Los valores de i.e.p. obtenidos por otros autores con suspensiones de Magnetita y Maghemita (6,6; Garcell (1998) y 6,6 – 7 ; Blesa y Col. (1984; 1997) respaldan totalmente estos resultados. 2.12. Estimación de los parámetros reológicos K y n para las pulpas de colas del proceso CARON que presentan comportamiento seudoplástico en dependencia de la temperatura. Los valores del índice de consistencia K y del índice de flujo n, pueden ser estimados mediante expresiones obtenidas a partir de los datos experimentales, que han sido procesados con ayuda del programa de computación TIERRA. Para determinar la dependencia del índice de consistencia con la temperatura (tomando, arbitrariamente como referencia, T1 = 400 C), se correlacionaron (en forma normalizada) los diferentes valores de los índices de consistencia a distintas temperaturas, Ki, respecto al índice de �Caracterización de las colas. 62 consistencia experimental a la temperatura de referencia, K40oC, como una función de la relación adimensional de temperaturas, 40 − Ti . Así, se obtuvo 40 la siguiente correlación:  Ki ln K 0  40 C   =  40 − Ti .e − 0.0178⋅Ti     %  40  ………………………………………… (2.7) La ecuación (2.7) es única y válida para cualquier concentración comprendida entre 25 – 35 % en peso de sólidos y para cualquier temperatura en el rango de 28 - 900 C. En la (Figura 2.23) se representa la curva generalizada descrita por la ecuación (2.7). Tanto la (Figura 2.23) como la expresión (2.7), permiten estimar los valores de K como función de T, a una concentración dada (dentro de los rangos de validez establecidos) con un error medio de 1.7 %. Los índices de flujo son poco afectados por la concentración y por la temperatura, en los rangos señalados anteriormente para el índice K. Los valores de n para las pulpas de las colas pueden ser estimados por la expresión siguiente: n = 0.4357 ⋅ Ti 0.1177 …………………………………………………………. (2.8) La ecuación (2.8) da valores calculados de n con un error medio de ± 1.438 %, respecto a los valores experimentales. 2.13 Caracterización magnética de las muestras de cola. El hecho de que las fases mineralógicas principales de las colas sean la Magnetita y la Maghemita, crea la necesidad de caracterizar magnéticamente las colas dado que tanto la Magnetita como la Maghemita constituyen minerales con importantes características magnéticas. Por otra parte, la caracterización magnética proporciona una información que permite comprender mejor los resultados obtenidos por la vía de la caracterización química, mineralógica y granulométrica de la cola, así como inferir las posibles causas de algunos comportamiento observados en la propiedades de este producto y de sus suspensiones en agua amoniacal. En la Figura 2.24 (a) y 2.24 (b) se presentan las curvas de histéresis magnética a temperatura de 25°C para las muestras R-1 y R-5. Como puede �Caracterización de las colas. 63 verse en las figuras, ambas muestras presentan características propias de los materiales ferrimagnético. Curvas de histéresis similares se han obtenido para nanopartículas de Maghemita, Garcell y Col. (1998). Las diferencias mas importantes entre estas dos muestras viene dada por la magnetización remanente, Mr, con un valor de 4,56 kA/m para la muestra R-1 y de 3,22 kA/m para la muestra R-5, así como por la fuerza coercitiva de magnetización, Hcm, con un valor de 14,53 kA/m (183 Oe) para la muestra R1 y de 10,59 kA/m (133 Oe), para muestra R-5. La diferencia observada en los valores de estos dos parámetros de ambas muestras indican que la muestra R-1 exhibe propiedades magnéticas más acentuadas que la R-5. Por otra parte, se determinó para ambas muestras que la permeabilidad magnética relativa máxima, kmáx, es igual 1,24. Este parámetro indica que estas muestras adquieren un campo magnético 1,24 veces mayor, que el campo magnético que se les aplique. Por tanto, si se tiene en cuenta que la intensidad del campo magnético de la Tierra es aproximadamente de 0,2 Gauss (0,2*10-4 Tessla), entonces la cola depositada en el dique adquiere un campo magnético de 0,25 Gauss, es decir, mayor que el campo magnético natural de la Tierra. Por consiguiente, dada la enorme masa de cola depositada en el dique, es de esperar que esta provoque una anomalía magnética en esa región. En la (Tabla 2.7) se muestra un resumen de la caracterización magnética de las 6 muestras de cola estudiadas. En ella pueden verse los valores de los parámetros Mr y Hcm explicado anteriormente. Se observa, por ejemplo, que el magnetismo remanente disminuye en el orden R-1>R-6>R-5 lo cual coincide con la proporción de Magnetita y Maghemita (Tabla 2.3) que también disminuye en ese mismo orden, dado que la Magnetita posee propiedades magnética de mayor intensidad que la Maghemita. Las magnitudes del producto BH máximo (Tabla 2.7) indica, que la muestra R-1 es capaz de imantarse en mayor cuantía que las restantes, bajo la acción de un campo magnético de la misma intensidad. Por otra parte, el comportamiento reológico de las pulpas de las muestras estudiadas no se corresponde con el de la caracterización magnética, ya que �64 Caracterización de las colas. las suspensiones que exhiben mayores viscosidades son las de las muestras R-6 y R-3, y no la de R-1. Ello pudiera atribuirse a los efectos combinados de las propiedades magnéticas con las superficiales, que proporcionan ese resultado neto. 2.14 Conclusiones parciales. Los resultados obtenidos en el desarrollo de la caracterización de las colas permiten llegar a las siguientes conclusiones: 1.- Las pulpas de las muestras de colas de la Empresa Comandante “Ernesto Che Guevara” de Moa estudiadas, poseen composiciones químicas muy parecidas, pero difieren en su composición mineralógica, siendo esta última la que determina las diferencias entre ellas, dadas por su naturaleza. Las fases mineralógicas principales en todas las muestras son la Magnetita y la Maghemita con un contenido medio en el orden del 39,09 y 36,64% en peso del total respectivamente, siendo las fases secundarias más importante la fayalita, la magnesio-cromita y la lizardita 1T. 2.- Las muestras están constituidas por partículas finas con tamaños inferiores a 43 µm (más del 60% en peso de sólidos) y un tamaño medio de 0.072mm, siendo ellas las causantes principales de las propiedades superficiales y de la plasticidad de las suspensiones. La distribución de tamaño las caracteriza como sistemas polidispersos. 3.- Las mediciones realizadas con ayuda de la microscopía electrónica revelan un índice de aplastamiento promedio de 0.58 y un diámetro equivalente promedio de 0.04mm, siendo la forma predominante de las partículas la de un elipsoide de revolución lo que facilita la formación de estructuras debido al aumento de la superficie de contacto entre las partículas. 4.- Los resultados de las investigaciones de la velocidad de caída límite demuestra que el criterio de Liashehenko posee valores mas estables y uniformes que los demás criterios con relación a los datos experimentales. El coeficiente de forma utilizado en la fórmula de �Caracterización de las colas. 65 Liashehenco oscila de 0.569 a 0.487 para tamaños de granos de 0.175 a 0.044mm, lo que corrobora la forma elipsoidal de estos. 5.- Los ensayos experimentales sobre la velocidad de sedimentación a diferentes concentraciones de sólido en peso, demostraron que esta disminuye a medida que aumenta el contenido de sólido en la zona de sedimentación impedida, se incrementan los volúmenes de sedimento, comportándose similar a un sistema homogéneo, separándose la parte espesada del líquido clarificado. 6.-La estabilidad de las suspensiones de las muestras estudiadas y sus puntos de carga cero (p.z.c.) son afectadas por el medio dispersante, al comparar los resultados obtenidos de pulpas preparadas con agua destilada o con agua amoniacal. Las pulpas de agua amoniacal exhiben mayores cargas superficiales y p.z.c. más ácidos. Ello se atribuye a la adsorción específica de iones de cargas positiva, como el N H4+ . Para pH < p.z.c, la carga superficial es positiva y para pH > p.z.c. es negativa. 7.- Las magnitudes de las cargas superficiales y de los p.z.c. se incrementan con el aumento del contenido de maghemita-magnetita de las muestras, tendiendo hacia el valor del p.z.c. de esos minerales puros. Así, los valores del p.z.c. cambian de mayor a menor por muestras en el siguiente orden R-6 > R-3 > R-5 8.- El ≈ R-4 >R-2 = R-1. comportamiento reológico depende fundamentales de la concentración de sólido y de las propiedades superficiales, dado el alto contenido de partículas finas. A concentraciones de 25 a 35% en peso de sólidos el comportamiento es seudoplástico, mientras que para concentraciones mayores fluyen como plástico Bingham. 9.- Las curvas de flujo y las viscosidades cambian con la temperatura y el pH, comprobándose que la temperatura tiene influencia solamente sobre el medio dispersante para las concentraciones de 25 a 35% en peso de sólidos. Sin embargo; para las concentraciones comprendidas entre 40-60% de sólido en peso, la temperatura además, tiene un �Caracterización de las colas. 66 marcado efecto sobre la estructura que forma la parte sólida. Los mayores valores de viscosidad, a diferentes concentraciones y temperaturas, para todas las muestras se alcanzan a magnitudes del pH igual o cercanas a los p.z.c. de las suspensiones. 10.-La caracterización magnética demuestra que las colas son materiales ferrimagnéticos debido a que sus fases mineralógicas principales son la Magnetita y la Maghemita. Este hecho da pié para suponer que la presencia de la cola acumulada en grandes cantidades en el dique provoca alguna anomalía magnética en el entorno en que se encuentra con el correspondiente impacto negativo medioambiental. �CAPITULOIII. DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL PROCESO DE TRANSPORTACION DE LAS COLAS. 3.1 Breve descripción de la instalación experimental a escala Semiindustrial. La investigación de los parámetros y regímenes de hidrotransportación de las colas del proceso CARON se realizaron en una instalación de dimensiones semi- industriales construida en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa tal como ya se mencionó en el epígrafe 2.2. Esta instalación fue modernizada y dotada de equipos y accesorios que permiten mayor calidad en el registro y control de las variables y su procesamiento posterior. El esquema de la instalación se muestran en la (figura 3.15), consta de los tanques 1 y 2, para la calibración del tubo Venturi y de recepción de la pulpa hidrotransportada respectivamente, las bombas centrífugas 3 y 4, los puntos de toma de presión 5, el tubo Venturi 6, los tramos de tuberías 7, 8 y 9, para determinar las pérdidas hidráulicas, el drenaje del sistema por la válvula 12, las válvulas de regulación 13 y 14, y las ventanas del cristal 15 y 16. Desde la (figura 3.2 a la 3.5) se muestran vistas parciales de la instalación que proporcionan imágenes muy descriptivas de las secciones más importantes que la componen. 5 5 7 5 17 11 8 15 9 16 5 12 10 1 14 2 5 13 6 4 18 3 Figura. 3.1. Esquema de la instalación de hidrotransporte para la modelación de flujos y ensayos de bombas. �Las tuberías 7,8,9, poseen los diámetros 50, 100, 150 mm respectivamente y los puntos de tomas de presión están separados por longitudes de tubos de 20, 14.5 y 10 m respectivamente. Figura 3.2 Instalación de hidrotransporte a escala semi -industrial. �Los puntos 5 ( para medir la presión) se encuentran alejados de los extremos de la tubería a distancia igual o mayor de 40 D, para evitar las influencias de las perturbaciones más cercanas (codos, ventanas de cristal, etc.). El punto de observación del flujo de la pulpa (ventana de cristal) se encuentra situado a 5.5 m del tubo de Venturi. El tanque 1, posee un volumen de 1.9 m3 y el tanque 2, de 2.9 m3 . La bomba 3 tiene una capacidad de 160 m3 / h, y, la bomba 4, de 60 m3 / h. Durante la toma de datos experimentales, la instalación opera en circuito semi – cerrado ( succión, impulsión, canal (17) y tanque) .La limpieza se logra con el trabajo de la instalación en circuito abierto (succión, impulsión y drenaje). Para eliminar el aire en cada medición se tomaron diferentes medidas, una de ellas fue la ubicación de ventosas mediante las cuales se expulsaba el aire de la tubería a la atmósfera. La regulación del caudal de la bomba se realizó con ayuda de una válvula de compuerta que se encuentra en la tubería de alimentación. El llenado del sistema (con agua amoniacal, primero, y añadiendo sólido, después) se efectuó directamente en el tanque receptor- regulador. La medición del caudal de la pulpa se realizó con un flujómetro electromagnético NP-11(16). Para su calibración, se utilizó el método del peso volumétrico con ayuda de un tanque graduado (1), instalado al final del circuito de tubería en serie con el colector de alimentación (2). El tiempo de llenado del tanque calibrado se midió con un cronómetro con precisión de 0,1 s. El error máximo durante la determinación del caudal no fue mayor de 1,5 %. La temperatura del agua amoniacal y de la pulpa en el colector, se midió con un termopar situado en el tanque. Las pérdidas de presión en la zona investigada se midieron con transmisores de 0 – 5 mA, los cuales captan la presión, la transforman en energía eléctrica, y envían la señal para un registrador central, el cual da la información de los valores de presión medido en cada punto. La pendiente hidráulica se determinó por la expresión; �i = ∆Proz/ L (Pa/m) ………………………………………………………(3.1) Donde: ∆Proz – Caída de presión por rozamiento,( Pa ) L – Longitud de la tubería entre los puntos de toma de presión,( m) El valor de las divisiones de la escala de peso es de 0,05 Kg. Por los datos de estas mediciones el error relativo durante la determinación de la concentración no superó el 1%. Para el estudio del proceso y carácter del movimiento de la pulpa, fueron utilizados tramos de 100 (8) y 150 mm (9), la ventana de cristal (16) colocada en la tubería de 150 mm (8). La concentración de la pulpa periódicamente se controló a través de la toma de muestras con su posterior corrección. La investigación de los parámetros de transportación de las colas se realizó durante la variación de la concentración másica de 25 hasta 50 % y a las temperaturas de 28, 60 y 90°C. �El contenido de las partículas sólidas, para un volumen dado de la hidromezcla, se calculó por la siguiente fórmula: S = ms / ms + ma …………………………………………………………..(3.2) Donde: S – Concentración en peso, adimensional. ms – masa del sólido, Kg. ma - masa del agua, Kg. La concentración volumétrica se determinó por la expresión: Cw = S ρp/ ρs Cw = ρp - ρo / ρs - ρo o donde: ρs – densidad del sólido; kg/m3 ρo – densidad del agua; kg/ m3. ρp – densidad de la pulpa; kg/ m3. La densidad calculada de la pulpa se determinó por la fórmula: ρp= ρs / ρs – S (ρs - 1) En la tabla 3.1 se dan los datos acerca de los parámetros básicos para la preparación de las suspensiones durante los ensayos experimentales. Tabla 3.1. Parámetros obtenidos para la realización de los experimentos con No. Volumen Volumen Masa de Concentrac Concentraci del de la mineral, ión de las ón de las Densidades de las tanque, tubería, kg. suspensio suspension suspensiones en, kg/m3. 3 m. 3 m. nes en es en peso, %. volumen, %. 28°C 60°C 90°C 1 1.820 1.028 949.3 25 8.78 1230 1190 1046 2 1.820 1.028 1220.5 30 11.45 1300 1235 1105 3 1.820 1.028 1898.6 40 19.09 1500 1425 1275 4 1.820 1.028 2563.2 45 24.8 1650 1568 1400 5 1.820 1.028 2848 50 28.6 1750 1663 1488 las colas en la instalación semi – industrial. �3.2.1 Dependencia de gradiente hidráulico (i = ∆P / L) con la velocidad en tuberías circulares. Las investigaciones de los parámetros de hidrotransporte de las colas se realizaron para concentraciones de 25, 30, 40, 45 y 50 % en peso de sólidos (tabla 3.1) en un rango de temperatura de 28 – 900 C. Los datos experimentales fueron elaborados, obteniéndose las relaciones i = f(v) para el flujo de cola en las tuberías de 100 y 150 mm de diámetro. En las figura 3.7 se muestran las curvas a 28°C. En ellas se observa que durante el hidrotransporte de las pulpas de colas del proceso CARON se presentan, en general, dos regímenes de movimiento: estructural (laminar) y turbulento. En los gráficos, no se distingue claramente la existencia de una zona de transición debido, muy probablemente, a que esta es muy breve y los datos experimentales obtenidos no resultan suficiente para su representación clara. Es por ello que el cambio de régimen, aparentemente, es brusco. Figura 3.7. Dependencia i = f(v) para el movimiento de las pulpas de cola (muestra R-1) en un tubo circular de D = 150 mm a la temperatura de 280C y a las concentraciones: 1– agua; 2– 25 %; 3– 30 %; 4– 40 %; 5 – 45 %; 6 – 50 %. En la figura, solo se aprecia bien el cambio de régimen para las concentraciones de 45 y 50 % (en la tubería de 150 mm) y para 50 % ( en la tubería de 100 mm). Las restantes curvas muestran solo el régimen turbulento. Los puntos experimentales correspondientes a la zona turbulenta presentan, en todos los casos, un comportamiento no lineal. �La zona inicial de las curvas que describen el régimen estructural puede ser representada por una recta que tiende a interceptar el eje de las ordenadas a una distancia dada del origen. Para diferentes concentraciones másicas, estas rectas tienen diferentes ángulos de inclinación (figura 3.7). Las curvas i = f(v) obtenidas para el régimen turbulento tienen mayor pendiente que las curvas análogas para el agua. En la figura 3.7 se observa que la posición de las curvas depende de la concentración de sólidos, mostrando las mismas características y se diferencian por un incremento de las pérdidas hidráulicas debido al aumento de la fase sólida en la hidromezcla. Los datos representados en la figura 3.7 fueron procesado estadísticamente mediante un programa de computación (Tierra) con vistas al ajuste de las curvas a una ecuación polinomial de i = f(v), tal como se muestra en las tablas 3.2 y 3.3. El mismo procedimiento se aplicó para las curvas obtenidas a las temperaturas de 60 y 90°C, en el mismo rango de concentraciones de sólido, para todas las suspensiones de las muestras estudiadas. Los resultados se dan en las tablas 3.1 a 3.6 del Anexo 3. Con la finalidad de describir el efecto de la temperatura, en la figura 3.8 se presentan las curvas de i = f(v) (D = 100mm), a las temperaturas de 28 y 90°C y para una concentración de 50% de sólido correspondiente a la muestra R-3. Puede verse en la figura, que con el aumento de la temperatura el límite de fluidez de las pulpas aumenta progresivamente, por lo que las viscosidades efectivas de las suspensiones decrecen, lo que provoca una disminución apreciable en las pérdidas hidráulicas . (X 1000) ∆P/L (Pa/m) (X 1000) 8 8 Muestras a 50 % sólido 7 7 C 0 R3- 28 C R3- 90 0C 6 5 6 5 B 4 3 4 3 A 2 2 1 1 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Q, m3/h Figura 3.8 Curvas de ∆P/L vs Q que demuestran el efecto de la temperatura. �En las curvas se observan con claridad los tres regímenes de flujo (laminar, transición y turbulento) que están representada por las zonas A, B, C, respectivamente. En relación con esto ultimo, la posibilidad de obtener datos de las tres zonas depende de la concentración de sólidos, fundamentalmente. Así para concentración de 50% se logran las tres zonas, en cambio, para 40% de sólido se observa solamente la zona C. Es necesario indicar que una de las peculiaridades del flujo de las colas lo constituye la zona transitoria entre el régimen laminar y el turbulento. Así, para una misma concentración ( 40 ó 50 % de peso en sólido ), al incrementar la temperatura se reduce la magnitud de u, lo que indica la destrucción de los lazos estructurales de las colas y un cambio en la distribución del perfil de velocidades por la sección transversal de la tubería, mediante el cambio del régimen de movimiento por la relación V máx. / V med. = 1,27 – 1,68 . Con vista a describir la influencia de la naturaleza de las muestras, en la figura 3.9 se presenta la dependencia i = f(v) (D = 100mm) de las suspensiones correspondiente a las muestras R-1 y R-3, a 90°C y 50% en peso de sólido. En la figura se observa que, para una misma velocidad, el gradiente de presión es mayor para la muestra R-3. Este comportamiento corrobora los resultados de las curvas de flujo (comportamiento reológico) y de los resultados de estabilidad en el Capitulo II. Para ambas muestras se distinguen las zonas correspondientes a los regímenes de flujo laminar y turbulento. Comportamientos similares se obtienen para todas las muestras, a las tres temperaturas estudiadas y a todas las concentraciones, las cuales no se muestran en el trabajo, pero pueden ser comprobadas a través de los gráficos de i = f(v) presentados anteriormente, tanto en el texto como en el Anexo 3. �Tabla 3.2. Resultados de la elaboración de los datos experimentales (D = 100 mm). Concentración másica. (C %). agua Ecuación. Coeficiente de correlación. Desviación estándar. 0.9999 13.216 0.9933 100.1268 0.9957 65.6221 0.9884 91.7649 0.9957 85.3446 0.9965 112.6731 i=(-14.0476)*(1)+(26.6143)*(V)+ (96.7643)*(V^2) 25 i=(1023.3834)*(1)+(-2304.622)*(V)+ (2287.4066)*(V^2)+ 30 (-762.9451)*(V^3)+(84.9025)*(V^4) i = (-151.5753)*(1)+ (1218.2622)*(V)+ (-372.6291)*(V^2)+ (50.2225)*(V^3) 40 45 i=(2382.9303)*(1)+(-3299.1734)*(V)+ (2805.6233)*(V^2)+(-856.4800)*(V^3)+ (91.1303)*(V^4) i =(53.2449)*(1)+(1229.4922)*(V)+ (-279.5508)*(V^2)+(41.9858)*(V^3) 50 i=(2403.3956)*(1)+(-2338.5546)*(V)+ (1566.4489)*(V^2)+(-197.4389)*(V^3) En la tabla 3.7 del Anexo 3 se dan los parámetros de hidrotransporte obtenidos en la instalación semi-industrial para las pulpas de colas (muestra R-1), a diferentes concentraciones 40-50% que siguen el comportamiento de los plásticos Bingham. El comportamiento de las relaciones i = f(v) obtenidas para las pulpas de cola (que se han descrito en los gráficos) es similar al obtenido por otros autores para suspensiones de caolín, carbón, laterita, serpentina blanda y otros en el flujo de otros materiales por tuberías de distintos diámetros, Izquierdo(1989),Pakrovskaya Suárez(1989), lo cual (1985), demuestra Pérez(1970), las peculiaridades Smoldriev(1989), comunes que �caracterizan el flujo de las hidromezcla por tuberías, independientemente de la naturaleza y propiedades de la fase sólida y del medio dispersante, tal como se han explicado por Smoldriev y colaboradores ( 1989 ) (Ver Capítulo I). 3.3 Correlaciones para el cálculo del gradiente de presión para las hidromezclas de cola con sistema trifásico. 3.3.1 Modelo físico para describir el flujo de las suspensiones de cola a través de tuberías. En el capitulo I (epígrafe 1.10), se presenta un resumen acerca de las estructuras del movimiento para el caso de las hidromezclas trifásicas (conformado por sólido- líquido-gas). Allí se describen varios tipos de estructuras en dependencia del grado de influencia de la fase gaseosa sobre las características de flujo de este tipo de suspensiones. Así se describe la estructura lamelar (obturada), la emulsionada y la de barra o película. En todos los casos, para describir el flujo de los sistemas trifásicos, hay que tener en cuenta la influencia del número de Froude, dado que la presencia de la fase gaseosa impide que la mezcla sólido-líquido llene completamente la tubería. Por consiguiente, el flujo trifásico por tubería se caracteriza por el movimiento del gas en la masa de la hidromezcla en forma de burbujas (que pueden ser de diferentes dimensiones), conformando una película que envuelve la fase sólido-líquido, o formando un pistón por el centro de la tubería. Durante la realización de los ensayos experimentales correspondiente a la presente Tesis en la instalación semi-industrial a través de la ventana de cristal que se ha descrito en el epígrafe 3.1 y en las pruebas que se llevaran a cabo en el sistema de transportación de cola en explotación en la fábrica, se pudo observar a todas las temperaturas pero con mayor incidencia a 90oC y a bajas concentraciones (30%), los gases en amoniacales disueltos las suspensiones crean burbujas que se desplazan a lo largo de la tubería dentro de la masa sólido-líquido en movimiento; mientras que a alta concentraciones (40-50% de sólidos) se constató que la fase gaseosa se separa en la parte superior de la tubería horizontal y la mezcla espesada se desplaza por la parte inferior de esta. Este cuadro demuestra que las �suspensiones de colas al transportarse a través de las tuberías lo hacen en forma de flujo trifásico según la estructura lamelar u obturada que se describe en el epígrafe 1.10 del Capitulo I. Tal como se explica en el epígrafe señalado para tuberías horizontales, la caída de presión total por unidad de longitud de la suspensión trifásica se debe a los efectos de fricción más una contribución causado por la aceleración de la mezcla como resultado de expansión del gas. Es por ello que, para un sistema trifásico la caída de presión en la tubería resulta mayor que para un sistema bifásico sólido-líquido en iguales condiciones de operación. Para la determinación de la caída de presión por unidad de longitud (pendiente hidráulica) para el flujo trifásico de la cola se propone utilizar la relación siguiente: i= ∆p 2 f .ρ .v 2 =ϕ , Pa/m………………………………………………….. (3.4) L D Donde: i – pendiente hidráulica durante el movimiento de la mezcla trifásica. f − coeficiente de fricción. Se estima por las ecuaciones (1.17) a (1.20) ó por la figura 5 ( Anexo1). ϕ − coeficiente de corrección que tiene en cuenta la presencia de vapores de amoniaco en la mezcla, y que ocasionan efectos hidrodinámicos adicionales, así como que impiden el llenado de la tubería por la pulpa. Un valor medio de ϕ = ϕ(Fr) (quedando implícito el He) puede ser estimado por la ecuación (3.5) o por la figura 3.11. φ = (7.621)*(1)+ (0.314)*(Fr)+(2.122)*(1/Fr)+ (-2.877)*( Fr )………………………………(3.5 ) Fr – criterio de Froude, determinado por la velocidad promedio de la mezcla. Los resultados del ajuste de mínimo cuadrado y la validación del modelo para calcular φ por la expresión 3.5 aparece reflejada en la tabla 3.8 del Anexo 3. �En la figura puede verse que el coeficiente de fricción es una función del Re y del He para el régimen laminar, mientras que para la zona turbulenta prácticamente solo depende del Re. El comportamiento de las curvas es similar al mostrado en la figura 5 ( Anexo 1), para sistemas bifásicos, pero con valores de f muy superiores a los de esta. Figura 3.10 Curvas de f vs Re para diferentes valores del número adimensional He. A partir de los resultados elaborados, en este trabajo, se obtuvo una correlación que permite estimar el coeficiente de fricción experimental en la zona turbulenta, la cual se da a continuación: f exp 10 C = 1, 0621 Re …………………………………………………………..(3.3) C = 3,7037 – 6,3205*10-6He Esta expresión se obtuvo con un coeficiente de correlación de 0,9748, y resulta válida para valores de He = 44000 – 100000, y Re = 10000 – 50000. �• Se ha visto en el epígrafe 1.9 (Capitulo I) que el coeficiente de fricción, para el flujo de materiales que siguen el modelo reológico de Bingham, es una función del número de Reynolds, del número de Hedstrom y del número de Froude, los cuales se definen en la ecuación (1.27). Para sistemas bifásicos, el coeficiente f puede ser estimado por las ecuaciones (1.18), (1.19) y (1.20) en dependencia del régimen de flujo. Figura 3.11 Coeficiente de corrección medio ϕ, para las pérdidas hidráulicas en función del Fr en tuberías de D = 100 y 150mm. 3.5.2 Construcción de las curvas del sistema. Para la construcción de las curvas del sistema con la ayuda del programa Microsoft Excel se representan en el gráfico los valores de altura de la red contra los valores de caudal (tabla 3.6), para los cuales se determinaron, haciéndola interceptar con la curva de la bomba, obteniéndose así el punto de trabajo del sistema para la línea A L = 1654 m, según se muestra en la figura 3.13. 3.6.4 Resultados de la modelación de la ecuación de altura y potencia de la bomba. H = A + B ⋅ Q + C ⋅ Q 2 ………………………………………………………(3.17) N = D ⋅ Q + E ⋅ Q 2 + F …………………………………………………… (3.18) �Donde: H: Carga. (m) N: potencia.(Kw.) Q: caudal (m3/s) A,B,C,D,E,F: coeficientes que se obtienen de las curvas dadas por el fabricante de bombas.Con ayuda del programa MathCAD y del sistema de ecuaciones, se forma una matriz para determinar los coeficientes A,B,C,D,E,F. Tabla 3.2. Valores de los coeficientes (agua y cola). Para el Para la Coeficientes agua cola A 70 43 B 72.654 44.834 C 74.32 45.851 D 60 33. E 61.345 33.842 F 62.225 34.323 Así se obtienen las expresiones que describen la carga y la potencia de la bomba, en función del caudal: Para el agua Para la cola H = 70 + 72.654 ⋅ Q + 74.32 ⋅ Q 2 H = 43 + 44.834 ⋅ Q + 45.851 ⋅ Q 2 …… (3.19) N = 60 ⋅ Q + 61.345 ⋅ Q 2 + 62.225 N = 33 ⋅ Q + 33.842 ⋅ Q 2 + 34.323 …. (3.20) 3.6. Sistema de ecuaciones para determinar los parámetros racionales del sistema de hidrotransporte. Por racionalización de un sistema de hidrotransporte se entiende la selección de aquellos valores de los parámetros de dicho sistema que �garantizan su mayor efectividad. Las variables de operación más importantes en el hidrotransporte lo constituyen la velocidad del flujo de la pulpa y la concentración de material sólido en él. Con el aumento de la velocidad y la concentración se puede disminuir el diámetro de la tubería (por tanto, disminuye el peso de la tubería metálica y su costo) y utilizar bombas de menor capacidad. Esto garantiza la disminución de las inversiones básicas, pero, al mismo tiempo, se aumentan las pérdidas de presión; es decir, crece el gasto de energía eléctrica, y se incrementa el desgaste del equipamiento. Esto conlleva al aumento de los gastos de explotación. Por consiguiente resulta obvio la necesidad de calcular aquellos valores de velocidad y concentración de la pulpa que posibiliten obtener los gastos de explotación mínimos. Para la determinación de la velocidad racional del flujo de la pulpa (Dakukin 1987), propuso la correlación (3.21): X rac −0.5 1.3 ⋅ V 1 − V 2 ⋅ X rac − 0.5 ⋅ V 3 ⋅ X rac  =  1.2 ⋅ (V 4 + V 5 + 1)   0.6 ………………………………..(3.21) Donde: Xrac – Es la relación entre las velocidades racional e inicial: ( X rac = Vrac ). Vo V0 - Valor inicial de la velocidad del flujo, en (m/s); (con frecuencia es la velocidad crítica). Durante la selección de la velocidad óptima es necesario mantener la condición. Vrac ≥ VCRIT ………………………………………………………………. (3.22) Si esta condición no se cumple, entonces en calidad de la velocidad de trabajo se toma la crítica. Cb- Costo de una bomba. Cb=8 907. 69 USD. E- Coeficiente normativo de efectividad de la inversión básica. E=33,3. nb-Cantidad de bomba en el sistema. Nb=5. S´- Concentración inicial.% �QT- Cantidad de sólido transportado en un año, T ρT- Densidad del sólido, Kg/m3 L- Longitud de la tubería, m. r- Tarifa de pago de la energía eléctrica. La concentración racional de la pulpa puede ser estimada por la reacción propuesta por Dakukin( 1987): 2.5   V2 …(3.23) Yrac =  0.3 −0.9  0.6[V1+V3⋅ (1−b1) +1] −0.4⋅V3⋅ b1⋅Yrac +0.62V4⋅ b2⋅Yrac −1.5[V4(1−b2) +V5]Yrac  Donde: Yrac= Srac/S´ S´ - Valor inicial de la concentración.  Qt  28.2(E + 0.073) ⋅ (0.14C b H + 0.85)   ρt  V1 = n ⋅ r1 + 9.3 ⋅ r 2 0.15  Qt  0.48(E + 0.073) ⋅ (0.13 ⋅ C b H + 0.78) ⋅    ρt  V2 = n ⋅ r1 + 9.3 ⋅ r 2 23000(E + 0.036) ⋅ n ⋅ nε 0.63 ⋅ (v * ) −1.85 V3 = 0.04 0.15 ⋅ δ1 ……..( 3.24) 0.65 ⋅ (v * ) − 2.35 ⋅ (S ) − 0..35 ⋅ δ1 ……(3.25) (v ) (S ) (0.75+1.67⋅ S ) * −0.85 ⋅ (S ) 0.37  Qt     ρt  −0.22 ⋅ Lv−0.63 …. (3.26) n ⋅ r1 + 9.3 ⋅ r2 196(E + 0.15) ⋅ n ⋅ nε V4 = 0.2 (v *) −0.25 (S ) −0.67 (0.75 + 1.67 ⋅ S ) n ⋅ r1 + 9.3 ⋅ r 2 0.8  Qt     ρt  −0.07 ⋅ Lv −0.2 … (3.27 ) b1 = 0.62 ⋅ S 0.75 + 1.67 ⋅ S b2 = 1.34 ⋅ S ……….. …………………………………………..…… (3.29) 0.75 + 1.67 ⋅ S ……………………………………………………… (3.28) Las dependencias ( 3.21) y (3.23), se resuelven por el método de aproximación sucesiva (aplicar método de Newton). Inicialmente se toma (Xrac = Yrac =1), y se colocan en la parte derecha de las ecuaciones (3.21) y (3.23). Seguidamente, el ciclo de cálculo (Xrac y Yrac), se repite. El cálculo se �termina, cuando la diferencia entre los valores calculados y los supuestos sean pequeños. Con frecuencia son suficientes tres o cuatros ciclos de cálculo. Es necesario señalar que las dependencias ( 3.21) a (3.29), fueron elaboradas para materiales sólidos con una granulometría no mayor de 3 mm, con resultados confiables en esos límites. A continuación, se procede a ilustrar con su ejemplo el uso del sitema de ecuaciones propuesto. Para resolver las ecuaciones del tipo Z=ƒ(z) se pueden utilizar diferentes métodos analíticos, numéricos y gráficos. Debido a la complejidad que presenta el sistema de ecuaciones obtenidas para la determinación de Xrac y Yrac, se prefiere utilizar un método gráfico-numérico, apoyándose en el software Derive for Windows, versión 4.0. Para ello se transforman las ecuaciones del tipo Z=ƒ(z) a ecuaciones del tipo 0=ƒ(z)-z y se grafica la función U=ƒ(z)-z para determinar si existían ceros de esta función y en que intervalos puedan estar situados. En ambos casos se determinó el comportamiento de las funciones U=ƒ(v)-v y U=g(c)-c donde ambas presentan dos ceros (interceptos con el eje horizontal) cada una. A partir de conocer en que intervalos se encontraban estos ceros y usando la opción SOLVE de este software se obtuvieron, por el método de Bisección, las raíces de cada ecuación. X1=0,063 289 X2=0,754 Y1=1.14 979 Y2=17.7 597 Ahora toca decidir, para cada caso, cual es la solución más adecuada. Para el caso de la concentración es adecuado exigir que Crac ≤ Ccr. Puesto que Crac=Yrac*Yini ; Yini=35; Y1=1,14979; Y2=17,7597, entonces Crac1=Y1*35=40,24 y Crac2=Y2*35=62,1589 ; sobre la base de que Ccr=60, se toma Cract1=40,24 265 ≤ 60=Ccr. Para el caso de la velocidad es adecuado exigir que: Vopt ≥ Vcr. Puesto que Vrac=Xrac*V0 y V0=0,99 m/s; Xrac2=0,7 616 y Xrac1 =0,0 639282; entonces, �Vrac1=Xrac1*0,99=0,063289 ; Vrac2=Xrac2*0,99=0,754 ; de ahí que Vcr=0,44 m/s, por lo tanto, se toma Vrac2=0,754 ≥ 0,44=Vcr. �Valoración Técnico – Económica 90 CAPITULO IV . VALORACIÓN TÉCNICO – ECONÓMICA. 4.1. Valoración Técnico- Económica. Una gran parte de los gastos durante el hidrotransporte lo constituyen los gastos de energía eléctrica, por lo que su economía es una de las direcciones estratégicas de la producción en la actual etapa. Una correcta selección y organización en la explotación del equipamiento de bombeo en régimen económico permite el ahorro de energía eléctrica y aumentar la efectividad del transporte hidráulico. Para proyectar y explotar con efectividad el equipamiento de las instalaciones de hidrotransporte es necesario seleccionar correctamente el equipamiento de bombeo para las condiciones concretas de explotación, determinar y analizar el régimen de trabajo de las bombas en el sistema de hidrotransporte en correspondencia con los requerimientos exigidos y, considerando mínimo los gastos de energía eléctrica, determinar y analizar los indicadores técnico - económico de trabajo del sistema de hidrotransporte. Dentro de los indicadores técnico - económicos principales de la instalación de hidrotransporte se encuentran: productividad anual de la instalación por el sólido transportado , en m3/año; potencia instalada sumaria del motor, en kW.; gasto anual de energía eléctrica kWh/año; gasto específico de energía eléctrica por 1 m3 de material transportado, kWh/m3; costo de energía eléctrica gastado en la transportación de 1 m3 de material sólido $/m3.Por otra parte los costos de mantenimiento decrecen al disminuir las y fallas y averías del equipamiento. También disminuye el costo total de los descuentos anuales de los activos fijos al incrementarse el tiempo de vida útil de la instalación. En la tabla 4.1 se muestran los resultados de los principales indicadores tomados en cuenta en la determinación de los gastos de explotación de la instalación actual trabajando en dos condiciones (a régimen normal de trabajo (1) y a régimen cavitacional (2)) de operación según la metodología propuesta por González B.M.(1997). �Valoración Técnico – Económica 91 En condiciones normales de operación, la instalación trabaja con una capacidad de 160 m3 / h; sin embargo cuando entra en régimen cavitacional su capacidad se reduce a la mitad, ocasionando pérdidas por mayor consumo de energía y mantenimiento de la instalación, tal como se refleja en la tabla 4.1 con el correspondiente incremento de los costos de producción de la Empresa y una menor productividad. Por consiguiente, si se logra eliminar el régimen cavitacional se ahorrarán 3,2 $ USD por cada m3 de cola transportada, con un ahorro en los gastos de explotación de 40 340 $USD anualmente. 4.1 . Costo de transportación de un m3 de cola, $ USD. INDICADORES 1 2 17769.7 17769.7 32850 32850 143848.4 182208 78.84 78.84 14 14 3772 4883 Gastos de amortización de las bombas. 2672.307 2672.307 Gastos de amortización de las tuberías y soportes. 4892.065 4892.065 813 813 Gastos de salario del personal de operación. Gastos por consumo de agua para disminuirle la temperatura a la cola. Gastos de energía eléctrica. Gastos por iluminación. Gastos imprevistos. Gastos por mantenimiento. Gasto del salario del personal indirecto 205943.112 246180.912 Total ( Gb ) Gasto para transportar un m3 de cola en 3.5 Km 1.3 4.50 (USD) Teniendo en cuenta el análisis de lo ilustrado en la tabla 4.1, acerca de la situación actual de la Planta de Recuperación de Amoníaco, se concluye que, aplicando los resultados obtenidos en la presente Tesis, es posible, lograr mejoras sustanciales favorables a la producción y a la economía de �Valoración Técnico – Económica 92 la fábrica. A manera de ejemplo, se desarrolla en forma resumida , a continuación , un estudio de factibilidad del mejoramiento del sistema de transporte de las colas en la Empresa Che Guevara. 4.2 Resumen de la factibilidad del mejoramiento de la eficiencia del sistema de transporte de cola en la Empresa Comandante Ernesto Ché Guevara. El estudio sobre el mejoramiento de la instalación de colas de la Planta Recuperación de Amoniaco de la Empresa “Cmdte Ernesto Ché Guevara”, a fin de mejorar su eficiencia se desarrolla sobre la base de determinar los parámetros racionales de trabajo, que permitan lograr estabilidad y disminuir los costos en el transporte de las colas. Para ello se ha tenido en cuenta el aumento de capacidad requerido por la Planta para los próximos 5 años. Como resultado de este estudio se recomienda el cambio de la instalación actual, en específico, el cambio de las actuales bombas por otras bombas centrífugas especialmente diseñadas para el bombeo de pulpas abrasivas, tipo PKB 2001, con una variación de la potencia de 75 KWh a 55 KWh, y el cambio del diámetro de tuberías del actual D-200 a D-250 para mejorar las características de flujo de la pulpa. Alcance En este resumen se pretende presentar un cálculo de prefactiblidad de la instalación, con vistas a determinar desde el punto de vista económico financiero, las características del proyecto citado. Modelación Se ha utilizado un modelo establecido para 7 años en correspondencia con el tiempo de vida útil calculado a la instalación, con 6 meses para la contratación, entrega, construcción y montaje y 6,5 años de explotación. Ha sido elaborado el cálculo del costo de inversión, estado de resultados para el proyecto, flujo de caja y flujo de fondos, así como el cálculo del financiamiento requerido. Ingresos Inicialmente fueron calculados los gastos de la instalación actual y de la nueva instalación, resultando un ahorro para el proyecto en los siguientes elementos: �Valoración Técnico – Económica 93 Ahorro de electricidad (por concepto de instalar bombas de menor potencia), calculado a un precio de 70 USD/MW).Ahorro de consumo de agua ( m3 por año a un precio de 0,15 USD/ m3). Ahorro por mantenimiento y materiales auxiliares de la operación, por ser este equipamiento más fiable. Ahorro por gastos imprevistos, el cual se valoró conservadoramente en 13600 dólares para el primer año, sobre la base de una reducción esperada del índice de rotura a de 0,20 a 0,03.También se consideró el ahorro de no ejecutar el recambio de bombas de la instalación actual, la cuál se encuentra depreciada a un 75 %, en el segundo año de vida del proyecto. Este ahorro se proyectó para una sola vez en los 7 años, a pesar de que la instalación actual tiene un tiempo de vida calculado en 3.5 años y la proyectada de 6,25 años. Gastos de Inversión La inversión en activos fijos comprende básicamente el recambio de tuberías y bombas, estimadas sobre la base de ofertas y estimados actualizados a precios del año 2002, revisados con personal de la Empresa Importadora del Niquel y de la Subdirección Comercial de la Ché Guevara. La construcción y montaje de la instalación se calcularon sobre la base del costo de los activos fijos que se incorporan, considerando 37% para el montaje y desmontaje de las bombas y 60 % para el de las tuberías. Se consideran gastos preoperativos consistentes en el proyecto de investigación realizado, un proyecto de ingeniería y licencia ambiental. El total de inversión alcanza 223.5 MUSD. Capital de trabajo Se reporta un incremento de gastos por este concepto al considerarse un aumento de la inmovilización de efectivo, como resultante del proceso de inversión y un aumento de capacidad del 5% en el uso de la instalación, a partir de la generación adicional de colas como resultado del aumento de capacidad de la planta y la reducción de la ley de mineral en el primer año. Gastos de Operación Los gastos de operación de la nueva instalación son similares a los de la actual, exceptuando los gastos de electricidad, mantenimiento, agua e �Valoración Técnico – Económica 94 imprevistos que resultan inferiores a los actuales y de ahí un ingreso neto para el proyecto. Se consideró un incremento de los gastos financieros a consecuencia del pago de intereses relacionados con la inversión. Indicadores de factibilidad El valor neto actualizado del proyecto, calculado para una tasa de rendimiento del 15%, como promedio para proyectos similares, resulta positivo en 113,6 MUSD, al término de los 6,5 años de operación, lo que indica que el proyecto resulta económicamente factible y que como resultado de su realización se generan ingresos para la entidad. La tasa interna de retorno de 44% indica el límite del costo del financiamiento requerido, muy por encima del disponible que se estima en 11,5 % de interés anual, lo que confirma la factibilidad del proyecto. El período de recuperación es de solo 11 meses. Si no fuera considerada la necesidad de renovar ningún equipamiento de la instalación actual, en los próximos años aún el periodo de recuperación del proyecto no superaría los 3.2 años. Financiamiento Se considera una ejecución al crédito de 190.0 MUSD, al 11.5 %, con un período de repago de 4,5 años, con un período de gracia de 6 meses y un gasto financiero total de 67.5 MUSD. Estas condiciones están dentro de las normalmente consideradas para la Empresa en su etapa de expansión. El financiamiento se proyectó únicamente a partir de los recursos que genera el proyecto por ahorros. Los principales indicadores obtenidos en este estudio se dan en las tablas 4.1 a 4.5 del Anexo 4. 4.2. Conclusiones parciales 1.- El análisis económico realizado revela que los principales gastos de la instalación son provocados por la cavitación incrementando el gasto energético y los gastos por concepto de mantenimiento. Si se lograra eliminar este fenómeno del sistema, se ahorrarían 3,2 USD por cada metro cúbico transportado con un ahorro de los gastos de explotación de 40 337,8 USD. �Valoración Técnico – Económica 95 2.-En el estudio de factibilidad de la propuesta de mejora de la instalación industrial, para las condiciones de operación de la Planta de Recuperación de Amoniaco,se obtienen los siguientes parámetros de rentabilidad: El valor neto actualizado del proyecto, calculado para una tasa de rendimiento del 15%, resulta positivo en 113,6 MUSD, al término de los 6,5 años de operación; la tasa interna de retorno de 44%, un 11,5 % de interés anual, una recuperación es de solo 11 meses. el periodo de recuperación del proyecto no superaría los 3.2 años. �CONCLUSIONES GENERALES. 1.- La caracterización del sólido y de la hidromezcla de la cola realizado en la presente tesis, además de ser una novedad, constituye una necesidad para mejorar la actual tecnología de manipulación y transportación de la cola del proceso CARON . 2.- La investigación permitió establecer que las colas constituyen un sistema polidisperso con predominio de partículas inferiores a 43 µm, con partículas en forma de elipsoides de revolución, que presentan un índice de aplastamiento de 0,58 y un diámetro equivalente promedio de 0,04 mm, y , además , que la fase sólida presenta una composición química bastante estable y conformadas por varias fases mineralógicas, siendo las fases principales, la Magnetita y la Maghemita, esta última , al parecer, surge por oxidación de una parte de la magnetita como consecuencia de la acción de las condiciones de operaciones actuales en las Plantas de Lixiviación y la de Recuperación de Amoníaco. La caracterización magnética demuestra que la fase sólida posee propiedades típicas de los materiales ferrimegnéticos, debido a al alto contenido de Magnetita y Maghemita. 3.- Los ensayos de estabilidad confirman que dado el alto contenido de partículas finas, las hidromezcla de las colas se comportan como un sistema coloidal, cuyos valores de p.z.c en agua destiladas son similares a las reportadas en la literatura para suspensiones de Magnetita y de Maghemita, como era de esperar , las magnitudes de los p.z.c disminuyen hacia valores de pH más ácidos en las pulpas preparadas en agua amoniacal. Se comprueba la gran influencia que ejercen estas propiedades superficiales sobre la reología y de la sedimentación de las pulpas. 4.- La caracterización reológica permitió establecer el carácter no newtoniano de las colas, dependiendo grandemente su comportamiento de la concentración de sólidos. Así se observa un flujo seudoplástico a concentraciones de 25 – 35 % en peso y un comportamiento plástico Bingham para valores mayores de 40 % en peso , a todas las temperaturas estudiadas ( 28- 90 º C ) . �5.- Se obtuvo experimentalmente las curvas de estabilidad y los puntos de carga cero (p.z.c.) en agua destilada y en agua amoniacal industrial. Los valores de los p.z.c. en agua destilada son cercanos a los registrados en la literatura para suspensiones de Magnetita y Maghemitita en agua destilada ( pulpas de la Empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”), estos valores se desplazan hacia la izquierda es decir hacia la zona más ácida ( pH más bajo) lo que influye considerablemente en la reología de las pulpas y sedimentación de los sólidos en las mismas. 6.- Las investigaciones de los parámetros del transporte hidráulico de las colas de la Empresa “ Comandante Ernesto Che Guevara” con un componente gaseoso, mostraron mayores caídas de presión y factores de fricción que los reportados en la literatura para pulpas bifásicas normales, bajo las mismas condiciones de trabajo. La composición mineralógica, la concentración y temperatura de las muestras ejercen gran influencia sobre el gradiente hidráulico. Se obtuvo las correlaciones gráficas y expresiones matemáticas que describen el flujo de esas colas por tuberías; así como el factor de fricción para régimen laminar y turbulento. 7.- La velocidad racional de transportación se obtuvo para el inicio del régimen turbulento a partir de criterios de menor consumo de energía por toneladas de sólidos transportados, los que resultaron inferiores a los aplicados en la actualidad y reportados en la literatura para velocidades críticas de pulpas bifásicas normales. En las velocidades racionales obtenidas, el sólido se mantuvo en suspensión en la pulpa y no se observó sedimentación alguna. 8.- El conjunto de correlaciones obtenidas permitió conformar un modelo matemático aplicado para la metodología de cálculo de las instalaciones de transporte de colas trifásicas en el proceso CARON, que permitió calcular las instalaciones, establecer regímenes racionales de trabajo y seleccionar adecuadamente el equipamiento; así como valorar el trabajo de las existentes, lo que constituye el principal problema de estas en la actualidad. �RECOMENDACIONES 1.- Recomendar a la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara la introducción de los resultados de esta tesis con vista a eliminar el régimen de operación cavitacional que actualmente se presenta en el sistema de bombeo de las colas con el objetivo de disminuir el consumo el consumo de agua y energía eléctrica que provocan pérdidas considerable a la fábrica. 2.- Proponer a la dirección de la Empresa ”Comandante Ernesto Che Guevara “, un proyecto para la evaluación y /o modificación de las instalaciones que operan con colas, con vista a la ampliación de las capacidades instaladas sobre la base de la reducción de los consumos energéticos, y de agua, y de gastos de mantenimiento. 3.- Propiciar que alguna institución elabore una tecnología que permita la separación de la Magnetita y de la Maghemitita de las colas de manera que estas constituyan una posible fuente de materia prima de estos óxidos ferrimagnéticos para ser utilizadas en otra rama de la economía nacional que lo requiera, el cual ayudaría a mejorar el balance económico de la Empresa. 4.-Recomendar a CITMA que se realice un estudio acerca de la anomalía magnética que causa la acumulación de las colas en las proximidades de la ciudad de Moa, dado su impacto ambiental con posibles consecuencias sobre la salud de los habitantes, flora y fauna de la ciudad. 5.- Aplicar los aportes metodològicos señalados en la introducción de la tesis en los planes y programas de estudio de las carreras indicadas. �Bibliografía 1. 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Muestra No. Fracción ( mm ) Mallas Peso ( g ) %P 25.91 1 + 0.150 + 100 27.26 M-3 2 + 0.074 + 200 17.49 + 0.15 3 + 0.044 + 325 8.00 7.600 4 - 0.044 - 325 51.43 48.90 5 + 0.150 + 100 2.99 2.41 6 + 0.074 + 200 3.99 3.21 7 + 0.044 + 325 8.99 7.34 8 - 0.044 - 325 107.24 86.4 9 + 0.150 + 100 5.99 5.34 10 + 0.074 + 200 11.12 9.91 11 + 0.044 + 325 17.99 16.03 12 - 0.044 - 325 75.30 67.11 13 + 0.150 + 100 8.57 7.1 14 + 0.074 + 200 16.50 13.74 15 + 0.044 + 325 11.99 9.98 16 - 0.044 - 325 81.90 68.2 17 + 0.150 + 100 6.99 5.4 18 + 0.074 + 200 12.99 9.97 19 + 0.044 + 325 16.00 12.3 20 - 0.044 - 325 91.93 70.6 M-4 - 0.03 M- 5 - 0.15 + 0.03 M-6 M-7 Datos sobre la separación en fracciones de las muestras resultantes del tratamiento tecnológico. (*Datos suministrados por el CIS ) �Anexo 1 1.2. Composición química de las colas de Nicaro. M % Co % Fe % SiO2 % MgO % Al2O3 % Cr2O3 % MnO % Ni 3 ( + 100 ) 3 ( + 200 ) 3 ( - 325 ) 4 ( + 200 ) 4 ( + 325 ) 4 ( - 325 ) 5 ( + 150 ) 5 ( + 200 ) 5 ( + 325 ) 5 ( - 325 ) 6 ( + 100 ) 6 ( + 200 ) 6 ( + 325 ) 6 ( - 325 ) 7 ( + 150 ) 7 ( + 200 ) 7 ( + 325 ) 7 ( - 325 ) 0.061 0.073 0.087 0.090 0.091 0.082 0.082 0.089 0.073 0.079 0.080 0.086 0.082 0.079 0.089 49.4 53.0 52.6 41.68 34.4 42.8 38.80 39.4 42.4 49.0 53.0 50.6 53.0 53.0 12.6 18.4 26.4 41.6 10.4 8.5 9.2 21.8 13.4 17.0 15.7 16.9 8.5 10.7 9.8 10.8 27.8 23.8 17.5 10.4 6.6 4.9 17.0 11.4 16.0 11.6 7.5 6.6 9.0 5.8 5.6 26.9 21.6 12.6 6.94 6.73 6.53 1.41 5.30 5.10 0.70 5.51 6.32 5.10 6.73 6.32 6.94 6.12 0.20 4.28 5.51 5.71 4.35 2.30 2.56 9.78 3.58 2.56 8.47 3.84 4.10 2.56 2.30 2.82 3.58 2.30 4.56 4.61 4.10 3.07 0.76 0.88 0.86 0.66 0.78 0.76 0.76 0.86 0.88 0.90 0.66 0.90 0.42 0.82 0.80 1.7 1.6 1.7 1.8 1.8 1.6 1.6 1.7 1.4 1.5 1.6 1.7 1.6 1.5 1.7 Análisis químico de las muestras estudiadas. ( * Datos suministrados por el CIS ). �Anexo I Figura 1. Elementos de medición de los reómetros rotacionales: (a) , (b) , (c) – de cilindros coaxiales ; (d) – de cono y plato. �Anexo 1 Figura 3. - Perfiles de distribución de velocidades de una suspensión de caolín con D = 200 mm y diferentes regímenes de flujo: 1 – homogéneo; 2 – estructural; 3 – transitorio; 4 – turbulento. Figura 4. Dependencia de i = f(v), que caracteriza el flujo de la hidromezcla de materiales granulares por tuberías D =0.3 m: 1 – C = 0; 2 – C = 2,3 %; 3 – C = 3,1 %; 4 – C = 3,2 %; 5 – C = 3,5%; 6 – C = 4,5% ; 7 – C = 5,2%. �Anexo I Figura 5. Factor de fricción en la función del número de Re y He para plásticos Bingham (materiales homogéneos, suspensiones sólido – líquido). �Anexo I bas e de c arbon bas e de c ombus tible 13% 6% 4% 4% 4% 7% bas e de amoniac o 4% 14% planta potabiliz adora ins talac iones de la mina planta de c alc inac ion y s inter 8% planta de hornos de reduc c ion 9% 7% 12% 8% planta de lix iv iac ion y lav ado planta de rec uperac ion de amoniac o planta de s ec aderos y molinos lineas de trans mis ion ady ac entes pres a de c olas planta termoelec tric a Figura 6 . Afectaciones ambientales que provocan cada una de las zonas que componen la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara. �Anexo 3 Tabla 3.1. Mediciones del agua en la tubería de 100 mm dP (kgf/cm2) dP (Pa) Q (m3/h) i (Pa/m) v (m/s) 0,00746779 0,02969446 0,06542366 0,10470181 0,15703775 0,19697478 0,25606422 0,32069423 0,35019403 0,3611404 0,37276062 732,5903 2913,027 6418,061 10271,248 15405,403 19323,226 25119,9 31460,104 34354,034 35427,873 36567,817 18,6516 38,151 57,3678 74,0412 89,5842 100,6056 114,7356 129,996 135,648 137,6262 139,887 49,87 198,3 436,9 699,2 1048,7 1315,4 1710 2141,6 2338,6 2411,7 2489,3 Lamda 0,02300759 0,02186627 0,02130638 0,02047003 0,0209726 0,02085823 0,02084797 0,0203396 0,02039826 0,02043549 0,02041674 Fr 0,4440367 1,85779817 4,20071356 6,99734964 10,243527 12,9190622 16,8028542 21,5698267 23,4862385 24,1762487 24,9770642 ft 0,005884 0,005558 0,005436 0,00522 0,005334 0,005321 0,005301 0,005184 0,005181 0,005176 0,00518 Re/Fr 172003,383 84090,5426 55922,282 43329,0964 35811,4298 31888,2676 27961,141 24678,7462 23650,4651 23310,52 22933,7844 0,66 1,35 2,03 2,62 3,17 3,56 4,06 4,6 4,8 4,87 4,95 ical (Pa/m) 51,0153532 201,616672 445,873732 713,203472 1066,87097 1342,25063 1739,20283 2183,33823 2375,94526 2443,38866 2526,2744 Re 76375,814 156223,256 234913,488 303188,837 366835,349 411966,512 469826,977 532316,279 555460,465 563560,93 572818,605 iadm2 878,611698 1708,01034 2502,57761 3103,1422 3846,74639 4296,4463 4897,46821 5413,54904 5665,21318 5758,321 5847,54522 �Anexo 3 Tabla 3.3. Mediciones de la cola a 30% en peso de sólido en la tubería de 100 mm dP (kgf/cm2) dP (Pa) Q (m3/h) i (Pa/m) v (m/s) Re Lamda ft 0,07999985 0,11088629 0,11999978 0,13999974 0,15999971 0,17999967 0,19999963 0,22007447 0,24408461 0,27029001 0,27999949 0,30399914 0,31999941 0,35999934 0,35005027 7847,9856 10877,945 11771,9784 13733,9748 15695,9712 17657,9676 19619,964 21589,3054 23944,7 26515,45 27467,9496 29822,3159 31391,9424 35315,9352 34339,9316 18,0864 29,3904 31,9338 41,8248 46,0638 55,9548 65,5632 76,8672 92,9754 108,2358 111,9096 116,1486 118,9746 124,344 128,0178 534,24 740,5 801,36 934,92 1068,48 1202,04 1335,6 1469,66 1630 1805 1869,84 2030,11 2136,96 2404,08 2337,64 0,64 1,04 1,13 1,48 1,63 1,98 2,32 2,72 3,29 3,83 3,96 4,11 4,21 4,4 4,53 3502 6773,3 7647,2 10924,6 13495,1 16065,6 20178,4 24998,1 32452,5 39906,9 41706,3 43891,3 45369,3 48196,8 50124,6 0,20066106 0,10532829 0,09655114 0,06566556 0,06186967 0,04717101 0,03817571 0,03056087 0,02316767 0,01893068 0,01834428 0,01848939 0,01854893 0,01910426 0,0175254 0,007388 0,006129 0,005923 0,005354 0,005043 0,0048 0,00453 0,004236 0,004 0,003711 0,003664 0,003612 0,003579 0,003517 0,003479 Fr Re/Fr ical (Pa/m) phi iadm1 0,41753313 1,10254842 1,30163099 2,23282365 2,70835882 3,99633028 5,48664628 7,54169215 11,0337411 14,9530071 15,9853211 17,2192661 18,0673802 19,7349643 20,9183486 8387,3584 6143,31296 5875,09061 4892,72854 4982,75927 4020,08815 3677,72934 3314,65399 2941,2055 2668,82104 2609,03736 2548,96462 2511,11669 2442,20355 2396,20253 78,6792448 172,357286 196,640046 304,912442 348,367414 489,26592 633,939072 814,830182 1125,7064 1415,34349 1493,89194 1586,3709 1649,2984 1770,31712 1856,19749 6,79010076 4,29630807 4,07526349 3,06619171 3,06710661 2,45682348 2,10682707 1,80363962 1,44797969 1,2753088 1,25165679 1,27971965 1,29567821 1,35799398 1,25937031 0,10033053 0,05266414 0,04827557 0,03283278 0,03093484 0,02358551 0,01908785 0,01528043 0,01158384 0,00946534 0,00917214 0,00924469 0,00927446 0,00955213 0,0087627 iadm2 Recr 335,5 340,8 349,68 343,3 368,8 366,4 367,8 365,6 358,8 360,6 367,7 387,7 401,9 439,6 419,6 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 Fexp. 0,03952415 0,02074648 0,01901765 0,01293413 0,01218645 0,00929126 0,00751946 0,00601957 0,00456333 0,00372877 0,00361327 0,00364185 0,00365358 0,00376296 0,00345197 �Anexo 3 Tabla 3.4. Parámetros del hidrotransporte de las pulpas de colas, en diferentes regímenes de flujo, para las concentraciones 40-50% ( plásticos Bingham5), obtenidos en la instalación experimental ( Muestra R-1). i (Pa/m) 563 ÷ 962,5 762 ÷ 1141,5 1520 ÷ 2029,3 V ( m/s) T (º C) D ( mm) C (%) RcrL RcrTurb. α C He FrcritL Frcrit ϕ Lam ϕ Turb. τ 0 (Pa) Turb 4 0,6 ÷ 1,02 0,78 ÷ 1,16 1,12 ÷ 1,49 28 28 28 100 100 100 40 45 50 4504,6 5145,7 5771,3 7700 7700 7700 0,28405 0,3203 0,3527 4,4x10 4,4x104 4,4x104 442,2 ÷ 823,7 0,48 ÷ 0,89 5844,2 ÷ 940,2 0,59 ÷ 0,95 1476 ÷ 1712,9 0,83 ÷ 1,15 60 60 60 100 100 100 40 45 50 3489,6 4040,5 4722,13 6500 6500 6500 0,19686 0,24732 0,7786 4,4x104 4,4x104 4,4x104 0,85 1,4 829,6 ÷ 1422,5 0,7 ÷ 0,97 90 100 50 3817,5 6200 0,2291 4,4x104 0,68 502,9 ÷ 713,6 8898 ÷ 1140 1683,8 ÷ 1781 195,3 ÷ 372,5 417,3 ÷ 677,7 1155,2 ÷ 1473 799,4 ÷ 1331,3 0,61 ÷ 0,87 0,72 ÷ 0,92 1,06 ÷ 1,23 0,43 ÷ 0,83 0,56 ÷ 0,9 0,80 ÷ 1,06 0,61 ÷ 0,93 28 28 28 60 60 60 90 150 150 150 150 150 150 150 40 45 50 40 45 50 50 6905,6 7800,6 8981,5 4717,8 5788,3 7057,5 4984,4 9800 10000 9500 9000 9400 9000 8300 0,4059 0,4293 0,4608 0,2978 0,3527 0,4055 0,3527 9,9 x104 9,9 x104 0,545 9,9 x104 1,5 9,9 x104 9,9 x104 0,6 9,9 x104 0,748 9,9 x104 0,35 1,32 µp (Pa/s) 3,8 0,755 1,239 1,815 0,016 0,0215 0,0268 7723 4,8 0,67 1,142 1,556 0,01465 0,0192 0,234 1,35 8,676 5,1 1,30 0,0209 0,95 1,3 9,99 8,15 7,9 8,1 0,9 1,2 1,11 10,2 11,26 15,6 9,95 10,5 8,1 0,755 1,239 1,815 0,67 1,142 1,556 1,30 0,016 0,0215 0,0268 0,01465 0,0192 0,234 0,0209 1,7 4,685 �Anexo 3 Tabla 3.6. Mediciones de la cola a 50% en peso de sólido en la tubería de 100 mm. dP (kgf/cm2) dP (Pa) Q (m3/h) iexp (Pa/m) v (m/s) Re fexp ft 0,19999963 19619,964 20,3472 1335,6 0,72 4701,49254 0,07361111 0,00720208 0,52844037 0,23599987 0,25999952 0,27999949 0,30799884 0,35999934 0,39199988 0,41999923 0,46799854 0,51999905 0,55999897 0,5999989 0,63999883 0,68799964 0,71999868 23151,5869 25505,9532 27467,9496 30214,6858 35315,9352 38455,1882 41201,9244 45910,657 51011,9064 54935,8992 58859,892 62783,8848 67492,7643 70631,8704 29,3904 36,1728 46,629 53,1288 57,3678 60,1938 64,1502 68,3892 72,6282 76,8672 82,5192 86,7582 90,9972 97,7796 1576,01 1736,28 1869,84 2056,82 2404,08 2617,78 2804,76 3125,3 3472,56 3739,68 4006,8 4273,92 4594,47 4808,16 1,04 1,28 1,65 1,88 2,03 2,13 2,27 2,42 2,57 2,72 2,92 3,07 3,22 3,46 6791,04478 8358,20896 10774,2537 12276,1194 13255,597 13908,5821 14822,7612 15802,2388 16781,7164 17761,194 19067,1642 20046,6418 21026,1194 22593,2836 0,04163171 0,03027832 0,01962314 0,01662695 0,0166682 0,01648564 0,01555163 0,0152473 0,01502157 0,01444204 0,01342653 0,01295632 0,01266064 0,01147516 0,00670866 0,00644513 0,00613689 0,00598426 0,00589626 0,00584179 0,00577046 0,00569963 0,00563386 0,00557252 0,00549673 0,00544384 0,00539395 0,00531963 Fr 1,10254842 1,67013252 2,77522936 3,60285423 4,20071356 4,62477064 5,25270133 5,96982671 6,73282365 7,54169215 8,69153925 9,60744139 10,5692151 12,2034659 Re /Fr ical (Pa/m) phi He iadm1 c iadm2 Recr 8896,92164 6159,40729 5004,51842 3882,29308 3407,33169 3155,55841 3007,41013 2821,93109 2647,01801 2492,52279 2355,06749 2193,7615 2086,57446 1989,37378 1851,38254 130,674531 253,962956 369,589432 584,76937 740,277181 850,425883 927,626341 1040,7103 1168,27611 1302,38769 1442,96946 1640,35536 1795,76777 1957,43202 2228,95674 10,2208134 6,20566884 4,6978616 3,1975683 2,77844577 2,82691302 2,82201991 2,69504395 2,67513816 2,66630284 2,59165569 2,44264146 2,37999594 2,34719262 2,15713473 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 44222,6832 0,14722222 0,08326342 0,06055664 0,03924628 0,0332539 0,03333641 0,03297129 0,03110326 0,0304946 0,03004315 0,02888408 0,02685307 0,02591264 0,02532128 0,02295032 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 -1,43380059 692,164179 565,445608 506,145056 422,849389 408,228803 441,893978 458,583841 461,036229 481,882941 504,17562 513,015803 512,011859 519,461325 532,408223 518,522992 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 �Anexo III Tabla 3.10. Mediciones para la Cola 40%, tubería de 100 mm T=60 grados dP (kgf/cm2) 0,16819572 0,18730887 0,2 0,21100917 0,22553517 0,24082569 0,26146789 0,26605505 0,2706422 0,2940367 0,32125382 0,33525994 0,34862385 0,3632263 0,43593272 dP (Pa) Q (m3/h) iexp (Pa/m) v (m/s) 16500 18375 19620 20700 22125 23625 25650 26100 26550 28845 31515 32889 34200 35632,5 42765 33,912 39,564 47,4768 54,5418 61,3242 64,998 73,476 79,128 84,78 93,258 98,91 103,7142 115,866 124,344 129,996 1100 1225 1308 1380 1475 1575 1710 1740 1770 1923 2101 2192,6 2280 2375,5 2851 1,2 1,4 1,68 1,93 2,17 2,3 2,6 2,8 3 3,3 3,5 3,67 4,1 4,4 4,6 Re fexp ft Fr 11672,3549 13617,7474 16341,2969 18773,0375 21107,5085 22372,0137 25290,1024 27235,4949 29180,8874 32098,9761 34044,3686 35697,9522 39880,5461 42798,6348 44744,0273 0,02680312 0,02192982 0,01626089 0,01299929 0,01099076 0,01044672 0,00887574 0,00778733 0,00690058 0,00619593 0,0060179 0,00571192 0,00475907 0,00430531 0,00472756 0,00604869 0,00587138 0,00566837 0,00551862 0,00539518 0,00533494 0,00521018 0,00513619 0,00506826 0,00497588 0,00491969 0,00487486 0,00477173 0,00470713 0,00466692 1,46788991 1,99796126 2,87706422 3,79704383 4,80010194 5,39245668 6,89092762 7,99184506 9,17431193 11,1009174 12,4872579 13,7297655 17,1355759 19,7349643 21,5698267 Re/Fr ical (Pa/m) phi He iadm1 c iadm2 Recr 7951,79181 6815,82155 5679,85129 4944,11926 4397,30423 4148,76094 3670,05776 3407,91078 3180,71672 2891,56066 2726,32862 2600,04092 2327,3537 2168,67049 2074,38047 248,238033 327,975324 455,954684 585,85463 724,053319 804,322114 1003,79412 1147,63127 1300,00768 1544,3385 1717,58708 1871,28264 2286,06323 2597,20838 2814,43492 4,43123073 3,73503709 2,86870614 2,35553314 2,03714279 1,9581707 1,70353657 1,51616643 1,36153042 1,24519333 1,22322764 1,17170969 0,99734774 0,91463589 1,01299198 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 44485,0843 0,053606238 0,043859649 0,032521781 0,025998579 0,021981518 0,020893443 0,017751479 0,015574651 0,01380117 0,012391861 0,012035804 0,011423848 0,009518144 0,008610628 0,009455112 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 -1,43337744 625,711035 597,269625 531,448074 488,072291 463,975087 467,428402 448,936729 424,183325 402,730375 397,766056 409,751341 407,807981 379,588779 368,523115 423,059801 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 �Anexo III Tabla 3.14.Mediciones para la Cola 30% en tubería de 100 mm T=90 grados. dP (kgf/cm2) dP (Pa) Q (m3/h) iexp (Pa/m) v (m/s) Re Lamda ft 0,06796933 0,0942496 0,10557034 0,1190474 0,1359686 0,15299463 0,17000568 0,18700175 0,20747192 0,22974651 0,23794506 0,25840024 0,27198213 0,30598926 0,32298533 6667,791 9245,886 10356,45 11678,55 13338,52 15008,773 16677,557 18344,872 20352,995 22538,1325 23342,41 25349,064 26681,447 30017,546 31684,861 18,0864 29,3904 32,2164 41,8248 50,868 56,2374 66,411 77,715 93,258 108,801 112,4748 116,4312 119,2572 124,344 128,3004 453,9 629,4 705 795 908 1021,7 1135,3 1248,8 1385,5 1534,25 1589 1725,6 1816,3 2043,4 2156,9 0,64 1,04 1,14 1,48 1,8 1,99 2,35 2,75 3,3 3,85 3,98 4,12 4,22 4,4 4,54 14010,6 25772,9 28917,6 40115,47 51276,2 58152,1 71634,6 87242,3 109652,9 133036,7 138693,8 144838,8 149260,7 157287,2 163588,1 0,20057091 0,10532411 0,09818545 0,06569184 0,05072342 0,04669657 0,03720854 0,02988789 0,02302748 0,01873451 0,01815622 0,01839981 0,01845994 0,01910362 0,01894026 0,00499029 0,00419966 0,00406503 0,0037054 0,00345674 0,00333581 0,00314466 0,00297404 0,00278771 0,0026393 0,00260838 0,00257657 0,00255474 0,00251715 0,00248932 Fr Re/Fr ical (Pa/m) phi iadm1 iadm2 Recr Fexp. 0,41753313 1,10254842 1,32477064 2,23282365 3,30275229 4,03679918 5,62945973 7,70897044 11,1009174 15,1095821 16,1471967 17,30316 18,1533129 19,7349643 21,0108053 33555,6606 23375,7534 21828,3823 17966,2509 15525,2939 14405,4974 12724,9511 11316,9846 9877,82322 8804,7902 8589,3423 8370,65598 8222,22921 7969,9764 7785,90338 45,1728926 100,385891 116,752448 179,370648 247,516434 291,943865 383,796641 497,055434 670,914834 864,575141 913,122846 966,56087 1005,45709 1076,97677 1133,92722 10,0480614 6,2698054 6,03841727 4,43216329 3,66844329 3,49964539 2,95807695 2,51239583 2,06509072 1,77457103 1,74018206 1,78529884 1,80644208 1,89734826 1,90215029 0,10028546 0,05266205 0,04909272 0,03284592 0,02536171 0,02334828 0,01860427 0,01494394 0,01151374 0,00936726 0,00907811 0,00919991 0,00922997 0,00955181 0,00947013 176,393899 150,520881 153,811079 133,60071 125,463297 127,694934 120,156184 112,9441 104,422946 99,1148561 99,2988405 104,170864 107,047982 115,505872 118,161912 2322 2322 2322 2322 2322 2322 2322 2322 2322 2322 2322 2322 2322 2322 2322 0,05014273 0,02633103 0,02454636 0,01642296 0,01268086 0,01167414 0,00930214 0,00747197 0,00575687 0,00468363 0,00453906 0,00459995 0,00461499 0,00477591 0,00473507 �Anexo III Tabla 3.15. Mediciones para la Cola 50% en tubería de 100 mm T=90 grados dP (kgf/cm2) 0,16996075 0,20059861 0,22102385 0,2413293 0,26179946 0,30600423 0,33321293 0,35711225 0,39779801 0,44198781 0,47599493 0,50998708 0,58217923 0,58478479 0,61199349 Re/Fr 9700,47847 6651,75666 5372,57269 4365,21531 3880,19139 3423,69828 3248,53232 3036,67152 2850,75286 2686,28635 2567,77371 2391,8988 2275,03078 2149,02908 2012,77939 dP (Pa) Q (m3/h) iexp (Pa/m) v (m/s) 16673,15 20,3472 1135 0,72 19678,724 29,673 1339,6 1,05 21682,44 36,738 1476 1,3 23674,404 45,216 1611,6 1,6 25682,527 50,868 1748,3 1,8 30019,015 57,6504 2043,5 2,04 32688,188 60,759 2225,2 2,15 35032,712 64,998 2384,8 2,3 39023,985 69,237 2656,5 2,45 43359,004 73,476 2951,6 2,6 46695,103 76,8672 3178,7 2,72 50029,733 82,5192 3405,7 2,92 57111,782 86,7582 3887,8 3,07 57367,388 91,845 3905,2 3,25 60036,561 98,0622 4086,9 3,47 ical (Pa/m) 109,297047 216,12135 317,910042 462,650906 572,382076 717,646087 789,087031 891,355212 999,15237 1112,41144 1206,90926 1372,00414 1501,99212 1664,87581 1874,06206 phi 10,384544 6,19836957 4,64282283 3,48340396 3,05442828 2,84750386 2,81996778 2,67547659 2,65875364 2,6533348 2,63375227 2,48228114 2,58842903 2,34564043 2,18077089 He 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 44284,7004 Re 5126,1244 7475,59809 9255,50239 11391,3876 12815,311 14524,0191 15307,177 16375,1196 17443,0622 18511,0048 19365,3589 20789,2823 21857,2249 23138,756 24705,0718 iadm1 0,14713905 0,08165704 0,05869441 0,04230721 0,03626336 0,03299981 0,03235111 0,03029656 0,02974231 0,02934323 0,02887412 0,02684341 0,02772198 0,02484698 0,02281036 fexp 0,07356952 0,04082852 0,0293472 0,0211536 0,01813168 0,0164999 0,01617556 0,01514828 0,01487116 0,01467161 0,01443706 0,01342171 0,01386099 0,01242349 0,01140518 c -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 -1,43370019 ft 0,00708452 0,00658698 0,00632098 0,00607268 0,00593619 0,00579451 0,00573608 0,0056619 0,00559328 0,0055295 0,00548156 0,00540701 0,00535498 0,00529642 0,00522988 iadm2 754,253057 610,435179 543,246227 481,937799 464,726209 479,289802 495,204184 496,10984 518,796992 543,172617 559,157754 558,055319 605,925533 574,92823 563,531569 Fr 0,52844037 1,12385321 1,72273191 2,60958206 3,30275229 4,24220183 4,71202854 5,39245668 6,11875637 6,89092762 7,54169215 8,69153925 9,60744139 10,7670744 12,2741081 Recr 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 5166,44 �Anexo III Tabla 3.18.Mediciones de la cola a 30% en peso de sólido en la tubería de 150 mm a T = 28°C. dP (kgf/cm2) dP (Pa) Q (m3/h) iexp (Pa/m) v (m/s) Re Lamda ft 0,04 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10001529 0,12 0,13 0,14 0,15001529 0,16 0,17 0,18 0,2 0,22 3924 5886 6867 7848 8829 9811,5 11772 12753 13734 14716,5 15696 16677 17658 19620 21582 10,80945 23,52645 33,0642 40,05855 55,9548 68,03595 82,02465 94,74165 108,73035 118,90395 129,7134 136,70775 139,887 139,887 139,887 261,6 392,4 457,8 523,2 588,6 654,1 784,8 850,2 915,6 981,1 1046,4 1111,8 1177,2 1308 1438,8 0,17 0,37 0,52 0,63 0,88 1,07 1,29 1,49 1,71 1,87 2,04 2,15 2,2 2,2 2,2 7631,62 11094,8 33303 42953,19 68076,76 88823,96 114583,37 139396,04 166983,9 189855,9 213705,95 229353,85 236647,79 236647,69 236647,79 2,08890072 0,6614598 0,39070323 0,30420373 0,1754013 0,13184222 0,10883222 0,0883744 0,07225892 0,06474526 0,05802502 0,05550443 0,05612842 0,06236491 0,0686014 0,00592642 0,00533094 0,0039058 0,00363442 0,00319032 0,00295896 0,00275322 0,00260465 0,00247489 0,0023866 0,00230799 0,0022623 0,00224234 0,00224234 0,00224234 Fr Re/Fr 0,01963982 0,09303432 0,18375807 0,26972477 0,52626572 0,77804961 1,13088685 1,50873259 1,98715596 2,37641862 2,82813456 3,14135236 3,28916072 3,28916072 3,28916072 388578,852 119254,917 181232,857 159248,221 129358,151 114162,335 101321,693 92392,8079 84031,6025 79891,606 75564,2795 73011,1823 71947,7733 71947,7429 71947,7733 ical (Pa/m) 2,96874114 12,6499748 18,3062303 25,0033626 42,8234533 58,7203388 79,4150904 100,231606 125,43835 144,658587 166,485823 181,262822 188,117584 188,117606 188,117584 phi 88,1181578 31,0198246 25,0078794 20,9251855 13,7448046 11,1392409 9,8822528 8,48235438 7,29920314 6,78217603 6,28521985 6,13363507 6,25778822 6,95309719 7,64840783 iadm1 iadm2 Recr 1,04445036 0,3307299 0,19535162 0,15210187 0,08770065 0,06592111 0,05441611 0,0441872 0,03612946 0,03237263 0,02901251 0,02775222 0,02806421 0,03118245 0,0343007 746 680,2 638,2 645,2 586,02 574,8 611,9 604,4 596,11 622,28 620,16 630,3 652,2 652,2 652,2 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 Fexp. 0,52222518 0,16536495 0,09767581 0,07605093 0,04385033 0,03296055 0,02720805 0,0220936 0,01806473 0,01618631 0,01450625 0,01387611 0,0140321 0,01559123 0,01715035 Tabla 3.21.Mediciones de la cola a 50% en peso de sólido en la tubería de 150 mm a T = 27°C. dP (kgf/cm2) iexp dP (Pa) Q (m3/h) (Pa/m) v (m/s) Re fexp ft Fr �Anexo III 0,1146789 0,14525994 0,17584098 0,18042813 0,20948012 0,22324159 0,25229358 0,28 0,3 0,33 0,35 0,3853211 0,4266055 0,48165138 0,5351682 Re/Fr 38954,0894 25285,9878 18478,2219 16378,4239 15013,5553 13726,6791 12642,9939 11717,8968 11172,8783 11086,9331 9940,00901 9545,04176 9008,13316 8428,66261 8097,19835 11250 14250 17250 17700 20550 21900 24750 27468 29430 32373 34335 37800 41850 47250 52500 ical (Pa/m) 26,8055055 60,0082794 105,769453 131,530206 153,925094 180,981579 209,977314 240,881722 262,531196 266,220165 324,292788 348,944738 387,42721 436,887161 469,736443 23,52645 36,24345 49,5963 55,9548 61,0416 66,76425 72,4869 78,20955 82,02465 82,6605 92,19825 96,01335 101,736 108,73035 113,1813 phi 27,9793269 15,8311488 10,8727044 8,97132331 8,90043307 8,06711934 7,85799173 7,6020712 7,47339756 8,10682392 7,05843634 7,22177389 7,20135274 7,21009973 7,45098673 750 950 1150 1180 1370 1460 1650 1831,2 1962 2158,2 2289 2520 2790 3150 3500 0,37 0,57 0,78 0,88 0,96 1,05 1,14 1,23 1,29 1,3 1,45 1,51 1,6 1,71 1,78 3624,06716 5583,02239 7639,92537 8619,40299 9402,98507 10284,5149 11166,0448 12047,5746 12635,2612 12733,209 14202,4254 14790,1119 15671,6418 16749,0672 17434,7015 He iadm1 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 99501,0373 0,46958155 0,25062657 0,16201747 0,13060803 0,12741815 0,11350826 0,10882469 0,10374777 0,10105849 0,10946069 0,09331748 0,09473269 0,09341518 0,0923361 0,09468501 0,23479078 0,12531328 0,08100873 0,06530401 0,06370908 0,05675413 0,05441235 0,05187388 0,05052924 0,05473035 0,04665874 0,04736634 0,04670759 0,04616805 0,04734251 c -1,38923136 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 -1,37836953 0,00839158 0,00791562 0,00745065 0,0072792 0,00715797 0,00703524 0,00692446 0,00682365 0,00676121 0,00675115 0,00661035 0,00655882 0,00648595 0,00640325 0,00635386 0,09303432 0,22079511 0,41345566 0,52626572 0,62629969 0,74923547 0,88318043 1,02813456 1,13088685 1,14848794 1,42881414 1,54950731 1,73972137 1,98715596 2,15317703 iadm2 Recr 1701,79508 1399,25373 1237,80138 1125,76323 1198,11101 1167,3774 1215,1414 1249,90899 1276,90038 1393,78588 1325,33453 1401,10705 1463,96922 1546,5436 1650,80496 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 �Anexo III Tabla 3.27.Mediciones para la Cola 50% en tubería de 150 mm T=60 grados dP (kgf/cm2) 0,11391437 0,13299694 0,15478593 0,18623853 0,20542813 0,2293578 0,25428135 0,28120795 0,31559633 0,31345566 0,33256881 0,36085627 0,39892966 0,4559633 0,49399083 Re/Fr 42396,1279 27520,2935 20110,9837 17825,6447 16340,1743 14939,5879 13760,1468 12753,3068 12160,1297 11367,0778 10818,3223 10388,4552 9804,10457 9173,43117 8812,67826 dP (Pa) Q (m3/h) iexp (Pa/m)v (m/s) 11175 23,52645 13047 36,24345 15184,5 49,5963 18270 55,9548 20152,5 61,0416 22500 66,76425 24945 72,4869 27586,5 78,20955 30960 82,02465 30750 87,7473 32625 92,19825 35400 96,01335 39135 101,736 44730 108,73035 48460,5 113,1813 ical (Pa/m) 25,0598955 54,7147734 96,4392198 119,927541 140,346911 165,016665 191,454601 219,63284 239,372551 270,395992 295,685972 318,163302 353,251122 398,348066 428,299616 Re fexp ft Fr 3944,29487 6076,34615 8315 9381,02564 10233,8462 11193,2692 12152,6923 13112,1154 13751,7308 14711,1538 15457,3718 16096,9872 17056,4103 18229,0385 18975,2564 0,24542672 0,12073653 0,07503935 0,07093343 0,06574523 0,06135948 0,05771006 0,05482317 0,05593701 0,04854726 0,04665436 0,0466796 0,04596245 0,04599223 0,045986 0,00825553 0,00759493 0,00714881 0,0069843 0,00686799 0,00675022 0,00664393 0,00654721 0,0064873 0,00640341 0,00634255 0,00629311 0,00622318 0,00614383 0,00609645 0,09303432 0,22079511 0,41345566 0,52626572 0,62629969 0,74923547 0,88318043 1,02813456 1,13088685 1,2941896 1,42881414 1,54950731 1,73972137 1,98715596 2,15317703 He iadm1 c iadm2 Recr 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 99495,7265 0,49085343 0,24147307 0,15007869 0,14186686 0,13149045 0,12271896 0,11542013 0,10964634 0,11187403 0,09709452 0,09330873 0,0933592 0,09192489 0,09198445 0,091972 1936,07069 1467,27395 1247,90434 1330,85664 1345,65304 1373,62637 1402,66532 1437,69543 1538,46154 1428,37235 1442,30769 1502,80183 1567,90865 1676,78812 1745,19231 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 745 869,8 1012,3 1218 1343,5 1500 1663 1839,1 2064 2050 2175 2360 2609 2982 3230,7 phi 29,7287752 15,8969862 10,4967668 10,1561325 9,572708 9,08999103 8,68613234 8,3735201 8,62254254 7,58147332 7,35577676 7,41757452 7,38568072 7,4859156 7,54308404 0,37 0,57 0,78 0,88 0,96 1,05 1,14 1,23 1,29 1,38 1,45 1,51 1,6 1,71 1,78 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 -1,38923309 �Anexo III Tabla 3.37 Mediciones de la cola a 50% en peso de sólido en la tubería de 150 mm. Muestra R-3 28 °C. dP (kgf/cm2) 0,13819981 0,16307248 0,17964927 0,19348572 0,21281782 0,24875666 0,26245834 0,29020612 0,32337467 0,35931351 0,38694149 0,41456947 0,44224238 0,47541093 0,49752829 dP (Pa) Q (m3/h) 13557,401 23,53644 15997,41 36,25884 17623,593 50,25348 18980,949 56,61468 20877,428 61,70364 24403,028 66,7926 25747,163 73,1538 28469,22 78,24276 31723,055 82,6956 35248,655 89,0568 37958,96 92,87352 40669,265 96,05412 43383,977 101,7792 46637,812 108,77652 48807,525 113,22936 iexp (Pa/m) v (m/s) 922,9 1089 1199,7 1292,1 1421,2 1661,2 1752,7 1938 2159,5 2399,5 2584 2768,5 2953,3 3174,8 3322,5 0,37 0,57 0,79 0,89 0,97 1,05 1,15 1,23 1,3 1,4 1,46 1,51 1,6 1,71 1,78 Re fexp ft Fr 3133,06452 4826,6129 6689,51613 7536,29032 8213,70968 8891,12903 9737,90323 10415,3226 11008,0645 11854,8387 12362,9032 12786,2903 13548,3871 14479,8387 15072,5806 0,33978917 0,16894156 0,09688952 0,08221943 0,07613249 0,07594543 0,06679904 0,0645657 0,06440578 0,06170538 0,06110055 0,06119965 0,05814682 0,05472459 0,05285466 0,00862846 0,00793802 0,00745339 0,0072839 0,00716389 0,00705515 0,00693236 0,00684297 0,00677025 0,00667411 0,00662027 0,00657739 0,00650431 0,00642137 0,00637184 0,09303432 0,22079511 0,42412504 0,53829426 0,63941556 0,74923547 0,89874278 1,02813456 1,14848794 1,33197418 1,44858987 1,54950731 1,73972137 1,98715596 2,15317703 Re /Fr ical (Pa/m) phi He iadm1 c iadm2 Recr 33676,4385 21860,1443 15772,5092 14000,3171 12845,6518 11866,9355 10835,0281 10130,3108 9584,83251 8900,20161 8534,4399 8251,84256 7787,67641 7286,71477 7000,15857 27,5621671 60,1781332 108,538796 134,623411 157,278504 181,493849 213,921209 241,563539 266,973702 305,229291 329,274772 349,932428 388,523825 438,123772 471,066034 33,4843046 18,0962742 11,0531906 9,59788491 9,03619987 9,15292729 8,19320351 8,02273394 8,08881167 7,86130321 7,84754929 7,91152742 7,60133565 7,24635412 7,05315128 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 99154,5265 0,57783575 0,28729719 0,16476755 0,13982001 0,12946875 0,12915063 0,11359654 0,10979859 0,10952663 0,1049344 0,10390585 0,10407438 0,09888281 0,09306307 0,08988313 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 -1,38934479 1810,39669 1386,67233 1102,21519 1053,72418 1063,41869 1148,29493 1106,19215 1143,58773 1205,67618 1243,98041 1284,57799 1330,72527 1339,70262 1347,5382 1354,77075 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 �Anexo III Tabla 3.38 Mediciones de la cola a 50% en peso de sólido en la tubería de 150 mm. Muestra R-3 90 °C. dP (kgf/cm2) dP (Pa) Q (m3/h) iexp (Pa/m) v (m/s) Re fexp ft Fr 0,11749005 0,13863407 0,15272509 0,16449506 0,18093707 0,21148509 0,22313526 0,24672012 0,27491714 0,30548012 0,32896016 0,35248513 0,37595019 0,40419213 0,42298515 11525,774 13600,002 14982,331 16136,965 17749,927 20746,687 21889,569 24203,244 26969,371 29967,6 32270,992 34578,791 36880,714 39651,248 41494,843 23,53644 36,25884 50,25348 56,61468 61,70364 66,7926 73,1538 78,24276 82,6956 89,0568 92,87352 96,05412 101,7792 108,77652 113,22936 784,6 925,8 1019,9 1098,5 1208,3 1412,3 1490,1 1647,6 1835,9 2040 2196,8 2353,9 2510,6 2699,2 2824,7 0,37 0,57 0,79 0,89 0,97 1,05 1,15 1,23 1,3 1,4 1,46 1,51 1,6 1,71 1,78 3441 5301 7347 8277 9021 9765 10695 11439 12090 13020 13578 14043 14880 15903 16554 0,2888705 0,1436236 0,08236861 0,06990019 0,06472762 0,06456642 0,05679081 0,05489084 0,0547546 0,0524605 0,05194493 0,05203463 0,0494306 0,04652658 0,04493561 0,00847527 0,00779709 0,00732107 0,00715458 0,00703671 0,0069299 0,00680929 0,00672148 0,00665006 0,00655562 0,00650274 0,00646062 0,00638883 0,00630737 0,00625872 0,09303432 0,22079511 0,42412504 0,53829426 0,63941556 0,74923547 0,89874278 1,02813456 1,14848794 1,33197418 1,44858987 1,54950731 1,73972137 1,98715596 2,15317703 Re /Fr ical (Pa/m) phi He iadm1 c iadm2 Recr 36986,3514 24008,6842 17322,7215 15376,3483 14108,1959 13033,2857 11899,9565 11125,9756 10526,8846 9774,96429 9373,25342 9062,88079 8553,09375 8002,89474 7688,17416 23,0196447 50,2601715 90,6505108 112,436118 131,357425 151,581837 178,664842 201,751438 222,973751 254,924433 275,006977 292,260044 324,49119 365,916567 393,429613 34,0839317 18,420152 11,2509019 9,76999222 9,19856645 9,31707935 8,34019713 8,16648456 8,23370462 8,00237143 7,98816097 8,05412867 7,73703594 7,37654493 7,17968324 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 99393,75 0,57774099 0,28724719 0,16473722 0,13980039 0,12945524 0,12913284 0,11358162 0,10978168 0,10950921 0,104921 0,10388985 0,10406925 0,0988612 0,09305317 0,07641622 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 -1,38926636 1988,00676 1522,69737 1210,32437 1157,12781 1167,81572 1260,98214 1214,75543 1255,79268 1323,96635 1366,07143 1410,61644 1461,44454 1471,05469 1479,82456 1487,72823 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 10268,3 �Anexo 3 1 �Anexo 3 2 �Anexo 3 3 �Anexo 3 4 �Anexo 3 5 �Anexo 3 100 mm Ecuaciones y otros resultados del ajuste mínimo cuadrado : PHI = (2.14978579452149)*(1)+ (-0.0598060840105121)*(FR)+ (4.25567285274943)*(1/FR) Determinante de la matriz del sistema:12709702.0268345 Determinante normalizado del sistema:0.00538631573913062 Error máximo al resolver el sistema:8.32667268468867E-17 Variación explicada:652.465230843049 Grados de libertad: 2 Variación residual:42.1010718563293 Grados de libertad: 162 Variación total:694.56630269938 Grados de libertad: 164 Error estándar de una estimación:0.511368106868763 Error probable de una observación:0.343851579077342 Coeficiente de correlación, r =0.969218805524049 Para una prueba con nivel de confianza 0.95: Intervalo de confianza de r : [ 0.95834787, 0.97728541] Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0.95: Valor de Fc para el ajuste : 1255.3049 Valor de Ft por la tabla : 2.6609 El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft. Coeficientes de correlación parcial: -0.42446879 0.94631472 Prueba para los Coeficientes del Modelo (0.95) Valor teórico (t de Student), t= 1.65566 t2= -5.96681209 El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2). t3= 37.26138314 El coeficiente 3 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t3). Ecuaciones y otros resultados del ajuste mínimo cuadrado : PHI = (-1.11299285060411)*(1)+ (2.83754256911439E-5)*(RE)+ (53105.3917275308)*(1/RE) Determinante de la matriz del sistema:202655.016369767 Determinante normalizado del sistema:5.9830004165405E-15 Error máximo al resolver el sistema:7.27595761418343E-12 Variación explicada:664.767553272741 Grados de libertad: 2 Variación residual:29.7987492508075 Grados de libertad: 162 6 �Anexo 3 Variación total:694.566302523547 Grados de libertad: 164 Error estándar de una estimación:0.430215526304361 Error probable de una observación:0.289283367649107 Coeficiente de correlación, r =0.978313512863923 Para una prueba con nivel de confianza 0.95: Intervalo de confianza de r : [ 0.97060659, 0.98401608] Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0.95: Valor de Fc para el ajuste : 1806.9944 Valor de Ft por la tabla : 2.6609 El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft. Coeficientes de correlación parcial: 0.32463571 0.95226340 Prueba para los Coeficientes del Modelo (0.95) Valor teórico (t de Student), t= 1.65566 t2= 4.36854200 El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2). t3= 39.70266325 El coeficiente 3 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t3). Ecuaciones y otros resultados del ajuste mínimo cuadrado : FEXP = (-0.0172955829742343)*(1)+ (3.48576399471428E-7)*(RE)+ (420.932157108046)*(1/RE) Determinante de la matriz del sistema:202655.016369767 Determinante normalizado del sistema:5.9830004165405E-15 Error máximo al resolver el sistema:5.6843418860808E-14 Variación explicada:0.0377998330477443 Grados de libertad: 2 Variación residual:0.00141276292607753 Grados de libertad: 162 Variación total:0.0392125959738214 Grados de libertad: 164 Error estándar de una estimación:0.00296224999058026 Error probable de una observación:0.00199186128974654 Coeficiente de correlación, r =0.981820607982629 Para una prueba con nivel de confianza 0.95: Intervalo de confianza de r : [ 0.97534450, 0.98660721] Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0.95: Valor de Fc para el ajuste : 2167.2330 Valor de Ft por la tabla : 2.6609 7 �Anexo 3 El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft. Coeficientes de correlación parcial: 0.52221840 0.96334230 Prueba para los Coeficientes del Modelo (0.95) Valor teórico (t de Student), t= 1.65566 t2= 7.79392967 El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2). t3= 45.70434627 El coeficiente 3 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t3) Otra forma LN(FEXP) = (7.88775142665484)*(1)+ (-1.2472640090502)*(LN(RE)) Determinante de la matriz del sistema:6700.13704600312 Determinante normalizado del sistema:0.000265668438176546 Error máximo al resolver el sistema:0 Variación explicada:63.1708212334096 Grados de libertad: 1 Variación residual:3.30058434475009 Grados de libertad: 163 Variación total:66.4714055780879 Grados de libertad: 164 Error estándar de una estimación:0.142737442308348 Error probable de una observación:0.0959806240923995 Coeficiente de correlación, r =0.974856810940992 Para una prueba con nivel de confianza 0.95: Intervalo de confianza de r : [ 0.96594260, 0.98145981] Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0.95: Valor de Fc para el ajuste : 3119.7033 Valor de Ft por la tabla : 3.0519 El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft. Coeficientes de correlación parcial: -0.97485681 Prueba para los Coeficientes del Modelo (0.95) Valor teórico (t de Student), t= 1.65559 t2= -55.85430419 El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2). 8 �Anexo 3 150 mm Ecuaciones y otros resultados del ajuste mínimo cuadrado : PHI = (5.64280138442511)*(1)+ (-0.418752094542252)*(FR)+ (2.22857009813584)*(1/FR) Determinante de la matriz del sistema:17190384.7725561 Determinante normalizado del sistema:0.0643456871026736 Error máximo al resolver el sistema:4.44089209850063E-16 Variación explicada:4209.31756980229 Grados de libertad: 2 Variación residual:454.820896897133 Grados de libertad: 162 Variación total:4664.13846669943 Grados de libertad: 164 Error estándar de una estimación:1.68076605001679 Error probable de una observación:1.13017228214856 Coeficiente de correlación, r =0.949992394752315 Para una prueba con nivel de confianza 0.95: Intervalo de confianza de r : [ 0.93256384, 0.96300286] Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0.95: Valor de Fc para el ajuste : 749.6461 Valor de Ft por la tabla : 2.6609 El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft. Coeficientes de correlación parcial: -0.22293834 0.92750471 Prueba para los Coeficientes del Modelo (0.95) Valor teórico (t de Student), t= 1.65566 t2= -2.91079927 El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2). t3= 31.58064521 El coeficiente 3 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t3). Ecuaciones y otros resultados del ajuste mínimo cuadrado : PHI = (-2.10963933955578)*(1)+ (9.64457505079318E-5)*(RE)+ (103330.406429266)*(1/RE) Determinante de la matriz del sistema:355779.349216844 Determinante normalizado del sistema:2.02127241583753E-14 Error máximo al resolver el sistema:1.45519152283669E-11 Variación explicada:4279.10639053897 Grados de libertad: 2 Variación residual:385.032051067278 Grados de libertad: 162 9 �Anexo 3 Variación total:4664.1384416063 Grados de libertad: 164 Error estándar de una estimación:1.54644864860691 Error probable de una observación:1.03985524838758 Coeficiente de correlación, r =0.957835272140527 Para una prueba con nivel de confianza 0.95: Intervalo de confianza de r : [ 0.94306028, 0.96883786] Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0.95: Valor de Fc para el ajuste : 900.2046 Valor de Ft por la tabla : 2.6609 El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft. Coeficientes de correlación parcial: 0.31082817 0.92746308 Prueba para los Coeficientes del Modelo (0.95) Valor teórico (t de Student), t= 1.65566 t2= 4.16237537 El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2). t3= 31.57050554 El coeficiente 3 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t3). Ecuaciones y otros resultados del ajuste mínimo cuadrado : FEXP = (-0.0470407096075058)*(1)+ (1.27494427285519E-6)*(RE)+ (1009.60911804834)*(1/RE) Determinante de la matriz del sistema:355779.349216844 Determinante normalizado del sistema:2.02127241583753E-14 Error máximo al resolver el sistema:6.93889390390723E-18 Variación explicada:0.381581316191436 Grados de libertad: 2 Variación residual:0.03037490841784 Grados de libertad: 162 Variación total:0.411956224609283 Grados de libertad: 164 Error estándar de una estimación:0.0137355024458518 Error probable de una observación:0.00923595770245977 Coeficiente de correlación, r =0.962427482927483 Para una prueba con nivel de confianza 0.95: Intervalo de confianza de r : [ 0.94921992, 0.97224875] Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0.95: Valor de Fc para el ajuste : 1017.5532 Valor de Ft por la tabla : 2.6609 10 �Anexo 3 El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft. Coeficientes de correlación parcial: 0.43763843 0.93893049 Prueba para los Coeficientes del Modelo (0.95) Valor teórico (t de Student), t= 1.65566 t2= 6.19498560 El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2). t3= 34.72942682 El coeficiente 3 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t3). Otra Forma LN(FEXP) = (7.0800300678866)*(1)+ (-1.06214975811003)*(LN(RE)) Nota: ln(y) = A+Bln(x) y = 10^(A/ln(10)) / X^(-B), donde c = A/ln(10). Determinante de la matriz del sistema:7226.8703472136 Determinante normalizado del sistema:0.00030965935196941 Error máximo al resolver el sistema:8.88178419700125E-16 Variación explicada:49.4126138786117 Grados de libertad: 1 Variación residual:5.0570204701612 Grados de libertad: 163 Variación total:54.4696343487851 Grados de libertad: 164 Error estándar de una estimación:0.176680999945483 Error probable de una observación:0.118805215826996 Coeficiente de correlación, r =0.952448899152079 Para una prueba con nivel de confianza 0.95: Intervalo de confianza de r : [ 0.93584831, 0.96483178] Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0.95: Valor de Fc para el ajuste : 1592.6880 Valor de Ft por la tabla : 3.0519 El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft. Coeficientes de correlación parcial: -0.95244890 Prueba para los Coeficientes del Modelo (0.95) Valor teórico (t de Student), t= 1.65559 t2= -39.90849594 El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2). 11 �Anexo 3 Tabla 3.8. Ecuaciones y otros resultados del ajuste mínimo cuadrado : φ = (7.621)*(1)+ (0.314)*(Fr)+(2.122)*(1/Fr)+ (-2.877)*( Fr ) Determinante de la matriz del sistema:18178176949.2741 Determinante normalizado del sistema:0.000171342661441841 Error máximo al resolver el sistema:1.77635683940025E-15 Variación explicada:7217.22514342882 Grados de libertad: 3 Variación residual:626.28901372635 Grados de libertad: 326 Variación total:7843.5141571552 Grados de libertad: 329 Error estándar de una estimación:1.3881797863238 Error probable de una observación:0.934890078127453 Coeficiente de correlación, r =0.959245530533808 Para una prueba con nivel de confianza 0.95: Intervalo de confianza de r : [ 0.94962870, 0.96705735] Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0.95: Valor de Fc para el ajuste : 1252.2522 Valor de Ft por la tabla : 2.3995 El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft. Coeficientes de correlación parcial: 0.19593804 0.87167984 -0.35298891 Prueba para los Coeficientes del Modelo (0.95) Valor teórico (t de Student), t= 1.6509 t2= 3.60768382 El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2). t3= 32.11460373 El coeficiente 3 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t3). t 4= -6.81187835 El coeficiente 4 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t4). 12 �Anexo 3 13 �Anexo 3 Tabla 3.9. Ecuaciones y otros resultados del ajuste mínimo cuadrado. f exp 10 C = 1, 0621 Re Determinante de la matriz del sistema:355779.349216844 Determinante normalizado del sistema:2.02127241583753E-14 Error máximo al resolver el sistema:6.93889390390723E-18 Variación explicada:0.381581316191436 Grados de libertad: 2 Variación residual:0.03037490841784 Grados de libertad: 162 Variación total:0.411956224609283 Grados de libertad: 164 Error estándar de una estimación:0.0137355024458518 Error probable de una observación:0.00923595770245977 Coeficiente de correlación, r =0.962427482927483 Para una prueba con nivel de confianza 0.95: Intervalo de confianza de r : [ 0.94921992, 0.97224875] Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0.95: Valor de Fc para el ajuste : 1017.5532 Valor de Ft por la tabla : 2.6609 El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft. Coeficientes de correlación parcial: 0.43763843 0.93893049 Prueba para los Coeficientes del Modelo (0.95) Valor teórico (t de Student), t= 1.65566 t2= 6.19498560 El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2). t3= 34.72942682 El coeficiente 3 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t3). �Anexo 4 Estudio de factibilidad para el mejoramiento de la eficiencia de la instalación de colas de la Empresa Ernesto Ché Guevara. Tabla 4.1. Flujo de Efectivo UM: Miles de USD Flujo de Efectivo Indicadores Utilidad Neta (+) Reserva para Contingencias (+) Depreciación (+) Valor Residual del Activo Fijo Neto (+) Inversión para renovar la instalación actual (-) Gastos de Inversión (-) Gastos Preoperativos (+-)Variaciones en el Capital de Trabajo Flujo Neto de Efectivo Flujo Neto Acumulado 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 13.939 1.384 854 7.533 28.827 2.768 1.709 32.004 2.768 1.709 35.441 2.768 1.709 39.158 2.768 1.709 43.622 2.768 1.709 45.600 2.768 1.709 4.737 55 59 56 177.186 223.449 11.680 (5.013) 55 58 (211.418) (211.418) 215.502 4.084 36.426 40.510 39.860 80.370 Indicadores Económico- Financieros Valor Actualizado Neto del Proyecto (VAN) @ 15%) (MUSD) Tasa Interna de Retorno (TIR) (%) Período de Recuperación (Años) 43.580 48.040 54.758 123.950 171.990 226.748 102.202 41% Tabla 4.2. Estado de Origen y Aplicación de Fondos UM: Miles de USD 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 7.533 190.000 37.602 235.135 - - - - - 4.737 75.204 75.204 77.444 77.444 79.767 79.767 82.177 82.177 84.677 84.677 87.273 92.010 35200 16.192 26.185 77.577 38800 11.937 28.997 79.734 43.000 7.234 32.038 82.272 41.400 1.190 35.691 78.281 - 10.925 11.404 234.853 31600 20.033 23.585 75.218 37.309 37.309 282 282 (15) 267 (133) 134 32 166 (95) 71 6.396 6.468 54.701 61.169 Indicadores Fuentes Valor Residual del activo fijo Capital Prestado Total de Ingresos Destinos Gastos de Inversión Repago de Principal Intereses Impuestos Superavit o Déficit Saldo Acumulado 223.449 �Anexo 4 Estudio de factibilidad para el mejoramiento de la eficiencia de la instalación de colas de la Empresa Comandante Ernesto Ché Guevara. Tabla 4.3. Gastos de Inversión y Preoperativos. UM: Miles de USD Año 2003 Construcción y Montaje Equipos Bombas Tuberías acero D-250 Instrumentación Otros Flete y Seguro Otros Proyecto de Investigación Proyecto de Ingeniería para Montaje Licencia Ambiental Contingencia TOTAL U/M uno m Unidad 3 3.500 Precio/U Total 8.908 27 68.420 121.079 26.723 93.100 1.256 33.950 10.000 17.450 1.500 5.000 - - 223.449 �Anexo 4 Estudio de factibilidad para el mejoramiento de la eficiencia de la instalación de colas de la Empresa Comandante Ernesto Ché Guevara. 4.4. Gastos de Inversión y Preoperativos 2003 Capital de Trabajo Materiales Auxiliares Productos en Proceso Efectivo en Caja Cuentas por Cobrar Cuentas por Pagar (63) 9.310 2.433 Variaciones en el Capital de Trabajo Depreciación Inversión Terreno Edificaciones Maquinaria y Equipos Equipos de Transporte Equipos de Computación Otros Equipos Depreciación Total Anual Depreciación Acumulada Instalación Actual Terreno Edificaciones Maquinaria y Equipos Equipos de Transporte Equipos de Computación Otros Equipos Depreciación Total Anual Depreciación Acumulada 2004 (63) 2005 (69) 2006 (69) 2007 (76) de (77) (7.383) 2.433 124 127 131 136 11.680 2003 (5.013) 2004 55 2005 58 2006 55 2007 59 2008 14.212 28.425 28.425 28.425 28.425 28.425 14.212 14.212 28.425 42.637 28.425 71.062 28.425 99.487 28.425 127.912 28.425 156.337 2003 2004 2005 2006 2007 2008 15.067 30.134 30.134 30.134 30.134 30.134 15.067 105.468 30.134 135.601 30.134 165.735 30.134 195.868 30.134 226.002 30.134 256.136 120.534 Variación Depreciación 2008 241068,82 la Existentes Bombas Tuberías acero D-200 Gasto para renovar la instalación actual Bombas Tuberías acero D-200 Desmontaje Construcción y Montaje (854) 5 3.500 5 3.500 (1.709) (1.709) 7.800 23,30 7.800 23,30 (1.709) (1.709) 39.000 81.534 177.186 39.000 81.534 14464 42187 (1.709) �Anexo IV Estudio de factibilidad para el mejoramiento de la eficiencia de la instalación de colas de la Empresa Comandante Ernesto Ché Guevara. Tabla 4.5. Financiamiento del Capital prestado UM: MUSD Año 2003 Años Capital a financiar (MP) Tasa de Interés: 2003 11,50% 2004 Semestres I Capital 190000 II 190000 15.800 I 15.800 II 2005 17.600 I 17.600 II Condiciones: 2006 6 meses de gracia 19.400 I 19.400 II 2007 2008 Principal Intereses Total (Ppal+Int.) 10.925 10.925 10.471 26.271 9.562 25.362 8.602 26.202 7.590 25.190 6.526 25.926 5.411 24.811 I 21.500 4.235 25.735 II 21.500 2.999 24.499 I 41.400 1.190 42.590 190.000 190.000 67.511 - 257.511 �Valoración Técnico - Económica Tabla 4.1 Costo de Transportación de un m3 de Cola, $ USD. INDICADORES 1 2 17769.7 17769.7 32850 32850 143848.4 182208 78.84 78.84 14 14 3772 4883 Gastos de amortización de las bombas. 2672.307 2672.307 Gastos de amortización de las tuberías y soportes. 4892.065 4892.065 813 813 205943.112 246180.912 1.3 4.50 Gastos de salario del personal de operación. Gastos por consumo de agua para disminuirle la temperatura a la cola. Gastos de energía eléctrica. Gastos por iluminación. Gastos imprevistos. Gastos por mantenimiento. Gasto del salario del personal indirecto Total ( Gb ) Gasto para transportar un m3 de cola en 3.5 Km (USD) �Nomenclatura NOMENCLATURA FUNDAMENTAL UTILIZADA SIMBOLO D d det dem ev Ec f, f´ F ∑F g gc He K Kc L n N; N´; Ni Pd; Ps ∆Pf ∆Pb P1 Q Qm Re Recr t Ws Z V Vmáx. Vm Vcr Vp KT1 KTi Ht Hs (NPSH)A (NPSH)R ∑h i.e.p DENOMINACIÓN UNIDADES Diámetro interior de tubos m (pie) Diámetro de la partícula m (pie) Diámetro equivalente según tamaño de partícula. m (pie) Diámetro equivalente según masa de partícula. m (pie) Factor de pérdidas por fricción. (adimensional) Energía Cinética por unidad de masa. J/kg ( lbf.pie/lb) Factor de fricción de Fanning. ( adimensional) Fuerza resultante en un punto. N (lbf) Pérdidas por fricción por unidad de masa. J/Kg ( lbf.pie/lb) Aceleración de la gravedad. m/s2(pie/s2) Constante adimensional. (lb.pie/lbf.s2) Número de Hedstrom. (adimensional) Índice de consistencia. Pa.Sn (lb.s n-2/Pie) Coeficiente de resistencia en accesorios y válvulas. (adimensional) Longitud de tubos rectos. m(pie) Índice de flujo. (adimensional) Potencia consumida por el fluido; motor impulsor y motor W (lbf.pie/s) en una bomba. Presión de descarga y de succión, respectivamente, en Pa(lbf /pie) una bomba. Caída de presión en una tubería. Pa(lbf/pie2) Incremento de presión en una bomba. Pa(lbf/pie2) Número de plasticidad. (adimensional) Flujo volumétrico. m3/s(pie3/s) Flujo másico. Kg/s(lb/s) Número de Reynolds. (adimensional) Número de Reynolds crítico. (adimensional) Tiempo. s(s) Trabajo por unidad de masa en una bomba. J/kg ( lbf.pie /lb) Altura de un punto con relación a un plano de referencia. m(pie) Velocidad del flujo. m/s (pie/s) Velocidad máxima del flujo. m/s (pie/s) Velocidad media del flujo. m/s (pie/s) Velocidad crítica del flujo. m/s (pie/s) Velocidad límite de caída de las partículas. m/s (pie/s) Coeficiente de consistencia conocido a una temperatura PaSn dada. Coeficiente de consistencia a una temperatura dada. Pa.Sn Tensión de vapor del fluido. ºC Altura de succión. m Altura positiva neta de carga de succión admisible. m Altura positiva neta de carga de succión requerida. m Pérdidas hidráulicas en la línea de succión. m Punto izoeléctrico. (adimensional) �Nomenclatura P.Z.C T W S Cw Vs Vl ms ms i Hmáx. Hdmáx. Mmáx. Bmáx. pmáx. Mr. Br. Pr. Hcm. Hcb. BHmáx. Krec. Kmáx. Ucpi. Umag. α αc β βi γ ξ µ µa π e ρ ρ s o Punto de carga cero. Temperatura. Área de la sección transversal del conducto. Concentración másica. Concentración volumétrica. Volumen de sólido. Volumen de líquido. Masa de sólido. Masa de líquido. Pérdidas específicas de presión. Intensidad de campo máxima efectiva aplicada la muestra Intensidad del campo de desmagnetización máxima sobre la muestra. Magnetización máxima en la muestra. Inducción máxima en la muestra. Momento magnético máximo en la muestra. Magnetización remanente en la muestra. Inducción remanente en la muestra . Momento magnético remanente en la muestra. Campo coercitivo de inducción (H para M=0). Campo coercitivo de inducción (Hpara B= 0) Producto BH máximo. Permeabilidad magnética recoil relativa. (adimensional) ºC 2 m (pie2) % % 3 m (pie3) m3(pie3) Kg(lb) Kg(lb) Pa/m(lbf/pie) k A/m (Oe) k A/m (Oe) k A/m (Oe) k A/m (Oe) k A/m (Oe) k A/m (Oe) T ( Gauss) k A/m (Oe) k A/m (Oe) T . A/m (M gauss Oe) - Permeabilidad magnética relativa máxima. Energía de primera imanación Energía de magnetización en un ciclo. Símbolos Griegos Parámetros de corrección de energía cinética en el modelo reológico. Parámetro que define el Reynolds crítico en plástico Bingham. Parámetro para el coeficiente Fanning Coeficiente de corrección de sobrecargas (incremento de potencia requerida) en bombas. Velocidad de deformación (gradiente de velocidad). Potencial Zeta. Viscosidad dinámica. Joule(erg) Joule(erg) 1/s (1/s) (mV) Pas. ( lb/ Pie.s ) Viscocidad aparente con fluidos no newtonianos Pas. ( lb/ Pie.s) Constante matemática. Constante matemática Densidad del sólido. (π = 3,1416) (e =2,7118) Kg/ m3( lb/Pie3) Densidad del agua. Kg/ m3( lb/Pie3) (adimensional) (adimensional) (adimensional) (adimensional) �Nomenclatura ρ p τB τij τii τw τo G0 ϕ Densidad de la pulpa. Kg/ m3( lb/Pie3) Esfuerzo inicial de Bingham. Esfuerzo cortante (de cizalla). Esfuerzo normal. Esfuerzo cortante evaluado en la pared del tubo. Esfuerzo cortante inicial físico del modelo de Bingham. Densidad de carga superficial. Coeficiente de corrección de las pérdidas hidráulicas en flujo trifásico. Pa( lbf/pie2) Pa( lbf/pie2) Pa( lbf/pie2) Pa( lbf/pie2) Pa( lbf/pie2) C/m2 o mol/L (adimensional) � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio del hidrotransporte de las colas en el proceso carbonato amoniacal Creator An entity primarily responsible for making the resource Alberto Turro Breff Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2002 Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/dfc0141721103fcfe72d9e8186e17be0.pdf eb6ae738740f2fe1f987e12831b7e557 PDF Text Text Tesis doctoral ESTUDIO EXPERIMENTAL DE FLUJO Y TRANSPORTE DE CROMO, NÍQUELY MANGANESO EN RESIDUOS DE LA ZONA MINERA DE MOA(CUBA): INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO HIDROMECÁNICO Roberto L. Rodríguez Pacheco �UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona Departamento de Ingeniería del Terreno y Cartográfica ESTUDIO EXPERIMENTAL DE FLUJO Y TRANSPORTE DE CROMO, NÍQUEL Y MANGANESO EN RESIDUOS DE LA ZONA MINERA DE MOA (CUBA): INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO HIDROMECÁNICO Te si s do ct or al pr es en ta da po r: Rober to L. Rodrí guez -Pache co Dirigida por: Dra. Lucila Candela Lledó Dr. Antonio Lloret Morancho JUNIO, 2002 �A David y Anna �ÍNDICE Agradecimientos I Resumen III Abstract VII Introducción 1 1. Introducción 2. Motivación y objetivos 2.1. Motivación 2.2. Objetivos 3. Metodología 4. Organización y contenidos de la tesis 1 2 4 5 7 8 Capítulo 1. Caracterización de la zona de estudio municipio de Moa (Cuba) 11 1. Zona de estudio 1.1. Ubicación geográfica. 1.2. Clima 1.3. Marco geológico 1.3.1. Tectónica del área de estudio y sismisidad 1.4. Yacimientos minerales 1.5. Procesos minero-metalúrgicos 1.5.1. Minería a cielo abierto 1.5.2. Procesos de extracción del níquel y el cobalto 1.5.3. Los residuos minero-metalúrgicos 11 11 13 16 23 25 29 29 31 34 Capítulo 2. LOS RESIDUOS MINEROMETALÚGICOS. ESTADO DEL ARTE 39 2.1.Introducción 2.1.1. Origen de los residuos minero-metalúrgicos 2.2. Tipos de presas de residuos y formas de vertido 2.2.1. Tipos de presas de acuerdo al sistema de cierre utilizado 2.2.2. Formas de vertido de los residuos 2.3. Propiedades de los residuos minero-metalúrgicos sólidos 2.3.1. Principales fases minerales 2.3.1.1. Comportamiento geoquímico 2.3.2. Propiedades físico–mecánicas 2.3.2.1. Licuefacción de los residuos minero-metalúrgicos 2.3.2.2. Comportamiento hidromecánico 2.4. Impacto ambiental de las actividades minero-metalúrgicas 2.4.1. Impacto sobre las masas de agua continentales y marinas 2.4.2. Drenajes y lixiviados de aguas ácidas de escombreras y minas inactivas 2.4.2.1. Modelos numéricos 39 41 43 43 47 50 50 51 52 54 55 55 56 59 62 �Índice 2.4.3. Variación de la morfología del terreno 2.4.4. Impactos sobre la atmósfera y el suelo 2.4.5. Impactos paisajísticos 2.4.6. La contaminación ambiental por diferentes formas de energía 2.5. Riesgo ambiental por rotura de las presas de residuos 2.6. Los residuos mineros en Cuba. Antecedentes 2.7. Antecedentes en el estudios de residuos minero-metalúrgico de yacimiento lateríticos en otras partes del mundo 63 64 66 67 67 71 Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 76 3.1 Introducción 3.2 Trabajo de campo 3.3 Trabajos de laboratorio 3.3.1. Características de la fase líquida 3.3.2. Características de la fase sólida 3.3.3. Ensayos de caracterización geoquímica 3.3.3.1. Ensayos Batch 3.3.3.2. Secuencia de extracción 3.3.4. Parámetros hidráulicos 3.3.5. Propiedades mecánicas 3.4. Equipos desarrollados para la investigación 3.4.1. Bandejas de retracción 3.4.2. Equipo para determinar la resistencia a la tracción directa 3.4.3. Construcción de columnas de pequeño diámetro para el estudio del flujo y transporte de solutos en el medio poroso 3.4.4. Construcción e instrumentación de una columna para el estudio del comportamiento hidromecánico de medios porosos 3.4.4.1.Prestaciones de la columna 3.5. Trabajo de gabinete 76 76 81 81 82 85 85 85 86 87 89 89 92 Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos en los medios porosos. Ensayos en columnas 4.1. Generalidades de los modelos de flujo y transporte de solutos 4.1.1. Acoplamiento químico del transporte del soluto 4.1.2. Definición del equilibrio de adsorción 4.1.3. Método de resolución 4.2. Modelos de equilibrio local 4.2.1. Modelos unicomponentes 4.2.2. Modelos multicomponentes 4.2.3. Aplicabilidad del equilibrio local en el flujo y transporte de solutos 4.3. Modelos de flujo y transporte con cinética de transferencia de masa 4.3.1. Descripción de los modelos de flujo y transporte de solutos en condiciones de no equilibrio 4.3.1.1. Modelos químicos o modelo de dos sitios (two site models) 4.3.1.2. Modelos físicos o modelos de dos regiones (two region models) 4.4. Estudios de flujo y transporte de soluto en condiciones de no equilibrio 4.5. Estimación de los parámetros de los modelos de flujo y transporte de dos sitios 75 94 96 102 104 107 107 107 108 109 111 111 112 112 113 115 116 119 121 �Índice y dos regiones. Significado de estos e influencia sobre las curvas de llegadas de los solutos 123 Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 131 5.1. Introducción 5.2. Hidrología superficial 5.2.1. Características físico-químicas de las aguas superficiales 5.2.2. Análisis de la contaminación de las aguas superficiales por los residuos mineros 5.2.3. Calidad de las aguas superficiales 5.3. Hidrología subterránea 5.3.1. Inventario de puntos de agua 5.3.2. Acuífero de las rocas ultramáficas 5.3.2.1. Características geométricas 5.3.2.2. Superficie piezométrica 5.3.2.3. Parámetros hidráulicos 5.3.3. Acuífero aluvial 5.3.3.1. Características geométricas 5.3.3.2. Superficie piezométrica 5.3.3.3. Parámetros hidráulicos 5.3.4. Funcionamiento hidrogeológico 5.3.4.1. Recarga 5.3.4.2. Descarga 5.3.4.3. Balance 5.3.5. Características físico-químicas de las aguas subterráneas 5.3.6. Clasificación de las aguas subterráneas 5.3.7. Análisis de la contaminación de las aguas subterráneas 5.3.7.1. Metales pesados, hierro, magnesio y sulfato en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas: fondo geoquímico natural 5.3.7.2. Contaminación de las aguas subterráneas del acuífero aluvial 5.3.7.3. Origen de los metales presentes en las aguas subterráneas 5.3.8. Calidad de las aguas de los acuíferos aluvial y el acuífero de las rocas ultramáficas 5.3.9. Cálculo de la mezclas de agua en el acuífero aluvial 5.3.9.1. Métodos químicos ambientales 5.3.9.2. Cálculo de la mezcla de agua en el acuífero aluvial mediante un modelo hidrogeoquímico 5.4. Hidrogeoquímica de las aguas subterráneas 5.4.1. Relaciones iónicas 5.4.2. Interacción agua roca: modelo hidrogeoquímico 5.4.3. Índice de saturación 5.5. Conclusiones 131 131 132 137 140 140 141 142 143 144 144 146 146 147 148 149 149 149 150 151 157 158 159 160 167 171 172 173 175 177 177 178 180 182 Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos de la industria cubana del níquel en Moa 185 6.1. Introducción 6.2. Característica de los depósitos de estériles 185 187 �Índice 6.3. Características físico–mecánicas 6.3.1. Propiedades físicas básicas 6.3.2. Ensayos edométricos 6.3.3. Ensayos de compresión simple 6.3.4. Resistencia a tracción 6.3.5. Ensayos de corte directo 6.3.6. Ensayos triaxiales 6.3.6.1. Ensayos triaxiales en condiciones no drenadas 6.3.6.2. Ensayos triaxiales cíclicos en condiciones no drenadas 6.4. Comportamiento hidromecánico 6.4.1. Curva de retención 6.4.2. Cambio de volumen debido a cambios de succión 6.4.3. Permeabilidad 6.5. Formación de grietas por desecación 6.6. Influencia de las grietas de desecación sobre la permeabilidad de los residuos mineros 6.7. Conclusiones Capítulo 7. Movilidad de los metales Mn(II), Ni(II) y Cr(VI) en residuos mineros Ensayos de laboratorio 7.1. Adsorción y desorción de metales (Mn, Ni y Cr) 7.1.1 Introducción 7.1.2. Material 7.1.3. Ensayos de adsorción - desorción de los metales pesados en los residuos mineros 7.1.4. Metodología de los experimentos Batch 7.1.5. Isoterma de adsorción y desorción del manganeso (MnII)) 7.1.6. Isoterma de adsorción y desorción del níquel (NiII) 7.1.7. Isoterma de adsorción y desorción del cromo (CrVI) 7.1.8 Discusión de los resultados de los ensayos Batch 7.1.9. Adsorción instantánea en un sistema cerrado (ensayos Batch) 7.1.10. Comparación de la capacidad de adsorción de los residuos con otros materiales y suelos naturales 7.2. Ensayos de flujo y transporte de solutos en columna de residuos en el laboratorio 7.2.1. Introducción 7.2.3. Materiales y método 7.2.3.1. Montaje de las columnas 7.2.4. Ensayos de transporte de soluto con flujo estacionario 7.2.5. Interpretación de los resultados del ensayo de flujo con el trazador pentafluobenzoato sódico (PFBA) 7.2.6. Análisis de los ensayos de flujo y transporte de los metales en las columnas de residuo 7.2.6.1. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Ni(II) 7.2.6.2. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Mn(II) 7.2.6.3. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de (CrVI) 194 194 196 197 199 201 201 201 203 204 204 206 209 210 217 221 225 225 225 226 227 228 232 235 240 242 248 249 255 255 256 258 259 262 266 266 268 270 �Índice 7.2.7. Discusión de los resultados de los ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Cr(VI), Ni((II) y Mn(II) 7.2.8. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de los tres metales simultáneamente 7.2.9. Ensayo de flujo y transporte con adsorción y desorción de Ni y Mn 7.2.10. Análisis semicuantitativo de la concentración de los metales en muestras del residuo ACL del ensayo de flujo y transporte 7.3. Influencia del pH en el proceso de adsorción 7.3.1. Materiales y métodos de ensayos de flujo con adsorción de metales (Cr(VI), Ni(II), Mn(II)) a diferentes pH 7.3.2. Adsorción de Cr(VI) en un ensayo de flujo y transporte a través del residuo ACL para diferentes pH 7.3.3. Adsorción de Ni(II) en ensayos de flujo y transporte en el residuo ACL para diferentes pH 7.3.4. Adsorción de Mn(II) en ensayos de flujo y transporte en el residuo ACL para diferentes pH 7.4. Influencia de la concentración inicial de soluto en la solución acuosa sobre el proceso de adsorción en el residuo ACL 7.5. Comparación de la capacidad de adsorción del residuo ACL con una zeolita (Clinoptilolita) 7.6. Conclusiones Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte en columnas 8.1. Introducción 8.2. Selección de los modelos 8.3. Modelos matemáticos 8.3.1. Modelo en condiciones de equilibrio 8.3.2 Modelos en condiciones de no equilibrio (modelo de dos sitios) 8.4. Estimación ó determinación de los parámetros del modelo 8.4.1. Determinación de KL y R para los modelos de dos sitios 8.4.2. Determinación del valor de D, P, w y β 8.5. Análisis de los resultados del ajuste de las curvas de paso del Pentaflurobenzoato (PFBA) 8.6. Modelación de la curva de llegada de los ensayos de flujo y transporte de los tres metales 8.6.1. El ensayo de flujo y transporte del Ni(II) con procesos de adsorción y desorción 8.6.2. El ensayo de flujo y transporte del Mn(II) con procesos de adsorción y desorción 8.6.3. El ensayo de flujo y transporte del Cr(VI) con procesos de adsorción y desorción 8.6.4. Discusión de los resultados de modelización de los ensayos de flujo y transporte con metales 8.7. Conclusiones 271 273 277 278 281 282 284 286 287 288 290 293 299 299 301 303 303 304 306 308 310 312 314 315 317 318 320 323 �Índice Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos minero-metalúrgicos en el flujo y transporte de solutos 327 9.1. Introducción 9.1.1. Procedimiento de ensayo de los residuos mineros en columnas 9.2. Llenado de la columna, saturación y medida de la permeabilidad 9.2.1. Llenado de la columna 9.3. Resultados de las medidas efectuadas durante el proceso de montaje de la columna por capas 9.3.1. Evaporación 9.3.2. Retracción 9.3.3. Ensayo de saturación 9.3.4. Ensayo de permeabilidad 9.4. Ensayos de flujo y transporte de solutos en columna de residuos 9.4.1. Ensayo de flujo y transporte con el trazador PFBA 9.4.2. Ensayo de flujo y transporte de Ni 9.4.3. Ensayo de flujo y transporte con un trazador fosforescente (fluoresceína sódica) 9.5. Modelación de los resultados de los ensayos de flujo y transporte 9.5.1. Modelación de los ensayos con el trazador PFBA 9.5.2. Modelación de los ensayos de flujo y transporte con el Ni 9.5. Conclusiones 327 328 329 329 Capítulo 10. Conclusiones generales y líneas de investigación futura 369 10.1. Equipos experimentales 10.2. Hidrología superficial y subterránea 10.3. Características hidromecánicas de los residuos minero-metalúrgicos sólidos 10.4. Ensayos de adsorción y desorción de Ni, Cr y Mn en los residuos mineros. Ensayos Batch y de flujo y transporte 10.5. Resultados de la modelación numérica del flujo y el transporte de solutos 10.6. Comportamiento hidromecánico de los residuos ACL y su influencia en el flujo y transporte de solutos 10.7. Conclusión general 10.8. Riesgo ambiental de los residuos 10.9. Futuras lineas de investigación 10.9.1. De aplicación inmediata 10.9.2. Futuras líneas de investigación a desarrollar 369 370 372 Referencias 383 Anejo 1. Datos hidroquímicos Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción Anejo 3. Isotermas de adsorción Anejo 4. Calibraciones Lista de símbolos Listado de figuras Listado de tablas Listado de fotos 407 419 433 437 443 447 455 459 332 332 334 342 351 353 353 355 359 362 362 363 365 373 375 377 379 379 380 381 381 �Agradecimientos I Agradecimientos La realización de esta tesis doctoral no habría sido posible sin el apoyo y confianza depositados en mi por mis dos directores Profesores Lucila Candela y Antonio Lloret a los cuales quiero agradecer el excelente apoyo brindado en todos estos años y su preocupación por los aspectos personales y humanos que trae aparejado la realización de una tesis doctoral alejado de la familia y del país de origen. Al Departamento de Ingeniería del Terreno por haber puesto a mi disposición la infraestructura y bienes materiales indispensables para realizar la investigación y a los profesores (Drs. A. Ledesma, J. Suriol, E. Alonso, A. Gens, J. Carrera, E. Custodio, S. Olivella, A. Josa, J. Corominas y X. Sánchez) por la cooperación brindada durante la realización de la tesis y al personal de administración Eva. M. Martínez y secretaria Mari C. Esteban. Mi más profundo agradecimiento al personal del laboratorio José Álvarez, Fernando Cortés, Enrrique y especialmente a Tomás Pérez, que ha contribuido de manera significativa en la fabricación de los equipos experimentales. Al personal del Laboratorio de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Girona (Dras. M. Hidalgo y V. Salvadó) por su paciencia con mis “grandes” conocimientos de química y su contribución en la realización de varios experimentos en su departamento y al personal del laboratorio (Mónica, Sonia, Carolina, Roger, Marta, Eva, Gemma y Laura). A la Dra. A. Cortés de la Facultad de Farmacia, Universidad de Barcelona por su apoyo en la realización de varios análisis en el laboratorio de la Unidad de Edafología. Al Departamento de Cristalografía, Mineralogía y Depósitos Minerales, Facultad de Geología, Universidad de Barcelona y especialmente a los Drs. J. Proenza y J.C. Melgarejo por el apoyo en la realización de los estudios de mineralogía. Al personal de CSIC por la realización de ensayos de mineralogía, roca total y ensayos geoquímicos en sus laboratorios y especialmente a los Drs. I. Queralt y C. Ayora por las discusiones sostenidas sobre geoquímica y mineralogía. Al personal de la Escuela Universitaria de Manresa (Drs. J. M. Mata, X. de Las Heras, J.M. Casas, J. Castany) y al personal de administración Llúcia por haberme recibido y aceptado en su departamento. �Agradecimientos II Al Departamento de Geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, Cuba, por el soporte brindado, la cooperación y facilidades para obtener la información disponible. Al Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos de la Provincia de Holguín y en especial al Departamento de Hidrogeología por la cooperación y apoyo en la información disponible para poder desarrollar la tesis. A la Industria Cubana del Níquel por su cooperación y facilidades brindadas para desarrollar el muestreo de los materiales y la cooperación en la entrega de la información existente. A mis amigos en Cuba (B. Riverón, J. Carménate, J. Batista, R. Díaz, J.A. Pons, Joel Batista, J. Tool y C. De Miguel) en el ISMM y A. Pérez y A. Rodríguez de La Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas (ENIA) de Holguín, por su apoyo incondicional y constante ánimo para que realizara la tesis. A mis amigos en Barcelona, Rebeca, Joa, Claudia, Espi, Núria, Ramón, Salvador, Víctor, Alberto, Cristina, Jorge, Dolors, Albert, M. José y Joaquín, Vanessa, Toni, Mireia, Xavi, Olga, Ramón, Sussana, Raul, Esther, Jordi, Dani, Eva, Josepa, Jordi, Lídia, Xavi, Marina, Santi y Cris por el soporte que me han brindado durante estos años. A todos los compañeros de doctorado (Oldecop, Luciano, Clemente, Mauricio, Marcelo, Jordi, Salvatore, Alexandra, Carlos, Carlos, Marcel, Leonardo, Moya, Rius, Cati, Wolf, Annick) que han pasado por el Departamento de Ingeniería del Terreno en estos años y han hecho de éste un lugar agradable para trabajar, a pesar de lo “ingrato” pero satisfactorio que resulta el trabajo del laboratorio. A mi familia en Cuba (David, Vivian, Ramiro, Reynaldo, Yaumara) y en Barcelona (Anna, Victòria, Albert, Èrika, Josep, Marina, Damián, Mercè, Marc, Tomàs, Pere, M. Àngels y Josep), por el apoyo y animación constante. A la Fundación Centro Internacional de Hidrogeología Subterránea y en especial a Margarita, Raquel y al director del Curso Internacional de Hidrogeología Subterránea E. Batista. Agradezco el apoyo financiero realizado por la Agencia Española de Cooperación Internacional (AECI) para la realización de los cursos de doctorado. Al Comissionat per a Universitats i Recerca de la Generalitat de Catalunya y a la Vicerrectoría de Investigación de la UPC, especialmente al Dr. A. Marí, pues sin su soporte habría sido muy difícil la culminación de esta tesis. �Resumen III Resumen En la actualidad, el impacto ambiental de las actividades minero-metalúrgicas y los residuos generados por éstas, se han convertido en temas de especial atención en el estudio de la problemática ambiental que generan sobre las masas de aguas continentales y marinas. Sin embargo, el estudio de la influencia del factor hidromecánico en el flujo y transporte de contaminantes no ha sido estudiado de forma sistemática en los residuos minero-metalúrgicos. El objetivo fundamental de esta tesis es estudiar los factores físicos, hidromecánicos, hidrogeológicos y geoquímicos que condicionan el flujo y el transporte de contaminantes metálicos (Cr, Ni, Mn) en residuos mineros y en segundo lugar realizar una evaluación del impacto ambiental de estos residuos sobre las aguas superficiales y subterráneas. El distrito minero de Moa (Cuba), presenta las mayores reservas de Co y las segundas de Ni a nivel mundial. Los yacimientos de Ni y Co se explotan por el método de minería a cielo abierto desde el año 1943. El proceso metalúrgico de extracción del Ni y Co se realiza con dos tecnologías: lixiviación con carbonato amoniacal (ACL) y lixiviación con ácido sulfúrico (SAL). Los residuos (estériles) de la minería a cielo abierto se almacenan en escombreras próximas a la mina y los residuos metalúrgicos sólidos (5200 toneladas/día) en presas de residuos anexas a las factorías, ubicadas sobre la terraza del Río Moa. El programa de investigación se realizó en dos fases: I) muestreo a nivel de campo de las aguas (superficiales, subterráneas y residuales), los residuos sólidos y los diferentes materiales geológicos y II) estudio experimental en el laboratorio. La segunda fase constituye el grueso de la investigación y en ella se desarrolla una caracterización hidrogeoquímica de las aguas e hidromecánica y geoquímica de los residuos sólidos de los dos procesos metalúrgicos. En el área existen dos unidades hidrogeológicas: el acuífero de las rocas ultramáficas que ocupa más del 60% del municipio Moa y el acuífero aluvial. La hidroquímica de las aguas superficiales y subterráneas no contaminadas se caracterizan por un enriquecimiento en bicarbonatos y magnesio. La presencia de metales pesados en las aguas subterráneas de la región tiene dos orígenes: I) natural, resultado de los procesos �Resumen IV de meteorización de las rocas ultramáficas y II) antropogénico, debido a los residuos de la actividad minero-metalúrgica. Las aguas subterráneas y superficiales contaminadas presentan un enriquecimiento en Mg, SO4 y metales pesados (Cr, Ni y Mn). Las aguas subterráneas contaminadas por los lixiviados de la presa de residuos son las que presentan los menores valores de pH, mayor conductividad y mayor cantidad de TSD (hasta 5000 mg/L). La concentración en el agua de los metales Cr, Ni, Fe y Mn, así como el sulfato y el magnesio en las aguas subterráneas muy contaminadas supera en más de dos órdenes de magnitud la concentración en las aguas no contaminadas y su concentración en el acuífero aluvial se incrementa exponencialmente a medida que disminuye la distancia a la presa de residuos. La modelación geoquímica de las aguas subterráneas muestra que los contaminantes metálicos se mueven en forma de complejos SO4-ion, OH-ion y CO3-ion. El cálculo del índice de saturación de las especies minerales que conforman la matriz del medio poroso de los acuíferos muestra que las aguas subterráneas contaminadas presentan una sobresaturación en hematita y goethita. La mezcla de agua del acuífero aluvial con los lixiviados que se infiltran a través de la presa de residuos alcanza el 20% en los pozos situados al lado de la presa de residuos. En el estudio hidromecánico de los residuos se ha empleado el residuo ACL, para lo que se ha desarrollado un programa experimental extenso que ha permitido conocer el comportamiento del material en condiciones saturadas y no saturadas. La investigación ha hecho énfasis en los residuos del proceso ACL, pues representa más del 70% del volumen de residuo que se almacena en la actualidad en las presas. Los ensayos de caracterización hidromecánica muestran que la resistencia a la tracción directa e indirecta, a la compresión simple, la rigidez del material y la conductividad hidráulica presenta una gran dependencia del grado de saturación. Los cambios de volumen por retracción y la variación del grado de saturación provocan una disminución de la permeabilidad hidráulica, mientras que las grietas de desecación formadas durante el proceso de retracción del material provocan un incremento de la conductividad hidráulica de más de un orden de magnitud en comparación con el medio poroso homogéneo. �Resumen V La adsorción del Cr, Ni y Mn en los dos residuos metalúrgicos de la industria cubana del Ni [uno perteneciente al proceso de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL) y el otro perteneciente al proceso de lixiviación con carbonato amoniacal (ACL)], se investigó con el uso de ensayos en Batch y de flujo y transporte de soluto en condiciones saturadas. La isoterma de adsorción del Cr y el Mn es fuertemente no lineal en los dos residuos, mientras que en el caso del Ni, la isoterma de adsorción es no lineal en el residuo ACL y lineal en el residuo SAL. Las isotermas de adsorción no lineal se ajustan al modelo de Freundlich (Sa=KfCwn). La adsorción de más del 70% de la masa de soluto retenida ocurre muy rápidamente, alcanzándose el equilibrio de adsorción en los ensayos Batch, en todos los metales, para tiempos inferiores a 8 horas. La adsorción física por las fuerzas electrostáticas de las partículas del medio poroso constituye la mayor causa de la adsorción, mientras que la componente química es más pequeña. Los ensayos de flujo y transporte de soluto por el medio poroso homogéneo se realizaron con dos columnas de 5 y 10 cm de longitud y 1.6 cm de diámetro. Los ensayos se realizaron para tres metales con inyecciones en continuo de 91 volúmenes de poros y velocidades de 1.2, 14 y 39 cm/h. Las curvas de llegada de los tres metales en los dos residuos, para las condiciones de flujo y concentración en que se realizaron los ensayos, exhiben un comportamiento no ideal, caracterizadas por la presencia de asimetría y grandes colas. Los resultados de los ensayos de flujo y transporte se simularon con el modelo “Dos sitios” que incorpora la isoterma de adsorción no lineal y condiciones de no equilibrio debido a la histéresis del proceso de sorción. Los resultados de la modelación muestran que la causa mayor de que el transporte de solutos no sea ideal es la no linealidad del proceso de adsorción, debido en primer lugar a la adsorción física (más del 70%) y en segundo lugar a la adsorción química. Para el estudio del comportamiento hidromecánico de los residuos mineros y su influencia sobre el flujo y el transporte de solutos se construyó una columna totalmente instrumentada con diferentes sensores, capaz de realizar de forma automática un control de la evolución temporal de los diferentes parámetros que determinan el comportamiento hidromecánico del residuo. Durante la realización de un ensayo es posible realizar mediciones de la retracción vertical, la succión, la temperatura, la humedad relativa y medidas del contenido volumétrico de agua en la matriz del medio �VI Resumen poroso en profundidad y en la superficie de la muestra. Además permite realizar ensayos de flujo y transporte de solutos en el medio poroso homogéneo o agrietado. Finalmente se presenta la influencia del comportamiento hidromecánico del residuo ACL sobre flujo y transporte de tres solutos, un trazador conservativo pentafluorobenzoato (PFBA), un trazador fosforescente fluoresceína sódica (FNa) y Ni, en el medio poroso saturado en presencia de flujo preferencial en una columna de residuo de 28.5 cm de diámetro y 31.5 cm de alto con estratificación y presencia de grietas de desecación. La conductividad hidráulica de la columna es 5.26x10-6 m/s, más de dos órdenes de magnitud superior a la del medio poroso homogéneo. Los resultados de los ensayos de flujo y transporte con trazador y solutos reactivos son coherentes con el modelo conceptual de flujo y transporte advectivo a través de las grietas de desecación, combinado con la difusión del soluto en el agua relativamente inmóvil que ocupa los poros de la matriz del medio poroso. Esto queda confirmado por las características de las curvas de llegada del PFBA y la del Ni, que experimentan una subida casi vertical muy rápida durante el proceso de adsorción y una gran cola durante la desorción. Este doble proceso lo muestra la concentración de Ni medida en la matriz adyacente a la zona de fractura, donde se aprecia que la masa de Ni adsorbida decrece exponencialmente con la distancia del punto muestreado a la zona de la grieta más cercana y por la distribución de la fluoresceína en las zonas de grietas. El comportamiento hidromecánico de los residuos desempeña un papel muy importante en el flujo y transporte de contaminantes por el medio poroso. En el caso de los residuos mineros de la Industria Cubana del Níquel las grietas de desecación condicionan el régimen de infiltración y constituyen una zona preferencial de flujo de indudable importancia. Por ello, se considera que este es un aspecto a tener encuenta en el almacenamiento y gestión de los residuos minero-metalúrgicos por la problemática ambiental que conlleva. �Abstract VII Abstract The environmental impact of mining and metallurgical activities and the waste generated by them has become of special interest to the studies of environmental problems generated on the marine and continental water masses. Nevertheless, the influence of the hydromechanical behaviour on flow and on transport of contaminants has not been systematically investigated for mining-metallurgical wastes. The main aim of this thesis is the study of physical, hydromechanical, hydrogeological and geochemical factors, conditions that influence flow and transport of metals (Cr, Ni, Mn) in mining wastes and secondly, the realization of an environmental impact evaluation of these wastes on surface and groundwater. The Moa mining district (Cuba) holds the worldwide largest reserves of cobalt and the second largest reserves of nickel. The Ni and Co deposits are mined in open pits since 1943. The metallurgical process of Ni and Co extraction is realized with two different technologies: ammoniac carbonate leaching (ACL) and sulphuric acid leaching (SAL). The sterile mining wastes of the open pit mining are stored in waste piles near the mine and the solid metallurgical wastes (5200 tons/day) are stored in dams closed to the factories located on the top of the terraces of Moa river. The investigation programme carried out consisted in two phases: I)- sampling of water at field level (surface, ground and waste water), solid wastes and different geological materials and II)- experimental investigation in the laboratory. The major part of the investigation concerns the second phase, where a hydrogeochemical characterization of waters and a hydromechanical and geochemical characterization of solid wastes from the metallurgical process are developed. In the studied area two hydrogeological units are present: the ultramaphic rocks aquifer that occupy more than 60% of the Moa municipality and the alluvial aquifer. The hydrochemical characteristics of the non-contaminated surface and groundwater are an enrichment of bicarbonates and magnesium. The presence of heavy metals in the groundwater of the region has two origins: I) natural, as a product of the ultramaphic rock weathering process, and II) anthropogenic, due to the wastes of mining and metallurgical activities. The contaminated surface and ground waters are characterized �Abstract VIII by an enrichment in Mg, SO4 and heavy metals (Cr, Ni and Mn). The groundwaters contaminated by the leachates of the waste dam show the lowest pH and the highest conductivity values, as well as highest contents of TDS (up to 5000 mg/l). The concentration of Cr, Ni, Fe and Mn, as well as of sulphate and magnesium in heavily contaminated groundwater is up to two orders of magnitude higher than in noncontaminated waters and in the alluvial aquifer its concentration exponentially increases as the distance to the waste dam decreases. The geochemical modelling of the groundwater shows that metallic contaminants move as SO4-ion, OH-ion and CO3-ion complexes. The saturation index calculated of the mineral species that conform the matrix of the porous medium of the aquifers indicates that the contaminated groundwaters have an over-saturation of hematite and goethite. The mixing of water from the alluvial aquifer and leachates from the dam reaches up to 20% in the wells located near the waste dam. The ACL waste has been used in the hydromechanical investigation of the wastes. With this purpose an extensive experimental programme has been developed, which has allowed to know the behaviour of the material under saturated and non saturated conditions. The investigation emphasized on the wastes of the ACL process since they represent more than 70% of the waste volume stored in the dams. The hydromechanical characterization tests show that the resistance to direct and indirect traction, to simple compression, the rigidity of the material and the hydraulic conductivity are very dependent on the degree of saturation. The volume changes due to retraction and the variation in the degree of saturation induce a decrease of the hydraulic permeability, whereas the desiccation cracks under the retraction process of the material induce an increase of the hydraulic conductivity higher than one order of magnitude compared with the homogeneous porous media. The adsorption of Cr, Ni and Mn in both of the metallurgical wastes of the Cuban industry (one corresponding to the lixiviation process with sulphuric acid (SAL) and the other to the lixiviation process with carbonate ammoniac (ACL)) was investigated with Batch-tests, as well as flow and solute transport tests under saturated conditions. The adsorption isotherm of Cr and Mn is strongly non-linear in both wastes, whereas for Ni, the adsorption isotherm is non-linear in ACL wastes and linear in SAL wastes. The non- �Abstract IX linear adsorption isotherm is well described by the Freundlich equation (Sa=KfCwn). Adsorption of more than 70% of the solute mass retained occurs rapidly, reaching the adsorption equilibrium in the Batch-tests in less than 8 hours for all metals. The physical adsorption through electrostatic forces of the particles of the porous media are the main cause of adsorption, whereas the chemical component is of less importance. The flow and solute transport tests through homogeneous porous media were done with two columns of 5 and 10 cm length and 1.6 cm diameter. Tests were fulfilled for three metals injecting in continuum 91 pore volumes at velocities of 1.2, 14 and 39 cm/h. The breakthrough curves of the three metals in both wastes under the executed flow and concentration conditions exhibit a non-ideal behaviour, characterized by asymmetries and long tailings. The results of the flow and transport tests were simulated with the “Two site” models, which incorporate the non-linear sorption, rate-limited sorption, linear sorption and conditions of non-equilibrium due to the hysteresis of the sorption process. Modelling results indicate that the major cause for the solute transport not being ideal is the non-linearity of the adsorption process, mainly due to the physical adsorption (more than 70%) and to the chemical adsorption. In order to study the hydromechanical behaviour of the mining wastes and their influence on the flow and the solute transport, a fully equipped column was built with diverse sensors able to automatically control the temporal evolution of the different parameters that control the hydromechanical behaviour of the waste. During a test it is possible to measure the vertical retraction, the suction, the temperature, the relative humidity and the volumetric water content in the matrix of the porous medium with depth and at the sample surface. It also allows to perform flow and solute transport tests in homogeneous or cracked porous media. Finally the influence of the hydromechanical behaviour of the ACL waste on the flow and solute transport of three solutes, a conservative pentafluorobensoate (PFBA) tracer, a fluorescent tracer Na-fluorescein and Ni, was studied in the saturated porous medium in presence of preferential flow in a waste column of 28.5 cm diameter and 31.5 cm height with stratification and desiccation cracks. The hydraulic conductivity of the column (5.26x10-6 m/s) is more than two orders of magnitude higher than the homogeneous porous media. The results of the flow and solute transport tests with �Abstract X tracer and reactive solutes are coherent with the conceptual flow and advective transport model along the desiccation cracks, combined with the diffusion of the solute in the relatively non-mobile water which occupies the matrix of the porous medium. This is confirmed by the characteristics of the arriving curves of PFBA and nickel, which have an almost vertical and fast increase during the adsorption process and a big tail during the desorption process. This double process is also present with the Ni concentration measured in the adjacent matrix to the crack zone, where the adsorbed mass of Ni decreases exponentially with the distance of the sampling point to the crack, and with the distribution of the Na-fluorescein in the crack zone. The hydromechanical behaviour of the wastes plays a very important role on the flow and solute transport of contaminants through the porous media. In the case of the mining wastes of the Cuban Nickel Industry (Industria Cubana del Nickel) the dissecation cracks influence the infiltration pattern and constitute a zone of preferential flow of an undoubtful importance. This is an aspect to be considered in the storage and management of the mining-metallurgical wastes in light of the environmental problems associated. �Introducción 1 INTRODUCCIÓN 1. Introducción La extracción de los recursos minerales ha supuesto la generación de grandes beneficios económicos y el desarrollo del nivel de vida de la sociedad. Sin embargo, los residuos generados durante los procesos mineros y metalúrgicos suponen un riesgo para el medio ambiente y sus ecosistemas. Entre las actividades antropogénicas, la minería y la metalurgia extractiva son una de las principales causas de contaminación de los recursos hídricos. Sus efectos están presentes en mayor o menor medida en todas las áreas del planeta donde se explotan yacimientos de minerales sólidos (metálicos y no metálicos), líquidos y gaseosos y entre ellos, una de las afectaciones más graves que esta actividad genera sobre el medio ambiente es el deterioro de la calidad de las aguas subterráneas, superficiales y marinas. La contaminación de las aguas superficiales y subterráneas constituye un serio problema para su posterior utilización en el abastecimiento a la población, la agricultura y diferentes ramas de la industria. Las operaciones mineras de extracción, transporte y beneficio del mineral ocupan generalmente una extensión considerable y afectan a zonas agrícolas, poblaciones, bosques, espacios rurales y zonas de interés natural, sobre los que los impactos en ocasiones son extremadamente graves, incluso pueden tener carácter terminal (difícil de recuperar mediante técnicas de restauración). Este deterioro de la calidad ambiental está condicionado por: I) los residuos de las propias explotaciones mineras, II) los vertidos de las plantas de beneficio, III) los residuos de las plantas metalúrgicas de extracción y refinado y IV) mala gestión y almacenamiento inadecuado de los residuos. El impacto ambiental provocado por las actividades minero-metalúrgicas puede definirse como el efecto de las actividades antropogénicas sobre el medio natural y los ecosistemas que se desarrollan sobre la superficie o interior de la corteza terrestre, y su trascendencia, magnitud e importancia, derivan de la vulnerabilidad del territorio. �Introducción 2 La conservación de los recursos hídricos superficiales y subterráneos constituye una de las actividades prioritarias de la comunidad científica internacional, por ello el estudio de la problemática ambiental y la contaminación de las aguas subterráneas por residuos mineros se ha convertido en una de las principales líneas de investigación dentro del ámbito de las ciencias de la tierra. 2. Motivación y objetivos El Municipio de Moa constituye una de las zonas de mayor diversidad biológica del archipiélago cubano y del Caribe. El área sur del municipio queda englobado dentro de la reserva de la biosfera declarado por la UNESCO en el año 1998. Además, es la región minera más importante de Cuba con 10 yacimientos lateríticos de níquel y cobalto; las reservas probadas de mineral industrial (níquel más cobalto) son de 800 millones de toneladas y se han estimado por exploración geológica en unos 3000 millones de toneladas, constituyendo la segunda reserva mundial de níquel y la primera de cobalto (UNI, 1994; Marrero, 1997). En esta zona existen también varios importantes yacimientos de cromo, que constituyen las mayores reservas del continente americano con 6.5 millones de toneladas (Silk, 1988; Proenza, 1998), y uno de los más importantes yacimientos de zeolitas de Cuba con más de 20 millones de toneladas (Orozco y Rizo, 1998). Algunos de los aspectos más relevantes de la problemática ambiental generados por la actividad minera y metalúrgica en la zona de estudio son los siguientes: I) La explotación de los depósitos lateríticos se realiza mediante la minería a cielo abierto (desde 1943 en el municipio de Mayarí, Nicaro y a partir de 1963 en el municipio de Moa). Las actividades de minería a cielo abierto han provocado la deforestación de más de 5000 ha de bosque, lo que ha provocado el desarrollo de procesos erosivos y la contaminación con Cr, Ni, Mn y Fe de las aguas superficiales (Rodríguez et al., 1999) y de las bahías de Moa y Nicaro (González, 1991, González et al., 1993). �Introducción II) 3 La extracción del níquel y el cobalto se efectúa empleando las únicas dos tecnologías metalúrgicas que se usan a nivel mundial para extraer los dos metales de los depósitos lateríticos (Antony and Flett, 1997): a) lixiviación con ácido sulfúrico. b) lixiviación con carbonato amoniacal con adición de petróleo (Tecnología Carón). III) La producción de níquel y cobalto en el territorio de Moa y Nicaro supera las 66 mil toneladas anuales lo que representa el 10% de la producción de níquel que se comercializa a nivel mundial y el 40% de la producción de cobalto de los yacimientos lateríticos (Berezowsky, 1997). Las reservas de mineral existentes en la región garantizan actividad minera para varios cientos de años al ritmo de la producción actual. IV) Esta actividad genera un volumen de residuos sólidos aproximado de 5200 toneladas diarias en el municipio de Moa (Terrero et al., 1993a, UNI, 1994) y 5000 toneladas diarias en Nicaro (Heredia, 1978), esto representa un incremento del volumen anual de residuos en más de 3 millones de toneladas. V) Los residuos sólidos generados por las actividades metalúrgicas son mezclados con agua y transportados por tubería a las presas de residuos anexas a las factorías. Las que están en explotación actualmente en Moa se encuentran ubicadas sobre la terraza aluvial del río Moa y en el caso de Nicaro en la bahía Arroyo Blanco. VI) El volumen de residuos sólidos acumulados en las 5 presas de residuos (3 en Moa y 2 en Nicaro), durante las 5 décadas de explotación minera supera los 180 millones de toneladas, sin que se haya encontrado una aplicación práctica para ellos, ni se hayan sometido a ningún tipo de tratamiento o técnica de remediación. VII) Los lixiviados y drenaje de las presas de residuo junto al vertido de los residuales líquidos (27000 litros/día) de las plantas procesadoras de mineral en Moa han provocado la contaminación con Cr, Ni, Mn, Fe, Mg y SO4 de las aguas superficiales de los ríos Moa y Cabañas, el acuífero aluvial del río Moa (INRH, 1986; Proenza et al., 1994) y la bahía de Moa (González, 1991). �Introducción 4 2.1. Motivación Considerando lo anteriormente expuesto, los motivos para el desarrollo de una investigación en relación a esta problemática son los siguientes: - El interés creciente por el medio ambiente y en particular sobre la contaminación de las masas de aguas continentales y marinas. - La existencia de una variada gama de ecosistemas, que están siendo afectados por esta actividad. - La escasez de estudios sistemáticos de impacto ambiental en el territorio. - La falta de información sobre el comportamiento geoquímico de los diferentes residuos y contaminantes generados por la actividad minero-metalúrgica. - La existencia de una nueva planta en construcción y dos en proyecto en otras zonas de los municipios de Moa y Mayarí. En consecuencia, las actividades extractivas de minería a cielo abierto, procesamiento, almacenamiento y transporte del mineral se desarrollaran en nuevas cuencas hidrográficas y estas pueden ser afectadas por los mismos problemas ambientales que los existentes actualmente en la cuenca hidrográfica del río Moa. - La existencia de una alta concentración de metales pesados en las aguas continentales en la región de Moa y la posibilidad de poder contar con información científica, técnicas analíticas y experimentales que no se disponen en Cuba, hizo pensar en la oportunidad de trabajar en la problemática ambiental generada por la actividad minera. Además se debe añadir, el beneficio de que la información obtenida pueda ser usada en la toma de decisiones sobre la gestión y el monitoreo de los residuos minero-metalúrgicos. �Introducción 5 2.2. Objetivos El objetivo principal de la tesis es evaluar el flujo y el transporte de cromo, níquel y manganeso en residuos mineros con influencia del comportamiento hidromecánico. Para lograrlo se han planteado cuatro objetivos particulares: 1- Determinar el origen y las fuentes que aportan los diferentes contaminantes a las aguas superficiales y especialmente a las aguas subterráneas. 2- Evaluar el impacto de las presas de residuos y los vertidos de agua residual sobre la calidad de las masas de aguas superficiales y especialmente en las subterráneas. 3- Determinar los factores, causas y condiciones físicas, mecánicas, hidrogeológicas y geoquímicas que condicionan el flujo y el transporte de contaminantes metálicos (Cr, Ni, Mn) en los residuos mineros. 4- Construcción y puesta a punto de los equipos para el estudio de las propiedades hidromecánicas de los residuos y de flujo y transporte de solutos. Para alcanzar los objetivos propuestos se realizó el trabajo en dos etapas: I) Realización de reconocimiento y muestreo en el terreno y II) Trabajo experimental en el laboratorio. La primera se limitó al reconocimiento del terreno y a la toma de muestras de aguas superficiales, subterráneas, aguas residuales, toma de muestras de los diferentes materiales geológicos y de los residuos sólidos de la industria del níquel en las presas de residuo. La segunda fase constituye el grueso de la tesis en el que se ha realizado un estudio experimental detallado de los residuos minero-metalúrgicos sólidos. El conjunto de los trabajos llevados a cabo se describe a continuación: a) Realización de un muestreo de las aguas residuales, superficiales y subterráneas representativas de las características del municipio minero de Moa, que permitiera su caracterización en cuanto a su calidad y niveles de contaminación. �Introducción 6 b) Muestreo de los diferentes materiales geológicos y los residuos sólidos y líquidos representativos de la zona de estudio. c) Obtención, mediante el análisis de las muestras de agua (superficial, subterránea y residual) y de materiales sólidos (rocas y residuos), de información detallada sobre los principales elementos que han sido detectados como contaminantes de las aguas residuales, superficiales y subterráneas en el municipio. d) Caracterización de las propiedades hidromecánicas de los residuos mineros y su influencia sobre los parámetros hidrogeológicos. Para ello se ha construido una columna de gran diámetro (28.5 cm), para simular las condiciones “reales” de sedimentación y secado de los residuos al ser vertidos en las presas. e) Estudio en el laboratorio de los procesos de adsorción-desorción de los metales Ni(II), Mn(II) y Cr(VI) en los residuos mineros de la industria del níquel, empleando para ello los ensayos cinéticos Batch y de flujo y transporte de solutos en columnas de residuo. f) Simulación del flujo y transporte de los metales utilizando los modelos de flujo de dos sitios y optimización de los parámetros del modelo a partir de los ensayos de flujo con un trazador. g) Interpretación de los diferentes parámetros del modelo de flujo y transporte, así como los cinéticos de cada metal (Cr, Ni, Mn) para evaluar la posible implicación de los residuos minero-metalúrgicos en la contaminación de las aguas por estos metales a nivel de campo. h) Definición de la influencia de las grietas de desecación sobre el flujo y transporte de contaminantes. i) Caracterización de los fenómenos de flujo y transporte de metales contaminantes a través de los residuo minero-metalúrgicos y evaluación del riesgo ambiental que ello implica. �Introducción 7 3. Metodología La metodología de trabajo desarrollada durante esta tesis se puede resumir gráficamente como se muestra en la Figura 1.1. Selección del área de estudio y tipo de trabajo experimental Revisión bibliográfica (Estado del arte) Trabajo de campo Muestreo de aguas, suelos y residuos Análisis de agua en laboratorio Mayoritarios y trazas, pH,CE,TSD Determinación de las posibles fuentes de contaminación - - Trabajo de laboratorio: caracterización de los residuos sólidos Características físicas, mineralógica, composición química de sólidos y agua de poros CEC, pH, CE, MO, óxidos e hidróxidos, minerales amorfos Parámetros hidrogeológicos: permeabilidad, curva de retención Caracterización hidromecánica: agrietamiento, flujo preferencial Selección de los metales a estudiar Cr(VI), Ni(II) y Mn(II) Estudios de adsorción y desorción Ensayos de Batch con los tres metales Experimentos de flujo y transporte en columnas de residuo -Trazadores y metales en medio poroso continuo SAL y ACL - Trazadores y metales en medio poroso agrietado ACL Simulación numérica Conclusiones Figura 1.1. Diagrama de flujo con la metodología de trabajo. �Introducción 8 4. Organización y contenidos de la tesis El primer capítulo describe el área de estudio, detallando sus principales características climáticas, geológicas y económicas, con énfasis en las actividades minero-metalúrgicas, pues son las que han provocado el deterioro de la calidad de las masas de aguas superficiales y subterráneas del área de estudio. En el Capítulo 2 se analiza el estado del conocimiento sobre los residuos mineros y una síntesis de sus principales características y la problemática ambiental relacionada con los residuos derivados de los procesos minero-metalúrgicos. El énfasis se realiza en su efecto sobre las masas de aguas continentales y las consecuencias que provocan sus lixiviados. En el Capítulo 3 se detallan las técnicas, métodos y equipos experimentales utilizados y desarrollados para la investigación. Junto a la descripción de los equipos se incluyen las calibración y la precisión de los diferentes sensores utilizados en la investigación. En el Capítulo 4 se introducen una serie de conceptos relacionados con las características generales de los modelos de flujo y transporte para los medios porosos. Finalmente se describen los modelos de flujo y transporte de solutos que se utilizan para simular los ensayos con solutos conservativos y reactivos realizados en las columnas de residuos. El Capítulo 5 se analiza la calidad de las aguas superficiales y subterráneas de la cuenca hidrográfica del río Moa que está siendo afectada por las actividades minero-metalúrgicas. En él se establecen las características físicas y químicas de las aguas superficiales y subterráneas y se delimitan las fuentes de contaminación. La caracterización física, química e hidromecánica de los residuos minero-metalúrgicos se desarrolla en el Capítulo 6, donde se analizan los diferentes factores que condicionan el flujo saturado y no saturado en estos residuos, así como el desarrollo de las grietas de desecación en el residuo ACL y su influencia sobre la permeabilidad. El Capítulo 7 se centra en el estudio del comportamiento cinético de los metales Ni(II), Cr(VI) y Mn(II) en los dos residuos metalúrgicos existentes en el municipio Moa. En este �Introducción 9 capítulo se realizan los estudios cinéticos en sistemas cerrados (ensayos Batch) y en sistemas abiertos (ensayos de flujo y transporte de solutos en columna) a diferentes velocidades. También se realizan ensayos para diferentes condiciones de pH y concentración de solutos y un estudio comparativo de las capacidades de adsorción de estos residuos con otros materiales. En el Capítulo 8 se realiza la modelación de los ensayos de flujo y transporte en columna mediante el uso de los modelos de flujo y transporte de dos sitios. Estos modelos se utilizan para reproducir los ensayos en medios poroso homogéneo y estimar todos los parámetros que los caracterizan. En el Capítulo 9 se realiza el estudio del comportamiento hidromecánico de una columna de residuos sometida a procesos de secado e infiltración. También se analizan los resultados de los ensayos de flujo y transporte de solutos en una columna de residuos con presencia de flujo preferencial debido a la existencia de grietas de desecación y estratificación en el medio poroso. Finalmente en el Capítulo 10 se resumen los resultados y conclusiones alcanzados. Se establecen las líneas de investigación futuras y se dan recomendaciones sobre aspectos a tener en cuenta en la gestión y monitoreo de los residuos mineros. Los resultados del trabajo realizado que se exponen en el desarrollo de la memoria de la tesis se complementa con 173 figuras, 94 tablas y 36 fotos. �UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona Departamento de Ingeniería del Terreno y Cartográfica ESTUDIO EXPERIMENTAL DE FLUJO Y TRANSPORTE DE CROMO, NÍQUEL Y MANGANESO EN RESIDUOS DE LA ZONA MINERA DE MOA (CUBA): INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO HIDROMECÁNICO Tesis doctoral presentada por: Roberto L. Rodríguez-Pacheco Junio de 2002 Dirigida por: Dra. Lucila Candela Lledó Dr. Antonio Lloret Morancho �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 11 Capítulo 1. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO MUNICIPIO DE MOA (CUBA) 1. Zona de estudio 1.1. Ubicación geográfica El Archipiélago cubano, constituido por la Isla de Cuba y unos 4100 islotes, está situado en el Mar Caribe, latitud norte entre los 19,8oN a 23,4oN y longitud oeste entre los 74oW (Figura 1.1). Figura 1.1. Ubicación geográfica de la isla de Cuba y el municipio de Moa. El municipio de Moa, área objeto de nuestro estudio, se encuentra en el extremo más oriental de la isla de Cuba, a 200 Km de la ciudad de Holguín y a unos 1000 Km de Ciudad de la Habana, la capital de la isla de Cuba. Constituye el municipio minero más importante del país, con una producción de 50 000 toneladas por año de níquel y cobalto (UNI, 1994) y 30000 toneladas por año de cromo, (Proenza, 1998). Posee dos plantas metalúrgicas en explotación y una en construcción, puerto, aeropuerto y una población de 75000 habitantes (Figura 1.1 y 1.2). Como se observa en la Figura 1.3, el volumen de actividades minero-metalúrgicas está centrado en un pequeño sector al norte del municipio. El municipio minero de Moa forma parte del sistema montañoso Moa-Baracoa. Esta región representa la zona de mayor biodiversidad del país con un 68% de especies autóctonas (Reyes y del Risco, 1993). El área sur del municipio queda englobada dentro de la reserva de la biosfera declarada por la UNESCO en el año 1998. Uno de sus elementos naturales más destacados es el desarrollo de los bosques de coníferas típicos de esta región del país. �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 12 Océano Atlántico Figura 1.2. Ubicación del Municipio minero de Moa en la provincia de Holguín (ICGC, 1986). Municipio de Baracoa Municipio Sagua de Tánamo Océano Atlántico Municipio Yateras Figura 1.3. Principales instalaciones que conforman la infraestructura del distrito minero de Moa: 1) combinado mecánico, 2) presa de residuos inactiva, 3) embalse de agua, 4) planta metalúrgica de lixiviación ácida (SAL), 5) planta de tratamiento de agua, 6) presa de residuos en explotación planta metalúrgica SAL, 7) laguna de oxidación, 8) presa de residuos en explotación planta ACL, 9) planta metalúrgica de lixiviación con carbonato amoniacal (ACL), 10) planta metalúrgica en construcción, 11) planta de beneficio del cromo, 13) puerto, 14) mina de cromo subterránea Mercedita en explotación, 15) minas de Ni y Co a cielo abierto, 16) presa de residuos en construcción, 12 y 17) mina de cromo (inactiva). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 13 Se caracteriza por un relieve escarpado donde el 6% de la superficie es de llanuras aluviales fundamentalmente y el 94 % montañas. En una línea perpendicular a la costa Norte-Sur se pasa de la cota cero (NMM) a 1175 m en una distancia horizontal de 16 Km., sobre el plano topográfico. La altura topográfica máxima la constituye el Pico del Toldo con una altura sobre el nivel del mar de 1175 m (Figura 1.3 y 1.4). Presenta pendientes muy marcadas con valores medios de 5 a 20%, en regiones muy elevadas pueden alcanzar valores muy superiores (Rodríguez et al., 1996). Al sur, en el valle de los Ríos Moa y Cayo Guam se pueden apreciar taludes casi verticales. Figura 1.4. Mapa de altitudes del municipio minero de Moa (ICGC, 1986). 1.2. Clima El clima es tropical húmedo, siendo una de las áreas de mayor pluviometría del país. El volumen de precipitaciones alcanza valores comprendidos entre 1000-4000 mm/año (Gagua �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 14 et al., 1976), con una media histórica de 2058 mm/año (Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos -INRH, período 1973-1995). El mes más lluvioso es mayo mientras que el de menor lluvia es enero (Figura 1.5). La humedad relativa media anual es del 85%. En la Figura 1.5 se aprecia que los meses de mayor humedad son octubre, noviembre y diciembre, mientras que las menores humedades relativas se registran en el mes de marzo (Téllez, 1995, Rodríguez y Téllez, 1995). Hay que destacar que los datos analizados corresponden a la estación climática El Sitio, que se encuentra muy cerca de la costa. El valor medio anual de la temperatura del aire es de 24,5 oC. En la Figura 1.5, se muestra una variación de la temperatura entre las máximas y las mínimas de unos 9 grados, como media. Los meses más calurosos son julio, agosto y septiembre, mientras que los más fríos son diciembre, enero y febrero. Según Lavaut (1998) se pueden experimentar fluctuaciones espaciales de la temperatura de 10 a 15 grados considerando la diferencia climática vertical en la atmósfera de las áreas montañosas. La evaporación real se cifra en una media de 1 600 mm/año (INRH, 1986), siendo los meses de más evaporación julio y agosto con una media superior a los 229 mm, mientras que los de menor intensidad son noviembre, diciembre y enero, siendo la más baja en enero con una media de 134 mm. Se puede apreciar en la Figura 1.5, que se producen grandes diferencias entre las mínimas y máximas de evaporación en un mes, que en algunos casos alcanzan los 100 mm de diferencias (como en el mes de abril). Considerando la diferencia entre evaporación y precipitación el balance hídrico anual puede situarse entre los 400 y 458 mm (Rodríguez et al., 1998a). Si se superponen los valores de precipitación de tres estaciones pluviométricas existentes en el municipio y los valores de la evaporación total en la estación El Sitio en un mismo gráfico (Figura 1.6) se puede apreciar la existencia de un déficit de humedad en las tres estaciones pluviométricas. En el Calentura existe un déficit entre los meses de febrero y abril y otro entre los meses de junio y septiembre, siendo este último donde se observa un mayor período de tiempo con déficit. Por otra parte en el Pluviómetro Moa existe déficit casi todo el año salvo �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 15 en el período octubre-enero, sin embargo en el caso del pluviómetro Arroyo Bueno la situación sería intermedia. Temperatura ( C) 35 o 30 25 20 Mínimas Máximas Media 15 Humedad relativa (%) Humedad relativa (%) 95 90 85 80 75 70 Evaporación (mm/mes) Evaporación (mm) 300 250 200 150 100 50 E F M A M J J A S O N D Meses Figura 1.5. Representación de los valores máximos, mínimos y medios de la temperatura, la evaporación y la humedad relativa mensual en el período de observación de 1973-1995. Estación climatológica El Sitio, S. De Tánamo (INRH-Holguín). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 16 Precipitaciones (mm/mes) 600 Pluviómetro Moa 500 Pluviómetro Arroyo Bueno Pluviómetro Calentura Evaporación Déficit de humedad 400 300 200 100 0 E F M A M J J A S O N D Meses Figura 1.6. Valores medios mensuales de precipitación en tres pluviómetros y evaporación en la estación climatológica El Sitio (S. De Tánamo) (INRH-Holguín, período 1973-1995). El viento se caracteriza por ser muy variable presentando una velocidad máxima de 10 m/s y mínima de 1 m/s; el valor medio anual es 2 m/s, con una dirección predominante NE. El viento es un parámetro importante en la región de Moa, pues controla el movimiento de las emanaciones industriales vertidas a la atmósfera (Pérez et al, 1991). Según los estudios de Hurtado et al., (1999) la frecuencia de procedencia de los vientos es la que se muestra en la Tabla 1.1A, donde se aprecia que solamente tres componentes de la dirección del viento (NE; ENE y E) superan el 10 % de frecuencia anual. Tabla 1.1A. Comportamiento anual de los vientos. Dirección % de observaciones Días del año Dirección % de observaciones N NNE NE ENE E ESE SE SSE 9.53 3.25 11.11 13.76 17.45 8.31 1.45 0.42 34.67 11.86 40.51 50.18 63.69 30.29 5.29 1.46 S SSW SW WSW W WNW NW NNW Calmas 2.81 2.51 6.31 5.85 2.45 1.81 0.82 3.05 9.25 Días del año 10.22 9.12 22.99 21.35 8.94 6.57 2.92 11.13 33.76 1.3. Marco geológico El municipio minero de Moa se encuentra geológicamente ubicado en la faja ofiolítica Mayarí Baracoa. Esta faja se localiza en el extremo oriental de la Isla de Cuba (Figura 1.7). Según el trabajo de Iturralde-Vinent (1996) se trata de un cuerpo alóctono de carácter tabular con una longitud de 170 Km. y un espesor de más de 1000 m. En este macizo es posible distinguir diferentes mantos de cabalgamiento, en los que se aprecian escamas tectónicas de diferentes espesores (Figura 1.7). En los estudios más recientes Proenza (1998) divide esta faja ofiolítica �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 17 en dos grandes macizos: I) Macizo Moa Baracoa y II) Macizo Mayarí-Cristal. El Macizo Moa Baracoa, que se corresponde con el área de estudio se distinguen diferentes materiales geológicos, que se caracterizarán a continuación. Figura 1.7. Ubicación de la faja ofiolítica Mayarí-Baracoa (Iturralde-Vinent, 1996). Los números indican la ubicación de las principales áreas de distribución de los depósitos lateríticos de níquel y cobalto: 1- Pinares de Mayarí, 2- Nicaro, 3- Moa, 4- Punta Gorda-Yagrumaje, 5- Las Camariocas, 6Cantarana-La Delta, 7- Santa Teresita, 8-La Fangosa, 9- Iberias y 10- Piloto. - Formación Río Macío (Holoceno): esta integrada por los materiales aluviales de las terrazas de los ríos Moa, Cabañas y Cayo Guam (CGCO, 1980). La estratigrafía es bastante compleja, encontrándose hasta 8 capas donde es muy difícil poder definir la continuidad de las diferentes capas. En la zona de estudio, terrazas del río Moa (Figura 1.8 y 1.9), el área es de unos 10 Km2 de extensión y su espesor de 25-35 m, está formada por los sedimentos aluviales depositados por el río Moa y el Cabañas. La granulometría está compuesta por gravas, arenas, limos y arcillas (INRH, 1986). Se encuentran pellets de hierro de diferentes tamaños y fragmentos de rocas ultramáficas serpentinizadas (peridotitas y harzburgitas). La mineralogía se caracteriza por la presencia de óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. Los �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 18 minerales de hierro son hematita, goethita, magnetita, y de aluminio principalmente gibbsita. Además hay pequeñas cantidades de montmorillonita que no sobrepasan el 1%. El contenido de materia orgánica en la parte superior del corte (primeros 2 m) puede llegar al 1% del peso total (INRH, 1986). Figura 1.8. Esquema geológico del Municipio de Moa. 1- Formación Río Macío. 2- Gabros de Complejo Ofiolítico. 3-Formación Quiviján, 4)- Formación Sabaneta. 5- Peridotitas y harzburgita del Complejo Ofiolítico 6- Formación Punta Gorda. 7- Ríos. 8. Fallas. (según Formell y Oro, (1980); Trutié, (1988); INRH, (1986)). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 19 Figura 1.9. Columna litológica de uno de los pozos del acuífero aluvial del Río Moa. Formación Río Macío. Coordenadas UTM: X=699.100 y Y= 221.050 (INRH, 1986). - Formación Punta Gorda (Mioceno, Formell y Oro, 1980): está constituida por suelo laterítico redepositado y pequeñas capas de material terrígeno carbonatado de granulometría variada, presentando lentes de material arenoso y capas de material limo-arcilloso. En ella es posible diferenciar una capa de margas masivas de unos 40 cm de espesor (Figura 1.10). Están presentes diferentes capas de material areno-arcilloso y pellets de hierro de diferentes tamaños (entre 1-15 mm). En los minerales predominan los óxidos e hidróxidos de hierro (goethita, �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 20 espinelas de cromo, hemtitas), carbonatos, así como gibbsita y montmorillonita (Figura 1.10). En esta formación se ha reportado la presencia de pirita (Formell y Oro, 1980). Figura 1.10. Columna litológica y composición química de los materiales de un pozo perforado en la Formación Punta Gorda. Coordenadas UTM: X=701.800 y Y= 220.700 (Formell y Oro, 1980). - Rocas volcánicas y volcano-sedimentarias: están representadas por la formación Quiviján (Cretácico) y la formación Sabaneta (Paleógeno) (Figura 1.8). El espesor del complejo volcanosedimentario se estima en 1200 metros (Quintas, 1989, Rodríguez et al., 1989). La formación Quiviján incluye basaltos amigdaloides y porfídicos. En ocasiones los pórfidos presentan estructura de almohadilla. Se diferencian además intercalaciones de hialoclastitas, tobas capas de cherts y calizas, (Quintas, 1989). La formación Sabaneta está compuesta por tobas, con estratificación gradacional que han sufrido proceso de zeolitización (Orozco y Rizo, 1998). En las rocas zeolitizadas están presentes diferentes minerales del grupo de las �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 21 zeolitas entre las que se encuentran la clinoptinolita (50-70% del peso), mordenita (10-15% del peso). En menor medida se encuentra la arcilla motmorillonita con contenidos entre 1-2 % del peso total. - El macizo de rocas ultramáficas Moa–Baracoa: se caracteriza por el desarrollo de un importante grupo de rocas ultramáficas y básicas. En el macizo predominan las harzburguitas y peridotitas serpentinizadas. En menor medida están presentes dunitas, dunitas plagioclásicas, wehrlitas, lhersolitas y piroxenitas. El complejo ultramáfico se ha datado con una edad de Jurásico-Cretácico Temprano (Iturralde-Vinent, 1996). Se considera que las rocas ultramáficas serpentinizadas presentan un espesor superior a los 1000 metros, en forma de escamas tectónicas muy fracturadas (Fonseca et al., 1985; Torres, 1987; Rodríguez y Proenza, 1992). En el macizo de rocas ultramáficas existen numerosos cuerpos de cromitas, sills de gabros, diques de gabros y pegmatoides gabroicos (Figura 1.8 y 1.11) (Trayer, 1942). Los sills de gabros y los cuerpos de cromitas se localizan en la zona de transición entre las peridotitas con textura de tectonitas y los gabros bandeados (Proenza y Melgarejo, 1996; 15 m Proenza, 1998). Las harzburgitas están fuertemente fracturadas (Foto 1.1 y 1.2). Foto 1.1. Afloramiento de las rocas ultramáficas muy agrietadas. Carretera Moa-Sagua. Se destaca la falta de corteza laterítica, altura del talud 15 m. Las harzburgitas serpentinizadas presentan una composición mineralógica variable con un 7390% de olivino, ortopiroxeno entre el 8-20%, cromitas accesorias entre 1-2% y clinopiroxenos entre 0-1%. Las dunitas serpentinizadas presentan una composición mineralógica donde predomina el olivino con valores entre un 96-98%, ortopiroxeno (hasta 3%), cromita accesoria (hasta un 2-4 %) (Proenza 1998. Proenza et al., 1999b). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 22 Figura 1.11. Columna geológica sintética de los macizos de rocas ofiolíticas de Moa-Baracoa, donde se pueden observar los principales tipos litológicos existentes. La dimensión en vertical no está a escala (Proenza, 1998). Asociado a las rocas ultamáficas (peridotitas y harzbugitas) se ha reportado la presencia de diferentes sulfuros de Fe, Ni, Fe-Ni, elementos nativos, así como diversas aleaciones de hierro níquel. Los diferentes sulfuros están diseminados en la matriz de la roca y su concentración es muy baja, entre los que se encuentran la pirrotita (Fe1-xS), pentlandita (S8(Fe,Ni)9), cubanita (Cu2FeS2), calcopirita (CuFeS2) y en menor medida calcocina (SCu2). Los principales sulfuros determinados son la penlandita y la heaslewoodita (Proenza et al, 1999a, Proenza et al., 2001). - Los cuerpos de gabros: forman grandes bloques y diques incluidos en el macizo ofiolítico, cuyos contactos con los otros tipos litológicos son generalmente tectónicos (Figura 1.8 y 1.11). Las dimensiones de los cuerpos de gabros son variables con 1-3 Km. de ancho y de 1015 Km. de longitud. Se estima que presentan un espesor medio de 500 metros (Fonseca et al., 1985). Muchas veces los cuerpos de gabros están cubiertos por las rocas ultramáficas fundamentalmente peridotitas. Los principales tipos litológicos descritos en estos cuerpos son: gabros olivínicos, gabros noritas, gabros, anortosita y noritas (Fonseca et al., 1985, Ríos y �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 23 Cobiella, 1984, Proenza, 1998). La edad de éstos es la misma que las del complejo ultramáfico. La composición mineralógica de los gabros es 40-60% de clinopiroxenos, plagioclasa (30-50%), y olivino (hasta un 20%), cromita accesoria (1 %) (Proenza et al., 7m 1999b). Plano de Falla Foto 1.2. Grietas y planos de falla en las rocas ultramáficas (Río Moa). Sobre las peridotitas y harzburguitas serpentinizadas se desarrolla una corteza laterítica rica en Ni y Co (Yacimientos lateríticos que caracterizaremos más adelante, Figura 1.7). Las fases minerales presentes en el corte laterítico son óxidos e hidróxidos de hierro como la goethita, espinelas (magnetita, magemita y espínelas cromiferas) y hematita. Estos minerales representan entre el 80 y el 90% de la composición modal de las laterítas. En menor medida aparecen cuarzo, minerales de manganeso, gibbsita, carbonatos y arcillas como la montmorillonita y la saponita. 1.3.1. Tectónica del área de estudio y sismicidad El área se caracteriza por una gran complejidad tectónica en la que se desarrollan dos sistemas de fallas principales NE-SW y NW-SE. El sistema NW-SE desplaza al primero y se caracteriza por presentar menor extensión que el NE-SW. El ángulo de buzamiento de las dos zonas de fractura es entre 60-80 grados (Trutié, 1988). Las discontinuidades tectónicas (fallas �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 24 y fracturas) del sistema NW-SE están rellenas de cuarzo y diferentes diques de rocas básicas. En las zonas de fractura se ha reportado la presencia de carbonatos, así como precipitados de magnesita (Trutié, 1988; Proenza, 1998). De acuerdo con los estudios de Rodríguez et al., (1996) y Rodríguez, (1998) la región se clasifica como sísmicamente activa. Según la actividad sísmica el área se clasifica como área con riesgo sísmico de segunda categoría, por lo que se pueden generar seísmos de hasta 7 grados de magnitud en la escala MSK. En la Figura 1.12, se muestran los epicentros de los seísmos registrados en la región oriental en el período 1979–1994 (Cotilla, 1998). La gran mayoría de los epicentros de los seísmos se registran al sur de Cuba Oriental. En el caso de la costa norte donde se encuentra el municipio de Moa el número de seísmos es menor aunque en los últimos tiempos de acuerdo a las estadísticas parece ser que esta actividad se ha incrementado. Moa Figura 1.12. Epicentros de seísmos registrados en la región oriental de la Isla de Cuba y áreas aledañas 1979-1994, con profundidad del epicentro h≤30 Km. (Cotilla, 1998). En el municipio de Moa se han registrado un número considerable de estos eventos con profundidad del epicentro menor o igual a 30 Km. En los años 1995 y 1996 se registraron en el municipio de Moa dos seísmos de una intensidad de 4 grados que provocaron grietas en las �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 25 balsas de residuos (Foto 1.3) y en las paredes de los edificios (Carménate y Riverón, 1999, 5m Guardado y Riverón, 1997, Guardado y Carménate, 1996 ). Grietas Foto 1.3. Grietas de uno de los muros de la presa 2 de la Figura 1.3, producidas por el seísmo de 1995. Altura media del talud 5 m. 1.4. Yacimientos minerales El distrito minero de Moa se caracteriza por la existencia de cuantiosas reservas minerales entre las que se encuentran yacimientos de cromo, zeolitas , materiales de construcción y los yacimientos lateríticos de níquel y cobalto. En este apartado se caracteriza el corte laterítico, pues constituye el material inicial que entra al proceso metalúrgico para extraer el Ni y el Co. Ello permitirá conocer con mayor claridad las características de los residuos de los procesos metalúrgicos. El perfil de los yacimientos lateríticos del norte de oriente ha sido caracterizado por diferentes investigadores (De Vletter, 1955; Kudelasek y Zamarsky, 1971; Vera, 1979; Formell, 1979; Segalen et al., 1983; Cordeiro et al., 1987; Navaretes y Rodríguez, 1991;Rojas et al., 1993; Rojas y Orozco, 1994; Rojas y Beirys, 1994; Almaguer y Zamarzry, 1993; Almaguer, 1995; Lavaut, 1998). De acuerdo con el grado de desarrollo del corte laterítico se puede aplicar la clasificación de Frederich, et al., (1987), para la que, el corte laterítico in situ se divide en �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 26 cuatro zonas: zona limonítica superior, zona limonítica inferior, zona de transición o lixiviación y zona saprolítica (Foto 1.4, Figura 1.13). La descripción del corte laterítico que se expone a continuación es la del material que se ha formado sobre las rocas ultramáficas (peridotitas y harzburguitas serpentinizadas típicas del Manto, Figura 1.11), pues este corte puede variar sus características en función de la composición petrológica del área del macizo ofiolítico en que se encuentre y del grado de desarrollo del perfil laterítico, así como de los procesos geológicos que hayan tenido lugar en el área, tales como erosión y redeposición de las cortezas lateríticas. En el corte laterítico se pueden distinguir cuatro zonas que caracterizaremos a continuación (Foto 1.4 y Figura 1.13). 1-Zona limonítica superior 12 m 2-Zona limonítica inferior 3-Zona de transición 4-Zona saprolítica Foto 1.4. Zonas del corte laterítico (yacimiento, Moa). 1- Zona limonítica superior: presenta un color marrón oscuro. La potencia es variable entre 0.2-2 m. La granulometría es areno-limo-arcillosa (Monzón, 1975). La fracción de partículas tamaño arena en este caso puede llegar al 5%. El pH de esta capa es ligeramente ácido entre 5.1-6.5 (Kudelasek y Zamarsky, 1971). La mineralogía está compuesta por óxidos e hidróxidos de hierro (Tabla 1.1B). En la parte superficial se observan partículas de forma esférica de hidróxidos de Fe, que frecuentemente están cementadas entre sí por material ferruginoso, de composición similar al que forman los propios hidróxidos, estos procesos de cementación dan lugar al crecimiento de planchas y bloques de variadas dimensiones, que pueden alcanzar ocasionalmente varias toneladas de peso (Vera, 1979). Estas capas son las que se conocen en la literatura como “ferralitas o ferricretas”. El proceso de cementación de los hidróxidos de hierro es el resultado de los procesos sucesivos de secado y humedecimiento a los que están expuestos en corte laterítico en condiciones naturales debido a las variaciones climáticas anuales (ver Figura 1.6, en datos climáticos en este mismo capítulo). Su contenido medio en los diferentes elementos es: Ni menor del 0.9%, Fe entre 35 y 50%, Mg del 1 al 5%, el de Cr entre 1-3%, el de Al entre el 5-10%, el de Mn menor del 1%, el Co entre el 0.01- �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 27 0.07%. Se pueden encontrar además pequeñas concentraciones de Cu, Zn, V y Ti. Esta parte del corte es el material que en el proceso de explotación de los yacimientos lateríticos forma los escombros o estériles (Figura 1.13; Foto 1.4 y Foto 1.5). Según la FAO-UNESCO (1989), esta parte superior del corte laterítico donde se desarrolla la vegetación se clasifican como Ferrasoles dentro del sistema internacional de clasificación de los suelos. 2- Zona limonítica inferior: presenta un color marrón oscuro. Su potencia es variable 2-6 m. Presenta una humedad mayor que la zona superior. La granulometría es limo-arcillosa, predominando la fracción limo. El pH de esta capa es ligeramente ácido entre 6.2-6.5 (Buguelskiy y Formell, 1973a y 1973b). Presenta una composición mineralógica y química similar a la superior (Tabla 1.1B). En esta zona se aprecia una disminución del contenido de Al y Fe y un incremento de Si, Mg y Ni (Figura 1.14). La principal diferencia respecto a la zona anterior es su contenido de níquel y la granulometría del material. El contenido de Ni es de 0.8-1.5%, Fe 35-45%, Mg 0.1-5%, Si de 2-5% (Vera, 1979; Capote et al., 1993 Almaguer y Zamarzry, 1993; Lavaut, 1998, Cerpa et al., 1999) (Figura 1.13). Tabla 1.1B. Composición mineralógica predominante por zona del corte laterítico (en % en peso semicuantitativo a partir de los resultados de rayos X, 3 muestras por zona). Minerales Óxidos hidróxidos hierro Minerales grupo de serpentina Espinelas Gibbsita Cromitas Minerales manganeso Formula Química Zona limonítica Superior 60-65 e Goethita FeOOH, de Hidrogoethita FeOOH n OH Hematita (Fe2+O3) 2-5 del Forsterita (Mg2SiO4) la Clorita (H4Mg3Si2O9 ) Lizardita Mg3(SiAl)2O5OH4 Antigorita (Mg6(Si4O10)(OH)) Magnetita (Fe2+Fe23+O4 ) 1-3 Maghemita (Fe3+O3) Al(OH)3 de 12-20 2-3 0.4-1.2 Inferior 60-70 Zona de transición Zona saprolítica 60-80 15-35 3-5 2-4 4-6 1-3 25-30 3-4 1-3 1-2 8-10 1-3 0.3-1 3-5 1-2 0.1-0.4 1-2 0.1 0-0.2 3- Zona de transición: constituye la zona de transición entre la zona limonítica y la saprolítica. La coloración del corte es pardo - amarilla. Está formada por un material de granulometría limo-arcillosa, con predominio de la fracción limo. La potencia media de esta zona es variable entre 5 - 10 m de espesor; en su interior se pueden encontrar bloques de la zona saprolítica (Kudelasek y Zamarsky, 1971, Vera, 1979; Almaguer, 1994; Lavaut, 1998). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 28 El contenido de humedad crece con la profundidad. Esta zona se corresponde con la zona de variación del nivel freático del agua durante las diferentes estaciones del año (ciclos de secado y humedecimiento), aspecto que favorece la disolución y precipitación de los diferentes elementos o compuestos químicos, así como el desarrollo de los procesos de oxidación de los minerales por la entrada de los diferentes gases atmosféricos (principalmente oxígeno) al bajar el nivel freático. El pH de esta capa es prácticamente neutro entre 6.8-7.1. La mineralogía es predominantemente de óxidos e hidróxidos de Fe, Mg, Al, Mn y minerales del grupo de serpentinas (Tabla 1.1A). La concentración de níquel en esta zona es generalmente superior a 1,2%, con rangos entre 1.2 y 3.2%. El contenido de Mg es variable entre un 3-10%, Fe entre un 25-35% (Buguelskiy, Formell, 1973a y 1973b; Vera, 1979; Cordeiro et al., 1987; Rodríguez, 1991;Almaguer, y Zamarzry, 1993, Almaguer, 1995; Lavaut, 1998) (Figura 1.13). 0 Potencia media (m) Superior 0.2-2 Zona limonítica Potencia (m) 4 2-6 Inferior Zonade de Zona Transición transición 8 2-4 Zona saprolítica 12 6-10 16 0.01 Fe >1000 Roca ultrabásica 0.1 1 % en peso Si Mg 10 Al 100 Mn Ni Cr Co Figura 1.13. Perfil del corte del yacimiento laterítico Moa. Distribución de los principales elementos químicos en el corte de acuerdo con la profundidad. 4- Zona saprolítica: está compuesta por peridotitas y harzburguitas serpentinizadas muy meteorizadas. La coloración verde-amarillo varía en relación con su grado de alteración. Esta zona presenta mayor irregularidad en cuanto a su extensión y potencia, presentando esta �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 29 última un valor medio entre los 4-10 m. Normalmente el material se encuentra en estado saturado. La granulometría es de tipo limo-arcilloso, predomina la fracción limo en más del 50% de su peso. El pH de esta capa es de neutro a ligeramente básico entre 7.0-8.2 (Kudelasek y Zamarsky, 1971). Mineralógicamente predominan los minerales del grupo de la serpentina (Tabla 1.1B). Esta zona va pasando de su forma meteorizada a las rocas ultramáficas agrietadas. El contenido de níquel en esta zona es del orden de 1.5-3%, el Fe entre el 10-25%, el Mg 10-20%, Si 20-30% (Buguelskiy y Formell, 1973a y 1973b, Ostromov et al., 1985; Ostromov et al., 1987) (Figura 1.13). De las capas del corte laterítico se utilizan industrialmente las zonas limonítica inferior, la de transición y la saprolítica. Las dos primeras zonas se emplean en el proceso metalúrgico de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL) y las tres zonas en el proceso de lixiviación con carbonato amoniacal (ACL). 1.5. Procesos minero-metalúrgicos 1.5.1. Minería a cielo abierto La actividad minera a gran escala en los yacimientos lateríticos se inició en el año 1942 en el municipio de Mayarí y en 1962 en el municipio de Moa. Durante este período de explotación minera se ha producido una importante afectación al ecosistema debido al proceso de deforestación. Durante estos 60 años de actividad minera han sido deforestadas 5000 ha de bosques (UNI, 1994). Durante la apertura de los yacimientos a explotar se elimina la capa de suelo y la zona liminítica superior del corte laterítico que no cumple los contenidos de níquel necesarios para ser explotada en el proceso metalúrgico (menor del 0.9% en peso). El volumen de estéril o escombro que se genera en las áreas mineras de Moa y Nicaro durante la apertura de los yacimientos es superior a los tres millones de toneladas anuales (Rodiles y Chibunichev, 1986; Coello et al., 1998). El material estéril o escombro es almacenado en las áreas próximas a la mina, dando lugar a las escombreras de materiales prácticamente sueltos y contaminados (Antrosoles, Foto 1.5), con elevados contenidos de metales pesados (Fe, Ni, Co, Mn, Cr, ver Figura 1.13). Por efecto de las precipitaciones atmosféricas estos estériles son erosionados y transportados por la escorrentía de las aguas meteóricas hasta los cauces de las aguas superficiales, lo que provoca la contaminación de las aguas superficiales, subterráneas y la bahía (impacto sobre las aguas) (Foto 1.6). Estas escombreras constituyen además una �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 30 manifestación de variación de la morfología local y un impacto paisajístico en el medio natural. La explotación del yacimiento laterítico presenta dos variantes, si la explotación se realiza para las plantas de lixiviación carbonato amoniacal (ACL), se explota el corte laterítico desde la zona limonítica inferior hasta la saprolítica del perfil de las lateritas (Figura 1.13, Foto 1.4). Si el proceso de extracción de lateritas se realiza para la planta de lixiviación ácida (SAL), el yacimiento es explotado parcialmente (zona limonítica y de transición, Figura 1.13, Foto 1.4), debido a que solamente se explotan las capas de mayor grado de oxidación dejando en el yacimiento la parte de la zona saprolítica muy rica en níquel y magnesio. Esta capa no se explota porqué el magnesio es un gran consumidor de ácido. Durante la extracción de la masa mineral se presenta una afectación importante sobre el nivel freático (Foto 1.5), el cual al ser interceptado provoca la inundación de la mina. Las inundaciones de las minas provocan un incremento de la humedad de la masa mineral que encarece los costos de producción. En esta etapa el impacto sobre la morfología local es muy importante, así como el impacto paisajístico (Foto 1.5). Foto 1.5. Vista de la mina a cielo abierto de uno de los yacimientos de níquel en explotación, se observa la inundación por agua en la parte baja. �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 31 Foto 1.6. Erosión en cárcava en una escombrera. 1.5.2. Procesos de extracción del níquel y el cobalto La extracción de los elementos útiles del yacimiento laterítico (Ni y Co), se efectúa mediante dos procesos metalúrgicos: I) lixiviación con ácido sulfúrico (SAL), donde se emplea ácido sulfúrico en el proceso metalúrgico para la extracción del Ni y el Co en forma de sulfuro de níquel más cobalto y II) lixiviación con carbonato amoniacal (ACL) o tecnología Caron donde se emplea una solución carbonato amoniacal para la extracción del Ni y Co en forma de óxidos (Ponjuan y Rodríguez, 1981; Anthony y Flett, 1997). A continuación describiremos sintéticamente los procesos metalúrgicos que dan lugar a los residuos sólidos y líquidos en el municipio de Moa. Lixiviación con ácido sulfúrico: Este proceso se caracteriza por diversas etapas: la preparación de pulpa, etapa de lixiviación con ácido sulfúrico, neutralización de la acidez del licor residual con pulpa de coral y obtención de sulfuro de níquel más cobalto que constituye el producto final del proceso metalúrgico. En este caso se describirá brevemente la etapa de lixiviación ácida a presión, caracterizada por el desarrollo de un gran número de reacciones químicas. Para una mejor comprensión del proceso utilizaremos una composición de la masa mineral que entra al proceso compuesta por �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 32 los siguientes óxidos e hidróxidos de composición simple entre los que se encuentran: óxido de níquel (NiO), óxido de Cobalto (CoO), gibbsita (Al(OH)3), goethita (FeOOH); óxido de magnesio (MgO) y óxido de manganeso (MnO) (Anthony and Flett, 1997). El proceso de disolución de los anteriores compuestos en ácido sulfúrico se puede describir mediante la siguiente reacción, MO + H 2 SO4 → MSO4 + H 2O donde M es un metal divalente que puede ser: Ni, Co, Cu, Zn, Mg y Fe, y Mn o pueden ser metales trivalentes Fe(III), Al(III) M + H 2 SO4 → M 2 ( SO4 )3( aq ) + H 2O En el caso del Cr(III) de la laterita el resultado de la reacción es diferente, Cr ( III )( aq ) + H 2 SO4 → H 2Cr2O7( aq ) + S 2O( g ) + H 2O Las reacciones de disolución de los minerales del grupo de los silicatos presentes en la mena laterítica al reaccionar con el ácido sulfúrico pueden ser consideradas como la siguiente reacción de disolución y precipitación 3(Mg,Fe,Ni)O 2SiO2 2H2O+ 3H2SO4⇒3(Mg,Fe,Ni)SO4+2SiO2+ 5H2O El Fe que está en forma de goethita (FeOOH) es extraído de la solución en forma de ión férrico bajo las condiciones en que se desarrolle el proceso de acuerdo a las siguientes reacciones, 2FeOOH+3H2SO4⇒2Fe(SO4)3 + 4H2O 2Fe(SO4)3 +3H2O⇒Fe2O3 +3H2SO4 El hierro precipita en forma de hematita (Fe2O3) con la correspondiente regeneración del ácido sulfúrico que se incorpora nuevamente al proceso. La hematita pasa a formar parte de �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 33 las colas que son diluidas en agua y transportadas hasta las presas de residuo anexas a las factorías. El aluminio (Al) presente en la laterita en forma de gibbsita Al(OH)3 se transforma en bohemita AlOOH durante el calentamiento de la pulpa o cola mineral, la bohemita reacciona con el ácido sulfúrico y se disuelve de acuerdo a la siguiente reacción, 2AlOOH+3H2SO4⇒Al2(SO4)3 + 4H2O una parte importante del Al es hidrolizado y precipita en forma de sulfato con contenido de sales en forma de hidronioalunita, 3Al2(SO4)3 + 14H2O⇒2(H3O)Al3(SO4)2 + 5H2SO4 o como un sulfato básico de aluminio, Al2(SO4)3 + 2H2O⇒2Al(OH)SO4 + H2SO4 Si en el medio se encuentran presente cationes de sodio y potasio estos pasan a formar parte de la hidronioalunita. En el proceso de neutralización del licor residual con pulpa de coral ocurre la formación de yeso sólido mediante la siguiente reacción, CaCO3( s ) + H 2 SO4 → CaSO4( s ) + CO2( g ) + H 2O parte de este yeso es el que se encuentra en la presa de residuos. Lixiviación con carbonato amoniacal: este proceso es utilizado en la extracción del níquel y cobalto existentes en la corteza laterítica. El producto final es carbonato de níquel mas cobalto u óxido de níquel mas cobalto. El proceso consta de 4 etapas: triturado y secado del mineral, reducción, lixiviado con carbonato amoniacal y recuperación del metal de la solución (Anthony and Flett, 1997). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 34 Aunque el proceso de lixiviación es complejo y las reacciones que se producen están sujetas a distintas condicionantes, cabe señalar a las siguientes reacciones como las más representativas: 2Fe(s) + (O2,4N2) + 2(NH4)2CO3 +8NH3 ⇒2Fe(NH3)6CO3 +2H2O + 4N2 2Ni(s) + (O2,4N2) + 2(NH4)2CO3 +8NH3 ⇒2Ni(NH3)6CO3 +2H2O + 4N2 2Co(s) + (O2,4N2) + 2(NH4)2CO3 +8NH3 ⇒2Co(NH3)6CO3 +2H2O + 4N2 La solución acuosa que se obtiene con los diferentes metales en solución se somete a un flujo de aire a contracorriente. El aire es necesario para oxidar los metales, ya que ninguno es lo suficientemente activo como para poder desplazar el hidrógeno de una disolución amoniacal. También el aire aplicado en el proceso oxida al Fe(II) a Fe(III) que precipita en forma de óxido de Fe hidratado (hematita) lo que permite eliminarlo de la solución de acuerdo a la siguiente reacción, 3 2+ 2 Feaq + O2( g ) + H 2O → 2 Fe2O3 XH 2O( s ) 2 En esta etapa queda dividida la solución acuosa en dos, el Ni, Co, NH3 y CO2 forman la solución acuosa denominada licor producto y el hierro y los otros elementos en forma de óxido hidratado pasa a formar parte de las colas. En la Tabla 1.2, se da la composición media de estos elementos en cada una de las partes de la solución. Tabla 1.2. Composición de los principales elementos después del proceso de lixiviado y lavado del mineral laterítico (% en peso de la masa). Componente Licor producto Ni 1.22 Co 0.02 Fe 0.06 NH3 6.51 CO2 3.52 Colas 0.28 0.08 45.31 1.5.3. Los residuos minero-metalúrgicos La extracción del níquel y el cobalto mediante lixiviación ácida (SAL) y lixiviación carbonato amoniacal (LCA) (Ponjuan y Rodríguez, 1981; Anthony y Flett, 1997) genera grandes volúmenes de residuos sólidos, líquidos y gaseosos. En la Tabla 1.3 se presenta una síntesis del volumen de residuos que genera cada una de las plantas de acuerdo a los parámetros técnicos de construcción. Los volúmenes de residuos generados dependen de la eficiencia del �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 35 proceso metalúrgico. En el caso que nos ocupa, la extracción del Ni y el Co por lixiviación ácida es mucho más eficiente que el proceso de lixiviación por carbonato amoniacal, con una eficiencia superior al 90% en el primer caso y entre el 75 y 80% el segundo (Anthony y Flett, 1997). Residuos gaseosos: el volumen de gases vertido a la atmósfera es elevado, como se puede ver en todas las plantas supera las 10 toneladas diarias (Tabla 1.3). Los gases principales vertidos al medio son sulfhídrico y fluorhídrico. Los gases al salir a la atmósfera generalmente tienen una temperatura superior a los 80 grados (Pérez et al., 1991). Tabla 1.3. Volumen de residuos generados por las actividades metalúrgicas. Unión de Empresas del Níquel (UNI, 1994). Localidad Tipos de residuos Sólido (T/día) Líquido (m3/día) Emisión de polvo a la atmósfera (T/día) Gas SO2 (T/día) SO3 (T/día) Nicaro ACL 1000 7000 8 12 Moa SAL 4000 12000 16 2 Referencia ACL 1200 8000 10 17 (UNI, 1994) (UNI, 1994) (UNI, 1994) (UNI, 1994) Residuos líquidos: dentro de los residuos líquidos se debe distinguir: I) los que se vierten directamente como agua residual al río Cabañas procedentes de la planta de preparación de sulfuros (WL), de la de fábrica con proceso metalúrgico de lixiviación ácida (SAL) y los de la fábrica que utiliza el proceso de lixiviación carbonato amoniacal (ACL) y II) los líquidos que acompañan las colas (residuos sólidos del proceso metalúrgico) que son vertidos a las presas correspondientes a cada uno de los procesos ubicadas sobre las terrazas del río Moa. Agua residual: el agua residual de la planta de preparación de sulfuros de la fábrica de lixiviación ácida (WL) constituye uno de los residuos más estudiados. En la Tabla 1.4 se recogen los resultados analíticos de diferentes estudios, donde se puede comprobar la gran cantidad de metales y su acidez. La diferencia entre la composición y el pH de los residuos de las dos industrias se debe al proceso metalúrgico empleado. De acuerdo con UNI (1994) y Terrero et al., (1993a, 1993b) el volumen del residuo WL que se vierte diariamente al río Cabañas, afluente del río Moa es de 12 000 m3/día. Según estos mismos autores la planta de lixiviación ácida vierte al medio una carga de sólidos diluidos de 27 000 kg/día. Estos residuos provocan un gran impacto sobre el medio hídrico (Capítulo 5). Los residuos líquidos de la planta de ACL son vertidos conjuntamente con los residuos sólidos (Foto 1.7). �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 36 Tabla 1.4. Composición de los residuos líquidos (mg/L). WL es el residual de la planta de preparación de sulfuros de la fábrica de lixiviación ácida. SAL (WL) Ni Co Cu Fe Mg Mn Al Cr Zn H2S H2SO4 NH3 pH Referencias 51 1 390 2100 1510 5100 600 ACL 35 5 700 1800 1400 5000 60 20-50 2-10 260 105 500-800 200-2500 1100-1500 2500-500 5 17 0.6 0.2 52 100-200 7000-8000 1.2-1.3 Granda 1992 y Astorga, Izaguirre y Llópiz, 1997 1.3-1.5 UNI, 1994 210 8.5 Rodríguez et al., 1997 - Residuos sólidos: el 90% de la masa mineral que entra al proceso metalúrgico sale como residuo sólido y es depositado en las presas de residuos anexas a las factorías. Dentro de los sólidos hay que diferenciar la existencia de cuatro residuos sólidos: I) Mineral de rechazo: es el que no entra a la planta metalúrgica por no cumplir las características técnicas de granulometría y que es enviado a las presas de rechazo ubicadas en la parte sur del área (zonas mineras antiguas, Figura 1.3). II) Residuos metalúrgicos: son los residuos sólidos del proceso metalúrgico que son enviados a las presas de colas ubicadas sobre las terraza del río Moa en el municipio de Moa y a la bahía de Levisa en el caso de Nicaro (Figura 1.3). En ambos casos las presas se encuentran en las cercanías de las factorías (Tabla 1.5). III) Polvo emitido a la atmósfera: este residuo es típico de las plantas del proceso metalúrgico carbonato amoniacal (ACL), tanto en Moa como en Nicaro (Tabla 1.4). IV) Residuos sólidos de la planta de generación de los gases de reducción: en esta planta se realiza la combustión del carbón o del petróleo para generar los gases de reducción, los residuos de la combustión son depositados conjuntamente con las colas en las balsa de residuo. Estos residuos son generalmente ricos en alifáticos. De los residuos los más importantes por su volumen y efecto ambiental son los residuos sólidos y líquidos del proceso metalúrgico. Los residuos sólidos del proceso son mezclados con agua y transportados por tuberías en forma de efluentes líquidos y depositados de manera �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 37 puntual en un extremo de las balsas de residuos (tailing dam), sin ningún control medioambiental (Heredia, 1978). En el caso del municipio de Mayarí, se acumulan en la bahía de Levisa. Tabla 1.5. Composición de los residuos sólidos que se depositan en las presas de colas (% en peso). Residuos SAL Ni Mg Cu Co Fe SiO2 Cr Zn Mn Al S Referencia Presas 0.08 0.044 0.0042 0.011 47.00 4.02 1.65 0.005 0.48 4.03 3.64 UNI,(1994) Rechazo 1.04 Residuos ACL Nicaro Moa 0.21 7.90 0.030 0.04 40 20.43 0.32 0.6 8.1 0.01 0.11 0.10 39.45 49 7.49 20.2 1.63 1.72 0.05 0.81 1.2 0.72 6.24 2 3.23 0.12 0.13 Rojas y Carvallo, (1993) Rodríguez et al., (1998a) La composición media de la mezcla que se vierte a las presas (Foto 1.7) consiste en 30-40% de material sólido y un 60-70% de líquido. El pH del efluente SAL es ácido con valores entre 4-4.5, mientras que el del ACL es casi neutro pH entre 6.5-6.9. Ambos residuos se caracterizan por llevar gran cantidad de materiales en suspensión y disolución. La granulometría es areno-limo–arcillosa, con predominio de la fracción limo. El diámetro de las partículas varía generalmente entre 100 y 5 micras (Rodríguez et al., 1998b). Los residuos están compuestos mayoritariamente por óxidos e hidróxidos de Fe, Al y Mg. En la actualidad se acumulan unos 180 millones de toneladas de estos residuos en un área de 10 km2. �Capítulo 1. Descripción de la zona de estudio municipio de Moa 38 Foto 1.7. Vertido de los residuos del proceso ACL. Se vierten las colas y el residual líquido en la misma presa. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 39 Capítulo 2. LOS RESIDUOS MINEROMETALÚGICOS. ESTADO DEL ARTE 2.1. Introducción La existencia de las escombreras y presas de residuos mineros es un rasgo característico de las actividades mineras y metalúrgicas. En la actualidad la problemática ambiental relacionada con estos materiales y sus lixiviados se ha convertido en una línea de investigación de las ciencias de la tierra y el medio ambiente con especial interés en el campo de la geotecnia y la hidrogeología. El conocimiento de los residuos minero-metalúrgico exigen del estudio de sus propiedades física, mecánicas, hidromecánicas, geológicas, hidrogeológicas y geoquímicas. El conocimiento de cada una de estas ha evolucionado con cierta independencia, aunque en la actualidad se tiende al desarrollo multidisciplinario de la problemática ambiental de los residuos. De acuerdo con la literatura consultada se pueden diferenciar los principales campos de investigación en el que los residuos minero-metalúrgicos (presas de residuos y escombreras) han sido y son estudiados actualmente: I) El impacto ambiental sobre las masas de aguas continentales, marinas, suelo y atmósfera. - Contaminación de las aguas superficiales, subterráneas y marinas por compuestos orgánicos, metales y sulfatos (Bertlett and Kimble 1976; Anthony and Breimhurst, 1981; Morin and Cherry, 1988; Förstner, 1989; Sheppard and Thibault, 1991; Bullock and Bell, 1994; Goncalves, et al., 1994; Abdelsaheb et al., 1994; Narayan, 1998; Bonben et al, 1996; Schalscha and Ahumada, 1998, ITGE, 1999, Lee et al., 2001). - Hidrogeoquímica (Pulido-Bosch et al., 1995; Pescod and Younger, 1999; Younger, 2000) - Drenaje ácido de minas y métodos de neutralización (Van Bremen, 1973; Hem, 1985; Christensen et al., 1992; Imán and Watzlaf 1995; Watzlaf and Imán, 1995; Ver and Wisotsky 1995; Kaplan et al., 1995, Watzlaf and Imán, 1997; Ordoñes y Loredo, 1998; Ordoñes et al., 1998; Ramírez, 1998, Cabral et al., 1998, Chon and Hwang, 2000). - Emanaciones a la atmósfera y lluvia ácidas (Pérez et al., 1991). -Restauración y regeneración de áreas mineras (Macias, 1993; Aubertin et al., 1994, Aguado y Apodaca, 1996; Bisch and Quiñones 1998). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 40 - Monitoreo y gestión de los depósitos de residuos mineros (Martínez, 1998; TMW, 1998; PTICEG, 1998; FICEG, 1994). - Riesgo ambiental (Fernández, 1981; Weissberg, 1991; Manz and Castro, 1997). - Modelos numéricos (TMW, 1998; PTICEG, 1998; FICEG, 1994). II) Comportamiento geotécnico - Propiedades físico y mecánicas (Heredia, 1980; Swarbrick et al., 1992; Vick, 1996; Blight, 1994; Daniel, 1998; López, 1999; Moya, 2001 Alonso y Gens, 2001a y 2001b) - Características de liquefacción (Yasuhara et al., 1994; Barrera and Lara, 1998; Tibana and Campos, 1998; Dawson et al., 1998, Hyodo et al., 1998). - Propiedades hidromecánicas (medio saturado y no saturado) (McWhorter and Nelson, 1979; Swarbrick et al., 1992; Rodríguez et al., 1998a, 1998b). - Tipos de emplazamientos y estabilidad (Markland and Eurenius, 1976; Stoeva and Zlatanov, 1994; Junghans and Helling, 1998; Blight, 1998, Gipson, 1998). - Posibilidad de utilizarlo como materiales de construcción (TMW, 1998). III) Características geológicas - Composición mineralógica original (Ribet et al., 1995; Adamo et al., 1996) - Mineralogía (minerales de alteración y neoformados) y su posible reutilización como nuevas menas (Ribet et al., 1995, Rodríguez et al., 1998a). - Comportamiento geoquímico (Encabo et al., 1997, Fanfani et al., 1997; Ribet et al., 1995, Gäbler, 1997). IV) Legislación y normativas para ubicación y emplazamientos de los residuos. - Normativas de vertidos (Zehnder, 1994; TMW, 1998; PTICEG, 1998; FICEG, 1994). - Sistemas de monitoreo y gestión (Troncoso, 1988b; FICEG, 1994; Special Rep. 247, 1996; Cabral et al., 1998; TMW, 1998; PTICEG, 1998). - Sistemas de información geográfica aplicados a la gestión de residuos (TMW, 1998). El estudio de estos aspectos se ha centrado en los residuos minero-metalúrgicos de la explotación de los yacimientos de polimetálicos y los derivados de la industria del carbón, mientras que los estudios de los residuos generados en la explotación de yacimientos residuales (lateritas) son más escasos. Esta diferencia probablemente se deba a que los yacimientos residuales se encuentran de manera general en países económicamente menos �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 41 desarrollados y donde la legislación ambiental no es tan fuerte, e incluso en algunos no existe un mínimo control gubernamental de estos depósitos. Los temas más tratados en orden decreciente son: 1) contaminación de las aguas debido al drenaje ácido de mina (AMD) rico en sulfato y metales pesados, 2) las propiedades físico-mecánicas 3) la licuefacción ante cargas dinámicas 4) características geológicas y geoquímicas Sin embargo, es de señalar que en la literatura consultada no se reportan estudios de adsorción en residuos mineros y los estudios de lixiviado, flujo y transporte son escasos (Simms et al., 2000). La revisión que se presenta de aquí en lo adelante se centrará en los principales aspectos que caracterizan a los residuos minero-metalúrgicos y la problemática ambiental asociada. El énfasis principal se realizará en el tema de las afecciones sobre la calidad de las masas de agua continentales. Finalmente se presentan los antecedentes existentes en el estudio de los residuos minero-metalúrgicos en Cuba y en los residuos derivados de la explotación de yacimientos residuales (lateritas) ricos en óxidos e hidróxidos de Fe y Al. 2.1.1. Origen de los residuos minero-metalúrgicos De acuerdo a la materia prima extraída los residuos minero-metalúrgicos se pueden clasificar o diferenciar en: I) Los residuos provenientes de la explotación de yacimientos minerales sólidos de origen magmáticos o endógeno (ej. yacimientos polimetálicos, uranio, azufre, etc.), II) Los resultantes de los yacimientos residuales (ej. cortezas de meteorización como las lateritas ricas en Fe, Ni, las bauxitas ricas en aluminio Al, etc.), III) Los residuos resultantes de la explotación de yacimientos sedimentarios o de placeres IV) Los residuos de explotación de yacimientos no metálicos: a) materiales de la construcción, b) yacimientos de carbón. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 42 V) Residuos de la industria petroquímica (plantas procesadoras de petróleo y asfalto) y centrales termo-energéticas (cenizas resultantes de la combustión del carbón de piedra, hulla, lignito y antracita). Durante la realización de cualquiera de las explotaciones o procesos minero-metalúrgicos antes descritas se generan tres tipos de residuos: a) gases, b) líquidos y c) sólidos. Los gases: de forma mayoritaria son resultado del proceso de combustión de los combustibles fósiles (petróleo y carbón) y en menor cuantía se encuentran los gases producto del uso de sustancias químicas, fundamentalmente diferentes tipos de ácidos. Estos gases son emitidos a la atmósfera, generalmente a altas temperaturas, en forma de compuestos gaseosos (CO, CO2, NOx, SOx, etc.) y en algunos casos están acompañados de vapor de agua (Pérez et al., 1991). Los líquidos: son aguas residuales altamente contaminadas con diferentes compuestos químicos y metales pesados. Presentan, en la mayoría de los casos, un pH ácido cuando son resultado de procesos metalúrgicos de extracción de sulfuros o muy básico cuando se usan bases fuertes en los procesos de neutralización (Rosario et al., 1993, Romero y Terreo, 1993). Los sólidos: constituyen el producto final de un proceso que se inicia con la trituración de los fragmentos de roca o mineral que contiene el elemento útil; continúa en una segunda etapa con el machaqueo secundario, en que los fragmentos de roca se reducen a tamaño de arena mediante molinos (de bola, martillos o cono), seguida de una reducción, mediante molinos de barras o bolas, hasta llegar a tamaños muy inferiores al milímetro. El tratamiento de la masa mineral continúa en la fase de concentración, en la que se separan las partículas de mayor ley (concentrado) de aquellas de baja ley o estériles (residuos). El tamaño final alcanzado, junto con el contenido de minerales arcillosos y la disgregación que pueda producirse en las fases siguientes de transporte y almacenamiento en las presas de estériles, condiciona la granulometría de los lodos resultantes del proceso metalúrgico de extracción. Este proceso de fragmentación y transporte es muy diferente del que acompaña a los procesos de fragmentación, transporte y sedimentación en la naturaleza, por lo que, salvo en minerales muy arcillosos (por ejemplo los residuos de las plantas de petróleo, lavado de áridos, explotación de yacimientos lateríticos, bauxitas, cenizas de la combustión del carbón, etc.), las partículas muestran una notable angulosidad, hecho que influye considerablemente en las �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 43 propiedades físicas y geotécnicas de los lodos. 2.2. Tipos de presas de residuos y formas de vertido 2.2.1. Tipos de presas de acuerdo al sistema de cierre utilizado El almacenamiento de estériles constituye una de las principales tareas en el proceso minerometalúrgicos. La construcción de presas y diques para recoger los residuos minerometalúrgicos es una innovación del siglo XX. Antes de la llegada de la flotación y el tratamiento de minerales de baja ley (contenido mínimo industrial), los procesos mineralúrgicos se llevaban a cabo con partículas mucho más gruesas y los residuos no se recogían sistemáticamente. Los residuos de operaciones de recuperación de mineral eran generalmente descargados en una superficie cerca de la mina, o en las aguas superficiales más cercanas. Todavía hay algunos vertidos a ríos o al mar, pero en la mayoría de los casos, los diques de estériles se han convertido en parte esencial de las explotaciones mineras. Su diseño ha evolucionado, desde una construcción rudimentaria, a los actuales estándares de alta ingeniería, en la que se utiliza la geotecnia, ingeniería geológica y campos asociados (Markland and Eurenius, 1976; Quintana, 1998). Los primeros métodos de construcción de acuerdo al sistema de cierre utilizado consistían simplemente en levantar un muro de contención con los estériles más gruesos, a los que había que ir añadiendo materiales (recrecidos) a medida que iba subiendo el nivel de los materiales depositados. En la actualidad existen cuatro métodos fundamentales de construcción de estos tipos de presa (Figura 2.1). - Línea central ”centraline” (Figura 2.1A): combina alguna de las ventajas de los otros métodos (con una mejor estabilidad sísmica que el método ”upstream” y con menos requerimientos de volumen de material en los recrecidos que con el sistema ”downstream”); sin embargo, la capacidad de retención de agua no es tan buena como la del método ”downstream” (Markland and Eurenius, 1976; Junghans y Helling, 1998). - Aguas abajo ”downstream” (Figura 2.1B): ha llegado a ser el más ampliamente usado. Habitualmente, se construye una barrera impermeable en la cara del muro de la presa que está en contacto con el depósito y se provee de un drenaje interno para asegurar que el nivel �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 44 freático dentro del muro se mantenga lejos de la cota de aguas arriba. El espesor de la parte baja del muro se incrementa dependiendo de la altura. Esto incrementa la estabilidad, pero requiere aportes exponencialmente crecientes de material según la subida gradual del muro (Markland and Eurenius, 1976; Junghans and Helling, 1998). - Línea central desplazada “modified centraline” (Figura 2.1C): en este método lo que se realiza es un recrecimiento del muro de contención de la presa de la misma forma que el método de línea central, pero con una prolongación de la longitud del muro de la presa aguas abajo (Junghans y Helling, 1998).. Inicial y final A Final Inicial Final B Final Inicial Inicial C D Figura 2.1. Tipos de presas de almacenamiento de residuos, de acuerdo a la forma de construcción del cierre (adaptado de Junghans and Helling, 1998). A) Línea central, B) Aguas abajo, C) Línea central desplazada y D) Aguas arriba. - Aguas arriba ”upstream” (Figura 2.1D): cada construcción se hace sobre el muro existente y el borde de playa detrás del muro. El incremento de peso de la presa se puede repetir varias veces pero el sistema tiene una desventaja en el sentido que hay una línea de debilidad potencial en la base de cada recrecimiento, ya que el muro se cimenta sobre material grueso y fino. Este sistema todavía se usa en las áreas más secas del mundo, donde los niveles de agua en el interior de la presa se pueden mantener al mínimo (Junghans and Helling, 1998). Los diseños de presas que ofrecen una mejor retención de agua usan un núcleo impermeable en el muro y capas de filtro y drenajes dentro del mismo (Figura 2.2). Esto minimiza las �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 45 filtraciones de agua, pero los costes de construcción son mucho más elevados y crecen rápidamente con la altura. La localización de los diques depende en gran medida de la topografía natural y de la naturaleza de las rocas subyacentes, incluyendo su permeabilidad. Los diques de estériles de acuerdo a su ubicación se pueden clasificar en: I)- cerramiento de valle (cross valley), II)- de ladera (valley side), III)- fondo de valle (valley bottom), IV)- anillo completo de cerramiento (ring or enclosed), V)- cerramiento parcial o total de bahías marinas o ensenadas (Quintana, 1998). El almacenamiento de los estériles en las presas antes descritas ha reducido sustancialmente el riesgo de fallos, pero ocurren incidentes, algunos de ellos muy serios (Troncoso 1988a; Vick, 1996; Fell, 1997; Benito et al., 2001; Alonso y Gens, 2001a y 2001b; ; Moya, 2001). En la página http://www.antena.nl/wise/uranium/mdap.htm/ se puede encontrar una relación muy amplia de estos accidentes ocurridos en diferentes partes del mundo. Como ejemplo en los últimos años se puede ver Meeries- pruit en Sur África, Omai en Guyana y Aznalcóllar en España.. Uno de los elementos principales de las presas de residuos es su sistema de impermeabilización, puesto que determina en gran medida la magnitud y volumen de aguas que son drenadas al medio ambiente y el volumen de agua que puede ser lixiviado por el vaso de la presa. En la gran mayoría de los casos se proyectan con un sistema de capa impermeable de arcilla en la base del vaso que actúe como barrera al proceso de infiltración de las aguas residuales y como frontera geoquímica que retenga los principales contaminantes y con un sistema de drenes que permita la recogida de los lixiviados y su tratamiento (Figura 2.2). Este procedimiento constructivo se realiza en los países donde existe una legislación ambiental importante, sin embargo en la gran mayoría de los países en vías de desarrollo este proceso constructivo es obviado, debido a que el sistema encarece los costes de producción (hasta un 20%) y disminuye la rentabilidad del proceso mineralúrgico. El uso de una o dos capas de arcilla depende del tipo de residuo a almacenar. Las geomembranas comienzan a ser de gran aplicación en muchas obras de este tipo. La existencia de los piezómetros para control de los niveles de agua y del potencial hidráulico �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 46 comienza también a ser un aspecto a tener en cuenta. El uso de los sistemas de drenaje de los lixiviados es de extraordinaria importancia para evitar la contaminación de las aguas subterráneas y para poder tratar los lixiviados, así como para poder reutilizar las aguas. La vida de las presas de residuo se puede dividir en dos etapas: A) vida útil en uso de estos depósitos para el almacenamiento de residuos y B) etapa post-operacional con riesgo ambiental. Núcleo Filtro Fragmentos de roca Zona de drenaje Agua Residuo Capas de arcilla Capas de arcillas Colector del lixiviado Geomembranas Acuítardo Acuitardo Colector de lixiviado secundario Acuífero Figura 2.2. Esquema de los elementos que integran una presa de residuos. Parte superior el dique y parte inferior el vaso (Modificado de Rowe et al., 1995). A) La vida útil en uso de estos depósitos para el almacenamiento de residuos depende de varios factores: I) el área de la presa, II) del volumen a almacenar, III) del tipo de presa, �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 47 IV) de la capacidad soportante del suelo, V) de la altura máxima permitida, y VI) del tiempo. B) La etapa post-operacional. Es prácticamente imposible definir el alcance en el tiempo de los efectos ambientales que pueden generar estas presas de residuo, pero dependerá fundamentalmente de la magnitud del volumen almacenado y de la composición de estos residuos y de los materiales que conforman el vaso de la presa, que son los que determinan la calidad del agua que lixivian estos. No debe olvidarse que la incidencia del depósito de estériles en el coste total de una operación minera puede llegar a ser del 20% del coste total de la inversión y tiene como peculiaridad que se trata de un coste necesario pero improductivo por lo que debe tratarse de reducir al mínimo. Sin embargo, no debe hacerse a costa de la seguridad ni de un deterioro inadmisible del medio ambiente y sus ecosistemas. 2.2.2. Formas de vertido de los residuos Los residuos de los procesos minero-metalúrgicos pueden ser vertidos en los depósitos de tres formas fundamentales: A) húmedos B) secos C) lodos ó colas (slurry), siendo este último el más utilizado y el más ampliamente conocido (Figura 2.3) (Yasuhara et al., 1994). El método seco y húmedo (la masa de residuos no se satura, para evitar la generación de lixiviados) es usado mayoritariamente para los residuos de las industrias que queman combustibles fósiles como las centrales térmicas. El hecho de agregarle cierta humedad facilita su transporte y almacenamiento sin que sea erosionado con facilidad por el aire. Si la masa de residuos derivados de este proceso se satura con agua aumenta el riesgo ambiental de éstos, pues generalmente presentan grandes concentraciones de azufre y algunos sulfuros. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte A -I B -I C -I 48 A -II B -II C -II Figura 2.3. Formas de verter los residuos minero-metalúrgicos. I) bajo de agua y II) al medio ambiente. A) Húmedos, B) Secos y C) Lodos o Colas (modificado de Yasuhara et al., 1994). En los vertidos en forma de lodos o colas, con un 30-40 % de sólidos y un 60-70 % de líquidos, los residuos son depositados en un punto y comienzan a circular por el interior de las balsas, donde se produce la precipitación y sedimentación de los sólidos en suspensión (Figura 2.4, Foto 2.1) Tubos de descarga Área de decantación Figura 2.4. Esquema de la descarga de lodos mineros en una balsa de residuos. (Modificado de Vick, 1996). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 49 Foto 2.1. Vertido de residuos metalúrgicos en una de las presas de la industria cubana del níquel. En cuanto a la calidad del agua que acompaña a los lodos compuestos por partículas finas, se trata de un agua residual, frecuentemente rica en metales pesados y con un pH entre 2-7. En este punto conviene también hacer una precisión, un pH ácido entre 2 y 6 no significa, por si solo, que los metales vayan a estar en disolución, como cationes; para que esto ocurra se necesita, además, que el potencial redox sea el adecuado. El material sólido que forma el lodo vertido en las escombreras de residuo es generalmente un material geológico natural al cual se le añaden algunos productos químicos durante las etapas del proceso mineralúrgico. La diferencia entre el vertido inicial de lodo al culminar el proceso metalúrgico y el material sedimentado en la presa de residuo es debido al origen de nuevos minerales (de neoformación), que originalmente no se encuentran en el yacimiento y que son el resultado: I) de los procesos exógenos (oxidación de las diferentes fases minerales principalmente sulfuros, la meteorización física y química y evaporación del agua que provoca una mayor concentración de sales y la precipitación de nuevas especies minerales) y II) de los compuestos químicos añadidos en el proceso metalúrgico. La combinación de estos dos factores da lugar al desarrollo de nuevos procesos hidroquímicos que afectan las aguas que circulan por estos medios porosos. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 50 2.3. Propiedades de los residuos minero-metalúrgicos sólidos 2.3.1. Principales fases minerales La composición mineralógica de los lodos y estériles de mina depende del tipo de yacimiento mineral explotado y del contexto geológico de las rocas encajantes. La composición mineralógica del estéril o lodo vertido a la presa de residuo sufre una transformación una vez acumulado en la balsa, donde tienen lugar una serie de procesos físico - químicos que dan lugar al desarrollo de nuevos minerales, resultado de su interacción con el medio circundante y los productos químicos añadidos en el proceso. Los residuos resultantes de la explotación de los yacimientos de minerales polimetálicos (Cu, Zn, Sn, Au, Ag, etc.) y los de carbón se caracterizan por un predominio de los sulfuros. En la Tabla 2.1 se muestra un listado de los elementos metálicos y los principales minerales que se encuentran en las balsas de residuos de diferentes regiones del mundo. Generalmente en los procesos de beneficio del mineral se extrae la mayor parte de su elevado contenido natural en metales pesados, excepto los minerales de hierro, manganeso y algunos sulfuros que no cumplen con un contenido mínimo industrial económicamente rentable. Entre los minerales neoformados se encuentran los diferentes productos de la oxidación de la pirita (Tabla 2.1). Los óxidos e hidróxidos de hierro, aluminio, el yeso y los carbonatos constituyen los más abundantes. El yeso y los carbonatos pueden encontrarse cementando las partículas sólidas (Ribet et al., 1995; Adamo et al., 1996). De estos minerales, los sulfuros constituyen uno de los elementos más peligrosos para el medio ambiente por su posibilidad de oxidarse ante la presencia de oxígeno y dar lugar a minerales generadores de acidez (melanterita, romerita, coquinbita, copiapita y varios miembros de la familia jarosita, tal como la jarosita potásica). Estas sales que normalmente se encuentran en un medio reductor (presa de residuos) al ponerse en contacto con aguas ricas en oxígeno se oxidan y facilitan el descenso del pH de éstas y la solución de los metales pesados. La composición química de los residuos está directamente relacionada con la mineralogía del depósito y los elementos químicos usados en el proceso mineralúrgico. Generalmente los elementos químicos que presentan mayores concentraciones son el Fe, S y Al. El resto de los metales aparecen en concentraciones menores. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 51 Tabla 2.1. Principales minerales presentes en los residuos mineros. Elemento Mineral Hierro Pirita Pirrotina Arsenopirita Jarosita Goethita Limonita Hematita Magnetita Ferryhidrita Lepidocrosita Melanterita Aluminio Gibbsita Cobre Calcopirita Calcocina Covelita Carbonatos Calcita Dolomita Yeso Plomo Galena Anglecita Zinc Esfalerita Formula química Referencias FeS2 Fe(1-x)S FeAsS KFe(SO4)2(OH) FeOOH FeO(OH)3 Fe2O3 Fe3O4 Fe(OH) FeOOH (OH3)) FeSO47H2O Al2O3 CuFeS2 Cu2S CuS CaCO3 CaMgCO Ca(SO4)2H2O PbS PbSO4 ZnS Vick, 1996; Rodríguez et al., (1998a); Blight, (1994, 1998), Aubertin et al (1994); Younger, (1999). Ribet et al., (1995); Younger, (1999) Ribet et al., (1995), Younger, (1999, 2000) Ribet et al., (1995); Adamo et al., (1996); Younger, (1999) Ribet et al., (1995). Younger, (1999) Ribet et al.,(1995);Younger, (1999, 2000) 2.3.1.1. Comportamiento geoquímico El comportamiento geoquímico de los residuos minero-metalúrgicos esta determinado por la composición mineral de la fracción sólida y el tipo de proceso metalúrgico que se emplea en la extracción del componente útil. Los estudios de estos se centran en la transferencia al medio hídrico mediante: 1- Tests de lixiviado mediante la técnica de ensayos Batch, 2- Secuencias de extracción 3- Ensayos en columnas 4- Evolución de la contaminación en los acuíferos afectados por la infiltración de sus lixiviados. En este aspecto existe un gran número de trabajos (Monterroso et al., 1994; Stollenwerk, 1994, Ribet et al., 1995, Encabo et al., 1997, Fanfani et al., 1997; West, et al., 1998), �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 52 encaminados a determinar la masa de solutos que pueden ser transferidas al medio hídrico en presencia del agua y de diferentes soluciones extractantes. 2.3.2. Propiedades físico–mecánicas de los residuos minero-metalúrgicos sólidos El estudio de las características y propiedades físicas y mecánicas de los residuos ha sido objeto de un gran número de trabajos entre los que se destacan los de Markland and Eurenius, (1976); Heredia (1980); Blight, (1994, 1998); Aubertin et al (1994); Vick, (1996). Las propiedades físico - mecánicas de los residuos mineros están condicionadas por la naturaleza y magnitud de la explotación minera de que se trate. En la mayoría de los casos presentan una granulometría muy fina entre 0.02 y 1 mm, más del 50% pasa por el tamiz 200 (Foto 2.2, Figura 2.5A), una densidad de las partículas sólidas de 1.5 a 4.5 g/cm3, un ángulo de fricción interna entre 27 y 45 grados, plasticidad nula o muy baja, un índice de poros muy variable desde 0.8 a 3 según el tipo de material y proceso que lo haya originado. En la Tabla 2.2, se muestra una comparación de las propiedades físicas de residuos mineros de diferentes regiones del mundo y diferentes tipos de minas. Foto 2.2. Imagen obtenida mediante el microscopio electrónico de una muestra de residuo de una de las presas del residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal (ACL). Moa (Cuba), donde se observa la angulosidad de las partículas sólidas y su pequeño tamaño. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 53 % de finos por peso Diamante Uranio Oro Platino Vanadio/Rodio Diámetro de las partículas Figura 2.5A. Representación de las curvas granulométricas de estériles procedentes de diferentes tipos de minas (adaptado de Blight, 1994). Tabla 2.2. Características físicas de residuos minero-metalúrgicos almacenados en presas y escombreras (tailing dam) valores medios indicativos. Mineral extraído Ni y Co Localidad - País Moa ACL - Cuba Ni y Co Ni y Co Fe Fe C C Al Fe Moa SAL-Cuba Mayarí ACL-Cuba Hamersley -Australia Newman-Australia Riverside-Australia Wambo-Australia Weipa-Australia Fernandinho-Brasil ρd g/cm3 1.8 ρs g/cm3 3.97 Ll Lp 43.9 1.8 1.4 3.91 3.81 3.5 3.7 1.74 1.86 2.85 3.6 25 40 30 33 44 74 43 39. 9 24 36 39 44 56 116 60 Arcilla (%) 10 Limo Arena Referencia (%) (%) 70 20 Rodríguez, et al 1998 14 70 16 42 29 39 57 32 8 54 58 49 35 40 70 4 13 12 8 28 22 Heredia 1980 Heredia 1980 Swarbrick, et al., 1992 Swarbrick, et al., 1992 Swarbrick, et al., 1992 Swarbrick, et al., 1992 Swarbrick, et al, 1992 Tibana and Campos 1998 Cu, S, Zn Aznalcollar-España Estéril 3.1 NP NP 1.0 96.6 2.4 López, 1999 Lodos 4.5 NP NP 98 2.0 Lloret et al., 1999 ρs: densidad de las partículas sólidas, ρd: densidad seca, Ll: límite líquido, Lp: límite plástico, NP: no plástico. Estéril: no pasa por el proceso metalúrgico. Lodo: pasa por el proceso metalúrgico. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 54 2.3.2.1. Licuefacción de los residuos minero-metalúrgicos Los estudios de las características y mecanismos de licuefacción de los residuos mineros ante la presencia de una carga dinámica generalmente debida a los seísmo ha sido objeto de atención de un gran número de investigaciones (Yasuhara et al., 1994; Barrera and Lara, 1998; Tibana and Campos, 1998). Dentro de los residuos minero-metalúrgico los que presentan una mayor probabilidad de licuefactar son los que presentan una granulometría areno-limosa con una baja cohesión (Figura 2.5B). % de finos por peso Zona más probable de licuefacción Fronteras de suelos potencialmente licuefactables A B % de finos por peso Granulometría para los residuos mineros limosos con baja resistencia a la licuefacción Frontera para suelos potencialmente licuefactables Límite para los suelos más licuefactables Diámetro de las partículas Figura 2.5B.A) Rangos de granulometría en los que pueden desarrollarse los procesos de licuefacción. B) Rangos para residuos mineros que por el tamaño de sus partículas se clasifican como limos (Committee on Earthquake Engineering, 1985). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 55 2.3.2.2. Comportamiento hidromecánico Constituye uno de los temas muy poco estudiados y en general se pueden citar pocos trabajos con relación al comportamiento en condiciones no saturadas. Los trabajos realizados se han centrado en el estudio de la succión y la permeabilidad en muestras aisladas y en depósitos de estériles (Aubertin et al., 1994; Rodríguez et al., 1998; Santos and Martínez, 1998; Lloret et al., 1998). Otro de los aspectos estudiados en los depósitos de estériles es los procesos de consolidación debido a la sedimentación que experimentan los residuos vertidos por decantación y producto de la evaporación (Committee on Earthquake Engineering, 1985; Swarbrick and Fell, 1992; Acevedo et al., 1994; Calabresi et al., 1994) 2.4. Impacto ambiental de las actividades minero-metalúrgicas Las actividades minero-metalúrgicas pueden causar diferentes impactos: a) Impacto sobre los recursos hídricos (ecosistemas acuáticos, aguas superficiales, subterráneas y marinas); b) Variación de la morfología del terreno; c) Impacto sobre el aire (atmósfera); d) Impacto sobre los suelos y la flora y la fauna asociada a ellos; e) Impactos paisajísticos; f) Contaminación ambiental con diferentes formas de energía (ruido o acústica, radiaciones, calor). Las características y magnitud de cada uno de ellos dependen en gran medida de la vulnerabilidad y fragilidad del territorio, de la naturaleza del recurso extraído (tipo de yacimiento mineral y la mineralización secundaria), de las rocas que lo acompañan (rocas encajantes), de la magnitud de las explotaciones (área afectada por la explotación), de los métodos de extracción, tratamiento y beneficios utilizados, condiciones hidrogeológicas e hidrológicas, de la geomorfología local y de las condiciones climáticas (condiciones geográficas locales). Aunque los impactos más aparentes se concentran en la zona minera propiamente dicha, suelen afectar a los lugares adyacentes y pueden alcanzar regiones muy lejanas. Es bueno destacar que en mayor o menor medida todos estos impactos ambientales presentan dos elementos que los interrelacionan entre sí, el viento y el ciclo hidrológico del planeta Los �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 56 vertidos de aguas en ríos pueden ser transportados cientos de km y depositados en el mar. Las emanaciones gaseosas pueden ser transportadas por las corrientes de aire y precipitar en zonas muy alejadas del lugar de explotación, como ha sucedido con las lluvias ácidas en Canadá, debido a las emanaciones gaseosas en los EE.UU. (Tabla 2.3). 2.4.1. Impacto sobre las masas de agua continentales y marinas Las actividades minero-metalúrgicas son procesos industriales íntimamente ligados al agua. El agua es un elemento esencial en estas actividades y se usa para disgregar, lavar, transportar substancias y para refrigerar. Esta actividad genera grandes volúmenes de aguas residuales altamente contaminadas que en la mayoría de los casos no reciben ningún tratamiento y que su vertido origina la contaminación de aguas superficiales y subterráneas. Su origen es variado y difícil de evaluar en muchos casos debido a que estas actividades se desarrollan en condiciones geográficas muy diferentes. La forma de contaminación más importante es la introducción de substancias solubles en el medio hídrico lo que tiene lugar por diferentes vías: 1)- El uso de reactivos en el proceso de concentración de los metales, entre los cuales se encuentran ácidos y bases modificadoras del pH del agua, derivados del petróleo, ácidos orgánicos, xantanos (esteres de ácidos inestables), cianuros, etc. (Llamas, 1998). 2)- Descarga de aguas ácidas ricas en metales pesados y compuestos tóxicos (principalmente plomo, mercurio, cobre, zinc, cromo, cadmio y molibdeno). Incorporación de sustancias radioactivas al agua. Las fuentes de radioactividad son los vertederos y escombreras de minas de uranio abandonadas o en explotación (Pollock, 1986). 3)- Sulfatos, procedentes del drenaje ácido de yacimientos de carbón, metálicos o escombreras y minas abandonadas (fundamentalmente menas de carbón, sulfuros de Fe y de polimetálicos). La oxidación de los sulfuros se produce por entrada del oxígeno debido a los procesos de recarga de las aguas subterráneas y a las fluctuaciones del nivel freático. Pueden existir otras substancias capaces de provocar la acidificación de las aguas (productos químicos, orgánicos), que afectan los ecosistemas acuáticos. Las aguas enriquecidas en sulfato hacen más soluble muchos compuestos metálicos y metales (dependiendo del pH) letales para las plantas y organismos acuáticos. El descenso del pH hace a las aguas �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 57 químicamente agresivas, requiriendo una gran dilución o un tratamiento específico para que puedan utilizarse de nuevo (Elberling and Nicolson, 1996, Rodríguez y Candela, 1998). Foto 2.3. Precipitados de óxidos e hidróxidos de hierro en las orillas del río Moa, Cuba. 4)- Sales ferrosas, que al pasar a férricas dan lugar a turbidez en el agua y a que en lechos y márgenes de muchos ríos se puedan observar precipitados pardos de óxidos e hidróxidos de hierro y manganeso (ej. El río Tinto en España, el río Moa en Cuba, las bahías de Nicaro y Moa en Cuba, Foto 2.3), provocando una degradación casi total del medio acuático y otros problemas ambientales relacionados con la transformación de los ecosistemas naturales circundantes (Smith et al., 1998). 5)- Incorporación de materia orgánica, que produce una disminución en la cantidad de oxigeno disuelto y con ello afecta el desarrollo de la vida acuática. Su origen esta asociado a la deforestación de áreas tropicales durante la aperturas de minas a cielo abierto y tala indiscriminadas de los bosques existentes para crear la infraestructura necesaria. 6)- Incorporación de diferentes nutrientes que pueden llegar a ocasionar una eutrofización (exceso de alimento para las plantas en el agua) del agua, generalmente están asociados a los arrastres por erosión de las escombreras de suelo del destape del yacimiento y a los procesos de deforestación. También pueden incorporarse elementos metálicos que constituyen alimentos para el desarrollo de diferentes microorganismos (Brake, et al., 2001 ). La existencia de estos nutrientes provoca también la eutrofización de las aguas debido al desarrollo de la vegetación en el agua almacenada en las minas a cielo abierto y embalses de agua para el abastecimiento de las plantas de tratamiento y beneficio (Cuadros et al., 1999). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 58 7)- Incorporación de partículas de suelos o sedimento en suspensión (particularmente cuando se desarrollan lavados de materiales aluviales para la construcción de las obras mineras y civiles, dragados de áridos aluviales y marinos, profundización de cauces fluviales, limpiezas de los puertos y canales, deforestación y almacenamiento en escombreras de suelos poco cohesivos en climas tropicales de elevada pluviometría (Carménate y Riverón, 1999). En primer lugar, estas cargas sólidas que se incorporan a las corrientes de aguas superficiales producen el incremento de la turbidez del medio y la disminución de la entrada de la luz solar, provocando una disminución de la actividad biológica de plantas, animales y microorganismos acuáticos, así como la afectación de la fotosíntesis de la vegetación acuática y algas. En segundo lugar esta carga sólida puede obstruir cauces y canales, provocando inundaciones, enterrar y colmatar embalses y al llegar las aguas de los ríos que desembocan en zonas costeras pueden provocar daños a puertos, incrementar la turbidez del agua del mar, afectar el crecimiento de los corales y ocasionar su muerte por enterramiento (Martínez, et al., 1993; Carménate y Riverón, 1999). Puede afectar zonas de importancia socioeconómica (de interés turístico y pesquero). Otra de las fuentes de incorporación de partículas sólidas al medio hídrico superficial son los vertidos de residuos en los cauces fluviales y la rotura por accidentes de las balsas de residuos o estériles (Benito, et al., 2001) (Apartado 2.5) Tabla 2.3. Relación de algunos ejemplos del impacto ambiental de las actividades minerometalúrgicas en diferentes condiciones geográficas. País Región Contaminantes Referencias UK Canadá España Portugal México South Africa Guyana Brasil Bolivia Argentina Chile Cuba Frazer´s Grove Sudbury Galicia Río Cabado S.M. de la Paz Transval Omai Amazonas La Paz/Oruro Fe,Cu,Pb,Zn Ni,Mn,Fe,SO4 Cu Zn,Cr,Pb Ni,Cu,Mn,Fe,Zn,As Fe, SO4 Zn,Cu,Fe Cr,Mn,Pb,Ni Fe,Mn,Al U,Ra Cd,Zn Ni,Cr,Mn,Fe,SO4 Younger, 2000 Elberling and Nicholson, 1996 Izco et al., 1986, Iribar et al, 1998 Goncalves, et al., 1994 Manz and Castro, 1997 Bullock and Bell, 1994 Narayan, 1998 Weissberg, 1991 Pescod and Younger, 1999 Bonben et al, 1996 Schalscha and Ahumada, 1998 Rodríguez y Candela, 1998 Región central Moa 8) La oxigenación de las aguas en las plantas de lavado de áridos para la construcción (por ejemplo, a causa de agitación mecánica durante la extracción de áridos del lecho de los ríos), �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 59 puede causar la destrucción de cantidades excesivas de materia orgánica, que puede resultar necesaria para el desarrollo de los diferentes ecosistemas acuáticos y de gran valor en el mantenimiento de las condiciones geoquímicas del medio (Fernández, 1998). 9) Reducción de las zonas húmedas o humedales, variación del caudal de los manantiales y del flujo en las aguas superficiales, por variación de los niveles piezométricos debido al bombeo de agua superficial y subterránea (Tovar, 1999). De los casos de contaminación de aguas subterráneas y superficiales consultados, el mayor porcentaje está asociado a la minería del carbón y a la de los yacimientos de minerales sólidos que presentan una mineralización sulfurosa rica en metales pesados (Tabla 2.3). Los minerales sulfurosos al ponerse en contacto con los agentes de meteorización, fundamentalmente el oxígeno y las precipitaciones atmosféricas, provocan la oxidación de los sulfuros (Elberling y Nicolson, 1996, Yonguer, 1999, 2000) y con ello la generación de lixiviados y drenaje de aguas contaminadas. Los efectos ambientales, actividad biológica y toxicidad de los diferentes metales que se incorporan al medio hídrico se recogen con gran grado de detalle en Merian, (1991). 2.4.2. Drenajes y lixiviados de aguas ácidas de escombreras y minas inactivas El efecto ambiental de los drenajes de aguas residuales de plantas metalúrgicas, minas y escombreras es muy importante. Concentraciones bajas de metales pesados (del orden ppm) son letales para los seres vivos acuáticos y constituyen un importante riesgo sanitario para el hombre y ganadería. La toxicidad de los metales depende de la concentración, de la forma química en que se encuentre (por ejemplo, el mercurio o el plomo en compuestos orgánicos es más tóxico que en inorgánicos, mientras que con el cobre sucede lo contrario) y de la presencia de otros metales. Una sustancia química en el agua puede incrementar la toxicidad de otras, por ejemplo la presencia de sulfato en las aguas facilita en muchos casos la solubilidad de otros metales y con ello eleva el grado de contaminación (Custodio, 1983b; Larsen and Postmant, 1997). Los cianuros y otros compuestos son letales en concentraciones del orden de partes por mil en el agua (Merian, 1991) y el ácido fluorhídrico puede dar lugar a fluorosis en personas o animales que beban el agua enriquecida en este compuesto. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 60 La oxidación de minerales sulfurosos tiene lugar en condiciones naturales, sin la intervención del hombre y es la causa de que en determinadas zonas del planeta existan numerosos ríos con valores de pH muy bajos e incluso, con una fauna autóctona única y adaptada a esas condiciones de acidez (ej. El río Tinto en España). También es la causa de que predominen las aguas sulfatadas cálcicas sin que existan zonas de yesos (estas son el resultado de la neutralización natural de las aguas ácidas al entrar en contacto con afloramientos de rocas carbonatadas, margas, tobas calcáreas, calizas, etc.). La filtración a través de escombreras se produce debido a que la acumulación de estos residuos en las balsas y presas de residuos (tailing dams), sobre la superficie del terreno provoca una variación de las condiciones hidrogeológicas locales (Ribet et al. 1995). El agua del residuo crea un nivel freático artificial sobre la superficie del terreno provocando una variación de las condiciones de recarga y flujo (McWhorter and Nelson, 1979) (Figura 2.5C). Por otro lado, las reacciones químicas de los diversos contaminantes que modifican el equilibrio geoquímico pueden manifestarse en cambios de: oxidación/reducción, especiación/ complejación, disolución/precipitación, adsorción/desorción, floculación y digestión de coloides (Morin and Cherry, 1988). La generación del drenaje ácido de las minas (AMD) abandonadas y escombreras está motivada por la combinación de dos factores básicos: I) la oxidación de los sulfuros metálicos principalmente la pirita (FeS2) y II) su proceso de disolución y transporte por el agua. La oxidación de la pirita da lugar a minerales secundarios: melanterita (FeSO4 7H2O), romerita (Fe2+Fe3+2(SO4)4 14H2O), coquinbita (Fe2(SO4)39H2O), copiapita (Fe2+Fe3+2(SO4)6(OH)2 20H2O) y varios miembros de la familia jarosita, tal como la jarosita potásica (KFe33+(OH)6 (SO4)2). Todos estos minerales están considerados como sales generadoras de acidez (Younger, 1999). De acuerdo con Hem (1985), existen tres tipos de acidez en las aguas: I) Acidez asociada con los protones de hidrogeno (H+), o sea el pH; II) acidez asociada con la disolución de compuestos orgánicos y III) acidez asociada con la disolución de metales. En el drenaje ácido �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 61 de minas (AMD) la disolución de compuestos orgánicos es generalmente pequeña o nula, por lo que la acidez está asociada fundamentalmente a las causas I y III. Sobre el tema del AMD se puede encontrar mayor información en un gran número de trabajos (Muñoz et al., 1997; Younger, 1999, 2000), que tratan sobre los problemas del drenaje de aguas ácidas relacionados con la minería del carbón y polimetálicos. De forma general, el proceso de oxidación de los sulfuros está originado por el ascenso y descenso del nivel freático dentro de las balsas de residuo y del acuífero. Durante el descenso se produce la entrada de oxígeno y la oxidación de los diferentes metales, mientras que en el ascenso se produce la disolución y lixiviado de los diferentes contaminantes. Es bueno destacar que la entrada del oxígeno está condicionada por el grado de saturación de los residuos y que a partir del 80 % de saturación se dificulta la difusión de éste en el medio (Elberling and Nicholson, 1996). La mayor o menor magnitud de este proceso depende de los intervalos de este ciclo, condicionado por la variabilidad climática, el tipo de mina y si la escombrera o balsa de residuo se encuentra en explotación o abandonada. Si está en explotación, hay un aporte de líquido del proceso metalúrgico que también juega un papel importante en el ciclo (González y Ramírez, 1995; González, et al.,1995, 1997; Pluta and Trembaczowski, 2001). Es de señalar que generalmente por debajo de un metro de profundidad del nivel freático en el interior de las balsas se presenta un medio reductor (Elberling and Nicholson, 1996). Lo anómalo en el caso del drenaje de aguas ácidas de minas abandonadas es su caudal, debido a que al producirse su salida a la superficie se libera un gran volumen de agua muy rica en ácido sulfúrico y con gran cantidad de metales en disolución, al drenar en tan corto espacio de tiempo provoca la ruptura del equilibrio hidrogeoquímico natural de las aguas superficiales (Blowes et al, 1992; Younger, 2000). El primer efecto que provoca la salida al exterior de un gran volumen de aguas ácidas es que el volumen de ácido sulfúrico que generalmente las acompaña carboniza la materia orgánica. Esto se ha podido observar claramente en la vegetación, en Aznalcollar, (Quintana, 1998), especialmente en los plantones más jóvenes y en los juncos que están quemados hasta el nivel que alcanzaron las aguas (Llamas, 1998). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 62 Presa Nivel freático inicial Nivel freático alterado Acuífero Figura 2.5C. Variación del nivel freático que provoca la construcción de una escombrera sobre un acuífero libre. La acidez del agua no desciende inmediatamente, ya que el agua de descarga sigue conteniendo grandes cantidades de ácido que es liberado (lavado) lentamente (Younger, 1999). En un agua estancada, como la de las balsas, a una profundidad mayor de medio metro por debajo del nivel de los lodos el contenido en oxígeno disuelto es prácticamente nulo (Blowes et al., 1992; Elberling and Nicolson, 1996), el ambiente es reductor y los metales se encuentran mayoritariamente estables como sulfuros. Por lo tanto, las aguas ácidas liberadas de la balsa por los procesos de lixiviación no pueden tener el mismo contenido en metales pesados que las aguas ácidas naturales (formadas por lixiviación de los sulfuros en un ambiente oxidante, como son las minas abandonadas). Si esas aguas infiltradas se ponen en contacto con aguas ricas en oxígeno o circulan por la zona no saturada durante su infiltración, su capacidad para disolver metales aumenta considerablemente. 2.4.2.1. Modelos numéricos en el estudio de la contaminación de acuíferos por el lixiviado de residuos minero-metalúrgicos La simulación con métodos numéricos de la contaminación de las aguas por la infiltración de los lixiviados de las escombreras de residuos minero-metalúrgicos constituye una de las líneas de investigación que se desarrollan actualmente, con el objetivo de determinar la proporción información sobre la evolución de la contaminación y los principales mecanismos que controlan el flujo y el transporte (TMW, 1998; PTICEG, 1998; FICEG, 1994). 2.4.3. Variación de la morfología del terreno �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 63 La morfología local sufre importantes cambios debido a la construcción de vías de acceso y extracción de mineral, se hacen pozos, galerías, zanjas y excavaciones diversas, se mueven grandes volúmenes de mineral, tierra o rocas, desmontes, escombreras, balsas de sedimentación y terraplenes, sujetos a movimientos de masa y a erosión de los agentes exógenos (Vera, 1979). En general las modificaciones son más importantes si las explotaciones se hacen a cielo abierto o permitiendo el colapso superficial, pero la minería subterránea puede provocar fenómenos de subsidencia o hundimientos. El que se presenten unos u otros, su alcance y otros efectos, depende del tipo de roca (por ejemplo, si su deformabilidad es elevada tenderá a haber subsidencia, pero si es baja son más probables los hundimientos, que suelen causar mayores daños), de la profundidad de las labores y de su extensión, etc. Las vibraciones que acompañan a los hundimientos pueden generar graves daños también en lugares próximos, en edificios, embalses, puentes y otras obras públicas. Los cambios de morfología son muy importantes pues al afectar al nivel freático, provocan una intercepción del mismo y por consiguiente un drenaje artificial; en otras áreas conducen a cambios en las condiciones de flujo y recarga (Figura 2.6, Foto 2.4). (Fernández, 1981, Jiménez y Rodríguez, 1997). También se generan problemas de subsidencias del terreno debido a la extracción de aguas subterráneas para bajar sus propios niveles. Foto 2.4. Intersección del nivel freático en una mina de níquel a cielo abierto. Moa, Cuba. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 64 Agua A Agua B Agua C Figura 2.6. Casos más frecuentes de minas a cielo abierto donde se produce la intersección o alteración del nivel freático. A) Recarga del acuífero desde el hueco minero, B) Flujo a través del hueco minero y C) Flujo hacia el hueco minero. 2.4.4. Impactos sobre la atmósfera y el suelo Contaminación atmosférica: las causas son la emanación de gases a la atmósfera, la incorporación de partículas por la erosión del viento y el vertido de las chimeneas. Los residuos de bajo peso específico son los que pueden tener una mayor incidencia sobre este aspecto (cenizas de carbón, desechos de la industria petroquímica). La contaminación del aire puede igualmente alcanzar elevada gravedad y suponer riesgos sanitarios importantes. Los contaminantes se originan al dividir, triturar o remover suelos, sedimentos y rocas. Los lugares de origen son escombreras, balsas de sedimentación, detritos de cualquier tipo, suelos con vegetación empobrecida o sin ella, vertidos o escapes de las plantas de tratamiento, talleres, ventilación, vehículos, etc. Los agentes más importantes son: �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 65 1)- Aerosoles y polvo: su composición es variada y depende principalmente del material geológico que se explota (las rocas, yacimiento mineral, carbón, petróleo o gas), pero el tamaño, el volumen y otras características dependen de las técnicas mineras y metalúrgicas utilizadas y en menor medida de otros factores, fundamentalmente del clima local (Álvarez et al., 1982, Gregurek, et al, 1999). En el caso del polvo presentan mayor riesgo ambiental las partículas con tamaño menor de 10 micras (Sierra et al., 1998) pues no son retenidas por las defensas del tracto respiratorio y las menores de 2 micras son inhaladas por los seres humanos y animales y pueden provocar enfermedades respiratorias y cáncer de pulmón (Merian, 1991). Las partículas ricas en sílice pueden ocasionar la silicosis sobre todo en aquellos yacimientos con explotación de volúmenes importantes de rocas ricas en sílice. Foto 2.5. Emanaciones gaseosas de una planta metalúrgica procesadora de Ni y Co. Moa, Cuba. 2)- Los gases y compuestos gaseosos, principalmente dióxidos de carbono, nitrógeno y azufre y en ocasiones sulfhídrico, fluorhídrico, etc. Las consecuencias son variadas y recaen principalmente sobre los organismos vivos de la zona minera y de sus inmediaciones, que quedan sujetas a riesgos sanitarios importantes con variados tipos de enfermedades. Los metales pesados que acompañan estas emisiones pueden ocasionar diversas formas de toxicidad, entre las principales se encuentran la emisión de partículas ricas en cromo hexavalente. Las enfermedades de anemia y cáncer pueden ser provocadas por materiales radiactivos y cáncer de pulmón por asbestos, cromo, etc. (Merian, 1991, Adriano, 1995). La vegetación y las aguas locales pueden sufrir los efectos de la contaminación atmosférica, produciéndose daños diversos (Elberling and Nicholson, 1996). Las modificaciones de la �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 66 morfología y la contaminación de aguas y aire influyen negativamente sobre los suelos, que pueden ser destruidos, degradados o alcanzados por diversos contaminantes (metales pesados, compuestos tóxicos, isótopos radiactivos), por aguas ácidas, por sedimentos que los alteren, por gases nocivos, etc., con consecuencias que van desde caídas en la productividad primaria (y por lo tanto en las cosechas agrícolas) hasta la práctica desaparición de los microorganismos del suelo y de la vegetación. El principal problema ambiental generado por los residuos gaseosos es el origen de las lluvias ácidas, las cuales pueden manifestarse en regiones muy alejadas del área de emanaciones. El efecto que provocan estas lluvias es la acidificación de suelos y la eliminación de grandes superficies de bosques. 2.4.5. Impactos paisajísticos Las modificaciones morfológicas se traducen en impactos paisajísticos considerables, frecuentemente agravados por la destrucción o degradación de la vegetación, la ruina de granjas y otros edificios preexistentes, por la combustión espontánea de escombreras, la existencia de torres, barracones, plantas de concentración y tratamiento, presas de aguas y de residuos y construcciones diversas para la actividad minera (en ocasiones poblados enteros). En ocasiones el cierre de minas subterráneas produce el desplome o colapso de la superficie del terreno, mayoritariamente por el desplome de los pilares de las cámaras debido a la erosión hídrica de los estratos infrayacentes. Los impactos paisajísticos pueden aparecer también lejos de las operaciones (por ejemplo, daños en la vegetación a causa de las lluvias ácidas o masas de aire contaminado por el polvo de aterramiento, de actividades complementarias como la construcción de un ferrocarril, una carretera o un tendido eléctrico, etc.) Cada vez con mayor frecuencia se realizan las explotaciones a cielo abierto, de dimensiones superiores a las subterráneas. Las causas son la creciente utilización de rocas industriales, el incremento del consumo de materia prima mineral y las leyes de contenido mínimo industrial cada vez más bajas y los cada vez más poderosos medios tecnológicos utilizados en los procesos metalúrgicos. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 67 2.4.6. La contaminación ambiental por diferentes formas de energía La contaminación ambiental por esta causa suele ser también elevada, causando diversos daños ecológicos y a la población. Las vibraciones (maquinaria pesada, explosivos, movimientos de masa de suelos y rocas) pueden también dar lugar a impactos ambientales (Pollock, 1986). La contaminación térmica de las aguas, debido a su uso para refrigerar, puede provocar efectos variables entre los que se encuentran: cambios de la flora y la fauna en ríos, lagos y el mar, que pueden influir en el desarrollo de nuevas especies. Las oscilaciones grandes de temperatura originan contaminaciones térmicas excesivas o terminales, que pueden llegar incluso a provocar la muerte de los seres vivos acuáticos (Pollock, 1986). La emisión de gases y vapor a la atmósfera se produce generalmente con altas temperaturas (Pérez et al., 1991b). Estudios de los efectos del ruido generado por las actividades minero-metalúrgicas indican que el ruido puede provocar diferentes enfermedades sobre la capacidad auditiva de los trabajadores. Estudios en plantas metalúrgicas muestran que el 80% de los trabajadores presentan diferentes afectaciones sobre su capacidad auditiva (Aguilera, 1998). 2.5. Riesgo ambiental por rotura de las presas de residuos Una de las mayores causas de riesgo asociadas a los residuos almacenados es la posibilidad de fallo o rotura de las escombreras, presas o balsas de residuos por pérdida de la estabilidad. La mayoría de los factores que tienen un efecto directo sobre la estabilidad de los diques de estériles y por tanto en sus capacidades de retención a largo plazo, tienen que ver con la manipulación del agua de una forma u otra. Una relación de casos, de las principales causas y de los daños que provocan el fallo o rotura de las presas se pueden consultar en la página http://www.antena.nl/wise/uranium/mdap.htm/. El fallo de la puede ocurrir como resultado de filtraciones a través del muro, erosión interna, inundación, desbordamiento por coronación y por fallo de la cimentación; situaciones que pueden empeorar debido a fenómenos naturales como movimientos de tierras o fuertes �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 68 lluvias. El agua contenida dentro del dique y la depositada detrás de él encontrarán un nivel natural (nivel freático), que puede variar dependiendo de las estaciones, el volumen de los estériles vertidos y otros factores. Si el nivel freático intercepta la cara externa del dique (aguas abajo) se desarrollará una superficie de rezume que puede provocar una rápida erosión y el deslizamiento eventual de esa cara. Algunos fallos en diques se han atribuido a que se han bloqueado o dañado tuberías de decantación y drenaje, aumentando el valor de la presión intersticial del material del dique y disminuyendo su resistencia al deslizamiento. El riesgo de rotura del dique por erosión es importante y típico en aquellas zonas tropicales y subtropicales que presentan una elevada pluviosidad. Según Bligth, (1994), los ángulos de talud para los que el riesgo por erosión es máximo están comprendido entre 25-35 grados (Figura 2.8). Aparte de los daños relacionados con el agua, las ondas generadas por movimientos de tierras (sismos y grandes deslizamientos) pueden tener consecuencias devastadoras para los materiales relativamente no consolidados del muro del dique. Entre las principales puede citarse un movimiento sísmico en Chile en 1965 cuando se perdieron 210 vidas y se destruyeron 15 presas (Troncoso, 1988a). El riesgo de fallo por licuefacción es importante para aquellas explotaciones mineras con balsas de estériles y lodos ubicadas en zonas del planeta sísmicamente activas. Los más favorables a licuefactar son aquellos que presentan una granulometría areno-limosa (Figura 2.7) (Committee on Earthquake Engineering, 1985; Yasuhara et al., 1994). En algunos casos, los fallos se producen al recrecer excesivamente balsas muy antiguas cuyos problemas de cimiento y estabilidad se han olvidado a lo largo de una dilatada explotación minera. Mining Journal Research Services acometió la inspección de diques de estériles en países de economía de mercado, con un volumen de producción en cobre del 75% del total mundial y del 60% de plomo y zinc. También investigó aquellos países con aproximadamente el 65% de producción global de oro. Se ha estimando que la cantidad de diques en África del Sur es del �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 69 orden de 400, mientras que British Columbia y Québec poseen probablemente un total de unos 300. Por tanto, es razonable asumir que a nivel mundial el número de presas pueda contarse por miles. El Mining Journal Research Services (MJRS, 1999), revisó la frecuencia de este tipo de fallos en el período 1980-96, para el Programa Medioambiental de las Naciones Unidas (UNEP). El estudio identificó un número importante de incidentes, desde pequeñas cantidades de agua sucia y emisiones de polvo desde las superficies secas de los diques, hasta un desplome total. En Internet (http://www.antena.nl/wise/uranium/mdap.htm/) pueden encontrarse un resumen de 78 roturas de diques, desde 1961 hasta octubre del 2000. Los incidentes de gran escala resultaron ser poco frecuentes al identificar solo 8 grandes fallos, donde el volumen de residuo y agua vertido supera los 1000 m3. La salida al exterior de los residuos mineros por rotura del muro debido a las causas antes mencionadas tiene consecuencias ambientales catastróficas (desarrollo de procesos físicos y químicos), debido a que la fracción sólida presenta una elevada superficie específica (superficie por unidad de peso): - Las partículas sólidas pueden comportarse como un fluido (con muy poco rozamiento entre ellas), cuando el contenido en agua es suficientemente elevado. - Los lodos tienen una gran capacidad para cubrir drenajes, tapar tuberías, etc., debido a su pequeño diámetro, generalmente menor de 0.5 mm (Figura 2.5, Tabla 2.2). - La fina granulometría de los lodos facilita el que se puedan poner en suspensión y removilizarse en el agua (más difícilmente por el aire, debido a que generalmente las partículas presentan un peso específico elevado). - Entre las consecuencias químicas, cabe destacar su mayor velocidad de reacción en el medio ambiente pues la superficie específica de las partículas (Se) es mayor que en la roca natural de partida. Los minerales sulfurados que componen la mayor parte del material (FeS2 FeAsS, ZnS, PbS, Cu,S, etc.) se oxidan en contacto con el oxígeno de la atmósfera y esta reacción es catalizada y acelerada por algunas bacterias, como la Thiobacillus Ferrooxidans, E. Mutabilis (Brake, et al, 2001), comunes en todos los suelos. El resultado de esta oxidación es el paso del �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 70 sulfuro a sulfato; es decir, la formación de ácido sulfúrico (aproximadamente 1,5 g por cada gramo de pirita) es lo que da lugar a las aguas ácidas. Este ácido, al disminuir el pH del agua, y al estar el medio en condiciones oxidantes (en contacto con el aire), tiene una gran capacidad para disolver los metales. Por lo tanto, cabe considerar la posibilidad de que todos los metales presentes en los lodos mineros al producirse la rotura de las balsas se movilicen y terminen incorporándose al suelo, corrientes de aguas superficiales y aguas subterráneas, contaminándolos de tal forma que posiblemente su recuperación resultase económicamente inviable (MJRS, 1999). Al producirse la rotura de un dique, el volumen de residuo se extiende por una gran superficie por lo que la masa de sulfuro puesta en contacto con el oxígeno es varias veces mayor que la que se encuentra en contacto en el interior de la balsa. La oxidación de los minerales sulfurosos (pirita fundamentalmente) es un proceso fuertemente exotérmico y si el espesor de la capa de lodos extendida sobre la superficie debido al vertido por rotura de las balsas es lo suficientemente grande como para disipar mal el calor, una ligera humedad causada por la lluvia, unida a las altas temperaturas, pueden dar lugar a la autocombustión de los residuos, con riesgo de incendios. Este riesgo no es muy importante pero hay que considerarlo, fundamentalmente para aquellas áreas del planeta con altas temperaturas y poca precipitación, Máximas pérdidas Pérdidas por erosión Angulo de la pendiente Longitud de la pendiente donde normalmente el nivel de humedad de los lodos llega a ser muy bajo. Máximas pérdidas Pérdidas por erosión Figura 2.8. Se muestran las pendientes para las que ocurre la mayor erosión por el agua y el viento en los taludes de las presas de residuos y estériles (adaptado de Bligth, 1994). �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 71 Foto 2.6. Erosión del dique de una presa de residuos, debido al desbordamiento de esta por el agua. Tabla 2.4. Ejemplo de falla de escombreras y presas de residuos en diferentes partes del mundo. País Canadá Reino Unido Estados Unidos de América España Año Presa 1990 Escombrera 1966 Presa 1985 Presa 1998 Lugar Muertos Referencias Alberta Fell, 1997 Aberfan 144 Fell, 1997 Colorado Vick, 1996 Aznalcóllar Benito et al., 2001 Mayor información sobre roturas de presas en http://www.antena.nl/wise/uranium/mdap.htm/. 2.6. Los residuos mineros en Cuba. Antecedentes Los primeros residuos mineros en Cuba datan de la época colonial (1530-1544). Las primeras escombreras se construyeron en la mina el Cobre, provincia de Santiago de Cuba. Las escombreras resultado de la explotación de los yacimientos lateríticos de Ni y Co, se inician en 1942 en el municipio de Mayarí y a partir de 1963 en el municipio de Moa. Aunque el número de trabajos realizados sobre los residuos minero-metalúrgicos es grande, la gran mayoría no reflejan con claridad la metodología desarrollada en cada caso y sólo están publicados los resultados de forma parcial; en muchos casos, los datos ofrecidos son escasos y fraccionados, lo que no permite hacer una valoración cuantitativa de la magnitud de la problemática ambiental existente. �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 72 Los residuos de la industria cubana del níquel han sido objeto de atención de un gran número de investigadores, entre los principales trabajos se encuentran los de Heredia (1978, 1980), donde se realiza una caracterización de las propiedades físicas y mecánicas de dos presas de residuos. En su estudio, Heredia concluye que estos materiales son de granulometría bastante uniforme con diámetro menor de 0.1 mm, con un coeficiente de uniformidad de 0.5. Plantea que son materiales que pueden presentar fallos por licuefacción debido a sus condiciones granulométricas, pero en ninguno de los casos aparecen datos experimentales que justifiquen esta afirmación. La composición mineralógica y química ha sido estudiada por Guerra et al, (1991); Leyva et al., (1995); Guerra et al., (1993) y Carty y Falcón, (1985); Figueredo et al., 1997; Rodríguez, (1997b), Castany et al., 1998; Pons et al., (1998), en todos estos trabajos se concluye que los elementos predominantes son el Fe en más del 40 % y en segundo lugar el Al. Los minerales presentes están mayoritariamente representados por la hematita y magnetita y en menor medida gibbsita y espinelas cromíferas. El estudio de las emanaciones gaseosas y su efecto ambiental es escaso y los trabajos desarrollados sobre esta problemática ambiental se limitan a los efectos locales, entre ellos se encuentran los trabajos de Pérez (1991); Pérez et al., (1991) Pérez y Yuzhaninov, (1991) y Santana y Palacios, (1993) y Ávila et al., (1993). En el trabajo de Pérez et al., (1991) se concluye que las emanaciones de la planta de lixiviación ácida superan en más de una decena de veces los límites ambientalmente permitidos, en un área geográfica reducida de 17 km2. En el trabajo de Hurtado et al., (1999) Hurtado, y Fernández, (1998), queda claro que el área afectada por las emanaciones gaseosas de la planta de lixiviación carbonato amoniacal es grande (mas de 20 km2) pero no se da el rango de concentraciones de estos contaminantes. El impacto de las emanaciones de partículas sólidas al medio ambiente ha sido evaluado por Álvarez et al., (1982) comprobando que las emanaciones de partículas sólidas de la empresa metalúrgica de Nicaro se distribuyen en una distancia de 3 km en la dirección predominante de los vientos, superando la concentración establecida por la norma cubana de emisiones (0.5 mg/cm2 en 30 días) en un área aproximada de 20 km2. Los efectos de los residuos sobre el medio hídrico superficial y subterráneo que ha provocado la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas han sido caracterizados por INRH, �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 73 (1986a y 1986b), Terrero et al., (1993); Rosario et al., (1993); Fernández et al., (1993); Proenza et al., (1994); Rodríguez y Candela (1998); Rodríguez et al., (2000). En estos trabajos se observa que la actividad minera y los lixiviados de las presas de estériles han provocado la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas por metales pesados, aunque en ninguno de los casos se hace referencia a las especies químicas que controlan el proceso de transporte y movilidad de estos contaminantes. El impacto ambiental sobre el medio marino ha sido descrito por Cortéz, et al., (1993), Martínez, et al., (1993a), (1993b), (1993c);. Rosaval et al., (1993), Martínez y Morales, (1993) Salcedo y Quintana, (1993); Heredia et al., (1993); Zozaya and Cheviera, (1993); González, (1996); González y Ramírez (1995); González et al., (1997); Rodríguez, (1997a), León, (1993). En estos tres últimos trabajos se realiza una valoración del contenido de metales pesados en los sedimentos de las bahías de Moa y Nicaro, comprobando que hay una concentración elevada de los principales metales que contiene el corte laterítico, aunque no especifican la diferenciación entre el aporte por erosión de las áreas mineras que aportan los ríos Mayarí, Levisa y Moa, y el impacto provocado por los sedimentos y residuos aportados por la industria y los lixiviados de las escombreras. Martínez, et al., (1993) estudian la presencia de metales pesados en los corales de la barrea coralina de Moa y otras zonas de la Isla, comprobando que el contenido de metales en los corales de Moa es muy elevado en comparación con los de otras zonas del país. Su crecimiento, está reducido en un 50% respecto al crecimiento que experimentan otras áreas de la barrera coralina cubana, concluyendo que esta contaminación es resultado de la actividad minera del territorio de Moa. La caracterización de los efluentes líquidos de las industrias metalúrgicas ha estado en el punto de atención en los últimos años. Según Astorga, et al., (1991); Alfonso, et al., (1998); Aguirre, (1993a); Aguirre, (1993b); Labadié, et al., (1993) los efluentes líquidos y la carga de sólidos en suspensión que les acompaña constituyen la mayor carga contaminante que se vierte al medio ambiente en las empresas de Moa y Nicaro. Las pérdidas económicas que representan los residuos líquidos de la industria cubana del níquel han sido estudiadas por Aguirre, (1993), Alfonso, et al., (1998), Tamargo, (1993). Estos autores concluyen que la pérdida del mineral útil extraído es del orden del 2% del total de Ni y Co de la mena inicial. Rojas y Carballo, (1993) realizan una valoración económica del �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 74 material de rechazo de la planta de lixiviación ácida, comprobando que el contenido de Ni en este residuo es similar al de la mena inicial que alimenta el proceso metalúrgico, el único problema es que presenta una granulometría mayor que la que requiere el proceso industrial por lixiviación con ácido sulfúrico (SAL) por lo que representa una importante pérdida económica para el proceso productivo en la extracción del Ni y el Co. La posible reutilización de los residuos sólidos almacenados en las presas de residuo ha sido objeto de algunas investigaciones. Entre los trabajos realizados para la posible recuperación de algunos de los componentes de estos residuos se encuentran los de Carty y Falcón, (1985); Carty et al., (1993). Otros trabajos de aprovechamiento de estos residuos plantean la obtención de productos alternativos como Fe(OH)3 y Fe2O (González, 1993). El trabajo más novedoso sobre el aprovechamiento de los residuales sólidos es el de Guerra et al., (1991) en el cual se realizan experimentos para el empleo de estos residuos en la industria siderúrgica, obteniendo resultados preliminares favorables para su aplicación en la fabricación de acero. Rodríguez et al., (1992), obtienen yeso a partir de la neutralización de los residuales líquidos de la planta de preparación de sulfuros de la industria con proceso metalúrgico de lixiviación ácida. El establecimiento de algunos métodos de tratamiento de los residuos ácidos de las plantas de lixiviación ácida ha sido objeto de diferentes investigaciones. Entre los principales trabajos se encuentran los de Labadié et al., (1993), en los que se neutralizan los residuos líquidos de esta planta utilizando pulpa de coral y cal. Granda et al., (1992, 1993) estudian la posibilidad de recuperación de Ni de los residuales líquidos de la planta de lixiviación ácida con el uso de la serpentina. Borroto y Martínez, (1993), Tratan de recuperar los metales de los efluentes empleando extractos de confieras (Pinus Caribean). Rodríguez et al, (1997) estudian la posibilidad de neutralización de los residuales líquidos de la planta de lixiviación ácida usando los residuales líquidos de la planta de lixiviación carbonato amoniacal y además utilizan la zeolita natural en la extracción de metales del residual. Los resultados de este último trabajo a nivel de laboratorio son muy positivos y sería interesante realizar experimentos a mayor escala. La restauración de las áreas degradadas ha sido investigada por Herero et al., (1993) y Jiménez y Rodríguez, (1997), en sus trabajos se plantea que han sido probadas más de 20 �Capítulo 2. Los residuos minero-metalúrgicos. Estado del arte 75 especies forestales de las cuales la Casuarina Equisetifolia y el Pinus Cubensis, son los que presentan la mejor adaptación. 2.7. Antecedentes en el estudios de residuos minero-metalúrgico de yacimiento lateríticos en otras partes del mundo La caracterización de estos residuos en la literatura consultada es muy escasa debido a que estas explotaciones se encuentran en pocas regiones del mundo y su explotación es relativamente joven, la mayoría de estos yacimientos se comenzaron a explotar a partir de la segunda guerra mundial (Strnad, 1968; Goligtly, 1981). En el caso de Brasil se han desarrollado estudios de las propiedades físicas, mecánicas y la capacidad de licuefacción de los residuos minero-metalúrgicos resultados de yacimientos residuales ricos en hierro (Tibana and De Campos, 1998). Este material se caracteriza por una granulometría areno limosa y sin plasticidad. Swarbrick and Fell (1992), estudian 5 presas de residuos en Australia donde analizar sus principales características físico-mecánicas y los efectos de los procesos de sedimentación y agrietamiento por desecación y el efecto de los elevados contenidos de arcilla. En este trabajo una de las presas presenta características similares en composición de minerales de hierro a los residuos de la industria cubana del níquel. Se caracteriza por la presencia de grietas de desecación, una granulometría con predominio de la fracción limo y un elevado peso específico de las partículas. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 76 Capítulo 3. MÉTODOS, TÉCNICAS Y EQUIPOS DESARROLLADOS 3.1. Introducción La realización de toda investigación requiere de una metodología de trabajo a seguir para dar cumplimiento a los objetivos planteados. El desarrollo y elaboración de esta memoria se ha basado en diferentes métodos que podemos dividir en 5 etapas: I) recogida de información o documentación, II) trabajo de campo, III) desarrollo y puesta a punto de los equipos y trabajo de laboratorio, IV) tratamiento de los datos, representación, elaboración y síntesis y V) interpretación y análisis de los resultados obtenidos. Para la compilación de la información existente sobre la zona objeto de nuestra investigación fue necesario consultar los archivos del Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH), el Fondo Geológico del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa (ISMMM), así como diferentes publicaciones relacionadas con la geología, la hidrogeología, la minería y la metalurgia de la zona. Esta primera etapa permitió disponer de información cartográfica, datos meteorológicos, inventario de puntos de agua, datos piezométricos, datos de aforo, datos de análisis químicos de las aguas subterráneas del aluvial, de las rocas ultramáficas, de las aguas superficiales y aguas residuales. 3.2. Trabajo de campo El trabajo de campo realizado se limitó al reconocimiento del terreno y a la toma de muestras de aguas superficiales, aguas subterráneas del aluvial y del acuífero de las rocas ultramáficas, de aguas residuales, para la realización de los diferentes estudios en el laboratorio, así como la medición de los niveles piezométricos en los pozos y piezómetros en que fue posible. También se tomaron muestras de los diferentes materiales geológicos existentes en el área de estudio, suelo y de las presas de residuos. Aguas superficiales: el muestreo se realizó en los diferentes ríos y arroyos del área de estudio considerados representativos de las áreas afectadas por las actividades mineras y metalúrgicas (Tabla 3.1, Figura 3.1). El muestreo del río Yagrumaje permite tener una �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 77 valoración del impacto de la minería a cielo abierto sin que haya un efecto de los vertidos de las aguas residuales de los procesos metalúrgicos. Aguas subterráneas en las rocas ultramáficas: se realizó el muestreo en manantiales (Figura 3.1), además se dispone de otros trabajos de carácter regional y datos de varios trabajos hidrogeológicos realizados en el área de explotación de los yacimientos lateríticos. El muestreo de los manantiales en áreas afectadas, o no afectadas, por la minería a cielo abierto tuvo como objetivo el conocimiento del fondo geoquímico natural de la región en cuanto a los elementos mayoritarios y trazas. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 78 Figura 3.1. Representación de los puntos de muestreo de las aguas superficiales, subterráneas, residuales y manantiales. El área del recuadro se representa en la Figura 3.2. Aguas del acuífero aluvial: se muestrearon los pozos y piezómetros situados en la terraza del río Moa, representados en las Figura 3.1 y 3.2 y relacionados en la Tabla 3.1. Las muestras de aguas en todos los casos fueron tomadas por duplicado y filtradas (filtro de 0.45 micras). Una de las muestras fue acidificada, con HNO3; las muestras sin acidificar se emplearon para determinar las propiedades físico-químicas de las aguas y sus elementos mayoritarios. A partir de las muestras acidificadas se obtuvo la concentración de los metales en el agua. Las muestras de agua fueron analizadas en los Servei Científic Tècnic de la Universidad de Barcelona. Figura 3.2. Representación de los puntos de muestreo del área del acuífero aluvial estudiada y de tres puntos de aguas superficiales en el río Moa (área señalada en el recuadro en la Figura 3.1). Aguas residuales: se tomaron dos muestras de las aguas procedentes de la planta de lixiviación con ácido sulfúrico que son vertidos al río Cabaña (punto 33), dos del agua residual del proceso por lixiviación carbonato amoniacal (punto 30), dos de las aguas de drenaje de las presas de residuos (punto 31 y 35) y dos de las aguas que acompañan los residuos sólidos de los dos procesos metalúrgicos que se vierten en las dos presas de residuos (puntos 28 y 30) y dos muestras de agua de las minas a cielo abierto (puntos 49 y 50) (Figura 3.1; Tabla 3.1). �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 79 Agua intersticial de los residuos: para determinar la composición del agua intersticial se tomaron 10 muestras de residuo de 2 Kg. en los puntos que se señalan en la Figura 3.3. Las determinaciones se realizaron por el método de extracto en pasta saturada (Page, 1990), para ello se tomaron 500 g de residuo por muestra. Las concentraciones de los elementos mayoritarios y los metales (Cr, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ti, V y Sr) en el agua intersticial de los residuos se analizaron en el Institut de Recerca Tecnologia Agrària (IRTA) de Barcelona, con un equipo de adsorción atómica. Muestreo de los materiales sólidos: se realizó sobre los diferentes materiales geológicos existentes en el área de estudio y de las dos presas de residuos, correspondientes a las tecnologías metalúrgicas empleadas, lixiviación con ácido sulfúrico (presa II, Figura 3.3) y lixiviación con carbonato amoniacal (presa I, Figura 3.3). Figura 3.3. Localización de los puntos de muestreo de residuos sólidos en las presas de residuo de los dos procesos metalúrgicos. I- Presa de residuo SAL y II- Presa de residuo ACL (abril de 1996). Las muestras de las presas de residuos (5 muestras por presa, de 2 kg de peso) se obtuvieron entre 10-20 cm de profundidad. Las muestras para el análisis de las propiedades de composición e hidroquímica se almacenaron en bolsas de plástico, a 4 oC y fueron transportadas al laboratorio. Además se tomó una muestra de 50 Kg de peso en la presa I correspondiente al proceso ACL (muestra 9, Figura 3.3). Las muestras para análisis de las propiedades físico-mecánicas se almacenaron a temperatura de laboratorio. El �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 80 objetivo de este muestreo es conocer las propiedades físicas, mineralógicas, químicas, hidromecánicas e hidrogeológicas de los residuos (Figura 3.3). Se tomaron muestras de las tres capas del corte laterítico de los yacimientos en explotación (puntos 49 y 50, Figura 3.1), de la formación Río Macio que constituye el material que conforma las terrazas aluviales (punto 15, Figura 3.1) y de las rocas del complejo ofiolítico (gabros, harzburgitas, dunitas, puntos 22, 44, 49 y 50, Figura 3.1). El objetivo de muestrear los diferentes materiales geológicos presentes en el área de estudio era realizar ensayos Batch en el laboratorio para determinar su capacidad de transferir sales al medio hídrico. Tabla 3.1. Relación de los puntos de muestreo de las aguas superficiales, subterráneas y residuales. Puntos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 38 39 40 15 22 25 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 18 19 20 21 Zona Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Aluvial Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Ultramáficas Mina a cielo abierto Mina a cielo abierto Río Moa Río Moa Río Moa Río Yagrumaje Descripción Pozo Pozo Pozo Pozo Piezómetro Piezómetro Pozo Pozo Piezómetro Pozo Pozo Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Piezómetro Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Manantial Yacimiento Punta Gorda Yacimiento Moa Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 23 24 26 27 29 32 34 28 30 31 35 33 Río Yagrumaje Río Yagrumaje Arroyo La Vaca Arroyo Los Lirios Río Yagrumaje Río Cabaña Río Moa Vertido residuo SAL Vertido residuo ACL Drenaje al río Moa SAL Drenaje al río Moa ACL Vertido residual al río Cabañas 81 Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas superficiales Aguas residuales Aguas residuales Aguas residuales Aguas residuales Aguas residuales 3.3. Trabajos de laboratorio Los residuos utilizados en el desarrollo de la tesis son muy poco conocidos por lo que fue necesario realizar una caracterización detallada del material mediante diferentes técnicas analíticas y experimentales. Los trabajos de laboratorio han constado de: I) determinaciones analíticas; II) calibración y puesta a punto de los diferentes equipos de medidas (higrómetros, psicrómetros, medidores del contenido volumétrico de agua (TDR), termómetros, transductor de desplazamiento, célula de carga, tensiómetros y equipo HPLC), III) preparación de muestras y IV) ensayos experimentales. 3.3.1. Caracterización de la fase líquida Composición química de las aguas superficiales, subterráneas y residuales: se han realizado determinaciones de iones mayoritarios (Cl-, SO42-, HCO3-, Na+, K+, Ca+, Mg2+), algunos minoritarios (NH4+, NO3-, Fe2+, Fe3+, Fetotal, Cr6-, Crtotal, Ni2+, Co+, Zn2+, Al2+) y contenidos de SiO2, pH, CE, además de alcalinidad y turbidez. Los análisis se realizaron en el laboratorio del Servei Científic Tècnic de la Universidad de Barcelona (UB). Previo al análisis de las muestras, éstas se filtraron por un papel de filtro de 0.45 micras de diámetro. Tabla 3.2. Los métodos de análisis para la determinación de los diferentes elementos (Buurman et al., 1996). ClSO42HCO3- Parámetro. Método Valoración con AgNO3 usando como indicador el cromato potásico. Volumetría. Determinación de la alcalinidad por valoración. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados Na+ y K+ Ca2+ Mg2+ NH4+ NO3SiO2 Fetotal, Crtotal, Ni2+, Co+, Zn2+, Al2+ Cr(III), Cr(VI)-, Fe(II) y Fe(III) Dureza Conductividad eléctrica, pH, temperatura Demanda química de oxígeno (DQO) 82 Adsorción atómica y fotometría de llama. Valoración complexométrica. Diferencia entre la dureza y el calcio. Colorimetría con Nessler. Colorimetría leyendo en el ultravioleta con ClH 1N. Colorimetría con molibdato amónico. ICP-AES Adsorción atómica Método colorimétrico (Weng et al., 1994) . Valoración complexométrica. pH-metro portátil Orion modelo SA 250, con compensación automática de temperatura. La metodología seguida ha sido la de oxidación con dicromato potásico, llevando a ebullición (150 oC) durante 120 minutos, realizando la determinación del dicromato restante mediante valoración con sulfato ferroso amónico. 3.3.2. Características de la fase sólida La determinación de las propiedades físicas de los residuos “in situ” es de extraordinaria importancia para la simulación de las condiciones naturales en las muestras remoldeadas que se elaboraron en el laboratorio. Las propiedades físicas: densidad seca, densidad natural, peso específico de las partículas, humedad, porosidad, índice de poros y grado de saturación se han determinado en el Laboratorio de Geotecnia, Departamento Ingeniería del Terreno, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona, de acuerdo con la norma ASTM, (1993) y Jiménez y Justo, (1975). Suceptibilidad magnética: se determinó sobre las muestras del corte laterítico y muestras de residuos mediante el equipo Kappa Bridge KLY-2. Para contrastar los resultados se usó un patrón de magnetita pura del Service D´Analyse des Roches et des Mineraux du CNRS (Francia). Se determino a 10 muestras 5 por cada residuo en Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera, del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Granulometría: el análisis granulométrico se realizó por el método de difracción láser, con un equipo Malvern (Mastersizer/E) con capacidad de trabajo en el rango de 0.5 a 600 micras. Se determino a 10 muestras (5 por presa de residuos) en Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera, del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 83 Granulometría por sedimentación: se realizaron a 6 muestras según el procedimiento de la norma ASTM, (1993). Las determinaciones se realizaron a 6 muestras del residuo ACL en el Laboratorio de Geotecnia, Departamento Ingeniería del Terreno, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona, de acuerdo con la norma Annual Book Standards Manual (ASTM, 1993). Límites de Atterberg: los límites se realizaron a 6 muestras del residuo ACL según el procedimiento de la norma ASTM, (1993). Las determinaciones se realizaron en el Laboratorio de Geotecnia, Departamento Ingeniería del Terreno, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona, de acuerdo con la norma ASTM, (1993). pH: en las muestras de sólidos se realizó sobre extractos 1:2.5 en agua destilada utilizando el equipo de la Tabla 3.2 (Page, 1986). El análisis se realizó a 10 muestras de residuo 5 por cada tipo de residuo) y a 10 del corte laterítico En el Laboratorio de la Unidad de Edafología. Facultad de Farmacia. Universidad de Barcelona. Capacidad de intercambio catiónico (CIC): mediante el método Gillman de aplicación para los suelos ácidos (Page, 1986). Se determino a 10 muestras de residuo 5 por cada tipo de residuo) y a 10 del corte laterítico en el Laboratorio de la Unidad de Edafología. Facultad de Farmacia. Universidad de Barcelona. Materia orgánica oxidable (MO): se determinó por métodos volumétricos y electroquímicos (ASTM, 1993). Laboratorio del Institut de Recerca y Tecnologia Agrària (IRTA). Materia orgánica soluble (MOS): el método utilizado para la extracción de la fracción orgánica, ha sido modificado de Ribalta et al. (1995). El disolvente empleado para las extracciones sólido/líquido de las muestras fue diclorometano (calidad análisis de ultratrazas, Scharlauc). Cinco gramos de cada muestra fueron tratados con 300 ml de diclorometano durante 36 horas en un extractor Soxhlet. Finalizada la extracción, las fracciones orgánicas fueron evaporadas en un rotavapor hasta unos 10 ml, a continuación se columnaron a través de florisil y de sulfato sódico anhidro, para acondicionar y secar la �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 84 muestra. Posteriormente fueron llevadas a sequedad por evaporación en corriente de nitrógeno. Las muestras secas fueron finalmente reconstruidas con 250 µl de isooctano. El análisis químico de las soluciones, se procesó por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (CG-EM) usando un cromatógrafo Fisons GC 8000 series, unido a un espectrómetro Fisons MD800. El sistema CG-EM fue controlado con el software Masslab v1.3, encargado también de la adquisición de datos y su tratamiento. En el cromatógrafo se utilizó una columna capilar de 30 m de longitud, 0.25 mm de diámetro y 0.25 µm de película, de tipo DB-5MS (J&W Scientific, Folsom, CA, USA). Las condiciones cromatográficas fueron las siguientes: inyección de 1µl en el inyector, a una temperatura de 275°C. El programa de temperaturas en el cromatógrafo, se inicia a la temperatura de 60°C y durante 2 minutos se mantuvo la temperatura constante, luego empezó un rampa a 15°C/min hasta 150°C, y a continuación una rampa más suave de 4°C/min hasta 310°C. Seguidamente continuó durante 45 minutos a 310°C, para finalmente volver a 60°C. El gas portador fue Helio y la temperatura de la cámara de ionización 200°C. Los espectros de masas, fueron tomados en el modo de Impacto Electrónico (EI+), y el escaneado de iones se efectuó entre los 50 y 600 Dalton, con un tiempo de barrido de 1,4 segundos y un tiempo de espera entre barrido de 0,1 segundos. El cromatograma tuvo una duración total de 93 minutos, empezando a adquirir datos a partir de 6 minutos. Una vez realizados los análisis de las soluciones, se procedió a la identificación de los compuestos orgánicos presentes, en función de la información procedente de la base de datos de espectros de masas NIST/NBS (1990) integrada con el programa de tratamiento de datos y fuentes bibliográficas (Hites, 1992). También se compararon algunos índices de retención bibliográficos (Lee et al., 1979; Vacilaros et al., 1982; Rostad and Pereira, 1986). Los análisis se realizaron en el laboratorio de química de la Escuela de Minas de Manresa, UPC. Composición mineralógica: la difracción de Rx se efectuó con un difractómetro de geometría BRAGG - BRENTANO α/2θ SIEMENS D-500 con Radiación Kα del Cu α= 1.5418 Ao a 40 kV y 30 mA, monocromador secundario de grafito. Los difráctogramas medidos de 4 a 70o 2α con tamaño de paso de 3”. Se analizaron 12 muestras, las fases minerales se identificaron con el programa de computación DIFFRAC-AT que utiliza el banco de datos Powder Diffraction File (PDF-1) del International Centre for Diffraction �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 85 Data (ICDD). Los análisis se realizaron en el Servicios Científico Técnico de la Universidad de Barcelona. Composición química de la fase sólida: para determinar la composición se tomaron 0.2 g de sólido y se seco en estufa a 40 grados. En las muestras se analizaron 18 elementos (Fe, Cr, Ni, Co, Zn, Al, Mn, Cu, Pb, Ag, Cd, V, Mg, S, Ti, Sr, K, Mg), por AAS e ICP-AES, previa digestión total de las muestras por ataques sucesivos de HF, HNO3 y HClO4. Para verificar los resultados de la concentración de los metales en los análisis se utilizó el patrón internacional de serpentina del Service D´Analyse des Roches et des Mineraux du CNRS de Francia. Este patrón permite corregir las desviaciones de la concentración de los diferentes elementos analizados. Los análisis se realizaron a 10 muestras de los residuos y a 10 del corte laterítico, en el Servicios Científico Técnico de la Universidad de Barcelona. 3.3.3. Ensayos de caracterización geoquímica En el estudio del transporte de contaminantes, una correcta identificación del comportamiento geoquímico de los diferentes componentes permite considerar las hipótesis adecuadas en cuanto al posible modelo de migración de los elementos. Para el conocimiento de este comportamiento se efectuaron los siguientes experimentos (Anejo 2): 3.3.3.1. Ensayos Batch El estudio experimental de la transferencia química al medio hídrico se efectuó por medio de tests de lixiviación (Batch) a distintas proporciones agua/sólido (residuos metalúrgicos y materiales geológicos secos). Los ensayos tipo Batch se efectuaron sobre 10 muestras de residuos, 3 muestras correspondientes a las diferentes capas del corte de los yacimientos lateríticos, rocas del complejo ofilítico y los materiales del aluvial. Las muestras fueron colocadas en contacto con agua Milli-Q, con pH=7 y las ratio 1:5, 1:20 y 1:250, manteniéndolas en agitación mecánica durante 24 horas a temperatura controlada en el laboratorio (22±2oC). La determinación de las concentraciones se efectuó por AAS e ICPAES, determinando la concentración de Fe, Cr, Ni, Co, Zn, Al, Mn, Cu, Pb, Ag, Cd, V, �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 86 Mg, S, Ti, Sr, K). Las muestras fueron ensayadas por triplicado, así como el uso de patrones y 4 blancos, para corregir posibles errores analíticos, los blancos y patrones sufrieron el mismo tratamiento que las muestras (Anejo 2). 3.3.3.2. Secuencias de extracción o especiación La realización de este ensayo tiene como objetivo determinar las formas minerales o especies en que se encuentran los metales en la matriz de los residuos (Tessier et al., 1979; Howard and Shu, 1996). Para ello se utilizó una adaptación del método de Ma y Uren, (1995) que se muestra en la Tabla 3.3. Los ensayos se realizaron por triplicado (tres muestras por cada residuo). La masa de residuo seco que se utilizó por muestra a ensayar fue de 2 gramos. Los análisis se realizaron en el Servicios Científico Técnico de la Universidad de Barcelona (Anejo 2). Tabla 3.3. Procedimiento de extracción secuencial en 7 fases. Condiciones experimentales modificadas de Ma y Uren, (1995). Pasos Fase Abreviatura Método 1 Soluble en agua WSF Agua destilada 1:5. Agitación 2h. 2 Adsorbido SF 1% NaEDTA en NH4Oac 1M pH 8.3 1:10. Agitación 2h. 3 Mn fácilmente ERMn 0.2% Hidroquinone en NH4OAc 1M pH 7 reducible 1:10. Agitación 2h. 4 Carbonatos CF Na acetato 0.5M pH 4.74 1:10. Agitación 15h/ Agitación 3h. 5 Materia OM H2O2 pH 4.74 digestión en dos tiempos a 85ºC 5 orgánica mL Cada tiempo. 1h. Añade Na acetato 0.5M pH 4.74 1:10. Agitación 15h/ Agitación 3h. 6 Fe y Al óxidos FeAlOX (NH4)2C2O4 0.175M – H2C2O4 0.10M (1/1) pH 3.25 1:10. Agitación 15h/ Agitación 2h. 7 Residual RES Se realizó la digestión de la fase residual con el ataque sucesivo de ácidos. HF, HNO3 y HClO4 3.3.4. Parámetros hidráulicos Se determinó la curva de retención, la permeabilidad saturada y no saturada. Los diferentes ensayos se realizaron sobre muestras remoldeadas, con la densidad seca controlada. Todos los ensayos que describiremos a continuación se han realizado en el Laboratorio de Geotecnia, Departamento Ingeniería del Terreno, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 87 Permeabilidad saturada: la determinación se realizó sobre 4 muestras remoldeadas con diferente porosidad (Tabla 3.4) siguiendo la técnica de la carga variable y de carga constante (ASTM, 1993). Se determinó además en el equipo triaxial con diferentes presiones de cola y confinamiento y tres muestras agrietadas y estratificadas. En estos últimos casos las muestras eran de 120 mm de altura y 100 mm de diámetro. Permeabilidad no saturada: se determinó a partir del ensayo edométrico con succión controlada, en muestras de 10 mm de altura y 50 mm de diámetro con una saturación inicial del 100% y humedad inicial del 40%, con variaciones en el grado de saturación similares a las existentes en condiciones naturales. El equipo utilizado es análogo al de una placa de succión con control de la tensión vertical sobre el suelo (Escario y Sáez, 1973). Los valores de la permeabilidad se ajustaron midiendo la evolución del volumen de agua que entra o sale de la muestra en función del tiempo al cambiar la succión impuesta. El ajuste se realizó utilizando la ecuación de Richards, teniendo en cuenta la baja permeabilidad del disco cerámico de alto valor de entrada de aire (Kunzend and Kirham, 1962). Curva de retención: La determinación de la curva de retención se efectuó con una combinación de técnica psicrométrica (Dimos, 1991), solución salina de ClNa y edómetro de succión controlada (Escario y Sáez, 1973). En este ensayo se emplearon 63 muestras, 21 para cada índice de poros (e=2, e=1.75 y e=1.5). La determinación de la succión total en el suelo mediante el psicrómetro tipo SMI Transistor Psicrometer se utilizó para medir succiones comprendidas en el rango de 0.1 a 10 MPa. Para la medida de la succión entre 0.01 y 0.9 MPa, difícil de medir con precisión con la técnica psicrométrica, se utilizó el edómetro de succión controlada. En este caso la succión impuesta fue la capilar. Los valores obtenidos por los dos procedimientos fueron ajustados mediante la ecuación de Van Genuchten, (1978). 3.3.5. Propiedades mecánicas �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 88 Todos los ensayos para la obtención de las propiedades mecánicas se desarrollaron sobre muestras compactadas a diferentes densidades y humedades iniciales. En todos los casos, salvo excepciones, se siguió el procedimiento establecido por la norma ASTM, (1993). La resistencia a la compresión se ha realizado para diferentes grados de saturación sobre 14 muestras cilíndricas de 76 mm de altura y 36 mm de diámetro (ASTM, 1993). La humedad inicial de la muestra es de 40% y la densidad inicial de 1.53 g/cm3. Las muestras se preparan saturadas y se dejan secar hasta lograr el grado de saturación deseado, para realizar el ensayo. El edómetro convencional se realizó sobre tres muestras remoldeadas de 50 mm de diámetro y 20 mm de altura (ASTM, 1993). La humedad inicial era del 44% y la densidad de 1.39 g/cm3 Los ensayos triaxiales se realizaron de dos tipos: los convencionales con consolidación previa y carga monótona en condiciones no drenadas y los triaxiales con carga cíclica no drenada. Las muestras compactadas ensayadas fueron de 76 mm de altura y 36 mm de diámetro (ASTM, 1993). La humedad inicial de la muestra es de 40% y la densidad inicial de 1.53 g/cm3. Tabla 3.4. Características iniciales de las muestras empleadas en los diferentes ensayos. Ensayo Edómetro convencional Corte directo Límite de retracción Edómetro De succión controlada hinchamiento Colapso Triaxial Cíclico Convencional Compresión simple Ensayo Brasileño Tracción directa Medida de la succión Permeabilidad saturada Permeabilidad saturada en el triaxial Diámetro Altura Densidad Humedad (mm) (mm) (g/cm3) (%) 50 20 1.39 44 50 y 60 20 1.53 40 38 76 1.53 40 10 50 44 20 1.39 50 44 20 1.39 50 38 76 1.53 40 38 76 1.53 40 38 76 1.53 40 50 20 1.53 40 20 1.53 40 1.32 Variable 12 15 1.44 depende 12 12 1.53 del ciclo 12 12 38 76 38 76 1.53 40 �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados Muestra homogénea Muestra estratificada y agrietada 89 100 100 100 100 120 120 120 120 1.39 1.39 1.41 1.42 20 20 20 20 El límite de retracción se determinó en el laboratorio con temperatura controlada sobre una muestra similar a la empleada en el ensayo de compresión simple de 76 mm de altura y 36 mm de diámetro (ASTM, 1993). La humedad inicial de la muestra es de 40% y la densidad inicial de 1.53 g/cm3. 3.4. Equipos desarrollados para la investigación 3.4.1. Bandejas de retracción Para la determinación de las características de retracción y agrietamiento por desecación del residuo se desarrolló un equipo o dispositivo compuesto por unos recipientes de plástico (llamados en lo sucesivo bandejas) con aros exteriores de diversas alturas (4, 8, 16, 32 mm), un compactador y una brida de acero que envuelve al dispositivo por la parte exterior. La brida permiten realizar la compactación de las muestras de residuo para diferentes densidades, diferentes alturas y con diferente grado de saturación. El esquema del dispositivo se presenta en la Figura 3.4. Las bandejas presentan ranuras o estrías de 1.5 mm en la base. Al colocar o montar la muestra de residuo estas estrías se llenan de suelo fijándolo a la superficie, lo que evita su desplazamiento horizontal durante el proceso de retracción que experimenta la muestra al ser secada. Las bandejas permiten desarrollar los ensayos de secado en condiciones de ambiente de laboratorio con humedad relativa y temperatura controlada (22±2 oC), así como en un contenedor cerrado con humedad relativa controlada (Figura 3.4, Foto 3.1). El ensayo en el interior del contenedor se puede realizar con una bandeja o con dos o tres a la vez, en función de su capacidad. Las condiciones de humedad relativa son impuestas con una solución salina en un recipiente en el interior del contenedor (Foto 3.2). �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 90 B AR CB Foto 3.1. Bandeja usada en los ensayos de retracción. B: plato, AR: aros: CB: compactador y brida. Foto 3.2. Contenedor donde se realizaron los ensayos de retracción y agrietamiento por desecación. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 91 Compact ador Brida Perf il de ranuras 0mm 0cm 5cm 10mm Plant a de ranuras 0mm 10mm Figura 3.4. Bandejas de PVC ranuradas en la base para el estudio de la retracción en el residuo. Parte superior sección. Parte inferior en planta. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 92 0cm 5cm Figura 3.5. Sección del contenedor utilizado en los ensayos de retracción del residuo para diferentes condiciones de humedad relativa. 3.4.2. Equipo para determinar la resistencia a la tracción Para desarrollar el estudio de resistencia a la tracción se construyó un equipo de características similares al desarrollado por Mikulisch y Gudehus (1995) (Figura 3.6, Foto 3.3). Este equipo consta de un compactador que permite preparar muestras de diferentes densidades. Durante la compactación de las muestras se coloca una placa porosa de bronce sinterizado entre el compactador y la muestra que facilita la salida del agua durante el proceso de compactación. El equipo de tracción dispone de un sistema de medida de desplazamiento con un transductor (LVDT) que permite la adquisición de datos de manera continuo. Midiendo el proceso de deformación de la muestra en función de la carga que se esté aplicando y el tiempo, se puede conocer el momento en que se produce la rotura. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 93 Además consta de un comparador en el que se pueden realizar las lecturas de la deformación de la muestra de manera manual (Figura 3.6). El equipo permite determinar el valor de la resistencia directa a la tracción en las muestras de residuo o de un suelo para diferentes condiciones de densidad, diferentes grados de saturación y diferentes espesores. La principal limitación de este equipo es que es complicado realizar ensayos con una tensión de confinamiento vertical. Este equipo fue fabricado por dos razones: 1) no existe en el mercado y 2) el precio de los componentes y costo de fabricación es bajo. Foto 3.3. Equipo de tracción utilizado en los ensayos de resistencia a la tracción directa. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 94 Compact ador I Filt ro LVDT Carga 0 10 20 30 40 50mm II Zona de Rot ura 0 10 20 30 40 50mm Figura 3.6. Equipo para la determinación de la resistencia a la tracción del suelo. I) Sección y II) Vista en planta. LVDT- transductor de desplazamiento. 3.4.3. Construcción de columnas de pequeño diámetro para el estudio del flujo y transporte de solutos en el medio poroso Las columnas construidas en acero inoxidable para la preparación de muestras de materiales porosos (suelo o residuo) se muestran en la Figura 3.7. Permiten compactar las muestras en el interior del tubo y lograr las condiciones de densidad deseadas para los ensayos de flujo y transporte de soluto. Están construidas en acero inoxidable para resistir la presión en el caso de realizar ensayos con el HPLC y con una capa interior de plástico para evitar el efecto redox durante la realización del ensayo con diferentes tipos de metales. El plástico utilizado es PVC que se caracteriza por ser inerte y resistente a altas presiones. Consta de un filtro en forma de anillos que garantizan una distribución uniforme del líquido que entra sobre la muestra del �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 95 material poroso con el que se esté ensayando y de una tórica que hace completamente estanco el medio, para evitar variación en las condiciones del ensayo. Además, las columnas presentan tuerca y contratuerca, que garantizan un montaje rápido y un cierre eficaz de la misma. Las columnas desarrolladas son de 50 y 100 mm de longitud y de 20 y 16 mm de diámetro (Figura 3.7, Foto 3.4). La columna permite realizar el ensayo para diferentes condiciones de presión en el rango de 1-250 bares) y velocidad de flujo, así como diferentes densidades del medio poroso. En la Foto 3.4 se muestran dos de las columnas utilizadas en los ensayos de flujo y transporte de soluto. Estas columnas se fabricaron por varias razones: no existen en el mercado, el costo de fabricación es bajo en comparación con el que ofrecen las casas comerciales por encargo y cumple los requisitos de versatilidad necesarios para realizar diferentes tipos de ensayos. 0 10 20 30 40 50mm Figura 3.7. Sección de la columna usada en los ensayos de flujo y transporte (Foto 3.1). 01-pared de acero, 02-tuerca de cierre, 03-pared de plástico, 04-tórica de plástico para el ajuste de los conectores, 05-tórica de ajuste entre el tubo de plástico y la tórica exterior, 06-07-08 son anillos concéntricos que actúan como filtro y distribuyen uniformemente el agua, 09-muestra del sólido. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 96 Foto 3.4. Columnas usadas en el laboratorio para los ensayos de flujo y transporte de solutos. 3.4.4. Construcción e instrumentación de una columna para el estudio del comportamiento hidromecánico de medios porosos y medios porosos fisurados La columna constituye un sistema automatizado para la observación del comportamiento hidromecánico del residuo minero (u otro medio poroso) y consta de tres componentes: I) Parte física, formada por una columna con célula de carga, electroválvula, ventilador, bombilla, piedra porosa, filtro y diversos sensores para medir humedad, temperatura, succión, etc. (Figura 3.8). II) Una interfaz electrónica (tarjeta de adquisición de datos) que actúa de enlace entre la parte física y el ordenador. III) Sistema de control y registro automático de los diferentes sensores programado con un código desarrollado en Visual Basic. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 97 Columna: está confeccionada en un cilindro de metacrilato de 44 cm de alto y 30 cm de diámetro exterior y 29 cm de diámetro interior y una base interior construida en plástico (PVC). La columna descansa sobre una base de acero que se encuentra conectada a una célula de carga de 100 kg ubicada en su centro. La célula de carga a su vez está fijada a un disco de acero rígido (Figura 3.8). Entre la pared de metacrilato y el residuo se coloca una membrana de latex que evita el flujo preferencial por las paredes de la columna y facilita el sellado de los diferentes sensores conectados en la muestra de residuo. Los detalles de los principales componentes de la columna, los diferentes dispositivos y sensores se relacionan en la Tabla 3.5. En la Figura 3.8 y en la Fotos 3.5, se muestran los principales componentes de la columna y en las Fotos 3.6 se aprecia una imagen de cada uno de los sensores utilizados. La colocación de los sensores como se muestra en la Figura 3.8I, se ha realizado en forma de espiral para evitar la formación preferente de fisuras verticales. El diámetro de los diferentes sensores se indica con el objetivo de mostrar la magnitud del volumen dentro de la matriz del residuo ocupada por éstos. El transductor de desplazamiento (LVDT), el termómetro de control de la temperatura en la superficie de la muestra y la electroválvula ubicados en el centro de la columna se desplazan por un eje central simétrico, manteniendo siempre la misma distancia con relación a cada una de las capas de residuo o suelo que se va colocando en el interior de la columna (Figura 3.7). Características de funcionamiento mecánico: el líquido que se infiltra en la columna puede proceder de dos depósitos de agua. La elección del depósito de agua deseado se hace de manera manual. En un depósito de agua se deposita la solución electrolítica sin soluto y en el otro la solución con el soluto con que se realiza el ensayo de flujo y transporte. El nivel del agua dentro de la columna se puede regular manualmente, colocando el sensor de la electroválvula a determinada altura de acuerdo con el gradiente hidráulico deseado. El caudal de agua que suministra la electroválvula depende de las condiciones de presión a que se encuentre el depósito. El nivel de agua en este depósito se controla con un sensor de nivel ligado a una electroválvula. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 98 En la fase de secado sobre la capa superior de la columna se controla la temperatura, la humedad relativa y la velocidad del aire. La humedad relativa del aire se regula obligando al aire a atravesar unos paños de algodón que están parcialmente sumergidos en un depósito de agua. El nivel del agua en el depósito y el número de paños permiten variar la humedad del aire que entra al sistema. La electroválvula tiene apertura automática de acuerdo a las variaciones del nivel en el depósito de agua para el humedecimiento del filtro de algodón (paños) que es el encargado de elevar la humedad relativa del aire que entra y circula por el interior del sistema. También se cierra o se abre al variar el nivel de agua dentro de la columna de residuo o suelo (Figura 3.8). La temperatura se regula automáticamente con un termómetro ubicado en la parte superior de la muestra con un error de ±0.5 oC. La temperatura impuesta es de 26 oC con el objetivo de mantener una humedad relativa del 60±5%. La velocidad del aire se impone usando un ventilador que gnera una corriente de aire sobre la muestra de 2 m/s. Es de señalar que este es el valor medio de la velocidad del viento en la zona donde se encuentran las balsas de residuo. Sistema de adquisición de datos: está constituido por una tarjeta de adquisición de datos AT-MIO-16XE-10 con 16 canales de entrada analógica y 16 de salida y capacidad de realizar 20000 lecturas por segundo (National Instruments, 1996). Esta tarjeta se coloca en el interior del PC y permite tener un control de las medidas en el intervalo de tiempo fijado y con el número de lecturas deseado. El control y adquisición de la señal se realiza a través de un código en el ordenador personal. Software de adquisición de datos: se ha desarrollado un programa interactivo programado en Visual Basic para establecer el tiempo de inicio de una sesión de trabajo, los intervalos de lectura y su hora de finalización. El programa orienta al usuario sobre los pasos que ha de seguir para lograr una ejecución correcta del ensayo y evitar errores en las lecturas. El código realiza las lecturas cíclicas de todos los sensores instalados en la columna en los intervalos de tiempo programados. Simultáneamente controla mediante una de las salidas �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 99 digitales, el encendido o apagado de un foco de luz infrarroja con la finalidad de mantener una temperatura constante en la superficie del residuo (o suelo). Previamente la temperatura es fijada en función del experimento a realizar por el usuario y es medida por un termómetro ubicado directamente en la superficie de la muestra (Figura 3.8 y 3.9). Tabal 3.5. Características de la columna empleada en el estudio de flujo y transporte de solutos conservativos y no conservativos en el laboratorio. Columna exterior Membrana de látex Diámetro (cm) Exterior Interior 30 29 29 28.5 Función Garantizar la rigidez de la muestra Evita el flujo por las paredes Placa porosa 29 Evita el paso de las partículas sólidas Base de la columna Soporte de la muestra y los sensores Ventilador que genera aire a velocidad de 2 m/s Filtro de algodón húmedo Flujo de entrada y salida del aire que garantiza la evaporación de agua Humedecer el aire de entrada Bombilla infrarroja Mantener la temperatura constante Electroválvula Caudal de agua que mantiene el nivel dentro de la columna y del depósito donde están colocados los filtros que humedecen el aire Difuminar la luz para evitar el efecto sombra Cristal Sensores de medida Diámetro Longitud (mm) (mm) Parámetro que mide Rango Higrómetros (Vaisala) 12 0-99% 0-100 oC 0.1-10 MP 0-100 oC 0-44% 1.0 % 0.5 oC 50 Humedad relativa Temperatura Succión Temperatura Contenido volumétrico de agua Temperatura 0-100 oC 0.2 oC 66 Retracción 0.005-30 mm 0.1% Pérdida de peso 100 kg 0.2 % Succión 0.01-1.2 m.c.a. 0.005 m.c.a 50 Psicrómetros (Wescor) 6 50 TDR - Time Domain 2.5 Reflectometry (IMKO) Termómetro 5 (fabricación propia) LVDT (Transductor de 3 desplazamiento) Célula de carga 80 Tensiómetro (fabricación propia) 5 Precisión 0.2 oC 2% Los tensiómetros se fabricaron con una piedra porosa de alto valor de entrada de aire (0.5 MPa) y un tubo capilar de 2 mm de diámetro, que permite medir una succión de 2 metros �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 100 de columna de agua, debido a las limitación de altura en el laboratorio donde se han desarrollado los ensayos. Los termómetros se fabricaron con dos termopares de 2 mm de diámetro y se aislador mediante una resina que impedía la entrada de agua en el sistema, debido a que comprobamos que si se mojan se producen alteraciones en la lectura. El sistema, además, está provisto de diferentes opciones para imponer la temperatura deseada y el tiempo al que se desea realizar la lectura. El equipo muestra en pantalla la evolución en tiempo real de las medidas realizadas en las últimas 24 horas y muestra el valor numérico de la última lectura realizada. Cada 24 horas el dispositivo crea un nuevo fichero en cuyo nombre se incluye la fecha del día en que se realiza el ensayo, lo que garantiza la conservación de la información. El programa permite además variar las condiciones de lectura y temperatura en el momento que se desee, sin tener que interrumpir la realización del ensayo. Los datos son almacenados en un fichero en MSDOS que puede ser exportado y tratado gráfica y analíticamente. El sistema se diseñó y construyó porque no existe en el mercado un equipo que permita realizar el estudio del comportamiento hidromecánico de los medios porosos, con el control de los diferentes parámetros (temperatura, succión, contenido volumétrico de agua, evaporación, humedad relativa, permeabilidad etc.), además el equipo permite la realización de ensayos de flujo y transporte de solutos. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 101 B T EV V TDR V SP SP V T SP I TDR T TDR SP SP SP SP T CC VE SA B II P T EV 11 9 TDR 7 5 3 SP 1 III F 12 10 LVDT 8 6 4 2 TDR EA V NA M TDR T PP T TN CC 0 cm 10 20 30 Figura 3.8. Esquema de la columna. I) Desarrollo del cilindro que muestra la ubicación de cada uno de los sensores. II) Sistema de adquisición de datos y III) representación de la columna en 3D. Los sensores no se colocaron en la misma vertical sino como se muestra en I. Los números indican la posición de la capa de residuo. CC: célula de carga; TN: tensiómetro; PP: placa porosa; M: membrana; TDR: medidor del contenido volumétrico de agua; T: termómetro; SP: psicrómetro; V: higrómetro; EA: entrada de aire; SA: salida del aire; NA: nivel del agua; F: filtro de algodón; VE: ventilador; B: bombilla; LVDT: transductor de desplazamiento; EV: electroválvula; P: piezómetro. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 102 3.4.4.1. Prestaciones de la columna - Permite el llenado de la columna con material sólido de cualquier característica (suelos naturales o antropogénicos, residuos, etc.). El llenado de la columna se puede hacer por capas, compactando el material o vertiéndolo de forma húmeda y dejándolo secar y consolidar en el interior según los objetivos del trabajo. - Se pueden realizar ensayos de flujo y transporte de solutos en condiciones saturadas o no saturadas en medios homogéneos o heterogéneos. El gradiente hidráulico de la columna puede ser modificado según los objetivos del trabajo. La conductividad hidráulica saturada se determina en condiciones de régimen de flujo estacionario y gradiente hidráulico constante. El nivel del agua en la superficie es controlado por una electroválvula. - Permite realizar ensayos de retracción de suelos (formación de fisuras) con control o imposición de la temperatura, con control de la pérdida de la masa de agua por evaporación, humedad relativa y velocidad del viento en superficie. La retracción del suelo sólo puede medirse de manera continua en la dirección vertical y los datos son almacenados de manera continua por un ordenador. - Permite la medida en profundidad de la humedad, la succión y la temperatura y su evolución en el tiempo. - Mide la pérdida en peso en función del tiempo, lo que permite determinar la evaporación de la muestra que se esté ensayando. - Permite imponer la temperatura del ensayo que se desee realizar. - Se puede establecer la velocidad del viento deseada si se dispone de un regulador de potencia para el motor del ventilador. - Se puede imponer la humedad relativa con una variación de ±5% en condiciones de temperatura ambiente, esta variación puede ser reducida entre el 1-2% si se realizan ensayos en un laboratorio con temperatura controlada. - Permite aplicar o realizar una recarga (riego) sobre la muestra de suelo que se esté ensayando siempre que el peso total del sólido y el agua no supere los 100 kg. - El proceso de evolución del contenido volumétrico de agua puede ser controlado por el TDR y la succión por psicrómetros. - La saturación del material sólido se puede realizar en dos sentidos de abajo hacia arriba o de arriba hacia abajo. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados - 103 A partir de este diseño, la altura y capacidad de la columna, así como el número de sensores pueden ser variados según los objetivos planteados en cada trabajo de investigación. PP R Base CC M EV Foto 3.5. Componentes de la columna para el estudio de las propiedades hidromecánicas del residupo. PP: placa porosa; R: dispositivo para aplicar la recarga de agua distribuida uniformemente; Base: soporte de la columna de sólido y del metacrilato, sobre él descansa la placa porosa y permite evacuar el agua; M: membrana de látex; CC: célula de carga; EV: electroválvula. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados V 104 LVDT 8 mm 30 mm T TDR 8 mm SP 80 mm TN 6mm 5mm Foto 3.6. Sensores de la columna instrumentada. V: higrómetro; LVDT: transductor de desplazamiento; T: termómetro; TDR: medidor del contenido volumétrico de agua; SP: psicrómetro; TN: tensiómetro. 3.5. Trabajo de gabinete Para comprobar la fiabilidad de los análisis químicos de las aguas superficiales y subterráneas realizados en este trabajo y los ya existentes en trabajos anteriores, se utilizó la relación entre el error en el balance iónico de los componentes mayoritarios. �Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 105 Normalmente suele existir una diferencia entre la suma de aniones y cationes en meq/L, debido a los errores acumulados en cada una de las determinaciones individuales, al no tenerse en cuenta los iones minoritarios. El error de un balance iónico viene dado por: Error(%)=200*(Σcat-Σani)/(Σcat+Σani) (Custodio y Llamas, 1983) Tratamiento de los datos: en el tratamiento de los datos químicos de la composición de las aguas, además de las técnicas estadísticas convencionales (media y desviación estándar), se han empleado los siguientes métodos gráficos: Diagramas de Stiff para diferenciar los distintos tipos de agua y visualizar la mineralización de los mayoritarios por el polígono gráfico y el área de los mismos respectivamente y los diagramas de Piper para identificar las facies hidroquímicas presentes y posibles mezclas de agua. El modelo hidrogeoquímico de la composición química de las aguas superficiales y subterráneas se realizó usando el programa de especiación PHREEQCI (Parkhurst, 1995, Charlton et al., 1997). �Figura 3.9. Vista en pantalla de la salida gráfica y digital de los diferentes sensores. El color indica el parámetro que se está midiendo. Capítulo 3. Métodos, técnicas y equipos desarrollados 106 �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 107 Capítulo 4. MODELOS DE FLUJO Y TRANSPORTE DE SOLUTOS EN LOS MEDIOS POROSOS 4.1. Generalidades de los modelos de flujo y transporte de solutos Los modelos de flujo y transporte de solutos en el medio poroso existentes en la bibliografía se pueden clasificar en dos grandes grupos: 1- Modelos de equilibrio. 2- Modelos de no equilibrio. Los modelos de equilibrio: han sido desarrollados bajo la hipótesis de la existencia de equilibrio en todos los puntos del sistema. Los modelos de no equilibrio: incluyen todos aquellos que contemplan algún tipo de cinética durante el movimiento del soluto por el medio poroso (no se alcanza el equilibrio instantáneamente). El conjunto de modelos numéricos consultado que permiten simulan o reproducir el flujo y transporte de soluto en los medios porosos (Sprankle et al., 1975; Van Genuchten and Wierenga, 1976; Álvarez et al., 1982; Rubin, 1983; Grove and Stollenwerk, 1985; Valocchi,1985 y 1986; Nielsen et al., 1986; Bahr and Rubin, 1987; Jennings,1987; Yang, 1988; Ayora et al., 1998; Saaltink et al., 1998b, 1998b; Latinopoulos et al, 1988; Lessey,1988a, 1988b y 1989; Brusseau, et al.,1989; Nicoud and Schweich, 1989; Van Dam et al., 1990; Van der Zee,1990; Marzal, 1992; Varela y Carrera,1993; Van Dam et al., 1996; Selim and Amacher, 1997, Persson and Berndtson, 1997, Wang et al., 1998; Tindall et al., 1999, Saaltink et al., 2001, Ayora et al., 2001; Guimaraes, 2002), difiere en tres aspectos fundamentales: a) La forma de acoplar las reacciones químicas y la ecuación de transporte. b) El modelo utilizado para definir el equilibrio de adsorción. c) El método de resolución. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 108 4.1.1. Acoplamiento químico del transporte del soluto De acuerdo a la manera de realizar el acoplamiento entre las reacciones químicas de los solutos y las ecuaciones de transporte es posible diferenciar dos tipos de modelos: 1) Modelos directos. 2) - Modelos secuenciales. 1 - Modelos directos: las reacciones químicas se introducen directamente en la ecuación de transporte, de esta manera el problema se reduce a la solución de una ecuación de transporte para cada soluto o componente químico. Estos modelos engloban en un único sistema de ecuaciones diferenciales todos los fenómenos implicados, de manera que en un sólo paso se determina el transporte de los solutos y la interacción química (sinergia o antagonismos). El conjunto de ecuaciones utilizado depende del tipo de interacciones químicas. Estos modelos son muy específicos para cada problema concreto, tanto en su planteamiento como en el esquema numérico desarrollado. 2 - Modelos secuenciales: las reacciones o relaciones químicas de los diferentes solutos se mantienen separadas de las ecuaciones diferenciales que expresan el balance de materia (ecuaciones de transporte) y la solución se obtiene iterando alternativamente entre los dos sistemas de ecuaciones. Estos modelos presentan como ventaja su versatilidad para el tratamiento de sistemas multisoluto y la posibilidad de utilizar programas de equilibrio químico en sistemas de aguas naturales, como MINEQL (Westall et al., 1976), WATEQF (Plummer et al., 1976), GEOCHEM (Sposito and Mattigod, 1980), MINTEQ (Felmy et al., 1985); PHREEQCI (Parkhust, 1995). Esta opción tiene como desventaja que incrementa el tiempo de cálculo y el equilibrio químico debe establecerse un elevado número de veces. 4.1.2. Definición del equilibrio de adsorción Termodinámicamente, el equilibrio de adsorción fue definido por Karickhoff (1980) como el estado en el cual la concentración de los compuestos (solutos reactivos) en las fases sólidas (matriz del medio poroso adsorbente) y la solución son iguales (fs=fc, siendo f=Fa⋅[Cw], donde Fa es el coeficiente de adsorción (o fugacidad) y [Cw] es la concentración de la fase en solución). �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 109 La definición del equilibrio de adsorción, en los diferentes modelos, entre un soluto cualquiera en la solución y el adsorbente (matriz del medio poroso) en unas condiciones fisicoquímicas determinadas, va desde el uso de una isoterma de adsorción lineal, de una isotermas de adsorción no lineal (Langmuir, Freundlich, etc.), hasta los modelos de formación de complejos superficiales (modelo de capacitancia constante, modelo de doble y de triple capa, etc.). Un resumen de los diferentes tipos de isotermas empleados en los diferentes modelos de flujo aparece en Selim and Amacher, (1997). 4.1.3. Método de resolución El método de resolución del flujo y el transporte de solutos puede ser: I) Analítico. II) Numérico. I)- Analítico: la obtención de una solución analítica para el flujo y transporte de un soluto en el medio poroso requiere realizar una serie de simplificaciones, respecto a las propiedades del sistema y de las condiciones de contorno. La realización de estas simplificaciones puede llevar con facilidad a un modelo excesivamente simplificado. Sin embargo, de acuerdo con Latinopoulos et al, (1988) y Tindall et al., (1999) los métodos analíticos presentan ciertas ventajas: - Son útiles en la obtención de una estimación inicial del grado de contaminación de un acuífero. - Son eficientes cuando se dispone de poca información del sistema. - Pueden ser aplicables para verificar la exactitud de los métodos numéricos. - Son útiles en el análisis de los mecanismos que afectan el flujo y transporte de contaminantes en presencia de reacciones o interacciones químicas. En Tindall et al., (1999) se encuentra un resumen de diferentes modelos analíticos utilizados en el flujo en condiciones no saturadas en hidrogeología. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 110 II)- Numérico: en general se utilizan tres tipos de métodos numéricos. El método de las características, de las diferencias finitas y elementos finitos. De acuerdo con Konikow and Mercer (1988), en los medios porosos en los que el flujo y el transporte de solutos está controlado por el flujo convectivo (zonas de alta permeabilidad debido a fracturas, macroporos, puntos de descarga o recarga, zonas de bombeo) la ecuación de transporte se aproxima a una ecuación de tipo hiperbólica, si por el contrario predomina el flujo dispersivo (zonas de baja permeabilidad, áreas estancadas) la ecuación de transporte se aproxima a una ecuación de tipo parabólico. Dentro de un mismo medio poroso se pueden encontrar las dos condiciones. El método de las características: se desarrolló para resolver las ecuaciones hiperbólicas. Este método consiste básicamente en la reducción de las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales que definen el sistema a un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias equivalentes. Las ecuaciones diferenciales ordinarias se resuelven por diferencias finitas, por lo que este método en su esencia es un método de diferencias finitas. Método de las diferencias finitas y de los elementos finitos: en estos métodos, la región de estudio es dividida en celdas o elementos a los que se les asocian los puntos nodales. Los métodos de las diferencias finitas aproximan la primera derivada, tanto espacial como temporal, mediante el cociente de la diferencia en el valor de las variables entre los nodos adyacentes y el intervalo entre dichos nodos. Los métodos de elementos finitos utilizan funciones preestablecidas de las variables dependientes y de los parámetros del modelo para evaluar formulaciones integrales de las ecuaciones diferenciales. La discretización espacial y temporal reduce la resolución de la ecuación diferencial a la resolución simultánea de un sistema de ecuaciones algebraicas. Dicho sistema puede ser resuelto por procedimientos iterativos o por métodos matriciales directos. Los métodos de las diferencias finitas son más sencillos conceptual y matemáticamente. Los métodos de los elementos finitos pueden ser más exactos , pero sobre todo, son más flexibles en la discretización espacial, adaptándose mejor a contornos irregulares (Konikow and Mercer, 1988). �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 111 Un amplio resumen de diferentes modelos numéricos para condiciones de flujo y transporte no saturados en hidrogeología puede consultarse en Tindall et al., (1999). Otros modelos sobre el tema pueden verse en Carreras y Galarza, (1993), Samper, (1991, 1993). Para el caso de flujo y transporte de soluto en condiciones saturadas puede consultarse a Selim and Amacher (1997). La elección de un método numérico o analítico dependerá básicamente de las condiciones de flujo y de la complejidad del sistema y de las interacciones químicas existentes. En general los métodos numéricos son más versátiles y pueden proporcionar soluciones fiables en sistemas de elevada complejidad, aunque requieren generalmente gran tiempo de cálculo y se pueden presentar problemas derivados de la dispersión numérica. 4.2. Modelos de equilibrio local La mayoría de los modelos de flujo y transporte de contaminantes establecidos bajo la suposición de equilibrio local han sido desarrollados de acuerdo con la clasificación de Rubin (1983): - Reacciones suficientemente rápidas homogéneas (clase uno). - Reacciones heterogéneas superficiales (clase dos). Sin embargo, no todos los modelos existentes en la bibliografía consultada alcanzan el mismo grado de generalidad en cuanto al grado de representación de las interacciones físicas y químicas que tienen lugar entre el soluto en la solución y el adsorbente. De esta manera aparecen dos grupos de modelos (Marzal, 1992; Selim and Amacher, 1997): - Modelos unicomponentes. - Modelos multicomponentes. 4.2.1. Modelos unicomponentes En estos modelos sólo se emplea una ecuación de flujo y transporte, la correspondiente al adsorbato. El equilibrio de adsorción se describe mediante una isoterma que puede ser lineal o no lineal y el acoplamiento entre el equilibrio de adsorción y el transporte se realiza directamente mediante el factor de retardo (R) (Marzal, 1992; Selim and Amacher, 1997). �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 112 En número de modelos unicomponentes es muy grande y entre ellos los más usados para la simulación del flujo y el transporte de soluto en columnas e encuentran los de Rao, (1974); Rao et al., (1993); Brusseau and Rao, (1989); Brusseau et al., (1989, 1990; 1992); Brusseau (1994); Álvarez et al., (1995, 1999, 2001), donde presenta un modelo de flujo y transporte de solutos que permite realizar simulaciones de ensayos en columnas de un soluto, utilizando los modelos de “dos sitios y dos regiones”. La solución del problema asume isoterma de adsorción lineal y no lineal. Estos modelos son los que describiremos en detalles más adelante. 4.2.2. Modelos multicomponentes En estos modelos el sistema está representado por una ecuación de flujo y transporte para cada soluto existente en la solución acuosa (Marzal, 1992; Selim and Amacher, 1997, Guimaraes, 2002). Entre los modelos de multicomponentes desarrollados bajo el esquema matemático directo destacan los modelos de Jennings et al., (1982) y Miller and Benson, (1983). Ambos modelos presentan limitaciones para tratar sistemas de multisolutos y no linealidad de las ecuaciones de transporte. En ambos casos (modelos unicomponentes y multicomponentes) la ecuación general utilizada para describir el flujo y transporte advectivo dispersivo de un soluto en condiciones de equilibrio local es la siguiente, R ∂ 2 Cw ∂C ∂C =D −v w 2 ∂t ∂x ∂x (4.1) donde Cw, es la concentración del soluto en el líquido (ML3), v, es la velocidad de flujo (LT-1), t, es el tiempo (T), D es la dispersión (L2 T-1), x, es la distancia a punto de inyección, R, es el retardo. Para solutos con isoterma de adsorción lineal R se define según la siguiente ecuación (Wang et al., 1998), R = 1 + Kd ρ θ Kd es el coeficiente de reparto o distribución, θ es el contenido volumétrico de agua (L3L-3) y ρ es la densidad seca del suelo o material empleado (ML3). �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 113 4.2.3. Aplicabilidad del equilibrio local en el flujo y transporte de solutos La aplicabilidad del equilibrio local para los ensayos de flujo y transporte de solutos reactivos se ha caracterizado mediante una serie de parámetros adimensionales, seguida de un análisis paramétrico para determinar los valores críticos de los mismos que marcan el límite de aplicabilidad de este criterio. Dichos parámetros adquieren la forma general del número de Damkohler (w). Este número representa la contribución de la cinética al proceso global del transporte de un soluto por el medio poroso. La expresión concreta del número de Damkohler aplicable a cada caso depende del tipo de cinética que se esté considerando. Jennings (1987), estudia la aplicabilidad del equilibrio local con un ensayo de flujo y transporte con una inyección de soluto en forma de pulso. El análisis de los resultados pone de manifiesto la validez del equilibrio local para números de Damkohler superiores a 10. Además, considera el efecto de la dispersión a través del número de Peclet (P). Otros trabajos de aplicabilidad del equilibrio local durante la realización de estudios de flujo y transporte de solutos por el medio poroso considerando el criterio del número de Damkohler se pueden encontrar en Bahr and Rubin (1987), Lessey (1988b y 1989), Brusseau et al., (1989), Wang et al., (1998). Valocchi (1985, 1986), presenta un estudio de flujo y transporte de soluto con inyección en pulso para el que realiza un análisis diferente de la validez de las condiciones de equilibrio. En este caso la validez de la existencia de condiciones de equilibrio se cuantifica a través de los momentos centrales, segundo y tercer momento respectivamente. Estos momentos representan el centro, grado de propagación y asimetría de la curva de paso del soluto por el medio poroso. De acuerdo con los estudios de Jennings (1987), el equilibrio instantáneo en un proceso de flujo y transporte de soluto reactivo por el medio poroso nunca puede ser alcanzado, sin embargo en algunos sistemas el error puede ser pequeño y venir compensado por las ventajas que conlleva aceptar condiciones de equilibrio desde el punto de vista de la formulación matemática y de la determinación de los parámetros. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 114 4.3. Modelos de flujo y transporte con cinética de transferencia de masa En la bibliografía consultada se encuentran diferentes trabajos que incluyen en la ecuación de flujo y transporte un término que representa transferencia de materia por el mecanismo de difusión molecular (Rao, (1974); Van Genuchten and Wierenga, 1976, Rao et al., (1993); Brusseau and Rao, (1989); Brusseau et al., (1989, 1990; 1992); Brusseau (1994); Álvarez et al., (1995, 1999, 2001). El tratamiento de estos sistemas se realiza distinguiendo dos regiones en la fase líquida del sistema: región móvil y región inmóvil. Esto se conoce en la literatura como modelos bicontinuos o modelos de “dos regiones”. Los investigadores Van Eijkeren and Lonch (1984), atendiendo a la división anterior hecha por Van Genuchten and Wierenga, (1976), plantean un modelo en el que distinguen dos regiones en el adsorbente una de ellas se encuentra en equilibrio con la fase acuosa (sitio uno) y otra controlado por la cinética química (sitio dos). Estos modelos son los que se conocen como modelos de “dos sitios”. Nkedi-Kizza et al., (1984), presentan un modelo que reproduce las curvas de ruptura en columnas de intercambio catiónico. En este estudio se incluye la comparación entre el modelo de dos regiones y el de dos sitios. Su conclusión más significativa es que mediante la definición de una serie de parámetros adimensionales se puede demostrar la equivalencia entre estos dos modelos con modelos conceptuales totalmente diferentes. Lassey (1988a) y Van der Zee (1990), presentan una solución analítica para el flujo y transporte unidimensional de solutos. En este trabajo, se pone de manifiesto la equivalencia matemática entre la descripción de la cinética por una transferencia de materia entre dos regiones móviles e inmóviles (modelos de dos regiones) o cuando el proceso es descrito por una cinética química de primer orden (modelos de “dos sitios”). Yang (1988), propone un modelo bidimensional con separación entre fases acuosa móvil e inmóvil y transferencia de materia entre ambas fases, proporcional a la diferencia de concentración entre las mismas. El modelo reproduce el movimiento de solutos en un sistema saturado y no saturado. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 115 Siguiendo este tipo de planteamiento de los modelos de dos sitios y dos regiones, Brusseau et al., (1989), proponen pasar del modelo bicontinuo a un modelo de múltiples regiones. Para ello dividen el medio poroso en cuatro dominios de adsorción, los dos primeros se asocian a la fase acuosa móvil y los dos últimos a la fase acuosa inmóvil. En tres de estos dominios la adsorción se supone está controlada por uno de estos factores: 1- Equilibrio. 2- Cinética química o difusión interna. 3- Difusión en la fase acuosa inmóvil. En el cuarto dominio la adsorción viene controlada por dos factores. 1- Difusión en la fase acuosa inmóvil. 2- Cinética química o difusión interna. Grove and Stollenwerk, (1985) y Nicoud and Schweich, (1989), han desarrollado modelos de flujo y transporte de soluto que incluyen la cinética de transferencia de materia sin considerar la existencia de regiones móviles e inmóviles en la fase acuosa que rellena el medio poroso. 4.3.1. Descripción de los modelos de flujo y transporte de solutos en condiciones de no equilibrio El desarrollo de los modelos de flujo y transporte de solutos reactivos se ha convertido en un tema de gran interés científico en el campo de la hidrogeología, la agricultura y el medio ambiente. Dentro de los modelos de flujo y transporte de solutos reactivos se encuentran los modelos analíticos y los modelos numéricos. En nuestro caso nos centraremos en los modelos numéricos que describen los procesos de flujo y transporte de solutos reactivos en el medio poroso. Específicamente los que reproducen el flujo por el medio poroso en ensayos en columnas de laboratorio. En la actualidad se han desarrollado diferentes tipos de modelos de flujo y transporte que incluyen los procesos de cinética química con transferencia de masa. Entre los modelos más usados para simular el flujo y transporte de solutos en columnas se encuentran los siguientes: �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos - 116 Modelos físicos o “modelos de dos regiones” (two region models) (Van Genuchten and Wierenga, 1976). - Modelos químicos o “modelo de dos sitios” (two site models) (Brusseau and Rao, 1989; Brusseau et al., 1989; Álvarez et al., 1995, 1999, 2001; Selim and Amacher, 1997, Wang et al., 1998). Los modelos antes mencionados han sido desarrollados para condiciones de flujo en medio saturado y no saturado. Los modelos de dos sitios y dos regiones han sido desarrollados para condiciones no saturadas (Skopp et al., 1981, White, 1985, Wagenet and Hutson, 1987; Carsel et al., 1985), estos modelos tienen como particularidad que tienen que resolver las ecuaciones de flujo considerando condiciones de flujo multifase. En el caso de condiciones de flujo saturado, los modelos reproducen los datos experimentales con muy buenos resultados (Van Genuchten and Wierenga, 1976; Brusseau et al., 1989; Álvarez et al., 1995; Condesso, 1996; Selim and Amacher, 1997, Wang et al., 1998). 4.3.1.1. Modelos químicos o “modelo de dos sitios” (two site models) La formulación conceptual de estos modelos asume que los procesos de sorción ocurren con diferentes intensidades (ratio) entre el soluto y la matriz del medio poroso. Estos modelos fueron desarrollados inicialmente por Selim et al, (1976), y Cameron and Klute, (1977). En estos modelos la complejidad del medio poroso es simplificada asumiendo que en el medio poroso hay dos sitios: primer sitio (S1) donde la sorción tiene lugar instantáneamente y esta en equilibrio y un segundo sitio (S2) donde la sorción tiene lugar más lentamente controlada por la cinética del medio, el equilibrio de adsorción se alcanza más lentamente. En realidad la fracción del medio poroso estudiado que le corresponde a estos dos sitios no se conoce y su separación física - química es prácticamente imposible (Selim and Amacher, 1997). De acuerdo con los trabajos de Brusseau and Rao, (1989) es posible diferenciar en el medio algunos de esos tipos de sitios: I) Sitios de reacción a escala molecular. II) Sitios de diferente grado de accesibilidad (variación en la estructura del medio poroso). �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 117 III) Sitios con diferentes fases adsorbentes (materia orgánica, minerales cristalinos y amorfos, partículas coloidales). IV) Sitios con diferentes mecanismos de sorción (depende de la composición de la matriz del medio poroso). Los procesos físico-químicos que controlan la adsorción y desorción de solutos que tienen lugar en el medio poroso pueden ser descritos por dos tipos de reacciones fundamentales: I) en serie y II) en paralelo (Figura 4.1). Modelo en serie Cw K1 S1 k1 S2 k2 Modelo en paralelo S2 k2 Cw K1 S1 k1 Figura 4.1. Representación esquemática de los modelos de dos sitios (Brusseau and Rao, 1989). Sin embargo si en el medio poroso uno de estos dos sitios controla el equilibrio, es imposible diferenciar matemáticamente el concepto de reacción en serie o en paralelo. El equilibrio de sorción se puede describir por dos ecuaciones lineales, S1 = K1Cw = FK d Cw (4.2) S 2 = K 2Cw = (1 − F ) K d Cw (4.3) Los subíndices uno (1) y dos (2) se refieren a los sitios de tipo uno (se ha alcanzado el equilibrio) y de tipo dos (el equilibrio lo controla la cinética de reacción). F: es la fracción del soluto para el que la adsorción ocurre instantáneamente , (1-F) es la adsorción que depende del tiempo como la adsorción por procesos cinéticos, Kd: coeficiente de reparto. La sorción total en el medio se corresponde a la suma de la sorción en los dos sitios. ∂S ∂S 1 ∂S 2 = + ∂t ∂t ∂t (4.4) �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 118 Si consideramos que la sorción en el sitio uno (S1), está en equilibrio la sorción total es, ∂Cw ∂S1 = FK d ∂t ∂t (4.5) Si suponemos o asumimos que la sorción en los sitios de tipo dos (S2), es lineal e irreversible, la sorción en este caso está dado por una ecuación de primer orden de la forma, ∂S 2 = k 2 [(1 − F ) K d C w − S 2 ] ∂t (4.6) donde k2 representa el coeficiente de primer orden. La ecuación de flujo que describe el modelo de transporte en el medio poroso considerando los dos componentes de la sorción (S1) en equilibrio y (S2) en cinética, es (Brusseau et al., 1989): (1 + F ρ K d ∂Cw ρ ∂S2 ∂ 2Cw ∂C ) + =D −v w 2 θ ∂t θ ∂t ∂x ∂x ∂S 2 = k 2 [(1 − F ) K d C w − S 2 ] ∂t (4.7) (4.8) si introducimos en las ecuaciones 4.7 y 4.8, la correspondiente expresión adimensional de sus parámetros, Cw1 = Cw Co (4.9) Cw 2 = S2 (1 − F ) K d Co (4.10) T= vt L (4.11) X= x L (4.12) �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos P= vL D R = 1+ 119 (4.13) ρ Kd θ (4.14) ρ FK d θ (4.15) β= θ + F ρ K d Rm = θ + ρ Kd R (4.16) w= K 2 (1 − β ) RL v (4.17) Rm = 1 + donde Rm es factor de retardo correspondiente a la región de equilibrio, producto a la adsorción instantánea, ρ, densidad seca de la muestra. Si sustituimos en la ecuación 4.7 y 4.8 obtendremos que, βR ∂Cw1 ∂C 1 ∂ 2Cw1 ∂Cw1 + (1 − β ) R w 2 = − − w(Cw1 − Cw 2 ) − ξ Cw1 ∂T ∂T ∂X P ∂X 2 (1 − β ) R ∂Cw 2 = w(Cw1 − Cw 2 ) − ηCw 2 ∂T (4.18) (4.19) 4.3.1.2. Modelos físicos o “modelos de dos regiones” (two region models) Los primeros trabajos sobre estos modelos de transporte para solutos conservativos son los de Coats and Smith, (1964), siendo aplicados a los solutos no conservativos por Van Genuchten and Wierenga, (1976), posteriormente por Brusseau and Rao, (1989) y más adelante por Álvarez et al., (1995). Estos métodos conceptualmente se basan en que el transporte de soluto en el medio poroso está dividido en dos dominios o regiones, una región donde la fase líquida se mueve y donde el transporte de soluto ocurre por advección-dispersión y una región inmóvil donde las moléculas de solutos se mueven por difusión molecular (gradiente de concentración). Estos modelos asumen que los procesos de no equilibrio son el resultado de los diferentes ratios (velocidad) con que se desarrolla el transporte de solutos a través del medio poroso y que hay una parte de la superficie de la matriz del medio, donde el proceso de reacción del �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 120 soluto con la fase adsorbente es instantáneo. Asociado a esto, está la idea de que sólo los poros grandes o área de porosidad efectiva del medio poroso es la que participa activamente en los procesos de sorción y que los procesos de difusión que continúan removiendo el soluto, son los responsables de la existencia de una gran cola en las curvas de paso de los diferentes solutos que circulan por el medio poroso (Van Genuchten and Wierenga, 1976). La transferencia de soluto entre las dos regiones es tomada de manera proporcional a la diferencia de concentración entre las dos regiones. Las regiones inmóviles actúan como un término fuente - sumidero. Las regiones inmóviles están representadas por la microporosidad, agua estancada, poros mal comunicados (ej. matriz porosa en el medio fracturado), la ley de difusión de Fick es usada para describir la difusión molecular en esas regiones de agua estancada (Van Genuchten and Wierenga, 1976). La ecuación de transporte de soluto para los modelos de dos regiones es la siguiente (Van Genuchten and Wierenga, 1976; Selim and Amacher, 1997), θm ∂Cwm ∂S ∂C ∂S ∂ 2Cwm ∂C + F ρ m + θ in win + (1 − F ) ρ in = θ m Dm − θ m vm wm (4.20) 2 ∂t ∂t ∂t ∂t ∂x ∂x θ in ∂Cwin ∂S + (1 − F ) ρ in = α (Cwm − Cwin ) ∂t ∂t (4.21) los términos S y Cw representan la concentración del soluto asociado a la fase sólida y líquida respectivamente y los subíndices (m) e (in) se refieren a la fase de la región móvil e inmóvil, α es la dispersividad, F es la fracción en que la adsorción ocurre instantáneamente y θ es contenido volumétrico de agua. Si se considera sorción instantánea, lineal y reversible para las dos regiones se puede escribir que la sorción en ambas regiones es, S m = K d Cwm (4.22) Sin = K d Cwin siendo la sorción total, S = FSm + (1 − F ) Sin (4.23) �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 121 Reorganizando las ecuaciones 4.20 y 4.21 resulta que, (θ m + ρ FK d ) ∂Cwm ∂C ∂ 2Cwm ∂C + (θ in + ρ (1 − F ) K d ) win = θ m D − θ m vm wm 2 ∂t ∂t ∂x ∂x (θ in + (1 − F ) ρ K d ) (4.24) ∂Cwin = α (Cwm − Cwin ) ∂t (4.25) si introducimos los siguientes parámetros adimensionales en la ecuación 4.24 y 4.25, Cw1 = Cwm Co (4.126) C2 = C in Co (4.27) φm = θm θ m + θ in (4.28) T= vt v mφ m t = L L (4.29) X= x L (4.30) q = θ m vm (4.31) vm L D (4.32) P= R = 1+ ρ Kd θ Rm = 1 + β= w= F ρ Kd θm θ m + F ρ K d φm Rm = θ + ρ Kd R αL q (4.33) (4.34) (4.35) (4.36) donde φ, es la porosidad si sustituimos obtenemos la misma formulación matemática que la de los modelos de dos sitios ( ecuaciones 4.18 y 4.19), βR ∂Cw1 ∂C 1 ∂ 2Cw1 ∂Cw1 + (1 − β ) R w 2 = − − w(Cw1 − Cw 2 ) − ξ Cw1 ∂T ∂T ∂X P ∂X 2 (4.37) �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos (1 − β ) R ∂Cw 2 = w(Cw1 − Cw 2 ) − ηCw 2 ∂T 122 (4.38) 4.4. Estudios de flujo y transporte de soluto en condiciones de no equilibrio Cuando los procesos de adsorción y desorción no ocurren lo suficientemente rápido como para considerarlos instantáneos, estamos en presencia de condiciones de sorción en régimen de no equilibrio y el asumir en estas condiciones el comportamiento lineal de la isoterma de adsorción no es válido (Parker and Jardine, 1986; Selim and Amacher, 1997). La constatación de encontrarnos en condiciones de no equilibrio se puede obtener de los ensayos Batch y de los ensayos de flujo en condiciones de laboratorio. Las principales vías para comprobar si un soluto presenta un radio de adsorción limitado y dependiente de las condiciones físico químicas del medio son: 1) Comprobar la adsorción en función del tiempo para un valor de concentración determinada en ensayos de Batch. 2) Efectuar ensayos de flujo para diferentes velocidades (tiempos de tránsito) en un medio poroso con las características similares. 3) Variar las condiciones físicas del medio como la porosidad (contenido volumétrico de agua, concentración, solución electrolítica). 4) Variación de las condiciones físico-químicas (T, pH, Eh). 5) Realizar ensayos de flujo con interrupción del mismo y posterior reanimación. Cuando se comprueba que el soluto que se estudia presenta adsorción no lineal en los diferentes ensayos, es que este necesita un tiempo de tránsito suficientemente largo como para alcanzar el equilibrio, normalmente esto se puede lograr si se logran realizar los ensayos en condiciones de velocidad de flujo similares a la permeabilidad del medio poroso, aunque en ocasiones esto no es suficiente para alcanzar el equilibrio, pues pueden influir otros factores entre los que se pueden encontrar cambios en las condiciones físico - químicas del medio. En la mayoría de los trabajos con ensayos de flujo en columnas de suelo con compuestos orgánicos e inorgánicos que hemos consultado en las referencias citadas, se observan curvas de llegadas asimétricas y con colas (Brusseau et al., 1993, Sparks, 1995; Condesso, 1996; �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 123 Selim and Amacher, 1997; Wang et al, 1998). En todos los casos los autores coinciden en que las principales causas de este fenómeno lo constituyen: 1- La existencia de condiciones de no equilibrio en el medio poroso (sólido/líquido), debido a los lentos procesos de transferencia de masa entre la fase líquida y la matriz sólida, así como de la histéresis de los procesos de adsorción (Van Genuchten et al., 1977; Parker and Jardine, 1986; Brusseau et al. 1989; Condesso, 1996; Wang et al., 1998). 2- En segundo lugar plantean que para estos solutos, el uso de las isotermas de adsorción lineal no son válidas y que se requiere establecer un modelo cinético de reacción que describa la ley de variación en el tiempo de la relación S vs Cw. Sin embargo debido a la complejidad del fenómeno, de manera general los métodos numéricos utilizan ecuaciones de cinética química básica y la teoría de transferencia de masas controladas por los procesos de difusión molecular. Los modelos cinéticos derivados de estos estudios consideran que el tiempo de adsorción es pequeño en comparación con el tiempo de tránsito del soluto por el medio poroso en condiciones naturales (Van Genuchten and Wierenga, 1976; Selim and Amacher, 1997). En los apartados anteriores se han analizado los diferentes modelos de flujo y transporte de solutos. En todos ellos se consideran dos partes fundamentales: 1- Las hipótesis admitidas para la descripción del sistema estudiado (modelo conceptual). 2- La formulación matemática del problema de flujo y transporte a resolver. De manera general todos los modelos anteriormente descritos reproducen satisfactoriamente los ensayos experimentales siempre y cuando las condiciones de contorno y el modelo conceptual del proceso coincidan con el del modelo numérico o analítico seleccionado. 4.5. Estimación de los parámetros de los modelos de flujo y transporte de “dos sitios” y “dos regiones”. Significado de estos e influencia sobre las curvas de llegadas de los solutos La solución inversa de la ecuación de flujo y transporte para solutos en medios porosos (suelo, residuos mineros y resinas sintéticas), consiste en el ajuste de los parámetros de la �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 124 formulación del modelo que permite reproducir los resultados experimentales a nivel de campo o laboratorio. En nuestro caso nos centraremos en el análisis de flujo y transporte de solutos en columnas de laboratorio, donde la entrada del soluto al sistema se realiza mediante un pulso (inyección durante un tiempo to) en forma de flujo de pistón. Condiciones de contorno: la solución para las ecuaciones 4.37 y 4.38, se obtiene de acuerdo con las condiciones iniciales y de contorno definidas en Van Genuchten y Waguenet, (1989). Se considera un medio semi-infinito y condiciones de flujo estacionario, mientras que la masa de soluto se introduce como un flujo (Q) de manera continua o por pulso de duración to. - Condiciones iniciales: Cw(x,t)=S1(x,t)=S2(x,t)=0 0≤x<∞, t=0 (8.20) x→∞; t>0 (8.21) - Condiciones de contorno: ∂C w ( x, t ) = 0; ∂x (− D ∂C w vC + vC w ) x = 0 =  o ∂x 0 0〈t ≤ t o t ≥ to (8.23) Del ajuste de los resultados experimentales se extrae información sobre los mecanismos que rigen la interacción del soluto con la matriz del medio poroso para predecir o estimar su comportamiento. Esta modelación posibilita un conocimiento más exhaustivo de los procesos de transferencia de masas y una comprensión del significado de los coeficientes de las ecuaciones (4.37) y (4.38) de una forma más concreta. En este apartado se presenta un estudio de la influencia que puede tener cada valor de estos parámetros sobre la curva de paso del soluto por el medio poroso. En todos los casos se usa una columna de 100 mm de longitud y 10 mm de diámetro. Estimación de los parámetros de los modelos: el hecho de realizar el análisis por separado de cada uno de los parámetros se debe a que la realización simultánea de todos los parámetros no mostraría con claridad el significado físico de estos sobre el flujo y transporte de solutos por el medio poroso y la influencia que tienen sobre la formulación e implementación del modelo. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 125 - El factor de retardo (R): está relacionado con la capacidad de adsorción del soluto. Si dicho soluto no es adsorbido por el suelo (Kd=0) el valor de R es igual a l. Este parámetro se puede obtener a partir de estudios de las isotermas de adsorción. En la Figura 4.2 se observa que, cuando un soluto es retenido (R>1), la aparición del pico de concentración se retrasa y aparece un ensanchamiento de la curva con una gran cola. El valor de R nos indica la posición del centro de la masa para una determinada velocidad del flujo en el medio poroso. Este parámetro es directamente proporcional al coeficiente de reparto Kd. Cw/Co Otros parámetros Parámetros To=1 P=8 β=1 v=8 cm/h Volumen de poros Figura 4.2. Influencia del valor de R en la curva de llegada del soluto. Condiciones de equilibrio local. Isoterma de adsorción lineal. - El número de Peclet (P): es una medida de la incidencia de la advección frente al flujo dispersivo. Valores altos de este número reflejan poca influencia de la dispersión frente a la advección (flujo de pistón), y valores bajos indican un flujo difusional. La disminución del parámetro de dispersión hidrodinámica (D) acerca el comportamiento al f1ujo de pistón (el valor de P tiende a infinito) (Figura 4.3). El aumento de la componente dispersiva (el valor de P tiende a cero) provoca que algunas partículas de soluto atraviesen más rápidamente el medio poroso, lo que se manifiesta con un frente de llegada o ruptura adelantado y la aparición de colas debido a que la elución se opone a la advección. Cuando el valor de P es bajo, la aparición de las colas en la curva de paso del soluto puede confundirse con el efecto de la difusión. De esto se concluye que cuando se desee desenmascarar el efecto de la difusión en la matriz con la realización de experimentos de flujo y en columnas de materiales porosos los ensayos de flujo y transporte han de realizarse en regímenes de flujo con valores de Peclet �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 126 altos. En la Figura 4.3 se muestra el efecto de este parámetro sobre la curva de llegada para diferentes valores de D. D=0.1 Cw/Co D=1 D=2 D=5 Otros parámetros To=1 R=1.7 β=1 w=1 v=8 cm/h Volumen de poros Figura 4.3. Influencia del valor de D en la curva de llegada del soluto. Simulación en condiciones de equilibrio local. Isoterma de adsorción lineal. - Velocidad lineal del fluido (v): el efecto de la velocidad lineal del fluido (v) es contrario al dispersivo (Figura 4.4), puesto que se engloba este mismo coeficiente adimensional. A velocidades grandes predomina el flujo advectivo sobre el flujo por difusión. A velocidades pequeñas las curvas de llegada se caracterizan por presentar una gran cola. Cw/Co Otros parámetros Parámetro D=1 β=1 To=1 R=1 Volumen de poros Figura 4.4. Influencia del valor de v en la curva de llegada del soluto. Este caso es un ensayo con equilibrio local. La velocidad (v) en cm/h. �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 127 - Número de Damkholer (w): este parámetro da cuenta de la velocidad con la que se alcanza el equilibrio. Su valor varía entre cero a infinito. Si w tiende a infinito el fenómeno de no equilibrio se minimiza, estableciéndose el equilibrio local en el medio poroso estudiado, esto es típico de los procesos de adsorción instantánea. En el modelo de dos sitios, esto indica que el control cinético de los sitios de tipo dos (S2) no es significativo independientemente de la fracción de sitios, debido a que existe una cinética muy rápida. En el modelo de dos regiones, significa que la transferencia de materia entre las dos fracciones de agua es muy elevada. Cuando se produce el efecto de no equilibrio algunas moléculas viajarán más rápido de lo esperado durante el proceso de adsorción (adelantándose el frente de llegada o ruptura de la curva de paso del soluto por el medio poroso) y se desadsorberán con mayor dificultad cuando se produzca la desorción (curvas de llegada asimétricas y aparición de grandes colas) (Figura 4.5). Cw/Co Otros parámetros Curva 1 P=50 β=0.8 To=1.0 R=1.7; w=0.01 Curva 2 P=50 β=0.8 To=1.0 R=1.7; w=0.1 Curva 3 P=5 β=0.8 To=1.0 R=1.7; w=0.01 Curva 4 P=5 β=0.8 To=1.0 R=1.7; w=10 Volumen de poros Figura 4.5. Influencia del valor de w en la curva de llegada del soluto, para diferentes condiciones de no equilibrio. Velocidad de 1 cm/h. -Fracción de sitios en las que se alcanza el equilibrio instantáneamente (β): está relacionado con la fracción de sitios de tipo uno (S1) y tipo dos (S2) que responden a un mecanismo cinético de la fracción de la masa del soluto que experimenta adsorción instantánea y la que depende de las propiedades cinéticas del medio (o en el caso de los modelos de dos regiones está relacionado con la fracción de agua móvil e inmóvil). Su valor varia entre cero y uno (β≤1). Si el valor de β tiende a la unidad, prácticamente todas las moléculas de soluto alcanzarán el equilibrio de adsorción instantáneamente (en el modelo de dos sitios) o prácticamente todo el agua será móvil (en el modelo de dos regiones) y la curva de ruptura no �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 128 estará influenciada por los procesos de no - equilibrio. Si el valor de β es menor que uno (β<1) es indicativo de la existencia de condiciones de no equilibrio. Cuanto menor sea el valor de β mayores serán las condiciones de no equilibrio del soluto que se está estudiando. En este último caso gran cantidad de soluto abandona la columna antes de lo esperado porque no llega a alcanzar el equilibrio de adsorción y por lo tanto no es retenido (independientemente de la forma de su isoterma de adsorción). Por otra parte, la desorción también está afectada por las condiciones de no equilibrio y aparecen pronunciadas colas. En la Figura 4.6, se puede apreciar como cuanto mayor es β la forma de la curva es más centrada con menor cola y un mayor valor máximo de la relación Cw/Co. Este parámetro está fuertemente afectado por los procesos de adsorción, degradación y precipitación de los solutos. En presencia de degradación de los solutos el valor de β tiende a disminuir. Otros parámetros Cw/Co P=15 To=2 R=1.7 w=1 Volumen de poros Figura 4.6. Influencia del valor de β en la curva de llegada del soluto. Velocidad 1 cm/h y concentración constante para todos los casos. - La concentración (Cw): otro punto importante es la influencia del rango de la concentración inicial en el comportamiento de la sorción. Por una solución muy concentrada en determinado soluto, Kf→0 y R→1, el comportamiento del soluto se aproximará a un soluto ideal. Esto implica, que cerca de la fuente de contaminación, donde normalmente aparecen las concentraciones mayores de contaminante, un soluto adsorbido puede comportarse como un soluto conservativo y no reactivo, aumentado el riesgo de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas. En la Figura 4.7 se puede apreciar la influencia de la �Capítulo 4. Modelos de flujo y transporte de solutos 129 concentración del soluto sobre la curva de llegada. Obsérvese que en estas condiciones de no equilibrio, para mayores concentraciones la curva de llegada es más simétrica. Otros parámetros Cw/Co P=80 To=1 Kf=0.1 Volumen de poros Figura 4.7. Influencia de la concentración sobre la curva de llegada del soluto. En la literatura consultada y en las simulaciones realizadas se ha comprobado que el resultado de la formulación matemática de estos dos modelos es muy sensible al parámetro β, siguiendo en sensibilidad los parámetros R, D, w y v. La forma de las curvas varía en todos los casos, especialmente para los parámetros, β, R, D y w, lo que advierte de la posibilidad que pequeñas desviaciones en un parámetro puedan ser compensadas con las modificaciones en los otros. Por tanto, para tener una idea del tiempo en que ocurre la adsorción y de los mecanismos o variables que pueden afectarlos es de extraordinaria importancia tener un conocimiento de las propiedades cinéticas, de adsorción y desorción del soluto que se esté analizando. De todo esto se concluye que el efecto de diferentes variables como la isoterma de adsorción no lineal, el valor Kd y n (exponente del modelo de adsorción de Freundlich), el factor de retardo (R), la concentración de soluto inicial (Cw), la velocidad del flujo (v), deben tenerse en cuenta cuando se estudia y predice el comportamiento de solutos en condiciones de laboratorio y en medios naturales. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 131 Capítulo 5. HIDROLOGÍA SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA 5.1. Introducción La contaminación de las aguas superficiales y subterráneas debido a los residuos mineros y metalúrgicos constituye un serio problema en diferentes regiones del mundo donde se realiza la explotación de depósitos minerales. En el capítulo se realiza una valoración de las características hidrogeológicas del municipio de Moa, con el objetivo de evaluar la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas debido a la actividad minera y metalúrgica y establecer las principales causas, condiciones y factores que influyen en el flujo y transporte de los contaminantes. Para el estudio de las aguas superficiales se ha seleccionado un sector de las cuencas hidrográficas del Río Moa y el Yagrumaje, pues sus cuencas hidrográficas son las áreas que mejor representan en el territorio las afectaciones medioambientales de la minería por el método de explotación a cielo abierto y el efecto del vertido de los residuos líquidos de las actividades metalúrgicas. El estudio de la hidrogeología subterránea se realiza en el acuífero aluvial ubicado en la terraza del río Moa y el de las rocas ultramáficas, con énfasis en el acuífero aluvial ya que presenta los mayores problemas de contaminación en el municipio de Moa. 5.2. Hidrología superficial La red hidrográfica del municipio Moa es muy densa. Según el trabajo de Batista, (1987) presenta una densidad con valores entre 1.5 y 2 km de río por km2, lo que es un indicativo de una importante escorrentía superficial y está caracterizada por una gran cantidad de ríos y arroyos permanentes durante todo el año (Figura 5.1). La dirección predominante del flujo es de Sur-Norte, aunque al sur del área existen diferentes ríos y arroyos que corren con dirección NW-SE. El río Cabañas es el único que presenta una dirección de flujo diferente al circular por una fractura con dirección SW-NE. La variación local en la dirección del flujo de las aguas superficiales está controlada por las fracturas tectónicas del territorio. De acuerdo a la extensión superficial de las cuencas hidrográficas los ríos más importantes son el río Moa, �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 132 con un área de 156 km2 y los ríos Cayo Guam, Cabañas, Quesigua, Yamanigüey y Punta Gorda con cuencas hidrográficas muy inferiores, pues ninguna supera los 100 km2. El área de este estudio se sitúa en la cuenca hidrográfica del río Moa y sus afluentes. La longitud del cauce del río Moa es de 46 km. El nivel topográfico del cauce del río Moa desciende unos 300 m dentro del municipio Moa, de acuerdo con el mapa topográfico 1:50.000 de la República de Cuba (Instituto Cubano de Geodesia y Cartografía (I.C.G.C)). Su cauce fluye por una profunda garganta siguiendo una falla de dirección SW-NE. Sus principales afluentes son el río Calentura en las inmediaciones y el Cabaña en su desembocadura y de menor importancia los arroyos La Veguita, Arroyón, Los Lirios. La escorrentía superficial en el sur del área está regulada por la presa Nuevo Mundo con una altura de 85 m. Existe otra minipresa de agua entre el río Moa y el Cabañas que se usa para almacenamiento de agua para la industria metalúrgica del proceso de lixiviación ácida (SAL). Sólo se dispone de los aforos realizados en el río Moa durante el período 1968-1977. A partir de estos datos se ha establecido que los caudal oscila entre 1.8 y 4.9 m3/s, siendo el caudal medio para este período de 4 m3/s (Villamil y Carreras, 1989). 5.2.1. Características físico-químicas de las aguas superficiales En este apartado se muestran los datos de la campaña de muestreo realizada en el área de estudio en noviembre de 1996 (Figura 5.2). El área muestreada de las aguas superficiales es mucho más extensa que la de las aguas subterráneas, con el objetivo de estudiar el impacto ambiental de las diferentes actividades mineras y metalúrgicas sobre las masas de aguas superficiales. A continuación analizaremos las principales características físicas y químicas de las aguas superficiales. Los datos físico-químicos de las diferentes muestras de aguas superficiales se encuentran en el Anejo I. Turbidez: es algo elevada en aquellos puntos (18, 19, 20, 24, 29 y 34) afectados por los procesos erosivos con valores entre 18 y 32 ppm de SiO2. En las épocas de lluvia se han llegado a registrar valores de 53 ppm de SiO2 (INRH, 1986a). Conductividad: las aguas superficiales no contaminadas presentan un valor de conductividad bajo entre 90 y 200 µS/cm, incrementando su valor en la medida que los puntos de muestreo �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 133 se encuentran en las áreas afectadas por los vertidos de las áreas mineras, de las aguas residuales y los drenajes de las presas de residuo. Figura 5.1. Red hidrográfica del municipio de Moa. pH: los valores para las diversas muestras no afectadas por los vertidos de las aguas residuales oscilan entre 6.7 y 8.2. El pH de 2.8 en el punto 32 río Cabañas se debe a los vertidos de las aguas residuales (punto 33) y de 4.2 en el punto 34, desembocadura del río Moa, se debe al drenaje de las presas de residuo (punto 31) y al aporte de aguas ácidas del río Cabañas. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 134 Dureza: la dureza es muy baja y debida fundamentalmente a la presencia del magnesio con valores de 0.9-1.4 meq/L. El valor de la dureza se incrementa a medida que nos acercamos a la costa. Oxígeno disuelto: es superior a 6,5 mg/L en las aguas superficiales no contaminadas. En los puntos 32 y 34 del río Cabañas y del Moa respectivamente, el contenido de oxígeno es menor de 2 mg/L. Demanda química de oxígeno (DQO): es elevada en los puntos del Río Yagrumage y el arroyo La Vaca, siendo en este último superior a 10 mg/L (punto 26), lo que denota la existencia de materiales oxidables (materia orgánica o metales). Esta DQO se produce debido al arrastre de material rocoso erosionado en el área de la mina a cielo abierto. Figura 5.2. Puntos de muestreo (Noviembre de 1996). Aguas superficiales y residuales de los procesos metalúrgicos. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 135 Total de sales disueltas (TSD): el contenido de sales disueltas en las aguas superficiales no contaminadas es muy bajo, incrementando su valor en la medida que las aguas pasan por las áreas mineras. En las áreas mineras los procesos erosivos aportan gran cantidad de sólidos en disolución y en suspensión. Magnesio (Mg): presenta concentraciones generalmente inferiores a los 10 mg/L. En las aguas superficiales afectadas por los vertidos de aguas residuales y el aporte del drenaje de las presas de residuos la concentración puede llegar hasta 20 mg/L. Calcio (Ca): el origen del calcio está asociado a la disolución de los carbonatos que desarrollan las aguas superficiales y al aporte de las aguas subterráneas que drenan a las aguas superficiales. Sodio (Na): su origen se debe fundamentalmente a las precipitaciones atmosféricas. Este elemento sufre un proceso de concentración debido a la intensidad de los procesos de evaporación. Potasio (K): la concentración de este elemento en las aguas es muy pequeña y la fuente principal de su origen son las precipitaciones atmosféricas. Sulfatos (SO4): en las aguas superficiales no contaminadas su concentración es muy baja, inferior a los 15 mg/L. El sulfato de las aguas superficiales al sur del área procede fundamentalmente de las precipitaciones atmosféricas. En la desembocadura del río Cabañas (punto 32) se debe fundamentalmente al vertido del agua residual de la planta de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL) y en el punto 34 (río Moa) se debe al aporte del río Cabaña y al drenaje de la presa de residuos del proceso SAL (punto 31). En los puntos del río Moa y el Cabañas afectados por los vertidos mineros y el drenaje de las presas de residuos esta concentración alcanza hasta 66 mg/L. Bicarbonato (HCO3): procede de la hidrólisis de los silicatos de las rocas ultramáficas ayudado por el CO2 que acompaña las aguas meteóricas, además de la incorporación del CO2 atmosférico. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 136 Sílice (SiO2): la sílice es el resultado de los procesos de disolución a que están sometidas las rocas ultramáficas y a la descarga de las aguas subterráneas. Cloruro (Cl): el origen del ión cloruro está asociado a las precipitaciones atmosféricas, la concentración oscila entre 14 y 18 mg/L y en los puntos afectados por la actividad minera (27 y 32) puede llegar a 30 mg/L. Nitrato (NO3): en las aguas no contaminadas se han encontrado valores inferiores a los 4 mg/L, solamente en los puntos afectados por los procesos erosivos en las áreas mineras (26, 29 y 34) presentan concentraciones ligeramente superiores a 10 mg/L. El origen del nitrato es debido al aporte del suelo, aunque puede existir una posible influencia de las emanaciones gaseosas de las plantas metalúrgicas. De acuerdo a la concentración de las especies mayoritarias las aguas superficiales no contaminadas se clasifican como bicarbonatadas magnésicas, las contaminadas (puntos 32 y 34) se clasifican como sulfatadas magnésicas (Figura 5.3). Ambas se clasifican además como aguas de muy baja alcalinidad. Figura 5.3. Diagramas de Stiff modificados. Aguas superficiales de los ríos Moa, Yagrumaje y Cabañas y de dos manantiales (puntos 22 y 25) en las rocas ultramáficas (Noviembre de 1996). Según el total de sales disueltas (TSD) y el residuo seco (RS) se clasifican como aguas dulces de muy baja mineralización. En cuanto a la dureza, son aguas blandas y muy turbias las de los puntos 18, 19, 20, 24, 27, 29, 32 y 34, mientras que los puntos 21, 23 y 26 son algo turbias. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 137 Foto 5.1. Vertido de los residuos sólidos en la presa de residuo del procesos de lixiviación con ácido sulfúrico (punto 28, Figura 5.4). 5.2.2. Análisis de la contaminación de las aguas superficiales por los residuos mineros En las aguas superficiales del río Moa, Cabaña y Yagrumaje, se detectan concentraciones de metales y sulfatos muy superiores a las detectadas en estas aguas antes del inicio de las actividades de minería a cielo abierto y de los procesos metalúrgicos. En este apartado analizaremos la contaminación de las aguas como consecuencia de las actividades minerometalúrgicas. Respecto a los contaminantes, interesa destacar especialmente las concentraciones de Cr, Mn, Ni, Fe, SO4 y Mg, dada su asociación con la mineralización de los residuos y la geología de la zona. La concentración de los diferentes metales en los distintos puntos de muestreo se presentan en la Figura 5.4, conjuntamente con ellos se ha representado la concentración de dos manantiales muestreados en las rocas ultramáficas que permite comparar el incremento de la concentración en metales de esta agua con relación al fondo geoquímico de las aguas subterráneas. Níquel (Ni): en las aguas no afectadas por los vertidos mineros se pueden encontrar concentraciones muy variables, entre 0.005 y 0.51 mg/L. En las aguas superficiales contaminadas (puntos 24, 27, 34) pueden llegar a valores de 3.5 mg/L. Cobalto (Co): en las aguas no contaminadas su concentración oscila entre 0.003 y 0.005 mg/L; las aguas contaminadas pueden alcanzar concentraciones de hasta 3.2 mg/L. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 138 Manganeso (Mn): presenta un amplio rango de concentración, entre 0.09 a 3.2 mg/L. Los puntos con valores mayores de 1 mg/L son los afectados por los vertidos de las actividades metalúrgicas y los procesos erosivos de las áreas mineras (puntos 20, 27, 32 y 34). Su origen en las aguas superficiales se debe al manganeso amorfo presente en el corte laterítico y los escombros de la mina a cielo abierto. Aguas residuales Residuos sólidos Foto 5.2. Vertido de las aguas residuales y los residuos sólidos en la presa de residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal (punto 30). Hierro (Fe): en las aguas superficiales que circulan por las rocas ultramáficas la concentración de Fe2+ presenta un valor cercano a 0.1 mg/L y la del Fe3+ entre 0.15 y 1.5 mg/L en los ríos de las áreas no afectadas por la minería (para pH entre 7.1 y 7.4). En las zonas contaminadas (puntos 20,32, 34) es superior a los 2 mg/L. Cobre (Cu): para las aguas no contaminadas por los vertidos de aguas residuales su concentración se sitúa entre 0.002 a 0.006 mg/L, en las aguas contaminadas se encuentra en concentraciones cercanas a 1.2 mg/L (puntos 20, 32, 34). Aluminio (Al): aparece en concentraciones entre 0.05-0.18 mg/L y su concentración se incrementa a medida que nos acercamos a la costa. La principal fuente de contaminación son los vertidos de las aguas residuales del proceso metalúrgico de lixiviación con ácido sulfúrico (punto 33). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 139 Figura 5.4. Concentración de los diferentes metales en las aguas superficiales y dos manantiales de los existentes en las rocas ultramáficas (puntos 22 y 25) (Noviembre de 1996). En las aguas superficiales se aprecia un incremento en la concentración de los diferentes elementos contaminantes y sales solubles a medida que nos acercamos a la costa. Si se analiza la evolución de la concentración de contaminantes en el río Moa a lo largo del tiempo (punto 34, Figura 5.5), se aprecia un deterioro de la calidad de las aguas. La mayor concentración de metales y sulfatos se detecta en la última década, donde la concentración del Mn, Fe y sulfato se ha incrementado en un orden de magnitud. Este incremento puede ser el resultado del aumento de la actividad minero-metalúrgica. En 1986 entró en producción una nueva fábrica, basada en el proceso metalúrgico de lixiviación por carbonato amoniacal (ACL). Esta industria explota un nuevo yacimiento que ha originado la deforestación de unas 30 ha anuales y un incremento de 1200 toneladas diarias en el volumen de residuos generados por esta actividad. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 140 1.E+03 1963 1975 1986 1996 Concentración (mg/L) Aguas superficiales río Moa 1.E+01 1.E-01 1.E-03 SO4 Ni CrVI Mn Fetotal Figura 5.5. Evolución de la contaminación en las aguas superficiales del río Moa, punto 34, Figura 5.4 (datos del INRH) 5.2.3. Calidad de las aguas superficiales La calidad de las aguas superficiales está determinada por cuatro grupos de características: químicas y físicas, bacteriológicas, biológicas y radiactivas. De acuerdo a su composición química las aguas superficiales no contaminadas (punto 21, 23 y 24) se clasifican como potables, mientras que las aguas afectadas por los vertidos mineros (puntos 32, 34) se clasifican como no aptas para el consumo, debido a su concentración en metales pesados y bajo pH. Por su turbidez los puntos 19, 20, 24, 29, 32, 34 superan el valor máximo permitido para ser utilizadas como agua potable, que es de 25 ppm de SiO2. Las normas de potabilidad de la Organización Mundial de la Salud (O.M.S) consideran que una DQO>6 mg/L, constituye un indicador de contaminación en el agua analizada. Considerando este criterio el agua del arroyo La Vaca, punto 26 está muy contaminada (Anejo I, Tabla A1.9). De manera general se puede comprobar que prácticamente las aguas superficiales de la región analizada no cumplen los requisitos de agua potable al menos para la fecha y las condiciones en que se ha realizado este muestreo. 5.3. Hidrología subterránea En este capítulo se presentan en primer lugar las diferentes unidades acuíferas existentes en el territorio, sus principales características y funcionamiento hidrogeológico. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 141 Desde el punto de vista hidrogeológico, el municipio minero de Moa se encuentra en el sistema acuífero del macizo ofiolítico. En el sistema se diferencian las siguientes unidades hidrogeológicas (Adamovich y Chejovich, 1968, Terrero, 1986, De Miguel, 1998a) (Figura 5.6). I) Acuífero aluvial, representado por la Formación Río Macio. II) Acuífero de las rocas vulcano-sedimentarias, representado por la Formación Quiviján y Sabaneta. III) Acuífero de las rocas ultramáficas (peridotitas, harzburgitas serpentinizadas y gabros) IV) Acuífero representado por la Formación Punta Gorda. Los trabajos ejecutados en la zona presentan en su mayoría un carácter regional y general; en ellos se trata fundamentalmente la composición de las aguas, con fines de determinar su calidad y cantidad, para el abastecimiento de la población y la industria. De los acuíferos, los más estudiados son el acuífero aluvial en primer lugar (INRH, 1983, 1986; Terrero, 1986; Proenza et al., 1994; De Miguel, 1993, 1996, 1998a, 1998b) y las rocas ultramáficas en segundo lugar (Adamovich y Chejovich, 1968, Buguelsky y Formell, 1967, 1973a y 1973b; Trutie, 1988; De Miguel, 1998, Toirac, 1997). En nuestro trabajo, el estudio hidrogeológico se centra en la cuenca hidrográfica del río Moa, con énfasis en el acuífero aluvial ubicado en la terraza aluvial del río Moa (Figura 5.7). 5.3.1. Inventario de puntos de agua En el área se han inventariado, pozos, piezómetros y manantiales con una distribución muy irregular (Figura.5.6). Hay que señalar además, que el número de perforaciones, pozos criollos y pozos en áreas mineras ejecutados son aproximadamente de unos 9 por hectárea de yacimiento de níquel y cobalto explotado, pero son pozos que se caracterizan por ser de muy poca profundidad y pocos alcanzan los 50 m (INRH, 1986) (Anejo I). En realidad, el conjunto de pozos perforados en el municipio de Moa con fines hidrogeológicos no supera ninguno la profundidad de los 50 m, aspecto este que dificulta el establecimiento de los límites de las diferentes unidades acuíferas en profundidad. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 142 9 Figura 5.6A. Materiales geológicos constituyentes del sistema acuífero y situación de los puntos agua (INRH, 1983). 1) Sedimentos Aluviales (Formación Río Macio), 2) Gabros del complejo ofiolítico, 3) Formación Quiviján y 4) Formación Sabaneta, 5) Ultramáficas, 6) Formación Punta Gorda, 7) Ríos, 8) Fallas y 9) Punto de agua. En el recuadro se presenta en la Figura 5.6B. 5.3.2. Acuífero de las rocas ultramáficas El estudio de las aguas del acuífero de las rocas ultramáficas se ha desarrollado fundamentalmente mediante el muestreo de manantiales y pozos mineros. Los diversos trabajos realizados en el área (Kudelasek y Zamarsky, 1971; Buguelsky y Formell, 1967, 1973a, 1973b; INRH, 1986, Trutie, 1988) se han centrado en estudiar los mecanismos hidrogeoquímicos que han dado lugar al desarrollo de los yacimientos lateríticos, la composición química del agua y control de la evolución piezométrica, ensayos de bombeo e inyección o vertimiento en pozos y evaluación de la calidad de las aguas. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 143 Figura 5.6B. Esquema de las unidades acuíferas de un sector del municipio de Moa marcado en la Figura 6.A. 1-Presas de residuos, 2- Acuífero aluvial, 3-Barrera coralina, 4- Área de afloramiento de lateritas, 5- Acuífero rocas ultramáficas, 6- Nivel del agua y 7- Dirección del flujo subterráneo. 5.3.2.1. Características geométricas El acuífero de las rocas ultramáficas ocupa más del 60% del área de estudio (INRH, 1983). La potencia de los materiales ultramáficos es variable y se le atribuyen espesores superiores a los mil metros. Los límites se toman convencionalmente como la divisoria de las aguas de las diferentes corrientes de aguas superficiales al sur, este y oeste, mientras que al norte se toma el Océano Atlántico, donde se desarrollan las zonas pantanosas como resultado de la descarga de las aguas subterráneas. En el área de estudio, los límites laterales que se asumen convencionalmente están representados por las cuencas hidrográficas de los ríos Moa, Cabañas, Yagrumaje, Cayo Guam, etc. No es posible definir un límite en profundidad, pues en realidad se desconoce el corte geológico y el espesor saturado, según los estudios del INRH, (1983) puede estar entre los 90 y los 600 m. Sobre un área aproximada del 25-30% de la superficie se desarrolla la corteza laterítica con un espesor variable entre los 5 y los 30 m, siendo la media de 10 m (Lavaut, 1998). El flujo del agua en la corteza laterítica es a través del medio poroso granular y en las rocas ultramáficas a través de un medio fracturado. En nuestro estudio nos centraremos en la cuenca hidrográfica del río Moa y sus afluentes. 5.3.2.2. Superficie piezométrica �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 144 La información existente sobre el estudio y evolución de los niveles piezométricos en los acuíferos de la región es escasa. En realidad solamente existe un estudio donde se ha confeccionado un mapa piezométrico para un sector de la región (INRH, 1983). A escala regional la superficie freática del acuífero de las rocas ultramáficas reproduce prácticamente la topografía del terreno. La conexión río-acuífero en el área se caracteriza por la presencia de ríos efluentes. En el mapa piezométrico se observa la presencia de varios domos piezométricos indicativos de la presencia de una divisoria de las aguas (Figura 5.7). De acuerdo con los estudios del INRH, (1983, 1986) y Trutie (1988), la variación estacional de las condiciones climáticas modifica poco la dirección del flujo regional debido a que en el área de las rocas ultramáficas no se efectúa prácticamente ninguna extracción de agua subterránea. En la Figura 5.8, se aprecia la variación de los niveles piezométricos en dos pozos situados en la corteza laterítica y en las rocas ultramáficas. Se puede comprobar que las fluctuaciones de los niveles piezométricos del pozo ubicado en la corteza laterítica son mucho menores que las que se producen en el pozo que está situado en rocas ultramáficas al sur del área. En el caso de las lateritas las fluctuaciones son inferiores a los 5 m. Ambos registran los mayores descensos en los meses más secos del año (julio y agosto). 5.3.2.3. Parámetros hidráulicos La caracterización de los parámetros hidráulicos de las ultramáficas se realizó fundamentalmente a partir de los trabajos de Adamovich y Chejovich, (1964), Terrero, (1986) y Trutié, (1988). De acuerdo con estos resultados la porosidad de las rocas ultramáficas se debe a la fracturación y se estima entre un 3 y 10%, la permeabilidad (k) oscila entre 3-20 m/día, y la transmisividad (T) entre 30-840 m2/día. El gradiente hidráulico (i) se encuentra entre 0.036-0.089, encontrándose los mayores valores del gradiente hidráulico en el área de la cuenca hidrográfica del Río Moa. La dirección predominante del flujo es SE-NW, estando los cambios de la dirección del flujo condicionados por la tectónica del territorio (Trutie, 1988). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea Pantanos 145 Aluvial Presa de residuos Ultrabasitas a) Isopiezas y b) dirección del flujo Figura 5.7. Mapa piezométrico de un sector del Municipio de Moa (INRH, 1983). El recuadro indica el sector del acuífero aluvial estudiado (ver Figura 5.10) 85 Niveles piezométricos (m) Niveles piezométricos pozo 86, en ultrabasitas Niveles piezométricos pozo 63, en laterítas 80 75 70 65 60 E F M A M J J A S O N D Meses Figura 5.8. Oscilaciones piezométricas para el año 1987 en el acuífero de las rocas ultramáficas. Pozo 86 en ultramáficas y pozo 63 lateritas (Trutie, 1988 ). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 146 La parte superior de la corteza laterítica presenta una porosidad entre 20-60%, con un espesor saturado entre 5-15 m. La permeabilidad (k) es mucho menor y varía entre 0.15-5.6 m/día, mientras que la transmisividad (T) oscila entre 0.13 y 4.2 m2/día y el gradiente hidráulico entre 0.01 y 0.02 (Trutie, 1988, De Miguel, 1998a). 5.3.3. Acuífero aluvial Este acuífero se corresponde geológicamente con La Formación Río Macio de edad Eoceno, ubicada en las terrazas del río Moa y compuesta por los depósitos aluviales que conforman la terraza aluvial. Los diferentes estudios hidrogeológicos efectuados (INRH, 1983, 1986) se centran en un área muy concreta al sur de la terraza del río Moa donde se realiza la extracción de agua para el abastecimiento de la población de Moa. En los materiales geológicos que forman el acuífero es posible diferenciar distintas capas de gravas, limos y arcillas de diferentes espesores (Figura 5.9). Las fases minerales que forman el material aluvial son goethita y hematita, y en menor medida gibbsita, serpentinita y minerales arcillosos como la montmorillonita y la saponita (INRH, 1986). En la capa superior del aluvial se encuentran contenidos de materia orgánica que pueden llegar al 1.5% en peso. Estos materiales se describen con mayor detalle en apartado de geología del Capítulo 1. 5.3.3.1. Características geométricas El acuífero aluvial se localiza en las terrazas del río Moa y ocupa un área superficial de 10 km2. Los límites laterales se corresponden al este con el área de afloramiento de la Formación Punta Gorda, al oeste y al sur con el contacto de las rocas ultramáficas, y al norte el Océano Atlántico. Está prácticamente aceptado que las rocas ultramáficas actúan como límite inferior, sobre el que se encuentran los materiales sedimentarios que conforman el acuífero aluvial. Como límite superior se encuentra una capa de arcilla y limos de una potencia media de 4 m. El espesor saturado de este acuífero es de 12 a 35 m, incrementando su espesor hacia la costa (INRH, 1983). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 147 Ultramáficas Figura 5.9. Mapa geológico con la ubicación de la terraza aluvial del río Moa y perfil geológico (INRH, 1983). El recuadro aparece dibujado en la Figura 5.10. 5.3.3.2. Superficie piezométrica En el acuífero aluvial el flujo es predominantemente SE-NW y las isopiezas reproducen la topografía del terreno. Se puede apreciar en la Figura 5.10 que en los mapas piezométricos para distintos períodos de tiempo se mantiene una distribución similar de las isopiezas, con la única modificación significativa provocada por los bombeos en el sector sur del acuífero. Como se puede ver en la Figura 5.10B, en este sector del acuífero aluvial la variación del flujo regional (SE-NW) está condicionada por la afección al río Moa producida por los bombeos y el flujo provocado por la variación del nivel debida a la recarga de la presa de residuos. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 148 Figura 5.10. Superficie piezométrica del acuífero aluvial. A) Noviembre de 1983 (INRH). B) Noviembre de 1996. La situación de esta área aparece en el recuadro de la Figura 5.9. En esta área los descensos oscilan entre 2-3 m y ocasionalmente pueden llegar a 5 m (Figura 5.11). Al igual que en las rocas ultramáficas, el nivel del aluvial está condicionado por la variabilidad temporal de las precipitaciones; en el sector sur la variación está condicionada en mayor medida por los bombeos realizados para el abastecimiento de la población e industria, que provocan un pequeño cono de depresión. El bombeo para el abastecimiento se realiza en los pozos 1, 2, 3 y11. 10 Niveles piezométricos (m) Niveles año 1978 en Pozo 7 acuífero aluvial 8 6 4 2 0 E F M A M J J A S O N D Meses Figura 5.11. Evolución piezométrica durante el año 1978 (INRH, 1983) del pozo 7 acuífero aluvial (ver Figura 5.10). 5.3.3.3. Parámetros hidráulicos Los parámetros hidráulicos del acuífero aluvial proceden de ensayos de bombeo realizados en noviembre de 1986 por el INRH en la terrazas del río Moa (Tabla 5.1). Se estima que el valor �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 149 de la permeabilidad del acuífero aluvial oscila entre 28 y 134 m/día, la porosidad total entre 15 y 30 % y el gradiente hidráulico entre 0.002-0.026. Tabla 5.1. Principales características hidrogeológicas de las diferentes unidades acuíferas presentes en el área de estudio. Acuífero Símbolo Aluvial Capa de arcilla Aluvial Permeabilidad (m/día) k 2 Transmisividad (m /día) T Gradiente i Porosidad (%) η Espesor saturado (m) b Niveles piezométricos (m) respecto a metros sobre el nivel del mar Referencias 0.14-0.15 0.12-0.13 35-50 Rocas ultramáficas Ultramáfica Laterita s s 28-134 3-20 0.15-5.6 700-3350 30-840 0.13-4.2 0.0210.036-0.089 0.01-0.02 0.026 15-30 3-10 20-60 12-35 90-600 1.5-20 1.5-4.9 2-13.7 2.82-13 INRH, (1986) Trutie, (1988) 5.3.4. Funcionamiento hidrogeológico 5.3.4.1. Recarga La recarga del sistema compuesto por el acuífero de las rocas ultramáficas y el aluvial es debido a la infiltración de las aguas meteóricas y se estima un valor medio entre 400 y 450 mm/año (Rodríguez et al, 1998) considerando un período de estudio de 10 años y de acuerdo al método de balance de cloruros. Además, existe una pequeña recarga inducida en el acuífero aluvial provocada por las presas de residuos metalúrgicos y los recursos atraídos del río Moa, en la zona de bombeo. En la Figura 5.12, se representan las distribuciones de las precipitaciones mensuales para el año 1987 en los tres pluviómetros existentes en el área de estudio y la variación de los niveles piezométricos en dos pozos, en las rocas ultramáficas y en la corteza laterítica. Se observa que la variación mensual de los niveles piezométricos está estrechamente relacionada con la variación y distribución de las precipitaciones mensuales. 5.3.4.2. Descarga �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 150 Las descargas del sistema hidrogeológico formado por el acuífero de las rocas ultramáficas y el acuífero aluvial se produce a través de una serie de manantiales que drenan a las aguas superficiales (Río Moa, Cabaña y los arroyos Los Lirios y La Vaca), los pantanos de la costa norte, drenaje subterráneo al mar (Figura 5.7, 5.10 y 5.13) y las salidas por bombeo. 400 Precipitación (mm) Pluviómetro Moa Pluviómetro Calentura 300 Pluviómetro Arroyo Bueno 200 100 0 E F M A M J J A S O N D Meses 85 Niveles piezométricos (m) Niveles piezométricos pozo 86, en ultrabasitas Niveles piezométricos pozo 63, en laterítas 80 75 70 65 60 E F M A M J J A S O N D Meses Figura 5.12. Relación entre la variación de los niveles piezométricos y la distribución de las precipitaciones en el área de estudio en 1987. A) Precipitaciones en los tres pluviómetros del área de estudio (INRH, 1986a, 1986b). B) Niveles piezométricos en las ultramáficas y lateritas (Trutie, 1988). 5.3.4.3. Balance El balance que presentamos a continuación fue realizado para todo el acuífero aluvial por el INRH, (1988). Para la determinación del mismo consideraron diferentes hipótesis. Los límites laterales convencionalmente tomados fueron al este la formación Punta Gorda y al oeste y al sur las rocas ultramáficas, mientras que al norte se estableció la línea de costa con el Océano Atlántico. El área de descarga del acuífero aluvial al mar se consideró de 12 km de longitud y �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 151 con un espesor saturado medio de 25 m. La lluvia útil para un periodo de 10 años es de 400 mm/año. La longitud de recarga del río al acuífero en el área afectada por los bombeos es de 500 m. La permeabilidad media del acuífero aluvial de 75 m/día, el gradiente hidráulico de 0.026 y la porosidad del 25%. El área de las presas de residuos es de 6 km2 y la permeabilidad saturada de la presa de residuos de 1x10-8 m/s. Por otra parte, el espesor medio saturado en el interior de las presas fue de 4 m y la porosidad media del 63%. Las extracciones por bombeo estimadas fueron de 8 hm3 al año y unas variaciones del almacenamiento ∆R = ±6 hm3 . Considerando los valores anteriormente indicados obtuvieron el balance para el acuífero aluvial que se muestra en la Figura 5.13, correspondiente a un año medio. Recarga presa de residuos y de agua 1 hm3 Recarga acuífero ultrabasitas 22 hm3 Recarga inducida del Río Moa 3 hm3 Recarga de la Lluvia 4 hm3 Entradas Acuífero aluvial 62 hm3±∆R=0 Salidas Extracciones por bombeo 8 hm3 Descarga al Mar, al río Moa y los pantanos 22 hm3 Figura 5.13. Representación esquemática del balance hidrológico en el acuífero aluvial considerando un año medio (INRH; 1988). 5.3.5. Características físico-químicas de las aguas subterráneas En este apartado se describen los resultados de los análisis de las aguas subterráneas muestreadas durante la campaña de campo, realizada en noviembre de 1996, correspondiente a los acuíferos aluviales y al de las rocas ultramáficas. Los datos de las diferentes propiedades físico-químicas se muestran en el Anejo I. El objetivo de este apartado es señalar las �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 152 principales características físicas, químicas y las sales disueltas que controlan la composición química de las aguas subterráneas y su posible origen. Turbidez: en el acuífero de las rocas ultramáficas se encuentra con valores cercanos a la unidad 1 ppm de SiO2. En las aguas subterráneas del acuífero aluvial se han encontrado valores superiores a 2 ppm de SiO2 (puntos 12 al 17), lo que al parecer es un indicativo de la existencia de materiales coloidales en el medio. Conductividad: en el agua del acuífero de las rocas ultramáficas oscila entre 100 y 500 µS/cm y para el aluvial entre 200 y 7300 µS/cm. Los valores más altos de la conductividad se asocian con las muestras de los pozos del 12, 13, 14, 16 y 17 cercanos a la presa de residuos del proceso metalúrgico SAL, estas muestras de agua son las más ricas en sulfato, magnesio y metales disueltos. pH: los valores para el acuífero de las rocas ultramáficas y del aluvial no afectadas por los vertidos de las aguas residuales oscilan entre 6.7 y 8.2. En el acuífero aluvial los valores más bajos se encuentran en los pozos cercanos a la presa de residuos II (Figura 5.14). Alcalinidad: los valores en las aguas de las rocas ultramáficas oscilan entre 1 y 5 meq/L. En las aguas del aluvial varía entre 1 y 6 meq/L, pero se aprecia un incremento a medida que nos acercamos a la presa de residuos (Figura 5.14). Dureza: la dureza de las aguas subterráneas se debe fundamentalmente a la presencia del magnesio. En las aguas de las rocas ultramáficas es de 1-3 meq/L; en el aluvial presenta un amplio rango de variación, con valores entre 1.7 y 103 meq/L, situándose los valores más elevados en los pozos cercanos a la presa. Oxígeno disuelto: para las rocas ultramáficas el contenido de oxígeno disuelto es superior a 1.5 mg/L. En el caso de las aguas del acuífero aluvial se ha encontrado la presencia de oxígeno disuelto en concentración superior a 1.5 mg/L. De acuerdo con el contenido de oxígeno, puede considerarse que en los acuíferos existe un medio oxidante. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 153 DQO: en las aguas del acuífero aluvial es baja entre 0.2-0.7 mg/L lo que denota que no existe Alcalinidad (meq/L de HCO3=) prácticamente materia orgánica ni metales que puedan ser oxidados. 8 6 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 8.5 pH 8.0 7.5 7.0 6.5 Distancia a la presa (m) Ptos 1-6 Ptos 7-10 Ptos 12-17 Figura 5.14. Variación del pH y la alcalinidad en el área del acuífero aluvial estudiada en función de la distancia a la presa del residuo SAL. TSD: en las aguas de las rocas ultramáficas es muy bajo con concentraciones entre los 50 y 250 mg/L. En las aguas del acuífero aluvial el total de sales disueltas se incrementa a medida que nos aproximamos a la presa del residuo SAL, en los puntos del 12 al 17 supera los 2000 mg/L, siendo los elementos mayoritarios el sulfato y el magnesio. La representación de la relación entre conductividad y TSD para el acuífero aluvial muestra la existencia de tres grupos de aguas según su mineralización y grado de contaminación (Figura 5.15). El grupo 1 está representado por los pozos 1 al 6 y 11, el grupo 2 por los pozos 7 al 10 y el grupo 3 por los pozos del 12 al 17. Calcio (Ca): en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas su presencia está asociada a la meteorización de los diques de gabros existentes en las rocas ofiolíticas y específicamente a la disolución de la plagioclasa. La concentración en las aguas de las rocas ultramáficas es muy baja con valores entre 3 y 4 mg/L generalmente. En el acuífero aluvial es muy variable, �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 154 entre 14-201 mg/L. La mayor concentración en el acuífero aluvial se presenta en los pozos cercanos a la presa del residuo (Figura 5.16). Conductividad (mhom/cm) 2.0 1.5 3 1.0 2 1 0.5 y = 0.0018x - 0.1505 R2 = 0.98 0.0 0 200 400 600 800 1000 1200 TSD (mg/L) Figura 5.15. Relación entre la conductividad y el total de sólidos disueltos (TSD) en el acuífero aluvial. Magnesio (Mg): la concentración en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es baja con rangos entre 9-10 mg/L y procede de los procesos de meteorización de los feldespatos magnésicos (olivino, ortopiroxenos, clinopiroxenos). El contenido de magnesio en el acuífero aluvial se incrementa en la misma medida que nos acercamos a la presa de residuos, donde la concentración de magnesio supera los 1000 mg/L (Figura 5.16). Sodio (Na): su origen es debido fundamentalmente a las precipitaciones atmosféricas. Este elemento sufre un proceso de concentración por la evaporación que tiene lugar en el área de estudio. La concentración en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es de 6 a 7 mg/L. En el acuífero aluvial la concentración es variable, entre 4-37 mg/L, incrementando su valor a medida que nos acercamos a la presa de residuos (Figura 5.16). Potasio (K): el aporte a partir del agua de lluvia es pequeño, entre 0.06-0.08 mg/L. La concentración en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es inferior a 1 mg/L. En las aguas del acuífero aluvial su concentración es generalmente inferior a 1.5 mg/L. La baja concentración es debida a los procesos de intercambio y al ser fijado por el material arcilloso que se encuentra en la corteza laterítica y el acuífero aluvial. Bicarbonato (HCO3): procede de la hidrólisis de los silicatos de las rocas ultramáficas, junto con el CO2 que acompaña las aguas meteóricas y la incorporación del CO2 atmosférico. En las rocas ultramáficas su concentración es generalmente inferior a los 200 mg/L, ocasionalmente �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 155 aparecen puntos de agua con concentraciones de hasta 500 mg/L. La concentración en el acuífero aluvial es variable, entre 118 y 421 mg/L, incrementando su valor a medida que nos acercamos a la presa de residuos. (Figura 5.16). 450 60 Cl- HCO3= 6000 SO4= 400 5000 50 Concentración (mg/L) 350 4000 300 40 250 3000 30 200 2000 150 20 100 1000 10 50 0 0 0 0 200 0 400 250 200 250 200 Ca2+ 200 200 150 150 400 10000 Na2+ Concentración (mg/L) 0 400 Mg2+ 1000 100 100 100 50 50 0 10 1 0 0 200 400 Distancia a la presa (m) 0 200 400 Distancia a la presa (m) 0 200 400 Distancia a la presa (m) Figura 5.16. Concentración de los elementos mayoritarios en el agua del acuífero aluvial en función de la distancia a la presa de residuos del proceso de lixiviación ácida. Sílice (SiO2): la sílice presente en las aguas es el resultado de los proceso de meteorización a que están sometidos los silicatos que conforman las rocas ultramáficas del área de estudio (olivino, ortopiroxeno, clinopiroxenos y piroxeno). La concentración varía entre 7 y 112 mg/L en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas y entre los 13-27 mg/L en las aguas del acuífero aluvial. Cloruro (Cl): el origen del ión cloruro en las aguas subterráneas está asociado a las precipitaciones atmosféricas y su concentración por evaporación en el terreno. La �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 156 concentración en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es 11 y 18 mg/L, mientras que en el acuífero aluvial varía entre 13 y 51 mg/L. La existencia de una concentración mayor en los puntos del acuífero aluvial en la medida que nos acercamos a la presa de residuo del proceso SAL, se debe a la recarga inducida de los lixiviados de ésta (Figura 5.16). Sulfato (SO4): en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas procede fundamentalmente de la precipitación atmosférica y su concentración por procesos de evaporación. Pequeñas cantidades de sulfato pueden deberse a la oxidación de los sulfuros diseminados en las peridotitas y harzburguitas entre los que se encuentran la pirrotita (Fe1-xS), pentlandita (S8(Fe,Ni)9), cubanita (Cu2FeS2), calcopirita (CuFeS2) y en menor medida calcosina (SCu2). Es probable que las emanaciones gaseosas de los procesos metalúrgicos desarrollados en el área constituyan otra fuente que aporte sulfato al medio. La concentración de sulfato en el acuífero de las rocas ultramáficas es de 3 a 9 mg/L, mientras que en el acuífero aluvial presenta amplios rangos de concentración variando desde 200 a 4800 mg/L. Nitrato (NO3): las concentración de nitrato no son importantes en ninguno de los puntos de muestreo. En las aguas subterráneas no contaminadas se han encontrado valores superiores a los 12 mg/L. En los puntos 38, 39 y 40 se aprecian concentraciones superiores a los 20 mg/L, esta concentración puede estar asociada con la recarga que provoca la presa de residuos sobre el acuífero. El flujo regional procedente de las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas que descargan en el acuífero aluvial al parecer provoca un efecto regulador sobre la composición química de las aguas del acuífero aluvial en los puntos de muestreo (7, 8, 9 y 10), donde se observa una diferencia importante en la concentración de los elementos mayoritarios en comparación con los puntos del 12 al 17. Si analizamos la Figura 5.16, al parecer el efecto de la recarga inducida sobre el acuífero aluvial se limita a los primeros 100 m, en lo que probablemente tenga cierta influencia la convergencia de los tres flujos en el área de bombeo: el flujo regional, el de la presa de residuos y el de los recursos atraídos por el bombeo desde el río Moa. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 157 5.3.6. Clasificación de las aguas subterráneas De acuerdo a la concentración de las especies mayoritarias las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas se clasifican como bicarbonatadas magnésicas (Figura 5.17). Para el acuífero aluvial en función de los elementos mayoritarios, se pueden distinguir dos tipos de aguas: bicarbonatado-magnésicas (puntos 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 11) y sulfatado-magnésicas (puntos 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, y 17) (Figura 5.18). Figura 5.17. Diagramas de Stiff modificados para las aguas del acuífero de las rocas ultramáficas, Moa (Noviembre de 1996). De acuerdo a la dureza las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas se clasifican como aguas blandas de muy baja mineralización. En el acuífero aluvial se pueden diferenciar 4 grupos de muestras formados por los puntos 1 al 7 aguas blandas, 8 y 9 ligeramente duras, 10 moderadamente dura, el resto (puntos 12 al17) muy duras. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 158 De acuerdo con el TSD, las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas se clasifican como aguas dulces, mientras que en el acuífero aluvial se pueden diferenciar dos grupos: aguas dulces, con una mineralización menor de 2000 mg/L (puntos 1,2,3,4,5,6,7,8,,9,10 y 11) y salobres las que presentan una mineralización mayor a 2000 mg/L (puntos 12 al 17). Según el contenido de sulfatos, el agua del acuífero aluvial los puntos 12,13,14,16 y 17 se clasifican como selenitosas. Figura 5.18. Diagramas de Stiff modificados para las aguas del acuífero aluvial y tres puntos de las aguas superficiales del río Moa (Noviembre de 1996). 5.3.7. Análisis de la contaminación de las aguas subterráneas Este apartado se centrará en la presencia de Cr, Ni, Mn, Fe, sulfato y Mg en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas y en el acuífero aluvial. El análisis de la concentración de los metales en las rocas ultramáficas nos permite establecer el fondo geoquímico natural correspondiente al Cr, Ni, Mn, Fe, SO4 y Mg, en segundo lugar analizaremos la contaminación del acuífero aluvial. El análisis de los diferentes contaminantes se realiza atendiendo a: �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea I) 159 Al fondo geoquímico natural (FGN), establecido en función de los resultados de diferentes trabajos previos a la actividad minero-metalúrgica. II) A los valores límites admisibles para agua potable (VLAP), establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS). Los elementos estudiados (Ni, Cr, Mn, Fe, SO4 y Mg), presentan una estrecha relación con la mineralización de los materiales geológicos y los residuos de la zona, que en algunos casos presentan concentraciones por encima del VLAP. Por ello, el conocimiento del fondo geoquímico es de gran valor para poder diferenciar el aporte natural de los diferentes elementos del aporte antropogénico Se debe destacar, que no es objetivo de este trabajo el estudio de los procesos físico-químicos debido a la actividad de microorganismos que afecta el comportamiento de algunos metales. Según la literatura el Fe y el Mn, están afectados en muchos casos por la presencia de determinados tipos de bacterias acidofólicas y catalizadoras comunes para diferentes condiciones ambientales existentes en el planeta tierra, entre las que se pueden señalar géneros tales como Crenothrix, Lectotrhric, Gallionella (Viñals, 1981) y Thiobacillus Ferrooxidans (Fernández Rubio, 1981). Para el Cr se ha estudiado la existencia de más de 14 bacterias que pueden actuar en los procesos de oxidación-reducción de este elemento en diferentes condiciones ambientales (Fendorf et al., 2000). Mientras que se han hecho estudios de la biodegradación del Ni (Francis et al., 1996). 5.3.7.1. Metales pesados, hierro, magnesio y sulfato en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas: fondo geoquímico natural Se mencionarán aquí aquellos elementos de origen natural que se encuentran en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas en concentraciones apreciables y que en algunos casos son superiores al valor límite admisible para agua potable (VLAP), establecido por la OMS. Manganeso (Mn): la concentración varía entre 0.04-0.05 mg/L. Como se puede ver la concentración en las áreas no afectadas por la minería se encuentra muy cercana al VLAP (0.5 mg/L) y en algunos se encuentra en el límite admitido (Anejo I). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 160 Níquel (Ni): en el acuífero de las rocas ultramáficas se presentan en concentraciones bajas con un valor medio de 0.02 mg/L, muy inferior al VLAP (0.5 mg/L). Hierro (Fe): las concentraciones de hierro total en las aguas de las rocas ultramáficas son inferiores a 0.08 mg/L, muy inferior al VLAP (1 mg/L). Su origen se debe a la disolución de los silicatos férricos, aunque es probable que parte de este hierro (Fe2+) se deba a la oxidación de los sulfuros existentes en las peridotitas. Cromo (Cr): la concentración de Cr en el agua de las rocas ultramáficas es de del orden de 0.001 a 0.002 mg/L, muy inferior al valor límite (0.05 mg/L). Cobalto (Co): se han detectado en las aguas subterráneas las rocas ultramáficas con valores de 0.004 mg/L. En este elemento no hay un límite mínimo definido aunque se asume el mismo que el del níquel. Aluminio (Al): se ha detectado pequeñas concentraciones en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas con valores entre 0.006-0.05. En este caso el límite no está establecido con claridad se establece normalmente 1 mg/L. Sulfato (SO4): la concentración de sulfato en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas varía entre 5 y14 mg/L, muy inferior al VLAP (250 mg/L). Magnesio (Mg): la concentración de magnesio en las aguas subterráneas oscila entre 8 y 50 mg/L, inferior al VLAP (150 mg/L). 5.3.7.2. Contaminación de las aguas subterráneas del acuífero aluvial En el acuífero aluvial se encuentran concentraciones de Cr, Ni, Mn, Fe, Mg y SO4 que sobrepasan en gran medida los valores existentes en las aguas subterráneas del aluvial antes de la construcción de la presa de residuos. En la Figura 5.19A se aprecia como la concentración de metales Cr, Ni, Mn e Fe en el acuífero aluvial decrece a medida que aumenta la distancia a la presa, como resultado de la dilución de la pluma contaminante por el �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 161 flujo del agua subterránea y la retención de los metales por la matriz del medio poroso del acuífero. Cromo: la presencia de cromo hexavalente (CrVI) ha sido detectada en todos los puntos de agua muestreados, con valores entre 0,01-1,60 mg/L. La concentración de Cr supera el VLAP (0.05 mg/L) en los puntos 8, 10, 11, 12, 13, 14,16 y17 (Figura 5.19A). Su presencia es debida al lixiviado de la presa de residuos y es posible que su movilidad esté facilitada por la existencia de un medio oxidante en el acuífero. Puede ser adsorbido en la superficie de los óxidos de Fe y Mn en forma coloidal (compuestos amorfos), presentes en la matriz del medio poroso y en el agua del acuífero. La solubilidad del Cr(VI) está controlada fundamentalmente por los valores del pH, en la medida que aumenta el pH disminuye su concentración. Manganeso (Mn): la concentración de manganeso en el acuífero aluvial oscila entre 2,1 y 8,3 mg/L. Todas las muestras del acuífero aluvial presentan una concentración superior al VLAP (0.5 mg/L). Dado que la solubilidad del Mn es limitada para pH>6 (Viñals, 1981, Fernádez Aller, 1981, Weng, et al.,1994), es muy probable que la mayor parte de este elemento pueda encontrarse en forma de partículas coloidales (materia amorfa). La existencia de manganeso en las aguas subterráneas puede tener su origen en el manganeso amorfo presente en el corte laterítico desarrollado sobre las rocas ultramáficas de la región. La presencia de manganeso amorfo en las lateritas de la región de Moa ha sido reportada por diferentes investigadores (Rojas y Orozco, 1994, Almaguer, 1995, Barros et al., 2001). Níquel (Ni): los valores en el acuífero aluvial se incrementan en dirección opuesta a las líneas de flujo con valores entre 0,01 y 0,09 mg/L. La concentración de Ni en los puntos 12, 13, 14 y 17 es superior al VLAP (0.05 mg/L). La solubilidad del Ni es limitada para pH mayor que 6 (Fernández Aller, 1981, Día et al., 2000), puede ser que parte de éste se mueva asociado a partículas coloidales. Hierro(Fe): la concentración en el acuífero aluvial afectado por los lixiviados de las escombreras de residuos presenta grandes rangos de variación. Para el Fe2+ entre 0.035 y 0.44 mg/L. El Fe3+ no se encuentra en ninguna de las aguas estudiadas en la zona debido a que precipita como hidróxido a pH≥4.3 (Viñals, 1981, Fernández Aller, 1981). El hierro total se �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 162 encuentra con concentraciones entre 0,02 y 5,1 mg/L. Las concentraciones de hierro total en las aguas es superior al VLAP (1 mg/L) en los puntos 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16 y 17. 6 Concentración (mg/L) Fe(Total) 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 10.0 Concentración (mg/L) Cr6+ 1.0 0.1 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 10 Concentración (mg/L) Mn 8 6 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0.10 Concentración (mg/L) Ni 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Distancia a la presa (m) Ptos 1-6 Ptos 7-10 Ptos 12-17 VLAP FGN �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 163 Figura 5.19A. Variación de la concentración de los principales contaminantes en el acuífero aluvial (Ni, Fe, Mn, Cr). Línea continua valor límite admisible (VLAP) y línea discontinua fondo geoquímico natural (FGN). En la Figura 5.19B se representa la concentración de los contaminantes metálicos Cr, Ni, Mn y Fe de acuerdo con la ecuación 5.1, donde FGN, es el fondo geoquímico natural del metal analizado, Cwac, del metal analizado en el agua del acuífero aluvial y Cwre, concentración del metal analizado en el agua intersticial del residuo. (Cwac-FGN)/Cwre-FGN) (5.1) �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 164 (Cwac-FGN)/(Cwre-FGN) 0.10 Mn 0.05 0.00 10 Di (Cwac-FGN)/(Cwre-FGN) 0.10 i 100 l 1000 ( ) Ni 0.05 0.00 10 100 1000 (Cwac-FGN)/(Cwre-FGN) 1.00 Cr 0.50 0.00 10 100 1000 (Cwac-FGN)/(Cwre-FGN) 1.00 Fetotal 0.50 0.00 10 100 Distancia a la presa (m) 1000 Figura 5.19B. Normalización de la distribución de los contaminantes metálicos en el acuífero aluvial. La Figura 5.19A, permite apreciar que la movilidad de los contaminantes en el acuífero es diferente, siendo en el caso del Cr en el que se aprecia una marcada diferencia entre los pozos situados al lado de la presa (primeros 40 m) y el resto de los pozos en el aluvial, como cabria esperar. En todos los casos se observa que el incremento es exponencial en la medida que nos acercamos a la presa de residuos. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 165 Sulfatos (SO4): para los puntos 12, 13, 14, 16 y 17 cercanos a la presa de residuos la concentración es muy elevada (1800-4800 mg/L). La alta concentración de sulfato está favorecida por la presencia de altas concentraciones de Mg que incrementa notablemente su solubilidad (Custodio, 1983b). En los puntos 8, 9, 10, 12, 13, 14, 16 y 17 el valor medio de sulfato supera ampliamente el valor límite admisible para agua potable (VLAP) que es de 400 mg/L. Magnesio (Mg): se observa contaminación en los pozos 8, 9, 10, 12, 13, 14, 16 y 17, próximos a la presa de residuos, con valores de concentración entre 430 y 1150 mg/L. El Mg y SO4 constituyen los elementos mayoritarios en el área del acuífero con mayor influencia de la recarga inducida de las aguas de la presa de residuos. El análisis de la relación existente entre los diversos contaminantes muestra que para el Mg y SO4 es prácticamente lineal (Figura 5.20). En la Figura 5.21 donde se representa: Ni vs Fe, Ni vs Mn, Mn vs Cr y SO4 vs suma de todos los metales, se observa la existencia de una cierta correlación y la formación de tres grupos de agua, que quedan muy bien diferenciados en el gráfico del Cr vs Mn: 1400 R2 = 0,976 1200 Mg (mg/L) 1000 800 600 Ptos 1-6 Ptos 7-10 Ptos 12-17 400 200 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 SO4 (mg/L) Figura 5.20. Relación entre la concentración de sulfato y de manganeso en el acuífero aluvial. I) representado por los pozos que se encuentran más cerca de la presa (puntos 12, 13, 14, 16 y 17), II) los pozos (7, 8, 9 y 10) situados en el área de influencia del bombeo y de la recarga de la presa de residuos y III) los puntos de pozos ubicados en las proximidades del río Moa (puntos 1 al 6) (Figura 5.21). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 166 10 6 5 8 Fe (mg/L) Mn (mg/L) 4 6 4 3 2 2 1 0 0.00 0.05 0 0.00 0.10 0.05 Ni (mg/L) 0.10 Ni (mg/L) 10.0 10000 I 1000 Cr (mg/L) SO4 (mg/L) 1.0 100 II 0.1 10 III 0.0 1 0 5 10 15 20 0 Ptos 1-6 2 4 6 8 10 Mn (mg/L) Fe+Ni+Mn+Cr (mg/L) Ptos 12-17 Ptos 7-10 Figura 5.21. Relación entre los diferentes contaminantes del agua subterránea del acuífero aluvial. Los puntos de muestreo con mayor concentración de sulfatos presentan los mayores valores de concentración en Ni, Cr, Mn e Fe. Se puede apreciar además que existe una buena correlación entre el sulfato y la suma de los diferentes metales presentes en el agua. Para todos los puntos muestreados se pueden llegar a diferenciar dos grupos de aguas de acuerdo al grado de contaminación: I) puntos cercanos a la presa (8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16 y17) y II) puntos del área de bombeo (1-7). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 167 El hecho que no hayan precipitado los metales disueltos en el acuífero aluvial debido a las aguas ácidas que se infiltran desde la presas de residuos puede ser debido a que en las aguas subterráneas no se ha alcanzado la alcalinidad necesaria para su precipitación, o bien el que estén asociados a las partículas coloidales (menores de 0.45 micras, pues el agua fue filtrada por un filtro con ese tamaño de poros) existentes en el agua del acuífero. En la Figura 5.22 se muestran los resultados de diferentes campañas de muestreo realizadas en la zona en el período 1963-1996. Del análisis de la evolución de los principales elementos contaminantes (sulfato, níquel, cromo, manganeso e hierro) se aprecia que la contaminación del acuífero aluvial ha aumentado en los últimos 30 años debido a los procesos mineros. 1.E+05 Aguas subterráneas acuífero aluvial Concentración (mg/L) B 1963 1975 1986 1996 1.E+03 1.E+01 1.E-01 1.E-03 SO4 Ni CrVI Mn Fetotal Figura 5.22. Evolución de la concentración media de los principales contaminantes en el pozo 7, acuífero aluvial (datos del INRH). El efecto del vertido de la escombrera sobre la calidad de las aguas del acuífero aluvial en la zona de estudio a lo largo del tiempo se puede observar además en la Figura 5.23A. Desde 1975 el contenido en sulfatos del pozo 7 ha pasado de 7 mg/L (valor medio) a 201 mg/L en 1996. El mismo proceso se observa en el valor de la conductividad (Figura 5.23A), como cabría esperar. Este proceso puede estar acelerado por el proceso de explotación que se realiza en los pozos de abastecimiento, que han provocado una variación en las condiciones hidrodinámicas en un sector del acuífero. Considerando los resultados de la evolución del contenido de sulfato se puede apreciar que su concentración se incrementa a una media de 8 mg/L por año, indicativo del progreso de la contaminación a lo largo del tiempo. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 168 500 Sulfatos (mg/L) Conductividad (mS/cm) 300 300 200 100 0 100 74 84 Años 94 74 84 Años 94 Figura 5.23A. Representación de la evolución de la contaminación de sulfatos y la conductividad en el pozo 7 (punto 7) acuífero aluvial (elaborado con datos del INRH 1975-1996). La elevada mineralización de las aguas, la alta concentración de metales pesados y sulfatos en el acuífero aluvial de las terrazas del río Moa, así como, la existencia de un gradiente de las concentraciones de los contaminantes siempre creciente en dirección a la presa de residuos, confirman el efecto producido por la recarga del lixiviado de los residuos que forman la presa. El pH de la fase líquida y su composición tienen una acción preponderante en el proceso de lixiviado, que puede estar favorecido por la existencia de grietas de retracción en la superficie del embalse que puedan constituir vías para el desarrollo de flujo preferencial. Conociendo que los procesos de contaminación son función de las características de la fuente contaminante y del tiempo de permanencia de los contaminantes en el medio, es previsible que la contaminación del acuífero continúe aumentando a lo largo del tiempo, debido al incremento del volumen de residuos vertidos a la presa y a las condiciones climáticas de la región que favorecen la infiltración de las aguas meteóricas (precipitación elevada y una recarga de más de 400 mm/año). 5.3.7.3. Origen de los metales pesados en el agua subterránea En la Figura 5.23B se muestran los resultados de los ensayos en Batch realizados con las muestras de roca, lateritas y residuos (relación 1:10). En todos los casos se aprecia la capacidad de los materiales naturales y los residuos metalúrgicos para lixiviar metales al ponerse en contacto con el agua. El residuo es el que presenta los mayores valores de masa �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 169 de metal lixiviada. Considerando estos resultados se puede observar la existencia de dos fuentes de metales: una de origen natural y otra antropogénica. Masa lixiviada (mg/kg) 100.0 Cr Ni Mn Fe 10.0 1.0 0.1 Dunita Gabro Harzburgitas Cromitita Saprolita Limonita Residuo (SAL) Figura 23B. Resultados de los ensayos Batch. Fuentes naturales de Cr, Ni, Mn e Fe De los cuatros metales que se encuentran en concentraciones que en determinados casos superan el VLAP, es de especial interés el Cr hexavalente y en segundo lugar el Ni, pues presenta un mayor riesgo ambiental debido a los efectos toxicológicos que desarrolla sobre los seres humanos (Furst, 1971; Hara and Sonada, 1979; Hyodo et al., 1980; Flessel et al., 1980; Fregert, 1981; Merian, 1991; Hermond and Fechner, 1994; Meyer et al., 1999). Cromo: Diversos autores han llamado la atención sobre la presencia Cr en los acuíferos localizados en áreas de afloramientos de rocas ultramáficas, y de las cortezas de meteorización asociadas (Vardaki y Kelepertsis, 1999; Whalley et al., 1999; Robles-Camacho y Armienta, 2000). Las rocas ultramáficas, comparadas con otros tipos de rocas, contienen concentraciones relativamente altas de Cr. En la zona de estudio, las rocas ultramáficas y sus productos de alteración son los materiales más abundantes, constituyendo una posible fuente natural de Cr. Los minerales principales que componen las rocas estudias son olivino, cromita, ortopiroxenos, clinopiroxenos y plagioclasa. De todas estas fases, las que presentan los mayores contenidos de Cr son, en orden decreciente, la cromita, el clinopiroxeno y el ortopiroxeno. La cromita de la cromitita, y la accesoria en la harzburgita, dunita y gabro presentan valores de Cr2O3, variables entre 36 y 46% en peso. Los clinopiroxenos tienen valores de Cr2O3 entre 0.90 y 1.53% en peso, mientras en los ortopiroxenos varía entre 0.47 y 0.54% en peso. En cambio, el olivino y la plagioclasa son fases muy pobres en Cr, normalmente sus contenidos están por debajo del límite de detección de la microsonda �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 170 electrónica. De todo lo anterior se deduce, en principio, que la fuente natural de Cr debe estar en las rocas que contienen mayor proporción de fases minerales portadoras de Cr (cromita y piroxenos). Los resultados obtenidos de los ensayos Batch indican que la roca que más Cr libera al medio hídrico es la cromitita, y le siguen en orden decreciente la dunita, el gabro y harzburgita (Figura 5.23B). La mayor liberación de Cr en la muestra de cromitita está en concordancia con su composición mineralógica, más de un 90% de cromita. En cambio, parece paradójico que las muestras de harzburgita y gabro que presentan una proporción modal importante de piroxenos cromíferos transfieran menos Cr al medio hídrico que la muestra de dunita que no presenta piroxeno en su composición. La respuesta a esta cuestión probablemente esté relacionada con el diferente comportamiento físico-químico de las cromitas y piroxenos. Sistemáticamente, las cromitas presentes en las muestras estudiadas tienen una aureola de alteración a ferricromita a favor de bordes de grano y fracturas (Proenza et al., 1997). Esta fase de alteración de la cromita se caracteriza por un incremento considerable en Fe3+ y está muy desarrollada en las cromititas y en las dunitas, en cambio es mucho menor en las harzburgitas. En estas últimas, las cromitas accesorias, suelen disponerse incluidas en ortopiroxenos preservándose totalmente inalteradas (Proenza et al., 1997, 1999b). Los resultados obtenidos en este trabajo evidencian una correlación directa entre el contenido de Cr liberado al medio hídrico y el grado de alteración a ferricromita que presentan las cromitas que componen los diferentes tipos litológicos estudiados. Estos resultados, son coherentes con las conclusiones obtenidas por Robles-Cacho and Armienta (2000). Estos autores sugieren que la desintegración de los bordes de ferricromita, dada su menor estabilidad físico-química, es el principal proceso geoquímico que incorpora cromo a los acuíferos encajados en las unidades ultramáficas de la Sierra de Guanajuato (México). En el caso de las muestras correspondientes a la corteza laterítica, las dos muestras analizadas liberan contenidos de Cr similares, siendo ligeramente superior en la muestra representativa de la zona limonítica. En la corteza laterítica, las cromitas también presentan un marcado grado de transformación a ferricromita (Friedrich et al., 1987), la cual constituye una fuente importante de liberación de Cr. Adicionalmente, estas muestras lateríticas se caracterizan mineralógicamente por presentar proporciones modales considerables de goethita (en la zona limonítica alcanza valores superiores al 60%), las cuales también potencialmente pueden �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 171 liberar Cr al medio hídrico. Esta fase puede albergar importantes contenidos de Cr en su estructura. Por ejemplo, Manceau et al. (2000) describen en goethitas naturales valores de hasta 0.73% en peso de Cr. Níquel: el origen natural del Ni en las aguas subterráneas asociado a rocas ultramáficas ha sido descrito por varios investigadores (Kudelasek y Zamarsky, 1971; Formell y Oro, 1980; Candela y Rodríguez, 1996; Vardaki and Kelepertsis, 1999), en todos los casos se trata de concentraciones muy bajas inferiores a 0.02 mg/L. De los minerales que componen el corte laterítico formado sobre las rocas ultramáficas es la goethita la que presenta mayor concentración de Ni (hasta 1.3% en peso) (Barnes and O´Neil,1978, Golightly, 1981; Rojas y Orozco, 1994). En las rocas ultramáfica los portadores de Ni son el olivino (0.4 - 0.5% en peso) y la serpentina (0.2-0.3% en peso). De acuerdo con los resultados de los ensayos Batch las muestras que mayor cantidad de Ni liberan al medio hídrico son las de la zona saprolítica en primer lugar donde el contenido de Ni puede llegar al 3% en peso (Golightly, 1981; Friedrich et al., 1987) y en orden decreciente le siguen la zona limonítica del corte laterítico. Mientras que en el caso de las rocas la que mayor masa libera es la harzburgita donde el contenido de NiO es entre 0.2 y 0.3% (Figura 5.23A). Parte de las concentraciones detectadas en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas puede deberse a la oxidación de las pequeñas concentraciones de sulfuros de Ni existentes en las rocas ultramáficas. Estos resultados se corresponden también con los trabajos de Kudelasek y Zamarsky, (1971), INRH, (1971), Formell y Oro, (1980) y Candela y Rodríguez, (1996), donde se reportan concentraciones de Ni, en aguas subterráneas en rocas ultramáficas con pH>7. Manganeso: la concentración de manganeso en las rocas ultramáficas es del orden del 0.01% en peso, mientras que en los materiales de alteración que forman la corteza laterítica puede llegar al 0.12% en la parte superior del corte (Golightly, 1981). La existencia de manganeso en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas puede tener su origen en el manganeso amorfo presente en el corte laterítico desarrollado sobre las rocas ultramáficas de la región. La presencia de manganeso amorfo en las lateritas de la región de Moa ha sido reportada por diferentes investigadores (Rojas y Orozco, 1994, Almaguer, 1995, Barros et al., 2001). Hierro: en los materiales geológicos que conforman el medio de los dos acuíferos estudiados el Fe es uno de los elementos más abundantes y su concentración es variable desde un 9% de �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 172 Fe2O3 en la roca madre hasta un 77% en los materiales que forman la corteza laterítica (Rojas y Orozco, 1994, Almaguer, 1995). Su origen en acuíferos naturales de rocas ultramáficas esta asociado generalmente a la disolución de los silicatos férricos (Custodio, 1983b). Aunque en este caso es probable que parte de este hierro (Fe2+) se deba a la oxidación de las pequeñas concentraciones de sulfuros existentes en las rocas ultramáficas. La concentración de Fe detectada en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es coherente con los resultados de Kudelasek y Zamarsky, (1971), Formell y Oro, (1980). En las aguas que circulan por las rocas ultramáficas de la región de Moa ha sido reportada la presencia de Fe2+ (0.1 mg/L) y Fe3+ (0.15-1.5 mg/L) para pH entre 7.1 y 7.4 (Formell y Oro, 1980). Fuente antropogénica de Cr, Ni, Mn e Fe En nuestro caso el aporte antropogénico de estos cuatro metales está relacionado con la infiltración de los lixiviados de la presa de residuos, los cuales presentan un pH ácido. La fase sólida está compuesta por diferentes minerales entre los que se encuentran, hematita (6975%), cromoespinelas (2.1-2.8%), gibbsita (1.4-6%) y yeso (2.5-5.6%). La concentración en peso de los elementos mayoritarios es: un 47% de Fe; 0,48% Mn; 0,08% Ni; 0,011% Co; 4,3% Al; 0,044% Mg; 0,042 Cu; 0,05% Zn; 1,65% Cr. El agua intersticial de los residuos que es la que se infiltra a través de la base de la presa presenta un pH medio de 4.1 con la siguiente concentración en sales disueltas: 4000-4500 mg/L SO4, 120 mg/L de Mn, 220 mg/L Mg, 530 mg/L de Ca, 36 mg/L de Na y 1.67 mg/L de Cr+6. El hecho de que los metales en el acuífero aluvial se encuentren en solución se debe a la existencia de un medio oxidante que facilita su movilidad y a la baja alcalinidad del medio. En la medida que nos alejamos de la presa, la contaminación de las aguas disminuye exponencialmente, hasta una distancia de 250 m, a partir de la cual la concentración de los metales es bastante uniforme indicativo de la existencia de un fondo natural relativamente alto en el acuífero aluvial (Figura 5.19). 5.3.8. Calidad de las aguas de los acuíferos aluvial y el acuífero de las rocas ultramáficas La calidad de las aguas subterráneas está determinada por cuatro grupos de características: físico-químicas, bacteriológicas, biológicas y radiactivas. En nuestro caso nos centraremos en el primer grupo pues los restantes parámetros no presentan valores significativos en el área de estudio (Anejo I). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 173 Las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas se clasifican como potables, pues ninguno de los elementos químicos disueltos en el agua supera la normativa vigente por la Organización Mundial de la Salud (OMS). En las aguas del acuífero aluvial se puede comprobar la existencia de dos grupos formados por los puntos del 12, 13, 14, 16 y 17 que superan todos los indicadores químicos en cuanto a concentración máxima permitida por la OMS y los puntos del 1 al 6 que no cumplen los criterios de concentración máxima admisible para el Fe y el Mn. Es de señalar que el agua bombeada del acuífero aluvial es enviada a una planta de tratamiento de agua que garantiza la calidad del agua de abastecimiento a la población de Moa y la industria, pues el tratamiento para eliminar los metales debido a su baja concentración es aun económicamente factible. 5.3.9. Cálculo de mezclas de agua en el acuífero aluvial Si analizamos la representación gráfica de los resultados analíticos en el diagramas Piper (Figura 5.24) se puede comprobar que se superponen los campos de distribución de las aguas superficiales y los de las aguas subterráneas, así como el campo de distribución de las aguas intersticiales del residuos SAL y las aguas subterráneas del aluvial. Esto es un indicativo de que en el acuífero se producen dos tipos de mezclas de agua: 1) Las aguas del río se mezclan con las del acuífero, debido a los bombeos que se desarrollan en los pozos (1, 2, 3, 4 y 11, Figura 5.10) 2) El agua subterránea se mezcla con el agua que se infiltra como consecuencia del lixiviado de los residuos, resultado de la recarga inducida que produce la presa sobre el acuífero. Las aguas del acuífero pasan de bicarbonatadas magnésicas a sulfatadas magnésicas. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 174 100% SO4+Cl Ca+Mg Mg100% 100%Ca Na+K100% 100% SO4 100%CO3H+CO3 Cl 100% Aguas subterráneas del aluvial no contaminadas Aguas superficiales río Moa Agua intersticial del residuo SAL Agua poco contaminada del acuífero aluvial Agua muy contaminada acuífero aluvial Dirección del flujo Figura 5.24. Diagramas de Piper. Con el objetivo de calcular el porcentaje de mezcla existente entre las aguas del acuífero aluvial y el lixiviado de la presa de residuos se aplicaron metodologías que permiten cuantificar los porcentajes mediante métodos químicos y modelos hidrogeoquímicos. 5.3.9.1. Métodos químicos ambientales El estudio de mezcla de aguas de diferentes orígenes se basa en la utilización de métodos químicos ambientales, entre ellos hay que destacar las técnicas isotópicas y el balance de un soluto conservativo, generalmente el cloruro (Davis et al., 1985; Iglesias, 1999; Ghomshei and Allen, 2000). Para determinar la mezcla de agua existente en el acuífero aluvial emplearemos el balance del ión cloruro (Cl). El Cl es el más indicado, pues a la diferencia de concentración existente entre las diferentes aguas que se mezclan, se une la ausencia de posible intercambio con los materiales que forman el medio poroso, su alta estabilidad �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 175 geoquímica, alta solubilidad, origen conocido y que no deriva de la roca en condiciones del área de estudio (ausencia de rocas evaporíticas o rocas con minerales de cloruro). Según Custodio y Llamas (1983), si se tiene un agua C con un contenido de cloruro que es mezcla de otras dos de contenidos en cloruro, C1 y C2 y su relación en concentración de cloruro es C1<C<C2, y en el agua C existe una fracción X del agua C1 y 1-X del agua C2, se debe cumplir que: C= C1X+ C2(1-X) (5.2) por lo que X=(C- C2 )/( C1- C2) (5.3) En nuestro caso C: cloruro en el agua mezcla (punto 13 acuífero aluvial), C1: cloruro en el agua del acuífero (punto 5), C2: cloruro del agua intersticial del residuo SAL y X: fracción del agua mezcla. De acuerdo con este método, se puede apreciar que existe una mezcla importante de agua de la presa de residuos con las del acuífero, con porcentajes de mezcla que alcanzan hasta el 20%. Así, en el acuífero aluvial se pueden apreciar 3 grupos de aguas: 1-aguas muy contaminadas ( puntos 12, 13, 14, 16 y 17), 2-aguas afectadas por el cono de depresión debido a los bombeos (puntos, 7, 8, 9 y 10) y 3- aguas del acuífero aluvial (puntos 1 al 6) (Figura 5.25). 20 Ptos 1-6 1 Ptos 7-10 Ptos 12-17 % de la mezcla 15 10 2 5 3 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Distancia a la presa (m) Figura 5.25. Representación gráfica del porcentaje de agua de la presa de residuos mezclada con el agua del acuífero aluvial. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 176 5.3.9.2. Cálculo de la mezcla de agua en el acuífero aluvial mediante un modelo hidrogeoquímico Con el objetivo de comprobar la hipótesis de mezcla de las aguas del acuífero aluvial con la recarga provocada por los lixiviados del residuo (SAL), se utilizó el modelo Hidrogeoquímico FREEQECI (Parkhurst, 1995) para simular la mezcla. Los datos utilizados son las propiedades fisicoquímicas (pH, Eh, composición química de los elementos mayoritarios y trazas) del agua intersticial de la presa de residuos y los pozos 13 y 5 ubicados en un mismo perfil hidrogeológico, en la dirección del flujo subterráneo. En la Figura 5.26, se puede apreciar que los resultados obtenidos por el modelo hidrogeoquímico son coherentes con los del método del balance de cloruros. En el caso de las aguas del punto 5 se aprecia la existencia de una diferencia en la concentración real y la calculada del cromo y el oxígeno disuelto, las diferencias son menores en el punto 13. En el agua intersticial de la presa de residuo el modelo reproduce correctamente la concentración de los diferentes elementos con la excepción del hierro. De acuerdo con los resultados del modelo hidrogeoquímico se obtiene una mezcla de las aguas de recarga producto de la infiltración del lixiviado de la presa de residuos con las del acuífero aluvial, la proporción de mezcla en el pozo 13 es del 12% muy similar a la obtenida con el método del balance del cloruro (Figura 5.25). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 177 Concentración (Moles) 1.E-06 1.E-04 1.E-02 Valor real agua intersticial del residuo SAL Valor simulado agua intersticial del residuo SAL P SO 4 Si O 2 i O 2 N a N M g M n N O H 4 N O 3 K Fe F 2+ Fe 3 Cr Cl (to ta l) Ca B H CO 3 1.E+00 Concentración (Moles) 1.E-06 1.E-04 1.E-02 Valor real pozo 13 acuífero aluvial Valor simulado pozo 13 acuífero aluvial P SO 4 Si O 2 P SO 4 Si O 2 2 O 2 i O N a N K M g M n N O H 4 N O 3 Fe F 2+ Fe 3 Cr Cl (to ta l) Ca B H CO 3 1.E+00 Concentración (Moles) 1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 Valor real pozo 5 acuífero aluvial Valor simulado pozo 5 acuífero aluvial i N a N M g M n N O H 4 N O 3 K Fe F 2+ Fe 3 Ca B Cr Cl (to ta l) H CO 3 1.E+00 Elementos Figura 5.26. Simulación de la composición química de las aguas del acuífero aluvial y las presas de residuo. Se supone que la composición en sales del punto 13, es el resultado de la mezcla del agua intersticial del residuo con el agua del punto 5 en el acuífero aluvial. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 178 5.4. Hidrogeoquímica de las aguas subterráneas 5.4.1. Relaciones iónicas El establecimiento y análisis de las relaciones iónicas entre los iones disueltos en el agua permiten establecer el origen de estas y los posibles procesos hidrogeoquímicos modificadores a que han estado expuestas. Generalmente guardan una estrecha relación con los materiales geológicos por donde circulan, aunque estos análisis hay que realizarlos con cuidado y considerando el modelo conceptual de funcionamiento del acuífero (En el Anejo I, se recogen los parámetros físicos y químicos de las aguas subterráneas). rNa/rCl: es de 0.93 en el agua de lluvia y en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas es de 0.91 indicativo de que el origen de éstas son las aguas meteóricas. rCa/rMg: en el agua de las rocas ultramáficas alcanza valores menores a 1, indicativo del enriquecimiento en magnesio y calcio que experimentan las aguas de recarga y subterráneas que circulan por materiales geológicos que presentan un predominio de minerales silicatados magnésicos y en segundo lugar carbonatos y plagioclasas. En aguas del acuífero aluvial sucede igual para los puntos del acuífero que no presentan una contaminación importante (puntos 1,2,3,4,5,6), su valor decrece a medida que nos acercamos a la presa de residuo llegando a ser de 0.14. rCl/rMg: las aguas subterráneas del acuífero aluvial tienen un valor menor que 1 debido al enriquecimiento en magnesio, como resultado de la disolución de los silicatos magnésicos. En las aguas muy contaminadas del acuífero aluvial es muy inferior a uno, debido a que el agua que se infiltra de la presa de residuos está enriquecida en magnesio. rCl/rSO4: en el agua subterránea del acuífero aluvial presenta un valor generalmente menor que 1, decreciendo en la misma medida que nos acercamos a la presa de residuo. En los puntos 2, 3 y 4, en el agua de las rocas ultramáficas es superior a 3. Esta ligera disminución del valor de la relación respecto al del agua de lluvia se debe al posible aporte de sulfato de la oxidación de los sulfuros diseminados en las rocas ultramáficas �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 179 rHCO3/rCa: en las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas, en el acuífero aluvial y en las aguas superficiales presenta valores superiores a 1, lo que es indicativo de un enriquecimiento de estas aguas en bicarbonatos. kr = 3 rCa (CO3 H ) 2 : el valor kr es siempre positivo, incrementando su valor en la misma medida en que disminuye la distancia a la presa de residuos. Este incremento del valor kr, esta relacionado con el incremento de la contaminación de las aguas. SO4 rCa : normalmente tiene interés para constatar una precipitación o disolución de yeso, en nuestro caso presenta valores superiores a 10 en los puntos (12,13,14, 16 y 17), llegando en algunos a valores cercanos a 30. Si combinamos esta información con el valor de kr, y el conocimiento de que dentro del residuo hay mineral de yeso y gran cantidad de sulfato en solución es muy probable que se produzca la disolución de una masa importante de sulfatos en esta zona. 5.4.2. Interacción agua roca (modelo hidrogeoquímico) Para tener un valor estimado de la distribución proporcional de las diferentes especies iónicas que controlan la hidroquímica de las aguas del área de estudio y las posibles formas en que se mueven los principales elementos contaminantes se realizó la modelación geoquímica del agua de los acuíferos. Para ello los parámetros físicos y químicos de las diferentes muestras de aguas (Anejo I) fueron introducidos al programa PHREEQCI (Parkhurst, 1995), el cual asume condiciones de equilibrio para realizar el balance de masas. Con el modelo se determinaron las principales especies acuosas que para condiciones de equilibrio se encuentran en las aguas superficiales y subterráneas estudiadas, de acuerdo con las características del medio analizado. En la Tabla 5.2, se relacionan las principales especies en que se presentan los principales constituyentes detectados en el agua y las especies iónicas que se han obtenido con la utilización del modelo. La alta concentración de sulfatos existentes en el agua subterránea del acuífero aluvial y especialmente en las muy contaminadas (puntos 12,13,14,16 y17) y el sulfato del agua intersticial de las presas de residuos, al parecer desempeñan un importante efecto en la �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 180 especiación de los cationes acuosos detectados en las aguas subterráneas, de acuerdo con los resultados de la simulación. En las aguas intersticiales del residuo SAL y las aguas subterráneas contaminadas (puntos 12,13,14,16 y17) más del 30% del contenido de Ca, Mg, Fe2+ y Mn es transportado como complejo SO4-ion. El Fe3+ y el Al3+ se mueven principalmente como hidróxidos, el resto de los elementos se mueven mayoritariamente en forma iónica (Tabla 5.2). Tabla 5.2. Especies acuosas en que se encuentran los principales elementos detectados en las aguas superficiales y subterráneas (valores medios en % del elemento en la especie de acuerdo al modelo geoquímico). Elemento Especies Aguas no contaminadas del acuífero aluvial puntos (l –6) Agua Aguas contaminadas intersticial puntos (12- residuo SAL 17) Aguas subterráneas Aguas ultramáficas puntos superficiales puntos (19-20) (25-26) Ca2+ Ca2+ CaSO4 Mg2+ MgSO4 89.0 59.0 39.0 54.0 44.0 96.0 100 58.0 38.0 84.0 57.0 41.0 52.0 46.0 95.0 100 53.0 44.0 98.0 99.3 97.0 99.4 52.0 15.0 31.0 32.0 66.0 50.0 13.0 30.0 50.0 17.0 33.0 49.0 27.0 51.0 15.0 34.0 11.0 23.0 99.8 100 84.0 15.0 79.0 21 83.0 16.0 99.8 99.0 85.0 12.0 62.0 47.0 96.0 51.0 48.0 82.0 14.0 74.0 26.0 96.0 50.0 48.0 87.0 100.0 73.0 17.0 100.0 98.0 56.0 38.0 100.0 Mg2+ Na+ ClS(6) C(4) Fe2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cu2+ Co2+ Ni2+ Zn2+ Cr6+ Si ClSO42MgSO4 HCO3CO2 Fe2+ FeHCO3 FeSO4 Fe(OH)2+ Fe(OH)3 Mn2+ MnHCO3 Mn SO4 Al3+ Al(OH)4 Al(OH)2+ AlSO4 Cu2+ CuOH2 CuSO4 Ni2+ Zn2+ ZnHCO3 Zn SO4 CrO42Cr2O72H4SiO4 90.0 99.5 100 78.0 20.0 94.0 48.0 30.0 82.0 29.0 61.0 66.0 100.0 100.0 41.0 17.0 33.0 98.0 98.0 100.0 99.0 100.0 100.0 En las aguas subterráneas del acuífero aluvial no contaminadas y las ultramáficas, así como en las superficiales todos los elementos se mueven mayoritariamente en forma iónica. Esta �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 181 diferencia en el comportamiento de las aguas no contaminadas (aluvial, ultramáficas y superficiales) se debe a la baja mineralización que presentan éstas y su pH casi neutro. 5.4.3. Índice de saturación (IS) Con el objetivo de conocer el grado de saturación de las aguas subterráneas y las aguas superficiales y residuales con relación a las fases minerales presentes en el medio geológico estudiado se realizó el cálculo de los índices de saturación (IS). Para ello se empleó el modelo PHREEQCI (Parkhurst, 1995). Se considera que un agua está en equilibrio si se obtiene un índice de saturación (logarítmico) igual a cero. En el trabajo hemos considerado convencionalmente el criterio de que el agua analizada está en equilibrio cuando se tienen índices de saturación de ±0.5. Este criterio permite tener en cuenta la incertidumbre en los valores analíticos y en el valor de las constantes termodinámicas. Si la muestra analizada presenta valores superiores a +0.5 se considera sobresaturada en la especie mineral analizada y si es inferior a –0.5 se considera que está subsaturada. A partir de la información analítica disponible (propiedades físicas y composición química de las aguas) se calcularon los índices de saturación de los minerales: goethita, hematita, cuarzo, yeso y gibbsita que son las fases minerales que predominan en el contexto geológico del área estudiada y los residuos mineros. Globalmente las aguas de esta región están sobresaturadas en goethita y hematita. Al parecer las aguas del acuífero aluvial están en equilibrio con el cuarzo, mientras que las aguas subterráneas de las rocas ultramáficas se encuentran subsaturadas, es decir con tendencia a la disolución. En todos los casos las aguas naturales están en equilibrio con la gibbsita, mientras que las aguas contaminadas están subsaturadas. En la Tabla 5.3, se dan los resultados de los índices de saturación para los diferentes puntos analizados. De acuerdo con los IS se pueden diferenciar 4 grupos de agua (Figura 5.27). �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 182 20 Indice de saturación 15 Gohetita Hematita Cuarzo Yeso Gibbsita 10 3 5 4 2 1 0 -5 10 100 1000 10000 TSD (mg/L) Figura 5.27. Índice de saturación vs total de sólidos en las aguas subterráneas. 1- Aguas de las rocas ultramáficas. 2- Aguas del acuífero aluvial. 3- Aguas afectadas por el cono de bombeo del acuífero aluvial. 4- Aguas de los puntos cercanos a la presa de residuos SAL Tabla 5.3. Índice de saturación en las diferentes especies minerales. Aguas Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Acuífero aluvial Río Moa Río Moa Río Moa Manantial ultramáficas Manantial ultramáficas Residuo SAL Residuo ACL Punto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 17 18 13 14 16 19 11 18 19 20 22 25 Goethita 2.3 2.3 2.3 3.7 3.1 4.1 3.1 5.9 4.4 3.4 9.3 9.7 4.7 10.4 9.4 10.8 10.4 Hematita 1.6 1.4 1.4 2.7 2.4 2.2 2.8 4.3 3.3 2.0 14.7 15.6 2.6 17.2 16.7 17.0 16.8 2.3 2.0 2.2 4.9 5.6 9.4 8.2 1.3 1.1 1.8 11.2 13.3 14.7 12.1 Cuarzo -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.6 0.2 0.5 0.2 0.0 0.7 0.2 0.2 0.2 0.2 -0.1 -1.2 -1.1 0.2 0.3 Yeso -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -2.7 -0.5 -0.5 -0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 -4.3 -4.1 0.5 0.4 Gibbsita -0.4 -0.4 -0.4 -0.9 -0.8 -1.2 -1.0 -1.0 -1.0 -1.3 -0.4 -0.9 -1.0 -1.3 -1.2 -1.0 -1.2 -0.8 -1.2 -0.8 -1.0 -1.0 -1.0 �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 183 De acuerdo con el modelo hidrogeoquímico PHREEQCI, al parecer la acidez del agua intersticial de los residuos y la de los lixiviados procedente de las presas de residuo (SAL) que se infiltran al acuífero aluvial está condicionada o controlada principalmente por las siguientes reacciones químicas: 1 3 Fe 3+ + O2 + H 2 O → FeOOH + 2 H + 4 2 Fe 3+ + 2 H 2 O → FeOOH + 3H + 1 Fe 2+ + O2 + 2 H 2O → Fe(OH )3 + H + 2 Al 3+ + 3H 2 O → Al (OH ) 3 + 3H + 1 3 Mn 2+ + O2 + H 2 O → MnOOH + 2 H + 4 2 mientras que en el acuífero aluvial el CO3=, CO3H- y el CO2 tienden a mantener el equilibrio. 5.5. Conclusiones - Del análisis de los resultados se desprende que todas las aguas de la región, que no han sido afectadas por los vertidos de aguas residuales ni por el lixiviado de la presa de residuo, de acuerdo a la composición de las especies mayoritarias son bicarbonatadas magnésicas. - El fondo geoquímico de las aguas subterráneas y superficiales en cuanto a la concentración de los metales Ni, Mn, Fe es elevado. En ninguno de los casos consultados, las aguas del acuífero aluvial estudiadas con anterioridad a la construcción de las presas de residuo se reportan concentraciones que superen las normas de potabilidad establecidas por la Organización Mundial de la Salud (OMS). - Las explotaciones mineras de níquel y cobalto en la zona han producido un deterioro de la calidad de las aguas superficiales y subterráneas desde su inicio en 1963, con un marcado incremento en la última década, donde se aprecian concentraciones de los metales (Ni, Cr, Mn e Fe) que superan los valores límites admisibles establecidos por la OMS para agua potable. �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 184 - El origen de la presencia de los metales pesados en las aguas superficiales se puede asumir que es debido al arrastre de sedimentos ricos en metales pesados de las áreas de minería a cielo abierto durante los periodos de precipitación, el vertido de aguas residuales directamente al río Cabañas y el drenaje directo de la presa de residuos al río Moa. - Dadas las condiciones oxidantes de las aguas subterráneas y la baja demanda química de oxígeno de las diferentes muestras analizadas en el laboratorio se puede suponer que los metales se encuentran en estado oxidado. - El comportamiento y distribución de los metales en este contexto hidrogeológico es diferente en los dos acuíferos (rocas ultramáficas y aluvial) en cuanto a su concentración y están condicionados por las condiciones de oxidación reducción, pH y las condiciones del flujo subterráneo. - En el caso de la concentración de los diferentes iones presentes en el agua del acuífero aluvial en el momento del análisis se observa un incremento exponencial de estos con relación a la distancia a la presa de residuos del proceso de lixiviación con ácido sulfúrico. El mayor efecto de la recarga de la presa de residuos se aprecia en los primeros 100 m. - La contaminación de las aguas del acuífero aluvial del río Moa se ha producido desde 1975 por el lixiviado de los residuos mineros. Los residuos producen una recarga inducida en el acuífero con una elevada concentración de sales disueltas, que ha provocado la contaminación en diferentes metales (Cr, Ni, Mn e Fe), sulfatos y Mg. El incremento de la concentración de sales en las aguas subterráneas está condicionado por la dirección del flujo y los aportes procedentes de la recarga inducida por la presa de residuos del proceso de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL). Esta situación puede ser alterada aún más si se incrementan las extracciones de agua desde los pozos de abastecimiento, lo que provocaría una variación de las condiciones hidrodinámicas del medio que pueden incrementar la recarga desde la presa de residuos y con ello acelerar los procesos de disolución precipitación de las diferentes sales ricas en elementos contaminantes. - Los resultados de la simulación geoquímica muestran que las aguas se encuentran sobresaturadas en hematita y goethita que son las fases minerales que predominan en el medio �Capítulo 5. Hidrología superficial y subterránea 185 geológico y en los residuos, siendo mayor esta sobresaturación en las aguas más contaminadas. Los iones metálicos en las aguas subterráneas afectados por la contaminación se presentan en forma de iones complejos asociados al sulfato, bicarbonato e hidróxidos. - Conociendo que los procesos de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas son función de las características de la fuente contaminante y del tiempo que actúa sobre el acuífero, es previsible que continúe aumentando a lo largo del tiempo. Este aumento de la contaminación es debido al incremento del volumen de residuos vertidos a la presa y las condiciones climáticas de la región que favorecen la infiltración de las aguas meteóricas (precipitación elevada con una recarga de más de 400 mm/año). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 185 Capítulo 6. CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS METALÚRGICOS SÓLIDOS DE LA INDUSTRIA CUBANA DEL NÍQUEL EN MOA 6.1. Introducción La industria cubana del níquel ubicada en el noreste de la provincia de Holguín (Cuba), realiza la explotación de los yacimientos lateríticos en el municipio de Moa desde 1963 con una planta y a partir del 1986 con dos. La explotación de los yacimientos lateríticos se realiza por el método de minería a cielo abierto. La extracción de concentrado de níquel más cobalto se realiza con dos procesos metalúrgicos: I) lixiviación con carbonato amoniacal (ACL) y II) lixiviación con ácido sulfúrico (SAL). Como consecuencia de estos procesos metalúrgicos se generan grandes volúmenes de residuos, que al culminar el proceso son mezclados, diluidos en agua y transportados por tuberías en forma de líquido viscoso hasta las presas de residuos (presas de cola), ubicadas en las terrazas del río Moa. (Foto 6.1). En la actualidad existen cinco presas de residuo, resultado de los procesos metalúrgicos de extracción del Ni y Co. Tres en el municipio de Moa que constituye el área de nuestro estudio y dos en el municipio de Mayarí (Nicaro) (Figura 6.1). La suma del área ocupada por las cinco presas equivale a unos 10 km2. Presentan una altura en los diques variable entre los 2 y 22 m de altura. El volumen de residuos que en ellas se almacenan supera los 180 millones de toneladas (Tabla 6.1). De acuerdo al sistema de construcción empleado en el cierre, las balsas se clasifican como presas de Aguas Arriba de acuerdo con el trabajo de Junghans y Helling, (1998) (Capítulo 2). El grado de saturación del material en las balsas es variable en función de la época del año y del lugar en que se encuentre el punto de vertido de los residuos que se realiza de manera puntual (Foto 6.1). El vertido de la mezcla (denominada cola) se realiza de manera puntual en uno de los extremos de la balsa, a partir de ese momento, el líquido comienza a circular por el interior de la balsa y con ello se produce la precipitación y sedimentación de la fase sólida en suspensión, mientras que el líquido acompañante es drenado por el otro extremo al río Moa. Para conocer el comportamiento hidromecánico de estos residuos y caracterizar las diferentes propiedades fisicoquímicas se han empleado una serie de técnicas y métodos cuyos resultados se exponen a continuación. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 186 Foto 6.1. Se puede apreciar el vertido y circulación de los residuos mineros en una de las presas de residuos. Obsérvese la presencia de capas estratificadas de diferentes espesores, así como la presencia de grietas de desecación en la parte inferior derecha. Foto 6.2. Grietas de desecación en los meses de julio y agosto en la balsa 3 residuo ACL y 5 residuo SAL, de la Figura 6.1 (área aproximada de la foto 1 m2). Las balsas se caracterizan por la presencia de grietas de desecación y estratificación dentro de los embalses (Fotos 6.1 y 6.2). Las grietas por desecación (fisuras) en la superficie alcanzan profundidades superiores a los 20 cm y de hasta 5 cm de ancho (Foto 6.2), aspecto que al �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 187 parecer favorece la infiltración de las aguas meteóricas y con ello el proceso de circulación de los contaminantes hacia el acuífero aluvial de las terrazas del río Moa. Figura 6.1. Ubicación de las presas de cola en el municipio minero de Moa en Nicaro. Las presas 1, 2 y 3 contiene al residuo del proceso metalúrgico ACL y las presas 4 y 5 contienen a los residuos del proceso SAL. Tabla 6.1. Principales características de las presas de estériles. Presa Estado Proceso Localidad Perímetro actual metalúrgico (m) 1 2 3 4 5 En uso Inactiva En uso Inactiva En uso ACL ACL ACL SAL SAL Nicaro Nicaro Moa Moa Moa ≈6 500 ≈2 000 ≈6 400 ≈3 100 ≈4 200 Área (km2) Altura del dique (m) 2.2 0.3 3.0 0.7 1.5 14-22 2-4 2-6 1-8 4-8 Millones de toneladas ≈88 ≈17 ≈19 ≈18 ≈45 Los números de las presas se corresponden con la Figura 6.1. 6.2. Características mineralógicas y químicas de los depósitos de estériles El mineral predominante en los residuos es la hematita, formado mayoritariamente en el proceso metalúrgico por acción de los productos de lixiviación sobre la goethita (60-80 % del mineral laterítico inicial que entra al proceso metalúrgico), que es la fase principal portadora �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 188 de níquel (Berezowsky, 1996). Los resultados semicuantitativos de los análisis de los residuos por difracción de rayos X se muestran en la Tabla 6.2. Se puede observar que existe una diferencia entre la composición mineralógica de las balsas de residuo correspondientes al proceso de lixiviación ácida (SAL) y al proceso de lixiviación con carbonato amoniacal (ACL), fundamentalmente debido al contenido de minerales de aluminio, yeso y magnetita (Tabla 6.2). Tabla 6.2. Composición mineralógica de los residuos. Resultados semicuantitativos en % peso. Proceso Presa *Densidad Fórmula de acuerdo Proceso 3 metalúrgico (g/cm ) al manual de metalúrgico ACL Presa 3 Minerales mineralogía de Dana SAL Presa 5 N=5 N=5 Hematita Magnetita Cuarzo Gibbsita Anatasa Alunita Yeso Serpentina Chromoespinelas Minerales de Mn Ferryhidrita Magnesita 5.26 5.18 2.65 2.30 3.90 2.60 3.32 2.30 4.3 Fe2O3 Fe3O4 SiO2 Al(OH)3 TiO2 KAl3 (SO4)2(OH)6 CaSO4H2O Mg3Si2O5(OH)2 FeMgCr2O4 3.96(sintética) 3.3 Fe5O6(OH)33H2O MgCO3 69-75 0.6-1.2 1.3-3.1 1.4-6 0.02-0.05 8.9-14 2.5-5.6 0.6-1.4 2.1-2.8 0.5-0.7 0.1-0.6 0.1-0.2 60-70 13-23 2-4.2 1-3 0.03-0.06 -0.1-1.2 0.6-1.5 2-4 0.6-1.2 0.4-1.2 No detectada * Gaines et al., (1997) N: número de muestras. La composición química del agua intersticial del residuo se determinó a partir del extracto en pasta saturada de acuerdo con la metodología de Page, (1986). Se aprecia que el agua se caracteriza por la presencia de una gran cantidad de sales disueltas. Las principales diferencias de las aguas de poros de los dos residuos son el pH, concentración de sulfatos y nitrato. En la Tabla 6.3 se puede ver que en el proceso de lixiviación ácida, la concentración de los nitratos, es prácticamente tres órdenes de magnitud inferior a la concentración en el residuo ACL. Mientras que con respecto a la concentración de sulfato se puede apreciar que es cuatro veces mayor en el residuo SAL que en el residuo ACL. El contenido de metales disueltos es mayor en el agua intersticial del residuo SAL, esto está favorecido por el pH ácido de la solución. La conductividad eléctrica es mayor en el residuo ácido. El contenido de sodio es �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 189 tres veces mayor en el residuo SAL que en el ACL. Los contenidos de magnesio son similares en ambos casos. Los análisis químicos de los residuos sólidos muestran un elevado contenido de Fe (mayor del 43%) que se encuentra mayoritariamente en forma de hematita (Fe2O3), además se presenta en otras formas como magnetita (Fe3O4), aluminocromita (FeO(AlCr)2O3), cromita (FeCr2O4), ferryhidrita y hierro amorfo, así como silicatos complejos tal como se ha identificado por difracción de Rx,. El azufre en el residuo del proceso SAL se presenta como sulfato cálcico hidratado (yeso) y alunita o hidroalunita, la presencia de la alunita ha sido reportada también por Fernández, (1983). El aluminio se encuentra en forma de gibbsita y aluminio amorfo y el silicio en forma de cuarzo y cuarzo amorfo. La concentración de manganeso es pequeña en comparación con el hierro y el aluminio, el manganeso se encuentra mayoritariamente en forma amorfa, aunque se aprecia la presencia de algunos minerales de Mn que no es posible precisarlos con las técnicas de rayos X (Rx). El cromo se presenta en forma de cromita. La diferencia entre los contenidos de níquel y cobalto en los dos residuos se debe a la baja eficiencia del proceso ACL que sólo recupera entre un 75-80 % del níquel original y entre un 40 y 50 % del cobalto. La composición química de ambos residuos se muestra en la Tabla 6.4. Tabla 6.3. Principales características del agua intersticial de las dos presas de residuos representativas de los dos procesos metalúrgicos (concentración en mg/L, Eh en mV). Presa 3 Presa 5 Presa 3 Presa 5 Residuo ACL SAL Residuo ACL SAL K+ Na+ Mg2+ Ca2+ ClSO4= HCO3= NO3NO2P3N3Cu2+ 3.80 145.80 1012.90 33.20 212.60 1307.20 292.80 3387.10 8.20 3.10 2.09 0.84 3.00 42.00 1352.00 172.00 256.00 5623.00 505.00 3.00 3.54 1.60 n.d. 0.08 Cr+6 Cr(total) Co2+ Ni2+ Fe(total) Mn2+ Zn2+ Sr4+ Ti2+ Al3+ V3+ pH Eh(mv) 0.22 0.32 0.07 0.32 0.02 0.07 0.10 n.d. n.d. 0.01 n.d. 6.50 325.00 1.95 2.82 0.11 0.51 5.60 120.00 0.49 0.01 n.d. 4.50 n.d. 4.10 422.00 �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 190 En las muestras del residuo ACL analizadas se observa entre un 3 y 4.6% de materia orgánica. Esta fracción orgánica, procedente del uso de petróleo en el proceso metalúrgico, no es destruida completamente por los procesos posteriores de combustión y lixiviación, y se mantiene hasta llegar a la balsa de residuos. Tabla 6.4. Principales componentes de los residuos (contenido de los elementos en % en peso). Co Zn V Ni Ba Cr Ti Mn Mn(amorfo) SAL ACL 0.57 0.06 0.42 0.72 0.061 0.231 0.03 0.10 Tabla 6.4. (continuación). Al Al(amorfo) Fe SAL ACL 43.58 49.19 4.94 4.80 0.245 0.301 0.01 0.05 Fe(amorfo) 0.140 2.132 0.03 0.03 0.18 0.60 SiO2 0.0028 0.0030 SiO2(amorfo) 4.7 5.2 0.012 0.020 0.53 1.72 S 3.8 *Mayor información en el Anejo II. La Foto 6.3, muestra una imagen tomada en el microscopio electrónico donde se puede apreciar que el tamaño de las partículas es relativamente homogéneo. En la misma figura, se puede observar un cristal de yeso y una partícula esférica constituida por alifáticos derivados de la combustión del petróleo empleado en el proceso metalúrgico ACL para el tratamiento del mineral laterítico. El estudio de las fracciones orgánicas se realiza de forma cualitativa para determinar la existencia de compuestos que representen un determinado riesgo ambiental. Entre los compuestos de la materia orgánica detectados, son de especial interés las trazas de hopanos (Tabla 6.5.), y de esteranos y diasteranos (Tabla 6.6.). Estos compuestos, indican el origen petrolígeno de la materia orgánica presente en el residuo, ya que son generados durante la formación del petróleo (Albaigés et al., 1986). Tabla 6.5. Hopanos identificados. No 1 2 3 4 5 6 7 8 Compuestos 18α (H),21β (H)-22,29,30-Trisnorhopano(Ts) 17α (H),21β (H)-22,29,30-Trisnorhopano(Tm) 17α(H),21β(H)-30-Norhopano 17α(H),21β ( (H)-Hopano 2α-Metil-17α (H),21β (H)-Hopano 17α(H),21β (H)-Homohopano (22S) 17α(H),21β (H)-Homohopano (22R) Gammacerano No 9 10 11 12 13 14 15 16 Compuestos 17α(H),21β (H)-Bishomohopano (22S) 17α(H),21β (H)-Bishomohopano (22R) 17α(H),21β (H)-Trishomohopano (22S) 17α(H),21β (H)-Trishomohopano (22R) 17α(H),21β (H)-Tetraquishomohopano (22S) 17α(H),21β (H)-Tetraquishomohopano (22R) 17α(H),21β (H)-Pentaquishomohopano (22S) 17α(H),21β (H)-Pentaquishomohopano (22R) �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 191 Materia orgánica Yeso Foto 6.3. Imagen del microscopio electrónico del residuo ACL, donde se observa una partícula de materia orgánica de forma esférica en el centro y un cristal de yeso en la parte inferior derecha. Ancho de la fotografía 25X20 micras. Tabla 6.6. Esteranos y Diasteranos identificados. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Compuestos 5α(H), 14β(H),17β(H)-Pregnano 5α(H), 14β(H),17β(H)-Homopregnano 13β (H),17α(H)-Diacolestano (20S) 13β (H),17α (H)-Diacolestano (20R) 13α(H),17β (H)-Diacolestano (20S) 13α(H),17β (H)-Diacolestano (20R) 24-Metil-13β (H),17α (H)-Diacolestano (20S) 5α(H), 14α(H),17α(H)-Colestano + 24-metil-13α(H),17β (H)-Diacolestano (20S) 5α(H),14β(H), 17β(H)-Colestano(20R) + 24-etil-13 β(H),17α(H)-Diacolestano (20S) 5α(H),14β(H), 17β(H)-Colestano(20S) No 11 12 13 14 15 16 17 18 Compuestos 5α(H),14α(H), 17α(H)-Colestano(20R) 24-Etil-13β (H),17α(H)-Diacolestano (20R) 24-Metil-5α(H),14β(H),17β(H)-Colestano (20R) 24-Metil-5α(H),14β(H),17β(H)-Colestano (20S) 24-Metil-5α(H),14α(H),17α(H)-Colestano (20R) 24-Etil-5α(H),14α(H),17α(H)-Colestano (20S) 24-Etil-5α(H),14β (H),17β (H)-Colestano (20R) 24-Etil-5α(H),14β (H),17β (H)-Colestano (20S) 19 24-Etil-5α(H),14α(H),17α (H)-Colestano (20R) Para conocer el tipo de petróleo que ha dado origen a estos compuestos se ha calculado durante el estudio de los hopanos, la relación de los biomarcadores 18α(H),21α(H)-22,29,30Trisnorhopano (Ts) y 17α(H),21α(H)-22,29,30-Trisnorhopano (Tm), resultando: Ts/(Ts+Tm) = 0.47 (6.1) �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 192 Según los estudios de Seifert y Moldowan (1978), una ratio igual a 0.47 de hopanos, se corresponde con un petróleo maduro. La existencia de restos de petróleo en el residuo, la presencia de dibenzotiofeno y derivados de este, así como de los principales hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) (entre 2 y 6 anillos), son indicativos de un proceso de combustión incompleto del petróleo durante el proceso metalúrgico (ACL). Algunos de estos HAPs, están incluidos en la lista de contaminantes peligrosos de la Agencia Estadounidense de Protección Ambiental (EPA) (Tabla 6.7), y en general, su alta toxicidad en animales y plantas ha sido ampliamente estudiada y documentada (Verschueren, 1996, Volkman et al., 1983, Campos et al., 1996), debido a la frecuencia con la que se encuentran estos compuestos en diferentes matrices y con procedencias u orígenes muy distintos. Tabla 6.7. En la izquierda los HAPs, presentes en la muestra ACL (pirometalúrgica). En la derecha aparecen señalados los que se encuentran en la lista de elementos peligrosos de la EPA. Compuesto EPA, (1989) Compuesto EPA, (1989) Naftaleno 1-Metilnaftaleno 2-Metilnaftaleno Fenantreno Antraceno Fluoranteno x x x x x Pireno Benzo(a)antraceno Criseno + Trifenileno Perileno Dibenzotiofeno x x x x Los compuestos orgánicos mayoritarios que se han detectado, son hidrocarburos alifáticos lineales de rango C13-C36 con predominio de los homólogos con número de carbonos par, característicos de aportes bacterianos (Grimalt y Albaigés, 1987). Se ha detectado la presencia de metil ésteres con predominio par y máximo en el ácido hexadecanoico. Este tipo de compuesto está asociado también a aportes bacterianos (Albro, 1976, Alexander et al., 1983, Connan, 1984). Además se han hallado trazas de azufre elemental (S8), indicativos de actividad bacteriana. Los citados compuestos, corroboran los procesos de degradación microbiana que sufre la materia orgánica presente en los residuos mineros ACL. En la Foto 6.4. se muestran dos fotografías del microscopio electrónico donde se observa la presencia de algas en los residuos. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 193 A 100 micras B 200 micras Foto 6.4. Imagen del microscopio electrónico donde se observa la presencia de microorganismos en los residuos. A) Presa de residuo 3, proceso de lixiviación con carbonato amonical (ACL) y B) presa de residuo 5, proceso de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL). La muestra del residuo SAL, contiene una menor cantidad de materia orgánica, debido a dos razones principales. En primer lugar, no se añade petróleo ni otras sustancias orgánicas durante el tratamiento metalúrgico que originan los residuos. En segundo lugar, si hubiese residuos de materia orgánica que se pudieran encontrar en el material, estos serían destruidos por el ácido sulfúrico durante la lixiviación ácida de los metales. Todo ello se corrobora en el contenido de materia orgánica medido electroquímicamente, así como el análisis realizado mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. Ambos métodos registraron cantidades inapreciables de materia orgánica soluble. Por el método de calcinación (Page, 1986), el contenido de materia orgánica presenta una media de 0.6%. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 194 6.3. Características físico-mecánicas Para caracterizar las propiedades físicas y mecánicas básicas de los residuos de la presa 3 (Figura 6.1.), se han realizado ensayos granulométricos mediante sedimentación y tecnología láser y se han determinado los límites de Atterberg y las humedades y densidades “in situ”. La deformabilidad del material se ha determinado mediante ensayos edométricos y la medida del módulo de deformación en ensayos de compresión simple. La resistencia se ha determinado en ensayos de compresión simple, tracción directa e indirecta (ensayo Brasileño), corte directo drenado, triaxiales con rotura no drenada y triaxiales cíclicos. 6.3.1. Propiedades físicas básicas El peso específico de las partículas es muy elevado, superior a 3.8 mg/kg en el caso de los dos residuos (Tabla 6.8). Estos resultados de un peso específico tan elevado son coherentes con los estudios de Swarbrick and Fell, (1992), en este trabajo se encuentra que las minas de hierro estudiadas presentan un valor del peso específico entre 3.76 y a 3.84, mientras que en otros tipos de minas este peso específico es significativamente inferior. 100 ACL (Sedimentación) ACL (Láser) SAL (Sedimentación) SAL (Láser) % en peso 80 60 40 20 0 1 0.1 0.01 0.001 Diámetro de las partículas (mm) 0.0001 Figura 6.2. Curvas granulométricas de los residuos de la industria cubana del níquel. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 195 Los residuos de la industria cubana del níquel se caracterizan por una granulometría muy fina. A partir de los resultados granulométricos mediante láser se obtuvo que el 100% del material presenta una granulometría con diámetro inferior a 200 micras. Como se puede ver en la Figura 6.2, el 92 % de su peso se corresponde con una granulometría inferior a las 80 micras. Las curvas obtenidas por ambos métodos (láser y sedimentación) no son idénticas (Figura 6.2.), esta diferencia puede deberse a la formación de agregados durante el proceso de sedimentación a causa del carácter magnético del residuo y al hecho de que en el ensayo mediante láser se emplea ultrasonido para disgregar las partículas. 20 micras Foto 6.5. Granulometría de una muestra del residuo ACL en una imagen del microscopio electrónico. Según la distribución granulométrica y los límites de Atterberg, el material se clasifica como un limo de muy bajo límite líquido. Según el índice de plasticidad (IP) el material presenta un comportamiento poco plástico. En la Tabla 6.8 se presentan las principales características físicas de este material, que se caracteriza por presentar humedades muy altas, así como un bajo límite líquido y baja plasticidad. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 196 6.3.2. Ensayos edométricos La Figura 6.3, muestra los resultados de ensayos edométricos realizados sobre muestras remoldeadas de la presa de residuo número 3 en la Figura 6.1. Las muestras fueron compactadas estáticamente hasta densidad seca de 1.39 g/cm3 y una humedad inicial de 44% y grado de saturación igual a uno. En condiciones saturadas, el índice de compresión, Cc, es de 0.26 y el de hinchamiento, Cs, es de 0.05. La deformabilidad de estas muestras remoldeadas es algo mayor que la medida en muestras inalteradas de las otras presas existentes en el área (Heredia, 1980), en la Tabla 6.9 se indica el orden de magnitud de Cc medido por Heredia, (1980). Con las condiciones iniciales citadas, la estructura del material es muy colapsable. Cuando se carga una muestra con su humedad inicial de compactación del 10%, la deformabilidad de la misma es mucho menor que en condiciones saturadas (Cc= 0.12). Sin embargo, cuando una muestra con esa humedad se satura manteniendo una carga aplicada, se produce una importante reducción de volumen, hasta que finalmente alcanza un volumen final semejante al obtenido para esa misma carga con una muestra saturada inicialmente bajo carga nula. Tabla 6.8. Propiedades físicas de los residuos. Parámetros Presa 1* ACL Presa 3 ACL Presa 4* SAL N. de ensayos ρn (g/cm3) ρd (g/cm3) ρs (g/cm3) w% LL LP IP e n=20 2.38-2.23 1.83-1.67 3.99-3.77 35.3-29.4 25-23 24-21 11-6 1.35-1.15 n=22 2.15-1.73 1.57-1.33 4.11-3.52 30.9-25.0 40.4-35.3 36.8-30.0 7.4-3.1 1.95-1.47 n=6 2.38-2.29 1.83-1.64 3.8-4.04 35-25 44-40 40-36 6-4 2.2-1.3 (*Heredia, 1980) En la Figura 6.3, puede observarse la magnitud de la deformación de colapso para distintas cargas verticales. Este comportamiento es coherente con el observado en suelos naturales de granulometría y porosidad análoga a la del residuo (Alonso et al., 1987). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 197 Tabla 6.9. Parámetros de los ensayos edométricos (para tres presas de la Figura 5.1) Parámetros Presa 1* ACL Presa 3 ACL Presa 5* SAL N. ensayos Cc Cs N=22 0.31 0.06 N=6 0.26 0.05 N=20 0.24 0.05 (*Heredia, 1980) 1.90 Colapso Edómetro saturado Índice de poros 1.80 1.70 1.60 1.50 Carga de compactación 1.40 0.0 0.1 1.0 Carga vertical (MPa) 10.0 Figura 6.3. Curva edométrica representada en coordenadas semilogarítmicas (saturado y colapso). Muestra amasada o remoldeada del residuo ACL, de 50 mm de diámetro y 20 mm de altura. 6.3.3. Ensayos de compresión simple Se han realizado ensayos de compresión simple sobre probetas compactadas a una densidad seca de 1.53 g/cm3, algo inferior a la media “in situ” con una humedad inicial del 40% (Sr=1) que se han dejado secar lentamente en el ambiente del laboratorio (humedad relativa del 60% y temperatura de 22±2ºC) hasta alcanzar diferentes humedades finales (Figura 6.4A), al llegar a la humedad deseada se realizó el ensayo de compresión simple. En la Figura 6.4B) se muestra la variación del módulo de Young y de la resistencia a compresión en función del grado de saturación de las probetas. Puede observarse un claro aumento de la rigidez a medida que el material está más seco. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 198 0.05 Resistencia a la compresión simple (MPa) w=0.025 w=0.2 w=0.3 0.04 w=0.36 w=0.39 w=0.41 0.03 w=0.42 w=0.43 0.02 0.01 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 Deformacióin unitaria Figura 6.4A. Resultados del ensayo de compresión simple en función de la humedad. 50 100.0 Resistencia a la compresión (KPa) A E(MPa) 10.0 1.0 0.1 B 40 30 20 10 0 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación 1.0 Figura 6.4B. Resultados del ensayo de compresión simple. A) Módulo de deformación, B) Resistencia a la compresión en función del grado de saturación (ensayo sobre muestras remoldeadas de 76 cm de altura y 38 de diámetro). La resistencia a la compresión es mayor para las muestras con un grado de saturación cercano al 80% (Figura 6.4B). En la Foto 6.6, se pueden apreciar diferentes muestras rotas en el ensayo de resistencia a la compresión. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 199 Incremento del grado de saturación Foto 6.6. Fotografía de algunas muestras rotas en el ensayo de compresión simple, nótese el plano de rotura, la disminución de altura de las muestras cilíndricas es el resultado de la deformación vertical experimentada debido al mayor grado de saturación. 6.3.4. Resistencia a tracción Por otra parte se ha medido la resistencia a tracción en muestras preparadas en las mismas condiciones iniciales, utilizando un equipo similar al descrito por Mikulisch y Gudehus (1995). La resistencia a tracción obtenida se muestra en la Figura 6.5, en esta misma figura se muestra la resistencia a la tracción medida indirectamente siguiendo el método Brasileño. Puede constatarse como la resistencia a tracción presenta un valor máximo para grados de saturación del orden de 0.8. Resistencia a la tracción (KPa) 20 15 10 5 Medida directa Ensayo Brasileño 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación 1.0 Figura 6.5. Curvas de resistencia a la tracción con diferentes grados de saturación. A) Método Brasileño y tracción directa. Si analizamos los resultados de los ensayos de tracción y de compresión simple, podremos comprobar como tanto la resistencia a tracción como a compresión presentan un valor �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 200 máximo para grados de saturación cercanos al 0.8 (Figura 6.5). El cociente entre la resistencia máxima a compresión y la resistencia máxima a tracción directa es del orden de 5. En las muestras cercanas a saturación, la resistencia a tracción tiende a ser del mismo orden de la resistencia a compresión. La diferencia que se aprecia entre el ensayo de tracción por el método Brasileño y el método de tracción directa puede ser debido a que este método no está pensado para suelos aunque por su sencillez se aplicó con el objetivo de ver si el material experimentaba un comportamiento similar al otro método. A Incremento del grado de saturación C B Foto 6.7. A) Fotografía de algunas muestras rotas por el ensayo Brasileño. B) Equipo de tracción directa. C) prensa usada en el ensayo Brasileño. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 201 6.3.5. Ensayos de corte directo Se efectuaron los ensayos de corte directo en condiciones drenadas sobre muestras remoldeadas con una densidad seca inicial de 1.53 g/cm3 y saturadas. Los resultados han proporcionado valores del ángulo de rozamiento interno entre 41º y 45º y cohesiones efectivas casi nulas (entre 0 y 0.01 MPa) (Figura 6.6.). 0.3 0.3 y = 1.1698x + 0.0108 R2 = 0.972 0.25 0.25 Tensión de corte (MPa) Tensión de corte (MPa) 0.2 MPa 0.2 0.15 y=x R2 = 1 0.1 0.05 0.2 0.2 MPa 0.15 0.1 MPa 0.1 MPa 0.1 0.04 MPa 0.05 Curva de valores máximos 0.05 MPa Curva de valores mínimos 0 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Tensión normal (MPa) 0.25 0 2 4 6 8 Desplazamiento (mm) 10 Figura 6.6. A) Relación entre la tensión normal y la tensión de corte. B) Curva de tensión vs desplazamiento de corte directo en muestras remoldeadas para diferentes presiones normales del residuo ACL. 6.3.6. Ensayos triaxiales 6.3.6.1. Ensayos triaxiales en condiciones no drenadas Los ensayos triaxiales se realizaron en condiciones no drenadas sobre muestras de iguales características a las usadas en comprensión simple. Las muestras se prepararon en condiciones de grado de saturación igual al 100%. Los resultados de estos ensayos están indicados en la Figura 6.7. Puede observarse como para pequeñas deformaciones axiales (menores del 2%) se pueden medir importantes incrementos de presión de poros, mientras que cuando las deformaciones son mayores, el material tiende a ser dilatante y las presiones de poro se reducen, con el consiguiente aumento de la resistencia no drenada. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 202 El ángulo de rozamiento interno que se puede derivar de estos ensayos es de 35.6º, muy diferente al obtenido por los ensayos de corte directo. Esta diferencia entre el valor del ángulo de fricción interna entre los dos ensayos puede deberse a la velocidad con que se ha realizado el ensayo de corte directo 0.0048 mm/min, no haya sido lo suficientemente baja como para alcanzar las condiciones drenadas. Al ser un material esencialmente dilatante a grandes deformaciones, la resistencia no drenada es superior a la drenada. Resultados similares del ángulo de fricción interna en ensayos triaxiales se obtienen en residuos de minas de hierro en Brasil (Tibanas et al., 1998). σ3σ =250 KPa 3=250 σ3=350 KPa σ3=350 σ3=100 KPa σ3=100 Foto 6.8. Fotografías de tres muestras sometidas al ensayo triaxial. Muestras remoldeadas del residuo ACL de 76 mm de altura y 38 de diámetro. 200 800 B A 150 400 Presión de poros (kPa) q=σ1-σ3 (kPa) 600 1% 0.5% 200 σ3o'=350 0 kP 100 50 σ3ο'=200 kPa 0 -50 0.1% σ3o'=100 kPa σ3ο'=50 kPa -100 0 0 200 400 p’=[(σ1’+2σ3’)/3] (kPa) 600 0 10 20 Deformation axial Deformación axial (%) 30 Figura 6.7. Ensayos triaxiales. A) p´vs q y B) presión de poros vs deformación axial. Se realizaron en condiciones no drenadas sobre muestras de iguales características a las preparadas para los ensayos de compresión simple. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 203 La obtención de ángulos de fricción tan grandes en ensayos triaxiales y de corte directo al ensayar muestras de residuos mineros, son coherentes con los resultados de los trabajos de Markland and Eurenius, (1976), aunque hay que señalar que en ese trabajo la porosidad del material es inferior en un 20% a la que presentan los residuos estudiados en esta tesis. 6.3.6.2. Ensayos triaxiales cíclicos en condiciones no drenadas Se han realizado triaxiales cíclicos en condiciones no drenadas sobre muestras saturadas con una densidad seca inicial de 1.53 g/cm3. En la Figura 6.8A) se muestra la relación entre el número de ciclos necesario para llegar a la primera licuefacción y la amplitud de la razón de tensión cíclica (σd/(2σ'3o)). En la misma figura se muestra también esta relación para llegar a alcanzar diversos grados de deformación. Puede constatarse que una vez alcanzada la licuefacción, las deformaciones tienden a crecer muy rápidamente. En la Figura 6.8B) puede observarse como las presiones de poros empiezan a incrementarse cuando la deformación axial alcanza valores del orden del 0.1% y llegan a igualar a la tensión de confinamiento para deformaciones axiales del orden del 1% de forma casi independiente de la presión de confinamiento. Estos resultados son coherentes con los resultados de Dobry presentados por el Committee on Earthquake Engineering (1985) con arenas de diversas procedencias y diferentes densidades relativas. 1 A 0.3 Inicio licuefacción 1% deformación axial 2% deformación axial 3% deformación axial 4% deformación axial B 0.8 0.26 0.6 u/σ'3o Relación de delas lastenciones tensiones(σd/(2σ (σd/(2σ3o )) Relación 3o)) 0.34 0.22 0.4 0.18 0.2 0.14 1 10 100 Número de ciclos 100 0 0.01 σ3o' 100 KPa 100 KPa 103 KPa 200 KPa 200 KPa 1000 KPa 0.1 1 Deformación vertical (%) 10 Figura 6.8. Triaxiales cíclicos. A) Relación entre el número de ciclos necesario para llegar a la primera licuefacción y la amplitud de la razón de tensión cíclica. B) Relación entre la presión de poros y la deformación axial. Los ensayos se han realizado en condiciones no drenadas sobre muestras saturadas con una densidad seca inicial de 1.53 g/cm3. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 204 6.4. Comportamiento hidromecánico Para caracterizar el comportamiento hidromecánico se ha determinado la curva de retención del material, sus cambios de volumen asociados a los cambios de succión, la humedad y la permeabilidad saturada y no saturada. Todas estas propiedades son de interés si se pretende estudiar el comportamiento del residuo cuando las balsas se secan por primera vez y en los sucesivos procesos de humedecimiento y secado, debido a las condiciones climáticas, además del transporte y vertido de nuevos volúmenes de residuos. 6.4.1. Curva de retención La curva de retención del residuo para succiones entre 0.1 y 10 MPa se ha obtenido midiendo la succión mediante un psicrómetro de transistores (Dimos, 1991) en pequeñas muestras cilíndricas (15 mm de diámetro y 12 mm de altura, Foto 6.9) compactadas con humedad y densidad seca inicial controladas. En todos los casos las muestras se han realizado por triplicado en cada uno de los puntos medidos tanto para la curva de secado como para la de humedecimiento, en total se analizaron 65 muestras. Las pequeñas muestras saturadas para la curva de secado se han secado hasta alcanzar distintas succiones en el ambiente del laboratorio con temperatura controlada de 22±oC. En los ciclos de humedecimiento el aumento de humedad se ha realizado añadiendo el agua necesaria gota a gota, a partir de muestras equilibradas en un recipiente como el de la Figura 6.9. con una succión 38 MPa impuesta con una solución salina de ClNa. A B Foto 6.9. A) Imagen del recipiente utilizado para lograr el equilibrio de las muestras con una solución salina. B) Muestras utilizadas para la determinación de la succión en el psicrómetro. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 205 Con succiones menores a 1 MPa, se han realizado ensayos edométricos con succión controlada para evaluar los cambios de volumen y humedad del material cuando se le somete a cambios de succión o de carga vertical en condiciones no saturadas. El edómetro (Lloret, 1993; Lloret y Alonso, 1985) utiliza la técnica de la traslación de ejes (Hilf, 1956), para controlar la succión del material. Las variaciones de succión se han impuesto aplicando una presión de aire de 1 MPa en la cara superior de la muestra (50 mm de diámetro y 20 mm de altura) y variando la presión de agua en la base de la piedra porosa de alto valor de entrada de aire. La medida de la cantidad de agua que entra o sale de la muestra permite conocer la humedad de la muestra. Si en los ensayos edométricos se mide de forma continua la evolución en el tiempo del volumen de agua que entra en la muestra tras un cambio de succión, la permeabilidad no saturada se puede obtener mediante el ajuste de esta evolución utilizando la solución simplificada de Richards, teniendo en cuenta la baja permeabilidad de la piedra porosa de alto valor de entrada de aire (Kunze y Kirham, 1962; Romero, 2000). En el ensayo edométrico se partió de una muestra saturada con un índice de poros de 1.75. La tensión vertical neta aplicada durante el ensayo ha permanecido constante con un valor de 0.03 MPa. En la Figura 6.9A) se muestran las curvas de retención correspondientes a trayectorias de secado y de humedecimiento en el caso de muestras inicialmente saturadas y compactas con un índice de poros inicial de 1.75. En la Figura 6.9A) se incluyen las medidas realizadas con psicrómetro y en el edómetro de succión controlada. Puede observarse que los dos tipos de medida se solapan bien, lo que indica que la succión osmótica es una pequeña parte de la succión total. Por otra parte, puede observarse que la histéresis es importante. En la Figura 6.9B) puede apreciarse el efecto del volumen de poros en la forma de la curva de retención en trayectoria de secado. Una reducción del volumen de poros implica un aumento importante del valor de entrada de aire en el material. La Tabla 6.10 muestra los parámetros que definen las distintas curvas de retención obtenidas, cuando se utiliza para el ajuste la expresión propuesta por Van Genuchten (1978) para modelar dichos resultados: 1    s  1− λ   Sr =  1 +     Po    −λ (6.2). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 206 donde Sr es el grado de saturación, s la succión y λ y Po parámetros que pueden ser estimados a partir de los resultados experimentales (Tabla 6.10). 100 100 A) 10 Succión (MPa) Succión (MPa) 10 Secado 1 B) Secado Mojado 0.1 e=1.5 1 e=1.75 0.1 e=1.75 e=2 0.01 0.01 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación Psicrómetro 1 0 Ed. de succión controlada 0.2 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación 1 Mod. de V. Genuchten Figura 6.9. Curva de retención obtenida por la técnica psicrométrica y el edómetro de succión controlada. A) Curva de secado y humedecimiento para un mismo índice de poros iniciales. B) Curva de retención en trayectoria de secado para diferentes índices de poros iniciales (15 mm de diámetro y 12 mm de altura). Tabla 6.10. Valores de Po y λ obtenidos del ajuste de las curvas de retención (Figura 5.17) Índice de poros (e) 1.50 1.75 1.75 2.00 Ensayo Po (MPa) λ Secado 1.100 0.389 Secado 0.374 0.392 Mojado 0.134 0.398 Secado 0.079 0.357 6.4.2. Cambio de volumen debido a cambios de succión La Figura 6.10 muestra el cambio de volumen y de contenido de agua experimentado por el material durante dos incrementos de succión durante el ensayo edométrico con succión controlada. En el primer caso (Figura 6.10A), con un incremento de succión entre 0.01 a 0.03 MPa, la muestra, debido al bajo valor de la succión aplicada permanece prácticamente saturada y el cambio de volumen total es muy parecido al volumen de agua que sale de la muestra. En cambio, cuando la succión es mayor (cambio desde 0.4 a 0.6 MPa) la muestra tiene un grado se saturación menor y el cambio de volumen global es muy pequeño frente al cambio de volumen de agua. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 6 6 A B 5 5 Cambios de volumen Cambio de volumen(%) (%) Cambio de volumen (%) 207 4 3 Agua Global 2 1 4 3 Agua Global 2 1 0 0 1 10 100 1000 Tiempo (minutos) 10000 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) Figura 6.10. Cambio de volumen y de contenido de agua experimentado por el material durante dos incrementos de succión en el ensayo edométrico con succión controlada. A) 0.01-0.03 MPa. B) 0.4-0.6 MPa En la Figura 6.11 se muestra la evolución del índice de poros y del grado de saturación de la muestra durante el ciclo de secado/humedecimiento/secado realizado bajo una carga de 0.03 MPa en el edómetro de succión controlada. Puede observarse la existencia de una importante deformación irreversible durante el primer ciclo de secado (Figura 6.11A) mientras que en los ciclos subsecuentes las deformaciones son mucho menores y reversibles, lo que denota la histéresis que acompaña los procesos de secado y humedecimiento en estos residuos. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos Ín dice de poros 1. 72 Grad o de satu ración 2 A 1. 68 8 1. 64 4 1. 60 0 1. 56 6 1. 52 2 1 .00 208 B D C 0 .80 Secado 0 .60 M ojado Secado 0 .40 0.01 0.1 Succión (MPa) 1.0 0.2 0.3 0.4 Humedad Figura 6.11. Resultado del ensayo en el edómetro de succión controlada en el residuo ACL. A) Cambio del índice de poros (variación de volumen) en función de la succión. B) Variación del índice de poros en función de la humedad. C) Variación del grado de saturación en función de la succión impuesta. D) Relación entre la humedad y el grado de saturación. La Figura 6.12 muestra la evolución del cambio de volumen respecto al cambio de humedad de una probeta cilíndrica de material (38 mm de diámetro y 76 mm de altura, Figura 6.12B), inicialmente saturado y con una densidad seca de 1.53 g/cm3, expuesto sin confinamiento a una atmósfera con una humedad relativa del 60%. Puede observarse como la relación entre el cambio de volumen (medido a través del cambio en las dimensiones de la probeta) y el cambio de humedad es lineal cuando la humedad es alta. Si el material permaneciera totalmente saturado la relación entre el cambio de volumen y el cambio de humedad debería tener una pendiente igual al valor del cociente entre la densidad seca inicial y la densidad del agua. En la Figura 6.12 se observa que el contenido de agua es algo menor al indicado por la relación anterior, ello probablemente es debido a que la distribución del agua no es uniforme en la muestra y la periferia de la muestra en contacto directo con el ambiente deja de estar �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 209 saturada antes que el interior de la misma. El límite de retracción que resulta de la deformación final de la muestra es del 0.37 (37%) si se calcula como: εν = − (ω r − ω o ) ρ do (6.3) ρω donde (ωr) es el límite de retracción, (ωo) es la humedad inicial, (εv) es la deformación volumétrica final, (ρdo) la densidad seca inicial y (ρw) la densidad del agua. Hay que señalar que tanto en el ensayo edométrico como en este ensayo de retracción, el cambio de volumen experimentado por el material en condiciones saturadas es importante (Figuras 6.11 y 6.12). 0.00 Cambio de volumen (εv ) A B 0.05 0.10 Material saturado ideal 0.15 wr 0.20 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Humedad Figura 6.12. A) Curva de retracción del residuo ACL. B) Fotografía de la muestra de residuo. 6.4.3. Permeabilidad La permeabilidad saturada del material depende de forma importante de su volumen de poros. En la Figura 6.13A, se muestra la relación prácticamente lineal existente entre el índice de poros y el logaritmo de la permeabilidad medida imponiendo un gradiente constante sobre una probeta saturada colocada en el interior de la cámara de un equipo triaxial (Figura 6.16) y sometida a diferentes presiones de confinamiento. �1.E-06 1.E-10 1.E-07 1.E-11 knosat (m/s) ksat (m/s) Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 1.E-08 1.E-09 210 e=1.70 Mod. Van Genuchten Primer secado Mojado Segundo secado 1.E-12 1.E-13 e=1.56 A a) 1.E-10 B b) 1.E-14 1.0 2.0 3.0 4.0 Indice de poros 0.4 0.6 0.8 Grado de saturación 1 Figura 6.13. Permeabilidad del residuo ACL. A) Saturada, B) No saturada, observese como la permeabilidad no saturada se ajusta a la ecuación de Van Genuchten. La Figura 6.13B) muestra la evolución de la permeabilidad con el grado de saturación medido durante los cambios de succión impuestos en el edómetro con succión controlada en las trayectorias de secado/humedecimiento/secado utilizadas para definir la curva de retención mostrada en la Figura 6.11C. Puede observarse una importante disminución de la permeabilidad cuando el material deja de estar saturado. De forma aproximada la relación entre el grado de saturación y la permeabilidad se puede ajustar a la ecuación de Van Genuchten, 1978: k nosat = S r0.5 (1 − (1 − S r1 / λ ) λ ) 2 k sat (6.4) siendo ksat la permeabilidad saturada, knosat la permeabilidad no saturada, Sr el grado de saturación y λ el valor obtenido del ajuste de las curvas de retención (Figura 6.9A y 6.9B, Tabla 6.10). 6.5. Formación de grietas por desecación Las fisuras verticales por desecación aparecen en los residuos mineros o suelos cuando las tensiones de tracción que se ejercen en un plano vertical llegan a superar la resistencia a la tracción del medio, esta resistencia a la tracción depende del contenido de agua. Las tensiones �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 211 horizontales se generan por la tendencia del suelo a disminuir de volumen cuando se deseca. Hasta la aparición de las primeras fisuras, la deformación horizontal del suelo es casi nula, de forma que se compensa la disminución de volumen por desecación con un incremento de las tensiones de tracción. La magnitud de las tensiones de tracción están pues relacionadas con la rigidez del material y el cambio de volumen que experimenta cuando se deseca. Cuanto mayores sean los gradientes verticales de humedad generados por las condiciones de evaporación en la superficie, mayores serán los gradientes de tensión horizontal y mayor probabilidad existirá para la formación de fisuras (Morirs et al., 1992; Rodríguez et al., 1998; Yesiller et al., 2000). A fin de conocer el proceso de formación de grietas por retracción del material observadas en las presas de residuo en el campo (Foto 6.2), se han realizado una serie de ensayos de desecación con el residuo de la presa 3 correspondiente al proceso metalúrgico ACL. La muestra de residuo se ha extendido sobre una placa circular (225 mm de diámetro) situada en un ambiente con humedad relativa controlada. Los ensayos son similares a los descritos por Fang (1997), Lloret et al, (1998) y Kodikara et al., (2000). Las placas estaban ranuradas con estrías de 1.5 mm de profundidad a fin de evitar el deslizamiento en el contacto entre la placa y el residuo. El material se extendió sobre las placas con diferentes espesores y con una humedad inicial de aproximadamente el 50%. Se realizaron cuatro series de ensayos en los que las placas se encerraban en recipientes estancos de unos 12 litros de capacidad en los que se imponía la humedad relativa del aire empleando disoluciones salinas o de ácido sulfúrico, en una quinta serie las placas se mantuvieron en el ambiente abierto del laboratorio con una humedad relativa del aire del 60%. La succión final del agua en el material está relacionada con la humedad relativa del ambiente que lo rodea a través de la ley psicrométrica. La temperatura en todas las series de ensayos se mantuvo a 22±2 ºC. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 212 Foto 6.10. Foto de un desecador usado en los ensayos de retracción. Se aprecia que la muestra de residuo en la bandeja está agrietada. En la Foto 6.11 se muestran las fotografías correspondientes a ensayos realizados con tres espesores de material situado en un ambiente cerrado con diferentes humedades relativas y en condiciones de atmósfera de laboratorio. Puede apreciarse como al aumentar el espesor del residuo aumenta el tamaño de la superficie encerrada entre las fisuras (tamaño de los bloques o mosaicos). Las fisuras tienen forma vertical y se mantiene prácticamente igual para los distintos espesores estudiados. En la Tabla 6.11 se incluyen las características más significativas de los ensayos realizados. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos I-A I-B I-C I-D I-E II-A III-B 213 III-A III-B II-C III-C II-D III-D II-E III-E Foto 6.11. Se muestra el agrietamiento de tres capas de residuo de diferentes espesores secadas en el laboratorio bajo diferentes condiciones de humedad relativa (HR) y temperatura constante de 22 grados. I) 4 mm; II) 8 mm y III) 16 mm. A) HR=97.8%; B) HR=75%; C) HR=60%; D) HR=15.6% y E) HRlaboratorio=60%. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 214 En la Figura 6.14A, puede observarse la existencia de una relación prácticamente lineal entre la distancia entre las fisuras y el espesor del material, mientras que el efecto de la humedad relativa impuesta sobre la distancia entre fisuras es mucho menor. La humedad en el momento de la aparición de las fisuras es elevada en las muestras en las que la succión impuesta ha sido menor de 100MPa de forma que el material puede considerarse como prácticamente saturado, sin embargo cuando la succión impuesta es muy elevada, la humedad en el momento de la aparición de las fisuras resulta ser mucho más baja (Figura 6.14B). En la Figura 6.14C, puede observarse que el tiempo necesario para la aparición de las grietas disminuye de forma importante cuando el ambiente en el que se sitúa la muestra es abierto. Por otra parte, puede observarse también que este tiempo aumenta al disminuir la succión impuesta y al aumentar el espesor de la muestra de residuo depositado encima de la placa ranurada. Tabla 6.11. Principales resultados del ensayo de retracción en bandejas. Característica del ensayo Humedad relativa impuesta (%) Contenedor cerrado 97.8 Contenedor cerrado 75.0 60.0 Contenedor cerrado 15.6 Contenedor cerrado Atmósfera laboratorio 60.0 Succión impuesta (MPa) Espesor Tiempo del suelo de inicio de la grieta (mm) (días) Humedad al inicio de la grieta (%) Apertura final de las grietas (mm) Distancia entre grietas (mm) Retracción vertical al iniciar la grieta (%) Retracción vertical final (%) 3.0 3.0 3.0 38.0 38.0 38.0 58.9 58.9 58.9 251.0 251.0 251.0 4 8 16 4 8 16 4 8 16 4 8 16 22.00 35.00 58.00 9.00 15.00 26.00 6.00 12.06 19.05 3.00 10.00 14.00 41.9 43.5 43.7 42.6 43.8 45.9 41.9 43.5 43.1 29.6 30.1 30.5 0.4 0.8 1.2 0.1-0.5 0.1-0.6 0.1-0.8 0.1-0.5 0.05-0.6 0.05-1.3 0.05-0.1 0.05-0.5 0-1.2 17 37 117 14 39 55 14 30 66 14 36 70 1.15 1.40 1.50 2.70 3.00 2.40 4.90 6.10 5. 56 7.85 7.20 6.00 1.25 1.50 1.67 3.00 3.12 2.50 5.20 6.40 5.70 8.00 7.50 6.25 58.9 58.9 58.9 4 8 16 0.17 0.45 1.07 41.9 43.5 43.6 0.05-0.5 0.1-0.5 0.1-2 13 28 66 7.60 7.00 6.87 8.00 8.20 8.70 Este comportamiento puede ser debido al aumento de la rigidez observada al aumentar la succión del material. En la Figura 6.14D, se observa que la retracción aumenta con el espesor y con la succión impuesta. La retracción en condiciones de atmósfera de laboratorio es mucho mayor que en condiciones de atmósfera cerrada para un mismo valor de la succión. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 215 80 B Humedad al iniciarse la grieta (% Dis tancia entre grietas (mm) ) A 60 40 y = 4.03x 2 R = 0.96 20 0 38 34 30 26 0 5 10 15 Altura de la muestra (mm) 20 1 100 ) 1 1000 D Retracción vertical (% 10 10 100 Succi ón impu est a (MPa) 10 C Tiempo de incio de la grieta (días) 42 8 6 4 2 0.1 0 1 10 100 1000 Succión impuesta (MPa) 0 100 200 300 Succión impuesta (MPa) h=4mm h=8 mm h=16 mm h=4 mm h=8 mm h=16 mm Laboratorio Contenedor Figura 6.14. A) Relación entre el espesor de las muestras y la distancia entre fisuras. B) Relación entre la humedad al formarse la grieta y la succión impuesta. C) Relación entre el tiempo de agrietamiento y la succión. D) Relación entre la succión y la retracción vertical. En la Figura 6.15A se puede apreciar la correlación entre la distancia de las grietas obtenidas en el laboratorio y las medidas en el campo. En el caso de la distancia de las grietas en el terreno está condicionada en muchos casos por la uniformidad de la capa de residuos. Es de �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 216 señalar que en el caso de las muestras de laboratorio la muestra del residuo está fijada a la superficie de las bandejas que evitan su desplazamiento horizontal. 600 Datos de bandejas agrietadas en el laboratorio residuo ACL, Presa 3 Medidas en el terreno, Presa 3 residuo ACL Medidas en el terreno, Presa 4 residuo SAL Distancia entre grietas (mm) 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 Espesor de la capa (mm) 60 70 80 Figura 6.15A. Representación de la distancia entre grietas y el espesor en datos de campo y de laboratorio. La velocidad de evaporación es mucho más grande en las condiciones de laboratorio que en las muestras dentro de los contenedores. En el caso de los espesores estudiados la evaporación está controlada por la difusión del vapor y la velocidad de evaporación es más o menos constante para los tres espesores cuando la evaporación se produce en contacto con la atmósfera de laboratorio, sin embargo en el caso de las muestras encerradas en los contenedores la velocidad es la misma para los espesores de 4 y 8 mm, pero para el espesor de 16 mm es algo mayor (Figura 6.15B). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 217 Tiempo (horas) Tiempo (horas) 0 500 0 1000 A 0.2 Inicio de la grieta 16 mm 8 mm 4 mm 0.6 Pérdida de agua por unidad de área (g/cm2) Perdida de agua por unidad de área (g/cm2) 2 Pérdida Perdidadedeagua aguapor porunidad unidadde de área área (g/cm (g/cm2)) 100 0 0 0.4 50 150 B 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Inicio de la grieta 4 mm 16 mm 8 mm Figura 6.15B. Pérdida de agua por unidad de área para los tres espesores de muestra estudiados (Foto 6.11). A) Contenedores cerrados (Foto 6.10). B) Muestras en contacto con atmósfera de laboratorio. 6.6. Influencia de las grietas de retracción sobre la permeabilidad de los residuos mineros Con el objetivo de evaluar la posible influencia de las grietas de desecación en el transporte de contaminantes en los residuos mineros, se realizó a nivel de laboratorio una simulación de la mezcla de sólidos y agua que conforman los residuos de una de las plantas metalúrgicas de la industria cubana del níquel (44% de sólido y 56% de agua). Para efectuar la preparación de las muestras que se utilizan en el experimento se usaron recipientes de 225 mm de diámetro por 200 mm de alto. Para ello se vertía el material en estos recipientes con el peso de sólido necesario para conformar capas de 10, 20 y 40 mm de espesor y se dejaba secar en el laboratorio con temperatura controlada (60% de humedad relativa y temperatura de 22 grados), hasta que en la superficie se formaban las grietas de desecación similares a las de la Foto 6.11 y luego se vertía una nueva capa de lodo que rellenaba las fisuras de la anterior y así sucesivamente hasta conformar las muestras deseadas en cada uno de los recipientes. Durante el secado de las primeras capas de lodo vertidas en el recipiente se controló la pérdida de humedad en función del tiempo. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 218 Además, simultáneamente a estas muestras se confeccionó una muestra homogénea de 130 mm de altura y 100 mm de diámetro con las mismas condiciones de mezcla inicial de las otras muestras, la cual se dejó secar y posteriormente se realizaron con ella los ensayos de permeabilidad. Después de elaboradas cada una de estas muestras de gran tamaño se tallaba o cortaba una muestra procedente de cada recipiente de 120 mm de alto y 100 mm de diámetro (Foto 6.12) y se sometía al ensayo de permeabilidad en el equipo triaxial cuyas características se muestran en la Figura 5.16. Las cuatro muestras fueron saturadas dentro de la cámara triaxial antes de iniciar el ensayo de permeabilidad durante un periodo de 24 horas comprobando que el volumen de agua de entrada era igual al de salida, la tensión de confinamiento inicial durante la saturación fue de 7 KPa en todos los ensayos de las muestras agrietadas y estratificadas, mientras que en la continua fue de 12 KPa. Las muestras estaban rodeadas de una membrana que impedía el flujo preferencial por las paredes. La dirección del flujo de agua fue siempre de abajo hacia arriba (Figura 6.16). La variación de la porosidad en todos los ensayos se controló por la diferencia entre el volumen de agua que entra y el volumen de agua que sale, considerando que esta diferencia equivalía a la variación de volumen de la muestra. El volumen de agua era almacenado en la salida del triaxial (Figura 6.16), en un recipiente cerrado para evitar la pérdida por evaporación. El volumen de agua era controlado periódicamente y se cambiaba de escalón en la presión de confinamiento cuando se comprobaba que el volumen de entrada de agua era igual al de salida. Con el flujo ya estabilizado se realizó el cálculo de la permeabilidad en cada caso (Figura 6.17). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 219 Célula de carga Piedra porosa Muestra Cámara de confinamiento Pedestal Membrana Transductor de presión de poros Pistón Llave de paso Conductos de agua Controlador de presión de cámara (GDS) Colector de agua Dirección del flujo Controlador de volumen y de presión de cola (GDS) Figura 6.16. Esquema del equipo triaxial usado en los ensayos de permeabilidad y en los ensayos triaxiales. En la Figura 6.17 se muestra la variación de la permeabilidad en función de la tensión isótropa de confinamiento, obtenida sobre una muestra continua de 100 mm de diámetro y 120 mm de altura con una densidad inicial de 1.53 g/cm3 y la permeabilidad obtenida en 3 muestras del mismo tamaño construida mediante capas de 10, 20 y 40 mm de altura y de 1.53 g/cm3 de densidad inicial. Como se puede ver, la fisuración del material por desecación puede aumentar significativamente el valor de su permeabilidad, aún en el caso de que se favorezca el sellado de las fisuras mediante un confinamiento mecánico. Como se puede apreciar en la Figura 6.17 existe una diferencia entre la permeabilidad en el medio poroso continuo y el medio agrietado, donde la permeabilidad en el medio poroso continuo es inferior en más de un orden de magnitud con relación a las muestras formadas por capas de suelo agrietado. Esto nos indica que aunque las fisuras abiertas en cada una de las muestras es rellenada nuevamente por el lodo vertido en la parte superior, los planos de discontinuidad no se cierran del todo. En el caso de transporte de contaminantes éste es un �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 220 aspecto a tener en cuenta, debido a que un incremento de la permeabilidad de esta magnitud significa un incremento en el riesgo de la contaminación, pues el tiempo de tránsito de los contaminantes a través del medio poroso se ve reducido considerablemente. Estos resultados coinciden con los obtenidos por Mackay and Fredericia, (1995) y Jorgensen, et al., (1998) para materiales arcillosos. En esos estudios las grietas estaban rellenas de material arcilloso de la misma composición que el material no agrietado. 1.E-05 1.E-05 B A 1.E-06 1.E-06 1.E-07 k (m/s) k (m/s) 1.E-07 1.E-08 1.E-08 1.E-09 1.E-09 1.E-10 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0.66 Porosidad 1.E-10 1 10 100 1000 10000 Presión de confinamiento (KPa) Muestra en capas agrietadas h=10 mm Muestras en capas agrietadas h=20 mm Muestra en capas agrietadas h=40 mm Muestra continua Figura 6.17. A) Relación de la permeabilidad saturada con la porosidad y B) Variación de la permeabilidad con la presión de confinamiento, h, es el espesor de las capas que conforman cada una de las muestras. En el caso de los depósitos de residuos mineros se puede considerar que este proceso puede ser aún más importante, ya que es típico observar en la superficie de estos embalses grietas de desecación y estratificación por capas (Fotos 5.1 y 5.2), debido a la variabilidad en los procesos y lugares de depósito de estos residuos. En la Figura 6.17, se puede ver que el espesor de las muestras influye en la permeabilidad, a mayor espesor la permeabilidad es ligeramente mayor, esto puede ser debido al factor de escala, ya que al cortar las muestra con la que se va a realizar el ensayo se ha observado que la separación entre los labios de las grietas es mayor en las muestra de 40 mm que en las otras dos muestras (10 y 20 mm). �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 221 La obtención de la permeabilidad en función del confinamiento es de gran utilidad para la estimación del valor de la permeabilidad en las presas de residuos, pues si se conoce el espesor de las capas y la profundidad a que se encuentran estas se puede determinar el confinamiento y con el uso de la figura 6.17 obtener un valor de la permeabilidad estimativo para esa zona o punto de la presa de residuos. I II III IV Fotos 6.12. Muestras sobre las que se determinó la permeabilidad en el ensayo triaxial. I) muestra homogénea, II) muestra por capas de 10 mm, III) muestra por capas de 20 mm y IV) muestra por capas de 40 mm. La diferencia del color se debe a la cámara fotográfica. Todas las muestras son de color negro. 6.7. Conclusiones Debido a la composición química de los residuos (fase sólida y líquida) en metales pesados (Cr, Ni, Co, etc.) y compuestos orgánicos, éstos se encuentran en la lista número dos de sustancias contaminantes de la legislación ambiental europea (DOGC 1776 del 28-07-1993). -Los estudios de laboratorio muestran que el material de las presas de colas se caracteriza por una granulometría limo-arcillosa. De acuerdo a la caracterización físico-mecánica el material se clasifica como un limo de bajo límite líquido. El material cuando se compacta con una humedad baja presenta características típicas de los residuos mineros colapsables. La resistencia a la compresión, a la tracción y la rigidez presentan una gran dependencia del grado de saturación. La resistencia a la compresión presenta un máximo para grados de saturación del orden del 85 al 90%, mientras que la resistencia a la tracción es máxima para �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 222 grados de saturación más bajos del orden del 80 al 85%. La rigidez disminuye progresivamente en la medida que aumenta el grado de saturación. - Según los resultados de la conductividad hidráulica saturada el material sin fisurar (10-8 m/s) se comporta como un acuitardo. Sin embargo si se considera la permeabilidad del material agrietado (10-6 m/s) este se material se comporta como un material de permeabilidad media. - La formación de fisuras en los residuos acumulados en las presas de la industria cubana del níquel, está favorecida por las bruscos cambios de humedad que se generan debido a las condiciones climáticas. La formación de estas fisuras condiciona el régimen de infiltración y en casos como el estudiado en Moa, constituye una zona preferencial de flujo de indudable importancia. - Las grietas de desecación aparecen para grados de saturación muy altos superiores al 80 %, en los diferentes casos analizados. - La distancia (L) entre fisuras en el material secado en el laboratorio es proporcional a su espesor (h). De forma aproximada puede decirse que L=4h. Por tanto el área (A en cm2) de los mosaicos que se forman durante el proceso de desecación de las capas de residuos y el espesor (h en mm) presentan una relación lineal (A≈16h2). - El comportamiento hidromecánico del material afecta la conductividad hidráulica de dos formas: I) los cambios de volumen (variación de la porosidad) y de grado de saturación producen una disminución de la conductividad hidráulica y II) las grietas de desecación provocan un incremento de la permeabilidad con relación al material homogéneo (medio poroso) en más de un orden de magnitud, aunque estas grietas estén rellenas por el material depositado en la colocación de las capas sucesivas. - Se ha comprobado que cuanto mayor es el espesor de la capa de residuos que se deseca mayor es la separación entre las grietas y la abertura (distancia entre los labios) de las mismas. El aumento de la abertura supera el efecto de la separación entre grietas y favorece el aumento de la permeabilidad global. �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 223 - El haber determinado la variación de la permeabilidad en función del confinamiento y con diferentes espesores de las capas de residuos estratificadas es de gran valor práctico, pues en el estudio de las presas de residuos si se conoce el espesor de las capas que forman el embalse y la profundidad a que se encuentran estas capas se puede estimar un valor de la permeabilidad en ese punto. - El valor de entrada de aire de los residuos es relativamente bajo, lo que favorece la retracción por desecación del material. La determinación de la curva de retención y de la permeabilidad en condiciones saturadas y no saturadas puede ser de interés en estudios de flujo y transporte en condiciones saturadas y no saturadas. - La determinación y conocimiento de los parámetros de resistencia constituyen una herramienta de interés que puede ser usada en los estudios de diseño y construcción de las presas de residuo para los nuevos emplazamientos. - El mayor riesgo ambiental de estos residuos se debe a la recarga que pueden producir sobre el acuífero debido al gran contenido de sales disueltas que se encuentran en las aguas de poros. Además, son materiales que se erosionan con facilidad y pueden ser susceptibles de licuefactar de acuerdo con los resultados que se han obtenido en los ensayos triaxiales cíclicos del laboratorio. Este constituye uno de los temas que a nuestro entender y considerando la actividad sísmica de la zona debe ser tenido en cuenta en investigaciones futuras. - Otro aspecto que requiere ser tenido en cuenta desde el punto de vista ambiental es la fina granulometría de estos residuos y su muy pequeña cohesión, lo que puede facilitar su incorporación a la atmósfera por erosión por aire. Los compuestos que pueden ser mas fáciles de incorporar al aire son los de baja densidad (la fracción orgánica). - En la Figura 6.18 se representa un posible mecanismo para explicar que el material agrietado tenga una permeabilidad más alta. Aunque las fisuras se rellenen con el mismo material saturado, el material que ya se ha secado no cambia prácticamente de volumen al mojarse y secarse de nuevo, aspecto comprobado en los ensayos de secado y humedecimiento �Capítulo 6. Características de los residuos metalúrgicos sólidos 224 con el edómetro de succión controlada (Figura 6.11). Por otra parte el material que se deposita saturado, al secarse por primera vez disminuye mucho su volumen por el proceso de retracción y deja espacios libres por donde puede circular el agua. Vertido inicia primera capa Muestra saturada Primer secado capa Evaporación, retracción y agrietamiento Grieta Vertido de la segunda capa Sellado de la grieta Primer secado capa Evaporación, retracción y agrietamiento Grieta Volumen libre Figura 6.18. Mecanismo para explicar que el material agrietado tenga una permeabilidad mayor que el medio poroso aunque se rellenen las grietas con el mismo material. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 225 Capítulo 7. MOVILIDAD DE LOS METALES Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) EN RESIDUOS MINEROS: ENSAYOS DE LABORATORIO 7.1. Movilidad de los metales 7.1.1. Introducción El drenaje ácido de minas (DAM) y los lixiviados de contaminantes emanados de las escombreras, presas y balsas de residuos, se han convertido en una de las mayores causas de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas (Fernández, 1981, 1998a, 1998b; Younger, 1998, 2000). Los metales pesados retenidos por el suelo durante la infiltración de aguas contaminadas pueden ser gradualmente liberados debido a los procesos abióticos y bióticos que tienen lugar en el suelo, por lo que constituyen una amenaza para las aguas subterráneas y en especial para las de abastecimiento (Wang et al., 1998). Por esta razón el estudio de los procesos de transporte y flujo de contaminantes en el medio poroso (suelos y residuos) es de gran interés. En los procesos de flujo y transporte de contaminantes, la sorción (adsorción-desorción, químisorción-desorción) de los mismos es uno de los factores determinantes tanto en el medio poroso saturado como en el no saturado. Esta propiedad de los medios porosos desempeña un importante papel desde el punto de vista medioambiental, pues constituye la barrera natural que impide, dificulta o retrasa la movilidad geoquímica de los solutos (contaminantes o no contaminantes) en el medio poroso. La capacidad de adsorción de un medio poroso (suelo, residuo o resinas sintéticas) está condicionada por varios factores: contenido volumétrico de agua (medio saturado o no), contenido de materia orgánica (MO) y su tipo, pH, Eh, composición mineralógica (potencial zeta de las fases minerales presentes y las partículas sólidas como MO, minerales amorfos y coloides), tamaño de las partículas (esta propiedad determina la superficie reactiva, porosidad y la conductividad hidráulica), capacidad de intercambio catiónico (CIC), concentración del contaminante en el medio y por las propiedades hidrogeoquímicas del contaminante (solubilidad, reactividad, semi vida t1/2) y en menor medida por la temperatura. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 226 Para el estudio del transporte de contaminantes, a nivel de laboratorio se han desarrollado una serie de métodos que permiten deducir el comportamiento hidrogeoquímico de determinados solutos (orgánicos e inorgánicos), ante la presencia de una matriz sólida que puede ser: suelo, residuo, materia orgánica, minerales, resinas sintéticas u otros materiales. Entre estas técnicas se encuentran los ensayos de adsorción-desorción (Batch equilibrium sorption studies) y los ensayos de flujo a través de columnas (miscible displacement experiments) (Rao, 1974; Tyler, 1981; Rao et al., 1993; Wang et al., 1998). El objetivo de este capítulo es determinar los factores que controlan los procesos de adsorción-desorción de los metales pesados Cr(VI), Ni(II) y Mn(II) en los residuos mineros ACL y SAL de la industria cubana del níquel y los parámetros cinéticos que regulan el flujo y transporte de estos contaminantes en el medio poroso. La elección de estos tres metales para realizar los ensayos Batch se debe a que: son los principales contaminantes detectados tanto en las aguas contaminadas y no contaminadas de los acuíferos del municipio de Moa, así como en las aguas residuales de los procesos metalúrgicos. Estos metales se caracterizan por permanecer en disolución en concentraciones variables en medios acuosos que van desde débilmente ácidos a ligeramente alcalinos. 7.1.2. Material Los ensayos se han realizado con los residuos correspondientes a los dos procesos metalúrgicos existentes en el distrito minero de Moa, Cuba. Los residuos fueron tomados en dos presas (presas 3 y 5 Figura 6.1) a profundidades correspondientes al intervalo de 10 a 20 cm (Figura 3.1, puntos de muestreo). Las muestras usadas fueron secadas al aire en el laboratorio a una temperatura de 40±2 grados. El material se encuentra en su forma original sin realizar ningún tipo de tamizado, debido a que su granulometría es inferior a 200 micras. Las principales propiedades de los residuos aparecen en la Tabla 7.1. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 227 7.1.3. Ensayos de adsorción-desorción de los metales pesados en los residuos mineros Los estudios de adsorción-desorción (Batch) constituyen una de las técnicas más frecuentes utilizadas en la caracterización de la sorción de los compuestos orgánicos e inorgánicos (Condesso, 1996, Wang et al., 1998, Rodríguez et al., 1998a, Payne et al., 1998), aunque sus resultados hay que analizarlos con precaución pues presentan una cierta limitación debido a las siguientes razones: 1) predominio de la fase líquida sobre la sólida, 2) el ensayo se realiza en un sistema cerrado, lo que da lugar al desarrollo de procesos secundarios debido a un elevado tiempo de contacto entre el soluto y el líquido, 3) no se produce un proceso de suspensión de las partículas coloidales de manera uniforme, 4) la superficie de contacto sólido-líquido es mayor en el ensayo de “Batch” que en los ensayos de flujo o en condiciones naturales, pues las partículas están nadando en un medio acuoso. El proceso de agitación en que se realiza el ensayo facilita la separación de las partículas sólidas y se destruye la estructura del medio poroso, 5) no se produce el proceso de dispersión y difusión como ocurre en un medio de flujo continuo, Tabla 7.1. Media de las principales propiedades físico - químicas de los residuos (N=5). Propiedades Materia orgánica Partículas tamaño arena <2mm (%) Partículas tamaño limo (%) Partículas tamaño arcilla (%) pH (ratio 1:2.5) Conductividad (µS/cm) (ratio 1:2.5) Capacidad de intercambio catiónico (CIC) (meq/100g de sólido) Hierro amorfo (g/kg) Manganeso amorfo (g/kg) Aluminio amorfo (g/kg) Sílice amorfa (g/kg) Superficie efectiva aproximada (m2/g) ACL 4.6 10 70 20 6.45 670 10 21.321 2.33 3.015 0.208 80-112 SAL 0.63 14 70 16 4.1 790 8 1.407 0.208 2.452 0.125 70-97 �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 228 6) las técnicas de separación de la fracción líquida de la sólida en muchos casos son dependientes del sistema de separación empleado y del técnico que realiza la operación, 7) las condiciones ambientales establecidas durante el tiempo de agitación son alteradas al ponerse en contacto con el medio ambiente (atmósfera del laboratorio) para realizar la separación de las dos fases (filtración). A continuación caracterizaremos la adsorción y la desorción del Ni(II), Cr(VI) y Mn(II) en dos residuos. Estos ensayos permiten evaluar la capacidad de adsorción y desorción, la influencia de la relación sólido/concentración, la adsorción en función del tiempo y conocer la capacidad efectiva de estos residuos para retener la masa de metal adsorbida. Tabla 7.2. Características de los metales usados en el ensayo de flujo y transporte (Burriel et al., 1985). Elementos Níquel Cromo Manganeso Grupo de la tabla periódica Símbolo químico Valencia más estable Otras valencias en que se presentan en la naturaleza Número atómico Peso atómico Punto de ebullición (oC) Punto de fusión (oC) Solubilidad en el agua natural Densidad (g/cm3) VIII Ni 2+ 3+ VIB Cr 3+ 6+, 2+ VIIB Mn 2+ 7+, 6+, 4+, 3+ 28 58.71 2730 1453 baja 8.9 24 51.996 2665 1875 baja 7.19 25 54.938 2150 1245 baja 7.43 7.1.4. Metodología de los experimentos en Batch La obtención de las isotermas de adsorción y desorción del Ni(II), Cr(VI), Mn(II) se ha realizado en el laboratorio a temperatura controlada de 22±2oC, mediante ensayos Batch. Las disoluciones de los metales se prepararon en KNO3 0.01 mM como electrolito soporte a pH=5.5. Esta solución es la misma que se utilizará posteriormente en los ensayos de flujo pues permite estabilizar la fuerza iónica de la solución, estabilizar la carga de las partículas sólidas minerales o no minerales y conseguir el mismo nivel de agregado en el medio poroso. Comúnmente en los ensayos de Batch se emplean como electrolitos soluciones de metales divalentes como el CaCl2 y MgCl2. En nuestro caso los residuos se caracterizan por presentar un alto contenido de Mg y un �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 229 bajo contenido en Ca. Además, en el caso de las soluciones electrolíticas de elementos de carga divalente se ha comprobado que favorecen la adsorción (Selim and Amancher, 1997). Considerando este criterio y el hecho de haber en la literatura estudios de adsorción de Ni y Cr en suelo con el uso de el KNO3 como solución electrolítica donde se han tenido buenos resultados y considerando las características de nuestro material se decidió emplear la misma solución que en los trabajos de (Adriano, , 1995, Wang et al., 1998) Los ensayos de adsorción-desorción se realizaron con una relación 1:10 (dos gramos de suelo y 20 ml de solución). La metodología empleada para este tipo de ensayo generalmente consiste en poner un volumen de sólido conocido (previamente secado a temperatura de 40 grados) en contacto con un volumen conocido de la solución electrolítica en la que se encuentra el soluto y extraer muestras de la fase líquida cada cierto intervalo de tiempo (Wang et al, 1998, Payne et al., 1998). En nuestro caso fue necesario obtener cada punto de la isoterma de forma independiente, debido a la dificultad para separar la fase líquida de la sólida, al ser necesario centrifugar y filtrar la solución en cada ensayo. Los puntos de las isotermas realizados para ambos residuos se muestran en la Tabla 7.3. En la preparación de la solución con los metales se emplearon diferentes sales. En el Cr se utilizó el K2CrO4, el Mn(NO3)2 para el Mn y la solución de Ni se preparó a partir de Ni(NO3)26H2O. Las principales características se relacionan en la Tabla 7.2. En la Tabla 7.3 se presentan las diferentes concentraciones molares que serán usadas en cada uno de los metales, en todos los casos se expresan además las concentraciones en mM. Los ensayos de adsorción-desorción se realizaron de acuerdo a los siguientes pasos: 1- las muestras de 2 g de residuo sólido depositadas en un tubo de plástico (volumen del tubo 40 cm3) fueron puestas en contacto con un volumen de 20 ml de una solución de KNO3 1 mM a pH 5.5 y se colocaron en un agitador durante un periodo de 24 horas para estabilizar la fuerza iónica de la solución acuosa y la carga iónica de las partículas, 2- a las 24 horas fueron centrifugadas durante 10 minutos a 900 r.p.m. y fue separada la fase sólida de la líquida, �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 230 3- al terminar el paso 2 las muestras sólidas fueron lavadas en dos pasos: primero se lavó con agua milliQ pH 5.6 y después con una solución diluida de KNO3 0.01 mM a pH= 5.5, para ambos lavados se utilizó un volumen de líquido de 20 ml. En el primer caso fueron agitadas durante una hora y posteriormente centrifugadas a 900 r.p.m. y separadas la fase sólida de la líquida, en el segundo caso fueron agitadas durante 24 horas y posteriormente centrifugadas durante 10 minutos a 900 r.p.m. y separada la fase sólida de la líquida, 4- Terminado el paso 3 se añadió a los sólidos el volumen de la solución (20 ml) con las diferentes concentraciones de metal en cada uno de los recipientes, 5- las muestras de sólidos en contacto con las soluciones de metales fueron colocadas en un agitador rotatorio (a 10 r.p.m.) y dejadas equilibrar durante los siguientes intervalos de tiempo, 5, 10, 30, 60, 120, 240, 480, 1400 y 4320 minutos, para obtener la isoterma de adsorción y la cinética de adsorción, 6- Al culminar cada período de tiempo se realizó el centrifugado (durante 10 minutos a 900 r.p.m.) y el filtrado de la solución mediante un filtro (Millipore) de 0.45 micras separando la fase sólida de la líquida y 7- a la solución acuosa filtrada se le midió el pH y el Eh, posteriormente se determinó por ICP-AES la concentración del soluto. 8- Al culminar el paso 6 la fase sólida empleada en el proceso de adsorción (todos los puntos donde no fue adsorbido en totalidad el metal de la solución) fue puesta en contacto con una solución acuosa diluida de KNO3 0.01 mM sin metal. Luego se colocaron en un agitador (10 r.p.m.) y se dejaron equilibrar durante los siguientes intervalos de tiempo, 5, 10, 30, 60, 120, 240, 480, 1400 y 4320 minutos, para obtener la isoterma de desorción y la cinética de desorción. 9- Se repitieron los pasos 6 y 7. Para observar con mayor detalle la histéresis del proceso de adsorción-desorción se realizaron ensayos de desorción con cinco ciclos de lavado. Los puntos de desorción se corresponden con las muestras utilizadas en el último y el antepenúltimo punto de la isoterma de adsorción. La desorción se realizó con la misma metodología que los ensayos de Batch, a partir del paso 5, con la única diferencia de que en el proceso de desorción la solución electrolítica no contiene ningún tipo de metal. La relación sólido líquido de 1:10, durante períodos de 8 horas, se realizaron 5 ciclos de lavado. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 231 En todos los casos de ensayos de adsorción el pH inicial de la solución (paso 4 de la metodología) es el que impone la concentración del metal con que se realiza el ensayo (Cr(VI), Ni(II) y Mn(II)). La diferencia entre la concentración de la solución inicial y la final se atribuye a la capacidad de adsorción de los residuos. Tabla 7.3. Relación de las concentraciones de soluto en la solución acuosa para la que se realizó la isoterma de adsorción. Concentración mM 0.1 0.4 0.75 1 2 3 4 5 5.5 6 7 ACL Mn(II) X X X X X X X X NR X NR Cr(VI) X X X X X X X NR NR X NR Ni(II) X X X X X NR X X X X NR SAL Mn(II) X X X X X X X X X X X Cr(VI) X X X X X X X X X X NR Ni(II) X X X X X X X X NR X NR ACL= residuo del proceso lixiviación carbonato amoniacal, SAL= residuo del proceso lixiviación ácida NR, ensayo no realizado. 7.5 NR NR X X NR NR La masa de metal adsorbida por unidad de masa de sólido (Sa) en cada uno de los ensayos Batch se determinó por la diferencia entre la concentración en la solución inicial (Co) y la concentración en la solución final (Cw), Sa = (Co − Cw )V M (7.1) donde M masa total de residuo y V volumen de la solución electrolítica. La masa de soluto desadsorbida (Sd) se determinó por diferencia entre la concentración inicial de la solución acuosa sin soluto (Cwi) y la concentración en la solución acuosa final (Cwf) después de su interacción con la masa de suelo que se había usado en el proceso de adsorción. Sd = (Cwf − Cwi )V M (7.2) La determinación de la isoterma de adsorción es un pre-requisito para la estimación de los diferentes parámetros que controlan el flujo y transporte de contaminantes en el suelo (Van Genuchten and Wierenga, 1976; Rao et al., 1993, Brusseau et al., 1989). En nuestro caso la isoterma de adsorción ha sido descrita mediante la ecuación de Freundlich (ec. 7.3) asumiendo que se ha alcanzado el “equilibrio” en la solución residuo-líquido, �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 232 n≠0 S = K f Cwn (7.3) donde Kf y n son constantes cuyos valores se pueden obtener de la isoterma de adsorción mediante un ajuste por mínimos cuadrados ó un ajuste por regresión lineal de la expresión en forma logarítmica de la ecuación de Freundlich, que se expresa de la siguiente forma n≠0 log Sa = log K f + n log Cw (7.4) en este caso el valor de Kf se corresponde con la intersección de la recta de ajuste con el eje de adsorción (Sa) (en escala logarítmica) y n corresponde a la pendiente de dicha recta. 7.1.5. Isoterma de adsorción y desorción del Mn(II) En la isotermas de adsorción en función del tiempo solamente se representan los puntos donde la masa del soluto no es adsorbida totalmente (Figura 7.1A). La adsorción del 90 % de la masa total de Mn(II) que retienen los residuos ocurre prácticamente en las primeras 2 horas, alcanzando el estado de equilibrio en unas 4 horas para los dos residuos (Figura 7.1A y 7.1B). 2500 700 Mn(II)- Residuo SAL Mn(II)- Residuo ACL 600 2000 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 500 1500 1000 1 hora 1 hora 22 horas horas 4 horas 4 horas 6 horas 6 horas 8 horas 824horas horas 500 400 300 1 hora 2 horas 4 horas 6 horas 8 horas 24 horas 200 100 0 0 0 50 C w (mg/L) 100 150 0 100 200 C w (mg/L) 300 Figura 7.1A. Isoterma de adsorción de Mn(II) para diferentes tiempos de contacto sólidolíquido en los dos residuo. ACL: residuos del proceso lixiviación carbonato amoniacal, SAL: residuo del proceso mediante lixiviación ácida. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 233 La isoterma de adsorción del Mn(II) de los dos residuos mineros analizados es no lineal y se puede apreciar la existencia de un buen coeficiente de correlación de los datos obtenidos, ajustados a la ecuación de Freundlich (Figura 7.2). La masa adsorbida en el residuo ACL es 3.5 veces mayor que en el residuo SAL, siendo el valor del coeficiente de reparto (Kf) 53 veces mayor en el residuo ACL que en el residuo SAL. Esta diferencia entre los valores de Kf puede ser el resultado de la diferencia en el pH inicial de los sólidos de los dos residuos (pHSAL=4.5 y pHACL =6.9). Generalmente el proceso de adsorción del manganeso es mayor en aquellos suelos que presentan pH más elevados (Mckenzie, 1980; Spark, 1995; Tan, 1992, 1994, Selim and Amacher, 1997). Aunque otros factores que pueden estar favoreciendo el proceso de adsorción en el residuo ACL es la mayor cantidad de hierro amorfo y su mayor superficie especifica. Específicamente en el trabajo de Mckenzie, (1980) se realizan ensayos de adsorción sobre la hematita y la goethita, comprobando que los mayores valores de adsorción del manganeso son para pH próximos a 7. Mn C o =282.02 mg/L Cw (mg/L) 300 200 Adsorción residuo SAL Adsorción residuo ACL 100 0 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) Cw (mg/L) 30 Mn C o =0 mg/L 20 10 Desorción residuo SAL Desorción residuo ACL 0 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) Figura 7.1B. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Mn(II) en los dos residuos. De acuerdo a la forma de la curva que describe la isoterma, ésta se clasifica como una isoterma tipo “h” según la clasificación de Giles et al., (1960). La isoterma de tipo “h” �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 234 es un caso particular de las isotermas tipo “L” (Apéndice B). Las isotermas de adsorción con forma de “h” son indicativas de una gran afinidad entre el soluto y el absorbente. Según los estudios de Sparks, (1995), este tipo de isoterma en ocasiones apuntan a la formación de complejos en el proceso de adsorción. Se observa que las características de isoterma tipo “h” son más marcadas en el residuo ACL. Los 4 puntos de la isoterma de desorción en el residuo ACL en la Figura 7.2 se corresponden con el proceso de desorción de los 4 puntos de la parte superior de la isoterma de adsorción. En el residuo SAL los 9 puntos de la isoterma de desorción se corresponden con la desorción de los 9 puntos de la isoterma de adsorción. 700 2500 Mn(II)- Residuo SAL Mn(II)- Residuo ACL 600 Se=9.77*C w +37.72 2 2000 R =0.95 Sa=1054.45*C w 0.14 500 2 Sa=19.704*C w Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) R =1 1500 Se=60.94*C w +990.85 2 R =0.99 1000 0.60 2 R =0.99 400 300 200 500 Adsorción 100 Adsorción Desorción Desorción 0 0 0 50 100 C w (mg/L) 150 200 0 100 200 C w (mg/l) 300 400 Figura 7.2. Isotermas de adsorción y desorción del Mn(II) en los dos residuos mineros. La desorción es lineal en ambos residuos. Este tipo de comportamiento es indicativo de la existencia de un equilibrio entre la masa que hay en la solución y la del adsorbente sin que se pueda definir una fuerza específica de unión entre el soluto y el adsorbente. En este caso la masa adsorbida es dependiente de la concentración de soluto, de las condiciones físico - químicas del medio y de las propiedades cinéticas del soluto. En la Figura 7.3, se puede apreciar la irreversibilidad del proceso de adsorción. El ensayo se ha realizado a partir de dos puntos de la isoterma de adsorción. En ambos casos la variación de la masa retenida depende en parte del punto de partida de la isoterma de adsorción. Esto nos permite asegurar que la adsorción efectiva que tiene un medio poroso depende del valor de la concentración inicial que se haya usado en el �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 235 ensayo de adsorción. El residuo utilizado en el proceso de adsorción en contacto con una solución acuosa, es capaz de liberar una determinada masa de soluto. El proceso de liberación depende de los ciclos de lavado a que se ha sometido el absorbente, pero en todos los casos se observa que existe una cantidad de soluto que no es cedida al medio acuoso, a la que denominamos adsorción efectiva. Se aprecia con claridad que la capacidad de retener mayor porcentaje de la masa total adsorbida es mucho mayor en el residuo ACL que en el residuo SAL. 700 Mn(II)- Residuo SAL Mn(II)- Residuo ACL 600 2000 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 500 400 300 1500 200 Adsorción Adsorción Desorción 100 Desorción Desorción Desorción 0 1000 0 50 100 C w (mg/L) 150 0 100 200 C w (mg/l) 300 400 Figura 7.3. Histéresis del proceso de adsorción/desorción del Mn(II) en los dos residuos mineros. A partir de dos puntos diferentes de la isoterma de adsorción. En el residuo ACL sólo se representa la parte superior de la isoterma, para una mejor comprensión. 7.1.6. Isoterma de adsorción y desorción del Ni(II) A partir de los experimentos de adsorción del Ni(II) en función del tiempo se puede apreciar que en el residuo ACL el equilibrio de adsorción se alcanza prácticamente a las dos horas, más rápido que en el caso del manganeso. En el caso del residuo SAL el equilibrio es prácticamente instantáneo (Figura 7.4A y 7.4B). El hecho de que el equilibrio de adsorción se alcance rápidamente, parece indicar que el mecanismo de adsorción predominante es el de las fuerzas de atracción electrostáticas controlado por la carga de las partículas sólidas (potencial zeta). �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 2500 236 600 Ni(II)- Residuo ACL Ni(II)- Residuo SAL 500 2000 1000 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 400 1500 1 hora 2 horas 4 horas 6 horas 8 horas 24 horas 500 300 1 hora 2 horas 4 horas 6 horas 8 horas 24 horas 200 100 0 0 0 50 100 150 C w (mg/L) 200 250 0 100 200 300 C w (mg/L) 400 500 Figura 7.4A. Isoterma de adsorción del Ni(II) para diferentes tiempo de contacto sólido-líquido para los dos residuos. Sólo se representan los puntos de mayor concentración en el residuo ACL, pues para baja concentración en la solución inicial la adsorción del soluto es total. En el níquel se puede ver que existen diferencias muy marcadas en el proceso de adsorción de los dos residuos (Figura 7.5). El residuo ACL presenta una isoterma de adsorción no lineal y para el residuo SAL la isoterma es lineal (Figura 7.5). Los 5 puntos de la isoterma de desorción en los dos residuo se corresponden con los 5 puntos de la parte superior de la isoterma de adsorción. Se puede apreciar la existencia de un buen coeficiente de correlación de los datos obtenidos, ajustados a la ecuación de Freundlich (ecuación 7.2). La masa de soluto adsorbida por el residuo ACL es 4 veces mayor que en residuo SAL (Tabla 7.7). El valor de Kf obtenido para el residuo ACL es muy elevado (1057), esto constituye un indicativo de que el Ni(II) está fuertemente fijado a la superficie de los sólidos. El valor de Kf (Figura 7.5, Tabla 7.7) en el residuo ACL es tres órdenes de magnitud mayor que en residuo SAL. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) Cw (mg/L) 380 237 Ni C o =303.89 mg/L 280 Adsorción residuo SAL 180 Adsorción residuo ACL 80 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) 25 Ni C o =0 mg/L Cw (mg/L) 20 Desorción residuo SAL Desorción residuo ACL 15 10 5 0 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) Figura 7.4B. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Ni(II) en los dos residuos. Los resultados obtenidos en el caso del Ni para el residuo ACL son coherentes con estudios de adsorción realizados sobre fases minerales de óxidos e hidróxidos de hierro similares a las que conforman los residuos objeto de este estudio (Mckenzie, 1980; Sparks, 1995; Sharma y Lewis, 1994; Tan, 1994; Payne et al., 1998). Los trabajos de estos investigadores muestran que los mayores valores de adsorción se alcanzan en medios porosos con pH superiores a 5. Principalmente en los medios porosos con pH entre 6-7, la movilidad del níquel es muy baja, y en el caso de las aguas subterráneas se encuentra en concentraciones de pocos miligramos por litro, generalmente menor que uno (Adriano, 1995). Los estudios de Poulsen and Bruun (2000) en suelos naturales concluyen que la adsorción del níquel depende del pH y de la solución electrolítica que se use en el experimento. El hecho de que el residuo SAL presente una isoterma de adsorción lineal está motivado por el pH ácido del residuo y la existencia de diferentes óxidos e hidróxidos de Fe y Al, que actúan como tampón. Para los períodos de tiempo estudiados el pH se mantiene en el rango de 4 a 4.4, disminuyendo ligeramente en la medida que aumenta la concentración molar de la solución. En este rango de pH la adsorción por los óxidos e �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 238 hidróxidos de hierro es muy baja debido al potencial zeta de las partículas sólidas que conforman las fases minerales presentes en los residuos. La forma de la isoterma para el residuo ACL es de tipo “h” muy bien marcada, indicativo de la gran afinidad (atracción) entre el soluto y el absorbente. En el caso del residuo SAL la isoterma de adsorción es lineal de tipo “C”, donde existe un equilibrio entre la concentración de soluto en la solución y el adsorbente. El estudio de la desorción en el níquel, muestra una isoterma lineal en los dos residuos, lo cual indica que la irreversibilidad del proceso es limitada, mostrando una gran histéresis. En el caso del residuo SAL se observa la facilidad del sólido de desadsorber la masa de soluto retenida en el proceso de adsorción. El hecho de que la desorción de Ni sea mayor en ACL que en SAL está motivado por el pH del residuo SAL, pues a pH ácidos la movilidad del Ni(II) se incrementa notablemente. 3000 600 Ni(II)- Residuo ACL Ni(II)- Residuo SAL 2500 500 Sa=1058.16*C w 400 0.15 2 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 2000 R =0.99 1500 Se=29.84*C w +1786.8 2 R =0.95 1000 Sa=0.76*C w Se=C w +1 300 2 R =0.99 2 R =1 200 100 500 Adsorción Adsorción Desorción Desorción 0 0 0 50 100 150 C w (mg/L) 200 250 0 100 200 300 C w (mg/L) 400 500 Figura 7.5. Isoterma de adsorción y desorción de Ni(II) en los dos residuos mineros. Se: masa retenida después del proceso de desorción. El comportamiento lineal de la isoterma de adsorción del Ni(II) en SAL se corresponde con los resultados de los trabajos realizados por Smith et al., (1998). Este investigador determina la adsorción del Ni(II) y otros metales en óxidos e hidróxidos de hierro, observando que la adsorción es muy baja y lineal en el rango de pH entre 4-5, mientras que para pH mayores se convierte en fuertemente no lineal. Para los rangos de �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 239 concentración analizados en este estudio la desorción del Ni(II) en el residuo SAL es lineal para estos mismos valores de pH (entre 4-5) (Figura 7.5). En las Figuras 7.5 y 7.6, se puede observar la histéresis en el proceso de adsorción del Ni(II) en los dos residuos. El ensayo se ha realizado a partir de dos puntos de la isoterma de adsorción. La histéresis es más marcada en el residuo ACL, donde la masa efectiva de soluto retenida para estas condiciones de ensayo supera los 1800 mg/kg, lo que denota gran capacidad de este residuo para retener la masa de Ni(II) adsorbido inicialmente en el proceso de adsorción. Sin embargo en el residuo SAL se observa que el sólido cede con mucha mayor facilidad la masa de soluto adsorbida inicialmente, llegando a ser muy pequeña la masa retenida (menos de 80 mg/kg de sólido), para las condiciones en que se ha realizado el ensayo (Figura 7.6). La masa retenida depende hasta cierto punto de la posición de partida (masa adsorbida) de la isoterma de adsorción. 2400 600 Ni(II)- Residuo ACL Ni(II)- Residuo SAL 500 2200 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 400 2000 300 200 1800 Adsorción Desorción 100 Adsorción Desorción Desorción Desorción 0 1600 0 50 100 150 C w (mg/L) 200 250 0 100 200 300 C w (mg/L) 400 500 Figura 7.6. Histéresis del proceso de adsorción-desorción del Ni(II) en los dos residuos mineros. En el proceso de desorción del Ni(II) se aprecia que inicialmente la masa de soluto cedida al medio acuoso es muy grande y que en la medida que se realizan los posteriores lavados este proceso es cada vez más lento. En los dos residuos se observa que el volumen de masa cedido inicialmente al medio depende del punto de partida de la isoterma de adsorción. En ninguno de los casos la curva que describe el proceso de �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 240 desorción sigue la misma pendiente que la de adsorción. Para los dos residuos el proceso de desorción es lineal. La existencia de esta diferencia entre el proceso de adsorción y el de desorción denota la presencia de una gran histéresis. 7.1.7. Isoterma de adsorción y desorción del Cr(VI) De acuerdo con los resultados obtenidos el proceso de adsorción del Cr(VI) es algo más lento que el Ni(II) y el Mn(II). En la Figura 7.7 y 7.8, se puede observar como el equilibrio se alcanza para un período superior a las 6 horas en el residuo SAL y para 2 en el residuo ACL. La fase sólida presenta además mucha menos afinidad por el soluto que en el caso del Ni(II) y Mn(II), debido a que las partículas minerales con un potencial zeta que tengan carga positivas en esta condiciones de pH son mucho menores que las que presentan carga negativa (Tabla 7.6). 1800 500 Cr(VI)- Residuo SAL Cr(VI)- Residuo ACL 1500 400 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 1200 300 1 hora 200 2 horas 900 1 hora 2 horas 600 4 horas 4 horas 6 horas 100 6 horas 300 8 horas 8 horas 24 horas 24 horas 0 0 0 50 100 150 200 C w (mg/L) 250 300 0 50 100 C w (mg/L) 150 200 Figura 7.7. Isotermas de adsorción del Cr(VI) para diferentes tiempos para los dos residuos ACL y SAL. En el cromo se puede observar que al igual que el Mn(II) presenta una isoterma de adsorción no lineal para los dos residuos. La adsorción del Cr(VI) en el residuo SAL es 4 veces mayor que en el residuo ACL (Figura 7.9). En este caso, al parecer la adsorción del Cr(VI) está controlada por el pH. En suelos con pH entre 6 y 7 la movilidad del Cr(VI) es mayor que en suelos con pH más ácidos (Weng et al, 1994; Adriano, 1995; Tan, 1994; Selim and Amacher, 1997; Brigatti et al., 2000). En ambos residuos se �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 241 observa un buen ajuste de la isoterma de adsorción a la ecuación de Freundlich. El valor de Kf (461) en el residuo SAL es15 veces mayor que en el residuo ACL. Por otra parte, el valor de n (0.47) en el residuo ACL es prácticamente el doble que el del residuo SAL (n=0.26) (Figura 7.9). 225 Cr(VI) C o =196.13 mg/L Cw (mg/L) 200 175 150 Adsorción residuo ACL 125 Adsorción residuo SAL 100 75 50 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) 20 Cw (mg/L) Cr(VI) C o =0 mg/L 10 Desorción residuo SAL Desorción residuo ACL 0 0 1 10 100 1000 10000 Tiempo (minutos) Figura 7.8. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Cr(VI) en los dos residuos. La isoterma de desorción en el cromo es lineal en los dos residuos. En nuestro caso se puede apreciar la irreversibilidad del proceso de adsorción (histéresis) y como la masa desadsorbida en este proceso es mayor en el residuo ACL, que presenta un pH más alto. Los ensayos de desorción del cromo no son muy comunes. En los casos consultados en la literatura se aprecia que en los estudios de adsorción - desorción de metales pesados en suelos el proceso presenta histéresis (Selim and Amacher, 1997; Brigatti et al., 2000). En la Figura 7.10 se observa la irreversibilidad o histéresis del proceso de adsorción en el Cr(VI). El ensayo se ha realizado a partir de dos puntos de la isoterma de adsorción. En ambos casos la variación de la masa retenida depende del punto de partida a partir de la isoterma de adsorción. El residuo ACL retiene menor cantidad de masa que el residuo SAL, aspecto que está regulado por el pH de la solución acuosa (Figura 7.10). Esta �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 242 propiedad del proceso de adsorción-desorción en el Cr(VI) ha sido reportada por otros investigadores (Selim and Amacher, 1997). En el residuo SAL la masa retenida por el residuo es función de la magnitud de la concentración con que se realice el ensayo de adsorción, del número de veces y tiempo de lavado. Para el caso del residuo ACL la masa retenida depende menos de la masa inicialmente adsorbida. 1800 Cr(VI)- Residuo ACL Cr(VI)- Residuo SAL 400 1500 Sa = 30.55*C w 0.47 Sa = 461.51*C w 0.26 1200 R 2 = 0.99 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 300 200 Se = 23.86*C w R 2 =1.00 900 Se=87.375*C w +289.83 600 R 2 = 0.9133 R 2 =0.98 100 300 Adsorción (Sa) Adsorción Desorción Desorción (Se) 0 0 0 100 200 C w (mg/L) 300 0 50 C w (mg/L) 100 150 Figura 7.9. Isoterma de adsorción - desorción del Cr(VI) en los dos residuos mineros. Los 5 puntos de la isoterma de desorción se corresponden con los 5 puntos de la parte superior de la isoterma de adsorción. El residuo SAL tiende a retener una masa de soluto importante, más de 450 mg/kg y el ACL 100 mg/kg. Al parecer la liberación de cierta proporción de la masa retenida por adsorción es prácticamente irreversible por procesos de lavado. 7.1.8. Discusión de los resultados de los ensayos Batch De los ensayos de adsorción-desorción realizados en el laboratorio con los diferentes metales se puede deducir que la desorción del cromo en función del tiempo es mucho más lenta que en los otros dos metales estudiados y el “equilibrio” se alcanza, al parecer, para un período de 8 horas, mientras que para el resto de los elementos metálicos el “equilibrio” se alcanza para un período de tiempo inferior a las 4 horas (Figura 7.1B, 7.4B y 7.7B). Se puede apreciar que a partir de las 2 horas el valor del pH varía muy poco manteniéndose casi estable, dependiendo ligeramente de la �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 243 concentración de la solución. El Eh siempre es positivo, por lo que las condiciones de los ensayos son oxidantes. 1800 Cr(VI)- Residuo ACL Cr(VI)- Residuo SAL 400 1500 1200 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 300 200 900 600 Adsorción 100 Adsorción Desorción Desorción 300 Desorción Desorción 0 0 0 100 200 C w (mg/L) 0 300 50 C w (mg/L) 100 150 Figura 7.10. Histéresis del proceso de adsorción - desorción del Cr(VI) en los dos residuos mineros. Donde Sa: masa total adsorbida y Se: adsorción efectiva. Tabla 7.5. Valores de pH inicial y final de los ensayos de adsorción y desorción en función del tiempo (minutos) para el Ni (II), Cr(VI) y Mn(II). Residuo SAL una concentración de 4 mM Tiempo en minutos Metal Cr(VI) Mn(II) Ni(II) Ensayo Adsorción Desorción Adsorción Desorción Adsorción Desorción Inicial 6.11 5.08 5.45 5.07 4.87 4.56 5 5.95 5.11 5.66 5.09 4.12 4.53 10 6.01 5.22 5.61 5.25 4.18 4.51 30 5.95 5.22 5.75 4.92 4.12 4.50 60 5.85 2.18 5.76 4.77 4.14 4.29 120 6.15 5.16 5.72 4.85 4.11 4.27 240 6.05 5.15 5.78 4.88 4.44 4.30 480 6.11 5.21 5.70 4.79 4.13 4.36 1440 6.04 5.20 5.68 4.76 4.16 4.34 4320 6.10 5.23 5.62 4.79 4.15 4.35 480 7.70 7.47 6.40 6.85 6.30 6.00 1440 7.70 7.52 6.70 7.26 6.36 6.11 4320 7.71 7.50 6.82 7.36 6.56 6.12 Residuo ACL una concentración de 4 mM Tiempo en minutos Metal Cr(VI) Mn(II) Ni(II) Ensayo Adsorción Desorción Adsorción Desorción Adsorción Desorción Inicial 7.93 7.5 6.5 7.1 5.46 5.56 5 7.72 7.56 6.37 6.67 6.30 5.86 10 7.74 7.59 6.38 6.62 6.31 5.89 30 7.77 7.41 6.28 6.67 6.35 5.92 60 7.72 7.35 6.10 6.71 6.21 5.98 120 7.79 7.59 6.11 6.70 6.24 5.99 240 7.89 7.58 6.36 6.90 6.23 6.01 A partir de los resultados de adsorción se deduce que esta ocurre en un tiempo relativamente corto (Figuras 7.1B y 7.4B y 7.7B). El hecho de que la adsorción sea tan rápida permite suponer que la mayor parte de la masa adsorbida es por causas �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 244 puramente físicas, donde la adsorción por fuerzas electrostáticas (carga de las partículas o potencial zeta) es la que juega el papel fundamental en el proceso de adsorción y que la existencia de posibles procesos de quimisorción (para los intervalos de tiempo en que se han realizado los ensayos) desempeñan un papel secundario. Este aspecto se corrobora con los análisis por difracción de Rx donde no se reporta la existencia de minerales del grupo de las arcillas. Los procesos de intercambio en este caso desempeñan un papel menos importante, pues los residuos presentan una baja capacidad de intercambio catiónico (CIC=8-10 meq/100 gramos de residuo sólido, Tabla 7.1). Es bueno señalar que el material presenta gran cantidad de minerales amorfos y de muy mala cristalización, pues en los difractógramas se observa un gran fondo y la intensidad de los picos en comparación con la concentración de Fe existente es baja. Tabla 7.6. Valores de pH para los que la carga de las partículas sólidas es igual a cero (potencial zeta y en la literatura anglosajona points of zero charge). Mineral Hematita Goethita Maghemita Magnetita Aluminio amorfo Hierro amorfo Ferrihydrita Gibbsita Corindon Lepidocrosita Cuarzo Magnesita calcinada Minerales de Mn ? ? Anatasa (o) Fórmula química (0) α - Fe2O 3 α – FeOOH 8.5 pH solución KNO3 en una pH de (1) 3.2 6.8 6.2(5) Al(OH)3 AlOOH Fe(OH) 3 Fe5OH8 4H2O α -Al(OH)3 α – Al2O3 γ−FeO OH SiΟ2 δ-MgO 2 4.6 β-MnO2 δ-MnO2 γ-MnO2 TiO2 7.3 1.5 5.6 5.5-5.8 pH(2) pH(3) 8.5 7.3 6.7 6.7 Superficie específica Se (m2/g) 85(5); 22(0) 75(5), 2891(0) 85(5) 8.3 5.0 8.5 8.1 8.5 9.2 8.1 7.1 9.06 4.8 8.5 5 9.1 600(4) 18-47(0) 67.3(0) 5.4-7.3 2.9 6.(5) 2.0 12.4 2.8 85(5) 43(0) Anderson y Rubin, (1999) (1) Tan, (1994), pag 163; (2) Appelo and Postma, (1993), pag. 154; (3) Spark, (1995), pag. 134; (4)Stollenwerk, (1994), (5)Mackenzie, (1980). Estos valores corresponden a diferentes fuentes bibliográficas y diferentes métodos de medida por lo que no son necesariamente comparables. Sin embargo, se puede apreciar que en muchos casos los resultados son similares. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 245 Los resultados Batch permiten concluir que la preferencia de adsorción de acuerdo a la masa retenida en el residuo ACL es Ni(II)>Mn(II)>Cr(VI), mientras que en el residuo SAL es Cr(VI)>Mn(II)>Ni(II). El hecho de que estos residuos y en especial el residuo ACL presente una gran capacidad de adsorción es debido a la existencia de una mayor superficie específica de las partículas que lo forman (mayor cantidad de Fe amorfo) (Tabla 7.1). Esta capacidad de adsorción en el residuo ACL para el Ni y el Mn puede estar favorecida además por una CIC ligeramente mayor que en el residuo SAL, así como un mayor pH y un mayor contenido de minerales de hierro y mayor contenido de compuestos orgánicos derivados de la combustión del petróleo (Tabla 7.1). La capacidad de adsorción de los minerales formados por óxidos e hidróxidos de Fe (ferryhidrita, hematita y goethita) ha sido evaluada por diferentes investigadores (Mckenzic, 1980; Spark, 1995; Payne et al., 1998) y en todos los casos se ha podido comprobar que los mayores valores de adsorción se obtienen para valores de pH entre 6 y 7. Lo que demuestra que el pH puede considerase como el factor o parámetro principal que controla este proceso para estos materiales, debido a la ausencia de minerales del grupo de las arcillas y al papel secundario que desempeñan los procesos de intercambio o quimisorción. Stollenwerk, (1994), en un estudio de contaminación de un acuífero por el lixiviado de escombreras de residuos, donde en la matriz del acuífero existía ferryhidrita y óxidos e hidróxidos de aluminio, hierro y manganeso plantea que: el proceso de adsorción está controlado mayoritariamente por la ferryhidrita, por lo que es el principal elemento de adsorción en el medio y que el aluminio y el manganeso amorfo desempeñan un papel muy inferior. En su análisis concluye que resulta imposible poder diferenciar el porcentaje de adsorción de la ferryhidrita con relación al aluminio y manganeso amorfo. En general se considera que la ferryhidrita es el principal adsorbente por su gran superficie especifica 600 m2/g (Stollenwerk, 1994). En nuestro caso consideramos que si parte de este hierro se encuentra en forma de ferryhidrita, como parecen indicar los resultados de Rx y el porcentaje de Fe amorfo, es la cantidad de ferryhidrita la que controla el proceso de adsorción. La isoterma de adsorción del Mn(II) y el Cr(VI) para los dos residuos es no lineal (tipo “h”), observando que la adsorción es función de la concentración pues el pH de los �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 246 diferentes ensayos realizados se ha mantenido con valores relativamente constantes (Tabla 7.5). El pH presenta una ligera disminución en la medida que se incrementa la concentración de la solución usada en el ensayo de Batch, como cabría esperar. Al no ser lineal la isoterma de adsorción la Kf no es constante (n<1), su valor aumenta en la misma medida que aumenta la concentración del soluto pero la relación masa adsorbida (Sa) vs concentración en el agua (Cw) disminuye. Los resultados obtenidos en este trabajo son coherentes con los de otras investigaciones en medios porosos ricos en hierro y manganeso (Spark, 1995; Payne et al., 1998). En suelos o materiales porosos en condiciones aeróbicas el manganeso precipita en la superficie de las partículas arcillosas y en los óxidos de Fe. En el proceso de precipitación en condiciones aerobias los metales precipitan asociados al manganeso. De manera general los óxidos de manganeso tienen una alta capacidad para adsorber metales pesados debido a su gran superficie específica y alta carga negativa. Los suelos con elevada cantidad de hierro y manganeso libre presentan una alta capacidad de adsorber el Cr(VI). La existencia de óxidos de hierro y manganeso son de extraordinaria importancia en la adsorción de Cr(III) y Cr(VI) (Tan, 1994). Los valores de Kf y n se obtienen a partir de la ecuación 7.4. Los valores de Kf y n obtenidos del ajuste de las isotermas de adsorción a la ecuación de Freundlich (Figuras 7.2, 7.5, 7.8) para cada uno de los metales aparecen en la Tabla 7.7A. El hecho de que las isotermas de adsorción del Ni(II), Cr(VI) y Mn(II) en el residuo ACL y el Mn(II) y Cr(VI) en el residuo SAL se ajusten a la isoterma de adsorción de Freundlich es indicativo de que en ninguno de los casos se ha alcanzado la saturación de los sitios de adsorción para las concentraciones utilizadas en los ensayos Batch. La isoterma de adsorción del Ni(II) en el residuo SAL es lineal y se ajusta al caso particular de la ecuación de Freundlich cuando n=1. Existe una diferencia importante entre los Kf del cromo y el manganeso en ambos residuos, siendo esa diferencia mayor en el residuo ACL. Si observamos la similitud de los valores de n, Kf y la forma de la isoterma de adsorción del Ni(II) y el Mn(II) en el residuo ACL, podremos concluir que ambos presentan un comportamiento cinético muy similar, para estas condiciones de experimentación. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 247 Tabla 7.7A. Valores de Kf y n calculado para los dos residuos a partir de las isotermas de adsorción. Kf n No r2 Proceso Metal Solución electroquímica de KNO3 (0.01mM) ACL SAL Mn(II) Cr(VI) Ni(II) Mn(II) Cr(VI) Ni(II) 1054.45 30.35 1057.00 17.78 461.51 0.77 0.14 0.46 0.15 0.60 0.26 1.00 9 7 9 9 9 10 1.00 0.99 0.99 0.97 1.00 0.99 (r= coeficiente de correlación, No= número de muestras). El hecho de que el Mn(II) y Ni(II) en el residuo ACL presenten un gran valor de Kf es indicativo de que están más fuertemente fijados a la matriz del residuo. Esta gran capacidad de adsorción está favorecida por el pH y la superficie específica de las partículas, debido a la presencia de ferryhidrita. En el residuo SAL el cromo presenta un Kf mayor que el Mn(II), esto nos muestra que el cromo es fijado a la superficie de las partículas con mayor fuerza que el Mn(II), aspecto este que al parecer está controlado por el pH. Para estas condiciones de pH entre 4 y 5 la solubilidad del Mn(II) es mucho mayor que la del Cr(VI) (Wen et al., 1994). Estos resultados son coherentes con los trabajos de Khaodhiar et al., (2000), donde los mayores valores de adsorción de Cr(VI) en óxidos de hierro ocurren para valores de pH ácidos entre 3-5. La desorción es lineal para los tres metales (Cr(VI), Mn(II) y el Ni(II)) analizados (Tabla 7.7B). Estos resultados muestran la existencia de histéresis en el proceso de adsorción y desorción, al menos para los valores de concentración y pH analizados en este estudio. La causa de que el proceso de desorción sea lineal en todos los casos es el resultado de la escasa masa de metal que libera la fase sólida al medio acuoso debido a la histéresis del proceso, lo que genera una solución con muy baja concentración. Normalmente en los casos de desorción estudiados para metales pesados en suelos, donde la masa del soluto cedida al medio acuoso es muy baja, la isoterma de desorción es generalmente lineal (Selim and Amacher, 1997). De manera general se puede apreciar que los procesos que afectan la movilidad de estos metales en el residuo dependen de las propiedades físico-químicas del residuo utilizado (pH, Se, CIC, MO, Tabla 7.1). Aunque se puede señalar que la alta concentración de �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 248 magnetita en el residuo ACL puede favorecer también el proceso de adsorción (Caitcheon, 1993). Tabla 7.7B. Valores de Kf y n calculado para los dos residuos a partir de las isotermas de desorción. Solución electroquímica de KNO3 (0.01mM) Proceso ACL SAL Metal Mn(II) Cr(VI) Ni(II) Mn(II) Cr(VI) Ni(II) Kf 60.94 23.86 29.84 9.77 87.37 1.00 n No 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 5 5 9 9 9 5 r2 0.99 0.91 0.99 0.95 0.98 1.00 (r= coeficiente de correlación, No= número de muestras). Esta propiedad de adsorber los metales, es una de las características que conceden a estos residuos un valor añadido desde el punto de vista medioambiental en la posibilidad de ser utilizados para reciclar aguas contaminadas con este metal, fundamentalmente el residuo ACL. 7.1.9. Adsorción instantánea en un sistema cerrado (ensayos Batch) Para evaluar la adsorción instantánea consideraremos la masa adsorbida por la fase sólida en un período de tiempo de 5 minutos. De acuerdo con Selim and Amacher, (1997) (pag. 115), considerando los modelos de adsorción de dos sitios, se puede considerar instantánea a los procesos que ocurren en minutos o en horas, pues el movimiento de la fase líquida por el medio poroso es muy lento. Sin embargo, desde el punto de vista químico se denomina así al proceso que ocurre instantáneamente (en fracciones de segundo). En el residuo ACL la adsorción del Mn(II) en la fase sólida ocurre de forma instantánea para concentraciones menores o iguales a 100 mg/L (≈2 mM). En el níquel ocurre para concentraciones de 160 mg/L (≈2.8 mM). En el Cr(VI) la adsorción ocurre instantáneamente para una concentración de cromo en la solución de 111 mg/L (≈2.2 mM). El proceso de adsorción del soluto en la fase sólida ocurre de forma instantánea en el residuo ácido SAL (pHmedio= 4.1), en el caso del Mn(II) para valores de concentración �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 249 menores o iguales a 100 mg/L (≈2 mM) y en el Cr(VI) tiene lugar para un valor de concentración en la solución de 8 mg/L (≈0.2 mM). Para el níquel consideramos que no se puede hablar de adsorción sino de equilibrio instantáneo, produciéndose rápidamente para todas las concentraciones analizadas. A los 5 minutos el 60 % de la masa total de metal que puede adsorber el residuo de la solución ha sido absorbido en todos los casos. Se puede apreciar que en el proceso de desorción ocurre también muy rápidamente. 7.1.10. Comparación de la capacidad de adsorción de los residuos con otros materiales y suelos naturales El presente apartado pretende ilustrar la capacidad de adsorción que presentan los residuos ACL y SAL en comparación con diferentes suelos naturales u otros materiales. En la Figura 7.11 se muestra una comparación entre la isoterma de adsorción del Ni(II) de los dos residuos estudiados y los diferentes suelos naturales reportados en la literatura. El pH que aparece en la figura es el pH de la solución con que se ha realizado el ensayo. 2500 Ni(II) Sa (mg/kg) 2000 Residuo ACL a pH=6.5 Residuo SAL pH 4.1 Hayhook soil a pH=6 Ronhave soil a pH=6 1500 1000 500 0 0 50 100 150 200 250 C w (mg/L) Figura 7.11. Comparación de la capacidad de adsorción de Ni(II) en los residuos y dos suelos, valores en Tabla 7.8. Se puede observar que el residuo ACL presenta una capacidad de adsorción muy superior a la del resto de los suelos representados. En todos los suelos citados la �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 250 isoterma de adsorción es no lineal (n≠1), sin embargo en el caso del residuo SAL ésta es lineal. En la Tabla 7.8, se encuentran las principales propiedades de un gran número de suelos y los valores de n y Kf obtenidos al ajustar las isotermas al modelo de Freundlich. El valor del coeficiente de reparto (Kf) para el residuo ACL es casi 9 veces superior al resto de los suelos que se muestran. En la Figura 7.11, se aprecia como el valor de la masa de Ni(II) retenido en el residuo SAL es pequeño. Este valor tan pequeño es debido a que el pH del medio es ácido (pH=4.1). El cromo constituye uno de los elementos contaminantes más estudiado en aguas y suelos, entre sus principales iones, el cromo hexavalente ha sido el más estudiado por su alto grado de toxicidad. En la Figura 7.12, se muestra una comparación de la isoterma de adsorción de éste para los dos residuos con otro grupo de suelos y dos arcillas (Tabla 7.9). En el residuo SAL la capacidad de adsorción es 4 veces superior a la de la montmorillonita y 20 veces con relación a la caolinita. El valor de Kf para el residuo SAL es 3 veces superior al resto de suelos naturales citados en la Tabla 7.9. 2000 Cr(VI) Residuo ACL a pH=6.5 1500 Residuo SAL a pH=4.1 Sa (mg/kg) Montmorillonita a pH=4 Caolinita a pH=4 1000 500 0 0 50 100 150 C w (mg/L) 200 250 300 Figura 7.12. Comparación de la capacidad de adsorción de Cr(VI) en los residuos ACL y otros minerales naturales, valores en Tabla 7.9. El manganeso constituye uno de los elementos más estudiado desde el punto de vista edafológico pues es un elemento esencial para las plantas. En este caso se puede apreciar que el residuo ACL presenta una capacidad de adsorción muy superior a la de �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 251 muchos suelos naturales. En la Tabla 7.10 se muestran las principales características de un gran número de suelos empleados en estudios de adsorción del Mn(II). Los valores de Kf y n se corresponden con los parámetros de la ecuación de Freundlich. El valor del coeficiente de reparto Kf en el residuo ACL es superior en más de un orden de magnitud con relación al resto de los suelos citados y en algunos casos dos órdenes de magnitud. Para los suelos citados la isoterma de adsorción es no lineal (n≠1). 2500 Mn(II) Residuo ACL a pH=6,5 Residuo SAL a pH=4,1 Suelo 1 a pH=8,2 Suelo 2 a pH=8,0 Suelo 3 a pH=8,1 Suelo 4 a pH=7,7 Sa (mg/kg) 2000 1500 1000 500 0 0 50 100 150 200 C w (mg/L) 250 300 350 400 Figura 7.13. Comparación de la capacidad de adsorción de Mn(II) en los residuos y en otros suelos naturales, valores en Tabla 7.10. ��225 Windsor Webster Windsor Unnamed Olivier Norwood Molakai Lafitte Kula Cecil Calciorthid Alligator 1.98 1.54 0.44 0.61 6.62 11.6 1.67 0.21 0.83 0.028 0.015 0.099 0.093 0.009 0.760 0.008 0.270 0.000 0.063 0.041 0.031 0.330 0.050 1.760 1.680 1.190 0.190 0.061 0.300 0.009 0.190 0.420 0.230 0.740 0.250 0.270 5.850 1.160 12.40 0.300 0.710 0.008 0.550 1.230 0.790 3.510 0.280 0.910 0.016 0.071 0.220 0.100 0.560 0.290 0.150 0.000 3.14 7.39 67.70 10 14 5.9 70.0 12.8 73.7 60.7 25.7 79.2 4.4 90.2 27.5 76.8 74.8 75.0 70 70 39.4 19.3 7.3 25.4 21.7 46.2 18.1 89.4 6.0 48.6 20.5 24.1 15 Limos (%) 4 20 6.5 16 4.1 54.7 4.8 10.7 8.5 5.7 0.9 5.9 17.6 3.9 28.2 6.0 2.8 6.9 6.2 6.6 3.8 4.3 23.9 7.6 2.8 5.3 1.1 5.8 10.0 7.0 0.939 0.504 0.688 0.738 0.903 0.720 0.661 0.646 0.836 0.748 0.741 Referencias 161.90 Wang et al., 1998 95.40 Poulsen y Bruun, (2000) 0.29 Martínez et al., (1999) 37.80 Buchter et al, 206.00 (1989) 6.84 110.00 50.10 44.90 20.90 50.50 3.44 3.37 8.43 Kf 10.0 0.140 1058.16 Este trabajo 8.0 0.600 0.76 30.2 14.7 2.0 22.5 26.9 11.0 4.1 8.6 2.7 48.1 2.0 0.8 252.0 0.160 10.9 0.775 6.3 0.373 pH CIC n Meq/100g de sólido Arcilla (%) 10.0 7.5 Partículas tamaño Arenas (%) 86.0 Mn Amorfo Libre Al (%) Fe (%) Fe(%) (%) ACL Residuos 4.2 0.02 0.21 0.03 SAL Moa, Cuba 0.6 0.002 0.014 0.02 CIC= capacidad de intercambio catiónico, M.O: contenido de materia orgánica. Louisiana New México S. Carolina Hawaii Louisiana Hawaii Louisiana Louisiana Florida Lowa N.Hampshire 1.20 Ronhave Island Als Denmark Argentina Zeolita Chubut 0.11 Hayhook Canadá 0.14 M.O MnO2 Amorfo Libre Al2O3 CaCO3 (%) (%) Fe2O3 Fe2O3 (%) (%) (%) (%) Suelo Localidad Tabla 7.8. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Ni(II). En todos los casos la isoterma de adsorción se ha ajustado al modelo de Freundlich para obtener los valores de n y Kf. Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) �ACL SAL Caolinita 0.230 0.420 0.790 0.290 1.230 0.560 Mn Amorfo Libre Al (%) Fe (%) Fe(%) (%) 4.2 0.02 0.21 0.03 0.6 0.002 0.014 0.02 0.031 0.041 10 14 74.8 76.8 70 70 24.1 20.5 4.8 5.7 5.9 3.9 6.0 6.6 20 6.5 16 4.1 4.0 1.1 5.8 4.0 n Kf Referencias 0.504 3.41 Buchter et al, (1989) 0.450 132.00 Selim and Amacher, 0.609 62.80 (1997) 0.374 30.30 Buchter et al, (1989) 0.607 6.41 0.641 7.00 0.394 5.47 Selim and Amacher, 2.0 0.521 8.47 (1997) 30.2 2.0 22.5 26.9 11.0 8.6 de 21.30 10.0 0.140 23.86 Este trabajo 8.0 0.600 461.51 75-150 0.147 0.8 0.550 18.50 6.6-20 0.143 113.49 Adriano, (1995) Meq/100g sólido pH CIC 2.8 5.3 M.O MnO2 Amorfo Libre Al2O3 CaCO3 Partículas tamaño (%) (%) Fe2O3 Fe2O3 (%) (%) Arenas Limos Arcilla (%) (%) (%) (%) (%) 1.54 0.028 0.330 0.740 0.150 5.9 39.4 54.7 0.61 0.099 1.760 0.270 67.7 12.8 7.3 6.62 0.093 1.680 5.850 3.510 73.7 25.4 0.9 11.6 0.009 1.190 1.160 0.280 60.7 21.7 17.6 1.67 0.760 0.190 12.40 0.910 25.7 46.2 28.2 0.83 0.270 0.300 0.710 0.071 4.4 89.4 6.2 CIC= capacidad de intercambio catiónico, M.O: contenido de materia orgánica. Residuo Moa, Cuba Hampshire Windsor Montmorillonita Alligator Cecil Kula Lafitte Molakai Olivier Oldsmar Windsor Louisiana S. Carolina Hawaii Louisiana Hawaii Louisiana Louisiana N. Hampshire Suelo Localidad N. 226 Tabla 7.9. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Cr(VI). En todos los casos la isoterma de adsorción se ha ajustado al modelo de Freundlich para obtener los valores de n y Kf. Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) �227 Localidad Suelo M.O MnO2 Amorfo Libre Al2O3 CaCO3 Partícula tamaño Fe2O3 (%) (%) Fe2O3 (%) (%) Arenas Limos Arcilla (%) (%) (%) (%) (%) Florida Suelo 1 1.5 0.61 18.6 Florida Suelo 2 0.86 8.6 4.3 Florida Suelo 3 0.1 4.7 9.0 Florida Suelo 4 0.56 6.3 0.8 Mn Amorfo Libre Al (%) Fe (%) Fe(%) (%) Residuos Moa ACL 4.2 0.02 0.21 0.03 10 70 20 SAL 0.6 0.002 0.014 0.02 14 70 16 CIC= capacidad de intercambio catiónico, M.O: contenido de materia orgánica. 10.0 0.140 1054.45 Este trabajo 8.0 0.600 19.75 4.36 Adriano, 1995 17.52 4.34 41.84 6.5 4.1 0.571 0.519 0.583 0.327 Referencias 19.5 41.9 15.1 36.4 Kf 8.2 8 8.1 7.7 n pH CIC Meq/100g-1 Tabla 7.10. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Mn(II). En todos los casos la isoterma de adsorción se ha ajustado al modelo de Freundlich para obtener los valores de n y Kf. Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 255 7.2. Ensayos de flujo y transporte de solutos en columnas de residuos en el laboratorio 7.2.1. Introducción El uso de las técnicas de ensayo de flujo a través de columnas en el laboratorio ha sido ampliamente descrito y estudiado por numerosos autores (Brusseau et al., 1990; Álvarez et al., 1995; Condesso, 1996; Selim and Amacher, 1997; Wang et al., 1998; Fetter, 1999). Estos ensayos permiten dar solución a las limitaciones del ensayo Batch señaladas en el apartado anterior (7.1), debido a que en este método la columna constituye un sistema abierto donde el flujo de agua es constante y donde intervienen los procesos de dispersión, difusión y diferentes reacciones químicas. El soluto se encuentra en constante proceso de adsorción-desorción, la fase sólida que conforma la matriz del medio poroso está continuamente reaccionando con una gran masa de soluto, pero con estrecha relación sólido/líquido en comparación con el ensayo de Bacth. Es importante señalar que los resultados obtenidos del transporte de solutos en columna de suelo a escala de laboratorio no representan las condiciones de transporte de soluto en condiciones reales, pero nos permite tener una estimación de la magnitud o rango en que se pueden encontrar estos parámetros. Por ejemplo, los coeficientes de dispersión (D) obtenidos en ensayos de laboratorio con muestras alteradas o no alteradas dan resultados inferiores al de los trabajos realizados en campo. En muchos casos son menores, con diferencias entre uno o dos órdenes de magnitud con relación al medio natural (Fetter, 1999). Los estudios experimentales de flujo y transporte en columna son muy útiles en estudios de cinética del comportamiento de diferentes solutos, pues en estos ensayos son eliminadas rápidamente las especies desadsorbidas y evitan la reacción con el adsorbente. Por otro lado, los ensayos de flujo se utilizan para investigar los procesos de adsorción-desorción en condiciones de no-equilibrio (precipitación, desorción, degradación de los solutos, etc.). Estos dispositivos permiten realizar ensayos de forma repetitiva con muy buenos resultados en solutos conservativos y además permiten variar las condiciones de flujo, �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 256 las características de empaquetamiento de la columna y las concentraciones de los diferentes solutos. Es de destacar que estos métodos también presentan ciertas limitaciones: a) los procesos de transferencia de masa tienen una capacidad limitada, b) en el caso de los solutos su repetitividad está condicionada a los cambios que se realizan en el material utilizado para cada ensayo (empaquetamiento de la columna, composición), c) los resultados pueden inducirnos a errores en la interpretación de los procesos que controlan la cinética de los solutos analizados en condiciones de campo, por lo que han de ser analizados con cautela y prudencia. Para tener una aproximación del coeficiente de dispersión de los residuos de la industria cubana del níquel (residuo SAL y ACL) se han realizado diferentes ensayos de adsorción-desorción con flujo en continuo a través de columnas en el laboratorio. Se han realizado ensayos para estudiar el comportamiento de los metales en diferentes condiciones de flujo y determinar los efectos de la adsorción y desorción en función del tiempo de tránsito del contaminante en el medio. Los ensayos de flujo y transporte han sido realizados con un trazador orgánico conservativo (pentafluorobenzoato sódico, PFBA) y tres metales Ni(II), Cr(VI) y Mn(II). En la Tabla 7.11 se muestran las características de las columnas utilizadas. 7.2.3 Materiales y método En la realización de los ensayos de flujo se ha usado un equipo HPLC (Cromatografía líquida de alta resolución) de la casa Spectra System. El HPLC dispone de dos bombas (P2000) de doble pistón capaz de mantener el flujo estable en el rango de 0.01 a 9 ml por minuto. Es bueno señalar que para flujos inferiores a 0.04 ml/min los errores pueden ser del 2 al 4% debido a que el flujo no es estable. Un detector de diodos en línea (ultravioleta visible, UV-600LP) permite la detección en continuo de solutos que tengan señal en el campo de longitud de onda de 190 a 800 nanómetros. La gestión de todo el dispositivo se realiza desde un ordenador con el código CHROMQUEST. Este mismo código permite la generación de los archivos, que son exportados con posterioridad a MS-DOS y usados en la modelación. En la Figura 7.14, se muestra un esquema del dispositivo experimental usado en la realización de los ensayos. El efluente de los diferentes ensayos de flujo realizados con �257 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) trazador fue analizado en continuo (on-line), mientras que en el caso de los diferentes metales se tomaban fracciones del efluente con un colector de fracciones automático CYGNET (de la casa ISCO, con capacidad para 100 muestra que eran acumuladas en botellas de plástico, almacenadas en frío y transportadas al laboratorio de química de la Universidad de Girona donde fueron analizadas por ICP-AES (Inductively coupled plasma-mass spectrometry). Solución sin soluto Solución I sinsoluto Ordenador Ordenador Detector 2 1 III Solución Solucióncon soluto con soluto 3 Columna Efluente II Esquema de la vávula III 1-Entrada bomba I 2-Salida columna 3-Entrada bomba II 4 y 6- Salidas Figura 7.14. Esquema donde los componentes del montaje de la columna de residuo y los equipos usados en los ensayos de laboratorio. Como se puede ver en la Figura 7.15 la columna está provista de filtros de 25 micras que evitan el paso de las partículas y una conexión a tuberías por ambos extremos. La columna está cerrada por dos tuercas que se acoplan con el tubo que contiene la muestra con una tórica lo que permite su montaje y desmonte con facilidad. Las columnas están hechas de acero para evitar que la deformación de las paredes del tubo de plástico debido a la presión pudiera ocasionar variaciones en el volumen de la muestra. �258 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 7.2.3.1. Montaje de las columnas El llenado de la columna se hizo con el residuo sólido secado a temperatura de 46±2oC para evitar la pérdida de la materia orgánica (ASTM, 1993). El empaquetamiento de la columna se realizó en varios pasos de compactación y sometiendo la columna a vibraciones para obtener una densidad uniforme de 1.55 g/cm3 y evitar la existencia de cavidades que favorecieran el flujo preferencial. Posteriormente al empaquetamiento se realizó la saturación de la columna con la solución electrolítica de KNO3 0.1 mM igual que la empleada en la realización de las isotermas de adsorción. La saturación se efectuó durante un período de 24 h para evitar la existencia de burbujas de aire. Luego se hizo pasar a través de la columna (Figura 7.13) la misma solución electrolítica hasta que se llegó al flujo estacionario comprobando que el caudal (Q), pH y la conductividad eléctrica de la solución que entraba y la que salía eran iguales. En la Tabla 7.11 se muestran los diferentes parámetros de la columna usada en los ensayos de flujo y se puede ver como el volumen muerto del sistema es de 0.121 cm3. Este volumen corresponde a las tuberías de entrada y salida de la columna, de acuerdo con el volumen de poros (Vp) de las columnas consideramos que es razonable debido a que es inferior al 1% del Vp. Tabla 7.11. Características de la columna de residuo utilizada en los diferentes experimentos de transporte de solutos en medio poroso. Ensayos con trazador pentaflourobenzoato (PFB). Ensayos de adsorción y desorción con los metales, Cr(VI), Ni(II) y Mn(II). Residuo Características Longitud (L) de la columna Diámetro (Ф) Volumen total (V) Masa de residuo (M) Densidad natural o húmeda (ρh) Densidad de las partículas (ρs) Volumen de poros (Vp) Porosidad (η) Contenido volumétrico de agua (θ) Velocidades de flujo (v) Volumen muerto del ensayo (Vm) Experimento Unidades cm cm cm3 g g/cm3 g/cm3 cm3 cm3/cm3 cm3/cm3 cm/h cm3 ACL SAL 5.00 10.00 5.00 10.00 1.60 1.60 10.55 20.11 10.55 20.11 15.66 31.32 15.52 31.04 2.17 2.15 3.97 3.88 6.11 12.22 6.06 12.11 0.61 0.60 0.61 0.60 1.20, 14.0, 39.0 1.20, 14.01.20 0.121 0.121 Adsorción-Desorción �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 259 7.2.4. Ensayos de transporte de soluto con flujo estacionario Los ensayos de flujo que describiremos a continuación se han realizado a diferentes velocidades (1.2, 14 y 39 cm/h). La elección de estas velocidades es resultado de los ensayos de adsorción en Batch donde se comprobó que para un período de 8 horas se había alcanzado al parecer el estado de equilibrio en los tres metales estudiados. Con estas velocidades se garantizan tiempos de tránsito entre 5 minutos y 8 horas. La velocidad más pequeña empleada es algo superior a la permeabilidad real del medio poroso, pero es similar a la obtenida en las muestras agrietadas ensayadas en el equipo triaxial (Capítulo 6). El uso de condiciones de flujo iguales en el estudio de los tres metales permite comparar sus resultados experimentales. En todos los ensayos de flujo se ha tratado de saturar las zonas de adsorción de la matriz del medio poroso con cada uno de los metales. El procedimiento para la obtención de las curvas de llegada (breakthrough curves) se inicia girando la válvula que permite el paso de la solución con trazador o con el metal por la columna. Transcurrido el tiempo de inyección del pulso que se haya establecido para el ensayo se gira nuevamente la válvula a su posición inicial volviendo a entrar a la columna solución sin trazador. Durante la realización de los experimentos el caudal (Q) y la temperatura (T) se mantienen constantes. 0 10 20 30 40 50mm Figura 7.15. Esquema de la columna usada en el laboratorio: 01-pared de acero, 02-tuerca de cierre, 03-pared de plástico, 04-tórica de plástico para el ajuste de los conectores, 05-tórica de ajuste entre el tubo de plástico y la tórica exterior, 06,07,08 son los anillos concéntricos que actúan como filtro y distribuyen uniformemente el agua, 09-muestra del sólido. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 260 La estabilidad del flujo durante el experimento se chequea con muestreo del efluente a la salida del detector. Al desmontar la columna se observa si se han producido variaciones en la densidad del material durante el ensayo, esto se detecta por cambios en el tamaño de la muestra. Al finalizar el ensayo la muestra de sólido se coloca en la estufa a 110 oC y se determina el volumen de agua existente. El volumen de agua existente es el equivalente al volumen de poros (Vp) que será usado en la representación e interpretación de los resultados obtenidos. El procedimiento y el objetivo del ensayo de flujo y transporte en continuo se resumen en la Figura 7.16. A continuación se explica en detalle el procedimiento del ensayo de flujo y transporte mediante pulso en el caso del trazador e inyección en continuo de metales: I) programación del ensayo de acuerdo a las características del experimento donde se establece la velocidad de flujo (v), volumen a inyectar (Vi) y si el experimento será de inyección continua o mediante pulso, 1- Empaquetamiento de la columna y saturación 2- Inyección del pulso de trazador 3- Determinación de la curva de paso del trazador 4 Programación del colector de fracciones 5. Se hace pasar solución electrolítica nuevamente por la columna con el soluto (metal) a estudiar 6. Se analizan las muestras del ensayo del soluto por ICP-AES 7. Se obtiene la curva de paso o llegada del metal Figura 7.16. Esquema de flujo de los principales pasos del ensayo de flujo y transporte en columna. II) inyección del trazador durante un tiempo (t) que se fija de acuerdo al ensayo que se desee realizar, �261 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) III) interpretación del resultado lo que permite determinar la calidad del empaquetamiento de la columna de residuo y comprobar la ausencia de flujo preferencial, el volumen de poros de la columna y los parámetros físicos del medio poroso, IV) inyección de la solución con metal y toma de las fracciones durante el experimento de flujo con los diferentes metales, V) las muestras de metales son enviadas al laboratorio donde son analizados, VI) representación e interpretación de los resultados y modelación numérica de los resultados (Capítulo 8) El ensayo de trazador se realizó en cada una de las columnas con el objeto de determinar sus características y garantizar la representatividad de cada ensayo y para poder comparar los resultados entre los diferentes solutos. Si se conocen bien todas las características del sólido (como es nuestro caso) con el que se empaqueta la columna el volumen de poros (Vp) se determina de acuerdo con la ecuación: Vp = (1 − ρd )VT ρs (7.6) Donde ρd es la densidad seca del suelo (g/cm3), ρs, la densidad de las partículas (g/cm3)y VT volumen total de la columna (cm3). Por otra parte, el Vp se puede determinar de acuerdo con la ecuación 7.7, donde Vm es el volumen muerto, Vi el volumen inyectado y µ1 es el primer momento normalizado en el caso de los solutos conservativos que no son afectados por la dispersión. Este momento fue definido por Aris, (1958), como se expresa en la ecuación (7.8 ). V p = [ µ 1 − 1 / 2V i ] − V m µ1 = +∞ +∞ ∫ (C V )dV / ∫ C dV w 0 (7.7 ) w 0 (7.8) �262 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) El volumen muerto se determina experimentalmente con una válvula sin volumen interior (denominada válvula de volumen muerto), donde el volumen de agua que ha pasado por esta válvula entre el tiempo de inyección del trazador y su detección en el detector ultravioleta (UV) es considerada como Vm. Este volumen se corresponde con el volumen de tubería y conectores. 7.2.5. Interpretación de los resultados del ensayo de flujo con el trazador con pentafluobenzoato sódico (PFBA) Los ensayos de flujo con el trazador PFBA se realizan como paso previo al ensayo de flujo y transporte de los metales. En nuestro caso hemos empleado el PFBA que es un soluto orgánico conservativo que no se adsorbe en el suelo. Este trazador ha sido empleado a nivel de campo por Becker and Shapiro, (2000) y a nivel de laboratorio por Álvarez et al., (1995), con recuperaciones de la masa superiores al 90%. El ensayo de trazador con el PFBA se realiza para usarlo como referencia en el análisis de las curvas de paso de los metales que se están estudiando. Además con el ensayo de trazador se determinan el número de Peclet (P) y la dispersión (D), parámetros necesarios para los modelos que emplearemos en el próximo capítulo. Para cada columna de suelo en que se realiza el ensayo con el metal, se realiza primeramente el ensayo de trazador para la misma velocidad de flujo, obteniendo la curva de paso del PFBA. El análisis de la curva de paso se realiza normalmente por el método de los momentos definido por Aris, (1958). Este análisis estadístico nos permite deducir las condiciones en que se realiza el ensayo y comprobar si existen condiciones de no-equilibrio o flujo preferencial. Para ello se definen: - Zero absolute moment (mo), se corresponde con el tiempo de inyección, su unidad de medida es (M.T.L-3) y se calcula como, m0,t = +∞ ∫ C dt w (7.9) 0 - First absolute moment (m1), corresponde al centro de la masa del soluto en el gráfico de la curva de llegada, se determina como, �263 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) m1,t = +∞ ∫ C tdt (7.10) w 0 - First normalised moment repect to (µ1,t), representa el valor máximo de la curva de paso del trazador. {µ 1,t - = +∞ ∫ Cwtdt / 0 +∞ mo ,t ∫ C dt} = m w (7.11) 1,t 0 Second central moment (µ2,t), representa la desviación con relación al centro de la masa (la varianza) su unidad de medida es T2. Matemáticamente se determina como, µ 2,t = +∞ ∫C (t − µ1,t ) dt / 2 w 0 - +∞ ∫ C dt w (7.12) 0 Third central moment (µ3,t), representa el sesgo de la distribución de la concentración, las unidades de medida son T3. La expresión matemática que lo define es, µ3,t = +∞ 3 ∫ Cw (t − µ1,t ) dt / 0 +∞ ∫ C dt w (7.13) 0 Los resultados de los ensayos de trazador muestran un pico en la curva de paso del trazador (Figuras 7.17A y B ). La existencia de un pico máximo en la curva de llegada del trazador es un indicativo de que el flujo circula por la porosidad efectiva. La existencia de un solo pico y la pequeña desviación del centro de la masa con relación a un volumen de poros, muestran que no existe flujo preferencial y la ausencia de fenómenos o procesos físicos que demuestren la existencia de condiciones de noequilibrio. Los resultados del análisis de los momentos de las curvas que se representan en la Figura 7.17A, se muestran en la Tabla 7.12. �264 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 0.3 0.3 Residuo ACL v=1.2 cm/h L=10 cm 0.2 Cw Cw (mg/L) 0.2 Cw (mg/L) Cw v=1.2 cm/h L=5 cm Residuo SAL 0.1 0.1 0.0 0 0 100 200 300 0 100 Tiempo (minutos) 0.3 Residuo ACL v=14 cm/h L=10 cm v=14 cm/h L=10 cm Residuo SAL 0.2 0.1 0.2 0.1 0.0 0 0 10 20 30 40 0 10 Tiempo (minutos) 20 30 40 Tiempo (min) 0.4 0.4 V=39 cm/h L=10 cm Residuo ACL 0.3 0.2 0.1 v=39 cm/h L=10 cm Residuo SAL 0.3 Cw (mg/L) Cw Cw (mg/L) Cw 300 Tiempo (min) Cw (mg/L) Cw Cw (mg/L) Cw 0.3 200 0.2 0.1 0.0 0 6 0 12 0 6 Tiempo (minutos) 12 Tiempo (min) Figura 7.17A. Curva de llegada del trazador PFBA. A) residuo ACL y B) residuo SAL. v: es la velocidad, Ap: ancho del pulso en volúmenes de poro, L: longitud de la columna en centímetros. Tabla 7.12A. Análisis de los momentos curvas de paso del trazador PFBA(Figura 7.17A). Residuo Longitud de la columna Velocidad (cm/h) Co Tiny (g/L) (min) m0,t (g.minL-3) m1,t (g.min2.L-3) µ1,t min µ2,t min2 µ3,t min3 (cm) ACL SAL 5 10 10 5 10 10 Tiny. Tiempo de inyección 1.2 14.0 39.0 1.2 14.0 39.0 5 3.8 0.65 0.22 5 3.78 0.65 0.23 16.03 1643 102.48 725.71 6164.90 2.84 48.2 16.95 12.36 19.94 1.06 6.05 5.65 2.86 0.41 14.67 1529.00 104.75 676.85 6394.20 2.63 44.90 17.03 15.64 19.00 0.99 5.80 5.85 1.18 0.37 �265 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 0.08 0.07 Ensayo de trazador con PFBA en el residuo ACL Ap=0.041 0.06 v=1.2 cm/h; L=5 cm A Cw/Co 0.05 v=14 cm/h; L=10 cm v=39 cm/h; Serie1 L=10 cm 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Vp 0.08 B Ensayo de trazador con PFBA en el residuo SAL Ap=0.041 0.07 0.06 Cw/Co 0.05 v=1.2 cm/h; L=5 cm v=14 cm/h; L=10 cm v=39 cm/h; L=10 cm 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Vp Figura 7.17B. Curva de llegada del trazador PFBA. A) residuo ACL y B) residuo SAL. v: es la velocidad, Ap: ancho del pulso en volúmenes de poro, L: longitud de la columna en centímetros. Tabla 7.12B. Análisis de las curvas de paso del trazador PFBA normalizada(Figura 7.17B). Residuo ACL SAL Longitud de la columna (cm) 5 10 10 5 10 10 Velocidad (cm/h) 1.2 14.0 39.0 1.2 14.0 39.0 Ancho del pulso (Vp) 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 Centro de la masa (Vp) 1.119 1.060 1.015 1.073 1.019 1.003 Pico máximo (Vp) 1.003 1.002 0.992 1.003 1.001 0.991 �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 266 La masa de PFBA recuperada es superior al 96 % en todos los ensayos. En ninguno de los ensayos efectuados se ha comprobado una pérdida importante de la masa inyectada por lo que se puede asegurar que el PFBA no sufre ningún tipo de proceso de adsorción o degradación en el medio poroso. La diferencia entre la masa inyectada y la recuperada se debe a las limitaciones instrumentales en la detección de bajas concentraciones del trazador. Para estas condiciones de flujo hemos comprobado que el PFBA se comporta como un soluto conservativo y que el trasporte puede ser descrito por la ecuación de flujo que rige el transporte de soluto por advección-dispersión. 7.2.6. Análisis de los ensayos de flujo y transporte de los metales en las columnas de residuo En trabajos experimentales con suelos naturales a nivel de laboratorio y de campo (Selim and Amacher, 1997; Wang, et al., 1998; Smith et al., 1998) se ha observado que la adsorción local e instantánea en los metales pesados no suele ocurrir para toda la masa del soluto, y que por tanto, este proceso se desarrolla en condiciones de noequilibrio, debido a la histéresis de los procesos de adsorción y a las condiciones de flujo del medio. Sin embargo, los estudios de transporte de contaminante en residuos mineros teniendo en cuenta las condiciones de no-equilibrio son escasos (Stollenwerk, 1994). El hecho de que la isoterma de adsorción de los metales (Cr(VI), Mn(II), Ni(II)) en ACL y Cr(VI) y Mn(II) en SAL no sea lineal indica que el coeficiente de reparto (Kf) y el factor de retardo (R) no son constantes, por lo que afectan la curva de paso o llegada de los metales generando una gran cola. Estos resultados pueden inducir a falsas valoraciones en la evaluación de la curva de paso o llegada de éstos a través de la columna de suelo si no se tiene una correcta caracterización del medio poroso. En todos los ensayos se ha prolongado la inyección el tiempo suficiente como para que la concentración y el pH a la salida del efluente sean iguales a los de entrada. 7.2.6.1. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Ni(II) Los ensayos de flujo con Ni se han efectuado para las condiciones que se relacionan en la Tabla 7.13. La curva de llegada del Ni(II) a través de los dos residuos muestra los efectos de la existencia de condiciones de flujo no ideal o condiciones de no �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 267 “equilibrio” al presentar una gran cola (Figura 7.18). Se aprecia que para que la concentración llegue a ser Cw/Co≈1 (saturación de las zonas de adsorción ) es necesario el paso de 18 volúmenes de poros en el residuo SAL y de 33 en el residuo ACL. La máxima masa de soluto adsorbida (Smax) en el residuo ACL es 3 veces mayor que en el residuo SAL, mientras que la masa retenida (Sret) de Ni en el residuo ACL al parar el ensayo es 9 veces mayor (Tabla 7.13). Este aspecto se debe a la diferencia de pH en los dos residuos y a la existencia de mayor cantidad de Fe amorfo en el residuo ACL. Se observa que en ninguno de los dos residuos la concentración es cero al finalizar el ensayo (Tabla 7.13). El proceso de adsorción en el residuo ACL es muy importante, lo demuestra el retraso con que sale el soluto de la columna, ya que para ello es necesaria una renovación de 17 Vp, mientras que en el residuo SAL la salida de soluto en el efluente es más rápida, apenas han salido 4 volúmenes de poros. Obsérvese que la Kf del Ni(II) obtenido de los ensayos Batch en el residuo SAL, que presenta un pH inferior a 5, durante todos los ensayos es inferior a 1, este valor es indicativo de que el tiempo de tránsito del soluto Ni(II) por el medio poroso es muy pequeño en comparación con el residuo ACL. Tabla 7.13. Características del ensayo de flujo y transporte de Ni(II) con procesos de adsorcióndesorción en los dos residuos. La masa adsorbida representa la masa retenida en el momento de finalizar el ensayo de flujo. Residuo Metal Vpi Vpd v Co Cwf Sin Sret Smax Sret cm/h (mg/L) (mg/L) (mg) (%) (mg/kg) (mg/kg) ACL 1.2 416 0.08 457.6 85.88 Ni(II) 91 127 2744 2168 14.0 0.70 88.47 2452 1762 39.0 0.90 90.54 2087 1444 SAL 1.2 534 5.72 600.0 98.49 820 236 Vpi: volumen de poros de inyección (adsorción); Vpd volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción); v: velocidad; Co: concentración inicial; Cwf: concentración final; Sin: masa inyectada; Sret: por ciento de masa recuperada; Smax: adsorción máxima que se alcanza en el ensayo; Sret: masa retenida al acabar el ensayo. �268 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 1.0 A Ni residuo ACL Cw/Co 0.8 v=1.2 cm/h; L=5 cm 0.5 v=14 cm/h; L=10 cm 0.3 v=39 cm/h; L=10 cm 0.0 0 50 100 150 200 1 250 B Ni residuo SAL Cw/Co 0.8 0.6 0.4 0.2 v=1.2 cm/h; L= 5 cm 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 7.18. Curvas de llegada del Ni a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo. A) Residuo ACL y B) Residuo SAL. v: velocidad, L: longitud de la columna. 7.2.6.2. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Mn(II) En la Figura 7.19, se aprecia con claridad que la masa de Mn(II) adsorbida por los dos residuos es grande, siendo mayor en el residuo ACL que en el residuo SAL (Tabla 7.14.), a pesar de que la concentración en la solución es muy similar en ambos ensayos. De la curva de llegada del Mn(II) se puede concluir que el proceso de desorción es mucho más lento que el proceso de adsorción, en los dos residuos. �269 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 1.0 Mn residuo ACL A Cw/Co 0.8 0.6 v=1.2 cm/h; L=5 cm 0.4 v=14 cm/h; L=10 cm 0.2 v=39 cm/h; L=10 cm 0.0 0 50 100 150 1 200 Mn residuo SAL 250 B Cw/Co 0.8 0.6 0.4 v=1.2 cm/h; L=5 cm 0.2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 7.19. Curvas de llegada del Mn(II), a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo. A) Residuo ACL y B) Residuo SAL. v, es la velocidad y L es la longitud de la columna. Tabla 7.14. Características del ensayo de flujo y transporte de Mn(II) con procesos de adsorción-desorción en los dos residuos. La masa adsorbida representa la masa retenida en el momento de finalizar el ensayo de flujo Residuo Metal Vpi Vpd v Co Cwf Sin Sre Smax Sret (cm/h) (mg/L) (mg/L) (mg) (%) (mg/kg) (mg/kg) ACL 1.2 267 0.027 293.7 84.30 Mn(II) 91 127 2285 1981 14.0 0.90 89.10 2067 1375 39.0 1.02 90.22 1981 1233 SAL 1.2 254 0.021 280.0 96.00 1602 836 Vpi: volumen de poros de inyección (adsorción); Vpd volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción); v: velocidad; Co: concentración inicial; Cwf: concentración final; Sin: masa inyectada; Sre: por ciento de masa recuperada; Smax: adsorción máxima que se alcanza en el ensayo; Sert: masa retenida al acabar el ensayo. En este caso se puede apreciar que al parecer para una misma concentración y la velocidad de flujo de 1.2 cm/h en el residuo SAL las zonas de adsorción se saturan para 34 Vp(Cw/Co≈1), mientras que en el caso de residuo ACL este proceso ocurre para 45 �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 270 Vp, lo que ilustra con claridad que en el residuo ACL la masa de Mn afectada por el proceso de adsorción es mucho mayor que en el residuo SAL. 7.2.6.3. Ensayos de transporte y flujo con adsorción y desorción de Cr(VI) En los ensayos de flujo y transporte de adsorción–desorción con cromo para la velocidad de 1.2 cm/h se aprecian claramente los dos estados del proceso de adsorción (Figura 7.20). Inicialmente la adsorción del Cr en el residuo ACL ocurre rápidamente hasta un volumen de poros inyectado igual a 5 (donde Cw/Co≈1) y de 9 Vp (donde Cw/Co≈1) en el residuo SAL, mientras que una pequeña parte de la masa del Cr necesita de un tiempo mayor para que el proceso de adsorción ocurra. La adsorción de la masa de soluto máxima (Smax) para la que al parecer se logra la saturación de los sitios de adsorción en el residuo SAL es 5 veces mayor que la adsorbida por el residuo ACL (Tabla 7.15). Tabla 7.15. Características del ensayo de flujo y transporte de Cr(VI) con procesos de adsorción-desorción en los dos residuos. Residuo Metal Vpi Vpd v Co Cwf Sin Sre Smax Sret cm/h (mg/L) (mg/L) (mg) (%) (mg/kg) (mg/kg) ACL 1.2 247 0.027 Cr(VI) 91 127 271.7 94.77 624 295 14.0 0.60 96.45 586 200 39.0 0.70 96.86 513 177 SAL 1.2 920 11.04 1012.2 96.83 2907 1232 Vpi: volumen de poros de inyección(adsorción); Vpd volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción); v: velocidad; Co: concentración inicial; Cwf: concentración final; Sin: masa inyectada; Sre: masa recuperada; Smax: adsorción máxima que se alcanza en el ensayo; Sret: masa retenida al parar el ensayo. Las características de adsorción del Cr presentan el mismo comportamiento que el observado en los ensayos de Batch para los dos residuos. El hecho que la masa adsorbida del Cr(VI) sea mayor en el residuo SAL que en el residuo ACL es debido al pH. Para valores de pH ácido (menor que 5) la movilidad del Cr(VI) es menor que para pH próximos a la neutralidad (6-7). Según los estudios de diferentes investigadores (Selim and Amacher, 1997, Khaodhiar et al., 2000) a pH ácido el Cr(VI) puede formar precipitados o complejos mucho más estables con los óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. De acuerdo con Khaodhiar et al., (2000), la adsorción del Cr(VI) en presencia de óxidos e hidróxidos de hierro se debe fundamentalmente a la acción de las fuerzas electrostáticas y en menor medida a la formación de complejos. �271 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 1,0 Cr residuo ACL A C/Co Cw/Co 0,8 0,6 v=1.2 cm/h; L=5 cm 0,4 v=14 cm/h; L=10 cm 0,2 v=39 cm/h; L=10 cm 0,0 0 50 100 150 1 200 Cr residuo SAL 250 B Cw/Co 0,8 0,6 0,4 v=1.2 cm/h; L=5 cm 0,2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 7.20. Curvas de llegada del Cr(VI), a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo. A) Residuo ACL y B) Residuo SAL. v, es la velocidad y L es la longitud de la columna. 7.2.7. Discusión de los resultados de los ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de Cr(VI), Ni((II) y Mn(II) La gran capacidad de adsorción del residuo ACL implica un importante valor de retraso, siendo el mayor para el Mn, el segundo para el Ni y el tercero para el Cr. Este mismo aspecto se manifiesta de diferentes formas para el residuo SAL donde el mayor retraso es para el Cr(VI), segundo para el Mn(II) y tercero para el Ni(II). Este aspecto es positivo desde el punto de vista ambiental pues muestra la capacidad de estos residuos para retener y retardar el paso de estos metales a través de su matriz. La existencia de un valor de retardo (R) muy grande no justifica la asimetría observada en todas las curvas de llegada o paso de los solutos (contaminantes) existentes en los ensayos de flujo realizados (Figuras 7.18 a7.20). La existencia de esa asimetría es �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 272 debida a las condiciones de no-equilibrio entre el soluto en la solución acuosa y la matriz del medio poroso en que se desarrollan los ensayos de flujo y transporte. Para los tiempos en que se han realizado los ensayos de flujo se puede apreciar que el proceso de adsorción es parcialmente reversible. Este proceso de irreversibilidad observado puede estar motivado por la sorción a los óxidos de hierro y aluminio existentes en el medio. Otro de los factores que controla la irreversibilidad del proceso es la fuerte capacidad de los residuos para retener metales, esta capacidad es aún más marcada en el residuo ACL. En todos los ensayos de flujo realizados con el PFBA no se ha observado este fenómeno de asimetría que se muestra en los tres metales estudiados, por lo que los efectos de la dispersión pueden ser considerados como despreciables. En estas condiciones todo parece indicar que el flujo está controlado por la advección. Las curvas de paso del Ni(II), Mn(II), Cr(VI) muestran un comportamiento no ideal con una gran cola y asimetría, mostrando además la existencia de condiciones de no equilibrio en los procesos de sorción. La gran adsorción que presentan estos residuos para el caso del Ni(II) y Mn(II) está controlada por la presencia de óxidos e hidróxidos de hierro que se caracterizan por presentar valores de carga negativa en sus partículas para pH superiores a 2 (ver Tabla 7.5), en nuestro caso el Fe representa entre el 40 y 50 % en peso de la masa total del residuo sólido. Por otro lado la adsorción de Cr(VI) con carga negativa está favorecida por la existencia de minerales mal cristalizados, diferentes compuestos orgánicos y elementos en estado amorfo (Mn, Si), que presentan generalmente un potencial zeta muy bajo. Se puede apreciar que el cromo es el elemento menos adsorbido en condiciones cinéticas para el residuo ACL, mientras que para el residuo SAL es el Ni(II), confirmando de esta manera el mismo orden de prioridad en cada uno de los residuos que el observado en los ensayos Batch descritos en el apartado 7.1. En el caso del residuo ACL la gran capacidad de adsorción puede estar favorecida además por la existencia de materia orgánica y el pH cercano a 7. Para valores de pH cercanos a 7 o neutros los minerales de Fe, hematita y goethita alcanzan los mayores �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 273 valores de adsorción para diferentes metales pesados como el Ni, Co, Zn y Mn (Sparks, 1995). El hecho de que la adsorción ocurra muy rápidamente es un indicativo de que la adsorción de los metales está controlada por la adsorción física, debido a las fuerzas electrostáticas en la superficie de las partículas sólidas; además la capacidad de intercambio catiónico de estos residuos es muy baja (8 a 10 mg/100 g de residuo sólido), lo que nos indica que la quimisorción desempeña un papel secundario. La existencia de adsorción de estos metales implica un factor de retardo en el paso del contaminante superior a uno (R>1). De manera general la existencia de un R mayor que uno no justifica la existencia de la gran cola que se observa en todos los ensayos realizados, sino que este fenómeno está condicionado por la presencia de un flujo y transporte de soluto no ideal o la existencia de condiciones de “no-equilibrio” en la matriz porosa durante la realización del experimento. De acuerdo con los resultados de ensayos Batch y los de flujo y transporte de contaminantes, parece obvio que en el caso de los procesos de adsorción-desorción de los tres metales estudiados no se puede considerar la existencia de condiciones de equilibrio. Para poder explicar este tipo de fenómenos se necesita necesariamente de modelos que incluyan las condiciones cinéticas no lineales que describen los procesos de adsorción-desorción. El fenómeno de las colas y asimetría de la curva de llegada resultado de los ensayos de flujo y transporte con procesos de adsorción-desorción es mucho más evidente en los tres solutos (Cr, Ni y Mn) para las menores velocidades. 7.2.8. Ensayos de flujo y transporte con adsorción y desorción de los tres metales simultáneamente El ensayo de flujo y transporte de los tres metales a través de los residuos ACL, se investigó también en este estudio dada las características de sorción de este material (Figura 7.21). La velocidad de flujo a que se realizó el ensayo fue a 14 cm/h. En la Tabla 7.16 se muestran las características del ensayo. �274 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) El retardo con que aparecen en el efluente los solutos Ni(II) y Mn(II), disminuye considerablemente en comparación con el valor obtenido de los ensayos de flujo y transporte de soluto por separado (Figuras 7.18-7.20). En el residuo ACL se muestra claramente que los metales Ni(II) y Mn(II) compiten por los sitios de adsorción. En este residuo ACL, se comprueban las evidencias de los ensayos de Batch donde el comportamiento del Ni(II) y el Mn(II) son parecidos, mientras que al parecer el Cr se mueve de manera independiente. La masa adsorbida en cada uno de los metales es menor que la adsorbida por cada metal solo. Esto denota que la existencia de otros solutos en la solución acuosa, con similares características de sorción, afecta a los procesos de flujo y transporte de contaminantes en el medio poroso, disminuyendo incluso el tiempo de tránsito de éstos por el medio. Tabla 7.16A. Características del ensayo de flujo y transporte de los tres metales con procesos de adsorción - desorción en el residuo ACL. v=14 cm/h. Residuo Metal ACL Vpi Mn(II) Vpd 39 99 Co Cwf Sin Sre Smax Sret (mg/L) (mg/L) (mg) (%) (mg/kg) (mg/kg) 419.78 0.82 201.49 89.92 864 502 Cr(VI) 103.48 0.31 49.67 71.48 560 385 Ni(II) 336.84 2.37 161.68 75.47 1381 1020 Vpi, volumen de poros de inyección (adsorción); Vpd volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción); Co, concentración inicial; Cwf: concentración final; Sin, masa inyectada; Sre, masa recuperada; Smax: adsorción máxima por kg de suelo que se alcanza en el ensayo; Sret: masa retenida por kg de suelo al acabar el ensayo. 1 Mn(II) Ni(II) 0,8 Cr(VI) Cw/Co 0,6 0,4 0,2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Vp Figura 7.21. Curva de llegada de un ensayo de flujo y transporte de una solución con los tres metales a través de una columna del residuo ACL. L=10 cm y v=14 cm/h (Tabla 7.16A). �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 275 Para una inyección similar de 39 volúmenes de poros los sitios de adsorción en el caso de cada soluto por separado están “prácticamente saturados” (Figuras 7.18 a 7.20), aspecto éste que en los ensayos con multicomponentes no se observa (Figura 7.21). La suma de la masa total de Ni(II) y Mn(II) adsorbida es menor que la que adsorbe el residuo para cada uno de ellos, aunque la masa retenida por los residuos sigue siendo elevada (Tabla 7.16A y 7.16B). Tabla 7.16B. Comparación de la adsorción de los metales (Ni, Cr y Mn) por separado y juntos en un ensayo de flujo y transporte a una misma velocidad 14 cm/h y L=10 cm. Mn(II) Cr(VI) Ni(II) Total Solos Smax (mg/kg) 2067 586 2452 5105 Mezclados Sret (mg/kg) Smax (mg/kg) Sret (mg/kg) 1375 864 502 200 560 385 1762 1381 1020 3337 2804 1907 El factor de retardo del Cr(VI) es algo menor al observado en el ensayo de flujo con el metal individualmente (Figura 7.20). Si consideramos la forma en que se comporta la curva de llegada podremos decir que la adsorción es un poco más lenta y que la presencia de otros solutos en el medio retrasa un poco el proceso de adsorción. En el Cr(VI) la masa adsorbida es menor que la que retiene el residuo ACL en los ensayos de flujo y transporte con el Cr(VI) solo. Esta diferencia en la masa adsorbida puede ser debido a que la concentración inicial en la solución es algo mayor o que la presencia del Mn pueda provocar un efecto sobre el Cr que disminuya su adsorción (Tabla 70.16 y 7.16A). �276 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 500 A Mn (mg/L) 400 300 200 Adsorción Desorción 100 0 0 20 40 60 80 100 Cr (mg/L) Ni (mg/L) 300 B 200 100 Adsorción Desorción 0 0 20 40 60 80 100 Cr (mg/L) 500 C Mn (mg/L) 400 300 y = 1.3496x - 6.0467 R2 = 0.9998 200 100 Adsorción Desorción 0 0 50 100 150 200 Ni (mg/L) 250 300 350 Figura 7.22. Relación entre las concentraciones de metales en la solución acuosa durante los ensayos de flujo con procesos de adsorción-desorción de los tres metales en residuo ACL. a) Mn(II)-Cr(VI), b) Ni(II)-Cr(VI) y c) Ni(II)- Mn(II). En el caso del Ni(II), Cr(VI) y el Mn(II) se realizó una comparación de la concentración del soluto en el efluente durante los procesos de adsorción - desorción entre los tres metales (Figura 7.22). En este caso se puede comprobar que en el proceso de adsorción la relación entre los metales es no lineal, lo que corrobora los resultados obtenidos en los ensayos de Batch. La desorción es lineal en el caso del Ni(II)-Mn(II), la proporción de Mn(II) liberada es 1.35 mg/l con respecto a 1 mg/L de Ni(II). La relación del Cr(VI)- �277 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) Ni(II) no es lineal, liberando 3.3 mg/L de Cr(VI) por cada uno de Ni(II). Esto confirma lo observado en los ensayos de batch y flujo y transporte de los solutos por separado donde el residuo ACL tiene mayor afinidad para adsorber el Ni(II) y el Mn(II) que el Cr(VI). Esta propiedad de adsorción del residuo ACL es muy favorable desde el punto de vista ambiental, pues el Ni(II) y el Cr(VI) realmente presentan una gran toxicidad, mientras que la del Mn(II) es mínima. 7.2.9. Ensayo de flujo y transporte con adsorción y desorción de Ni(II) y Mn(II) Considerando que al parecer existe una competencia por los sitios de adsorción entre el Ni(II) y el Mn(II), se realizó un ensayo de flujo y transporte con los dos metales con procesos de adsorción – desorción. En la Figura 7.23, se puede apreciar como inicialmente el manganeso alcanza la saturación, sin embargo en la medida que se incrementa la adsorción de Ni(II) disminuye la concentración de manganeso en el efluente, esto puede ser indicativo de una mayor adsorción de Mn(II). En realidad el incremento de la adsorción del manganeso representa un valor importante. En estas condiciones de pH mayores que 6 la adsorción del Ni(II) y el Mn(II) por los óxidos e hidróxidos de Fe, presentan sus mayores valores de adsorción (Tan, 1992, 1994; Sparks, 1995; Selim and Amacher, 1997; Wang et al., 1998). Este aspecto consideramos constituye una cuestión que habrá que estudiar con más detalle en el futuro.En la Tabla 7.16C y 16D se muestran las principales caracteristicas y resultados del ensayo de flujo y transporte binario con el Mn y Ni, por una columna del residuo ACL. 1 Mn(II) 0,8 Ni (II) C/Co 0,6 0,4 0,2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 7.23. Representación de un ensayo de flujo con dos solutos en la solución (Ni(II) y Mn(II)) en una columna del residuo ACL. �278 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) Tabla 7.16C. Características del ensayo de flujo y transporte de Ni y Mn con procesos de adsorción - desorción en el residuo ACL. v=14 cm/h. Residuo ACL Metal Mn(II) Ni(II) Vpi 140 Vpd 105 Co Cwf Sin Sre Smax Sret (mg/L) (mg/L) (mg) (%) (mg/kg) (mg/kg) 419.78 0.82 201.49 89.92 864 502 336.84 2.37 161.68 75.47 1381 1020 Vpi, volumen de poros de inyección (adsorción); Vpd volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción); Co, concentración inicial; Cwf: concentración final; Sin, masa inyectada; Sre, masa recuperada; Smax: adsorción máxima por kg de suelo que se alcanza en el ensayo; Sret: masa retenida por kg de suelo al acabar el ensayo. Como se puede ver en todos los casos de ensayos de flujo y transporte de metales con procesos de adsorción-desorción el comportamiento de las curvas de llegada es similar e independientemente del metal analizado y de la concentración utilizada. Siempre presentan un ascenso bastante vertical en el proceso de adsorción y una caída inicialmente vertical de la curva en el proceso de desorción y una gran cola, donde en ninguno de los casos en que se ha parado el ensayo se ha logrado llegar al valor cero de concentración del soluto en el efluente. Tabla 7.16D. Comparación de la adsorción de los metales Ni y Mn por separado y juntos en un ensayo de flujo y transporte a una misma velocidad 14 cm/h y L=10 cm. Mn(II) Ni(II) Total Solos Smax (mg/kg) 2067 2452 4519 Sret (mg/kg) 1375 1762 3137 Mezclados Sa (mg/kg) Sret (mg/kg) 864 565 1381 1213 2245 1788 7.2.10. Análisis semicuantitativo de la concentración de los metales en muestras del ensayo de flujo y transporte Con el objetivo de verificar si la masa adsorbida por el residuo se encontraba en la matriz sólida, se tomaron muestras de la matriz después de concluido el ensayo de flujo y transporte para cada uno de los metales utilizados. La determinación de la concentración de metales se realizó con el microscopio electrónico de barrido con analizador de dispersión de energía. En la Figura 7.24, correspondiente a los espectros semicuantitativos de las muestras del residuo ACL se aprecia claramente la diferencia entre el contenido de los metales Cr, Ni y Mn antes y después de realizado el ensayo de flujo con adsorción–desorción. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 279 En el caso del análisis por microscopio electrónico de barrido es bueno destacar que la intensidad del pico es proporcional a la concentración del mineral en la partícula o superficie que se esté analizando. Antes del ensayo de flujo y transporte Después del ensayo de flujo y transporte Figura 7.24. Espectro del microscopio electrónico. Parte superior, determinación en la muestra de residuo ACL antes del ensayo de flujo y transporte con procesos de adsorción-desorción. Parte inferior, después de desarrollado el ensayo con los tres metales. Los elementos son: hierro (Fe), cromo (Cr), manganeso (Mn), níquel (Ni). En todos los casos en que se ha comparado la concentración del metal en el residuo antes y después de realizado el ensayo de adsorción–desorción se ha podido observar que la concentración es mayor en la muestra después de realizado el ensayo (Figura 7.24). De acuerdo con estos resultados se puede apreciar que los metales al parecer se encuentran en la superficie de las partículas de óxidos e hidróxidos que conforman la matriz del residuo. En los análisis no se detectó la existencia de posibles procesos de precipitación o formación de otros compuestos o minerales de estos elementos. �280 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) En la Tabla 7.17 se dan los resultados de 10 de los análisis realizados con el microscopio electrónico sobre muestras de los dos residuos. La concentración semicuantitativa de los diferentes elementos presentan el mismo orden de concentración en los residuos que el observado en los ensayos de Batch y en los de flujo. La masa adsorbida es mayor en el residuo ACL de acuerdo al siguiente orden, Ni, Mn y Cr, mientras que en el residuo SAL es Cr, Mn y Ni (Figura 7.25). 7000 20000 B - SAL A - ACL 6000 16000 12000 mg/kg mg/kg 5000 8000 4000 3000 2000 4000 1000 0 0 Cr Ni Cr Mn Antes del ensayo de flujo y transporte Ni Mn Después del ensayo de flujo y transporte Figura 7.25. Representación de la concentración media de Ni, Cr, Mn en los residuos antes y después de realizado el ensayo de flujo y transporte de metales. Tabla 7.17. Resultados de la composición de las muestras de residuo de acuerdo con los análisis semicuantitativos del microscopio electrónico antes y después de realizado el ensayo de flujo y transporte con adsorción y desorción (concentración en mg/kg). Residuo Velocidad cm/h Cr Ni Mn concentración concentración concentración Muestra Antes Después Antes Después Antes Después ACL 1.2 SAL 1.2 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 17195 5267 17490 17220 17652 17500 17396 6499 6325 6224 5923 6450 6008 1765 8176 7945 8238 8112 8125 2001 2054 1989 1975 1879 7182 4164 9163 8750 8985 8496 9029 5004 4956 4285 4986 4789 Aunque los resultados experimentales obtenidos a nivel de laboratorio pueden diferir, y difieren de la realidad en el terreno, consideramos que constituyen un buen punto de vista a la hora de comparar el comportamiento de estos metales en el medio ambiente, �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 281 debido a que resulta extremadamente complejo y costoso el poder controlar las diferentes variables que intervienen en el medio natural. Los resultados del microscopio electrónico corroboran los resultados de los ensayos de Batch sobre la capacidad de estos residuos de retener los metales, así como que, al parecer, el mecanismo de adsorción de los metales en la superficie de las partículas debido a la fuerza electrostática es la causa fundamental de la adsorción, pues no se observan ni precipitados ni otras formas minerales de estos elementos. 7.3. Influencia del pH en el proceso de adsorción El considerar la influencia del pH sobre los procesos de adsorción constituye uno de los aspectos más importantes en el estudio de los procesos físico–químicos que controlan la movilidad de los solutos a través el medio poroso (Poulsen and Bruun, 2000; Elzahabi and Yong, 2001). Los cambios de pH provocan variación en las condiciones de equilibrio en el medio y según los tipos de óxidos o hidróxidos presentes pueden o no favorecer los procesos de adsorción o liberación de los iones metálicos al medio. El pH controla o determina generalmente la carga de las partículas sólidas que forman el medio poroso y con ello favorece la adsorción de unos iones y la movilidad de otros. En el caso de los metales en el medio acuoso, el pH determina en muchos casos su movilidad pues son solubles en un determinado rango de pH precipitando al producirse su cambio (Tan, 1994; Ribet et al., 1995; Laumakis, et al., 1998). De acuerdo con los resultados de los procesos de adsorción-desorción de los ensayos Batch y de flujo, se ha podido observar que el pH es al parecer el factor principal que controla el proceso de adsorción y que el residuo que presenta una mayor capacidad de adsorción de Ni y Mn es el residuo ACL. Para verificar el comportamiento del proceso de adsorción del residuo ACL en función del pH, se usaron dos pH extremos, que son los que tienen las aguas residuales de la región de Moa (Anejo I, datos hidroquímicos). 7.3.1. Materiales y métodos del ensayos de flujo con adsorción de metales (Cr(VI), Ni(II), Mn(II)) a diferente pH Para el estudio del efecto del pH de la solución que contiene el soluto sobre los procesos de adsorción solamente se ha empleado el residuo ACL que se caracteriza por un pH �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 282 superior a 6 y a efectos de comparación una zeolita compuesta por dos minerales (Clinoptilolita+ Mordenita). La zeolita con que se realizó el trabajo se encuentra en el área de estudio en un yacimiento de rocas volcánicas zeolitizadas. El mineral de zeolita predominante en dicho depósito es la Clinoptilolita y en menor medida la Mordenita. El contenido de Clinoptilolita es entre el 50-70% y la Mordenita es de hasta el 15% (Orozco y Rizo, 1998). En los ensayos de flujo en columna se han empleado dos pH extremos para cada uno de los metales estudiados. La elección de estos valores se debe a que en la región se generan efluentes del proceso metalúrgico que presentan un pH ácido (1.3-3) con cantidad de metales pesados y sólidos en suspensión (Capítulo 1, Anejo I). El objetivo de estos ensayos es evaluar la capacidad de adsorción de estos residuos ante la posibilidad de su posible utilización en la descontaminación o minimización del impacto de estos efluentes. La realización de los ensayos se efectuó con el dispositivo experimental que se muestra en la Figura 7.26. En la Tabla 7.18, se recogen las características de la columna empleada en los diferentes ensayos de adsorción para diferentes pH, en función de las características de la especie química de los metales utilizados. En la preparación de las columnas para realizar los diferentes ensayos se utilizaron inicialmente masas de residuo de 1, 2 y 4 gramos. Los resultados de prueba mostraron que con masas de residuo de 1 gramo el tamaño de la muestra (volumen de lecho, en química) en la columna era muy pequeño y se producía flujo preferencial. Para la columna con masa de suelo de 4 gramos se comprobó que el caudal de salida era muy pequeño y por lo tanto el tiempo de realización del ensayo se prolongaba demasiado. En todos los casos se utilizó una masa de residuo de 2 g y una misma concentración del soluto a un pH constante. Las soluciones de los metales fueron preparadas con las mismas sales que las utilizadas en los ensayos Batch y flujo (apartados 7.1 y 7.2). El pH de la solución se ajustó con NO3H. �283 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) Tabla 7.18. Características de la columna de vidrio empleada en cada uno de los ensayos de flujo con los diferentes metales. Parámetros Unidad Valor Diámetro Longitud Área de salida Masa del sólido cm 1.80 cm 40.00 cm2 2.54 Residuo g 2.00 Zeolita g 2.00 Altura del sólido en el interior de la columna Residuo cm 0.66 Zeolita cm 0.90 Volumen ocupado por el sólido Residuo cm3 1.53 Zeolita 5.08 Porosidad de sólido Residuo % 67 Zeolita 70 Velocidad de flujo cm/h 4.7 La columna del líquido sobre el sólido es variable en función de la velocidad de flujo a que se realice el experimento. La columna de liquido esta a presión atmosférica Columna de vidrio Residuo Disolución electrolítica Colector de fracciones Figura 7.26. Esquema del dispositivo experimental empleado para la realización de los ensayos de flujo y transporte en condiciones de presión atmosférica con proceso de adsorción de metales en el residuo ACL y en zeolita. El residuo se empaquetó en una columna de vidrio de 40 cm de longitud y 1.8 cm de diámetro. El volumen ocupado por el sólido dentro de la columna era de 1.53 cm3. El efluente era bombeado con una bomba peristáltica marca Minipuls-3, de la casa comercial Gilson. Las fracciones del efluente se tomaron con un colector de fracciones �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 284 FC203 de la misma casa comercial. Las muestras del efluente fueron analizadas por ICP-AES, en el laboratorio de química analítica de la Universidad de Girona. Para verificar la reproducibilidad de los resultados cada ensayo se realizó por duplicado, por lo que los valores que se presentan responden sólo a uno de los ensayos realizados. En todos los casos la solución electrolítica de NO3K se hizo pasar previamente por el material durante 12 horas, con objetivo de estabilizar el agregado de las partículas en el residuo, su carga y la fuerza iónica del medio. En los ensayos que se describen a continuación (Cr, ni y Mn) se representaran también los resultados del ensayo Batch en la misma gráfica (Figura 7.27, 7.28 y 7.29), para ilustrar la diferencia ene l proceso de adsorción independientemente de que la masa de residuo utilizada en ambos casos es la misma y las condiciones de ensayos son diferentes. Además, es de señalar que la altura de la muestra en el interior de la columna se puede considerar infinitesimal en comparación con la proporción de la columna de líquido. 7.3.2. Adsorción de Cr(VI) en un ensayo de flujo y transporte a través del residuo ACL para diferentes pH Para el Cr(VI) se emplearon dos valores de pH, al considerar que al variar el pH varía la especie de cromo en la solución. Para valores de pH menores que cuatro el metal está en forma de Cr2O72-. En la Figura 7.27, se puede apreciar como la masa de soluto adsorbida disminuye en la medida que aumenta el pH. El Cr(VI) presenta una mayor movilidad a pH altos, condiciones en la que forma la especie CrO42-. Los resultados aquí obtenidos corroboran los resultados de los ensayos de Batch y flujo y transporte descrito en los apartados 7.1 y 7.2 de este capítulo. Los valores de Kf en este caso son mayores a los obtenidos en los ensayos de Batch para un pH de 6.5, esta diferencia puede estar condicionada por las propiedades de la especie de Cr(VI) en cada uno de estos pH y las condiciones en que se realiza cada ensayo. �285 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 5000 Cr(VI)- Residuo ACL pH=2.6 pH=8.5 pH=6.5 en batch Sa (mg/kg) 4000 3000 Sa = 825,49*C w 0,2301 2 R = 0,996 2000 Sa = 387,17*C w 0,2268 2 R = 0,99 1000 Sa = 30,55*Cw0.47 2 R = 0,99 0 0 100 200 300 C w (mg/L) 400 500 600 Figura 7.27. Adsorción del Cr(VI) en el residuo ACL para diferentes pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h. Se representa en la figura los resultados del ensayo Batch. Si observamos la Figura 7.27, se puede apreciar que al final para una masa adsorbida del orden de 1573 mg/kg en el caso del pH=8.5 y de 3500 mg/kg en el caso del pH=2.6 se produce casi una saturación de los sitios de adsorción, pues la meseta de la curva es cada vez más plana. En este caso las isotermas de adsorción obtenidas por flujo en continuo y ajustadas a la ecuación de Freundlich, presentan un comportamiento no lineal como el observado en los ensayos Batch, para un pH de 6.5 en el residuo ACL (Figura 7.8). En la Tabla 7.31, se aprecia claramente la gran diferencia de la masa adsorbida entre el pH ácido (2.6) y el pH alcalino (8.5). En este caso donde los ensayos de flujo se han realizado a presión atmosférica y con una porosidad mayor, la masa adsorbida es mucho mayor que la adsorbida en los ensayos de flujo a presión en columnas cerradas con el uso del HPLC (Tabla 7.15) y los ensayos de Batch en un sistema cerrado. Esta diferencia puede ser debida al incremento de la concentración del soluto en la solución acuosa y una mayor porosidad del medio que condiciona una mayor superficie de contacto y el hecho de que el ensayo se realiza en condiciones de presión atmosférica. De estas tres condiciones las que a nuestro entender tienen una influencia más clara es el pH y la porosidad. El efecto del pH sobre la adsorción del Cr(VI) ha sido estudiado por diferentes investigadores para el caso de los suelos y suelos contaminados. En todos los casos �286 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) consultados el pH juega un papel importante en la adsorción del Cr (Tabla 7.9), como sucede con el residuo ACL. 7.3.3. Adsorción de Ni(II) en el residuo ACL para diferentes pH En la Figura 7.28 se muestran los resultados de los ensayos de flujo con adsorción del Ni(II) para diferentes pH. Estos resultados muestran que el pH desempeña el papel predominante en el proceso de adsorción del Ni(II) como se había observado en los ensayos Batch y de flujo de los apartados 7.1 y 7.2. En la gráfica 7.28 se observa que la isoterma de adsorción es no lineal como la obtenida en los ensayos Batch. Los valores de Kf en este caso son inferiores a los obtenidos en los ensayos Batch para un pH de 6.5. La masa adsorbida en este caso es mayor que la masa retenida en los ensayos de flujo en columna de residuo cerradas realizados con HPLC (apartado 7.2) y algo mayor que la de los ensayos de Batch. Esta diferencia se debe probablemente a un incremento de la concentración de la solución y una mayor porosidad y al pH. 4500 Ni(II)- Residuo ACL 4000 3500 Sa = 653.27C w 0.2943 R2 = 0.998 Sa (mg/kg) 3000 2500 2000 Sa = 16.718C w 0.8667 Sa =1058.16*Cw0.15 1500 R2 = 0.9991 R2=0.99 pH=2,9 1000 pH=5.85 500 pH=6.5 en batch 0 0 100 200 300 400 500 600 C w (mg/L) Figura 7.28. Adsorción del Ni(II) en el residuo ACL para dos pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h y a presión atmosférica. El estudio de la adsorción del Ni(II) en función del pH ha sido tenido en cuenta por diferentes investigadores y en todos los casos se aprecia que la masa de Ni(II) adsorbida es mayor para pH entre 6-8 (Atanassova, 1999; Poulsen and Bruun, 2000). La obtención de una isoterma de adsorción no lineal para pH ácido es coherente con los resultados de �287 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) Smith et al., (1998), en estudios de adsorción en óxidos e hidróxidos donde para pH menores que 4 la isoterma de adsorción del Ni(II) es siempre no lineal. 7.3.4. Adsorción de Mn(II) en ensayos de flujo y transporte en el residuo ACL para diferentes pH El manganeso constituye el elemento menos tóxico de los 3 metales que estamos estudiando. Es un metal cuya movilidad en el medio está altamente controlada por el pH. Su solubilidad en el medio acuoso es muy baja y se ha comprobado que generalmente es adsorbido con facilidad por los óxidos e hidróxidos de hierro (McKenzie, 1980, Selim and Amacher, 1997). En la Figura 7.29, se aprecia claramente que a pH ácido 2.7 la movilidad del Mn(II) es mucho mayor y la capacidad del residuo para adsorberlo disminuye considerablemente. En este caso se puede apreciar que al parecer casi se produce la saturación de los sitios de adsorción en los dos ensayos, como lo demuestra la disminución de la pendiente de la isoterma de adsorción en la medida que aumenta la masa adsorbida. El pH determina la capacidad de adsorción del residuo ACL, pues los ensayos se han realizado a una misma concentración de metal en la solución de entrada y a una misma velocidad de flujo. La masa adsorbida en el caso del Mn(II) es también mayor que la adsorbida en los ensayos de flujo y transporte con HPLC y Batch. En este caso consideramos que influyen las mismas condiciones que en el Ni(II) y Cr(VI) 5000 Mn- Residuo ACL 4000 Sa = 988.47*C w 0.23 2 Sa (mg/kg) R = 0.98 3000 Sa = 818.04*C w 0.23 2 R = 1.00 2000 Sa =1054.45*C w 1000 pH =4.5 pH=2.5 pH=6.5 en batch 0.14 2 R =1 0 0 100 200 300 Cw (mg/L) 400 500 600 Figura 7.29. Adsorción del Mn(II) en el residuo ACL para dos pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h. �288 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) En la Tabla 7.19, se pueden apreciar los valores de la masa adsorbida en cada uno de los casos analizados para los tres metales. En el caso de la masa de soluto adsorbida en estos ensayos es mayor que la que se obtuvo de los ensayos de flujo con HPLC y los ensayos Batch, aspecto este que parece estar favorecido por la existencia de una mayor porosidad del material, además el ensayo se realizó en condiciones atmosféricas sin que existiese una presión de confinamiento como es el caso de los ensayos en las columnas con el equipo HPLC (Tablas 7.13, 7.14 y 7.15). Tabla 7.19. Principales resultados de los ensayos de flujo y transporte en columnas con diferentes pH y presión atmosférica. Metal Cr(VI) Ni(II) Mn(II) Velocidad Porosidad (cm/h) (%) 4.73 67 4.73 67 67 4.73 67 4.73 67 4.39 67 4.39 Cw mg/L 500 500 500 500 500 500 pH 8.50 2.60 5.85 2.50 4.50 2.70 Kf 387.17 825.49 653.27 7.39 988.47 818.04 n Sa (mg/kg) 0.22 0.23 0.29 1.00 0.23 0.23 1573 3500 4075 3582 4274 3361 Sa: masa adsorbida, sin realizar desorción. Los valores de la masa expresados en la Tabla 7.19 corresponden al máximo valor de la isoterma de adsorción en cada uno de los casos analizados. Se observa que el pH condiciona el comportamiento del residuo y determina de manera significativa la capacidad de éste para adsorber los diferentes metales analizados. 7.4. Influencia de la concentración de soluto en la solución acuosa (Co) sobre el proceso de adsorción en el residuo ACL De manera general la adsorción se incrementa con el incremento de la concentración de soluto en la solución cuando la isoterma de adsorción no es lineal (Condesso, 1996; Álvarez et at., 1995; Selim and Amacher, 1997). En este caso se ha realizado un ensayo de flujo y transporte con proceso de adsorción (con el dispositivo de la Figura 7.26) con Cr(VI) y otro con Mn(II) para dos concentraciones diferentes y un mismo pH, 8.5 y 4.5 respectivamente. La elección de este pH se debe a que estas especies presentan una gran movilidad en esas condiciones (Tabla 7.20). �289 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 2500 Adsorción de Cr(VI) en el residuo ACL A Sa (mg/kg) 2000 0,257 Sa = 349,95*C w 1500 R2 = 0,9882 0,2268 Sa = 387,17*C w 1000 R2 = 0,9974 Co=1000 mg/L; pH=8,5 500 Co=500 mg/L; pH=8.5 0 0 200 400 600 C w (mg/L) 800 1000 6000 B Adsorción de Mn(II) en el residuo ACL 5000 Sa (mg/kg) 1200 Sa = 1117,93*C w 0,24 R2 = 0,98 4000 3000 Sa = 818,04*C w 0,23 R2 = 1,00 2000 Co=1000 mg/L ; pH =4.5 1000 Co=500 mg/L; pH=4,5 0 0 200 400 600 C w (mg/L) 800 1000 1200 Figura 7.30. Influencia de la concentración inicial Co del soluto, sobre el proceso de adsorción del Cr(VI) y Mn(II) a un pH=8.5 y 4.5 respectivamente. Co es la concentración inicial en la solución de entrada. Cw es la concentración en la solución acuosa del efluente. Sa es la masa adsorbida. En los dos casos se puede apreciar que a mayor concentración, mayor es la adsorción aunque el pH de la solución se mantenga constante. Estos resultados de los ensayos en continuo confirman los resultados de los ensayos Batch obtenidas en el apartado 7.1. Tabla 7.20. Principales resultados de los ensayos de flujo en columnas con proceso de adsorción de metal a diferentes concentraciones iniciales en la solución (Co) y pH constante. Metal Cr(VI) Mn(II) Velocidad Porosidad Co (cm/h) (%) mg/L 4.73 67 500 4.73 67 1000 4.39 67 500 4.39 67 1000 pH Kf 8.50 387.95 8.50 349.95 4.50 818.04 4.50 1117.93 n 0.22 0.25 0.23 0.24 Sa (mg/kg) 1573 2542 4274 5838 �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 290 La masa adsorbida por el residuo ACL es mucho mayor para el Mn(II) que para el Cr(VI) como se había observado en los ensayos Batch y de flujo en columnas con HPLC. Estos resultados muestran la mayor afinidad del residuo ACL por el Mn(II) que por el Cr(VI). Esta diferencia en la masa adsorbida puede ser debida a que en los ensayos de flujo y transporte con el HPLC la porosidad es menor que la que tiene el residuo en este ensayo, pues a mayor porosidad mayor superficie de contacto y mayor masa adsorbida. 7.5. Comparación de la capacidad de adsorción del residuo con una zeolita (clinoptilolita) Se ha elegido este material ya que su uso como intercambiador iónico es una práctica habitual en el estudio de procesos de descontaminación de efluentes industriales y aguas. En Cuba, como planteamos en el Capítulo 2, se ha empleado para tratar los efluentes ácidos de los procesos metalúrgicos por lo que consideramos conveniente compararla con el residuo ACL, que al parecer es el que tiene mejores propiedades adsorbentes y de neutralización de la acidez. Considerando la capacidad de adsorción del residuo ACL se ha pensado en la posible utilización que puede tener este material o alguno similar en un futuro en el tratamiento de aguas residuales contaminadas con estos metales. Los ensayos de flujo para los procesos de adsorción de los tres metales (Cr(VI), Ni(II) y Mn(II)) usando como absorbente la zeolita, clinoptilolita y el residuo ACL se efectuaron con el dispositivo que se muestra en la Figura 7.26 usado en los otros ensayos. Las características de la columna empleada son las que se muestran en la Tabla 7.18. La solución incluye como solutos a los tres metales (Cr(VI), Ni(II) y Mn(II)) en concentraciones (mg/L) muy similares (Tabla 7.20) y con pH constante (pH=2.5), estabilizado con HNO3. En este caso se usa la misma masa de residuo que en todos los ensayos anteriores e igual masa de zeolita. La granulometría de la zeolita es inferior a los 0.03 mm. Las características del ensayo experimental en columna son las mismas que las usadas para cada metal independientemente (Tabla 7.20). �291 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 800 A Residuo ACL Sa (mg/Kg) 600 400 200 Cr(VI) Mn(II) Mn(II) 0,28 Sa = 168,34*C w Cr(VI) 0,29 R2 = 0,98 0,29 Sa = 222,14*C w R2 = 0,99 Sa = 146,97*C w Ni(II) Ni(II) R2 = 0,99 0 0 10 20 30 40 C w (mg/L) 50 60 350 B Ensayo de flujo en zeolitas 300 70 Sa (mg/Kg) 250 200 150 100 50 Cr(VI) Mn(II) Ni(II) 0 0 10 20 Mn(II) Sa = 90,502*C w 0,3233 R2 = 0,9981 Cr(VI) Sa = 77,071*C w 0,3259 R2 = 0,9986 Ni(II) Sa = 71,396*C w 0,3698 R2 = 0,9982 30 40 C w (mg/L) 50 60 70 Figura 7.31. Representación de la curva de adsorción de los tres metales a pH=2.5. A) Residuo ACL, B) Zeolita. Tanto en la zeolita como en el residuo se observó que el Cr es el primer elemento detectado en el efluente. Este resultado es coherente con los resultados obtenidos en el ensayo de flujo y transporte con los tres metales realizado con el HPLC sobre nuestras del residuo ACL (apartado 7.2). Como aspecto más significativo se puede observar que la isoterma de adsorción en los tres casos es no lineal en los dos materiales siendo el pH de la solución acuosa de 2.5 (Figura 7.31). Los valores del coeficiente de reparto (Kf) de acuerdo con el modelo de Freundlich en el residuo ACL son prácticamente el doble de los de la zeolita. El residuo adsorbe prácticamente el doble de la masa en cada uno de los metales en comparación con la zeolita ( Figura 7.31 y Tabla 7.20). �292 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 600 A Sa (mg/Kg) 500 400 Sa = 146,97*C w 0,29 R2 = 0,98 300 200 Sa = 77,071*C w 0,3259 R2 = 0,9986 Cr(VI) Residuo ACL Cr(VI) Zeolita 100 0 0 10 20 30 40 C w (mg/L) 50 60 70 600 B Sa (mg/Kg) 500 Sa = 168,34*C w 0,28 400 R2 = 0,99 300 Sa = 90,502*C w 0,3233 R2 = 0,9981 200 Mn(II) Residuo ACL Mn(II) Zeolita 100 0 0 10 20 30 40 C w (mg/L) 50 60 800 C 700 600 Sa (mg/Kg) 70 Sa = 222,14*C w 0,29 500 R2 = 0,99 400 300 200 Sa = 71,396*C w 0,3698 Ni(II) Residuo ACL Ni(II) Zeolita 100 0 0 10 20 30 C w (mg/L) 40 50 R2 = 0,9982 60 Figura 7.32. Comparación de la isoterma de adsorción de los metales en el residuo ACL y la zeolita a pH=2.5. Aunque no se pueden comparar los resultados de dos ensayos de flujo y transporte de NI para dos concentraciones diferentes (dispositivo de la Figura 7.26) se ha de señalar que la isoterma de adsorción del Ni no difiere de los resultados obtenidos para un ensayo de flujo y transporte con el Ni solo en el residuo ACL para un pH ácido. La �293 Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) isoterma de adsorción es no lineal (ver Figura 7.28 en este apartado), aunque el pH es ligeramente diferente (Figura 7.33). Tabla 7.20. Principales resultados de los ensayos de flujo en columnas con los tres metales a una misma velocidad de flujo, pH de la solución y concentración (Cw). Metal Material Velocidad Porosidad Cw pH Kf n Sa (cm/h) (%) (mg/L) (mg/kg) 4.73 67 62 2.5 146 0.29 611 4.73 67 62 2.5 77 0.32 296 Cr(VI) Residuo ACL Zeolita Clinoptilolita Ni(II) Residuo ACL Zeolita Clinoptilolita Mn(II) Residuo ACL Zeolita Clinoptilolita 4.73 4.73 67 67 67 67 2.5 222 0.29 2.5 71 0.36 732 352 4.39 4.39 67 67 62 62 2.5 168 0.28 2.5 90 0.32 513 488 Sa: es la masa adsorbida. 4000 A Residuo ACL Sa (mg/Kg) 3000 2000 pH=2,9 1000 pH=2.5 0 0 100 200 300 C w (mg/L) 400 500 600 Figura 7.33. Comparación de los resultados de dos ensayos de flujo y transporte de Ni en el residuo ACL para dos pH ácidos. 7.6. Conclusiones Durante el desarrollo de este capítulo hemos descrito tres ensayos de laboratorio con diferentes condiciones de contorno: I) Ensayos Batch (procesos de adsorción y desorción). II) Ensayos de flujo con HPLC a presión en condiciones confinadas con procesos de adsorción-desorción. III) Ensayos de flujo y transporte a presión y temperatura atmosféricas con proceso �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 294 de adsorción. Considerando los resultados obtenidos, las conclusiones de este capítulo pueden resumirse en los siguiente puntos. Ensayos Batch - Los procesos de adsorción de los diferentes metales ocurren rápidamente, el 60% de la masa total adsorbida por los residuos se produce en los primeros 5 minutos. - Los resultados de los ensayos Batch permiten concluir que la preferencia de adsorción de acuerdo a la masa retenida en el residuo ACL es Ni(II)>Mn(II)>Cr(VI), mientras que en el residuo SAL es Cr(VI)>Mn(II)>Ni(II). - Considerando la velocidad a que ocurre el proceso de adsorción en los diferentes ensayos Batch, al parecer las fuerzas de atracción electrostáticas de las partículas son las que desempeñan el papel principal en el proceso de adsorción de los diferentes metales, siendo los procesos de quimisorción muy pequeños. - Con la excepción del Ni(II) en el residuo SAL que presenta una isoterma de adsorción lineal, el resto de los metales presentan una isoterma de adsorción no lineal. En el caso del Mn(II) y el Ni(II) en el residuo ACL la isoterma es fuertemente no lineal, clasificándose como una isoterma de tipo h. - El hecho de que la isoterma de adsorción obtenida por ensayos Batch de estos metales en los dos residuos se ajusten al modelo de la ecuación de Freundlich es indicativo de que no todos los sitios de adsorción son cubiertos para las concentraciones en que se ha realizado el ensayo. - El pH del medio (residuo SAL= 4.1 y del residuo ACL= 6.1) es la propiedad que más afecta o influye sobre los valores de Kf y n. En menor medida se encuentra la concentración del soluto en la solución acuosa. �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 295 - El tiempo de equilibrio en el proceso de adsorción en el caso de los tres metales en los ensayos Batch es inferior a 8 horas. El equilibrio en la desorción es mucho más rápido para las concentraciones analizadas. -La adsorción en los ensayos Batch se incrementa con la concentración del soluto en la solución, mientras que la desorción depende del punto de partida de la isoterma de adsorción utilizado para realizar el ensayo de desorción y de la cantidad de lavados a que se someta la muestra. En algunos casos (Figura 7.6) tras la desorción, la relación entre la concentración en la solución acuosa final y la masa retenida es unívoca y lineal, en otros casos no, y esta relación depende del punto de partida de la isoterma de adsorción (Figura 7.3). - Los procesos de adsorción-desorción de los metales se caracterizan por presentar una gran histéresis. - El Ni(II) y Mn(II) presentan características de retención muy similares en el residuo ACL, por lo que puede considerarse que su comportamiento geoquímico es similar como lo denotan la forma de sus isotermas y el valor de Kf y n (Figura 7.2 y 7.5). Ensayos de flujo en columna con HPLC - En los ensayos con HPLC de flujo y transporte de los tres metales (Cr, Ni y Mn) se ha comprobado que el proceso de adsorción ocurre rápidamente, mientras que la desorción ocurre más lentamente. - La velocidad de flujo afecta los procesos de adsorción de los diferentes metales en el medio poroso. A menor velocidad las curvas de llegada de los solutos presentan una mayor cola y mayor asimetría, debido a la difusión, indicativo de un flujo y transporte de solutos en condiciones no ideales. - La realización de ensayos de adsorción-desorción con el uso de las técnicas Batch y de flujo en columnas, conduce a resultados que son congruentes. Los ensayos de flujo han permitido comprobar las resultados de los ensayos Batch donde queda demostrada la �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 296 capacidad de estos residuos para retener los metales. Esta capacidad de adsorción es fuertemente dependiente del pH de la solución electrolítica empleada. - Que el residuo ACL presente una mayor capacidad de retención de Ni(II) y Mn(II) que el residuo de tipo SAL, tanto en los ensayos Batch como en los de flujo y transporte está condicionado por su pH que es el que determina la carga de las partículas sólidas (potencial zeta) que son las que desempeñan el papel principal en el proceso de adsorción y en menor medida puede que le favorezca una ligera superioridad en su CIC y la existencia de una mayor proporción de metales amorfos. - El hecho de que los dos residuos presenten la capacidad de adsorber elementos en solución con carga negativa (CrO4=) y positiva (Ni2+ y Mn2+) está determinado por la composición mineralógica de los residuos y el punto de cero carga o potencial zeta (ZP) de sus partículas sólidas. El Fe y Al amorfos, la ferryhidrita y maghemita presentan un ZP muy alto (ZP=0 para un pH≥6.7), lo que facilita la adsorción de los iones con carga positiva (Ni2+) y Mn2+)), mientras que los minerales mayoritarios (en función del peso), hematita, goethita y gibbsita presentan un ZP más bajo (ZP=0 para pH≤4.8), lo que favorece la adsorción de los iones con cargas negativas (CrO4=). - La realización de los ensayos de flujo con varios solutos en la solución acuosa afecta a los procesos de adsorción de los diferentes metales en la solución. En el caso del Ni(II) y el Mn(II) en el residuo ACL se ha podido comprobar que se produce una disminución de la masa adsorbida al realizar un ensayo de flujo en columna con una solución con estos dos solutos. Cuando se realiza un ensayo con los tres metales, la masa de soluto retenida en el proceso de adsorción disminuye en cada uno de los solutos, además la saturación de los sitios de adsorción resulta bastante difícil debido a la competencia entre los solutos por los sitios de adsorción, al menos para las concentraciones y condiciones de flujo analizadas en este estudio. Ensayos de flujo y transporte a presión y temperatura atmosféricas con proceso de adsorción - En los ensayos de flujo que se han realizado a presión atmosférica y con una porosidad mayor, la masa adsorbida es mucho mayor que la adsorbida en los ensayos de flujo y �Capítulo 7. Movilidad de los metales Cr(VI), Ni(II) Y Mn(II) 297 transporte a presión en columnas cerradas con el uso del HPLC (Tabal 7.15) y los ensayos de Batch en un sistema cerrado. Esta diferencia puede ser debida al incremento de la concentración del soluto en la solución acuosa, una mayor porosidad del medio que condiciona una mayor superficie de contacto y el hecho de que el ensayo se realiza en condiciones de presión atmosférica. También puede influir la relación líquido/sólido/masa de soluto que en los ensayos de Batch es constante, mientras que en el ensayo de flujo y transporte el sólido que forma la matriz del medio poroso es constante, pero el líquido se renueva constantemente y la masa de soluto aumenta. - El pH constituye la propiedad de los residuos que afecta en mayor medida la masa retenida por la matriz sólida en el medio poroso. La influencia del pH sobre los procesos de adsorción ha sido comprobada tanto en los ensayos Batch, en los ensayos de flujo y transporte con el HPLC y como en los ensayos de flujo y transporte en condiciones de presión atmosférica y temperatura de laboratorio. - La adsorción del Cr(VI) y Mn(II) está condicionada por la concentración del soluto en la solución y el pH, el cual determina la movilidad de estos metales. Además el pH en el caso del Cr(VI) determina la especie iónica del medio acuoso. - La masa de metal adsorbida por el residuo ACL empleado en este estudio en los tres tipos de ensayo y bajo diferentes condiciones de contorno, es en muchos casos superior a la capacidad de retención de muchos suelos naturales y otros materiales consultados en la literatura (Tabla 7.8, 7.9, 7.10), así como la zeolita que constituye el intercambiador más usado en la descontaminación de aguas residuales ricas en metal. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 299 Capítulo 8. MODELACIÓN DEL PROCESO DE SORCIÓN EN LOS ENSAYOS DE FLUJO Y TRANSPORTE DE SOLUTOS EN COLUMNAS 8.1. Introducción Los procesos de sorción de los diferentes solutos (orgánicos e inorgánicos) en su movimiento por el medio poroso están afectados por una gran variedad de factores físicos, químicos y biológicos. En algunos casos estos procesos pueden verse afectados por las actividades antrópicas como son la agricultura, la minería y la metalurgia. La modelación numérica de estos procesos que afectan el movimiento de los solutos por el medio poroso requiere del conocimiento e identificación de esos factores y la magnitud en que afectan a cada soluto y de los diferentes tipos de mecanismos de interacción entre ellos. El estudio de flujo y transporte de diferentes solutos orgánicos e inorgánicos (contaminantes o no) con presencia de procesos de adsorción–desorción, degradación, precipitación y su correspondiente modelo matemático han sido ampliamente desarrollados por numerosos autores (Samper, 1993; Carrera y Galarza, 1993; Van Genuchten and Weringan 1977; Van Genuchten and Wagenet, 1989; Appelo and Postma, 1993; Álvarez et al., 1995; Selim y Amacher, 1997; Wang et al., 1998; Álvarez et al., 2001, Guimaraes, 2002). El uso de modelos matemáticos para ajustar los resultados experimentales de los ensayos de flujo y transporte de solutos en condiciones de laboratorio y de campo constituye una importante herramienta en la comprensión de la movilidad de los solutos en el medio poroso (Appelo and Postma, 1993; Álvarez et al., 1995; Selim and Amacher, 1997). El empleo adecuado de estos resultados constituye una información muy valiosa en los estudios de contaminación de acuíferos y puede contribuir a anticiparse a los posibles problemas de contaminación y atenuar o minimizar dentro de lo posible su impacto ambiental. Además, son herramientas para evaluar el efecto de posibles acciones antrópicas sobre el medio natural que puedan afectar las masas de aguas continentales. Existen diferentes modelos para describir el comportamiento de los diferentes solutos durante su movimiento por el medio poroso. Un resumen importante de estos modelos puede consultarse en Samper (1991), Selim and Amacher, (1997) y Tindall et al., (1999). El auge y desarrollo de los modelos matemáticos en el estudio del flujo y transporte de soluto está condicionado por la dificultad y el costo de los trabajos de campo, así como por el �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 300 hecho de que normalmente se dispone de medidas puntuales de un área determinada (acuífero, balsa de residuos, área agrícola, etc.) las cuales hay que interrelacionar. Uno de los principales problemas de los modelos matemáticos de flujo y transporte de soluto por el medio poroso es identificar la función o funciones matemáticas que permitan caracterizar adecuadamente los procesos de transferencia entre el soluto del medio acuoso y la matriz sólida del medio poroso. El desconocimiento de estos procesos es lo que hace en muchos casos difícil el poder desarrollar o escoger el modelo adecuado para el caso en concreto que se está evaluando. La descripción del proceso de flujo y transporte de solutos reactivos en el medio poroso se basa en la clásica ecuación de flujo que contempla los fenómenos de advección – dispersión, con las hipótesis de asumir equilibrio local, medio homogéneo y flujo estacionario (Appelo and Postma, 1993; Álvarez et al., 1995; Selim and Amacher, 1997). Para estas condiciones la ecuación de flujo se formula de la siguiente manera, ∂ 2Cw ∂C ∂C w =D −v w R 2 ∂x ∂t ∂x (8.1) donde R es el factor de retardo, Cw es la concentración en la solución (ML-3), D es el coeficiente de dispersión (L2T-1), v es la velocidad de flujo (LT-1), t es el tiempo (T-1) y x el espacio (L). La solución de la ecuación 8.1 considerando coeficientes constantes, reproduce muy bien los ensayos de flujo y transporte de solutos reactivos en condiciones de equilibrio (adsorción instantánea e isoterma de adsorción lineal), y no reactivos “ideales”, solutos que no son adsorbidos ni reaccionan con la matriz del medio poroso. Esta misma formulación es incapaz de reproducir los procesos de flujo y transporte de solutos que reaccionan y son adsorbidos por la matriz de los medios porosos con diferente intensidad (Wang et al., 1998). Tampoco reproduce los procesos en régimen transitorio como el que se desarrolla en la zona no saturada (ZNS). Estos casos son los más frecuente y el más observado en ensayos de campo y de laboratorio (Van Genuchten and Weringan 1977; Van Genuchten and Wagenet, 1989; Appelo and Postma, 1993; Wang et al., 1998; Álvarez et al., 2001). �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 301 Los trabajos e investigaciones de laboratorio sobre el flujo y transporte de contaminantes orgánicos e inorgánicos en medios porosos naturales (fundamentalmente suelo) son numerosos (Van Genuchten and Weringan 1977; Brusseau et al., 1992; Van Genuchten and Wagenet, 1989; Álvarez et al., 1995; Selim and Amacher, 1997; Want et al., 1998; Álvarez et al., 2001). En casi todos los casos se realiza su posterior ajuste a modelos matemáticos que incluyen la cinética de los procesos de adsorción-desorción y degradación de los solutos en el medio poroso saturado y no saturado. Entre los modelos más aplicados a los ensayos de flujo y transporte de contaminantes en columnas de suelo se encuentran los de dos sitios y dos regiones descritos en el Capítulo 4. 8.2. Selección de los modelos Los modelos seleccionados para describir los ensayos de flujo y transporte de solutos realizados en el laboratorio dependen de los solutos que se consideren. Para el caso del trazador (Pentaflurobenzoato), dado que es un soluto conservativo (Kd=0), su transporte no está afectado por ningún tipo de proceso físico – químico, ni biológicos y su flujo está controlado por los procesos de advección–dispersión, se utilizarán los modelos en condiciones de equilibrio. En los metales pesados que presentan la propiedad de reaccionar con el medio poroso, utilizaremos los modelos de dos sitios o dos regiones descritos en el Capítulo 4. La selección de estos modelos se basa en las evidencias de los ensayos de Batch y flujo donde se observa con claridad la existencia de condiciones de no equilibrio y flujo no ideal en los ensayos de adsorción y desorción realizados con estos métodos (Capítulo 7). En estos ensayos se ha podido comprobar la irreversibilidad del proceso de adsorción (histéresis) y la asimetría de las curvas de llegada de los solutos caracterizadas por una larga cola en todos los casos. La formulación de los modelos de dos sitios considera que la adsorción y desorción está controlada por procesos físicos, químicos y biológicos (en el caso de los que pueden ser biodegradados) (Van Genuchten and Wierenga, 1977; Gamerdinguer et al., 1990; Brusseau et al., 1992, Selim and Amacher, 1997; Wang et al., 1998). �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 302 La modelación se ha realizado con el modelo unidimensional UFBTC (University of Florida Break Through Curves Brusseau et al., 1992) está programado en diferencias finitas. Este modelo integra los aspectos de los modelos de dos sitios y dos regiones descritos en el Capítulo 4. Las hipótesis básicas de este modelo son: I) el medio poroso es heterogéneo y su matriz la integran diferentes componentes (minerales, materia orgánica, minerales amorfos, coloides, etc.) y II) los procesos de interacción entre el medio poroso y el soluto en el medio se producen en distinta proporción e intensidad debido a la existencia de diferentes procesos fisicoquímicos y biológicos y estos procesos se caracterizan por la existencia de histéresis de los procesos de adsorción, así como la presencia de disolución, precipitación, degradación, etc. El código UFBTC, consta de tres partes y cada parte incluye diferentes posibilidades: - El UFBTC-1 (Brusseau et al., 1989) permite modelar las curvas de paso de solutos conservativos (trazadores) y no conservativos (reactivos, biodegradables o no). Entre las tres posibilidades que contempla el código se encuentran: I- Permite modelar las curvas de paso de solutos conservativos en condiciones de equilibrio y la solución analítica que incluye es la de Brener, (1962). II- Permite modelar las curvas de paso de los solutos reactivos en condiciones de no equilibrio con proceso de adsorción en dos sitios. III- En este caso, incluye la posibilidad de usar una isoterma de adsorción no lineal descrita por el modelo de Freundlich con histéresis en el proceso de sorción y degradación de primer orden. La solución o modelo matemático que incluye es el de Van Guenuchten and Wierenga, (1977). - El UFBTC-2 (1989a), las posibilidades de esta versión son: I- En este caso permite simular las curvas de paso de los solutos para condiciones de no equilibrio con isoterma de adsorción no lineal basado en el proceso de adsorción en dos sitios y con tres fases de degradación. II- Permite modelar las curvas de paso de los solutos reactivos en condiciones de no equilibrio e isoterma de adsorción lineal con degradación del soluto. Permite considerar el modelo de dos sitios y de dos regiones para estimar los diferentes parámetros. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte III- 303 Incluye isoterma de adsorción no lineal descrita por el modelo de Freundlich con degradación del soluto e histéresis de los procesos de adsorción. La solución o modelo matemático que incluye es el la de Van Guenuchten and Wagenet (1989). -El UFBTC-3 (Wang et al., 1998), sus posibilidades son: I- Considera condiciones de no equilibrio con proceso de adsorción en dos sitios: adsorción instantánea y adsorción debido a procesos cinéticos (histéresis de los procesos de adsorción). La solución matemática que incluye es la de Brusseau et al., (1989). 8.3. Modelos matemáticos 8.3.1 Modelo en condiciones de equilibrio La hipótesis en que se basan estos modelos es la de considerar el medio poroso homogéneo, flujo estacionario y equilibrio local (Freeze and Cherry, 1979; Qinhong and Brusseau, 1994; Wang et al., 1998). La ecuación de transporte por advección - dispersión para el transporte de soluto reactivo o conservativo en condiciones de equilibrio se define como, ∂ 2 Cw ∂C ∂C R =D −v w 2 ∂t ∂x ∂x (8.2) donde Cw es la concentración en el líquido (ML3), v es la velocidad de flujo (LT-1), t es el tiempo (T), D es la dispersión (L2 T-1), x es la distancia a punto de inyección, R es el retardo. Para solutos con isoterma de adsorción lineal R se define según la siguiente ecuación (Wang et al., 1998), R = 1 + Kd ρ θ (8.3) Kd es el coeficiente de reparto o distribución, θ es el contenido volumétrico de agua (L3L-3) y ρ es la densidad seca del suelo o material empleado (ML3). �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 304 8.3.2. Modelos en condiciones de no equilibrio (modelo de dos sitios) Estos modelos presentan como hipótesis fundamental que los procesos de adsorción tienen lugar en dos sitios o regiones. La adsorción ocurre instantáneamente para una parte del soluto y para el resto se produce más lentamente, controlada por los procesos físico químicos del medio (Van Genuthen and Wierenga, 1977; Van Genuthen and Wagenet, 1989; Brusseau, 1994; Selim and Amacher, 1997; Wang et al., 1998; Álvarez et al., 2001), lo que conceptualmente se puede definir como que la concentración del soluto (Cw) en la solución acuosa está dividida en dos fracciones o sitios: Cw ⇔ S1 ⇔ S2 (8.4) S1 = Fs1 + K f Cwn (8.5) dS 2 = K 1 S1 − K 2 S 2 dt (8.6) S1 es la masa adsorbida instantáneamente de la concentración existente en la solución (sitio 1) y S2 es la masa adsorbida más lentamente debido a los procesos de quimisorción (intercambio iónico u otros procesos) (sitio dos), Fs1 es la fracción de soluto para la cual la adsorción ocurre instantáneamente (sitio uno), mientras que K1 y K2 son coeficientes de reparto de ambas fracciones y Kf y n son parámetros del modelo de Freundlich. Es de señalar que la formulación de estos dos últimos parámetros puede variar en función del tipo de isoterma que presente el soluto que se esté analizando. La ecuación de transporte de solutos reactivos en condiciones de no equilibrio puede escribirse de acuerdo a la siguiente expresión (Brusseau et al., 1989), βR ∂Cw1 1 ∂ 2Cw1 ∂Cw1 = − − w(Cw1 − Cw 2 ) − ξ Cw1 P ∂X 2 ∂T ∂X (1 − β ) R ∂C w 2 = w(C w1 − C w 2 ) − ηC w 2 ∂T (8.7) (8.8) donde T es el tiempo de residencia (L/v), X es la distancia adimensional, C1 y C2 son las �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 305 concentraciones del soluto en los sitios uno y dos respecto a la concentración Co, que es la concentración inicial de la solución que se inyecta durante el ensayo de transporte, P es el número de Peclet, β es la fracción de adsorción instantánea y w es el número de Damkholer que expresa la relación entre el tiempo de tránsito de un soluto y el tiempo necesario para que ocurra la adsorción de este. Los términos ξ y η representan los términos fuente o sumidero de pérdida o degradación de la masa de soluto en las regiones de equilibrio (S1) y no equilibrio (S2) respectivamente. Las diferentes variables o parámetros de las ecuaciones anteriores se pueden obtener de acuerdo a las siguientes formulaciones (Van Genucthen and Wierenga, 1977; Van Genucthen y Wagenet, 1989; Brusseau, 1994; Álvarez et al., 1995; Condesso, 1996; Selim and Amacher, 1997, Wang et al., 1998) son los siguientes: w = ( K 2 (1 − β ) RL) / v (8.9) T= vt L (8.10) X= x L (8.11) P= vL D (8.12) Cw1 = Cw Co (8.13) Cw 2 = S2 /(1 − F ) K LCo ) (8.14) β = Rm / R (8.15) R m = 1 + ( FρK L ) / θ (8.16) R = 1 + ( ρK L ) / θ (8.17) η = ((1 − F ) ρK L µ S L) / q (8.18) ξ = (θµ c + F ρ K L µ S ) L / q (8.19) 2 1 donde los términos S1 representan los sitios de adsorción instantánea en estado de equilibrio y S2 los sitios de no equilibrio donde la adsorción es controlada por los procesos cinéticos. R es el factor de retardo y Rm es el factor de retardo instantáneo correspondiente a la región en equilibrio. KL es el coeficiente de la isoterma de adsorción linealizada (apartado 8.3). F �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 306 es la fracción de soluto para la que ocurre la adsorción instantánea. K2 es la velocidad (ratio) de adsorción en el sitio dos. El término µ es la velocidad de degradación o pérdida constante de soluto respecto a la concentración inicial en la solución y los subíndices c, s1 y s2 representan a que fracción corresponde el factor de degradación del soluto, en la solución acuosa, en el sitio de tipo uno (1) y de tipo dos (2) respectivamente. La solución para las ecuaciones 8.7 y 8.8, se obtiene de acuerdo con las condiciones iniciales y de contorno definidas en Van Genuchten and Waguenet, (1989): si se considera un medio semi-infinito y condiciones de flujo estacionario, mientras que la masa de soluto se introduce como un flujo (Q) de manera continua o por pulso de duración to. - Condiciones iniciales: Cw(x,t)=S1(x,t)=S2(x,t)=0 0≤x<∞, t=0 (8.20) - Condiciones de contorno: ∂C w ( x, t ) = 0; x→∞; t>0 ∂x (− D ∂C w vC + vC w ) x = 0 =  o ∂x 0 (8.21) 0〈t ≤ t o t ≥ to (8.23) 8.4. Estimación o determinación de los parámetros del modelo El uso de cualquier modelo numérico para simular un experimento a nivel de campo o laboratorio requiere de la estimación de los parámetros que describen la formulación matemática del modelo. En el caso de los modelos en condiciones de equilibrio solamente es necesario definir inicialmente un valor estimado de tres parámetros: I) número de Peclet (P), factor de retardo (R) que en estos casos es igual a la unidad pues se trata de un trazador ideal, y ancho del pulso (Ap). Los modelos de dos sitios que usaremos para simular las curvas de llegada de los metales (Cr(VI), Ni(II), Mn(II)) que hemos estudiado en los ensayos de flujo y transporte en este trabajo requieren de la estimación inicial de un valor para 7 parámetros: �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 307 - El número de Peclet (P): representa la relación entre el movimiento advectivo y el dispersivo (ecuación 8.12). Su valor depende de las condiciones del medio poroso y de la velocidad de movimiento de la solución y puede variar entre cero e infinito (0≤P≥∞). Normalmente, en los ensayos en columnas en medios porosos consultados en la literatura este parámetro presenta un valor inferior a 80 (Van Genucthen and Wierenga, 1977; Van Genucthen and Wagenet, 1989; Brusseau, 1994, Selim and Amacher, 1997; Wang et al., 1998). - Factor de retardo (R): representa al proceso de adsorción en el transporte del soluto analizado (ecuación 8.17). Su valor depende generalmente de la capacidad del medio poroso para retener el soluto y en los casos de adsorción no lineal es función de su concentración, varía entre cero e infinito (0≤R≥∞). - Fracción de soluto que se adsorbe instantáneamente (β): está relacionado con la masa de soluto que se adsorbe instantáneamente. Su valor depende de las características de adsorción del soluto en el medio poroso y de los mecanismos de precipitación o degradación que puedan afectarlo y se encentra entre cero y uno (0≤β≥1). - Número de Damkholer (w): es la relación entre el tiempo de residencia y el tiempo en que ocurre la adsorción. Su valor varía entre cero e infinito (0≤ ω ≥∞). Valores muy bajos de este parámetro, especialmente inferior a uno (1), son indicativos de condiciones de no equilibrio (Brusseau and Rao, 1989). - Degradación en condiciones de equilibrio (ξ): representa la fracción de soluto que se degrada en los sitios de tipo uno (S1). - Degradación del soluto en el proceso cinético (η): indica la fracción que se degrada en las regiones de sitio dos (S2). - Tamaño del pulso o ancho del pulso (Ap): representa el intervalo de tiempo en que se ha inyectado la solución con el soluto a través del medio poroso estudiado. Su valor dependerá de las condiciones en que se hayan realizado los ensayos. En el modelo que utilizamos su valor se caracteriza en unidades de volumen de poros (Vp). �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 308 8.4.1. Determinación de KL y R para los modelos de dos sitios En el caso de los solutos conservativos, como es el caso de los trazadores, el valor de R es la unidad porque Kd=0. Para los solutos o elementos químicos que son afectados por los procesos de sorción, es necesario conocer la isoterma de adsorción y la concentración del soluto en la solución para tener un valor estimado de R. Las isotermas de adsorción no lineal obtenidas en los ensayos de Batch se ajustaron a la ecuación del modelo de Freundlich para los tres metales en el residuo ACL y para el Cr y el Mn en el residuo SAL. Del ajuste a la ecuación de Freundlich se obtienen los valores de Kf y n necesarios para estimar el valor inicial de R que se introduce en el modelo. Los valores de Kf y n para los metales con adsorción no lineal se pueden determinar por la ecuación de Freundlich en su forma logarítmica (ecuación 8.24) o por un ajuste mediante mínimos cuadrados (Figuras 7.2, 7.5 y 7.8). La expresión de Freundlich en su forma logarítmica es: logSa = logKf + nlogCw n≠1 (8.24) Si se tiene en cuenta que la isoterma de adsorción de los tres metales [Cr(VI), Mn(II) y Ni(II)] en ACL y dos metales [Cr(VI) y Mn(II)] en SAL presentan un comportamiento no lineal, es necesario usar un método para proceder al tratamiento de la no linealidad del proceso de adsorción con el objeto de tener una estimación del valor de R. Existen diferentes métodos para proceder a tratar la no linealidad de la isoterma de adsorción que pueden consultarse en Selim and Amacher, (1997). En nuestro caso usaremos el método de la secante. Se realiza la transformación de la isoterma no lineal a una isoterma lineal (Rao, 1974), KL=KfCwn-1 (8.25) en este caso, el factor de retardo se determina de acuerdo a la siguiente expresión, RL=1+(ρKL)/θ (8.26) Los valores de Kf y n se obtienen de la Figura 8.1. Los valores de KL y RL obtenidos para los diferentes metales empleados en los ensayos de flujo y transporte de soluto se muestran en la Tabla 8.1. En el caso del Ni(II) para el residuo SAL la isoterma de adsorción es lineal por �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 309 lo que los valores de Kf y n se obtienen directamente del ajuste de la isoterma (Figura 8.1). 600 4,0 Ni(II) - Residuo ACL log Sa Sa (mg/kg) 3,5 log(Sa) = 0.15*log(C w ) + 3.02 3,0 Ni(II)- Residuo SAL 500 R 2 = 0.99 400 Sa=0.77*C w 300 R 2 =0.99 200 100 Adsorción Adsorción 0 2,5 0 1 2 log C w 3 0 4 200 300 C w (mg/L) 400 500 4 4 Mn(II)- Residuo SAL Mn(II)- Residuo ACL 3 3 log Sa log(Sa) = 0.14*log(C w ) + 3.02 log Sa 100 R 2 = 0.99 2 2 log(Sa) = log(C w ) + 1.00 R 2 = 1.00 1 1 Adsorción Adsorción 0 0 0 1 log C w 2 0 3 1 2 3 log C w 3 5 Cr(VI)- Residuo ACL Cr(VI)- Residuo SAL 4 log Sa log Sa 2 log(Sa) = 0.48*log(C w ) + 1.47 R 2 = 0.99 1 3 log(Sa) = 0.2636*log(C w )+ 2.66 2 R 2 = 0.9988 1 Adsorción Absorción Adsorción 0 0 0 1 2 3 log C w 0 1 log C w 2 3 Figura 8.1. Representación de las isotermas de adsorción según la ecuación de Freundlich. En el caso del Ni(II) en el residuo SAL la isoterma es lineal. 8.4.2. Determinación del valor de D, P, ω y β. Los valores de P y D se han obtenido de los ensayos de flujo y transporte de solutos realizados con el trazador Pentafluorobenzoato (PFBA). Para obtener estos valores la curva de paso del trazador se ha ajustado con el modelo de equilibrio local (modelo UFBTC-1). �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 310 Los parámetros de entrada en este modelo son el ancho del pulso (Ap), P y R. A partir del valor de P se obtiene el valor de D. El valor de R es considerado igual a uno pues el PFBA es considerado un soluto ideal (conservativo) y el ancho del pulso (Ap) es conocido de los ensayos de flujo. Tabla 8.1. Valores de Kf, n, KL y R. Para el caso del níquel la isoterma es lineal por lo que no se calcula KL. Residuo Metal L ρ KL RL θ Cw n Kf 3 3 3 (cm) (g/cm ) cm /cm (mg/L) ACL SAL Mn(II) Cr(VI) Ni(II) Mn(II) Cr(VI) Ni(II) 10 10 10 10 10 10 2.17 2.17 2.17 2.17 2.17 2.17 0.61 0.61 0.61 0.60 0.60 0.60 266.00 247.00 416.00 254.00 920.00 534.77 0.14 0.46 0.15 0.60 0.26 1.00 1054.00 30.35 1057.00 17.78 461.50 0.77 8.66 1.55 6.28 1.94 2.96 0.77 23.15 4.96 17.06 5.98 8.59 3.78 En el caso del valor de β (fracción a la que ocurre la adsorción instantánea) un valor inicial para comenzar el ajuste al modelo lo representa el valor de βR; cuando R=1, este valor se corresponde con el volumen de poros en el que aparece por primera vez el trazador, en el caso de que la dispersión hidrodinámica sea despreciable (Paker and Van Genuchten, 1984). El valor de β en nuestro caso se ha determinado aproximadamente a partir de los ensayos de Batch pues se corresponde con la fracción de la masa del soluto que alcanza el equilibrio instantáneamente. El valor de β también se puede calcular matemáticamente si se conocen las diferentes variables de la ecuación 8.15. Existen diferentes modelos para el ajuste matemático de ese parámetro (Álvarez et al., 1995; Wang et al., 1998). El valor de número de Damkohler representa la relación entre el tiempo de residencia y el tiempo en que ocurre la adsorción en el la matriz sólida del medio poroso estudiado. Si se conoce el tiempo para el que ocurre la adsorción en un determinado medio se puede calcular su valor, pues el tiempo de tránsito lo determina la velocidad a que se realice el ensayo de flujo y transporte. En nuestro caso se ha estimado un valor inicial a partir de los ensayos de adsorción en función del tiempo realizados con cada metal. También el valor de w se puede obtener por ajuste de mínimos cuadrados o con interacción con el modelo con test de prueba y error. Para la estimación de los valores β, w, η, ξ, también existen programas de ajuste por mínimos �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 311 cuadrados como CFITM (Van Genuchten, 1981; Wang et al., 1998), que permiten obtener una estimación inicial de estos parámetros a partir de la curva de llegada del soluto. 8.5. Análisis de los resultados del ajuste de las curvas de paso del Pentafluorobenzoato (PFBA) La determinación de las características de la columna se realizó mediante los ensayos con trazador. En la Figura 8.2 se puede ver que la curva de paso del trazador presenta un solo pico y es casi simétrica y sigmoidal, lo que permite asumir que el empaquetamiento de la columna es homogéneo y el ensayo se desarrolla en condiciones de equilibrio, así la simulación numérica se puede realizar con la ecuación de flujo 8.2, para condiciones de equilibrio. El factor de retardo en estas condiciones es igual a uno y el máximo de la curva de paso se encuentra muy próximo a la unidad (Tabla 8.2). El ajuste de P se ha realizado con la solución analítica de Brenner, (1962), mediante el uso del modelo UFBTC-1, en una dimensión. En todos los casos se aprecia un buen ajuste del modelo a los resultados experimentales. Estos resultados son indicativos de que el flujo y transporte del PFBA por la matriz de los residuos no están afectados al parecer por ningún tipo de proceso físico – químico. Tabla 8.2 Características de las columnas usadas en los ensayos de flujo con el PFBA (condición de flujo estacionario, medio isótropo y en condiciones de equilibrio) y parámetros del modelo de equilibrio local. θ v D P Residuo Φ L ρ R (cm3/ cm3) (cm/h) (cm2/min) (cm) (cm) (g/cm3) 1 8 0.012 2.17 0.61 1.2 ACL 1.6 5 1 15 0.153 14.0 10 1 36 0.180 39.0 10 1 7 0.014 2.17 0.60 1.2 SAL 1.6 5 1 13 0.176 14.0 10 1 33 0.196 39.0 10 Donde Φ: es el diámetro de la columna; L: es la longitud de muestra de suelo; ρ: es la densidad seca del residuo; θ es el contenido volumétrico de agua; D es la dispersión; P es número de Peclet; R: es el factor de retardo; v es la velocidad. Los valores de P y D de los ensayos de flujo y transporte realizados en los dos residuos dependen de la velocidad y como se puede ver son similares en los dos residuos. La similitud de estos valores se debe a que las características físicas del medio poroso en los dos residuos son parecidas (Tabla 8.2, Capítulo 6). El hecho de que la curva de paso del �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 312 trazador PFBA en su salida sea tan vertical es indicativa de que el flujo está controlado por la advección, fundamentalmente en el ensayo a velocidad más elevada. 0,08 Ensayo de trazador con PFBA en el residuo ACL A 0,07 R =1 0,06 v=1.2 cm/h; P=8; L=5 cm Modelo v=14 cm/h; P=15; L=10 cm Modelo V=39 cm/h; P=36; L=10 cm Modelo 0,05 Cw/Co Ap =0.041 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Vp 0,08 B Ensayo de trazador con PFBA en el residuo SAL 0,07 R =1 0,06 v=1.2 cm/h; P=7; L=5 cm Modelo v=14 cm/h; P=13; L=10 cm Modelo v=39 cm/h; P=33; L=10 cm Modelo 0,05 Cw/Co Ap =0.041 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Vp Figura 8.2. Comparación de los resultados del ajuste de los ensayos de flujo y transporte de PFBA en las columnas de residuos. A) Ensayos en el residuo ACL. B) Ensayos en el residuo SAL. Vp: volumen de poros; Cw/Co: Concentración relativa. El número de Peclet es una medida de la advección frente al flujo dispersivo, en este caso se ha podido comprobar que a mayor velocidad aumenta la dispersión. En todos los casos evaluados el flujo es mayoritariamente controlado por la advección. Este valor de la dispersión tan pequeño nos muestra una mayor aproximación al flujo de pistón. Se puede �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 313 apreciar que a menores velocidades se produce un incremento de las colas en la curva de llegada, las cuales son ligeramente inferiores a las obtenidas en la simulación (velocidad 1.2 y 14 cm/h). El máximo de la curva de llegada del trazador en todos los casos se encuentra ligeramente a la derecha del valor de un volumen de poros, lo que puede ser indicativo de existencia de un pequeño retraso por difusión en la matriz del sólido. En todos los ensayos, el modelo de equilibrio local se ajusta muy bien a los datos experimentales. Las mayores dificultades del ajuste se encuentran en la cola donde generalmente el modelo queda por encima de los datos experimentales. 8.6. Modelación de la curva de llegada de los ensayos de flujo y transporte de los tres metales En la simulación de los ensayos de flujo y transporte hay que introducir los valores de la concentración del soluto y el tiempo, la concentración inicial del soluto, R, P y w. En la simulación siempre se parte de un valor inicial para cada parámetro de entrada. El valor inicial de R es el obtenido con los parámetros del modelo de Freundlich a partir del ajuste de las isotermas de adsorción de cada metal como resultado de los ensayos en Batch. En el caso del número de Peclet se utilizarán los valores obtenidos en los ensayos de trazador para cada una de las velocidades. Los valores de los restantes parámetros se ajustarán de acuerdo a los valores estimados a partir de los datos disponibles. Los ensayos de flujo y transporte de los tres metales en los dos residuos se han realizado con inyección en continuo de 91 volúmenes de poro de solución con el soluto para el proceso de adsorción y con inyección en continuo de 127 volúmenes de poro de solución sin soluto en el proceso de desorción. El procedimiento ha sido siempre el mismo para las diferentes velocidades con el objetivo de tratar de saturar los sitios de adsorción y poder comparar los resultados. En los análisis de simulación se consideró degradación del soluto pero para todos los casos la simulación ajustaba para valores de degradación inferiores al 0.002 % de la masa, a partir de este valor las curvas de ajuste se separan de los datos experimentales. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 314 8.6.1. El ensayo de flujo y transporte del Ni(II) con procesos de adsorción y desorción. Para la obtención de la curva de paso o llegada del Ni(II) se realizaron los ensayos de flujo y transporte en los dos residuos metalúrgicos (ACL y SAL). La adsorción del níquel ocurre rápidamente al igual que en los ensayos Batch, la curva es asimétrica y presenta una gran cola. Se puede apreciar que la curva de paso del efluente a través del residuo ACL y SAL presenta un marcado carácter vertical a la salida del contaminante indicativo de un flujo de pistón con predominio al parecer de la advección. A Ni(II) Residuo ACL Parámetros del model de flujo y transporte R =17 Kf =1057 n =0.15 Ap =91 β =0.80; 0.77; 0.72 1,0 C/Co Cw/Co 0,8 v=1.2 cm/h; P=8; w=2; L=5 cm Modelo v=14 cm/h; P=15; w=1; L=10 cm Modelo v=39 cm/h; P=36; w=0.06; L=10 cm Modelo 0,5 0,3 0,0 0 50 100 150 200 250 Vp 1 B Ni(II) Residuo SAL Parámetros del modelo de flujo y transporte β = 0.78 n= 1 K f = 0.77 Ap= 91 Cw/Co 0,8 0,6 v=1,2 cm/h; P=7; w=0,1; L=5 cm 0,4 Modelo 0,2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 8.3. Simulación de la curva de paso del NI(II) en los dos residuos mineros, con el modelo de dos sitios UFBTC que incluye las condiciones de adsorción no lineal y no equilibrio. A) Residuo ACL y B) residuo SAL. El valor de β en los ensayos de flujo y transporte por el residuo ACL experimenta una variación en el caso de las dos velocidades extremas equivalente al 6%. El menor valor se corresponde con el ensayo de mayor velocidad para el caso del residuo ACL. Este mismo �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 315 efecto se aprecia en el caso del valor de w donde se obtiene una variación de un orden de magnitud entre las dos velocidades extremas (Figura 8.3A). Aunque el residuo SAL en el caso del Ni(II) presenta una isoterma de adsorción lineal la obtención de un valor de β menor que uno es una confirmación que el proceso de flujo y transporte se desarrolla en condiciones no ideales o “no equilibrio”. Este mismo resultado lo muestra el valor de w que es menor que uno. Los resultado del ajuste de los ensayos se muestran en la Tabla 8.3. El problema del ajuste con el modelo se centra en la cola de la curva de llegada correspondiente al ensayo de desorción. En la Figura 8.3 se aprecia claramente que la saturación de los sitios de adsorción está ligeramente afectada por la velocidad. El factor de retardo para el Ni(II) es tres veces mayor en el residuo ACL con relación a su valor en el residuo SAL. El hecho de que el Ni en el residuo SAL presente un valor de F que sea el doble del valor de β se debe a que presenta una isoterma de Tipo C: Las isotermas de tipo C, no son más que las isotermas lineales, donde se mantienen en equilibrio la masa del soluto en la solución acuosa y la masa de soluto adsorbida en la matriz sólida, sin que se puedan especificar los mecanismos de adsorción entre el soluto y el adsorbente (Sparks, 1995). La existencia de una isoterma lineal es indicativo de que los sitios de adsorción permanecen constantes, o sea que a medida que se adsorbe el soluto más sitios o lugares de adsorción se van creando. Esta isoterma es también un indicativo de que el soluto puede entrar a regiones inaccesibles para el solvente. Giles et al., (1960), plantea que el soluto entra más fácil a la matriz sólida que el solvente. Según este autor normalmente este tipo de isoterma se mantiene constante hasta un determinado valor de concentración en que la curva cambia bruscamente de pendiente y adquiere en su parte superior una meseta completamente horizontal. Existen determinadas condiciones en el medio poroso que favorecen la existencia de isotermas de tipo C: a) existencia de moléculas muy flexibles en el medio poroso debido a diferentes grados de cristalización de los minerales que lo forman (presencia de minerales amorfos, materia orgánica, etc.); b) mayor afinidad del soluto con el sustrato que con el solvente; c) gran poder de penetración del soluto en la matriz debido a sus características fisicoquímicas y d) la existencia de determinadas condiciones en la estructura cristalina de los sólidos que permitan su adsorción. Como hemos podido ver todas estas condiciones anteriormente descritas están presentes en el residuo SAL. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 316 8.6.2. El ensayo de flujo y transporte del Mn(II) con procesos de adsorción y desorción En el caso de la curva de llegada del Mn(II) se puede apreciar por el valor de R igual a 24 que los residuos presentan una gran capacidad de adsorción de este metal. En la Figura 8.4 se aprecia que la saturación de los sitios de adsorción (Cw/Co=1) es afectada por la velocidad de flujo. La simulación de la curva de paso del Mn(II) en los dos residuos mineros, el modelo de dos sitios UFBTC-3 que incluye las condiciones de adsorción no lineal y no equilibrio (histéresis del proceso de adsorción) presenta un buen ajuste, siendo menos preciso en la parte del proceso de desorción. En el caso del Mn(II) sucede lo mismo que en el Ni(II), el valor de R es muy superior al que se obtiene para el PFBA (R=1). Esta diferencia es debido a la existencia de condiciones de flujo y transportes no ideales. El valor de R es 4 veces mayor en el residuo ACL con respecto al valor de R en el residuo SAL. En este caso esta diferencia está controlada por el valor del pH, pues a pH ácido la movilidad del manganeso es mucho mayor (Saparks, 1995, Tan, 1994). La adsorción en los dos residuos presenta isotermas de adsorción no lineal que generalmente son indicativas de condiciones no ideales o de “no equilibrio” en los procesos de adsorción en condiciones de flujo y transporte de solutos. Los resultados del ensayo de flujo y el valor de los parámetros de modelo β y w confirman estas condiciones durante la realización del ensayo de flujo y transporte del Mn para las velocidades de 14 y 39 cm/h en el residuo ACL y para 1.2 cm/h en el residuo SAL. Cuando el valor de w es menor que uno, según los diferentes estudios consultados equilibrio (Sparklet et al., 1975, Paker and Van Genuchten, 1984; Álvarez et al., 1995; Álvarez et al., 2001), es un indicativo de la existencia de un proceso de flujo y transporte en condiciones no ideales. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 1,0 A Mn(II) Residuo ACL Parámetros del modelo de flujo y transporte R =24 Kf =1054 n =0.14 Ap =91 β =0.8; 0.77; 0.72 0,8 Cw/Co C/Co 317 v=1.2 cm/h; P=8; w=1; L=5 cm Modelo v=14 cm/h; P=15; w=0.17; L=10 cm Modelo v=39 cm/h; P=36; w=0.06; L=10 cm Modelo 0,6 0,4 0,2 0,0 0 50 100 150 200 250 Vp 1 B Mn(II) Residuo SAL Parámetros del modelo de flujo y transporte R =6 β =0.78 n =0.6 Ap = 91 Cw/Co 0,8 0,6 v=1,2 cm/h; P=7; w=0,1; L=5 cm 0,4 Modelo 0,2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 8.4. Simulación de la curva de paso del Mn(II) en los dos residuos mineros, con el modelo de dos sitios: UFBTC que incluye las condiciones de adsorción no lineal y no equilibrio. A) Residuo ACL. B) Residuo SAL. 8.6.3. El ensayo de flujo y transporte del Cr(VI) con procesos de adsorción y desorción En el caso del cromo sucede lo contrario de lo visto en el Ni y el Mn, en este caso el factor de retraso es 2 veces mayor en el residuo SAL con respecto al residuo ACL. Esta diferencia es debido al pH pues a pH ácidos la movilidad del cromo hexavalente es mucho menor. En el caso del cromo se puede observar que el valor de β es superior a 0.7, en los dos residuos lo que es indicativo de que los sitios de adsorción en equilibrio representan un porcentaje importante. El valor de F es muy similar, lo que indica que la fracción de la masa de soluto que se adsorbe rápidamente es muy importante y que esta adsorción �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 318 instantánea es la que determina en cierta medida el porcentaje de los sitios de adsorción que está en equilibrio. Al igual que en los otros metales en el caso del Cr el valor del factor de retardo está determinado principalmente por la adsorción instantánea, pues como se ha visto en los ensayos Batch la adsorción ocurre muy rápidamente. 1,0 A Cr(VI) Residuo ACL Parámetros del modelo de flujo y transporte R =5 Kf =30.35 n =0.46 Ap =91 β =0.8; 0.77; 0.72 Cw/Co 0,8 0,6 v=1.2 cm/h; P=8; w=1; L=5 cm Modelo v=14 cm/h; P=15; w=0.32; L=10 cm Modelo v=39 cm/h; P=36; w=0.05; L=10 cm Modelo 0,4 0,2 0,0 0 50 100 150 200 250 Vp 1 Cr(VI) Residuo SAL B Parámetros del modelo de flujo y transporte R =9 β =0.78 n =0.26 Ap =91 0,8 Cw/Co 0,6 v=1,2 cm/h; P=7; w=0,01; L=5 cm 0,4 Modelo 0,2 0 0 50 100 150 200 250 Vp Figura 8.5. Simulación de la curva de paso del Cr(VI) en los dos residuos mineros, con el modelo de dos sitios, UFBTC que incluye las condiciones de adsorción no lineal y no equilibrio. A) Residuo ACL. B) Residuo SAL. 8.6.4. Discusión de los resultados de modelación de los ensayos de flujo y transporte de metales Las curvas de llegada de los solutos (metales) son asimétricas, presentando una gran cola. El uso de un modelo con adsorción no lineal y condiciones de no equilibrio UFBTC-3 describe o simula la curva de llegada de los tres metales. Este modelo reproduce con �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 319 bastante exactitud la curva de llegada del los diferentes solutos, lo que indica que la existencia de una cola tan larga es el resultado de la no linealidad de los procesos de adsorción–desorción comprobado en los ensayos Batch (Capítulo 7). Tabla 8.3. Tabla resumen de los parámetros utilizados para el ajuste de las curvas de llegada de los ensayo de flujo y transporte de los tres metales en las columnas de residuo ACL y SAL. Metal Residuo Vpi Vpd v R β w Rm K2 F ξ η P Vp Vp cm/h Mn(II) ACL Ni(II) SAL ACL Cr(VI) SAL ACL SAL 91 127 1.2 14.0 39.0 1.2 1.2 14.0 39.0 1.2 1.2 14.0 39.0 1.2 8 15 36 7 8 15 36 7 8 15 36 7 24 0.80 0.77 0.72 6 0.78 17 0.80 0.77 0.72 6 0.78 5 0.80 0.77 0.72 9 0.78 1.0 0.17 0.06 0.1 2.00 1.00 0.06 0.10 1.00 0.32 0.05 0.01 19.20 18.48 17.28 4.68 13.60 13.09 12.24 4.68 4.00 3.85 3.60 7.02 0.050 0.043 0.035 0.018 0.141 0.358 0.049 0.018 0.240 0.390 0.139 0.001 0.83 0.80 0.75 0.74 0.80 0.76 0.71 1.46 0.77 0.73 0.66 0.79 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Vpi, es volumen de poros de inyección(adsorción); Vpd, es volumen de poros de inyección de solución sin soluto (desorción). El hecho de que el valor de β sea significativamente menor que uno (β<1) es indicativo de condiciones de flujo en régimen de no “equilibrio” o flujo y transporte de soluto no ideal. Los resultados de un valor de β superior al 0.7 en los dos residuos es una muestra de que más de un 70% de adsorción de la masa de soluto ocurre instantáneamente. Este valor de β nos indica además que los sitios de adsorción donde se ha alcanzado el equilibrio son un porcentaje muy elevado del total de sitios existentes. Con el incremento de la velocidad de flujo en el ensayo realizado en el residuo ACL se aprecia que el valor de β disminuye un 6% indicativo de un incremento de las condiciones de no equilibrio, debido a que el tiempo de tránsito del soluto por el medio es mucho menor, por lo que disminuye la adsorción del soluto analizado. También del valor de β se puede deducir que un valor de aproximadamente entre el 20 y 28% de la masa de soluto adsorbida puede estar controlada por los sitios de tipo dos (S2), donde la transferencia de masa entre la solución y el sólido está controlada por los procesos cinéticos o quimisorción. El valor de w nos da cuenta de la velocidad con que se alcanza el equilibrio. El hecho de tener un valor de w inferior a 1 en los ensayos de los tres metales en el residuo SAL y de los �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 320 ensayos de Mn y Cr para velocidades de 14 cm/h y en los ensayos de los tres metales en el residuo ACL para la velocidad de 39 cm/h es indicativo de que el medio no está en equilibrio, debido a que la adsorción ocurre en dos sitios o dos regiones. Esto hace suponer que la fracción de soluto que se adsorbe en los sitios de tipo dos (S2) está controlada por el proceso cinético, el cual necesita de un mayor tiempo para alcanzar el equilibrio. Se aprecia que en la medida que se aumenta la velocidad del ensayo de flujo y transporte el valor de w es menor lo que muestra un alejamiento de las condiciones de equilibrio. En estudios de flujo y transporte de solutos orgánicos e inorgánicos en suelos naturales siempre que el valor de w es pequeño (menor que uno) se consideran condiciones de no equilibrio (Sparklet et al., 1975, Paker and Van Genuchten, 1984; Álvarez et al., 1995; Álvarez et al., 2001). Para el factor de retardo (R) se ha comprobado en los casos de que n es menor que 1 que el valor de R depende de la concentración como sucede en los diferentes trabajos consultados (Selim and Amacher, 1997, Wang et al., 1998). En todos los metales analizados el valor de R es superior a 5 indicativo de las buenas propiedades de adsorción que presentan estos residuos. Aunque este parámetro se ha considerado constante durante la simulación, en las Figuras 8.3, 8.4 y 8.5 y Tabla 8.3, se puede comprobar que está ligeramente afectado por la velocidad. El aumento de la velocidad disminuye considerablemente el tiempo de tránsito y con ello el tiempo de interacción sólido-soluto para que ocurra la adsorción. Los mayores valores de R se obtienen para los metales que presentan un valor de n menor y un mayor valor de Kd. El valor del coeficiente de adsorción instantánea F es muy similar a el valor de β con la excepción del Ni en el residuo SAL, donde su valor es el doble del valor de β, esta diferencia es debida a que el Ni en el residuo SAL tiene una isoterma de adsorción lineal. El valor de F superior a 0.7 en todos los metales con isoterma de adsorción no lineal, muestra que de la masa de soluto adsorbida (más del 70%), ocurre instantáneamente. El valor de Rm, revela claramente que la componente del valor de retardo equivalente a los sitios de adsorción en estado de equilibrio es superior al 70% del valor total de R en los tres metales (Ni, Cr y Mn) analizados y para los dos residuos. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 321 El valor K2, para las mismas condiciones de ensayo en el caso del manganeso es de 0.05 para el residuo ACL y de 0.018 para el residuo SAL, como se puede ver en el residuo ACL es más de dos veces el valor obtenido para SAL. En el residuo ACL se puede apreciar una pequeña disminución del valor de K2 en función de la velocidad a que se realice el ensayo, para los tres metales, siempre que las condiciones de longitud de la columna de residuo y la velocidad de flujo sean las mismas. El hecho de que para ajustar el modelo a los datos experimentales en el caso de los dos residuos los términos fuente o sumidero ξ y η (debido a la degradación del soluto) son considerados igual a cero (menor de 0.002), nos muestran que aparentemente los solutos utilizados no sufren ningún tipo de degradación. Estos valores corroboran la información obtenida mediante el empleo del microscopio electrónico sobre la composición de la matriz del sólido empleado en los ensayos de flujo y transporte de los tres metales, donde no se observó ninguna precipitación de los metales en otro tipo de minerales (Capítulo 7). Estos resultados unidos a la velocidad con que ocurre la adsorción son indicativos de que el metal es adsorbido al parecer en la superficie de las partículas sólidas debido a la acción de las fuerzas electrostáticas (potencial zeta de las partículas sólidas). El ajuste mejor logrado es el del Ni(II) en el residuo SAL, esto es probablemente debido a que este presenta una isoterma de adsorción y desorción lineal aunque hay histéresis en el proceso de adsorción y resulta mucho más fácil de simular por el modelo numérico que cuando hay un marcado proceso de histéresis en el proceso de sorción pero que sus isotermas son diferentes en cada proceso como es el caso de los otros dos metales en el residuo SAL y de los tres metales en el residuo ACL que presentan isoterma de adsorción no lineal y desorción lineal. Las curvas de ruptura de los tres metales indican que el comportamiento de estos durante el flujo y el transporte de contaminantes es no ideal. El uso de modelos que incluyen la adsorción no lineal y que el proceso ocurre en dos sitios (diferentes intervalos de tiempo) indican que el proceso de adsorción no lineal es la causa principal de que se obtenga una gran cola en la curva de llegada. �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 322 Lo que más llama la atención dentro de estos ensayos es la capacidad de estos residuos para retener los solutos, lo que queda demostrado con el elevado valor del factor de retardo (R) en todos los solutos expresado en volúmenes de poros es siempre superior a 5 Vp (Tabla 8.3). 8.7. Conclusiones Los resultados de los ensayos de flujo con procesos de adsorción–desorción nos permiten llegar a las siguientes conclusiones. - El PFBA es un buen soluto para ser utilizado como trazador en el conocimiento de las propiedades del medio poroso. Su análisis resulta muy económico y se detecta para concentraciones muy bajas de 0.001 mg/L. - El uso de los modelos de equilibrio para simular los resultados del ensayo con el trazador es muy bueno para la parte de la curva correspondiente al ensayo de adsorción y bueno en el caso de la parte de la curva que corresponde al ensayo de desorción, aunque en este caso se queda un poco por encima en la cola de la curva de llegada o paso del soluto. La causa de esta pequeña cola se debe a la dispersión y al posible efecto de la difusión en la matriz que sufre el soluto conservativo. - La velocidad de flujo afecta la curva de llegada del trazador, a medida que disminuye la velocidad la curva pierde simetría y aumenta la cola. - La velocidad de flujo afecta al proceso de adsorción y la forma de las curvas de llegada de los diferentes solutos. En todos los casos se aprecia la existencia de asimetría y una gran cola. - Los resultados de los ensayos de Batch muestran una buena predicción de los resultados del factor de retraso (R) en el caso de los tres metales, para los dos residuos. - La velocidad de flujo afecta los principales parámetros del modelo β, w, P y R. Los parámetros P y w dependen directamente de la velocidad. De los parámetro del modelo los �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 323 más afectados por la velocidad a que se realiza el ensayo de flujo y transporte son β y R. La diferencia del valor de β entre las dos velocidades extremas es del 6% para el residuo ACL. La afectación del valor de R es pequeña entre las dos velocidades extremas del ensayo de flujo y transporte en el residuo ACL, debido a que la velocidad con que ocurre la adsorción de la masa de soluto es muy rápida. - La obtención de un valor estimado de β entre 0.72 y 0.78 en todos los casos sugiere que los sitios de adsorción de la masa de residuo que rellena la columna en estado de equilibrio es menor del 80% del total. - Los valores de F son similares a los de β en los tres metales en el residuo ACL y en el Mn y en el Cr en el residuo SAL (Tabla 8.3). En el caso del Ni en el residuo SAL es prácticamente el doble de β indicativo de que al parecer en el residuo SAL durante el proceso de adsorción se mantienen constantes los sitios de adsorción en la matriz del medio poroso, fenómeno característico de los materiales que presentan isoterma de adsorción lineal (isotermas de tipo “C”, Clasificación de Giles et al, 1960). - Considerando el criterio de número de Damkholer (w) para definir si el proceso de adsorción en los ensayos de flujo y transporte se desarrolla en condiciones de equilibrio o no equilibrio es necesario que este sea mayor que uno. Se puede apreciar que este criterio en el residuo SAL indica que no existen condiciones de equilibrio para los tres metales, pues el valor de w es siempre menor que uno para una velocidad de 1.2 cm/h, mientras que en el caso del residuo ACL es dominante para los ensayos de gran velocidad 39 cm/h en los tres metales (Ni, Cr y Mn) donde w<0.05 y para el caso de la velocidad de 14 cm/h en los ensayos de flujo y transporte del Mn y Cr donde w<1. - El valor de Rm factor de retraso instantáneo correspondiente a la región o sitios en equilibrio es muy grande y prácticamente constante para cada metal en el residuo ACL, con una ligera disminución en función de la velocidad del ensayo del flujo y transporte (Tabla 8.3). - La estimación del valor de la relación o ratio de adsorción K2 en los dos residuos es variable con valores entre 0.018 y 0.001 hr-1 en el residuo SAL y entre 0.39 y 0.018 hr-1 en �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 324 el residuo ACL y es al parecer en la mayoría de los casos dependiente de la velocidad del ensayo de flujo y transporte del soluto (Tabla 8.3). - El uso de los modelos de dos sitios (UFBTC) que incluyen los proceso de sorción con diferentes proporción e intensidad (adsorción física, química, etc.) e histéresis para modelar los resultados de los ensayos de flujo y transporte de los tres metales en el medio poroso (en los dos residuos) dan resultados satisfactorios en la simulación de las curvas de llegada de los metales obtenidos en el laboratorio. - El resultado del uso de los modelos de “Dos sitios” confirma las observaciones de los ensayos de Batch y flujo y transporte de solutos, así como los resultados de análisis semicuantitativo por microscopio electrónico de barrido de las muestras de residuo una vez realizados los ensayos, donde se pudo comprobar la existencia de una masa de soluto adsorbida que resulta prácticamente irreversible. Se observó como el proceso de adsorción tiene dos componentes, una física (adsorción instantánea por fuerzas electrostáticas) que es el principal para más del 70% de la masa del soluto adsorbido y una cinética, para el resto de la masa. La masa adsorbida depende un poco de la velocidad del flujo y del tiempo de residencia del soluto en el medio. - Al modelo le resulta mucho más difícil reproducir los resultados del proceso de desorción debido a que la cinética del proceso de desorción es mucho más lenta que la del proceso de adsorción. - Los ensayos pueden ser modelados con valores de los términos fuente o sumidero ξ y η iguales a cero. Ello indica que, al parecer los solutos utilizados no sufren ningún tipo de degradación o precipitación. Estos valores corroboran la información obtenida mediante el empleo del microscopio electrónico sobre la composición de la matriz del sólido empleado en los ensayos de flujo y transporte de los tres metales, donde no se ha observado ninguna precipitación de los metales como otros minerales. Estos resultados son indicativos de que el metal es adsorbido en la superficie de las partículas sólidas. - La existencia de un transporte de solutos no ideal se debe principalmente a la irreversibilidad del proceso de adsorción y en menor medida está condicionada por el tiempo en que ocurre este proceso. El proceso o efecto más destacable es la irreversibilidad �Capítulo 8. Modelación del proceso de sorción en los ensayos de flujo y transporte 325 de los procesos de adsorción–desorción (histéresis) y la capacidad de estos residuos para adsorber los tres metales, fundamentalmente para el Ni(II) y Mn(II) en el residuo ACL. - Los resultados indican que la existencia de procesos de adsorción no lineal es la principal causa de un proceso de flujo y transporte de soluto por el medio poroso en condiciones no ideales, mientras que la existencia de un proceso de interacción con distinta proporción e intensidad entre el soluto de la solución y el sólido desempeña un papel secundario. - Los resultados obtenidos durante la realización de los ensayos de adsorción-desorción en un sistema cerrado (Batch) y en un sistema abierto (condiciones de flujo) muestran que los residuos tienden a retener los metales en la matriz del medio poroso, lo que denota una gran limitación en la movilidad de estos en el medio poroso, valor de R>5, para todos los metales en los dos residuos. Finalmente es de señalar que se han usado otros modelos (AQUITRAQ (Marzal, 1992), y Álvarez et al., 1995) para tratar de reproducir los resultados experimentales de los solutos considerándolos como reactivos (metales Ni, Cr y Mn) pero los resultados obtenidos no han sido coherentes con los experimentales. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 327 Capítulo 9. INFLUENCIA DEL COMPORTAMIENTO HIDROMECÁNICO DE LOS RESIDUOS MINERO-METALÚRGICOS EN EL FLUJO Y TRANSPORTE DE SOLUTOS 9.1. Introducción Gran parte de los estudios de flujo y transporte de solutos en el medio poroso en condiciones saturadas y no saturadas se han desarrollado en columnas de materiales porosos en el ámbito de laboratorio (Sharma and Lewis, 1994; Pennell, et al., 1994; Álvarez et al., 1995; Gomis_Yagües et al., 1997; Muñoz et al., 1997; Selim and Amacher, 1997; Perin et al., 1997; Kedziorek et al., 1998; Carvalho et al., 1998; Wang et al., 1998; Hollenbeck and Jensen, 1998; Rooney et al., 1998; Iqbal, 1999; Paseka et al., 2000; Yeh et al., 2000; Yong et al., 2001; Ursino et al., 2001). El empleo de estas técnicas, basadas en el principio de transferencia de masa en los medios porosos, permite llevar a cabo experimentos controlados que proporcionan información sobre las condiciones de flujo y los mecanismos de transporte y reactividad de los solutos. El flujo y transporte de solutos en el medio poroso en condiciones reales es dependiente de la estructura del material y en su estudio pueden considerarse tres situaciones generales: 1- Distribución uniforme del material o medio homogéneo. 2- Distribución no uniforme del material o medio heterogéneo. 3- Medio heterogéneo u homogéneo y presencia de discontinuidades (fracturas, macro poros, etc.). En los estudios de campo y en el laboratorio se ha comprobado que cuando el flujo y transporte de los solutos reactivos se realiza por el medio poroso homogéneo, la velocidad del movimiento de estos es muy baja, debido a los diferentes procesos que actúan sobre el soluto entre los que se encuentran la precipitación, intercambio, degradación, etc. (Álvarez et al., 1995, Wang et al., 1998). Sin embargo, cuando flujo y transporte se desarrollan debido al flujo preferencial a través de discontinuidades, el flujo y el transporte de los solutos ocurre mucho más rápido que el observado en el medio poroso (Tsang, 1993; Jørgensen et al., 1998; Tindall et al., 1999; Iqbal, 1999). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 328 A continuación se describe un ensayo hidromecánico en una columna de residuos mineros en la que se ha realizado un ensayo de flujo y transporte en condiciones de flujo y transporte no ideales y con presencia de flujo preferencial. Las condiciones de contorno están bien delimitadas y controladas a nivel de laboratorio con el objetivo de asegurar el conocimiento de aquellos factores que pueden tener una mayor incidencia en el flujo y transporte de solutos. 9.1.1. Procedimiento de ensayo de los residuos mineros en columnas El estudio del comportamiento hidromecánico se realizó con el residuo metalúrgico ACL de la industria cubana del níquel caracterizado en los Capítulos 6 y 7. El ensayo se desarrolló con la columna de la Foto 9.1 cuyas características de funcionamiento y composición han sido detalladas en el Capítulo 3. El ensayo consta de varias etapas o fases: 1- Calibración y puesta a punto de todos los sensores, para las características de este material, y el equipo de adquisición de datos (Anejo 4). 2- Llenado de la columna con el residuo capa a capa con control de la evaporación, la retracción, la succión, la temperatura, la humedad relativa y el contenido volumétrico de agua. 3- Saturación de la columna y control en profundidad de la evolución de la succión, la humedad, la temperatura y la consolidación 4- Medida de la permeabilidad. 5- Ensayo de flujo y transporte con los solutos conservativos y reactivos. 6- Secado de la columna. A efectos de poder comparar los resultados experimentales, se realizó una segunda columna de las mismas dimensiones pero construida con un solo vertido de residuo, la cual se dejó consolidar. En esta columna se realizaron los ensayos de flujo y transporte al igual que la agrietada. Al terminar los ensayos de flujo y transporte se realizó el proceso de secado y se pudo comprobar que para estas condiciones no se produce la formación de fisuras, aunque la columna experimenta retracción. La medida de las propiedades físicas de esta columna se realizó en tres perfiles en la vertical al igual que la columna grande. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 329 Esto nos permite obtener las características físicas de densidad y permeabilidad de una muestra de residuo con porosidad inicial similar a la que presenta la columna de residuos estratificada, pero sin fisuras. Conociendo los valores de la densidad de esta columna se fabricaron columnas de pequeño diámetro de características similares a esta en las que se realizaron ensayos de flujo y transporte de solutos en condiciones saturadas. 9.2. Llenado de la columna, saturación y medida de la permeabilidad 9.2.1. Llenado de la columna La preparación de la muestra que se encuentra en el interior de la columna se realizó por capas y la relación sólido-líquido utilizada es similar a la utilizada para verter los residuos metalúrgicos en el área de estudio. En este caso se empleó en cada capa una mezcla de 2300 g del residuo sólido y 3300 cm3 de agua. Esta proporción de sólido está calculada para lograr capas de un espesor entre 20 y 27 mm, considerando la retracción que experimentan estos residuos al ser vertidos en forma de lodos (6-8%, Capítulo 6) y al secarse rápidamente en un ambiente de laboratorio (humedad relativa del aire de 60±5% y temperatura de 22±2 oC). El aire que realiza la evaporación del agua en cada capa de residuo (vertida en forma de lodo en la columna) circula a una velocidad de 2 m/s por la parte superior (esta es la velocidad media del aire en la zona donde están depositados los residuos, ver Capítulo 1). La temperatura media de la masa de aire se mantiene a 26±0.5 oC, la cual se controla por un termómetro situado en la parte superior de la capa de residuo que se está secando. La mezcla (residuo más agua) de la primera capa se vierte en el interior de la columna y se inicia el secado que se prolonga durante una semana hasta que el peso del material tiende a estabilizarse. Durante el secado se controla la humedad y el tiempo en que se produce la formación de las fisuras. En cada capa se dibuja un esquema de la distribución de las grietas de desecación. Durante el tiempo de consolidación y secado de cada capa se controla la retracción en la dirección vertical (con un LVDT) y la pérdida en peso (con una célula de carga) de la capa de residuo que se está secando. La pérdida en peso representa el volumen de agua evaporado. Durante el proceso de secado se controla además la succión, la temperatura, la variación del contenido volumétrico de agua en la muestra y la humedad relativa. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 330 Al cabo de una semana se vierte una nueva masa de la mezcla (agua más residuo) de idéntica composición sólido-líquido que la anterior y se sigue el mismo procedimiento y así sucesivamente hasta confeccionar una columna de 11 capas que alcanzan una altura Depósito de agua Sensor elctroválvula Electroválvula de 29 cm. Bombilla Piezómetro Ordenador Higrómetros Filtros TDR Célula de carga Salida del agua Tensiómetro Foto 9.1. Disposición de la columna para el estudio de las propiedades hidromecánicas de los residuos. La distribución de los sensores se ha realizado en forma de espiral y ninguno intercepta ni la primera capa ni la última, con el objetivo de evitar que el agrietamiento de las capas se produzca siempre en una misma situación. En la Figura 9.1 se aprecia la ubicación de cada uno de los sensores con relación a las capas que conforman la muestra del residuo. Al culminar el proceso de llenado de la columna con el residuo, se desarrolló la saturación de ésta, mediante la aplicación de una recarga de 0.3 cm3/cm2/min. La saturación de la columna se realizó con la misma solución electrolítica (KNO3 a 0.1 mM) empleada en los ensayos Batch y los de flujo y transporte de solutos descritos en el Capítulo 7. El uso de la solución electrolítica permite estabilizar la fuerza iónica de las partículas del medio y garantizar una buena agregación de las partículas del sólido. �7º niv el 10º n ivel el niv 2º 13º nivel Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 331 5º niv el l nive 4º 8º nive l 1º nivel el 11º niv 15º nive l el niv 14º º 12 Ø10 11.43 261.43 SP 150 TN 107.14 135.71 T 92.86 207.14 164.29 121.43 250 42.86 235.71 192.86 TN 50 1 78.57 2 TDR TDR T T SP 36.43 3 T SP 6 4 Ø8 V SP 7 5 V 64.29 14.29 Ø18 20cm La dist ancia sera de 48° TDR TN 9 8 10 178.57 10 el niv 20 11 ivel 9º n 6º nivel 3º niv el 12 0 PP 0 10 20cm CC Figura 9.1. Ubicación de los sensores con relación a cada capa que forma la columna de residuos. Los números de la izquierda indican la posición de cada una de las capas de residuo. CC: célula de carga, TN: tensiómetro, PP: placa porosa, TDR: transductor de medida del contenido volumétrico de agua, T: termómetro, SP: psicrómetro, V: higrómetro. Una vez terminado el proceso de saturación de la columna con las 11 primeras capas y pasadas 48 horas desde el inicio del proceso de saturación se vertió en la parte superior de la capa 11 una nueva capa de residuo (la 12) de igual características que las anteriores (2300 g de sólido y 3300 cm3 de líquido). Esta capa se dejó consolidar durante 4 semanas con una lámina de agua en superficie de 6 mm, altura que permaneció constante durante todo el período que duró el ensayo de permeabilidad. La función de esta capa era sellar las grietas de la capa 11 y evitar la entrada por flujo preferencial del trazador y los diferentes solutos de una manera directa en las grietas. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 332 Así se garantizaba una entrada uniforme en toda la superficie de la columna, con el objeto de poder aplicar la hipótesis de flujo de pistón. La medida de la permeabilidad se realizó a gradiente constante, para ello se efectúa la toma de muestra del caudal saliente a diferentes intervalos de tiempo hasta que se comprueba que el caudal está estabilizado y a partir de ese momento se controla el caudal de salida en función del tiempo y luego se calcula la permeabilidad del medio. 9.3. Resultado de las medidas efectuadas durante el proceso de montaje de la columna por capas 9.3.1. Evaporación Durante el ensayo de secado de cada una de las capas se controla la pérdida en peso de agua en función del tiempo. En la Figura 9.3 se puede apreciar que la velocidad de pérdida de peso por evaporación en cada una de las capas es similar. El ritmo de evaporación está controlado por la humedad relativa, la temperatura y la velocidad del aire en contacto con el residuo. 70 60 50 40 Humedad relativa en (%) Temperatura en grados centígrados Capa 2 30 20 0 1 2 3 4 5 6 7 Tiempo (días) Figura 9.2. Representación gráfica de la temperatura y humedad relativa en la superficie de la muestra de residuos durante el montaje de la capa 2. Si superponemos las medidas de la pérdida en peso por unidad de área de la muestra ensayada en condiciones de atmósfera de laboratorio a humedad relativa del aire de 60±5% y temperatura de 22±2 oC y las de una de las capas de la columna de residuos, se puede comprobar que en ambos casos la pérdida en peso por unidad de área en función del tiempo es una línea recta, aunque la velocidad de secado en una capa de suelo en el ambiente del laboratorio es mucho más lenta que en el interior de la columna de residuo. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 333 20 Capa 11 Capa 10 Capa 8 Capa 9 Capa 5 Capa 4 Capa 3 Capa 2 30 Capa 1 Peso (kg) 40 Capa 7 Capa 6 50 Peso de la columna vacía 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tiempo (días) Figura 9.3. Medidas de la pérdida de peso por evaporación en función del tiempo en cada una de las capas de suelo colocadas en la columna. Esta diferencia en la velocidad de secado se debe a la diferencia en la masa de aire que está en contacto con la muestra, pues en el caso de la columna de residuo, la masa de aire se renueva constantemente debido a la velocidad del aire que circula por encima y la temperatura de éste es 4 grados superior a la del laboratorio (Figura 9.4A). Estos resultados son coherentes con los de Blight (1997), quien comprobó que para diferentes condiciones de contorno en la superficie del material la pérdida de agua en suelos naturales era siempre lineal para capas de material de pequeño espesor. Tiempo (horas) 0 20 40 60 80 100 120 140 2 Pérdida de agua por unidad de área (g/cm ) 0.0 1.0 y = 0.0072x - 0.0153 R2 = 0.99 2.0 y = 0.0297x - 0.0025 R2 = 0.97 3.0 4.0 5.0 Capa 2 en la columna de diámetro 285 mm: h=25.5 mm Formación de la fisura Bandeja en el laboratorio: h=16 mm Figura 9.4A. Pérdida de agua por unidad de área en la capa 2 de la columna de residuo y en una bandeja de residuo en el laboratorio en condiciones de humedad relativa similares, la temperatura 4 grados más baja y sin viento. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 334 9.3.2. Retracción El estudio de la retracción de un material constituye uno de los principales fenómenos a considerar cuando se evalúan sus propiedades hidromecánicas. En la Figura 9.4B se puede apreciar la retracción de cada una de las capas que conforman la columna de residuo. Para cada capa (desde la 1 a la 11), se ha medido la retracción en la vertical durante el proceso de secado por evaporación y el área de grietas al final del secado de cada capa. En todas las capas se observa que el material presenta una gran capacidad de retracción que puede llegar a 2.5 mm en la vertical. Esta retracción se debe a la deformación de la última capa colocada ya que puede decirse que en las capas inferiores el cambio de volumen debido a la nueva capa colocada puede considerarse despreciable. Esta retracción representa una variación media de la altura superior al 8.2% en cada capa. Los datos correspondientes al contenido volumétrico de agua en cada capa en el momento de formación de la fisura indican que las grietas de desecación en las diferentes capas de residuo aparecen para valores de saturación muy altos, superiores al 85%. Tiempo (min) 10 100 1000 10000 0.0 Retracción (mm) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Capa 1 Capa 2 Capa 3 Capa 4 Capa 5 Capa 6 Capa 7 Capa 8 Capa 9 Capa 10 Capa 11 3.0 Figura 9.4B. Resultados de la retracción vertical durante el proceso de secado de cada capa de la columna de residuos. Estos resultados de las características de retracción, deformación del material durante el secado y humedad a que se forman las fisuras por desecación son coherentes con los obtenidos en los ensayos de retracción realizados en las bandejas ranuradas y en las muestras cilíndricas analizadas en el Capítulo 6. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 335 Para obtener los resultados de la densidad que se muestran en la Tabla 9.2. en cada capa de material vertida en el interior de la columna se medía la altura de ésta y como se conoce el diámetro de la columna y el volumen de sólido vertido se determinaba la densidad. Además al final del ensayo se realizaron los tres perfiles en la vertical en el interior de la columna donde se tomaron muestras en cada una de las capas y se efectuó la medida de la densidad y de la humedad en el momento de desmontar cada una de las columnas. En la Figura 9.5 se puede apreciar que la densidad seca de cada capa en la columna de residuo varía muy poco con la profundidad (entre 1.34-1.41 g/cm3) (Tabla 9.2), lo que al parecer indica que el proceso de consolidación inicial que experimenta la capa de suelo por retracción es el que controla la densidad seca final de la muestra. Si se mide la densidad seca en las zonas de las capas de residuo que no se han agrietado se puede ver que la densidad es mayor que la densidad media (de tres puntos por capa) calculada para toda la capa con un valor entre 1.43 y 1.45 g/cm3. Estos últimos valores de densidad se corresponden con los observados en los ensayos de retracción desarrollados en el laboratorio sobre muestras más pequeñas (Capítulo 6). Tabla 9.2. Principales características finales de las capas de residuo que conforman la columna. P H Capas (cm) (cm) A (cm2) V (cm3) Ws (g) ρd (g/cm3) N=3 1.41 1.40 1.39 1.38 1.37 1.37 1.36 1.36 1.35 1.35 1.34 1.34 η Ww (g) w Ag (cm2) Vg (cm3) 1 -30.31 2.55 637.94 1626.75 2300 0.64 1047.40 0.46 48.80 124.45 2 -27.76 2.58 637.94 1645.89 2300 0.65 1066.54 0.46 49.38 127.39 3 -25.18 2.59 637.94 1652.27 2300 0.65 1072.92 0.47 49.57 128.38 4 -22.59 2.62 637.94 1671.41 2300 0.65 1092.06 0.47 50.14 131.37 5 -19.97 2.63 637.94 1677.79 2300 0.65 1098.44 0.48 50.33 132.38 6 -17.34 2.64 637.94 1684.16 2300 0.66 1104.82 0.48 50.52 133.39 7 -14.70 2.65 637.94 1690.54 2300 0.66 1111.20 0.48 50.72 134.40 8 -12.05 2.66 637.94 1696.92 2300 0.66 1117.58 0.49 50.91 135.41 9 -9.39 2.67 637.94 1703.30 2300 0.66 1123.96 0.49 51.10 136.43 10 -6.72 2.69 637.94 1716.06 2300 0.66 1136.72 0.49 51.48 138.49 11 -4.03 2.68 637.94 1709.68 2300 0.66 1130.34 0.49 52.06 139.51 12 -1.35 2.70 637.94 1722.44 2300 0.66 1143.10 0.50 ------Total 1461.6 P: profundidad de la superficie, H: espesor, A: área, V: volumen, Ws: peso de los sólidos, ρd: densidad seca, η: porosidad, Ww:: peso de agua y w: humedad, Ag: área de grietas, Vg: volumen de grietas. Si se realiza el llenado de la columna con una mezcla de residuo de iguales características que la usada en cada una de las capas pero con un solo vertido, se puede ver que salvo en la zona superficial, la densidad alcanzada tras 60 días de secado a �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 336 través de la superficie es mayor que en el caso de la muestra construida capa por capa. Por otra parte, la variación de la densidad con la profundidad es más acusada en la muestra continua procedente de un solo vertido (Figura 9.5). Esto parece indicar que en este caso, la rigidez es menor y se produce un proceso de consolidación en condiciones saturadas que conduce a densidades más altas a medida que aumenta la profundidad del material que conforma la columna. En definitiva el cambio de volumen por consolidación en la muestra continua saturada es mayor que el cambio de volumen por retracción de las muestras construidas capa a capa. 1.32 0 1.34 Densidad seca (g/cm3) 1.36 1.38 1.4 1.42 1.44 Profundidad (cm) -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 Muestra procedente de un solo vertido Muestra formada por capas agrietadas Figura 9.5. Variación de la densidad seca de la muestra en la columna de residuo con la profundidad. En la Figura 9.6 se puede apreciar que la distribución de las grietas en cada una de las capas no está estrechamente relacionada con la disposición de las grietas de la capa subyacente o precedente. Tampoco se aprecia una distribución relacionada con la posición de los sensores. Sin embargo, en todos los casos se ha observado la existencia de determinados sectores donde se produce un contacto directo o intersección entre los planos de grietas de la capa superior y la capa que le subyace (Figura 9.7). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 337 Foto 9.2. Grietas de desecación y precipitación de sales debido a la evaporación en la superficie de la capa 11 de la muestra de residuo. Nótese la presencia de un gran número de fisuras. Si representamos en un esquema la disposición de las grietas que conforman cada una de las capas agrietadas de la muestra se obtiene la Figura 9.7, donde se observa con claridad que los planos de grietas están interconectadas por más de 7 puntos entre capa y capa. En ninguno de los casos se observa una superposición total de una grieta para dos capas consecutivas. En algunas zonas de la pared de la columna se puede observar la coincidencia en la parte exterior de la columna de más de una grieta en la vertical (Figura 9.8). �Capa 1 Capa 4 Capa 7 Capa 10 Capa 2 Capa 5 Capa 8 Capa 11 Punto C Punto B Punto A Punto C Punto B Punto A Punto C Punto B Punto A Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 338 Capa 3 Capa 6 Capa 9 Capa 12 Figura 9.6. Disposición de las grietas en cada una de las capas que conforman la muestra de residuo. El trazo más grueso se corresponde con la grieta formada inicialmente. Los puntos A, B y C representan las zonas de muestreo en cada capa de residuo que forma la columna resultados en la Tabla 9.2. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 339 Capas 1-2 Capas 2-3 Capas 3-4 Capas 4-5 Capas 5-6 Capas 6-7 Capas 7-8 Capas 8-9 Capas 9-10 Capas 10-11 Figura 9.7. Superposición de las capas por parejas donde se aprecian los puntos de contacto entre las grietas de ambas capas. El color más claro corresponde a la capa superior. �Punto C Punto B Punto A Punto B Punto A I Punto C Punto C Punto B Punto A Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 340 Punto C Punto B Punto A II Figura 9.8. Esquema de la distribución exterior de las grietas en cada una de las capas de la columna de residuo en que se ha realizado el ensayo de flujo y el de flujo y transporte. I) Vista frontal y II) Vista trasera. Si se superponen en un gráfico isométrico todos los puntos de unión entre las diferentes capas, se puede observar que la conexión entre las fisuras es por determinados sectores aunque el mayor número de puntos de interconexión se encuentra en el área central (Figura 9.9). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 341 II I I´ A II´ Capas 10-11 Capas 9-10 Capas 8-9 Capas 7-8 Capas 6-7 B Capas 5-6 Capas 4-5 Capas 3-4 Capas 2-3 Capas 1-2 Capas 10-11 Capas 9-10 Capas 8-9 Capas 7-8 C Capas 6-7 Capas 5-6 Capas 4-5 Capas 3-4 Capas 2-3 Capas 1-2 Figura 9.9. Representación de los puntos de interconexión entre capas (1-2, 2-3,3-4, 4-5, 5-6, 67, 7-8, 8-9, 9-10, 10-11. A) Isométrico, B) Sección I-I´ y C) Sección II-II´. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 342 Como se puede ver en la Figura 9.10, el número de puntos o sectores de grietas con contacto entre dos capas consecutivas no es constante, aunque en todos los casos es mayor que 7. Sin embargo, el área de agrietamiento es muy parecida en cada una de las 11 capas analizadas (Tabla 9.2). El hecho de que el área de grieta sea muy similar en cada capa garantiza un volumen de poros rellenos con el material de residuo vertido en la nueva capa que le sobreyace muy similar en cada una de ellas. 0 Altura de la columna (cm) -5 Capa10-11 Capa 9-10 Capa 8-9 Capa 7-8 Capa 6-7 Capa 5-6 Capa 4-5 Capa 3-4 Capa 2-3 Capa1-2 -10 -15 -20 -25 -30 -35 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Número de intersecciones entre fisuras Figura 9.10. Número de sectores de los planos de grietas donde se produce una intersección entre dos capas consecutivas. 9.3.3. Ensayo de saturación Una vez terminado el llenado de la columna y comprobado que se había estabilizado el peso (Figura 9.11), la humedad en todo el perfil vertical de la columna, como lo muestran los datos del TDR (Figura 9.12) y los de succión (Figura 9.13), se procedió a su saturación con una recarga de la misma solución electrolítica (KNO3 0.1 mM) que la empleada en los ensayos de Batch, los ensayos en columnas con HPLC y en columnas abiertas (Capítulo 7). La recarga aplicada inicialmente sobre la superficie de la columna fue de 0.3 cm3/cm2/minuto (Q=190 cm3/minuto). Este caudal permitió que al cabo de 10 minutos de iniciado el proceso de saturación se formara sobre la columna una capa de agua de 2 mm de altura. Posteriormente esta altura se mantuvo constante con el suministro de agua de la electroválvula comandada por un sensor de nivel de agua hasta los 1000 minutos. A partir de ese momento se elevó la posición del sensor de la electroválvula y se incrementó el nivel de agua sobre la superficie de la columna hasta 80 mm (Figura 9.11). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 343 50 Célula de carga Llenado de los poros pequeños 45 Peso (kg) Llenado de los macroporos (fisuras) 40 Agua en la superficie de la muestra 35 Peso antes de iniciar el proceso de saturación 30 1 10 100 1000 Tiempo (minutos) Figura 9.11. Incremento en peso de la columna de residuos durante el proceso de saturación. Durante el tiempo de saturación se llevó un control del incremento del peso de la muestra (volumen de entrada de agua), humedad relativa en la superficie de la muestra, evolución de la humedad de la muestra, succión, temperatura impuesta en superficie, temperatura en el interior de la muestra y de la consolidación del residuo. El control se realizó a intervalos de lectura de 10 minutos, al igual que durante el proceso de montaje de la columna capa por capa. La evolución del peso en la columna (Figura 9.11) muestra que inicialmente el volumen de agua que entra aumenta rápidamente, como lo muestra la pendiente de la curva. Este volumen de agua que entra inicialmente se considera está asociado a la saturación de los macroporos existentes en la columna, pues como se puede ver, a partir de los 10 minutos de iniciado el proceso de saturación se produce una estabilización de la curva del volumen de agua que entra a la columna. Esto parece indicar que el volumen de grietas que se indica en la Tabla 9.2, es mucho menor que el real, lo que muestra la existencia de un volumen importante de macroporos no detectados como grietas, pero que si pueden estar como microgrietas en cada una de las capas de residuo. Los resultados de la evolución del contenido de humedad, de acuerdo con los datos de los TDR, situados en el interior de la muestra de residuo que rellena la columna, muestran que al parecer existe un flujo preferencial. Si se observa en la Figura 9.12B), �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 344 el comportamiento del TDR-2 y TDR-3 inicialmente se produce una evolución de la humedad como si se tratara de un flujo de pistón hasta los 607 minutos (Figura 9.12). A partir de ese momento se produce un cambio en el contenido de humedad en el TDR-3, el cual registra que la muestra de residuo situada a -27.9 cm de profundidad se humedece más rápidamente que el residuo situado en la zona intermedia TDR-2 a -16.5 cm. En el caso del TDR-1 se observa una evolución normal del contenido de humedad, como cabría esperar para la aplicación de una recarga de agua continua en la parte superior de una muestra de un material poroso no saturado sumergido bajo el agua. 45 A Llenado de los poros más pequeños Humedad (%) 40 35 30 Llenado de los macroporos (fisuras) 25 20 TDR-1 a la profundidad de 6.5 cm TDR-2 a la profundidad de 16.5 cm TDR-3 a la profundidad de 27.9 cm 15 0 200 400 600 800 1000 1200 Tiempo (min) Tiempos en minutos 0 B t=0 Profundidad (cm) -5 TDR-1 t=6 t=15 -10 t=24 -15 t=297 TDR-2 t=607 -20 t=667 t=737 -25 t=1057 TDR-3 t=1077 -30 15 20 25 30 35 40 45 50 Humedad (%) Figura 9.12. A) Evolución de la humedad en función del tiempo en tres puntos a diferentes profundidades de la columna de residuo durante el ensayo de saturación (son valores promedios). B) Evolución de la humedad con relación a la profundidad para determinados momentos del ensayo de saturación que se muestra de manera continua en la parte superior (Figura 9.12A). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 345 Los resultados de detección de flujo preferente en una columna rellena con un material poroso con el uso de TDR obtenidos en este trabajo son coherentes con los obtenidos por Persson and Berndtson, (1997) y los de Alemi-Ichola, (1998) en columnas de suelo no saturados. En la Figura 9.13, se observa como el incremento de la humedad relativa (HR) se produce muy rápidamente como sucede con la humedad registrada por el TDR-1 (Figura 9.12) y la succión del psicrómetro SP1 (Figura 9.14). Este incremento se debe a la cercanía de los hidrómetros (sensores de HR y temperatura) con la parte superior de la columna por donde se produce la recarga del medio poroso no saturado. Primero responde el sensor más superficial, prácticamente a los 6 minutos se produce un ligero incremento de la humedad relativa, mientras que el higrómetro más profundo responde a la variación de humedad pasados los 10 minutos de iniciado el proceso de saturación de la columna. Se observa como a partir de los 50 minutos los dos sensores están marcando una humedad relativa del 100%. Humedad relativa del aire (%) 100 90 80 70 60 Higrómetro a la profundidad de -10.8 cm Higrómetro a la profundidad de -5.4 cm 50 1 10 100 1000 Tiempo (min) Figura 9.13. Evolución de la humedad relativa en dos puntos en profundidad de la columna de residuos. En la Figura 9.14 se muestra la evolución de la succión en profundidad de la columna de residuo para diferentes intervalos de tiempo durante el proceso de saturación (ciclo de mojado). El control de la succión se realizó con 4 psicrómetros con cápsula de cerámica en la columna de residuo a diferentes profundidades. Como se puede ver en la evolución de la succión se aprecia inicialmente un comportamiento normal a cuando se inicia el proceso de saturación por una recarga de agua continua en la superficie de una �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 346 muestra de material poroso no saturado. A partir de los 607 minutos se aprecia un cambio en el comportamiento de la succión en la parte inferior de la columna (psicrómetro 3 y 4), donde la succión disminuye más rápido que en el psicrómetro 2 (Figura 9.14). Este comportamiento en la succión es similar al observado en el caso del TDR3 (Figura 9.12), lo que constituye un indicativo de la existencia de flujo preferente en la columna de residuo estudiada. Parece ser que a partir de un tiempo, alrededor de 10 horas, el agua hubiera encontrado un camino preferencial para llegar a la parte baja de la columna de residuos. Entonces si esto es así, se produce la saturación de la placa porosa situada en la base de la columna de residuos. La placa porosa sirve para repartir fácilmente el agua de forma uniforme por toda la base de la columna, iniciándose un proceso de flujo ascendente, desde la base de la columna hacia la parte central motivado por los gradientes de succión. Esto se traduce en un aumento de la velocidad de entrada de agua en la columna que puede observarse a los 500 minutos en la Figura 9.11. 0 Tiempo en minutos -5 t=0 t=15 t=24 t=159 t=507 t=607 t=667 t=737 t=297 Profundidad (cm) -10 Sp1 -15 Sp2 -20 Sp3 Sp4 -25 -30 -35 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Succión (MPa) Figura 9.14. Evolución de la succión en función del tiempo en el interior de la columna durante el proceso de saturación (valores promedios). Las medidas de la succión se realizaron con el psicrómetro. Sp, psicrómetro. A partir de los datos de succión medidos con los psicrómetros instalados en la columna, el índice de poros (e) correspondiente a la zona de la columna donde se encuentra y la curva de retención determinada para diferentes índices de poros en el Capítulo 6, se puede obtener el grado de saturación del material que rellena la columna (Figura 9.15). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 347 En la figura se incluyen también puntos obtenidos con medidas directas de la succión utilizando psicrómetros, tensiómetros y medidas del grado de saturación calculados a partir del valor del contenido volumétrico de agua en el residuo medido con TDR. Se puede apreciar que los dos resultados son coherentes, aunque la posición de los psicrómetros y los TDR en el perfil de la columna en profundidad es diferente. En la Tabla 9.3, se relacionan los parámetros que definen la curva de retención obtenida a partir de los datos de succión medidos durante el ensayo de saturación. Para el ajuste de los resultados se empleó la ecuación de Van Genuchten (1978), definida en el Capítulo 6 como la ecuación 6.2. De la curva de retención se observa que el valor de entrada de aire de este material es pequeño, coherente con lo observado en las muestras pequeñas analizadas en el Capítulo 6. La presencia de un bajo valor de entrada de aire facilita la evaporación del agua. 1.00 Succión (MPa) 0.10 0.01 Valor de la succión medida con los psicrómetros Succión medida con los tensiómetros Succión calculada a partir de la humedad medida en el TDR Modelo de Van Genuchten 0.00 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Grado de saturación Figura 9.15. Curva de retención del ciclo de mojado, elaborada con las medidas de los psicrómetros, tensiómetros y el TDR utilizados durante el proceso de saturación de la columna de residuos. Tabla 9.3. Valores de Po y λ obtenidos del ajuste de la curva de retención (Figura 9.15). Índice de poros (e) 1.78-1.94 Ensayo Humedecimiento Po (MPa) 0.109 λ 0.379 �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 348 Si se superponen los resultados de las curvas de retención durante los ciclos de mojados obtenidas en los ensayos realizados con muestras pequeñas y analizados en el Capítulo 6 y los medidos en la columna grande durante el proceso de saturación, se puede apreciar la coherencia de los resultados obtenidos (Figura 9.16). La diferencia que se aprecia, es debido a que el índice de poros (e) de la columna grande no es completamente homogéneo y en cada uno de los puntos medidos es ligeramente inferior que las muestras estudiadas en el laboratorio. 1.00 Succión (MPa) 0.10 0.01 Valor de la succión medido con los psicrómetros Succión calculada a partir de la humedad medida con TDR Succión medida con los tensiómetros Modelo de Van Genuchten 0.00 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Grado de saturación Figura 9.16. Curva de retención del ciclo de mojado, elaborada con las medidas del psicrómetro sobre muestras individuales y la obtenida en la columna durante la saturación. Si se representan las medidas de los diferentes sensores (TDR, psicrómetros e higrómetros) obtenidas durante el procesos de saturación de la columna de residuos expresadas en contenido volumétrico de agua, se puede obtener el perfil de humedades en la vertical (Figura 9.17). En los perfiles de humedad para diferentes intervalos de tiempo, se aprecia con mayor claridad la existencia de flujo en las dos direcciones, debido a que el agua que circula por los caminos preferentes llega a la parte baja de la muestra y al encontrar la piedra porosa se satura y permite una distribución uniforme en la base de la muestra, que facilita el flujo ascendente debido a los gradientes de succión (Figura 9.14 y 9.17) �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 349 0 Tiempo en minutos t=0 -5 V TDR-1 t=6 Profundidad (cm) t=15 -10 V Sp1 Sp2 -15 t=24 t=159 TDR-2 t=297 t=507 -20 Sp3 t=607 t=667 Sp4 -25 t=737 TDR-3 t=1057 t=1077 -30 15 20 25 30 35 40 45 50 Humedad (%) Figura 9.17. Perfil de humedad en profundidad a diferentes intervalos de tiempo en la columna de residuos durante el proceso de saturación. En la Figura 9.18, se puede observar que la diferencia de temperatura entre la parte superior de la columna y el termómetro situado a –26.5cm, es algo menor de cuatro grados con relación a la temperatura impuesta en superficie (26±0.5 oC). Además, es posible observar en los termómetros situados a mayor profundidad (T3 y T4) el efecto de los ciclos de temperatura debido al día y la noche. Es de señalar que este efecto puede ser eliminado de dos maneras: I) creando una capa de aislamiento entre la columna y el medio exterior y II) realizando el ensayo en un laboratorio con temperatura controlada. Esta diferencia de temperatura puede crear un flujo de vapor desde la parte superior de la columna (más caliente), hacia la parte inferior más fría. Sin embargo dada la pequeña diferencia de temperatura y el bajo valor de la temperatura media (25 oC), el valor de este flujo puede considerarse despreciable frente al flujo de agua en estado líquido por gradiente de succión. Durante el ensayo de saturación de la columna llena con los residuos del proceso ACL se experimentó una consolidación del material (Figura 9.19), donde se puede apreciar una reducción en la altura de la columna de 2.5 mm. Estos resultados son coherentes con lo observado con anterioridad en los ensayos de colapso con el residuo ACL en edómetros convencionales analizados en el Capítulo 6. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 350 28 27 Termómetro en la superficie de la muestra Termómetro en la superficied de la muestra Ts 26 Temperatura oC 25 T3 Termómetro a la profundidad de-19.36 cm 24 T4 23 Termómetro a la profundidad de -26.5 cm 22 Día Noche 21 20 200 700 1200 1700 2200 2700 3200 Tiempo (min) Figura 9.18. Evolución de la temperatura en profundidad en la columna de residuos. Tiempo (min) 1 10 100 1000 10000 0.0 1.0 ( ) Asiento (mm) 0.5 1.5 2.0 2.5 3.0 Figura 9.19. Consolidación del material de la columna durante la saturación. Como resultado final del proceso de montaje y saturación se obtuvo una columna de 12 capas con 31.5 cm de altura, 637.94 cm2 de área, una porosidad media de 0.65 y un volumen de poros equivalente a 13.302 litros de agua. La masa de residuos sólidos es 27.6 Kg, el diámetro 28.5 cm y la densidad seca media es de 1.36 g/cm3. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 351 9.3.4. Ensayo de permeabilidad El ensayo de permeabilidad se efectúa a gradiente constante (i=1.1) y con control del volumen de agua que sale de la muestra en función del tiempo. La obtención de una línea recta que relaciona el volumen de agua que sale de la columna en función del tiempo con una correlación de 0.99 es un buen indicativo de que la columna es físicamente estable, no hay variación de sus propiedades físico-mecánicas, ni de la permeabilidad, ni del caudal. Como se puede ver en la Figura 9.20, la permeabilidad del medio es del orden de 5.26x10-6 m/s, lo que muestra que es muy superior a la del medio poroso, que es del orden de 10-8 m/s (Capítulo 6). La obtención de una permeabilidad mayor a la del medio poroso es un indicativo de la existencia de un flujo preferencial. Este valor de la permeabilidad corrobora los resultados de la variación de humedad medida con los TDR durante el proceso de saturación (Figura 9.12) y la variación de la succión medida con el psicrómetro en profundidad (Figura 9.15). Volumen de agua (cm3) 60000 50000 L=31.5 cm Diámetro =28.5 cm Gradiente 1.1 40000 30000 V = 17.77t + 455.12 R2 = 0.999 20000 k=5.26 x 10-6 m/s 10000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tiempo( min) Figura 9.20. Resultados del ensayo de permeabilidad realizado en la columna para flujo estacionario y gradiente hidráulico constante. Si superponemos en una misma gráfica los resultados de la permeabilidad obtenida en: I) la columna grande, II) las muestras continuas, III) muestras estratificadas y agrietadas ensayadas en el equipo triaxial y IV) muestras continuas ensayadas a carga constante, se observa que los resultados del ensayo de flujo en la columna de residuo de gran diámetro con presencia de grietas de desecación y estratificación son coherentes con los resultados de la permeabilidad de las muestras agrietadas ensayadas en el equipo �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 352 triaxial (Figura 9.21). El valor de la permeabilidad medido en la columna grande resulta algo mayor que la estimada a partir de las medidas en probetas de 100 mm de diámetro formados por capas de 20 mm. Esto puede ser debido a un efecto de escala, dado que la columna grande tiene un volumen más de 20 veces superior al de las probetas ensayadas en el equipo triaxial. En la Figura 9.21 se puede ver que el valor de la permeabilidad en la columna de gran diámetro es algo mayor que el de las capas pequeñas ensayadas en la cámara triaxial, para un mismo valor de porosidad. La diferencia entre los valores de la permeabilidad puede ser debida al factor escala. 1.E-05 kk (más) (m/s) 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 1.E-10 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 Porosidad Muestra continua ensayo cámara triaxial: altura total 120 mm y diámetro 100 mm Muestra continua ensayo a carga constante: altura total 50 mm y diámetro 50 mm Muestra en capas agrietadas h=10 mm ensayada en cámara triaxial: altura total 120 mm y díámetro 100 mm Muestras en capas agrietadas h=20 mm ensayo cámara triaxial: altura total 120 mm y diámetro 100 mm Muestra en capas agrietadas h=40 mm ensayada en cámara triaxial: altura total =120 mm y diámetro 100 mm Columna gran diámetro en capas agrietadas altura media por capa 25 mm: altura total 315 mm y diámetro 285 mm Figura 9.21. Representación de los resultados de los diferentes ensayos de permeabilidad realizados en la investigación. La influencia de las grietas de desecación en las medidas obtenidas de la permeabilidad son coherentes con los estudios en arcillas glaciares de Mackay et al., (1993) y Mackay and Fredericia, (1995). En estos trabajos se obtienen diferencias de los valores de permeabilidad de más de 3 órdenes de magnitud entre el medio poroso fisurado con las grietas rellenas y el medio poroso homogéneo. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 353 9.4. Ensayos de flujo y transporte de solutos por la columna de residuo 9.4.1. Ensayo de flujo y transporte con el trazador PFBA Con el objetivo de estudiar los efectos de la existencia de flujo preferencial debido a la existencia de grietas de desecación y estratificación en las muestras de residuo observados en el proceso de saturación de la columna se realizó un ensayo de flujo y transporte con el trazador conservativo pentafluorbenzoato (PFBA) lo que permite controlar el tiempo de tránsito a través del medio poroso. Para poder comparar los resultados con los ensayos de flujo y transporte de soluto por el medio poroso se aplicó un pulso de 0.041 volúmenes de poros (equivalente a un volumen de solución de 0.55 litros) con una concentración de 20 mM. Este volumen de agua equivale a una lámina de 8 mm de altura en toda la superficie de la muestra. La velocidad media del flujo en la columna obtenida a partir de los ensayos de permeabilidad fue de 2.6 cm/h (Tabla 9.4). Los resultados muestran que la llegada del soluto es más rápida que lo observado en los ensayos de flujo y transporte de soluto en los ensayos de flujo en columna con HPLC realizados en muestras de residuo homogéneas, y en condiciones de presión atmosférica y temperatura de laboratorio analizados con anterioridad en el Capítulo 7. En la Figura 9.22, se observa que la curva de llegada es asimétrica y con una gran cola, así como que el pico de máxima concentración de la masa se encuentra muy desplazado hacia la izquierda, indicativo de la presencia de procesos físicos de no-equilibrio, como mal empaquetamiento de la columna o la existencia de flujo preferencial en el medio. En este caso es debido a la existencia de discontinuidades ocasionadas por las grietas de desecación. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 354 PFBA Cw/Co 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Pv Figura 9.22. Curva de llegada del PFBA en el ensayo de flujo y transporte realizado en la columna de residuo con grietas de desecación y estratificación. Ancho de pulso (AP=0.041VP), velocidad 2.6 cm/h. Si superponemos los resultados del flujo y transporte por el medio poroso homogéneo y los del ensayo de la columna de residuo con presencia de estratificación y grietas de desecación, se puede comprobar la existencia de comportamientos muy diferentes en ambos casos (Figura 9.23). La dispersión en la columna de residuo agrietada es mucho mayor que en la columna con flujo por el medio poroso. 0.05 Columna de residuos en capas agrietadas de h=25.5 mm y porosidad del 65% 0.04 Columna de residuos homogéneos y porosidad del 65% Cw/Co 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Volumen de poros Figura 9.23. Representación del ensayo de trazador en el medio poroso homogéneo y de la columna con presencia de flujo preferencial. Ambos ensayos se han realizado para un mismo ancho de pulso (AP=0.041 Vp) y una misma velocidad (v=2.6 cm/h). �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 355 Tabla 9.4. Análisis de la curva de paso del trazador PFBA. Residuo Longitud de la columna (cm) ACL Medio poroso Velocidad (cm/h) 31.5 Homogéneo Agrietado Ancho del pulso (Vp) 2.6 2.6 Centro de la masa (Vp) 0.041 0.041 Pico máximo (Vp) 1.09 1.51 1.03 0.71 9.4.2. Ensayo de flujo y transporte de Ni(II) En el ensayo de flujo y transporte de Ni(II) por la columna de residuo agrietada y con estratificación se ha realizado con las mismas condiciones del ensayo de trazador (Tabla 9.5). Para ello se aplicó un pulso de 10 volúmenes de poros con una concentración en la solución de 417 mg/L. Los resultados de la curva de llegada del Ni normalizados se muestran en la Figura 9.24. En la curva se puede observar que la pendiente de salida crece rápidamente en concentración y que una vez finalizado el pulso (AP=10 Vp) ésta decrece más lentamente y con una gran cola. La presencia de Ni(II) en el efluente ocurre prácticamente para 9 Vp (Figura 9.24). Sin embargo, si el flujo se desarrollara por el medio poroso, el valor del factor de retardo (R) calculado para la porosidad media de la columna (0.65) se correspondería con un valor mayor a los 14 Vp, como se muestra en la Figura 9.25. 0.25 Ni(II) 0.2 Cw/Co 0.15 0.1 0.05 0 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Volumen de poro Figura 9.24. Curva de llegada del Ni en el ensayo de flujo realizado en la columna de residuos con grietas de desecación y estratificación. Ap=10, v=2.6 cm/h, L=31.5 cm. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 356 Si se superponen en una misma gráfica los resultados de los ensayos de flujo y transporte del Ni por el medio poroso homogéneo, con las mismas características de porosidad media que la de la columna de residuo agrietada y los resultados de la columna grande de residuo con presencia de flujo preferencial debido a las grietas de desecación, se puede comprobar que los resultados del ensayo de flujo y transporte del Ni por la columna de residuo grande con estratificación y grietas de desecación, muestran un comportamiento claramente diferente con un menor tiempo de tránsito del soluto por el medio poroso, lo que es un indicativo de la existencia de un flujo preferente (Figura 9.25). 1 Diferencia en la salida del Ni en el efluente de las dos columnas Cw/Co 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 25 30 Volumen de poros Columna de residuos agrietada en capas de h=25.5 mm, porosidad media del 65% Columna de material homogéneo, porosidad del 65% Figura 9.25. Curvas de llegada del ensayo de flujo y transporte de Ni por el medio poroso y por la columna de residuo con grietas de desecación. En ambos casos se empleó la misma concentración inicial (Co=477 mg/L), la misma velocidad (v=2.6) cm/h. El ancho del pulso en el medio poroso es de 15 Vp y en la columna agrietada es de 10 Vp. Tabla 9.5. Análisis de la curva de llegada del Ni. Residuo Longitud de Diámetro Medio la columna (cm) poroso (cm) ACL 31.5 28.5 Homogéneo Agrietado Velocidad (cm/h) 2.6 2.6 Ancho del pulso (Vp) 15 10 Pico máximo (Vp) 10.2 15.2 Sa (mg/kg) 2742 2246 De acuerdo con los resultados obtenidos, la mayor parte de la masa de Ni inyectada ha quedado retenida en la matriz sólida de la columna de residuos. La determinación de la masa adsorbida de níquel en la matriz del medio poroso se realizó en tres puntos de cada una de las capas que conforman la columna de residuos agrietados (Figuras 9.6 y 9.26). El muestreo se realizó en tres perfiles siempre a una misma distancia de la parte exterior de la muestra. Los perfiles A y C tomados a 5 cm de la pared de la columna de residuos �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 357 y un perfil B tomado en el centro (Figura 9.6). En cada uno de estos puntos se determinó la masa adsorbida en miligramos de soluto por quilogramos de residuo (Tabla 9.6). En la Figura 9.26 se puede ver como la masa de Ni adsorbida en la capa 12 (que no presenta fisuras) y la 11 (que es la que se encuentra a continuación) es muy uniforme en los tres puntos analizados. Esta alta concentración en las capas 11 y 12 se debe a que son las capas más afectadas por la entrada de soluto al sistema y la componente del flujo por el medio poroso es la más importante pues la capa 12 cubre toda el área de entrada. En el caso de la capa 12 la entrada del soluto se produce de acuerdo al modelo del flujo de pistón. En el caso del resto de las capas se puede ver una gran diferencia entre los puntos situados cerca de las fisuras y los alejados de éstas (Tabla 9.6, Figura 9.26). La masa de Ni adsorbida por el residuo se concentra en el área próxima a las zonas agrietadas, disminuyendo exponencialmente en la medida que nos alejamos de la zona de fractura (Figura 9.27). Del análisis de los resultados se desprende que la concentración depende de la distancia del punto de muestreo a la zona de fisura, y que son las fisuras al parecer las que controlan el flujo y transporte de solutos para la columna estudiada. Por otra parte la Figura 9.27 indica que el residuo todavía era capaz de retener una cantidad importante de Ni ya que en las zonas alejadas más de 2 cm de la zona de fractura la concentración era muy baja. En este caso puede considerarse que el proceso principal que condiciona la adsorción del Ni en la matriz del medio poroso es la fuerza electrostática de las partículas sólidas (potencial zeta), al igual que en el caso de los ensayos Batch y flujo y transporte en el medio poroso homogéneo. El análisis mineralógico de las muestras, y el análisis bajo el microscopio electrónico, no muestran la existencia de precipitados, ni nuevos minerales formados. Al parecer en el proceso de adsorción la componente química es muy pequeña en comparación con los procesos físicos de adsorción. �0 2000 1000 1000 Capa 4 C A Punto A B Punto B Punto A A Punto C 0 C Punto C Punto B B 4000 2000 1000 0 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 3000 3000 2000 1000 C 3000 2000 1000 0 0 B C Capa 6 4000 A B Capa 5 4000 Punto C 2000 0 A Punto B Punto A 3000 Punto C 1000 3000 Punto B 2000 4000 Sa (mg/kg) Sa (mg/kg) 3000 Punto A Punto C 4000 4000 Sa (mg/kg) Capa 12 Capa 11 Capa 10 Sa (mg/kg) Punto B Punto A Punto C Punto B Punto A Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 358 A B C A B Figura 9.26. Masa adsorbida de Ni en tres puntos pertenecientes a diferentes capas de la columna de residuo. C �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 359 4000 Puntos A Puntos B Puntos C Sa (mg/kg) 3000 2000 y = 4546.4e-1.9578x R2 = 0.83 1000 0 0 1 2 3 Distancia a la grieta (cm) 4 5 Figura 9.27. Concentración de Ni(II) en los diferentes puntos analizados con respecto a su distancia a la grieta. Tabla 9.6. Masa de Ni(II) adsorbida en cada una de las capas que conforman la muestra de residuo respecto a la distancia del punto de muestreo a la zona de fisuras. Co=417 mg/L de Ni(II), Sa: masa de soluto adsorbida. Puntos Capa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A B Distancia Sa Distancia a la grieta (cm) (mg/Kg) a la grieta (cm) 2.64 10.10 2.90 0.79 882.80 1.32 0.26 2972.97 3.43 0.26 3362.90 0.21 4.22 2.60 2.90 2.58 20.20 0.06 2.90 162.00 0.53 1.06 592.00 0.05 3.93 72.05 0.79 2.11 102.00 0.26 1.32 492.04 0.26 3293.50 C Sa Distancia Sa (mg/Kg) a la grieta (cm) (mg/Kg) 2.78 1.58 192.52 642.54 2.38 172.25 72.91 2.64 232.45 3202.56 0.05 3612.52 4.25 0.79 702.62 3782.12 1.32 392.25 1662.11 2.11 9.87 3962.59 2.11 232.23 1262.00 0.26 2502.78 2842.36 1.32 192.56 2442.28 0.79 1192.33 3197.20 3129.39 9.4.3. Ensayo de flujo y transporte con un trazador fosforescente (fluoresceína sódica) Con el propósito de comprobar si el flujo y transporte preferencial de soluto era controlado por las grietas de desecación rellenas del propio residuo, como indican los resultados del ensayo de flujo y transporte con el Ni, se efectuó un ensayo de trazador con fluoresceína sódica. La fluoresceína sódica ha sido usada por otros investigadores (Iqbal, 1999; Jorgensen et al., 1998) para identificar la existencia de flujo preferencial debido a que estos trazadores fosforescentes tiñen o marcan las zonas por donde pasan y �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 360 no es muy fácil que la existencia de un tiempo prolongado de flujo pueda lavar todo el color fijado en las partículas. El agua usada para preparar la solución de trazador contiene la misma solución electrolítica empleada en los ensayos de flujo y transporte de metales y PFBA, con una concentración en la solución de fluoresceína sódica de 2500 mg/L. El volumen de agua inyectado fue de un litro (1 L). El ensayo de flujo y transporte de la fluoresceína sódica se realizó con las mismas características de velocidad que el ensayo de flujo y transporte con el Ni y el PFBA (Tabla 9.7). Tabla 9.7. Datos del ensayo con la fluoresceína sódica. Residuo Longitud de la columna (cm) ACL 31.5 Diámetro (cm) Medio poroso 28.5 Agrietado Velocidad (cm/h) Ancho del pulso (Vp) 2.6 0.13 Concentración inicial (Co) (mg/L) 2500 Una vez desmontada y cortada la columna las zonas teñidas con fluoresceína se distinguen cuando son examinadas con una lámpara de luz ultravioleta (UV). Se pueden observar y fotografiar las zonas tintadas siempre y cuando se disponga de la cámara fotográfica adecuada, pues requiere de un elevado tiempo de exposición de la película y la utilización de un filtro que sea capaz de captar el reflejo de la luz. La foto se ha de realizar a oscuras al menos para el caso que nos ocupa (Foto 9.3). Las áreas de mayor concentración de fluoresceína sódica se correspondían con las zonas de mayor fosforescencia; con el reconocimiento de la superficie fracturada de la columna se ha observado que estas zonas coinciden con los principales sectores de distribución de las grietas, documentadas en cada capa durante el proceso de formación de las grietas de desecación, cuando se realizó el montaje por capas de la columna (Figura 9.6 y 9.7; Foto 9.3). Asimismo se pudo observar la existencia de una variación considerable de la intensidad de reflejo fosforescente de las zonas de grietas a las no agrietadas. El área de más concentración de la fluoresceína se corresponde con el área central de la muestra, que coincide con el área de mayor interconexión de las zonas agrietadas de las diferentes capas (Figura 9.7). No se observó la existencia de flujo preferente por las �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 361 paredes de la columna al desmontar la membrana que la recubre. El uso de la membrana cubierta con grasa de silicona para evitar el flujo preferente por las paredes del residuo constituye por tanto un buen método para evitar la circulación de la solución acuosa durante la realización de los ensayos. Los resultados que se observan en la distribución de la fluoresceína sódica confirman los resultados de los ensayos de saturación obtenidos con el uso de los TDR, los valores de la variación de la succión, los de flujo y transporte de soluto no reactivo con el trazador PFBA y el de flujo y transporte reactivo realizado con el Ni. Foto 9.3. Aspecto de una sección de la columna después de realizar el experimento con la fluoresceína sódica. Los resultados obtenidos en la realización de los experimentos de flujo y de flujo y transporte en las muestras de residuos agrietadas y con estratificación son coherentes �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 362 con los trabajos de Bronswijk, (1988); Drumm et al., (1997); Jorgensen et al., (1998) en suelos naturales. En todos estos trabajos se ha observado que el flujo está afectado por la presencia de grietas de desecación. Drumm et al., (1997) comprobó en arcillas un incremento de la conductividad hidráulica de tres órdenes de magnitud con respecto al medio poroso sin agrietar. Jorgensen et al., (1998) observó en ensayos de flujo y transporte de plaguicidas y de cloruro en una columna de arcillas con presencia de grietas (rellenas del mismo material que el material que forma el medio poroso) que el tiempo de tránsito de dichos solutos era mucho menor que el del medio poroso y que el valor de la permeabilidad del material agrietado era varios órdenes de magnitud mayor que en el medio poroso no agrietado. 9.5. Modelación de los resultados de los ensayos de flujo y transporte 9.5.1. Modelación de los ensayos con el trazador PFBA En este apartado analizaremos el resultado de la simulación utilizando el modelo de “Dos sitios” considerando los resultados del flujo y transporte en el medio homogéneo y la columna con presencia de flujo preferencial, medio heterogéneo. En la Figura 9.28 se aprecia que el modelo reproduce el ensayo de flujo y transporte del PFBA en el medio poroso, pero sin embargo es incapaz de reproducir el ensayo de la columna con presencia de grietas y estratificación considerando los mismos parámetros de entrada. Este hecho se debe a que el flujo y el transporte del PFBA en la columna agrietada se desarrollan por flujo advectivo a través de la fractura y difusión en la matriz. El flujo preferencial por la fractura provoca una disminución considerable en el tiempo de tránsito de soluto por el medio poroso. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 363 0.05 Columna de residuos homogéneos y porosidad del 65% A 0.04 Modelo Ensayo PFBA R =1 Ap =0.041 P =10 v =2.6 m/s Cw/Co 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Volumen de poros 0.05 Columna de residuos en capas agrietadas y porosidad del 65% B 0.04 Modelo Ensayo con PFBA R =1 Ap =0.041 P =10 v =2.6 m/s Cw/Co 0.03 0.02 0.01 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Volumen de poros Figura 9.28. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con el trazador PFBA. A) Columna con medio poroso homogéneo. B) Columna con grietas de desecación y estratificación. 9.5.2. Modelación de los ensayos de flujo y transporte con el Ni En el caso del flujo y el transporte del Ni por el medio poroso homogéneo los modelos de “Dos sitios” reproducen muy bien la curva de llegada del Ni. Sin embargo, en el caso del ensayo del flujo y transporte de Ni en la columna con grietas de desecación el modelo no reproduce la curva de llegada del Ni, considerando los mismos parámetros que en el ensayo anterior. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 364 1.0 Parámetros del modelo de flujo y transporte P=10 R=16 β=0.8 w =2 Ap =15 n =0.15 Cw/Co 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Volumen de poros Columna de material homogéneo, porosidad del 65% Modelo 0.3 Parámetros del modelo de flujo y transporte P =10 R =16 β =0.8 w =2 Ap =15 n =0.15 Cw/Co 0.2 0.1 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Volumen de poros Columna de residuos en capas de h=25.5 mm agrietadas , porosidad media del 65% Modelo Figura 9.29. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con Ni. A) Columna con medio poroso homogéneo. B) Columna con grietas de desecación y estratificación. Si consideramos la hipótesis del modelo de dos regiones donde existe en el medio poroso un agua móvil y otra inmóvil, se puede realizar la simulación del ensayo de flujo y transporte con el Ni, si se considera que el valor de β (que representa en estos modelos la fracción de agua en movimiento en el medio poroso) cuando el flujo es preferente es muy inferior al del medio homogéneo. Entonces, si se realiza la modelación con los mismos parámetros del medio homogéneo para el ensayo de flujo y transporte con proceso de adsorción-desorción de Ni y sólo se varía el valor de β, se obtiene una curva que presenta la misma tendencia que la obtenida en el ensayo, lo que constituye un indicativo de que en la columna agrietada existe un flujo preferencial y que a efectos �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 365 reales el agua que circula por el medio poroso se mueve a una velocidad muy inferior al agua que circula por las fracturas (Figura 9.30). 0.3 Parámetros del modelo de flujo y transporte P =10 R =16 β =0.19 w =2 Ap =15 n =0.15 Cw/Co 0.2 0.1 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Volumen de poros Columna de residuosen capas de h=25.5 mm agrietadas, porosidad media del 65% Modelo Figura 9.30. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con Ni, variando el parámetro β. El hecho de que los modelos de “Dos Sitios” no reproduzcan los resultados del ensayo de flujo y transporte de soluto tanto conservativo como no conservativo en el caso de la columna con grietas de desecación, se debe a que están formulados para el flujo en el medio poroso homogéneo, sin tener en cuenta la existencia de flujo preferencial. 9.6. Conclusiones - El equipo desarrollado permite la simulación de procesos de desecación, retracción, infiltración vertical, imposición de gradientes térmicos, control del contenido volumétrico de agua, succión, humedad relativa y recogida del efluente para su posterior análisis. Considerando los resultados puede ser de gran utilidad en el estudio de flujo y flujo y transporte de contaminantes. Este equipo es de gran versatilidad y su diseño puede ser adaptado a diferentes condiciones, dependiendo del objetivo del trabajo que se desee realizar (ver Capítulo 3). - El uso de los diferentes sensores (TDR, higrómetros, termómetros, psicrómetros, electroválvulas y célula de carga) en el estudio de los procesos hidromecánicos que se desarrollan en el medio poroso, sirven para controlar la evolución de los diferentes parámetros del medio poroso con resultados que presentan un error medio del 2% en el �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 366 contenido volumétrico de agua, un 5% en la humedad relativa y un 2% en la medida de la evaporación por pérdida de peso. - El uso de la instrumentación antes mencionada ha permitido verificar la existencia de flujo preferencial en el medio poroso estudiado (residuos mineros). El agua a través de las fisuras llega a la placa porosa inferior antes de saturar el centro de la columna, a partir de ese momento se produce un ascenso del agua desde la base hacia el interior de la columna por el efecto de la succión. - Las grietas de desecación en las diferentes capas de residuo aparecen para valores de saturación muy altos, superiores al 85%. La retracción vertical por secado representa una deformación vertical del orden del 8.5%. - La disposición de las grietas en cada capa es independiente de las capas que la rodean. Sin embargo, la geometría circular de la sección de la columna tiende a favorecer que la comunicación entre las fisuras de dos capas adyacentes esté más concentrada cerca del eje de la columna. - Los resultados de los ensayos de permeabilidad muestran que las grietas de desecación incrementan la permeabilidad casi tres órdenes de magnitud con relación a la del medio poroso homogéneo. Este es un aspecto de extraordinaria importancia en la hidrogeología, pues disminuye el tiempo de tránsito de los contaminantes por el medio poroso incrementando el riesgo de contaminación de los acuíferos. - Los resultados del análisis de la masa adsorbida (concentración) de Ni en las diferentes capas de residuo muestran una estrecha relación con las áreas de agrietamiento dentro de las capas que conforman la columna de residuo. Se puede comprobar que la masa de Ni adsorbida decrece exponencialmente con la distancia a que se encuentre el punto analizado respecto a la zona de fractura más cercana. La masa media de Ni adsorbida en la columna fisurada ha sido de 2246 mg/kg, mientras que en la columna sin fisuras ha sido de 2742 mg/kg. La distribución de la masa de Ni adsorbida indica que todavía era posible retener más Ni en la matriz de la columna, considerando los resultados del proceso de adsorción en el medio poroso. �Capítulo 9. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos en el flujo y transporte 367 - La adsorción del níquel al parecer es principalmente física debido a la carga electrostática de las partículas sólidas, al igual que en los ensayos Batch y de flujo y transporte realizados en el medio poroso homogéneo. El hecho de no observar precipitados en las muestras de residuos analizadas bajo el microscopio electrónico con análisis de partículas corrobora que la adsorción es principalmente física. - Los ensayos con el trazador fosforescente muestran la existencia de zonas preferenciales de flujo asociadas a las áreas de agrietamiento de las diferentes capas de residuo que conforman la muestra. - El flujo y transporte de solutos en los residuos mineros estudiados en los experimentos de laboratorio están controlados por las grietas de desecación. La conductividad hidráulica saturada aumenta en casi tres órdenes de magnitud con relación a la del medio poroso, para las condiciones de ensayo y las características de las muestras analizadas. - Los resultados del ensayo de flujo y transporte empleando solutos no reactivos y solutos reactivos son coherentes con el modelo conceptual de flujo advectivo a través de las fracturas, combinado con el flujo por difusión en la matriz de las zonas cercanas a las fisuras del medio poroso no agrietado, como se observa en la distribución de la masa de Ni adsorbida por la matriz del medio poroso (Figura 9.27) y la distribución de la fluoresceína (Foto 9.3). - El hecho de que las grietas de desecación desempeñen un papel muy importante en el proceso de flujo y transporte de solutos, es un aspecto a tener en cuenta en el caso del diseño y construcción de las balsas de residuos mineros. Por ello sería recomendable que por lo menos durante el proceso inicial de almacenaje de los residuos minerometalúrgicos se evitara, dentro de lo posible, el proceso de agrietamiento por desecación de las capas inferiores. - Los modelos de “Dos sitios” utilizados reproducen muy bien el flujo y el transporte de solutos en los residuos cuando el medio poroso es homogéneo, sin embargo, no lo reproducen si en el medio existe flujo preferencial, debido a las grietas de desecación, considerando los mismos parámetros utilizados para la modelación del medio poroso. �Capítulo 10. Conclusiones 369 Capítulo 10. CONCLUSIONES GENERALES Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN La investigación ha permitido avanzar en el conocimiento del impacto ambiental de las actividades minero-metalúrgicas y en el estudio del comportamiento hidromecánico de los residuos minero-metalúrgicos y su influencia en el flujo y transporte de contaminantes. Los resultados obtenidos muestran la interrelación del comportamiento hidromecánico de los medios porosos y las diferentes disciplinas de las ciencias de la tierra entre las que se encuentran, geología, geotecnia, hidrología superficial y subterránea, química, geoquímica y medio ambiente en general. Por lo que para una mejor comprensión de los mismos analizaremos por separado cada uno de los resultados y finalmente las conclusiones generales del trabajo y las futuras líneas de investigación. Los residuos minero-metalúrgicos en los que se centra esta investigación son prácticamente desconocidos en cuanto a sus propiedades físico-mecánicas, mientras que el comportamiento hidromecánico y sus características geoquímicas no habían sido evaluados. Los estudios realizados en la zona y otras áreas del mundo donde se presentan residuos similares se han centrado fundamentalmente en: I) la posible aplicación como materia prima en la industria metalúrgica (composición mineralógica y posible tratamiento metalúrgico, ver capítulo 2, apartado 2.6) y II) sus propiedades físico-mecánicas. 10.1. Equipos experimentales El desarrollo de los equipos experimentales ha permitido disponer de información del comportamiento hidromecánico de los residuos minero-metalúrgicos, así como poder realizar los ensayos de flujo y transporte de solutos en condiciones muy controladas. Es de señalar que estos equipos han tenido que ser construidos porque no existen en el mercado y fabricarlos por encargo es extremadamente caro. - La construcción de los “recipientes” para la realización de los ensayos de retracción de los residuos permitió disponer de información sobre la influencia de las condiciones de �Capítulo 10. Conclusiones 370 contorno sobre el proceso de secado. Además, permitió evaluar como influyen las características de las muestras sobre la distribución de las fisuras. - La construcción de un equipo para determinar la “tracción directa” del residuo en función del grado de saturación permite conocer que en el caso de los residuos ésta presenta un valor significativo. Su conocimiento es de gran interés en el estudio del comportamiento hidromecánico de estos materiales y en el estudio de la formación de grietas por desecación. - La construcción de las “columnas” de pequeño diámetro sirve para empaquetar los residuos a diferentes densidades y poder realizar ensayos de flujo y transporte de solutos reactivos evitando la existencia del efecto redox. Estas columnas permiten realizar ensayos de flujo y transporte de solutos a diferentes valores de presión (0 a 250 bares). - El equipo desarrollado (“Columna instrumentada para el estudio hidromecánico y flujo y transporte con adquisición de datos en continuo”) permite realizar estudios del comportamiento hidromecánico de los medios porosos con control de los diferentes parámetros (la temperatura, la humedad relativa, la succión, el contenido volumétrico de agua, la pérdida de peso por evaporación, etc.) que condicionan el comportamiento de los residuos sometidos a procesos de secado por evaporación. Además, los resultados obtenidos del control de estos parámetros de manera conjunta son coherentes con los resultados de los ensayos de caracterización hidromecánica realizados en muestras pequeñas (Capítulo 6), mostrando la versatilidad y fiabilidad del equipo en este tipo de estudios. 10.2. Hidrología superficial y subterránea De acuerdo con la composición química de los elementos mayoritarios en las aguas superficiales y subterráneas es posible diferenciar dos tipos de agua: aguas bicarbonatadomagnésicas para las no contaminadas y sulfatado-magnésicas para las contaminadas. �Capítulo 10. Conclusiones 371 - Las aguas superficiales de la región presentan un elevado grado de contaminación y ninguna de ellas cumple los criterios de potabilidad establecidos por la Organización Mundial de la Salud (O.M.S.). - Los resultados del análisis de la información disponible indican que el nivel de contaminación de las aguas superficiales se ha incrementado a lo largo de las 4 décadas de explotación minero-metalúrgica en el municipio de Moa. - La elevada mineralización de las aguas, la alta concentración de metales pesados y sulfatos en el acuífero aluvial de las terrazas del río Moa, así como, la existencia de un gradiente de las concentraciones de los contaminantes siempre creciente en dirección a la presa de residuos, permite deducir que la contaminación del acuífero se ha producido por la recarga del lixiviado de los residuos que forman la presa. En el proceso de lixiviado el pH de la fase líquida y su composición tienen una acción preponderante. Este proceso ésta favorecido por la existencia de grietas de retracción en la superficie del embalse que pueden constituir vías para el desarrollo de flujo preferencial. - Conociendo que los procesos de contaminación son función de las características de la fuente contaminante y del tiempo de permanencia de los contaminantes en el medio, es previsible que la contaminación del acuífero aluvial continúe aumentando al paso del tiempo, debido al incremento del volumen de residuos vertidos a la presa y a las condiciones climáticas de la región que favorecen la infiltración de las aguas meteóricas. - Los resultados de la modelación geoquímica muestran que las aguas subterráneas de la región están sobresaturadas en hematita y goethita, que constituyen las fases minerales más abundantes del corte laterítico y en la matriz de acuífero aluvial. - El cálculo de las proporciones de mezclas entre las aguas subterráneas del acuífero aluvial y las de lixiviado de la presa de residuos muestra que es muy importante, llegando a ser de un 20% en los pozos cercanos a la presa de residuos. �Capítulo 10. Conclusiones 372 10.3. Características hidromecánicas de los residuos minero-metalúrgicos sólidos - Durante la realización de los experimentos de caracterización físico-mecánica de los residuos mineros se ha podido comprobar que el uso de las técnicas convencionales de caracterización de los suelos naturales da resultados satisfactorios en el estudio y caracterización de los residuos minero-metalúrgicos, a pesar de que muchas de sus propiedades físicas y de resistencia puedan diferir de la de los suelos naturales. - Los estudios de laboratorio muestran que el material de las presas de colas se caracteriza por una granulometría limo-arcillosa y una permeabilidad no saturada muy baja, condicionada por el grado de saturación y la histéresis de los residuos durante los procesos o ciclos de secado y humedecimiento. - Cuando se realiza el secado de una muestra de residuo saturada se producen importantes cambios de volumen y una retracción que es irreversible durante los sucesivos ciclos de secado y humedecimiento. - Los resultados del estudio del comportamiento hidromecánico de los residuos ACL, parámetros de resistencia a la tracción, resistencia a la comprensión, magnitud de la retracción y módulo de deformación, muestran una alta dependencia del grado de saturación, alcanzándose los mayores valores de resistencia a la compresión y la tracción para saturación entre el 80 y 86%. - De acuerdo con los resultados de los diferentes ensayos de secado de las muestras por evaporación, se puede concluir que la velocidad de secado de una muestra depende de la masa de aire que está en contacto con ella y de la renovación del aire. La evaporación es más intensa en la columna grande donde el aire circula por la parte superior de la muestra, que en condiciones de atmósfera de laboratorio abierta y que en los contenedores cerrados para un mismo valor de succión. �Capítulo 10. Conclusiones 373 - Las grietas de desecación se forman para grados de saturación muy altos, independientemente de las condiciones de humedad relativa y de la velocidad a que se realice el secado. Las grietas de desecación originadas durante el primer ciclo de secado no se cierran en los sucesivos ciclos de humedecimiento. - Cuando se coloca material muy húmedo sobre una capa de material agrietado por retracción, este material rellena las fisuras. Sin embargo, cuando se seca nuevamente el conjunto de las paredes de la antigua grieta casi no se mueve pues su retracción es mínima en el segundo secado, pero el nuevo material que ha entrado en su interior retrae considerablemente en su primer secado (Figura 6.11 y 6.17). Este mecanismo facilita la creación de caminos preferenciales para el flujo y transporte de solutos. - El efecto de las grietas de desecación y la presencia de estratificación incrementa la permeabilidad de los residuos en más de dos ordenes de magnitud en comparación con el material no agrietado. 10.4. Ensayos de adsorción y desorción del Cr, Ni y Mn en los residuos mineros. Ensayos Batch y de flujo y transporte - La isoterma de adsorción del Cr y el Mn en los dos residuos (SAL y ACL) es no lineal, mientras que en el Ni se obtiene una isoterma de adsorción no lineal para el residuo ACL y lineal para el residuo SAL. Las isotermas de adsorción no lineal se ajustan al modelo Freundlich (Sa=KfCwn). - La isoterma de desorción es lineal en los tres metales para los dos residuos mostrando la existencia de histéresis en el proceso de sorción. - El transporte de los tres metales (Cr, Ni y Mn) por el medio poroso es retardado principalmente por la adsorción instantánea, debido a las fuerzas electrostáticas de las partículas sólidas que forman la matriz del medio poroso y en menor medida por la capacidad de intercambio de los residuos. �Capítulo 10. Conclusiones 374 - El pH del medio constituye el principal factor que condiciona el proceso de adsorción y la movilidad de los metales. En el caso del Ni y el Mn la adsorción se incrementa para un mayor pH y con el Cr sucede lo contrario. - La adsorción por fuerzas electrostáticas debido a la carga de las partículas sólidas que conforman el medio poroso de los dos residuos es la principal causa de la adsorción de los tres metales. La carga electrostática de cada residuo está condicionada por el pH (potencial zeta o pH al que la carga de los sólidos es cero). - La existencia de un pequeño retardo del momento de pico en las curvas de llegada del trazador PFBA y la presencia de colas es atribuible a la dispersión en la matriz, debido a la fracción de agua que se encuentra en la región inmóvil y a la heterogeneidad del medio poroso. - Las curvas de llegada de los tres metales se caracterizan por la existencia de asimetría y una gran cola evidenciando que el flujo y transporte de estos metales por el medio poroso es no ideal. Este comportamiento se debe a la existencia de un proceso de adsorción no lineal con una marcada histéresis. - El transporte de los tres metales (Cr, Ni y Mn) por el medio poroso es afectado significativamente por la presencia de otros solutos, lo que se pone de manifiesto con una reducción significativa del tiempo de tránsito y especialmente por aquellos que presentan características de adsorción similares (Ni y Mn). Además, reduce la masa de soluto adsorbida, aunque aún sigue siendo mayor que la retenida por diferentes materiales y suelos naturales (Tabla 7.8,7.9,7.10). - El transporte binario del Ni y el Mn a través del residuo ACL experimenta una notable reducción del tiempo de tránsito de este soluto en comparación con los ensayos de solutos realizados por separado. Estos resultados se deben a la competencia que experimentan el Ni �Capítulo 10. Conclusiones 375 y el Mn por los sitios de adsorción. - Los resultados de los ensayos de adsorción Batch y los de flujo realizados a través del medio poroso con un trazador muestran resultados coherentes para predecir el flujo y transporte del Cr, Ni y Mn en los dos residuos. 10.5. Resultados de la modelación numérica del flujo y el transporte de solutos El uso de los modelos de “Dos Sitios” en este trabajo ha permitido obtener resultados coherentes con el modelo conceptual establecido para el flujo y el transporte advectido con difusión en la matriz del medio poroso formado por los residuos. El ajuste de los parámetros del modelo ha resultado relativamente sencillo debido a que inicialmente se tiene información de los ensayos de laboratorio que permiten tener un valor estimado de partida para la realización del ajuste. En el ajuste los coeficientes que controlan los procesos de transferencia de masa han sido los únicos que han tenido que ser ajustados numéricamente, por lo que el verdadero número de parámetros que hay que calibrar es mínimo. Los resultados de la modelación indican que la no-linealidad del proceso de sorción (histéresis) es la principal causa de la existencia de un flujo y transporte de solutos por el medio poroso no ideal. Al parecer esta histéresis del proceso de adsorción está controlada por una adsorción de tipo física donde las fuerzas electrostáticas son las que controlan el proceso, teniendo una menor influencia los procesos de quimisorción. Esto se justifica con el hecho de que los términos fuente sumideros sean prácticamente cero, en la matriz del residuo no se tienen minerales del grupo de las arcillas, ni compuestos húmicos y su capacidad de intercambio es muy baja de 8-10 mg/100 gramos de residuo sólido. A esto hay que añadir además que los análisis por Rx y los del microscopio electrónico no muestran la existencia de minerales neoformados. Los resultados de los modelos y los ensayos de adsorción en Batch son coherentes en cada �Capítulo 10. Conclusiones 376 uno de los metales analizados. - Los resultados de la simulación numérica con los modelos de “Dos sitios” indican que la existencia de un proceso de adsorción no lineal es la causa principal de un transporte de soluto no ideal, caracterizado por la existencia de asimetría y una gran cola, mientras que el tiempo en que ocurre la adsorción y los procesos de quimisorción desempeña un papel secundario. - El factor de retardo (R) del Ni y el Mn en el residuo ACL es mucho mayor que en el residuo SAL. En el caso del Cr sucede lo opuesto, el factor de retardo es mayor en el residuo SAL que en el residuo ACL. Esta diferencia en ambos casos es debida al pH del medio. - Estos modelos permiten simular tanto solutos conservativos como reactivos con adsorción lineal, no lineal y con ausencia de equilibrio, donde el control de la transferencia de masa depende de la cinética de un determinado porcentaje de los sitios de adsorción. - El uso de otros modelos que consideran equilibrio local e isoterma de adsorción lineal no da buenos resultados en el ajuste de los experimentos realizados en esta investigación. - Es de señalar que los resultados del modelo del flujo y transporte de solutos por el medio poroso, realizados en el laboratorio con estricto control de las condiciones de contorno pueden hacer creer que es posible modelar el flujo y el transporte de soluto en las presas de residuo. Sin embargo estos resultados de laboratorio hacen suponer condiciones del medio homogéneas en cuanto a sus propiedades físicas, químicas y biológicas que normalmente no existen a escala real en el terreno. 10.6. Influencia del comportamiento hidromecánico de los residuos ACL en el flujo y transporte de solutos �Capítulo 10. Conclusiones 377 El conocimiento del comportamiento hidromecánico de los medios porosos combinado con las técnicas de estudio del flujo y transporte de solutos (conservativos y reactivos) por el medio poroso homogéneo y agrietado permite establecer las diferentes causas que condicionan el flujo preferente de los solutos. - La conductividad hidráulica saturada en la muestra con estratificación y grietas de desecación es mayor en más de dos ordenes de magnitud que la del medio poroso (Figura 9.21). Este incremento de la permeabilidad reduce considerablemente el tiempo de tránsito del soluto conservativo y reactivos por el medio poroso. - La llegada del Ni en el efluente presenta un retardo considerable si se compara con el tiempo de llegada del PFBA, indicativo de que el Ni es fuertemente afectado por los procesos de adsorción. Sin embargo, el tiempo de llegada del Ni en el efluente de la columna agrietada con el de la columna por el medio poroso homogéneo se puede apreciar una diferencia equivalente a 5 volúmenes de poros (2/3 más corto). - La conductividad hidráulica y el flujo y transporte de contaminantes en el caso de la columna por capas agrietadas y estratificadas está controlada por las grietas de desecación. Aspecto que queda demostrado al medir la concentración del Ni adsorbido en función de la distancia a la grieta más cercana. Se ha observado una clara disminución exponencial de la concentración de Ni con relación a la distancia del punto analizado a la grieta. Estos resultados muestran que al parecer el Ni se mueve en la matriz del medio poroso por difusión a partir de las fracturas por donde existe una circulación preferencial. - Los resultados del ensayo del flujo y transporte del trazador PFBA, donde se aprecia un frente adelantado de la curva de llegada con una gran cola, son coherentes con el modelo conceptual de existencia de flujo advectivo a través de las fracturas, combinado con el proceso de difusión del soluto en la matriz del medio poroso. 10.7. Conclusión general �Capítulo 10. Conclusiones 378 - Los resultados obtenidos del comportamiento hidromecánico de los residuos bajo estricto control de las condiciones de laboratorio, presentan cierta limitación para poder predecir el comportamiento del flujo y transporte de los contaminantes en condiciones naturales a escala real, debido a que está reconocido que el flujo y transporte de los solutos en el terreno es un proceso complejo, afectado por un gran número de procesos físicos, químicos, biológicos y en muchos casos factores antropogénicos. - Sin embargo, de acuerdo con los resultados del laboratorio que incluyen, I) la permeabilidad del medio poroso homogéneo saturado y no saturado, II) la concentración de metales (Cr, Ni y Mn) en el agua intersticial de los residuos y en los residuales líquidos vertidos, III) la capacidad de adsorción de los residuos, IV) el factor de retardo (R) que experimentan el Ni, Cr y Mn durante los ensayos de flujo y transporte por el medio poroso y V) la capacidad de adsorción de la goethita y la hematita que representan las fases minerales predominantes (más del 60%), en la matriz del medio poroso no saturado del acuífero aluvial (parte superior primeros 4 metros), difícilmente se podría explicar mediante la ecuación de flujo y transporte habituales, la presencia de la elevada contaminación por Cr, Ni, Mn e Fe medida en el acuífero aluvial, que en algunos casos presenta valores similares a los del agua intersticial de los residuos. Aunque, la presencia de estas concentraciones de metales en el acuífero aluvial puede explicarse si se tiene en cuenta los flujos preferenciales originados por la existencia de fisuras por desecación que se encuentran en los embalses. Según los resultados obtenidos en el laboratorio estas fisuras incrementan la permeabilidad en más de dos órdenes de magnitud, dependiendo del espesor de la capa estratificada y el ancho de las grietas de desecación. Es de señalar, que aunque las grietas sean rellenadas con el propio residuo y sean sometidas a confinamiento, las discontinuidades debidas a las grietas se mantienen y la permeabilidad del medio sigue siendo muy superior a la del medio poroso. 10.8. Riesgo ambiental de los residuos �Capítulo 10. Conclusiones 379 - Debido a la composición química de la fase sólida y de las aguas intersticiales, así como la composición de los residuales líquidos y de acuerdo con lo establecido en el real decreto 849 del año 1986, los residuos SAL y ACL estudiados se encuentran en la lista número dos de sustancias contaminantes de La Unión Europea, la lista de sustancias contaminantes de la EPA y en la legislación ambiental cubana. - De acuerdo a sus propiedades físicas, el riesgo ambiental está presente por la fina granulometría de sus partículas y la naturaleza poco cohesiva del residuo, que combinadas con las condiciones climáticas de la región (más de 2000 mm/año de precipitación) pueden facilitar la erosión por la escorrentía superficial y con ello contribuir a la contaminación de las masas de aguas superficiales y marinas. Además, el hecho de que más del 10% presentan una granulometría inferior a una micra genera el riesgo de que puedan ser erosionadas y transportadas por el aire y al ser muy ricos en metales pesados pueden afectar la salud de la población. - Considerando las propiedades mecánicas el riesgo fundamental es debido a que son materiales que pueden licuefactar ante la presencia de un seísmo. - La existencia y desarrollo de las grietas por desecación en las balsas de residuo constituyen vías preferenciales de flujo de extraordinaria importancia que condicionan el régimen de infiltración de las aguas, que hay que tener en cuenta en el diseño y construcción de los depósitos de residuos, así como en la gestión y monitoreo de los residuos sólidos de los procesos minero-metalúrgicos. 10.9. Futuras líneas de investigación De acuerdo con los resultados de esta investigación se han abierto nuevas interrogantes que permiten establecer diferentes líneas de investigación, las que pueden ser de dos formas: I) uso y aplicación inmediata de los resultados y utilización de los equipos desarrollados y II) �Capítulo 10. Conclusiones 380 futuras investigaciones en nuevas direcciones. 10.9.1. De aplicación inmediata - Usar los equipos desarrollados en la tesis para continuar estudiando el comportamiento hidromecánico de los medios porosos. - La instrumentación desarrollada en la columna del laboratorio puede ser instalada en el ámbito de campo, pues los diferentes sensores utilizados en este estudio han demostrado una gran fiabilidad en los diferentes parámetros controlados en un largo período de tiempo. - Trabajar en el estudio de flujo y transporte de multisolutos por la matriz del medio poroso formado por estos residuos, para diferentes condiciones de pH. - Los parámetros físicos, mecánicos, hidrogeológicos y químicos obtenidos en la caracterización de los residuos pueden ser utilizados en el diseño, construcción y gestión de las nuevas presas de residuos y en la mejora de la gestión y monitoreo de las ya existentes. - Continuar con el estudio de la influencia de los procesos hidromecánicos en otros tipos de residuos minero-metalúrgicos, con el objetivo de poder profundizar en este aspecto controlando otras variables como son los posibles cationes intercambiables y poder establecer y diferenciar dentro de la matriz del medio poroso las fases minerales que desempeñan el papel de sitios de adsorción. - A partir de los resultados de la tesis, sería interesante modelar numéricamente el flujo y el transporte de metales en las balsas, las arcillas en las que se apoyan y en el acuífero aluvial. El objetivo sería poder ajustar las concentraciones de los diferentes solutos medidos hasta ahora en el aluvial, para poder predecir la evolución futura del sistema. 10.9.2. Futuras líneas de investigación a desarrollar �Capítulo 10. Conclusiones 381 - Teniendo en cuenta la actividad sísmica de la zona donde se han registrado sismos de hasta 4 grados de magnitud y las propiedades físico-mecánicas de los residuos mineros favorables a licuefactar ante una carga dinámica en ensayos de laboratorio. Se considera necesario el estudio del riesgo sísmico de las balsas de residuo. - El estudio a fondo y la modelación numérica de los procesos de formación de las fisuras permitiría obtener una base firme para interpretar los ensayos de laboratorio realizados en la tesis. El obtener un modelo numérico puede permitir extrapolar estos resultados a la modelación de los procesos de formación de fisuras por desecación en las balsas de residuos. - Estudiar “in situ” las propiedades hidromecánicas de los residuos mineros y la posibilidad de realizar ensayos de flujo y transporte de soluto en condiciones de campo. -Trabajar en la línea de investigación para utilizar los residuos ACL para neutralizar aguas ácidas. Evaluar su posible utilización en la descontaminación de aguas residuales ácidas ricas en metales pesados, que son vertidas por la industria del proceso metalúrgico de lixiviación con ácido sulfúrico (SAL) al río Cabañas. -Trabajar en la búsqueda de materiales con características similares a la de estos residuos que permitan tratar aguas residuales ácidas o contaminadas con metales pesados, debido a los lixiviados de vertederos urbanos, industriales o drenaje ácido de minas o escombreras de residuos minero-metalúrgicos. - La búsqueda y desarrollo de modelos numéricos que sean capaces de reproducir el comportamiento de flujo y transporte de solutos no ideales con presencia de flujo preferencial e histéresis de los procesos de sorción. - Considerando el estado actual de la contaminación del acuífero aluvial es necesario �Capítulo 10. Conclusiones 382 establecer una serie de piezómetros o pozos para obtener muestras de agua en los sectores que no existen pozos para controlar la evolución de la contaminación. - Además es necesario trabajar en la búsqueda de nuevas fuentes de abastecimiento de agua para la población de Moa. El objetivo es tener disponibilidad de agua en caso de que se incremente el deterioro de la calidad de las aguas del acuífero aluvial y previendo el posible crecimiento de la población de la zona, que en las últimas cuatro décadas ha crecido más de un orden de magnitud, de 6000 en 1960 a más de 70000 habitantes en la actualidad. - En el tema de las aguas residuales de los procesos metalúrgicos es necesario trabajar en la búsqueda de soluciones que incluyan la posible reutilización industrial, aunque se ha de reconocer que es una tarea que probablemente resulte más difícil debido al alto grado de contaminación de las mismas. - En cuanto a los residuos metalúrgicos sólidos se considera que es necesario trabajar en la búsqueda de una posible aplicación industrial debido a la elevada concentración que presentan en diferentes tipos de metales, fundamentalmente Fe y Cr. �Referencias 383 Referencias Abdelsaheb I., Scwab A.P., Banks M.K. y Hetrich B.A. (1994). 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Principales características físicas y químicas de las aguas metalúrgicos (concentración de las especies químicas en mg/L). Proceso SAL Punto 33 Punto pH 1.4 Al 3.5 pH 8.1 Ni 35.0 Cr Ni 260.0 Co 10.0 Zn Co 1.5 Cu 120.0 Cu Fe Mg Mn SAL: proceso metalúrgico de lixiviación con ácido sulfúrico, ACL: proceso metalúrgico de lixiviación carbonato amoniacal. 0.08 0.04 0.00 n.d. 0.002 0.20 Eh(mv) CE (ds/m) DQO -325.00 0.72 7.80 -422.00 0.90 6.61 Tabla A1.2. .Principales características físicas y químicas del agua de drenaje de las presas de residuo (concentración de las especies químicas en mg/L; n.d., no detectado). ACL SAL ACL SAL 35 31 35 31 0.30 0.03 Co2+ 0.05 0.01 14.80 4.30 Ni2+ 0.032 0.01 101.10 105.20 Fe(total) 0.02 0.03 3.35 17.20 Mn2+ 0.07 0.05 21.16 26.20 Zn2+ 0.01 0.09 130.10 563.00 Sr4+ n.d. 0.01 29.20 51.23 Ti2+ n.d. n.d. 338.10 0.20 Al3+ 0.01 4.50 0.20 0.41 V3+ n.d. n.d. 0.10 0.11 pH 6.75 3.95 Puntos de muestreo K+ Na+ Mg2+ Ca2+ ClSO4= HCO3= NO3NO2P3- N3Cu2+ Cr(total) SAL: proceso metalúrgico de lixiviación ácida, ACL: proceso metalúrgico de lixiviación carbonato amoniacal. �Anejo 1. Datos hidroquímicos 408 O2 CO2 Meses N. Muestras pH Ce(µS/cm) Temperatura (oC) 1.22 1.33 0.05 0.04 5.30 6.50 0.24 0.28 I 3 4.60 9.98 20 mg/L 0.69 1.68 0.45 0.16 1.08 0.08 5.57 1.43 0.04 6.21 0.29 III 3 4.78 10.58 20 mg/L 0.52 1.42 0.45 0.16 0.98 0.08 4.92 1.31 0.03 5.62 0.25 IV 5 5.10 9.35 20 mg/L 0.48 1.98 0.50 0.16 1.32 0.08 6.05 1.53 0.04 4.85 0.39 V 7 4.20 11.50 20 mg/L 0.61 2.01 0.52 0.16 1.33 0.08 6.32 1.61 0.05 4.98 0.28 VI 3 4.53 12.01 20 mg/L 0.53 1.65 0.41 0.16 1.12 0.08 5.33 1.38 0.03 3.94 0.25 VII 2 5.12 10.13 20 mg/L 0.59 1.98 0.42 0.16 1.43 0.08 6.37 1.71 0.05 4.57 0.26 VIII 3 5.08 12.10 20 mg/L 0.35 1.78 0.45 0.16 1.13 0.08 5.23 1.28 0.06 5.87 0.32 IX 2 4.87 9.94 20 mg/L 0.42 1.59 0.45 0.16 0.99 0.08 5.26 1.57 0.05 5.89 0.20 X 5 5.32 9.99 20 mg/L 0.74 1.67 0.45 0.16 1.03 0.08 5.54 1.41 0.03 4.95 0.35 XI 4 5.10 10.53 20 mg/L 0.55 1.85 0.45 0.16 1.25 0.08 5.63 1.29 0.02 5.24 0.21 XII 3 5.02 10.70 20 mg/L 0.56 1.77 0.45 0.16 1.17 0.08 5.61 1.42 0.04 5.33 0.27 4.86 10.66 20 mg/L Tabla A1.3. Características físicas y químicas del agua de lluvia en el pluviómetro Moa en el período1992-1994 (Rodríguez y Téllez, 1995). NO3 0.68 1.88 0.45 0.16 1.27 0.08 5.85 Media CO3H 0.50 1.77 0.43 0.16 1.10 0.07 5.25 II 4 4.63 11.12 20 mg/L SO4 Cl Ca Mg Na K STD 4.86 10.66 mg/L 2.7 5.96 41 mg/L 0.1 2.1 0.02 5.05 mg/L 5.65 32 1.72 0.24 0.19 1.25 0.05 INRH, (1965) 0.2 2.23 0.01 4.32 mg/L 45 Sagua de Tánamo 2 1.49 0.7 0.21 1.18 0.03 INRH, (1965) Yateras 5 Tabla A1.4. Comparación de las características del agua de lluvia en relación a otros trabajos en áreas próximas la zona de estudio. 3.17 4.25 Baracoa 5.33 0.05 2 CO2 0.04 1.23 Moa 44 O2 1.42 Localidad Número de muestras pH Ce(µS/cm) NO3 0.56 0.1 1.77 1.85 0.45 0.25 0.16 0.17 1.17 1.26 0.08 0.05 Rodríguez y Téllez, (1995) Fagundo et al., (1996) CO3H SO4 Cl Ca Mg Na K Referencias Tabla A1.5. Principales características físico-químicas de las aguas que acompañan los vertidos de los residuos sólidos Residuo SAL ACL SAL ACL SAL ACL SAL ACL Puntos 28 30 Puntos 28 30 Puntos 28 30 Puntos 28 30 K+ 0.01 0.03 Cl10.12 11.40 NO20.20 0.62 Cr(total) 0.00 0.12 Na+ 9.20 2.20 SO4= 21.10 951.00 P30.10 0.11 pH Mg2+ 90.10 89.10 HCO3= 2.20 35.2 N30.01 n.d. DQO Ca2+ 4.35 15.32 NO3157.60 0.12 Cu2+ 0.01 0.002 �407 Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla A1.6. Inventario de puntos de agua del INRH, (1986). Principales características físicas y químicas de las aguas en el municipio Moa (Figura 5.1). Punto Cota Topográfica (m.s.n.m) Coordenadas UTM X pH Y SiO2 CE(µS/cm) (mg/L) Cl- HCO3(mg/L) Ca2+ SO4= (mg/L) (mg/L) Mg2+ (mg/L) Na+ (mg/L) K+ (mg/L) TSD (mg/L) (mg/L) 50 8.2 699.90 221.10 7.8 35.34 167.70 106.01 0.69 8.40 1.50 23.57 0.70 0.04 141.27 51 47.0 716.90 218.23 8.2 83.06 1297.47 549.18 129.93 33.49 30.06 77.50 135.70 1.25 957.47 52 80.0 696.45 220.00 7.5 34.94 218.87 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.61 53 40.0 699.45 221.02 8.0 39.22 263.33 117.65 20.07 12.96 20.62 16.09 9.20 0.47 197.42 54 6.0 699.20 221.10 7.4 6.12 322.09 181.78 19.15 9.12 7.25 34.70 8.05 0.00 260.41 55 5.0 699.20 221.10 7.4 60.59 322.09 181.78 19.15 9.12 7.25 34.70 8.05 0.00 260.41 56 5.0 699.30 221.18 7.5 91.53 632.97 274.59 45.64 46.53 5.47 59.89 37.38 0.58 470.44 57 5.0 699.18 221.03 7.3 76.56 392.35 229.68 14.25 16.32 7.92 43.39 8.05 1.37 321.34 58 5.0 699.28 221.08 7.5 55.00 410.74 165.00 14.25 55.76 7.92 43.39 11.00 1.00 298.68 59 5.0 699.28 221.08 7.5 55.00 410.74 165.00 14.25 55.76 7.92 43.39 11.00 1.00 298.68 60 5.0 699.65 221.40 7.5 76.56 368.60 229.68 14.25 5.76 7.92 43.39 6.90 0.58 308.84 61 460.0 714.00 209.85 6.2 17.27 99.98 51.80 9.22 1.44 0.80 10.60 4.14 0.16 78.52 62 40.0 692.35 222.40 8.44 111.87 723.61 335.61 70.92 25.20 12.02 82.69 21.85 0.00 548.65 63 6.0 699.35 221.90 6.7 72.35 360.29 217.05 19.72 0.00 12.71 36.22 11.50 0.59 298.15 64 5.0 700.24 222.16 7.0 58.41 430.56 175.24 18.90 42.24 9.92 19.15 48.30 0.12 314.23 65 5.0 699.30 221.93 6.6 62.62 10665.98 187.87 255.31 4072.32 130.26 1016.68 42.55 2.26 5707.61 66 5.0 699.10 221.05 7.35 41.25 294.59 123.75 18.72 26.40 10.52 27.36 8.05 1.76 216.92 67 5.0 699.30 221.05 7.4 54.92 355.23 164.75 17.73 32.64 10.02 36.48 7.36 0.00 269.34 68 20.0 696.50 221.20 7.45 36.61 211.07 109.84 14.18 4.80 6.01 17.02 13.80 0.00 166.01 69 11.0 707.10 216.45 7.4 53.67 258.44 161.02 10.64 2.40 7.01 29.12 5.98 0.00 216.53 70 10.0 707.05 217.10 6.9 22.37 128.42 67.12 10.64 1.92 6.01 12.16 2.94 0.00 101.15 71 18.0 696.80 224.90 8.0 18.92 200.50 56.75 39.01 1.44 4.33 13.30 18.12 0.59 133.90 72 35.0 695.50 224.30 8.1 33.19 209.95 99.58 21.28 2.88 5.89 17.88 12.42 0.00 160.29 73 37.0 695.50 224.50 7.3 35.15 220.38 105.44 21.28 3.84 7.86 17.28 12.65 0.00 168.71 74 35.0 695.50 223.48 7.5 48.87 257.35 146.61 14.18 2.88 8.02 29.86 5.75 1.09 208.75 75 5.0 699.40 221.30 7.5 45.54 238.35 136.61 14.18 2.88 8.02 24.86 5.75 1.09 193.75 76 40.0 708.80 218.60 7.9 24.82 259.00 124.47 21.28 4.80 20.04 17.02 10.58 0.00 198.55 77 12.0 707.13 216.30 7.28 28.48 160.58 85.43 10.64 3.98 8.02 15.81 2.99 0.00 127.23 �408 Anejo 1. Datos hidroquímicos 78 38.0 709.00 218.60 7.2 24.41 180.56 73.22 17.73 6.72 79 7.0 712.05 80 35.0 690.15 81 21.0 701.32 10.02 10.94 12.65 0.00 131.64 218.90 7.8 69.16 359.76 207.47 17.73 220.65 8.39 20.34 263.34 111.02 28.37 6.72 8.02 38.91 13.87 0.00 293.08 8.59 16.03 12.16 17.48 0.10 220.95 7.50 45.00 241.40 135.00 12.00 194.11 8.59 2.00 28.40 8.00 0.20 194.55 Tabla A1.6. Inventario de puntos de agua del INRH, (1986) Principales características físicas y químicas del agua en cada uno de los puntos (Figura 5.1). Punto Cota Topográfica Coordenadas UTM (m.s.n.m) 82 X pH CE(µS/cm) SiO2 Y mg/L HCO3- Cl- SO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ TSD mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 31.0 701.42 220.58 7.50 41.67 223.97 125.00 12.00 8.59 2.00 25.00 7.20 0.23 180.38 83 9.0 701.48 221.28 7.50 56.00 275.99 168.00 12.00 8.59 2.00 34.10 4.00 0.21 229.26 84 62.0 700.98 220.42 7.50 48.33 249.07 145.00 12.00 8.59 2.00 31.40 4.00 0.24 203.59 85 71.0 701.22 220.02 7.10 53.00 271.89 159.00 12.00 8.59 2.00 36.40 4.00 0.25 222.60 86 11.0 701.45 221.28 7.12 62.33 303.83 187.00 12.00 8.59 2.00 36.20 7.00 0.26 253.41 87 1020.0 702.29 206.10 6.24 24.40 127.73 73.21 7.09 2.40 4.41 13.25 2.76 0.35 103.83 88 310.0 707.45 213.95 7.10 31.73 183.32 95.19 11.35 8.16 2.00 16.66 10.12 0.24 144.08 89 340.0 707.75 212.45 8.00 8.54 138.79 25.63 12.77 24.00 9.22 8.22 5.43 0.23 85.86 90 160.0 707.75 215.15 6.20 24.50 169.01 73.50 21.99 0.96 0.00 17.98 10.81 0.10 125.70 91 120.0 709.20 216.08 7.30 21.13 156.56 63.40 23.05 3.98 1.01 17.60 4.60 0.10 114.10 92 595 699.900 211.800 6.80 40.00 139 27.63 12.77 24.00 9.22 8.22 4.43 0.23 86.50 93 420 698.800 213.700 6.80 48.70 144 31.63 12.77 24.00 9.22 8.22 5.43 0.23 91.50 94 90 693.100 212.500 6.90 52.00 210 99.58 21.28 2.88 5.89 17.88 12.42 0.00 159.93 95 105 692.300 209.900 7.00 34.94 219 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.25 96 170 693.900 208.000 6.95 24.50 169 73.50 21.99 0.96 0.00 17.98 10.81 0.10 125.34 97 130 689.700 210.500 7.10 34.94 219 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.25 98 180 690.300 207.700 6.85 24.50 169 73.50 21.99 0.96 0.00 17.98 10.81 0.10 125.34 99 380 698.000 214.500 6.65 17.27 100 51.80 9.22 1.44 0.80 10.60 4.14 0.16 78.16 100 180 697.200 217.250 7.10 24.50 169 73.50 21.99 0.96 0.00 17.98 10.81 0.10 125.34 101 20 694.500 221.400 7.00 33.19 210 99.58 21.28 2.88 5.89 17.88 12.42 0.00 159.93 102 50 689.900 217.900 7.10 34.94 219 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.25 103 590 696.400 210.800 6.50 17.27 100 51.80 9.22 1.44 0.80 10.60 4.14 0.16 78.16 �409 Anejo 1. Datos hidroquímicos 104 160 689.650 208.600 6.90 34.94 219 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.25 105 50 690.100 219.900 6.50 34.94 219 104.83 16.49 9.60 3.19 16.80 15.75 0.59 167.25 106 180 709.400 212.750 6.89 30.83 189 92.50 21.99 0.96 0.00 19.08 10.81 0.10 145.44 107 7 710.250 217.600 7.20 60.59 322 181.78 19.15 9.12 7.25 34.70 8.05 0.00 260.05 108 10 717.100 216.400 7.10 60.59 322 181.78 19.15 9.12 7.25 34.70 8.05 0.00 260.05 109 140 712.600 212.100 7.30 29.86 200 89.58 21.28 2.88 5.89 17.88 12.42 0.00 149.93 110 180 714.200 206.200 6.90 29.17 182 87.50 21.99 0.96 0.00 17.98 10.81 0.10 139.34 111 380 698.000 214.600 6.70 17.93 102 53.80 9.22 1.44 0.80 10.60 4.14 0.16 80.16 �410 Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla A1.7. Principales características físicas y químicas de las aguas superficiales y subterráneas del área de estudio según diferentes investigaciones. SO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ TSD Aguas superficiales pH Mn Ni2+ Al3+ Fe2+ Fe3+ SiO2 HCO3- Clmg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Formell y Oro,1980 Arroyo Cupey 7.3 0.031 0.020 0.005 0.100 1.500 34.0 73.0 14.0 3.0 2.8 13.0 7.0 1.0 113.8 Formell y Oro,1980 Arroyo al este del Río Jaragua 7.3 0.023 0.010 0.005 0.350 48.0 146.0 16.0 2.0 2.0 33.0 7.0 1.0 207.0 Formell y Oro,1980 Manantial río Jaragua 7.1 0.020 0.010 0.005 0.200 38.0 68.0 18.0 4.0 2.4 18.4 5.0 1.0 116.8 Formell y Oro,1980 Arroyo al oeste del Río Jaragua 7.4 0.052 0.010 0.005 0.150 26.0 73.0 16.0 1.0 2.8 16.6 6.0 1.0 116.4 Bugelsky y Formel,1973ª Nacimiento río Naranjo 6.5 0.021 0.010 0.005 0.100 0.050 8.0 24.4 4.2 2.0 2.0 3.4 4.0 40.0 Bugelsky y Formel,1973b Nacimiento río Pinos 6.9 0.018 0.002 0.005 0.050 18.0 48.8 3.9 2.0 2.4 7.4 4.0 68.5 INRH, 1965 Manantial en el curso superior del río Seco 6.6 0.031 0.002 0.005 0.050 18.0 61.0 3.9 2.0 2.8 9.7 4.0 83.4 INRH, 1971 Manantial en el curso superior del río Seco 6.6 0.018 0.002 0.005 0.100 0.050 14.0 48.8 5.3 2.0 0.7 9.9 4.0 70.7 INRH, 1985 Nacimiento del río Seco 6.6 0.012 0.010 0.005 0.050 14.0 39.7 5.3 2.0 0.5 8.8 4.0 60.3 Manantiales rocas ultramáfitas Bugelsky y Formel,1973 INRH, 1965 INRH, 1971 INRH, 1985 INRH, 1988 Mn Ni2+ Al3+ Fe2+ Fe3+ SiO2 HCO3- ClSO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ TSD mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 6.5 0.018 0.002 0.005 0.050 8.0 24.4 4.2 2.0 2.0 3.4 4.0 40.0 6.9 0.031 0.002 0.005 0.005 18.0 48.8 3.9 2.0 2.4 7.4 4.0 68.5 6.6 0.011 0.001 0.005 0.010 18.0 61.0 3.9 2.0 2.8 9.7 4.0 83.4 6.6 0.013 0.002 0.005 0.015 14.0 48.8 5.3 2.0 0.7 9.9 4.0 70.7 6.6 0.012 0.002 0.010 0.015 14.0 39.7 5.3 2.0 0.5 8.8 4.0 60.3 pH Mn Ni2+ Al3+ Fe2+ Fe3+ SiO2 HCO3- ClSO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ TSD mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 7.3 0.021 0.001 0.010 0.005 80.0 131.0 7.0 1.2 1.2 26.7 5.1 0.1 172.3 7.4 0.010 0.002 0.010 0.004 80.0 185.4 7.0 2.2 1.2 36.5 5.1 0.1 237.5 Nacimiento Río Naranjo Nacimiento Río Pinos Curso superior del río Seco Curso superior del río Seco Nacimiento del río Seco Pozos rocas ultramáfitas INRH, 1965 INRH, 1971 pH Yacimiento Moa Yacimiento Punta Gorda �Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla A1.8. Principales características físicas y químicas de las aguas subterráneas del acuífero aluvial. Pto T oC pH Turbidez CE NO3 O2(dis) DQO Cr+6 Mn Ni Fe(total) SiO2 HCO3- Cl- SO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ (ppm SiO2) µS/cm mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 0.23 1 22 7.4 218 1.71 2.10 0.04 0.02 2.32 0.01 0.48 13.0 126.5 15.0 6.0 8.7 26.5 4.2 1.0 0.56 2 22 7.4 280 3.00 1.53 0.00 0.02 2.64 0.03 1.34 13.1 145.0 13.5 16.5 9.0 30.0 4.7 1.5 0.52 3 22 7.4 210 3.29 0.00 0.00 0.02 2.49 0.01 0.60 12.8 118.5 16.0 16.5 13.6 22.8 4.1 1.0 0.36 4 22 7.2 600 2.15 1.48 0.68 0.02 2.26 0.02 0.52 12.9 274.5 15.0 77.5 11.9 64.5 6.1 1.0 0.56 5 22 8.1 600 2.00 0.00 0.00 0.02 2.67 0.01 0.46 12.9 310.5 15.0 49.5 14.7 63.5 8.7 1.0 0.58 6 22 7.3 732 1.55 2.40 2.99 0.02 2.61 0.01 1.40 15.6 314.5 19.5 100.0 13.5 79.5 9.6 1.0 0.92 7 22 7.6 650 3.81 0.65 0.00 0.05 4.04 0.03 2.30 17.8 156.5 23.5 178.0 14.0 67.0 13.5 1.0 0.74 1520 1.40 8 22 7.1 0.00 0.69 0.06 5.77 0.04 3.16 16.6 228.0 27.0 433.0 76.0 98.3 18.6 1.0 0.95 1750 10.08 9 22 7.1 3.18 2.11 0.40 6.10 0.05 3.91 16.1 189.0 24.0 639.0 23.0 182.8 11.7 1.0 0.86 1708 1.00 10 22 7.5 0.95 0.00 0.06 5.53 0.04 2.38 16.0 189.0 20.5 632.2 18.5 182.5 11.5 2.0 0.46 11 22 7.3 550 1.94 1.15 0.48 0.04 3.19 0.03 2.03 27.6 365.0 33.5 40.0 14.0 58.0 17.5 1.0 1.23 5310 11.52 12 22 7.2 6.30 0.91 1.11 7.05 0.06 4.10 15.5 384.0 51.5 1824.0 49.0 433.8 214.4 1.0 1.24 4402 1.26 13 22 7.3 0.12 0.03 1.09 7.71 0.06 4.29 16.4 381.0 45.5 3512.0 176.0 756.6 75.5 1.5 2.01 4612 3.96 14 22 6.8 1.75 1.04 1.41 7.80 0.06 3.73 26.1 279.0 44.0 3072.0 115.7 748.8 35.5 1.5 2.14 5915 3.10 16 22 6.7 2.28 1.66 1.60 8.08 0.08 5.04 27.0 402.5 51.5 4771.5 173.5 1144.5 37.5 1.0 2.10 3440 12.40 17 22 6.9 3.70 1.29 0.78 6.88 0.06 4.35 26.1 421.0 32.5 2489.5 201.8 581.0 23.0 1.5 0.63 38 22 8.1 600 32.00 0.00 0.00 0.02 2.67 0.01 0.46 12.9 290.5 15.0 49.5 14.7 63.5 8.7 1.0 0.53 39 22 7.3 734 21.55 2.40 2.99 0.02 2.61 0.01 1.40 15.6 284.5 19.5 100.0 13.5 79.5 9.6 1.0 0.25 40 22 7.6 658 23.81 0.65 0.00 0.05 4.04 0.03 2.30 17.8 156.5 23.5 178.0 14.0 67.0 13.5 1.0 411 �412 Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla A1.9. Principales características físicas y químicas de las aguas superficiales. Pto pH Turbidez CE DQO Mn(total) Ni2+ Al3+ Fe(total) Cu2+ Co Cr+6 Zn NO3 NH4 SiO4H4 HCO3- Cl SO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ (ppm SiO2) µS/cm mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 29 6.8 32 95.1 4.0 0.029 1.300 0.049 0.560 0.050 0.003 0.045 0.005 11.4 0.1 12.6 34.2 15.3 5.0 2.0 15.8 8.3 2.0 24 7.0 31 92.4 3.4 0.009 2.030 0.050 0.540 0.051 0.003 0.045 0.008 3.1 0.5 12.3 33.7 14.9 10.8 2.0 13.4 16.0 1.2 23 6.8 3 91.7 3.0 0.008 0.053 0.068 0.040 0.006 0.003 0.030 0.004 3.2 0.5 12.3 35.2 14.9 5.6 2.0 13.6 18.0 1.0 21 6.8 6 113.2 4.2 0.006 0.030 0.066 0.040 0.006 0.005 0.041 0.004 3.1 0.1 7.8 41.5 18.1 1.0 2.7 9.8 15.6 2.0 26 34 6.8 4.2 32 27 18 19 20 2.8 2.8 6.7 6.8 6.5 3 28 96.2 98.5 116.3 31 18 111.1 18 113.5 29 114.3 26 118.2 11.6 0.0 0.080 2.000 1.000 2.520 0.015 0.005 0.960 2.000 0.004 1.200 0.020 1.110 0.028 0.041 0.070 1.500 11.2 10.1 1.3 0.1 8.4 8.0 0.2 0.7 4.8 4.1 4.1 3.600 2.000 1.012 1.050 1.021 0.510 3.500 1.050 1.200 1.500 0.500 0.120 0.500 0.120 0.006 2.040 0.210 1.860 1.360 2.360 0.004 0.002 0.300 0.004 0.002 0.011 3.200 1.2 1.01 1.2 0.030 0.041 0.05 0.04 0.05 2.650 0.280 0.000 0.000 0.000 0.9 0.2 1.4 1.6 1.2 0.2 0.9 10.9 7.3 11.2 9.65 8.75 44.2 13.3 38.4 16.1 39.4 36.6 38.0 38.6 38.0 28.4 29.8 14.0 14.0 16.9 2.6 5.4 66.2 46.2 14.0 11.0 16.1 3.3 20.9 13.5 18.3 14.8 8.2 2.0 1.7 2.9 19.3 3.2 19.2 6.0 17.0 6.0 20.0 7.0 18.50 8.5 7.9 6.8 7.1 8.2 1.0 1.2 1.0 1.0 1.6 Tabla A1.10. Principales características físicas y químicas de las aguas de las rocas ultramáficas. Pto pH Turbidez CE MO Mn(total) Ni2+ Al3+ Fe(total) Cu2+ Co Cr+6 Zn NO3 NH4 SiO4H4 HCO3- Cl SO4= Ca2+ Mg2+ Na+ K+ (ppm SiO2) µS/cm mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 15 7.1 0.25 54.7 0.0 0.005 0.005 0.006 0.07 0.003 0.004 0.008 0.009 9.7 0.9 10.5 35.9 16.2 1.4 2.8 9.2 6.2 1.1 50.8 22 6.5 0.60 0.0 0.004 0.005 0.006 0.070 0.002 0.004 0.006 0.007 11.2 0.8 8.3 35.5 16.2 1.4 2.8 9.2 6.2 1.1 25 6.2 0.65 51.3 0.0 0.005 0.007 0.003 0.08 0.002 0.004 0.006 0.006 10.1 0.2 7.6 36.6 14.2 1.5 3.1 8.9 7.0 1.0 41 6.3 0.78 56.8 0.0 0.003 0.004 0.002 0.08 0.001 0.002 0.002 0.002 9.2 0.9 8.1 39.5 16.2 1.4 2.8 9.1 6.9 0.21 42 6.6 0.81 43 44 6.7 6.8 0.45 0.46 45 46 7.1 7.1 0.65 0.32 47 6.9 0.68 48 49 7.1 7.2 0.83 1.25 50 7.3 1.36 41.3 45.7 0.0 0.004 0.003 0.002 0.09 0.001 0.001 0.002 0.005 9.8 0.7 7.9 46.6 14.2 1.5 3.1 9.9 7.9 0.5 0.0 0.0 0.003 0.002 0.005 0.007 0.004 0.005 0.06 0.07 0.002 0.003 0.003 0.004 0.003 0.001 0.005 0.004 12.2 13.3 0.5 0.4 8.5 7.9 65.5 16.2 56.6 14.2 1.4 1.5 2.8 3.1 9.2 8.1 6.4 5.0 0.3 0.2 61.3 0.0 0.0 0.003 0.005 0.005 0.007 0.003 0.003 0.05 0.04 0.002 0.001 0.003 0.002 0.002 0.003 0.003 0.003 11.8 9.0 0.6 0.7 8.8 9.6 45.1 16.2 32.9 14.2 1.4 1.5 2.8 3.1 7.7 8.5 6.8 7.3 0.6 0.5 50.8 51.3 0.0 0.003 0.005 0.005 0.06 0.001 0.001 0.005 0.004 10.6 0.3 8.3 37.1 16.2 1.4 2.8 7.6 6.5 0.7 0.0 0.0 0.005 0.005 0.007 0.005 0.002 0.006 0.08 0.17 0.001 0.003 0.002 0.004 0.002 0.008 0.005 0.009 11.3 8.6 0.5 0.9 6.5 10.5 39.6 14.2 51.1 16.2 1.5 1.4 3.1 2.8 9.1 19.9 7.0 12.2 0.8 0.2 0.0 0.005 0.007 0.006 0.82 0.003 0.004 0.007 0.006 7.7 0.6 12.3 54.9 14.2 1.5 3.1 18.7 14.0 0.1 55.2 58.1 66.2 71.9 �413 Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla a1.11. Relaciones iónicas aguas subterráneas acuífero aluvial (r=meq/L). Punto rNa/rCl rNa/rK rCl/rK rCl/rSO4 rCl/rMg rCa/rMg rNa/rMg rCO3H/rCa rCO3H/r(Ca+Mg)rNa/rCa rCO3H/r(Na/Ca) rNO3/rSO4 icb(-) icb kr (rSO4*rCa)1/2 1 0.37 6.46 17.63 3.10 0.45 0.17 0.07 0.37 1.50 0.41 5.08 0.050.14 0.69 1.21 0.24 2 0.47 7.31 15.42 1.00 0.39 0.17 0.07 0.33 1.63 0.43 5.45 0.120.09 0.59 1.34 0.41 3 0.35 5.44 15.42 1.05 0.39 0.39 0.08 0.40 1.15 0.20 9.81 0.130.12 0.71 1.39 0.51 4 0.66 10.16 15.42 0.24 0.39 0.11 0.05 0.16 2.84 0.42 11.07 0.020.03 0.41 2.37 1.01 5 1.16 15.29 13.22 0.34 0.34 0.14 0.08 0.17 2.92 0.55 9.14 0.030.00 -0.08 2.62 0.84 6 0.78 15.50 19.83 0.24 0.51 0.14 0.07 0.15 2.77 0.47 10.96 0.000.02 0.27 2.81 1.34 Media 1-6 0.63 10.03 16.16 1.00 0.41 0.19 0.07 0.26 2.13 0.41 8.59 0.06 7 0.88 24.30 27.54 0.20 0.71 0.12 0.12 0.17 1.58 1.04 2.44 0.020.02 0.15 1.56 1.45 8 1.12 30.93 27.54 0.08 0.71 0.54 0.10 0.08 0.69 0.18 19.95 0.000.00 -0.09 3.87 6.17 9 0.81 18.69 23.13 0.05 0.59 0.07 0.03 0.06 1.60 0.48 6.68 0.010.01 0.24 2.17 3.62 10 0.85 9.35 11.02 0.04 0.28 0.09 0.03 0.12 0.94 0.35 8.88 0.000.02 0.33 2.27 4.18 11 0.57 22.09 38.55 1.25 0.99 0.05 0.14 0.24 5.06 2.83 2.15 0.020.01 0.20 1.67 2.56 12 5.93 372.13 62.79 0.04 1.61 0.06 0.26 0.03 2.07 4.76 1.30 0.00-0.17 -4.91 4.25 8.94 13 2.73 129.14 47.37 0.02 1.21 0.13 0.05 0.01 0.69 0.41 15.00 0.00-0.03 -1.71 6.75 23.98 14 1.18 28.04 23.68 0.02 0.61 0.10 0.02 0.03 0.55 0.23 19.62 0.000.00 -0.14 5.04 19.75 16 1.05 61.17 58.38 0.02 1.49 0.08 0.02 0.01 0.76 0.20 34.77 0.000.00 -0.03 7.18 28.12 17 1.22 44.18 36.35 0.02 0.93 0.21 0.02 0.02 0.62 0.11 60.03 0.000.00 -0.19 7.73 22.76 Media 7-17 1.63 74.00 35.64 0.17 0.91 0.14 0.08 0.08 1.46 1.06 17.08 0.010.07 0.45 1.95 0.40 Media 1-17 1.18 47.07 26.66 0.45 0.68 0.15 0.07 0.14 1.61 0.77 13.08 0.020.12 0.43 0.83 0.16 �Anejo 1. Datos hidroquímicos 414 �Anejo 1. Datos hidroquímicos Especies 3 Zn SO4 CrO42Cr2O72H4SiO4 98.0 98.0 Ni2+ 100.0 Zn2+ ZnHCO AlSO4 Cu2+ CuOH2 CuSO4 + Mn SO4 Al3+ Al(OH)4 Al(OH)2 3 Ca2+ 89.0 CaSO4 Mg2+ 90.0 MgSO4 99.5 Cl100 SO4278.0 MgSO4 20.0 HCO3- 94.0 CO2 Fe2+ 48.0 FeHCO3 30.0 FeSO4 Fe(OH)2 + 82.0 Fe(OH)3 Mn2+ 29.0 MnHCO 61.0 Aguas no contaminadas del acuífero aluvial puntos (l –6) 98.0 99.4 99.3 407 Agua intersticial Agua subterránea Aguas residuo ACL Ultramáficas superficiales puntos (25-26) puntos (19-20) 97.0 57.0 41.0 52.0 46.0 95.0 100 53.0 44.0 99.8 99.0 85.0 12.0 62.0 47.0 96.0 59.0 39.0 54.0 44.0 96.0 100 58.0 38.0 84.0 99.8 100 84.0 15.0 79.0 21 83.0 16.0 87.0 12.0 85.0 14.0 99.0 100 58.0 41.0 70.0 30.0 77.0 12.0 11.0 72.0 28.0 74.0 26.0 50.0 17.0 33.0 49.0 27.0 51.0 48.0 52.0 15.0 31.0 32.0 66.0 100.0 100.0 70.0 73.0 13.0 17.0 10.0 75.0 50.0 12.0 48.0 10.0 100.0 87.0 96.0 82.0 98.0 100.0 100.0 56.0 38.0 100.0 78.0 15.0 76.0 82.0 11.0 14.0 11.0 99.0 100.0 41.0 17.0 33.0 66.0 11.0 23.0 51.0 15.0 34.0 100.0 100.0 50.0 13.0 30.0 Aguas Agua contaminad intersticial as puntos residuo SAL (12-17) Tabla A1.12. Resultados de la simulación con el Programa FREEQCI. Especies acuosas en que se encuentran los principales elementos detectados en las aguas superficiales y subterráneas (valores medios en % del elemento en la especie de acuerdo al modelo geoquímico). Elemeto Ca2+ Mg2+ Na+ ClS(6) C(4) Fe2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cu2+ Co2+ Ni2+ Zn2+ Cr6+ Si �Anejo 1. Datos hidroquímicos 1975 1986 Subterránea Superficiales Subterránea Superficiales Subterránea Superficiales 7 34 7 34 7 34 6.3 7.2 9.2 10.3 0.010 0.010 0.011 0.020 0.010 0.020 107.0 0.010 0.100 10.7 0.010 0.040 0.020 0.023 0.600 0.046 2.600 0.060 0.070 0.050 0.110 0.090 0.200 0.120 INRH, (1965) INRH, (1965) INRH, (1985) INRH, (1985) INRH, (1986) INRH, (1986) 408 Tabla A1.12. Concentración media en mg/L de los principales contaminantes de las aguas subterráneas del acuífero aluvial y superficiales del río Moa, de acuerdo a diferentes trabajos. Punto SO4 Año Aguas Ni Cr(VI) Mn Fetotal Referencia 7 Este trabajo 1996 Subterránea 570.0 0.04 0.053 4.100 2.300 34 Este trabajo Superficiales 66.1 3.51 0.040 2.100 0.070 1963 Tabla A1.13. Evolución del contenido de sulfatos y la conductividad en el pozo 7 del acuífero aluvial (datos del INRH) Punto Año SO (mg/L) CE(mS) 4 Pozo 7 1975 7.1 177.1 Pozo 7 1978 20.2 287.4 Pozo 7 1982 80.3 323.2 Pozo 7 1983 98.1 384.1 Pozo 7 1984 110.0 448.1 Pozo 7 1985 93.5 500.3 Pozo 7 1987 160.1 480.4 Pozo 7 1988 151.2 540.2 Pozo 7 1990 138.7 508.6 Pozo 7 1991 145.8 513.5 Pozo 7 1992 158.2 528.6 Pozo 7 1994 179.1 544.7 Pozo 7 1995 201.1 593.9 Pozo 7 1996 257.2 741.1 �Anejo 1. Datos hidroquímicos Tabla. A1.14. Principales parámetros de la normativa internacional de agua potable de la O.M.S y norma cubana de agua potable. 409 Sustancias químicas que afectan a la potabilidad del agua Organización Mundial de la Salud (OMS) 1971 Norma cubana (NC, 1985, 1995) Sustancias Concentración Concentración Concentración Concentración máxima aceptable máxima máxima máxima permitida aceptable permitida Sólidos totales 500 1000 500 1000 Color (escala del platino Cobalto) 5 50 5 50 Turbidez (en mg/L de SiO2) 5 25 Gusto No detectable No detectable No detectable No detectable PH 7-8.5 6.5-9.2 7-8.5 Calcio (mg/L) 75 200 200 Magnesio(mg/L) 50 150 50 150 30 30 30 30 Si SO4>250 mg/L 125 125 125 125 Si SO4<250 mg/L Sulfato(mg/L) 200 400 400 H2S 0.05 0.05 Cloro (mg/L) 200 600 250 600 Hierro (mg/L) 0.3 1 0.3 1 Manganeso (mg/L) 0.1 0.5 0.1 0.5 Cobre (mg/L) 0.05z 1.5 1 Zinc (mg/L) 5 15 5 15 Níquel (mg/L) 0.05 Sustancias químicas que pueden afectar la salud Sustancias Fluor 0.5 1.5 1 Nitrato 45 100 45 Sustancias tóxicas Sustancias Plomo(mg/L) 0.1 <0.1 <0.1 Selenio (mg/L) 0.01 0.01 Arsénico (mg/L) 0.05 <0.05 <0.05 Cromo hexavalente (mg/L) 0.05 0.05 Cianuro 0.2 0.2 Cadmio (mg/L) 0.01 0.005 Bario (mg/L) 1 0.03 Mercurio (mg/L) 0.01 0.01 Plata (mg/L) 0.05 0.05 Indicadores químicos de polución Indicador Demanda química de oxígeno (DQO) 10 10 10 10 Demanda bioquímica de oxigeno(DBO) 6 6 6 6 Nitrógeno total (excluido el NO3) 1 1 1 1 NH3 0.5 0.5 0.5 0.5 Carbono (extracto de cloroformo) 0.5 0.5 0.5 0.5 Grasas 1 1 1 1 �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 419 Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción A2.1. Introducción La mayor parte de la contaminación por metales de las aguas superficiales y subterráneas del área de estudio está motivada por la actividad minero-metalúrgica, pero al parecer existen otras fuentes de aporte de metales al medio hídrico. Con el objetivo de establecer las diferentes fuentes que dan lugar a la presencia de los contaminantes metálicos en el agua se realizaron ensayos Batch con muestras representativas de los diferentes materiales geológicos del área de estudio y de los residuos metalúrgicos sólidos de la industria del níquel almacenados en las presas sobre las terrazas aluviales del río Moa. A2.2. Ensayos Batch Con el objetivo de conocer la capacidad de los diferentes materiales geológicos y los residuos sólidos de transferir sales al medio acuoso se realizaron ensayos Batch con diferentes relaciones agua roca (Tabla A2.1 y A2.2), controlando el pH inicial y el pH final (Tabla A2.3). La masa de cada elemento lixiviada se calculó por diferencia con la concentración total de este en la muestra sólida inicial y la concentración medida en la solución acuosa. Como resultado de los ensayos Batch se obtuvo que la mayoría de las muestras de material geológico del territorio y los residuos metalúrgicos presentaban la capacidad de transferir al medio en presencia de agua, diferentes proporciones de sales solubles, entre las que se encuentran proporciones importantes de metales (Figura A2.1). Se puede apreciar que la masa de metal liberada para la relación sólido/líquido de 1:5 es muy pequeña en todos los casos, incrementándose en la misma medida que se incrementa la proporción de agua. En el caso de los residuos mineros se observó que son los que presentan los mayores valores de liberación de metal al medio acuoso, siendo el residuo del proceso metalúrgico de lixiviación ácida (SAL, pH=4.1) el que libera mayor masa de metal (Tabla A2.2 y Figura A2.1). �420 Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción Tabla A2.1. Concentración de los metales en los residuos, el corte laterítico y una muestra del aluvial (g/kg). Elementos SAL ACL ZLS ZLI ZS AL Cu 0.86 0.12 0.02 0.06 0.03 0.01 Cr 24.79 19.72 0.17 21.07 27.91 0.39 Co 1.31 1.15 0.05 0.59 0.21 0.01 Ni 7.23 6.47 4.51 9.85 2.59 4.51 Fe 430.00 450.00 530.00 453.00 190.00 421.00 Mn 18.00 19.00 16.00 18.00 8.00 11.00 Zn 0.67 0.45 0.03 0.33 0.26 0.03 Sr 18.00 16.00 22.00 14.00 6.00 0.20 SAL: residuo del proceso de lixiviación ácida, ACL: residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal, ZLS: zona limonítica superior, ZLI: zona limonítica inferior, ZS: zona saprolítica, Al: aluvial Tabla A2.2. Masa de metales lixiviada en los ensayos de Batch (expresada en % en peso con respecto a la masa total del metal en el residuo). SAL Cu Cr Co Ni Fe Mn Zn Sr 1:5 0.08 0.00 0.11 0.04 0.00 0.32 0.10 0.00 1:20 0.48 0.00 0.86 0.23 0.00 2.17 1.75 0.02 ACL 1:250 8.52 0.02 1.30 0.52 0.01 2.04 7.41 0.94 1:5 0.17 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.09 0.00 1:20 0.84 0.00 0.07 0.04 0.00 0.07 0.49 0.01 ZLS 1:250 28.08 0.01 0.35 0.37 0.00 0.36 4.27 0.55 1:20 10.39 0.26 0.60 0.03 0.00 0.01 3.87 0.00 ZLI 1:250 45.00 3.14 8.88 0.41 0.00 0.10 6.20 0.04 1:20 3.73 0.00 0.02 0.01 0.00 0.00 0.47 0.00 ZS 1:250 49.82 0.03 0.69 0.19 0.01 0.06 8.06 0.51 1:20 5.71 0.00 0.12 0.06 0.00 0.01 0.55 0.02 1:250 42.3 0.01 1.31 0.89 0.01 0.14 6.10 1.20. SAL: residuo del proceso de lixiviación ácida, ACL: residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal, ZLS: zona limonítica superior, ZLI: zona limonítica inferior, ZS: zona saprolítica. El pH inicial de las muestras al parecer juega un importante papel en la masa de metal lixiviada, siendo mayor en el residuo SAL que presenta un pH ácido. En el ensayo de Batch se aprecia que el pH de las diferentes soluciones se incrementa pasadas 24 horas de agitación (Tabla A2.3). Tabla A2.3. Valores del pH inicial y final durante los ensayos Batch. SAL Ratio 1:5 1:20 1:250 1:5 pH 4.52 4.61 4.52 7.2 inicial pH 4.72 7.02 6.85 7.65 final ACL 1:20 7.80 ZLS ZLI ZS AL 1:5 1:20 1:250 1:250 1:5 1:20 1:250 1:5 1:20 1:250 1:5 1:20 1:250 7.8 7.86 7.90 7.72 5.39 5.37 5.31 5.79 5.73 5.85 7.10 7.16 7.10 7.52 7.86 7.39 7.63 7.60 7.58 7.64 7.60 7.32 7.48 7.55 7.80 7.39 7.60 SAL: residuo del proceso de lixiviación ácida, ACL: residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal, ZLS: zona limonítica superior, ZLI: zona limonítica inferior, ZS: zona saprolítica, Al: aluvial Durante el análisis de las soluciones resultantes del ensayo Batch se controlaron otros metales (vanadio, titanio, aluminio, bario, plomo, el mercurio, el arsénico y el cadmio. , que no fueron detectados con el equipo empleado en el análisis. �421 Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 80 Mn 1:250 Mn 1:20 Mn 1:5 60 40 20 Masa lixiviada (mg/kg) Masa lixiviada (mg/kg) 80 ZLI 4 ZS Fe 1:5 40 20 Cr 1:250 Cr 1:20 3 SAL ACL ZLS AL Cr 1:5 2 1 ZLI ZS AL 4 Masa lixiviada (mg/kg) SAL ACL ZLS Masa lixiviada (mg/kg) Fe 1:20 0 0 Co 1:250 Co 1.20 3 Co 1:5 2 1 0 0 ZLI 12 ZS Ni 1:250 Ni 1:20 Ni 1:5 8 SAL ACL ZLS AL 4 ZLI 12 Masa lixiviada (mg/kg) SAL ACL ZLS Masa lixiviada (mg/kg) Fe 1:250 60 ZS AL Zn 1:250 Zn 1:20 Zn 1:5 9 6 3 0 0 SAL ACL ZLS ZLI ZS AL SAL ACL ZLS ZLI ZS AL Figura A2.1. Masa lixiviada en los ensayos de Batch a diferentes relaciones agua residuo. SAL: residuo del proceso de lixiviación ácida, ACL: residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal, ZLS: zona limonítica superior, ZLI: zona limonítica inferior, ZS: zona saprolítica, AL: aluvial. A2.3. Secuencia de extracción (SE) Considerando que los residuos minero-metalúrgicos son los que representan las principales fuentes contaminantes de las aguas superficiales y de las aguas subterráneas del acuífero aluvial y viendo los resultados de los ensayos Batch anteriormente descritos se realizó una secuencia de extracción (SE) o especiación de los dos residuos con el objetivo de conocer las posibles formas o especies en que se encuentran. Determinar los mecanismos de adsorción y formas en que se encuentran los metales partir de las fases en que se desarrolla el lixiviado. Los resultados de las SE nos brindan una información �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 422 aproximada que nos permite estimar las posibles formas en que pueden ser movilizados los diferentes elementos contaminantes. La metodología desarrollada es una adaptación de la de Ma y Urem (1995) para suelos con pH ácido, descrita en el Capítulo 3 de esta memoria. La concentración total de cada elemento en cada uno de los pasos o fases de la secuencia de extracción se detalla en la Tabla A2.4 y A2.5. La masa de cada elemento extraído en cada paso se calculó por diferencia con la concentración total de este en el residuo. El análisis estadístico muestra que la desviación es inferior al 10% para los elementos que su masa es superior al 0.001% en peso respecto al total, con la excepción del bario. Los resultados de la secuencia de extracción muestran que las mayores concentraciones de los diferentes elementos analizados se encuentran asociados a los óxidos e hidróxidos, con la excepción del bario. Estos resultados son obvios si consideramos que la composición de estos residuos son fundamentalmente óxidos e hidróxidos de Fe y Al. A continuación detallaremos los resultados de la secuencia de extracción paso por paso. Paso 1: Fracción soluble en agua. La fracción de sales solubles en agua, normalmente está asociada a los minerales de sulfato. La solución extractante empleada en este caso es agua destilada a pH=5.5, se emplea este pH porque es el establecidos para realizar los test a los residuos y además es el pH de equilibrio del agua de lluvia. El residuo ácido (SAL) es el que presenta la mayor capacidad de transferir metales al medio acuoso, mientras que el residuo ACL transfiere muy pocas sales al medio acuoso. Los resultados muestran como el pH del residuo al parecer es el factor que controla la movilidad de los diferentes metales analizados, siendo mayor en el residuo SAL, que presenta un pH inferior al de la solución extractante. En el residuo ACL, que presenta mayor pH, más porcentaje de partículas tamaño arcilla y mayor contenido de materia orgánica, se observa que la transferencia al medio acuoso es más limitada. El conocimiento de la fracción de metales que es potencialmente transferible al medio acuoso por disolución es de extraordinaria importancia pues en el caso de Moa las condiciones climáticas (precipitaciones anuales de más de 2000 mm) favorecen el proceso de disolución de los solutos al ponerse en contacto con las aguas meteóricas y su transporte e infiltración hasta las aguas subterráneas (Tabla A2.4 y A2.5). �423 Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción Paso 2. Fracción adsorbida Los metales producidos por la actividad antropogénica normalmente están adsorbidos de diferentes formas en la superficie de las partículas de la matriz del medio poroso, en las cavidades y poros de las partículas o formando complejos en su superficie (Sposito, 1984; Sparks, 1995). La solución extractante empleada en este paso es NaEDTA 1% en NH4Oac 1M con pH 8.3. Se ha comprobado que el residuo ACL presenta una mayor proporción de metales adsorbidos que el residuo SAL. En este paso la masa total de metales es mucho mayor que la masa fácilmente soluble en agua. La extracción de los metales en orden decreciente en el residuo SAL es Al>>Fe>Mn>Ni>Zn»Co>Cr >Ba>Ti>V, mientras que en el residuo ACL es diferente Fe>Mn>Al >Ni>>Co>>>Ba»Zn>V>Ti (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6). Paso 3. Fracción fácilmente reducible asociada al manganeso En este paso se emplea una solución de hidroquinona al 0.2% en NH4Oac 1M con pH=7, capaz de reducir el Mn. La fracción fácilmente reducible es muy pequeña (menos del 2.2% del peso total) en todos los metales. En esta fase la masa total de metal liberada es inferior a la fracción adsorbida y mayor que la fracción fácilmente soluble en agua. La masa de metales extraída en el residuo SAL en orden decreciente es Al>Fe>Mn>Co>Cr>Ni>V y en el residuo ACL es Fe>Mn>Ni>Al>Co> Cr>Ba (Tabla A2.4 y A2.5). Paso 4. Fracción asociada a los carbonatos En esta fracción se encuentran los metales asociados a los carbonatos de calcio y magnesio. Se emplea en este caso una solución de acetato sódico 0.5M a pH=4.74. A pesar de la existencia de carbonato en el residuo ACL se detecta la presencia de una pequeña fracción de metales asociados a esta fase (Tabla A2.4 y A2.5). En el caso del residuo SAL no existen carbonatos para las condiciones de pH que presenta. �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 424 Paso 5. Fracción asociada a la materia orgánica (OM). En este paso se trata de separar los metales asociados a la materia orgánica eliminándola (Thomas, (1975), para ello se aplica agua oxigenada a pH=4.74, añadiendo al cabo de una hora acetato sódico con una concentración de 0.5M a pH=4.74. En esta fase se aprecia que la masa de metales asociada a la fracción orgánica es mucho mayor en el residuo ACL que en el residuo SAL, lo cual es de esperar debido a su diferencia en el contenido de materia orgánica. La masa total de metal liberada en ACL es de 868 mg/kg mientras que en el residuo SAL es casi 4 veces menor (228 mg/kg). Las concentraciones de metales más significativas asociadas a la materia orgánica son el Co, Ni, Cr y Mn y las menos importantes el Zn, V y AL (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6). Paso 6. Fracción asociada a los óxidos e hidróxidos de Fe y Al La adsorción de metales en los óxidos e hidróxidos de los diferentes metales depende del pH, con rangos que varían según el tipo de metal estudiado. De acuerdo al pH de la solución aplicada el proceso predominante puede ser la adsorción o la desorción (Sposito, 1984; Sparks, 1995). En nuestro ensayo se ha aplicado una solución extractante de (NH4)2C2O4 0.175M con H2C2O4 0.1M con ratio 1:1, a pH=3.25. En el residuo ACL, para la solución acuosa aplicada de pH=3.5, se obtienen las mayores concentraciones de metal asociado a los óxidos e hidróxidos de Fe y Al lo que demuestra que estos metales están fuertemente fijados a la matriz de las partículas sólidas, por lo que la movilidad de la mayor parte de los metales asociados a los residuos es muy limitada (Tabla A2.4 y A2.5). Paso 7. Fracción residual Se realiza la digestión total de la muestra sólida resultante de los anteriores pasos, para ello se aplica un ataque escalonado de ácidos fuertes (HF, HNO3 y HCLO4) con ratios de 1:10. Los resultados de la digestión total muestran que los residuos están principalmente formados por Fe en más del 40% y en segundo lugar se encuentra el Al con una concentración superior al 4.5%. La masa total de todos los metales asociada a la estructura mineral es superior al 74% en cada uno de los elementos analizados en el residuo ACL, con la excepción del bario y en el residuo SAL es superior al 85%, con la �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 425 excepción del bario. A continuación detallaremos la distribución de los diferentes metales con énfasis en los que han sido detectados en las aguas superficiales y subterráneas del municipio de Moa (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6). Níquel: La masa de Ni del residuo SAL que es transferida a la solución acuosa en el primer paso de la SE es un orden de magnitud mayor que la del residuo ACL. Esta diferencia es debida a la diferencia de pH. Sucede lo contrario en el segundo paso donde la fracción de Ni adsorbida en el residuo ACL es más de un orden de magnitud que la del residuo SAL, aspecto que puede estar condicionado por el pH y el hecho de que el residuo ACL presenta una granulometría algo más fina. En el tercer paso se aprecia que la masa de Ni asociado al Mn fácilmente reducible en el residuo ACL es más de dos órdenes de magnitud que la existente en el residuo SAL, aspecto que consideramos está motivado por la diferencia de pH. En el cuarto paso se puede apreciar que el Ni asociado a los carbonatos en el residuo ACL es aproximadamente el 2.9% de la concentración total de este elemento en el residuo. En el quinto paso se aprecia que la masa de Ni asociada a la materia orgánica es prácticamente un orden de magnitud mayor en el residuo ACL con relación al residuo SAL, esta diferencia se debe a que en el proceso metalúrgico que origina el residuo ACL utiliza petróleo en el proceso de reducción de la fase mineral. En el sexto paso se aprecia que la masa principal del níquel extractable está asociado a la fracción de óxidos e hidróxidos de Fe por lo que su movilidad es muy limitada y solamente puede ocurrir ante soluciones muy ácida (pH<3). En el paso 7 se puede apreciar que en ambos casos más del 86% de la masa total de Ni está asociada a la estructura mineral y que solamente es posible liberarlo con un ataque con ácidos fuertes. Considerando la masa de Ni que puede ser liberada por estos residuos se puede plantear que el que mayor riesgo se presenta en el residuo SAL debido a su pH (Tabla A2.4 y A2.5). Cromo: la masa de Cr transferible a la solución acuosa en el primer paso es muy pequeña en el caso del residuo SAL 0.06 mg/kg, mientras que en el residuo ACL es nula. La fracción de Cr adsorbida en el residuo ACL es tres veces mayor que en el residuo SAL. La fracción de Cr asociada al Mn fácilmente reducible es casi un orden de magnitud mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL. En el caso de los carbonatos la masa de Cr relacionada en el residuo ACL es pequeña (1.5 mg/kg). La masa de cromo asociada a la materia orgánica es un orden de magnitud superior en el �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 426 residuo SAL en comparación con el residuo ACL. En el caso del residuo SAL la masa asociada a los óxidos e hidróxidos de Fe y AL es algo menos de la mitad que la extraída en el residuo ACL. El contenido de Cr asociado a la fracción residual es tres veces mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL (Tabla A2.4 y A2.5). Manganeso: la fracción de Mn que es transferida al medio acuoso (paso 1) en el residuo SAL es un orden de magnitud superior que la transferida por el residuo ACL, esta diferencia es debida al pH del residuo. La masa de Mn adsorbida en el residuo ACL es un orden de magnitud mayor que la adsorbida en el residuo SAL, la diferencia se debe al pH del medio, pues a pH ácidos la adsorción del Mn disminuye y viceversa. La masa de Mn fácilmente reducible es 6 veces mayor en el residuo ACL en comparación con la del residuo SAL. La fracción de Mn en el residuo ACL es importante 433 mg/kg. La masa de manganeso asociado a la materia orgánica en el residuo ACL es un orden de magnitud superior a la del residuo SAL, esta diferencia es debido a la presencia de alifáticos en el residuo ACL como resultado del petróleo añadido en el proceso metalúrgico. La masa de Mn en el residuo asociada a los óxidos e hidróxidos de Fe y Al en el residuo ACL es similar en cantidad a la masa asociada a la materia orgánica, mientras que en el residuo SAL es prácticamente el doble de la asociada a la materia orgánica. La concentración de manganeso en la fracción residual es 1.4 veces mayor en el residuo ACL en comparación con la del residuo SAL (Tabla A2.4 y A2.5). Hierro: la fracción de Fe transferida al medio acuoso es dos veces mayor en el residuo SAL, esta diferencia se debe al pH y es probable que parte de este Fe se encuentre en estado amorfo, aunque comparado con la concentración total de Fe en los residuos se puede considerar prácticamente insignificante la masa liberada. El Fe adsorbido es un orden de magnitud mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL. La masa de Fe asociada al Mn fácilmente reducible es 9 veces mayor en el residuo ACL que en el residuo SAL. La fracción de Fe asociada a los carbonatos en el residuo ACL es de 312 mg/kg. La masa asociada a la materia orgánica es prácticamente un orden de magnitud mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL, aunque es mucho menor que la masa asociada al Mn. La fracción de Fe asociada a los óxidos de Fe y Al es un orden de magnitud mayor en el residuo ACL en comparación con la masa del residuo SAL. El Fe asociado a la fracción residual en ambos residuos supera el 43% del peso total (Tabla A2.4 y A2.5). �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 427 Cobalto: la fracción de Co que pasa al medio acuoso es un orden de magnitud mayor en el residuo SAL en comparación con el residuo ACL. La masa de Co adsorbida es 20 veces mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL. La masa de Co asociada al Mn fácilmente reducible es 7 veces mayor en el residuo ACL en comparación con el residuo SAL. En el caso de los carbonatos la masa de Co adsorbida es de 40 mg/kg en el residuo ACL. La masa de Co asociada a la materia orgánica es 7 veces mayor en el residuo ACL. En el caso de los óxidos de Fe y Al es casi 2 veces mayor en el residuo ACL. La masa total de Co en el residuo ACL es tres veces mayor que en el residuo SAL. En el caso del residuo SAL se puede señalar que la concentración de Co es muy similar en los 6 primeros pasos de la secuencia de extracción con un rango entre 1.45 y 3.81 (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6). Durante el análisis de las soluciones resultantes de la secuencia de extracción se controlaron otros metales como el Zn, V, Ti, AL y el bario los cuales se relacionan en la Tabla A2.4 y A2.5. Además se analizó el plomo, el mercurio, el arsénico y el cadmio pero en ningún caso se detecto concentración en las soluciones obtenidas en cada uno de los pasos de la SE. La SE nos brinda varios resultados y dentro de ellos uno de los más importantes es conocer la masa de metales que esta biodisponible en los residuos, con el objetivo de poder disponer de una estimación de las concentraciones que pueden pasar al medio ambiente. La masa biodisponible se corresponde con la suma de los dos primeros pasos de la SE. En este estudio hemos podido constatar que la masa de los principales contaminantes en el caso del Cr es de 0.2 mg/kg en el residuo ACL, mientras que en el residuo SAL es tres veces mayor (0.67 mg/kg) (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6).. En el Ni la masa biodisponible del residuo ACL es 796 mg/kg, prácticamente tres ordenes de magnitud mayor que en el residuo SAL (5.48 mg/kg). Sin embargo en este caso para el residuo ACL esta masa se mueve poco debido a las condiciones de pH casi neutras del medio. En el caso del Co la masa es prácticamente un orden de magnitud mayor en el residuo ACL en comparación con la masa del residuo SAL. El otro elemento que podría tener interés desde el punto de vista medioambiental es el Zn, pero la masa disponible en los dos casos es pequeña (Tabla A2.4, A2.5 y A2.6). �428 Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 1000000 Residuo SAL 100000 Concentración (mg/kg) 10000 1000 100 10 1 Masa total Masa extracctable Masa biodisponible 0.1 0.01 Co Zn V Ni Cr(total) Ti Mn Al Fe Ba 1000000 Residuo ACL 100000 Concentración (mg/kg) 10000 1000 100 10 1 Masa total Masa extractable Masa biodisponible 0.1 0.01 Co Zn V Ni Cr(total) Ti Mn Al Fe Ba Metales Figura A2.2. Comparación de la concentración total de 10 metales en cuanto a su concentración total, la extractable y la biodisponible. �Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 429 ��419 Fase Soluble en agua Desviación estándar % del total Adsorbida Desviación estándar % del total Asociado al Mn reducible Desviación estándar % del total Asociado carbonato Desviación estándar % del total Asociado a la materia orgánica Desviación estándar % del total Asociado a óxidos de Fe y Al Desviación estándar % del total Residual Desviación estándar % del total Suma todas las fases Extractable Biodisponible Pasos 1 2 3 4 5 6 7 Total 297.89 16.89 3.59 281.00 11.00 85.67 ±9.23 3.81 0.40 1.16 3.23 0.88 0.98 2.32 0.47 0.71 2.14 0.15 0.65 Co 1.45 0.44 0.40 127.46 4.06 2.91 123.40 6.10 89.43 ±7.64 n.d. n.d. n.d. 0.01 0.00 0.00 n.d. n.d. n.d. 2.41 0.80 1.75 Zn 0.50 0.06 0.36 237.02 19.92 0.08 217.10 9.70 82.87 ±9.24 19.4 0.90 7.40 0.27 0.47 0.10 0.04 0.07 0.01 0.08 0.19 0.03 V n.d. n.d. n.d. 1620.30 24.20 5.48 1596.10 95.40 98.62 ±0.17 14.24 0.91 0.81 1.92 2.78 0.11 0.1 1.36 0.01 2.79 2.53 0.16 Ni 3.05 0.15 0.17 5166.54 61.74 0.67 5104.80 353.00 96.92 ±1.91 42.37 3.24 0.80 15.72 1.76 0.30 0.44 0.22 0.01 0.61 0.30 0.01 Cr(total) 0.06 0.01 0.00 5490.46 10.46 0.16 5480.00 141.3 96.58 ±3.24 10.20 0.77 0.18 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 0.15 0.01 0.00 Ti 0.01 0.01 0.00 1471.60 70.50 2.98 176.76 5.30 0.36 263.79 49.06 0.53 898.13 234.91 1.82 Al 12.04 0.25 0.02 1229.73 136.14 0.28 2.71 1.62 0.00 37.27 8.19 0.01 55.47 14.91 0.01 Fe 1.57 0.51 0.00 0.02 0.03 0.06 0.04 0.04 0.15 n.d. n.d. n.d. 0.44 0.23 1.55 Ba 18.50 8.14 65.37 4050.47 243.47 94.58 49362.6 2981.0 910.17 435798.7 1424.89 56.04 23.42 20.02 18.94 3807.00 46381.60 434373.80 3.40 214.50 2661.80 18434.00 7.35 91.45 94.03 99.67 12.01 ±2.70 ±0.06 ±0.01 ±17.26 44.27 2.47 1.06 27.49 2.63 0.66 22.35 4.05 0.54 36.76 8.27 0.88 Mn 57.82 1.80 1.39 497368.20 2835.64 228.16 326.22 996.48 Total 94.00 Tabla A2.4. Concentración de los diferentes metales y la fracción extractable de cada uno de los elementos en el residuo SAL (concentración en mg/kg, n.d. no detectado). Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción �420 Fase Soluble en agua Desviación estándar % del total Adsorbido Desviación estándar % del total asociado al Mn reducible Desviación estándar % del total Asociado carbonato Desviación estándar % del total Asociado a la materia orgánica Desviación estándar % del total Fe and Al oxides Desviación estándar % del total Residual Desviación estándar % del total Suma todas las fases Extractable Biodisponible Pasos 1 2 3 4 5 6 7 Total 3.72 1.31 0.82 0.59 0.50 0.13 0.45 0.39 0.10 n.d. n.d. n.d. 3.21 1.39 0.70 Zn 0.23 0.13 0.05 5.79 0.34 2.28 n.d. n.d. n.d. 0.30 0.17 0.12 n.d. n.d. n.d. 0.12 0.06 0.05 V 0.01 0.00 0.00 1010.44 420.00 230.52 183.44 8.20 6.22 40.20 3.44 0.13 827.00 411.80 224.30 40.30 10.90 8.60 79.44 90.30 88.31 ±2.93 ±7.9 ±9.24 61.71 6.49 5.93 24.97 2.82 2.40 41.91 2.85 4.03 14.65 2.84 1.41 40.16 3.95 3.86 Co 0.04 0.01 0.00 5476.97 119.67 796.97 4680.00 108.90 77.90 ±8.74 324.81 41.31 5.41 134.24 12.23 2.32 176.41 8.25 2.94 41.84 6.90 0.70 119.45 12.91 1.99 Ni 0.22 0.02 0.00 16993.60 86.27 0.20 16907.30 1198.90 98.33 ±1.17 79.45 9.60 0.46 3.14 0.24 0.02 1.74 1.51 0.01 1.74 1.51 0.01 0.20 0.11 0.00 Cr(total) n.d. n.d. n.d. 5334.5 207.3 74.28 ±3.66 341.13 18.78 4.75 335.13 26.00 4.67 433.07 24.17 6.03 153.91 29.61 2.14 320.87 27.43 4.47 Mn 3.55 0.72 0.05 574.60 6922.16 1.60 1587.66 0.04 131.56 573.00 24.20 95.34 ±4.39 1.56 0.43 0.26 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 0.04 0.07 0.01 Ti n.d. n.d. n.d. 19259.33 935.48 3.92 114.84 9.70 0.02 312.86 11.19 0.06 206.76 33.99 0.04 653.53 78.11 0.13 Fe 0.76 1.10 0.00 46995.30 481338.00 1973.68 20548.00 131.56 654.30 45021.6 460790.40 1852.8 1621.20 93.86 93.68 ±2.02 ±2.15 1413.33 115.22 2.95 253.33 19.03 0.53 157.41 13.68 0.33 18.05 1.36 0.04 131.53 14.83 0.27 Al 0.03 0.09 0.00 39.89 29.83 22.44 10.06 3.00 23.53 ±14.17 1.23 0.17 2.74 1.99 0.35 4.43 3.98 0.41 8.84 0.19 0.07 0.43 3.44 0.30 7.64 Ba 19.00 5.14 42.22 534779.96 21492.12 868.26 1128.13 437.14 1272.34 Total 23.54 Tabla A2.5. Concentración de los diferentes metales y la fracción extractable de cada uno de los elementos en el residuo ACL (concentración en mg/kg, n.d. no detectado). Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción �Table A2.6. Concentración de los diferentes elementos en orden decreciente de la masa extraída en cada una de las fases de acuerdo a su concentración total. SAL ACL Metales Metales pesados Fase Metales Metales pesados Mn>>Ba>Al>Fe>Ti Ni>Co>Zn>Cr Fracción soluble en agua Ba>>Mn>Fe> Al Zn≈Ni>Co Al>>Fe>Mn>Ba>Ti Adsorbido Fe>Mn>Al>Ba>Ti Ni>>Co>Zn>V Ni>Zn≈Co>Cr>V Al>Fe>Mn Co>Cr>Ni>V Asociado al manganeso fácilmente Fe>Mn>Al>Ba Ni>Co>Cr reducible Asociado a los carbonatos Mn>Fe>Al>Ba>Ti Ni>Co>Cr>Zn Al>Mn>Fe>Ba Cr>Co>Ni>V>Zn Materia orgánica Mn>Al>Fe>Ba Ni>Co>Cr>Zn Fe>Al>Mn>Ti>Ba Cr>V>Ni>Co Óxidos de Fe y Al Fe>Al>>Mn>Ti>Ba Ni>>Cr>Co>V>Zn Fe>Al>Ti>Mn>Ba Cr>Ni>Co>V>Zn Residual Fe>Al>Mn>Ti> Ba Cr>Ni>Co>Zn>V Fe>Al>Ti>Mn>Ba Cr>Ni>Co>V>Zn En el residuo inicial Fe>Al>Mn>Ti> Ba Cr>Ni>Co>Zn >V Anejo 2. Ensayos Batch y secuencia de extracción 421 �433 Anejo 3. Isotermas de adsorción Anejo 3. Isotermas de adsorción Las isotermas de adsorción describen la relación de actividad o equilibrio entre un soluto cualquiera en la solución y el adsorbente (matriz del medio poroso) a unas condiciones fisicoquímicas determinadas. De acuerdo con la forma de la curva de adsorción se puede Concentración relativa C/Co definir a simple vista las posibilidades de que ocurra el proceso de adsorción (Figura A3.1). Concentración en la solución Figura A3.1. Representación de los tipos generales de isotermas de adsorción (Marzal, 1992). El proceso de adsorción de los solutos orgánicos e inorgánicos se describe mediante 4 tipos o clases fundamentales de isotermas y diferentes subgrupos (Figura A3.2, Giles et al., 1960; Sposito, 1984, 1994; Sparks, 1995, Jenne, 1998). Esta clasificación de las isotermas de adsorción en 4 grupos fundamentales se basa en la forma inicial de la pendiente de las mismas, mientras que los distintos subgrupos se basan en las posibles formas de la parte superior de la curva (meseta) que describe la isoterma de cada soluto. En la Figura A3.2, se recogen los principales formas de las isotermas que se han reportado en la literatura. En nuestro caso nos centraremos en las que son mas comunes en el caso de los metales pesados que son las que nos interesan para el trabajo que realizamos. De acuerdo con Sparks, (1995 pag. 106), las isotermas más características para los metales son las cuatros primeras. Mayor información sobre los diferentes subgrupos puede verse en Giles et al., (1960). - Isotermas de Tipo C: Las isotermas de tipo C, no son mas que las isotermas lineales, donde se mantienen en equilibrio la masa del soluto en la solución acuosa y la masa de soluto adsorbida en la matriz sólida, sin que se pueda especificar los mecanismos de adsorción entre el soluto y el adsorbente (Sparks, 1995). La existencia de una isoterma lineal es indicativo de que los sitios de adsorción permanecen constante, ósea que a medida que sé adsorbe el soluto �Anejo 3. Isotermas de adsorción 434 más sitios de adsorción se van creando. Esta isoterma es también indicativo de que el soluto puede entrar a regiones inaccesibles para el solvente. Giles et al., (1960), plantea que el soluto entra mas fácil a la matriz sólida que el solvente. Según este autor normalmente este tipo de isoterma se mantiene constante hasta un determinado valor de concentración en que la curva cambia bruscamente de pendiente y adquiere en su parte superior una meseta completamente horizontal (Figura A3.2). Existen determinadas condiciones en el medio poroso que favorecen la existencia de isotermas de tipo C: a) existencia de moléculas muy flexibles en el medio poroso debido a diferentes grados de cristalización de los minerales que lo forman (presencia de minerales amorfos, materia orgánica, etc.); b) mayor afinidad del soluto con el sustrato que con el solvente; c) gran poder de penetración del soluto en la matriz debido a sus características fisicoquímicas y d) la existencia de determinadas condiciones en la estructura cristalina de los sólido que permitan su adsorción. - Isoterma tipo L: los solutos con este tipo de isotermas son indicativos de una gran afinidad entre el soluto y el adsorbente para bajas concentraciones, lo cual va decreciendo en la medida que aumenta la concentración. Estas isotermas se caracterizan por una disminución de la pendiente en la medida que se incrementa la concentración, debido a una disminución de los sitios de adsorción y termina convirtiéndose en una meseta plana al adsorbente ser cubierto completamente. El valor de la masa adsorbida para esta meseta se le considera como la máxima masa de un soluto que puede adsorber este medio poroso. En este caso se obtiene que Cw/Co =1, o sea saturación de los sitios de adsorción (Figura A3.2). Estas isotermas en compuestos orgánicos se ha comprobado que las moléculas se disponen de forma plana en la superficie de las partículas sólidas y que ocasionalmente pueden estar en formas verticales (Giles et al., 1960). - Isoterma tipo h: son un caso particular de las isotermas tipo L. Este tipo de isoterma es indicativo de una alta afinidad entre el soluto y el adsorbente. Para bajas concentraciones la masa de soluto en la solución es completa e instantáneamente adsorbida. La parte inicial de la curva que describe esta isoterma es inicialmente completamente vertical (Giles et al., 1960). En este caso la masa de soluto adsorbida por la matriz sólida es muy grande, normalmente se necesita una gran concentración para poder saturar los sitios de adsorción. En algunos caso puede tener lugar la formación de complejos y precipitación del soluto en forma de otros minerales (Sparks, 1995) (Figura A3.2). �Anejo 3. Isotermas de adsorción 435 Figura A3.2. Clasificación de las isotermas y representación de los diferentes subgrupos de isoterma de adsorción (Giles et al, 1960) - Isoterma tipo S: este tipo de isotermas es indicativo de que a bajas concentraciones del soluto en la solución acuosa existe poca afinidad entre el soluto y el adsorbente. Esta afinidad se incrementa en la medida que aumenta la concentración de soluto en la solución, hasta un cierto valor de concentración donde se produce una saturación de los sitios de adsorción (Figura A3.2). Este tipo de isoterma es característico para determinadas condiciones: a) cuando las moléculas del soluto son monofuncional; b) la existencia de una atracción intermolecular moderada, causando esto la formación de paquetes en forma regular en la superficie del sólido que realiza la adsorción; c) encontrarse una situación de fuerte competencia por los sitios de adsorción entre las moléculas del soluto y las del solvente u de otra especie. Este tipo de curva es característico de compuestos orgánicos. �437 Anejo 4. Calibraciones Anejo 4. Calibraciones Para el desarrollo de la investigación fue necesario poner a punto un gran número de sensores cuyos resultados de la calibración se muestran a continuación. En la calibración del TDR es necesario tener en cuenta el tamaño de la muestra y evitar que durante la introducción de las patas del sensor en el suelo se produzca la separación o acortamiento de la distancia entre ellas, para ellos es necesario utilizar el dispositivo que se muestra en la Foto A4.1. Foto A4.1. Instrumento para perforar la muestra de suelo. 1.8 1.6 1.4 Voltios 1.2 1 0.8 0.6 TDR1 0.4 v = 5,5539x - 0,4887 R2 = 0,9756 0.2 TDR2 TDR3 v = 5,8563x - 0,5681 R2 = 0,9907 v = 5,8186x - 0,5716 R2 = 0,9803 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Humedad Figura. A4.1. Calibración del TDR. 0.25 0.3 0.35 0.4 �438 Anejo 4. Calibraciones 35 30 Aaltura (mm) 25 20 15 y = 11.469x + 18.388 R 2 = 0.9997 10 5 0 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Mili voltios Figura A4.2. Calibración del transductor de desplazamiento (LVDT). Caudal (cm3) 2000 1500 1000 y = 3.2141x + 18.543 2 R = 0.9994 500 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Tiempo (min) Figura A4.3. Calibración de la electroválvula. 90000 80000 70000 Curva de carga y = 3E+06x - 10791 R2 = 1 Peso (g) 60000 de -descarga y =Curva 3E+06x 10751 2 R =1 50000 40000 30000 20000 10000 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Milivoltios Figura A4.4. Calibración de la célula de carga. 0.025 0.03 0.035 �439 Anejo 4. Calibraciones 55 Tempe (oC) 50 Termometro 1 45 40 35 y = 93.719x + 3.1164 R2 = 0.9998 30 25 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Mili Voltios 55 Tempe (oC) 50 Termometro 2 45 40 35 y = 100.64x - 1.5033 R2 = 0.9994 30 25 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Mili Voltios 55 Tempe (oC) 50 Termometro 3 45 40 35 y = 94.696x + 2.3428 R2 = 0.9998 30 25 20 0 0.1 0.2 0.3 Mili Voltios Figura A4.5. Calibración de los termómetros. 0.4 0.5 0. �440 Anejo 4. Calibraciones 24.00 23.50 Vaisala 1 Temperatura oC 23.00 22.50 y = 15.71x - 38.805 R2 = 0.9997 22.00 21.50 21.00 20.50 3.75 3.80 3.85 3.90 3.95 4.00 Mili Voltios 24.00 23.50 Vaisala 2 Temperatura oC 23.00 22.50 22.00 y = 15.851x - 39.373 R2 = 0.9998 21.50 21.00 20.50 3.80 3.85 3.90 3.95 4.00 Mili Voltios 23.80 23.60 y = 15.441x - 37.78 R2 = 0.9997 Vaisala 3 Temperatura oC 23.40 23.20 23.00 22.80 22.60 22.40 22.20 3.88 3.90 3.92 3.94 3.96 Mili Voltios Figura A4.6. Calibración de los termómetros de los higrómetros. 3.98 4.00 �441 Anejo 4. Calibraciones Humedad relativa (%) 100 Vaisala 1 valor teórico Valor real 80 y = 10.009x - 0.0104 R2 = 1 60 40 y = 10.313x - 1.2728 2 R = 0.9996 20 0 0 2 4 6 8 10 Milivoltios Humedad relativa (%) 100 Vaisala 2 valor teórico 80 Valor real y = 9.9956x + 0.0348 R2 = 1 60 40 y = 10.105x - 0.2897 R2 = 1 20 0 0 2 4 6 8 10 Milivoltios Humedad relativa (%) 100 Vaisala 3 valor teórico Valor real 80 60 y = 10.015x - 0.0687 R2 = 1 40 y = 10.181x + 0.4183 R2 = 0.9999 20 0 0 2 4 6 Milivoltios Figura A4.7. Calibración humedad relativa higrómetros marca “Vaisala” 8 10 �442 Anejo 4. Calibraciones 20 y = 2.4812x + 11.505 2 R = 0.9952 18 16 y = 1.6769x + 13.27 R2 = 0.9913 Sp-5 SP-3 14 Sp-2 Sp-1 Sp-6 mVolt 12 y = 3.0829x + 8.0909 R2 = 0.9925 10 y = 3.3865x + 6.3968 R2 = 0.9978 8 y = 3.1411x + 0.4945 2 R = 0.9984 6 4 2 0 0 0.5 1 1.5 2 Succión (Mpa) Figura A4.8. Calibración psicrómetros con cápsula de cerámica. 2.5 3 3.5 �Listado de símbolos 443 Listado de símbolos θ φi θin θm ρ ρh ρs ρd ρw β ∇ ∇C ∇h λ γ γs γn ϕ η σ σ´ Τ ν ρdo ωo ωr µ1,t µ2,t µ3,t µs1 µs2 εv A Ag Ap As C CC Cf Cim Cm Co Cs Cw contenido volumétrico de agua término fuente sumidero ecuación de flujo. contenido volumétrico de agua en la región inmóvil (modelo de dos sitios). contenido volumétrico de agua en la región móvil. densidad densidad húmeda densidad de las partículas densidad seca densidad del agua. fracción de soluto en la que ocurre la adsorción instantánea en el modelo de dos sitios o fracción de agua móvil en el modelo de dos regiones. nivel del agua. variación de concentración. variación de nivel. parámetro del modelo de Van Genuchten. peso específico. peso específico de las partículas sólidas. peso específico natural. porosidad. factor de degradación por actividad cinética (sitio 1) en los modelos de dos sitios. tensión. tensión efectiva. tiempo en modelos de dos sitios. velocidad del flujo. densidad seca inicial. humedad inicial. límite de retracción. momento de pico varianza sesgo relación (ratio) de la pérdida de masa de soluto modelos de dos sitios (sitio 1 adsorción instantánea). relación (ratio) de la pérdida de masa de soluto modelos de dos sitios (sitio dos adsorción cinética). deformación volumétrica final. área. área de grietas. ancho del pulso. área superficial de partículas. concentración en la solución. índice de compresión ensayos edométricos. concentración final. concentración en la fase inmóvil modelo de dos sitios. concentración en la fase móvil modelo de dos sitios. concentración inicial. índice de hinchamiento ensayos edométricos. concentración en el agua. �Listado de símbolos Cw1 Cwi Cw2 D α Dm E F fc fs H h i k Kd Kf KL Km knosat ksat L M n P Po q Q R R2 Rm s Sa Sb Sd Se Se Sins Sm Smax Sr Sret St Sv T to T T v vin vm 444 concentración en el agua en el sitio uno (adsorción instantánea) modelo de dos sitios. concentración inicial en el agua procesos de desorción concentración en el agua en el sitio dos (adsorción cinética) modelo de dos sitios. dispersión molecular. dispersividad. dispersión molecular en la fase móvil modelo de dos sitios. módulo de deformación ensayos de compresión simple. fracción de soluto para la que ocurre la adsorción instantánea fracción de soluto en la solución según el modelo de Karickhoff (1980) fracción de soluto en el sólido según el modelo de Karickhoff (1980) altura. altura de los estratos, capas de residuos. gradiente hidráulico. permeabilidad. coeficiente de reparto. coeficiente de Freundlich (representa el coeficiente de reparto). coeficiente de reparto de la isoterma de adsorción linealizada. kilómetros. permeabilidad no saturada. permeabilidad saturada. longitud. unidades de masa (mg, g, kg). exponente de la ecuación de Freundlich. número de Peclet. valor de entrada de aire de la curva de retención modelo de Van Genuchten. caudal específico. caudal. factor de retardo. coeficiente de correlación factor de retardo instantáneo (modelo de dos sitios). succión. masa adsorbida. superficie específica por unidad de volumen. masa desadsorbida. adsorción efectiva. superficie específica. adsorción instantánea. superficie específica por unidad de masa. adsorción máxima grado de saturación. masa retenida adsorción en función del tiempo. superficie específica por unidad de volumen de partículas. tiempo. tiempo de inyección de soluto. transmisividad. tiempo modelo de dos sitios o dos regiones velocidad. velocidad en la región inmóvil. velocidad en la región móvil. �Listado de símbolos V Vg Vp Vpd Vpin Vs Vw w w wl wl wr Ws Ww Fa volumen. volumen de grietas. volumen de poros. volumen de poros inyectados sin soluto proceso de desorción ensayos de flujo. volumen de poros inyectado con soluto proceso de adsorción ensayos de flujo. volumen de sólidos. volumen de agua. humedad. número de Damkholer. límite líquido. límite plástico. límite de retracción. peso de los sólidos. peso de agua. coeficiente de adsorción según el modelo de Karickhoff (1980) Abreviaturas empleadas en la memoria ACL Al Ca CIC Cl Cr DBQ DQO ec. EPA Fe H HCO3 icb IP Mg Mn MO N Na Ni OD OMS SAL TSD residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal. aluminio. calcio capacidad de intercambio catiónico. cloro cromo. demanda bioquímica de oxígeno demanda química de oxígeno ecuación. agencia estadounidense de protección ambiental. hierro. hidrógeno. bicarbonatos índice de cambio de base índice de plasticidad. magnesio. manganeso materia orgánica. número de muestras. sodio níquel. oxígeno disuelto Organización mundial de la salud. residuo del proceso de lixiviación ácida. total de sólidos disueltos 445 �Listado de símbolos Sistema de unidades cm KPa L m Meq µ min mm MPa s centímetro Kilo Pascal litros metro miliequivalentes micras minutos milímetros Mega Pascal segundos 446 �447 Listado de figuras Listado de Figuras Figura I.1. Diagrama de flujo con la metodología de trabajo. 7 Figura 1.1. Ubicación geográfica de la isla de Cuba y el municipio de Moa. Figura 1.2. Ubicación del Municipio minero de Moa en la provinvia de Holguín. Figura 1.3. Principales instalaciones que conforman la infraestructura del distrito minero de Moa Figura 1.4. Mapa de altitudes del municipio minero de Moa. Figura 1.5. Representación de los valores máximos, mínimos y medios de la temperatura, la evaporación y la humedad relativa mensual en el período de observación de 1973-1995. Estación climatológica El Sitio, S. De Tánamo Figura 1.6. Valores medios mensuales de precipitación en tres pluviómetros y evaporación en la estación climatológica El Sitio (S. De Tánamo) Figura 1.7. Ubicación de la faja ofiolítica Mayarí-Baracoa Figura 1.8. Esquema geológico del Municipio de Moa. Figura 1.9. Columna litológica de uno de los pozos del acuífero aluvial del Río Moa. Formación Río Macío Figura 1.10. Columna litológica y composición química de los materiales de un pozo perforado en la Formación Punta Gorda Figura 1.11. Columna geológica sintética de los macizos de rocas ofiolíticas de MoaBaracoa, donde se pueden observar los principales tipos litológicos de rocas existentes Figura 1.12. Epicentros de seísmos registrados en la región oriental de la Isla de Cuba y áreas aledañas 1979-1994, con profundidad del epicentro h≤30 km. Figura 1.13. Perfil del corte del yacimiento laterítico Moa. Distribución de los principales elementos químicos en el corte de acuerdo con la profundidad 11 12 Figura 2.1. Tipos de presas de almacenamiento de residuos, de acuerdo a la forma de construcción del cierre. A) Línea central, B) Aguas abajo, C) Línea central desplazada y D) Aguas arriba. Figura 2.2. Esquema de los elementos que integran una presa de residuos. Parte superior el dique y parte inferior el vaso Figura 2.3. Formas de verter los residuos minero-metalúrgicos. I) bajo de agua y II) al medio ambiente. A)Húmedos, B) Secos y C) Lodos o Colas Figura 2.4. Esquema de la descarga de lodos mineros en una balsa de residuos. (Modificado de Vick, 1996). Figura 2.5A. Representación de las curvas granulométricas de estériles procedentes de diferentes tipos de minas Figura 2.5B.A) Rangos de granulometría en los que pueden desarrollarse los procesos de licuefacción. B) Rango para residuos mineros que por el tamaño de sus partículas se clasifican como limos Figura 2.5C. Variación del nivel freático que provoca la construcción de una escombrera sobre un acuífero libre. Figura 2.6. Casos más frecuentes de minas a cielo abierto donde se produce la intersección o alteración del nivel freático. A) Recarga del acuífero desde el hueco minero, B) Flujo a través del hueco minero y C) Flujo hacia el hueco minero. Figura 2.8. Se muestra las pendientes para la que ocurre la mayor erosión por el agua y el viento en los taludes de las presas de residuos y estériles. 12 13 15 16 17 18 19 20 22 24 28 44 46 48 48 53 55 63 65 72 Figura 3.1. Representación de los puntos de muestreo de las aguas superficiales, 78 subterráneas, residuales y manantiales Figura 3.2. Representación de los puntos de muestreo del área del acuífero aluvial estudiada y de tres puntos de aguas superficiales en el río Moa �448 Listado de figuras y de tres puntos de aguas superficiales en el río Moa Figura 3.3. Localización de los puntos de muestreo de residuos sólidos en las presas de residuo de los dos procesos metalúrgicos Figura 3.4. Bandejas de PVC ranuradas en la base para el estudio de la retracción en el residuo. Parte superior sección. Parte inferior en planta. Figura 3.5. Sección del contenedor utilizado en los ensayos de retracción del residuo para diferentes condiciones de humedad relativa. Figura 3.6. Equipo para la determinación de la resistencia a la tracción del suelo Figura 3.7. Sección de la columna usada en los ensayos de flujo y transporte Figura 3.8. Esquema de la columna. I) Desarrollo del cilindro que muestra la ubicación de cada uno de los censores. II) Sistema de adquisición de datos y III) representación de la columna en 3-D Figura 3.9. Vista en pantalla de la salida gráfica y digital de los diferentes sensores. El color indica el parámetro que se esta midiendo. 79 Figura 4.1. Representación esquemática de los modelos de dos sitios (Brusseau and Rao, 1989). Figura 4.2. Influencia del valor de R en la curva de llegada del soluto. Condiciones de equilibrio local. Isoterma de adsorción lineal. Figura 4.3. Influencia del valor de D en la curva de llegada del soluto. Simulación en condiciones de equilibrio local. Isoterma de adsorción lineal. Figura 4.4. Influencia del valor de v en la curva de llegada del soluto. Este caso es un ensayo con equilibrio local. La velocidad (v) en cm/h. Figura 4.5. Influencia del valor de w en la curva de llegada del soluto, para diferentes condiciones de no equilibrio. Velocidad de 1 cm/h. Figura 4.6. Influencia del valor de β en la curva de llegada del soluto. Velocidad 1 cm/h y concentración constante para todos los casos. Figura 4.7. Influencia de la concentración sobre la curva de llegada del soluto. 117 Figura 5.1. Red hidrográfica del municipio de Moa. Figura 5.2. Puntos de muestreo (Noviembre de 1996). Aguas superficiales y residuales de los procesos metalúrgicos. Figura 5.3. Diagramas de Stiff modificados. Aguas superficiales de los río Moa, Yagrumaje y Cabañas y de dos manantiales (puntos 22 y 25) en las rocas ultramáficas Figura 5.4. Concentración de los diferentes metales en las aguas superficiales y dos manantiales de los existentes en las rocas ultramáficas. Figura 5.5. Evolución de la contaminación en las aguas superficiales del río Moa Figura 5.6A. Materiales geológicos constituyentes del sistema acuífero y situación de los puntos agua (INRH, 1983). Figura 5.6B. Esquema de las unidades acuíferas de un sector del municipio de Moa Figura 5.7. Mapa piezométrico de un sector del Municipio de Moa (INRH, 1983). Figura 5.8. Oscilaciones piezométricas para el año 1987 en el acuífero de las rocas ultramáficas. Pozo 86 en ultrabasitas y pozo 63 laterítas Figura 5.9. Mapa geológico con la ubicación de la terraza aluvial del río Moa y perfil geológico (INRH, 1983). Figura 5.10. Superficie piezométrica del acuífero aluvial. A) Noviembre de 1983 (INRH). B) Noviembre de 1996. Figura 5.11. Evolución piezométrica durante el año 1978 (INRH, 1983) del pozo 7 acuífero aluvial Figura 5.12. Relación entre la variación de los niveles piezométricos y la distribución de las precipitaciones en el área de estudio en 1987. A) Precipitaciones en los tres pluviómetros del área de estudio (INRH, 1987). B) Niveles piezométricos en las ultramáficas y laterítas (Trutie, 1988). Figura 5.13. Representación esquemática del balance hidrológico en el acuífero aluvial considerando un año medio 133 80 91 92 94 95 101 106 125 126 126 127 128 129 134 136 139 140 142 143 145 145 147 148 148 150 151 �449 Listado de figuras Figura 5.14. Variación del pH y la alcalinidad en el área del acuífero aluvial estudiada en función de la distancia a la presa del residuo SAL. Figura 5.15. Relación entre la conductividad y el total de sólidos disueltos (TSD) en el acuífero aluvial. Figura 5.16. Concentración de los elementos mayoritarios en el agua del acuífero aluvial en función de la distancia a la presa de residuos del proceso de lixiviación ácida. Figura 5.17. Diagramas de Stiff modificados para las aguas del acuífero de las rocas ultramáficas Figura 5.18. Diagramas de Stiff modificados para las aguas del acuífero aluvial y tres puntos de las aguas superficiales del río Moa Figura 5.19A. Variación de la concentración de los principales contaminantes en el acuífero aluvial (Ni, Fe, Mn, Cr). Figura 5.19B. Normalización de la distribución de los contaminantes metálicos en el acuífero aluvial. Figura 5.20. Relación entre la concentración de sulfato y de manganeso en el acuífero aluvial. Figura 5.21. Relación entre los diferentes contaminantes del agua subterránea del acuífero aluvial. Figura 5.22. Evolución de la concentración media de los principales contaminantes en el pozo 7, acuífero aluvial (datos del INRH). Figura 5.23A. Representación de la evolución de la contaminación de sulfatos y la conductividad en el pozo 7 (punto 7) acuífero aluvial Figura 23A.BResultados de los ensayos Batch. Figura 5.24. Diagramas de Piper. Figura 5.25. Representación gráfica del porcentaje de agua de la presa de residuos mezclada con el agua del acuífero aluvial. Figura 5.26. Simulación de la composición química de las aguas del acuífero aluvial y las presas de residuo. Se supone que la composición en sales del punto 13, es el resultado de la mezcla del agua intersticial del residuo con el agua del punto 5 en el acuífero aluvial. Figura 5.27. Índice de saturación vs total de sólidos en las aguas subterráneas. Figura 6.1. Ubicación de las presas de cola en el municipio minero de Moa en Nicaro. Figura 6.2. Curvas granulométricas de los residuos de la industria cubana del níquel. Figura 6.3. Curva edométrica representada en coordenadas semilogarítmicas (saturado y colapso). Figura 6.4A. Resultados del ensayo de compresión simple en función de la humedad. Figura 6.4B. Resultados del ensayo de compresión simple. A) Módulo de deformación, B) Resistencia a la compresión en función del grado de saturación Figura 6.5. Curvas de resistencia a la tracción con diferentes grados de saturación. A) Método Brasileño y tracción directa. Figura 6.6. A) Relación entre la tensión normal y la tensión de corte. B) Curva de tensión vs desplazamiento de corte directo en muestras remoldeadas para diferentes presiones normales del residuo ACL. Figura 6.7. Ensayos triaxiales. A) p´vs q y B) presión de poros vs deformación axial. Figura 6.8. Triaxiales cíclicos. A) Relación entre el número de ciclos necesario para llegar a la primera licuefacción y la amplitud de la razón de tensión cíclica. B) Relación entre la presión de poros y la deformación axial. Figura 6.9. Curva de retención obtenida por la técnica psicrométrica y el edómetro de succión controlada. A) Curva de secado y humedecimiento para un mismo índice de poros iniciales. B) Curva de retención en trayectoria de secado para diferentes índices de poros iniciales Figura 6.10. Cambio de volumen y de contenido de agua experimentado por el material durante dos incrementos de succión en el ensayo edométrico con succión controlada. A) 0.01-0.03 MPa. B) 0.4-0.6 MPa 153 154 155 157 158 162 163 164 165 166 167 168 173 174 176 181 187 194 197 198 198 199 201 202 203 206 207 �450 Listado de figuras Figura 6.11. Resultado del ensayo en el edómetro de succión controlada en el residuo ACL. A) Cambio del índice de poros (variación de volumen) en función de la succión. B) Variación del índice de poros en función de la humedad. C) Variación del grado de saturación en función de la succión impuesta. D) Relación entre la humedad y el grado de saturación. Figura 6.12. A) Curva de retracción del residuo ACL. B) Fotografía de la muestra de residuo. Figura 6.13. Permeabilidad del residuo ACL. A) Saturada, B) No saturada, observese como la permeabilidad no saturada se ajusta a la ecuación de Van Genuchten. Figura 6.14. A) Relación entre el espesor de las muestras y la distancia entre fisuras. B) Relación entre la humedad al formarse la grieta y la succión impuesta. C) Relación entre el tiempo de agrietamiento y la succión. D) Relación entre la succión y la retracción vertical. Figura 6.15A. Representación de la distancia entre grietas y el espesor en datos de campo y de laboratorio. Figura 6.15B. Pérdida de agua por unidad de área para los tres espesores de muestra estudiados Figura 6.16. Esquema del equipo triaxial usado en los ensayos de permeabilidad y en los ensayos triaxiales. Figura 6.17. A) Relación de la permeabilidad saturada con la porosidad y B) Variación de la permeabilidad con la presión de confinamiento Figura 6.18. Mecanismo para explicar que el material agrietado tenga una permeabilidad mayor que el medio poroso aunque se rellenen las grietas con el mismo material. Figura 7.1A. Isoterma de adsorción de Mn(II) para diferentes tiempos de contacto sólidolíquido en los dos residuo Figura 7.1B. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Mn(II) en los dos residuos. Figura 7.2. Isotermas de adsorción y desorción del Mn(II) en los dos residuos mineros. Figura 7.3. Histéresis del proceso de adsorción/desorción del Mn(II) en los dos residuos mineros Figura 7.4A. Isoterma de adsorción del Ni(II) para diferentes tiempo de contacto sólidolíquido para los dos residuos Figura 7.4B. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Ni(II) en los dos residuos. Figura 7.5. Isoterma de adsorción y desorción de Ni(II) en los dos residuos mineros. Se: masa retenida después del proceso de desorción. Figura 7.6. Histéresis del proceso de adsorción-desorción del Ni(II) en los dos residuos mineros. Figura 7.7. Isotermas de adsorción del Cr(VI) para diferentes tiempos para los dos residuos ACL y SAL. Figura 7.8. Evolución de la concentración del agua en función del tiempo durante los procesos de adsorción y desorción del Cr(VI) en los dos residuos. Figura 7.9. Isoterma de adsorción - desorción del Cr(VI) en los dos residuos mineros. Los 5 puntos de la isoterma de desorción se corresponden con los 5 puntos de la parte superior de la isoterma de adsorción. Figura 7.10. Histéresis del proceso de adsorción - desorción del Cr(VI) en los dos residuos mineros. Donde Sa: masa total adsorbida y Se: adsorción efectiva Figura 7.11. Comparación de la capacidad de adsorción de Ni(II) en los residuos y dos suelos, valores en Tabla 7.8. Figura 7.12. Comparación de la capacidad de adsorción de Cr(VI) en los residuos ACL y otros minerales naturales, valores en Tabla 7.9. Figura 7.13. Comparación de la capacidad de adsorción de Mn(II) en los residuos y en otros suelos naturales. Figura 7.14. Esquema donde los componentes del montaje de la columna de residuo y los 208 209 210 215 216 217 219 220 224 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 249 250 251 �451 Listado de figuras equipos usados en los ensayos de laboratorio. Figura 7.15. Esquema de la columna usada en el laboratorio Figura 7.16. Esquema de flujo de los principales pasos del ensayo de flujo y transporte en columna. Figura 7.17A. Curva de llegada del trazador PFBA. A) residuo ACL y B) residuo SAL Figura 7.17B. Curva de llegada del trazador PFBA. A) residuo ACL y B) residuo SAL. Figura 7.18. Curvas de llegada del Ni a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo Figura 7.19. Curvas de llegada del Mn(II), a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo Figura 7.20. Curvas de llegada del Cr(VI), a través de la columna de los dos residuos para diferentes velocidades de flujo Figura 7.21. Curva de llegada de un ensayo de flujo y transporte de una solución con los tres metales a través de una columna del residuo ACL Figura 7.22. Relación entre las concentraciones de metales en la solución acuosa durante los ensayos de flujo con procesos de adsorción-desorción de los tres metales en residuo ACL Figura 7.23. Representación de un ensayo de flujo con dos solutos en la solución (Ni(II) y Mn(II)) en una columna del residuo ACL Figura 7.24. Espectro del microscopio electrónico. Parte superior, determinación en la muestra de residuo ACL antes del ensayo de flujo y transporte con procesos de adsorción-desorción. Parte inferior, después de desarrollado el ensayo con los tres metales Figura 7.25. Representación de la concentración media de Ni, Cr, Mn en los residuos antes y después de realizado el ensayo de flujo y transporte de metales. Figura 7.26. Esquema del dispositivo experimental empleado para la realización de los ensayos de flujo y transporte en condiciones de presión atmosférica con proceso de adsorción de metales en el residuo ACL y en zeolita. Figura 7.27. Adsorción del Cr(VI) en el residuo ACL para diferentes pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h. Se representa en la figura los resultados del ensayo Batch. Figura 7.28. Adsorción del Ni(II) en el residuo ACL para dos pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h y a presión atmosférica. Figura 7.29. Adsorción del Mn(II) en el residuo ACL para dos pH y velocidad de flujo de 4.7 cm/h. Figura 7.30. Influencia de la concentración inicial Co del soluto, sobre el proceso de adsorción del Cr(VI) y Mn(II) a un pH=8.5 y 4.5 respectivamente. Figura 7.31. Representación de la curva de adsorción de los tres metales a pH=2.5. A) Residuo ACL, B) Zeolita. Figura 7.32. Comparación de la isoterma de adsorción de los metales en el residuo ACL y la zeolita a pH=2.5. Figura 7.33. Comparación de los resultados de dos ensayos de flujo y transporte de Ni en el residuo ACL para dos pH ácidos 257 259 Figura 8.1. Representación de las isotermas de adsorción según la ecuación de Freundlich Figura 8.2. Comparación de los resultados del ajuste de los ensayos de flujo y transporte de PFBA en las columnas de residuos. A) Ensayos en el residuo ACL Figura 8.3. Simulación de la curva de paso del NI(II) en los dos residuos mineros Figura 8.4. Simulación de la curva de paso del Mn(II) en los dos residuos mineros Figura 8.5. Simulación de la curva de paso del Cr(VI) en los dos residuos mineros 310 260 264 265 268 269 271 274 276 277 279 280 283 285 286 287 289 291 292 293 313 315 318 319 Figura 9.1. Ubicación de los sensores con relación a cada capa que forma la columna de 331 residuos. Figura 9.2. Representación gráfica de la temperatura y humedad relativa en la superficie de 332 la muestra de residuos durante el montaje de la capa 2. Figura 9.3. Medidas de la pérdida de peso por evaporación en función del tiempo en cada �452 Listado de figuras una de las capas de suelo colocadas en la columna. Figura 9.4A. Pérdida de agua por unidad de área en la capa 2 de la columna de residuo y en una bandeja de residuo en el laboratorio en condiciones de humedad relativa similares, la temperatura 4 grados más baja y sin viento. Figura 9.4B. Resultados de la retracción vertical durante el proceso de secado cada capa de la columna de residuos residuo. Figura 9.5. Variación de la densidad seca de la muestra en la columna de residuo con la profundidad. Figura 9.6. Disposición de las grietas en cada una de las capas que conforman la muestra de residuo Figura 9.7. Superposición de las capas por parejas donde se aprecian los puntos de contacto entre las grietas de ambas capas Figura 9.8. Esquema de la distribución exterior de las grietas en cada una de las capas de la columna de residuo en que se ha realizado el ensayo de flujo y el de flujo y transporte Figura 9.9. Representación de los puntos de interconexión entre capas Figura 9.10. Número de sectores de los planos de grietas donde se produce una intersección entre dos capas consecutivas. Figura 9.11. Incremento en peso de la columna de residuos durante el proceso de saturación. Figura 9.12. A) Evolución de la humedad en función del tiempo en tres puntos a diferentes profundidades de la columna de residuo durante el ensayo de saturación Figura 9.13. Evolución de la humedad relativa en dos puntos en profundidad de la columna de residuos. Figura 9.14. Evolución de la succión en función del tiempo en el interior de la columna durante el proceso de saturación Figura 9.15. Curva de retención del ciclo de mojado, elaborada con las medidas del psicrómetro, tensiómetros y el TDR utilizados durante el proceso de saturación de la columna de residuos. Figura 9.16. Curva de retención del ciclo de mojado, elaborada con las medidas del psicrómetro sobre muestras individuales y la obtenida en la columna durante la saturación Figura 9.17. Perfil de humedad en profundidad a diferentes intervalos de tiempo en la columna de residuos durante el proceso de saturación. Figura 9.18. Evolución de la temperatura en profundidad en la columna de residuos. Figura 9.19. Consolidación del material de la columna durante la saturación. Figura 9.20. Resultados del ensayo de permeabilidad realizado en la columna para flujo estacionario y gradiente hidráulico constante. Figura 9.21. Representación de los resultados de los diferentes ensayos de permeabilidad realizados en la investigación. Figura 9.22. Curva de llegada del PFBA en el ensayo de flujo y transporte realizado en la columna de residuo con grietas de desecación y estratificación. Figura 9.23. Representación del ensayo de trazador en el medio poroso homogéneo y de la columna con presencia de flujo preferencial. Figura 9.24. Curva de llegada del Ni en el ensayo de flujo realizado en la columna de residuos con grietas de desecación y estratificación. Figura 9.25. Curvas de llegada del ensayo de flujo y transporte de Ni por el medio poroso y por la columna de residuo con grietas de desecación. Figura 9.26. Masa adsorbida de Ni en tres puntos pertenecientes a diferentes capas de la columna de residuo. Figura 9.27. Concentración de Ni(II) en los diferentes puntos analizados con respecto a su distancia a la grieta. Figura 9.28. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con el trazador PFBA. A) Columna con medio poroso homogéneo. B) Columna con grietas de desecación y estratificación. 333 333 334 336 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 350 351 352 354 354 355 356 358 359 363 �Listado de figuras Figura 9.29. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con Ni. A) Columna con medio poroso homogéneo. B) Columna con grietas de desecación y 364 estratificación. Figura 9.30. Resultados de la modelación de los ensayos de flujo y transporte con Ni. 365 Variando el parámetro β. 453 �455 Lista de tablas Listado de tablas 16 Tabla 1.1A. Comportamiento anual de los vientos. Tabla 1.1B. Composición mineralógica predominante por zona del corte laterítico (en % en 27 peso semicuantitativo a partir de los resultados de rayos X Tabla 1.2. Composición de los principales elementos después del proceso de lixiviado y lavado del mineral laterítico (% en peso de la masa). Tabla 1.3. Volumen de residuos generados por las actividades metalúrgicas. Tabla 1.4. Composición de los residuos líquidos (mg/L). Tabla 1.5. Composición de los residuos sólidos que se depositan en las presas de colas (% en peso). Tabla 2.1. Principales minerales presentes en los residuos mineros. Tabla 2.2. Características físicas de residuos minero-metalúrgicos almacenados en presas y escombreras (tailing dam) valores medios indicativos. Tabla 2.3. Relación de algunos ejemplos del impacto ambiental de las actividades minerometalúrgicas en diferentes condiciones geográficas. Tabla 2.4. Ejemplo de falla de escombreras y presas de residuos en diferentes partes del mundo. Tabla 3.1. Relación de los puntos de muestreo de las aguas superficiales, subterráneas y residuales. Tabla 3.2. Los métodos de análisis para la determinación de los diferentes elementos (Buurman et al., 1996). Tabla 3.3. Procedimiento de extracción secuencial en 7 fases. Tabla 3.4. Características iniciales de las muestras empleadas en los diferentes ensayos. Tabal 3.5. Características de la columna empleada en el estudio de flujo y transporte de solutos conservativos y no conservativos en el laboratorio. 51 35 36 37 51 54 59 72 81 82 87 89 99 Tabla 5.1. Principales características hidrogeológicas de los diferentes unidades acuíferas 149 presentes en el área de estudio. Tabla 5.2. Especies acuosas en que se encuentran los principales elementos detectados en 179 las aguas superficiales y subterráneas 181 Tabla 5.3. Índice de saturación en las diferentes especies minerales. Tabla 6.1. Principales características de las presas de estériles. Tabla 6.2. Composición mineralógica de los residuos. Tabla 6.3. Principales características del agua intersticial de las dos presas de residuos representativas de los dos procesos metalúrgicos Tabla 6.4. Principales componentes de los residuos Tabla 6.5. Hopanos identificados. Tabla 6.6. Esteranos y Diasteranos identificados. Tabla 6.7. En la izquierda los HAPs, presentes en la muestra ACL (pirometalúrgica). En la derecha aparecen señalados los que se encuentran en la lista de elementos peligrosos de la EPA. Tabla 6.8. Propiedades físicas de los residuos. Tabla 6.9. Parámetros de los ensayos edométricos. Tabla 6.10. Valores de Po y λ obtenidos del ajuste de las curvas de retención. Tabla 6.11. Principales resultados del ensayo de retracción en bandejas. 187 188 189 190 190 191 192 196 197 206 214 227 Tabla 7.1. Media de las principales propiedades físico - químicas de los residuos. 228 Tabla 7.2. Características de los metales usados en el ensayo de flujo y transporte. Tabla 7.3. Relación de las concentraciones de soluto en la solución acuosa para la que se 231 realizó la isoterma de adsorción. �456 Lista de tablas Tabla 7.4. (no existe) Tabla 7.5. Valores de pH inicial y final de los ensayos de adsorción y desorción en función del tiempo (minutos) para el Ni (II), Cr(VI) y Mn(II). Tabla 7.6. Valores de pH para los que la carga de las partículas sólidas es igual a cero Tabla 7.7A. Valores de Kf y n calculado para los dos residuos a partir de las isotermas de adsorción. Tabla 7.7B. Valores de Kf y n calculado para los dos residuos a partir de las isotermas de desorción. Tabla 7.8. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Ni(II). Tabla 7.9. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Cr(VI). Tabla 7.10. Características de los suelos con que se comparan los residuos en la adsorción del Mn(II). Tabla 7.11. Características de la columna de residuo utilizada en los diferentes experimentos de transporte de solutos en medio poroso Tabla 7.12A. Análisis de los momentos curvas de paso del trazador PFBA Tabla 7.12B. Análisis de la curvas de paso del trazador PFBA normalizada Tabla 7.13. Características del ensayo de flujo y transporte de Ni(II) con procesos de adsorción-desorción en los dos residuos Tabla 7.14. Características del ensayo de flujo y transporte de Mn(II) con procesos de adsorción-desorción en los dos residuos Tabla 7.15. Características del ensayo de flujo y transporte de Cr(VI) con procesos de adsorción-desorción en los dos residuos Tabla 7.16A. Características del ensayo de flujo y transporte de los tres metales con procesos de adsorción - desorción en el residuo ACL Tabla 7.16B. Comparación de la adsorción de los metales (Ni, Cr y Mn) por separado y juntos en un ensayo de flujo y transporte a una misma velocidad Tabla 7.16C. Características del ensayo de flujo y transporte de Ni y Mn con procesos de adsorción - desorción en el residuo ACL Tabla 7.16D. Comparación de la adsorción de los metales Ni y Mn por separado y juntos en un ensayo de flujo y transporte a una misma velocidad Tabla 7.17. Resultados de la composición de las muestras de residuo de acuerdo con los análisis semicuantitativos del microscopio electrónico antes y después de realizado el ensayo de flujo y transporte con adsorción y desorción Tabla 7.18. Características de la columna de vidrio empleada en cada uno de los ensayos de flujo con los diferentes metales. Tabla 7.19. Principales resultados de los ensayos de flujo y transporte en columnas con diferentes pH y presión atmosférica Tabla 7.20. Principales resultados de los ensayos de flujo en columnas con proceso de adsorción de metal a diferentes concentraciones iniciales en la solución (Co) y pH constante. Tabla 7.20. Principales resultados de los ensayos de flujo en columnas con los tres metales a una misma velocidad de flujo, pH de la solución y concentración (Cw). Tabla 8.1. Valores de Kf, n, KL y R. Tabla 8.2 Características de las columnas usadas en los ensayos de flujo con el PFBA Tabla 8.3. Tabla resumen de los parámetros utilizados para el ajuste de las curvas de llegada de los ensayo de flujo y transporte de los tres metales en las columnas de residuo ACL y SAL. Tabla 9.1. No existe. Tabla 9.2. Principales características finales de la capas de residuo que conforman la columna. Tabla 9.3. Valores de Po y λ obtenidos del ajuste de la curva de retención. 243 244 247 248 252 253 254 258 264 265 267 269 270 274 275 278 278 280 283 288 289 293 311 312 320 335 347 �457 Lista de tablas Tabla 9.4. Análisis de la curva de paso del trazador PFBA. Tabla 9.5. Análisis de la curva de llegad del Ni. Tabla 9.6. Masa de Ni(II) adsorbida en cada una de las capas que conforman la muestra de residuo respecto a la distancia del punto de muestreo a la zona de fisuras Tabla 9.7. Datos del ensayo con la fluoresceína sódica. 355 356 359 360 �459 Listado de fotos Listado de fotos Foto 1.1. Afloramiento de las rocas ultrabásicas muy agrietadas. Carretera Moa-Sagua Foto 1.2.Grietas y planos de falla en las rocas ultramáficas. Foto 1.3. Grietas de una de los muros de la presa 2 de la Figura 1.3, producidas por el seísmo de 1995. Foto 1.4. Zonas del corte laterítico (yacimiento, Moa). Foto 1.5. Vista de la mina a cielo abierto de uno de los yacimientos de níquel en explotación, se observa la inundación por agua en la parte baja. Foto 1.6. Erosión en cárcava en una escombrera. Foto 1.7. Vertido de los residuos del proceso ACL. Foto 2.1. Vertido de residuos metalúrgicos en una de las presas de la industria cubana del níquel. Foto 2.2. Imagen obtenida mediante el microscopio electrónico de una muestra de residuo de una de las presas del residuo del proceso de lixiviación carbonato amoniacal (ACL). Moa (Cuba), Foto 2.3. Precipitados de óxidos e hidróxidos de hierro en las orillas del río Moa, Cuba. Foto 2.4. Intersección del nivel freático en una mina de níquel a cielo abierto. Moa, Cuba. Foto 2.5. Emanaciones gaseosas de una planta metalúrgica procesadora de Ni y Co. Moa, Cuba Foto 2.6. Erosión del dique de una presa de residuos, debido al desbordamiento de esta por el agua. Foto 3.1. Bandeja usada en los ensayos de retracción. Foto 3.2. Contenedor donde se realizaron los ensayos de retracción y agrietamiento por desecación. Foto 3.3. Equipo de tracción utilizado en los ensayos de resistencia a la tracción directa. Foto 3.4. Columnas usadas en el laboratorio para los ensayos de flujo y transporte de solutos. Foto 3.5. Componentes de la columna para el estudio de las propiedades hidromecánicas del residuos. Foto 3.6. Sensores de la columna instrumentada. 21 23 25 26 30 31 38 49 53 58 64 66 72 90 91 93 96 103 104 Foto 5.1. Vertido de los residuos sólidos en la presa de residuo del procesos de lixiviación 137 ácida Foto 5.2. Vertido de las aguas residuales y los residuos sólidos en la presa de residuo del 138 procesos de lixiviación carbonato amoniacal Foto 6.1. Se puede apreciar el vertido y circulación de los residuos mineros en una de las presas de residuos. Obsérvese la presencia de capas estratificadas de un espesor muy fino, así como la presencia de grietas de desecación en la parte inferior derecha. Foto 6.2. Grietas de desecación en los meses de julio y agosto en la balsa 3 residuo ACL y 5 residuo SAL Foto 6.3. Imagen del microscopio electrónico del residuo ACL, donde se observa una partícula de materia orgánica de forma esférica en el centro y un cristal de yeso en la parte inferior derecha Foto 6.4. Imagen del microscopio electrónico donde se observa la presencia de microorganismos en los residuos Foto 6.5. Granulometría de una muestra del residuo ACL en una imagen del microscopio electrónico. Foto 6.6. Fotografía de algunas muestras rotas en el ensayo de compresión simple, nótese el plano de rotura, la disminución de altura de las muestras cilíndricas es el resultado de la deformación vertical experimentada debido al mayor grado de 186 186 191 193 195 �460 Listado de fotos saturación. Foto 6.7. A) Fotografía de algunas muestras rotas por el ensayo Brasileño. B) Equipo de tracción directa. C) prensa usada en el ensayo Brasileño. Foto 6.8. Fotografías de tres muestras sometidas al ensayo triaxial. Foto 6.9. A) Imagen del recipiente utilizado para lograr el equilibrio de las muestras con una solución salina. B) Muestras utilizadas para la determinación de la succión en el psicrómetro. Foto 6.10. Foto de un desecador usado en los ensayos de retracción. Se aprecia que la muestra de residuo en la bandeja está agrietada. Foto 6.11. Se muestra el agrietamiento de tres capas de residuo de diferente espesores secadas en el laboratorio bajo diferentes condiciones de humedad relativa Fotos 6.12. Muestras sobre las que se determinó la permeabilidad en el ensayo triaxial. 199 200 202 204 212 213 221 Foto 9.1. Disposición de la columna para el estudio de las propiedades hidromecánicas de 330 los residuos. Foto 9.2. Grietas de desecación y precipitación de sales debido a la evaporación en la superficie de la capa 11 de la muestra de residuo. Nótese la presencia de un gran 337 número de fisuras. Foto 9.3. Aspecto de una sección de la columna después de realizar el experimento con la 361 fluoresceína sódica. �1 Entidades colaboradoras ENTIDADES COLABORADORAS La realización y culminación de una investigación que incluya la realización de experimentos requiere de la colaboración y participación de un gran número de personas y entidades que permiten la fabricación y puesta a puntos de los equipos y demás dispositivos. A continuación relacionamos las empresas constructoras y suministradoras que participaron en la construcción de equipos de esta tesis doctoral a las cuales queremos agradecer su colaboración y eficiencia en la realización de los equipos y dispositivos experimentales desarrollados. TALLERES P. SALVADOR ABELLANER S.A. JUAN GIMÉNEZ E HIJOS S.L. (GIMSAN) SERV-IMP. ACEROS CALITOR S.A. ACEROS BERGARA S.A. VALBRUNA IBERICA S.L. STALER S.A. SCHRÖDER INTERNACIONAL S.L. SINTERIZADOS Y RECUBRIMIENTOS IBÁÑEZ INDUSTRIAL S.A. (IBINSA) ZINCADOS PERFILES S.A. (ZINPERSA) SUMINISTROS FERRETERÍA INDUSTRIAL ACAB S.A. NORMALIZADOS AC, S.L. SERVICIO ESTACION PLÁSTICOS COMERCIAL SERVIPLAST S.L. SERTU S.A. COMPLAS POLIGLAS CUNITEX ELEMENTOS DE PRESION GOODAIR S.L. CENTRALAIR S.A. INTERSEAL S.A. ELECTRONICA Y VARIOS ONDA RADIO S.A. VIDRIOS JOSE MAGRANS. 1 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio experimental de flujo y transporte de cromo, níquel y manganeso en residuos de la zona minera de Moa (Cuba): influencia del comportamiento hidromecánico Creator An entity primarily responsible for making the resource Roberto L. Rodríguez Pacheco Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2002 Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/5d867f13808869c27569ab80f7fd2696.pdf e7df5e44a4c5c7ba670789fb84855a55 PDF Text Text Tesis Doctoral: CIENCIAS TÉCNICAS Estudio morfotectónico de Moa y áreas adyacentes para la evaluación de riesgos de génesis tectónica ALINA RODRIGUEZ INFANTE MOA 1998 www.ismm.edu.cu/edum �REPÚBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO ¨Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINAS DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS GEOLÓGICAS AUTOR: ALINA RODRIGUEZ INFANTE MOA, 1998 �A. Rodríguez Infante SINTESIS La presente Investigación titulada Estudio morfotectónico de Moa y áreas adyacentes para la evaluación de riesgos de génesis tectónica se ha realizado con el objetivo de profundizar en el conocimiento geólogo tectónico del territorio de forma tal que permita establecer los sistemas de estructuras activas y bloques morfotectónicos, caracterizar los movimientos tectónicos contemporáneos y su incidencia en los sectores de máximo riesgo de origen tectónico. Para lograr el objetivo propuesto fueron utilizados un conjunto de métodos geólogo geomorfológicos entre los cuales se encuentran los métodos morfométricos, de fotointerpretación geológica, trabajo de campo y estudio microtectónico. Paralelamente fue utilizada la información geodésica y geofísica de investigaciones precedentes. Como resultado de los trabajos se determinaron las zonas geomorfológicas fundamentales, denotándose un predominio de las zonas con relieve de montaña sobre el de llanura, se cartografiaron los cuatro sistemas de estructuras tectónicas de fractura que cortan las rocas del área, caracterizándose cada uno en dependencia de su morfología y ambiente geotectónico de formación y se delimitaron nueve bloques morfotectónicos que se diferencian por sus rasgos morfológicos y tectónicos y que se desplazan entre si formando un sistema de horts y grabens, con una tendencia general al ascenso. A partir de los resultados antes relacionados se determinaron los diferentes tipos de riesgos a los cuales se encuentra expuesto el medio ambiente debido a la amenaza que constituyen los movimientos tectónicos en la región, estableciéndose cuatro zonas de magnitudes del riesgo total y se propusieron las medidas generales con vista a mitigar los efectos dañinos al medio. 2 �A. Rodríguez Infante INDICE Página INTRODUCCION CAPITULO I. Caracterización Geólogo Geomorfológica del territorio. Introducción. Base Teórica de la Investigación. Metodología de la Investigación. Trabajos Precedentes. Características Geológicas del Territorio. Geomorfología del Territorio. Conclusiones. CAPITULO II. Morfotectónica y Geodinámica del territorio de Moa. Introducción. Rasgos geotectónicos evolutivos de la región. Principales sistemas de fallas del territorio. Bloques morfotectónicos. Neotectónica. Conclusiones. CAPITULO III: Evaluación de riesgos de origen tectónico. Introducción. Metodología para el Análisis de Riesgo. Amenaza Natural. Riesgos Específicos. Zonificación de Riesgos Tectónicos. Conclusiones. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Conclusiones. Recomendaciones BIBLIOGRAFIA. Publicaciones del autor. Referencias Bibliográficas. RELACION DE MATERIALES GRAFICOS. 3 �A. Rodríguez Infante INTRODUCCION 4 �A. Rodríguez Infante INTRODUCCION . A raíz del cese de los convenios de colaboración de Cuba con los países del Consejo de Ayuda Mutua Económica y la desintegración de la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas, se hizo necesaria la mixtificación de la economía, de la cual es pilar importante la industria niquelífera que necesitó no sólo de la búsqueda de mercado para la venta de sus productos, sino también de inversiones que garantizarán su desarrollo tecnológico bajo las regulaciones y exigencias de la tecnología contemporánea. El mayor por ciento de las instalaciones de la industria del níquel - actuales y futuras se ubican en el territorio de Moa, el que se encuentra enclavado en una región de máxima complejidad geólogo-tectónica y en el cual han ocurrido recientes movimientos telúricos indicadores de una tectónica activa que puede causar daños a las obras industriales y sociales en funcionamiento o en construcción. Lo anterior conllevó a la necesidad de determinar las principales estructuras tectónicas activas de la región para caracterizar la geodinámica del territorio a través del estudio de los movimientos de bloques morfotectónicos y con ello, poder determinar los sectores de máxima vulnerabilidad tanto para el ecosistema como para las construcciones socioeconómicas ante la ocurrencia de procesos tectónicos. A partir de este problema y a solicitud del gobierno municipal, el Centro Nacional de Investigaciones Sísmicas, GEOCUBA y el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa en coordinación con la Unión de Empresas del Níquel se iniciaron los trabajos de investigación sismotectónica del territorio del que forma parte el presente trabajo, el cual se desarrolla en un área de aproximadamente 865 km2 comprendida de este a oeste desde la zona de Santa María en la provincia Guantánamo hasta el río Cananova del municipio Sagua de Tánamo en la provincia Holguín, garantizándose que quedaran incluidas todas las estructuras que de forma directa o indirecta tienen influencia sobre la zona de Moa. El objetivo de las investigaciones es profundizar en el conocimiento geólogo-tectónico del territorio de Moa que permita establecer los sistemas de estructuras activas y bloques morfotectónicos, caracterizar los movimientos tectónicos contemporáneos y su incidencia en los sectores de máximo riesgo de origen tectónico. 5 �A. Rodríguez Infante Es necesario dejar aclarado en esta introducción que no es objetivo de estas investigaciones el cálculo económico del impacto ambiental ante la ocurrencia de los procesos tectónicos y sólo se persigue la identificación de los factores o elementos del medio ambiente susceptibles de ser alterados o modificados por la acción de éstos, lo que constituye la etapa inicial en los estudios de impacto ambiental [22]. En la realización de las investigaciones se tomó como base la información geológica que sobre el territorio existe, la que se puede catalogar de variada y abundante, justificada por el gran interés que desde el punto de vista económico revisten los yacimientos de corteza de intemperismo ferroniquelífera, desarrollados sobre las rocas ultrabásicas serpentinizadas del complejo ofiolítico y los yacimientos de cromitas, también asociados a dicho complejo. Desde el punto de vista tectónico las investigaciones precedentes han sido escasas, tal ves justificado por la alta complejidad tectónica de la región donde afloran las rocas de la antigua corteza oceánica emplazadas a través de un complejo proceso de acreción durante el periodo Cretácico-Paleógeno, al cual se han superpuesto eventos tectónicos más jóvenes. No obstante, es imprescindible aclarar que con anterioridad se han realizado investigaciones morfotectónicas y sismotectónicas a escala regional, así como en la C H A Oriente Norte y en el complejo hidroenergético Toa Duaba. Sin embargo, para el territorio de Moa se hace cada día más necesario profundizar en el estudio tectónico, no sólo por la importancia que reviste para los trabajos de búsqueda, prospección y explotación de los recursos minerales existentes y el conocimiento estructural de las rocas sobre las cuales se desarrollan los mismos, sino también para garantizar una mejor proyección de las obras construidas por el hombre y protección del medio ambiente en general, constituyendo la presente investigación una novedad al realizar la clasificación morfotectónica a escala local y caracterizar los riesgos de la dinámica tectogénica en un sector de interés en el desarrollo industrial. Para lograr el objetivo propuesto se partió de la hipótesis de que a pesar de existir un predominio o tendencia al levantamiento de la región, la presencia de formas contrastantes y alineadas del relieve, los desplazamientos laterales de elementos geólogo - geomorfológicos e incluso en ocasiones rotacionales, y la propia ocurrencia de actividad sísmica en el territorio, indican la existencia de desplazamientos no homogéneos ni unidireccionales entre todos los sectores de la corteza terrestre, lo que debe reflejarse en su superficie. Por ello se procedió a la aplicación de los métodos 6 �A. Rodríguez Infante geológicos convencionales en conjunto con los métodos geomorfológicos y geodésicos para así realizar la interpretación y descripción de las estructuras presentes y con ello determinar las áreas de mayor peligro y riesgo ante los procesos geológicos de origen tectónico. La consecución de las tareas propuestas a partir de la búsqueda, procesamiento, comprobación y sistematización de los resultados constituye sólo un punto de partida para el conjunto de tareas que deben emprenderse en la región con vista a hacer más eficiente e integral el uso de los recursos naturales, quedando implícito en ello tanto las reservas minerales como el medio geográfico. Respecto a esta etapa de trabajo los resultados a obtener serán de aplicación y de hecho algunos ya han sido aplicados, en organismos y empresas del territorio o que operan en el mismo. Un ejemplo de esto ha sido la decisión de replantear la planta de amoniaco y la valoración de las variantes posibles para su ubicación definitiva, así como la monumentación y monitoreo geodésico de la presa Nuevo Mundo, profundizándose además en los trabajos en la zona de Quemado del Negro donde se construye la tercera industria niquelífera del municipio. Al quedar concluidas las investigaciones los mapas tectónicos y de riesgo del territorio constituirán un material de indispensable consulta para la dirección de inversiones de la industria del níquel, la empresa constructora y el gobierno municipal en la planificación, proyección y construcción de obras sociales e industriales. Similar papel jugará para los organismos e instituciones responsabilizados con el estudio, control y conservación del medio ambiente y factores de riesgos del ecosistema, al poder conocer los puntos de posibles alteraciones y con ello proyectar las tareas a desarrollar para evitar o minimizar los efectos de los procesos geodinámicos. En cuanto a los trabajos de prospección geológica, la información obtenida referente a las zonas de afloramiento de las rocas del complejo máfico y ultramáfico conjuntamente con las condiciones geomorfológicas que caracterizan cada sector, constituye un criterio de orientación para la búsqueda y prospección más racional de las áreas de desarrollo de las cortezas de intemperismo de interés industrial, pudiendo incluso valorar la posible orientación de búsqueda de cortezas de tipo lineal en las zonas de fallas profundas así como en el estudio de posibles zonas de mineralización secundaria asociadas a los sistemas de fracturas. 7 �A. Rodríguez Infante Paralelo a ello los resultados del trabajo permitirán a los órganos de la Defensa Civil confeccionar los planes de medida ante desastres naturales y la proyección de obras de carácter militar. En la elección de los métodos de trabajo se partió del hecho de que las estructuras geológicas a través de las cuales ocurren los principales movimientos neotectónicos y en particular los movimientos sísmicos, se reflejan en el relieve a través de diversos criterios e índices, que permiten su identificación con la aplicación de los métodos de fotointerpretación geológica y geomorfológica, los métodos morfométricos, trabajos de campo, estudios microtectónicos locales y el procesamiento de la información geodésica y geofísica existente sobre el territorio, asumiéndose como línea metodológica la determinación de los principales alineamientos a través de los métodos antes mencionados, búsqueda de los criterios que identificaran a éstos como estructuras tectónicas, procediéndose luego a su comprobación y caracterización, lo que permitió la determinación de los sectores o bloques morfotectónicos en que se encuentra dividido el territorio y que se diferencian entre sí por las medidas de las formas de relieve que lo caracterizan como son el grado de la pendiente, intensidad de erosión de fondo, nivel de base de los ríos y densidad relativa del drenaje; por el sentido y magnitud de los desplazamientos horizontales y verticales resultantes de los movimientos neotectónicos actuantes y que se encuentran separados entre sí por fallas activas. Finalmente se determinaron las zonas con diferentes grados de riesgo a partir de su posición respecto a las estructuras activas y elementos del medio ambiente expuestos a la amenaza tectónica. Los resultados de las investigaciones se presentan en unas memorias escritas en tres capítulos y seis anexos gráficos. En el desarrollo de la tarea investigativa se enfrentaron limitaciones tales como: • Encubrimiento de la información geólogo tectónica originado por la actividad antropogénica. Este fenómeno se pone de manifiesto en ocasiones en sectores de gran complejidad lo cual ha ocurrido por recubrimiento de la superficie debido a los movimientos de tierra o por la propia obra construida como ocurre en el área de Las Camariocas y en el puerto de Moa o por alteraciones de la intensidad de cizallamiento de las rocas por el uso de explosivos en el proceso constructivo como sucede en la presa Nuevo Mundo y alrededores de las áreas de construcción de túneles y carreteras. 8 �A. Rodríguez Infante • La información geodésica ha sido utilizada en ocasiones con reserva debido a la existencia de puntos de control geodésicos en mal estado de conservación que han provocado incorrecciones en las nivelaciones reiteradas y la localización de algunos puntos geodésicos que aportan datos de poca utilidad geológica lo cual podemos ejemplificar con los puntos situados en la ladera oriental del Cerro de Miraflores ubicados a lo largo de la línea de falla y paralelo a lo largo de la carretera Sagua Moa. Cobra importancia la ausencia de redes geodésicas en algunas áreas de interés como por ejemplo en todo la porción septentrional de las estructuras principales. • Ausencia de materiales fotográficos a escalas detalladas, así como de fotografías aéreas tomadas en fecha reciente que permitieran hacer comparaciones cualitativas y cuantitativas de las variaciones morfológicas y tectónicas antes y después de los movimientos sísmicos ocurridos. De igual forma, por limitaciones económicas no se ha podido hacer más intenso y adecuado de las imágenes cósmicas digitalizadas. • Desde el punto de vista geológico, la gran complejidad tectónica que caracteriza el cinturón ofiolítico cubano y en especial su bloque oriental dado por la superposición de estructuras de diferentes génesis, estilos y períodos de formación lo que se agrava por la ausencia de perforaciones profundas, registros geofísicos detallados, en particular sísmicos y datos geodésicos históricos, estando limitado estos últimos al período 1990-1997. A pesar de las limitaciones señaladas se desarrollaron las etapas de trabajo previstas y el objetivo propuesto fue cumplido, con la colaboración de investigadores del Centro Nacional de Investigaciones Sísmicas (CENAIS), la Unión de Empresas del Níquel y el Departamento de Geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. El autor con anterioridad a este trabajo ha desarrollado investigaciones relacionadas con la temática enmarcadas en el contexto regional y a diferentes escalas como son: • Análisis Estructural del Macizo Mayarí - Baracoa, en los años 1980-1985 en proyecto conjunto con especialistas del Centro de Investigaciones Geológicas. • Estudio Geólogo Geomorfológico de la Provincia Guantánamo, en el período 19851990 en coordinación con el CENAIS. • Estudio Fotogeológico y Morfométrico del área de Mayarí, en el período 1990-1991 en colaboración con la Empresa de Construcciones Militares de Holguín. 9 �A. Rodríguez Infante Como parte de estas investigaciones el autor ha dirigido un total de diecinueve trabajos de diplomas, ha publicado doce artículos científicos y los resultados han sido expuestos en diferentes eventos de ciencia y técnica, en los Talleres de Protección del Medio Ambiente PROTAMBI ’95 y PROTAMBI ’97 y en los Talleres Municipales de Sísmica. 10 �A. Rodríguez Infante CAPITULO I 11 �A. Rodríguez Infante CAPITULO I: CARACTERIZACION GEOLOGO – GEOMORFOLOGICA DEL TERRITORIO. Introducción. Base Teórica de la Investigación. Metodología de la Investigación. Trabajos Precedentes. Características Geológicas del Territorio. Geomorfología del Territorio. Conclusiones. Introducción. El esquema morfotectónico de un territorio establece la relación existente entre la tectónica nueva y el relieve actual con el objetivo de mostrar las morfoestructuras por su grado de actividad y pronosticar la posible incidencia de los procesos geotectónicos en el medio ambiente. Dentro del objetivo del trabajo se encuentra la determinación de las principales estructuras activas del territorio y los bloques morfotectónicos que constituyen el mismo, haciéndose necesario estudiar las principales características geológicas que permitan conocer la sucesión de eventos geológicos y en particular tectónicos que han ocurrido en el desarrollo regional y con ello caracterizar la tendencia de la geodinámica actual, así como determinar las características geomorfológicas a través de las formas y medidas del relieve que muestren las condiciones geológicas y tectónicas bajo las cuales se originan y con estos criterios poder establecer los límites activos de los bloques morfotectónicos y los parámetros que lo identifican. Es por ello que en este capítulo, después de establecer la base teórica que sustenta la investigación y la metodología seguida para su ejecución, se hace el análisis de las principales características geológicas y geomorfológicas del área que permiten la confección del esquema morfotectónico del territorio. 12 �A. Rodríguez Infante Base Teórica de la Investigación. La región de Moa constituye desde el punto de vista geológico y económico un área de marcado interés por la presencia de uno de los mayores yacimientos de níquel del mundo asociado a las cortezas de intemperismo ferroniquelíferas desarrolladas sobre las rocas ultrabásicas serpentinizadas del macizo ofiolítico del nordeste de Cuba Oriental. Conjuntamente con los yacimientos niquelíferos se encuentran presentes otras manifestaciones minerales como las zeolitas, cromitas refractarias y otras materias primas no metálicas que hacen a la región altamente interesante y justifican el desarrollo minero metalúrgico de la misma. Geológicamente el área se caracteriza por su gran complejidad encontrándose frecuentemente la superposición de eventos de edades y estilos diferentes que directa e indirectamente interfieren en la génesis, desarrollo y conservación de los yacimientos ferroniquelíferos, en el relieve y en la ocurrencia de fenómenos naturales de carácter geodinámico que afectan la actividad socioeconómica y alteran el medio ambiente. Dentro de estos últimos han tomado gran fuerza en la región los movimientos sísmicos como los ocurridos en marzo de 1992 de intensidad VI grados en la escala MSK y marzo de 1994 de intensidad IV en la escala MSK, los que se considera han sido originados por la reactivación de la llamada falla Sabana por algunos investigadores o zona de sutura según otros y que constituye el límite norte del Bloque Oriental Cubano con la Placa Norteamericana debido a las condiciones geotectónicas imperantes en Cuba oriental, condicionado por los movimientos asociados a la zona de fractura Cauto - Nipe y a la falla Oriente que limita la estructura cubana con la Placa del Caribe. Este comportamiento geotectónico a su vez mantiene activas las estructuras locales. Es lógico considerar la importancia que para la región tiene la profundización de los conocimientos geólogo - tectónicos del territorio enfatizando en aquellas estructuras de carácter tectónico activo, la determinación de los sectores de máxima vulnerabilidad y riesgo ante eventos de génesis geodinámica, así como la caracterización tectónica de áreas constructivas para la prevención de daños ante desastres naturales. Para dar cumplimiento a los objetivos propuestos se hizo necesario determinar los principales sistemas tectónicos presentes en la región, caracterizando cada uno de ellos en dependencia de su edad, dirección, magnitud y papel que desempeñan en la configuración morfológica y tectónica actual del territorio. El estudio de estas 13 �A. Rodríguez Infante estructuras y sistemas a los cuales pertenecen, se realiza tomando como base la teoría movilista que explica las características y evolución de la litosfera terrestre, aplicando para ello un conjunto de métodos geológicos, geomorfológicos, geofísicos y geodésicos que garantizan un mejor cartografiado y mayor confiabilidad en las conclusiones sobre su influencia en los procesos geodinámicos. Al quedar determinadas las estructuras tectónicas principales se estableció el sistema de bloques morfotectónicos en dependencia del estilo morfológico y caracterización tectónica lo que a su vez, permitió arribar a conclusiones sobre la dirección y magnitud de los desplazamientos bajo los efectos de los movimientos geodinámicos actuales. En la consecución de este objetivo fueron empleados métodos de microtectónica, datos de mediciones geodésicas cíclicas y frecuentes de las redes ya establecidas, así como la información geofísica. En el caso específico de aquellas estructuras que por su edad, dimensiones y papel que desempeñan en los procesos geodinámicos actuales fueron consideradas de primer orden, u otras que son de gran influencia en la actividad socioeconómica de la región se realizaron estudios detallados. Con los datos obtenidos en la solución de los problemas antes descritos se procedió a la confección del mapa de riesgo ante los fenómenos sismotectónicos que permite establecer las áreas de posible desarrollo socioeconómico así como la toma de medidas técnicas ingenieriles en las obras ya construidas en sectores de alta peligrosidad. Metodología de la Investigación. La metodología seguida durante las investigaciones, que de forma resumida y por etapas de trabajo se presenta a continuación no difiere en esencia de la metodología de las investigaciones geológicas en general, pero que al aplicar de forma combinada los métodos morfométricos y fotointerpretativos con la información geofísica y geodésica existente hacen más económicos los trabajos geológicos. Primera Etapa: Preliminar. El primer problema a solucionar lo constituyó el establecimiento del área de trabajo que debía garantizar que quedaran incluidas en ella todas las estructuras que de forma directa o indirecta condicionaran la dinámica de los sectores que conforman el territorio. Partiendo del objetivo propuesto en la investigación se asumió el área comprendida entre los ríos Cananova al oeste y Santa 14 �A. Rodríguez Infante María al este, extendiéndose de norte a sur desde la barrera arrecifal que bordea al litoral hasta la vertiente meridional del Alto de la Calinga que forma parte de la divisoria principal del sistema montañoso Moa-Baracoa, abarcando un área aproximada de 865 km2 de las cuales 712 km2 corresponden al territorio insular emergido y el resto a la zona acumulativa marina comprendida entre el litoral y la barrera coralina. Lo anterior se muestra en el anexo gráfico No. 1. Según el sistema de coordenadas Lambert el área se encuentra enmarcada entre los puntos: X: 680 000 - 721 000 Y: 207 000 - 232 000 En esta etapa de trabajo se estableció la escala, asumiéndose como escala básica para la aplicación de los métodos morfométricos y de comprobaciones de campo para los sectores de máxima complejidad la escala 1: 25 000, la escala 1: 50 000 para la presentación final y resumida de la información obtenida y la escala 1: 100 000 para la presentación de algunos anexos adicionales. Se definió el conjunto de métodos a aplicar que comprenden la utilización simultánea de métodos morfométricos, de fotointerpretación geólogo geomorfológica, trabajos de campo y microtectónica con el uso además de informaciones adicionales geodésicas y geofísicas; se realizó la selección de los materiales primarios y se procedió a la búsqueda y revisión de la bibliografía. Segunda Etapa: Fotointerpretación y Morfometría. Durante el desarrollo de esta etapa de trabajo se realizó la fotointerpretación del territorio la cual tuvo como objetivo fundamental la determinación de las estructuras de fracturas a partir de la aplicación de los principios básicos de los trabajos fotogeológicos y de los criterios directos e indirectos que permitieron la identificación de las mismas e incluso en algunos casos hasta poder determinar su grado de actividad y posibles riesgos, así como el estudio de las formas del relieve. Aquí debemos aclarar que aun cuando el estudio y clasificación de las formas del relieve no constituyó un objetivo específico de la investigación, se realizó teniendo en cuenta que a través de las geoformas quedan expresadas directa o indirectamente las estructuras geológicas sobre la cual éstas se desarrollan y en el estudio de los movimientos neotectónicos y caracterización de los movimientos neotectónicos, la génesis, evolución y sistematización del relieve constituyen criterios 15 �A. Rodríguez Infante directos de interpretación. Paralelamente a ello el estudio morfológico es un pilar básico en la valoración de los peligros y riesgos que pueden originarse a través de la actividad geólogo-tectónica. Paralelamente a ello se esclarecieron y en algunos casos se establecieron contactos entre las diferentes litologías aflorantes en el territorio, teniendo en cuenta que como objetivo del trabajo no se encuentra la confección del mapa geológico, asumiéndose desde un inicio la base geológica a escala 1: 100 000 de Quintas F. [93]. Los trabajos de fotointerpretación geólogo geomorfológica se realizaron con las fotografías áreas a escala aproximada 1: 36 000 del proyecto K-10 de 1972, usándose de forma simultánea las fotografías aéreas de escala aproximada 1: 60 000 de la Aero Service Corporation de 1956 y las fotografías aéreas de coordenadas corregidas a escala 1: 100 000 en la confirmación y generalización de la información. En la interpretación fototectónica también fue utilizada la información aportada por las fotografías cósmicas digitalizadas del territorio del vuelo conjunto y los diagramas de alineamientos confeccionados a partir de estas. Los trabajos morfométricos consistieron en la confección e interpretación de los mapas de: • Red fluvial. • Isobasitas de segundo y tercer orden. • Disección vertical. • Pendientes en grados. Finalmente se procedió a correlacionar la información obtenida por ambos métodos, confeccionándose el esquema morfotectónico preliminar del territorio. Tercera Etapa: Comprobaciones de Campo y Microtectónica. El trabajo de campo consistió en las comprobaciones de las estructuras determinadas durante la segunda etapa de trabajo en condiciones naturales, realizándose paralelamente las mediciones de los elementos de yacencia de grietas y fracturas a ambos lados de estas estructuras que pudieran servir de criterio para determinar el sentido del desplazamiento de los bloques a través de los movimientos geodinámicos. Se documentaron 120 puntos de afloramiento en las zonas de mayor complejidad geólogo tectónica y fueron medidas 7448 grietas que se procesaron estadísticamente con programas computarizados, confeccionándose un total de 57 Diagramas de Roseta y 12 Diagramas de Contorno, de los cuales 15 se muestran en las memorias. 16 �A. Rodríguez Infante Con las estructuras determinadas y comprobadas, se procedió al cartografiado de las mismas, con énfasis en aquellas que por su marcado interés socio - económico, alta complejidad o ausencia de reportes anteriores así lo requirieron. Cuarta Etapa: Gabinete. En esta etapa se procedió a la interpretación y procesamiento de la información obtenida por los métodos antes relacionados, así como de la información geodésica proporcionada por las mediciones cíclicas que se realizaron según la línea geodinámica de Moa y en diferentes polígonos como la presa Nuevo Mundo y Las Camariocas y la información geofísica obtenida a través de los levantamientos aerogeofísicos de las provincias Guantánamo y Holguín [36, 66]. Como resultado del procesamiento de la información se procedió a la confección del mapa geomorfológico donde se sistematizan los dos tipos fundamentales de relieve que caracterizan la región, el mapa morfotectónico donde se señalan las principales estructuras y bloques tectónicos del territorio así como, la caracterización en sentido e intensidad de los movimientos geodinámicos actuales y el mapa de riesgos donde se muestran las áreas vulnerables ante los fenómenos tectónicos. La metodología seguida para la confección del mapa de riesgos está basada en la determinación de la vulnerabilidad de los elementos en riesgo ante la amenaza natural representada por los movimientos tectónicos en una zona geodinámicamente activa, la cual es explicada en el desarrollo del capítulo correspondiente. Por último se confeccionó el informe final de la investigación y el plan de medidas a seguir para mitigar los daños al medio ambiente. Trabajos Precedentes. Durante la ejecución de la investigación se consultaron diferentes trabajos que para la región oriental y en particular del territorio Moa-Baracoa se han desarrollado, orientados algunos a la evaluación geólogo-económica de las grandes reservas minerales asociadas al cinturón ofiolítico del noreste holguinero y otros a la profundización del conocimiento geológico regional, constituyendo todos una valiosa información. A pesar de existir numerosas investigaciones y reportes sobre la geología de la zona realizados antes del triunfo de la revolución no es hasta la década del sesenta que se desarrollan investigaciones profundas de carácter regional, haciéndose imprescindible mencionar los trabajos de los especialistas soviéticos A. Adamovich y V. Chejovich [1,2 17 �A. Rodríguez Infante y 3], que constituyeron un paso fundamental en el conocimiento geológico del territorio oriental, esencialmente para las zonas de desarrollo de cortezas de intemperismo ferroniquelíferas. La concepción inicial de estos trabajos ha sufrido importantes cambios con el aporte de investigaciones más recientes. Adamovich y Chejovich [1], elaboraron un mapa geológico a escala 1: 250 000 sobre la base de interpretaciones fotogeológicas y marchas de reconocimiento geológico en el cual fueron limitadas las zonas de cortezas de intemperismo para el territorio Mayarí Baracoa, establecieron la secuencia estratigráfica regional y respecto a la estructura geológica, consideraron la existencia de un anticlinal con un núcleo de rocas antiguas zócalo metamórfico - y rocas más jóvenes en sus flancos, estando cortada toda la estructura por fallas normales que la dividen en bloques. De igual forma ellos realizaron reconstrucciones paleogeográficas que le permitieron caracterizar el relieve pre Maestrichtiano de la región al mismo tiempo que clasificaron el relieve actual, [3]. Las investigaciones posteriores demostraron que la estructura del territorio oriental cubano estaba muy lejos de tener el estilo sencillo que ellos concibieron, resultando esclarecidos algunos elementos referidos a la existencia de fuertes movimientos tectónicos tangenciales que provocaban la aparición de secuencias alóctonas y autóctonas intercaladas en el corte geológico, así como el emplazamiento de cuerpos serpentiníticos en forma de mantos tectónicos alóctonos sobre las secuencias del Cretácico Superior lo cual complica extraordinariamente la interpretación tectono estratigráfica. De igual forma se estableció que el origen y posición geólogo-estructural de los conglomerados y brechas de composición serpentinítica que Adamovich y Chejovich asignan al periodo Maestrichtiano, tienen un carácter esencialmente sinorogénico relacionado con los movimientos tectónicos de emplazamiento de los cuerpos serpentiníticos. En los últimos años, debido a una constante acumulación de información, se ha originado un salto cualitativo en el grado de conocimiento geológico expresado en los elementos citados anteriormente. En la década del setenta se inicia una nueva etapa en el conocimiento geológico regional y como señala F. Quintas en su tesis doctoral [93], ....se fue abriendo paso la concepción movilista como base para la interpretación geológica....., especialmente con posterioridad a la publicación en 1974 de los trabajos de Knipper y Cabrera [63], quienes sobre la base de las observaciones de campo y revisión de materiales 18 �A. Rodríguez Infante existentes plantearon que los cuerpos de serpentinitas representan fragmentos de corteza oceánica que se deslizaron por planos de fallas profundas hasta la superficie donde se emplazaron sobre formaciones sedimentarias del Cretácico en forma de mantos tectónicos. Sus investigaciones no aportan información novedosa al esquema estratigráfico regional sin embargo, abren una nueva dirección al indicar la presencia de mantos tectónicos constituidos por rocas ultrabásicas. En 1972 se inician investigaciones de carácter regional del territorio oriental cubano por especialistas del Departamento de Geología de la Universidad de Oriente, luego Instituto Superior Minero Metalúrgico y en 1976 establecieron que la tectónica de sobrempuje afecta también a las secuencias sedimentarias dislocadas fuertemente, detectando en numerosas localidades la presencia de mantos alóctonos constituidos por rocas terrígenas y volcánicas del Cretácico Superior, yaciendo sobre secuencias terrígenas del Maestrichtiano - Paleoceno Superior, planteando además el carácter alóctono de los conglomerados - brechas de la formación La Picota, demostrándose en investigaciones posteriores el carácter predominantemente autóctono de estas secuencias formadas en las cuencas superpuestas al arco volcánico del Cretácico. Con estos nuevos elementos se reinterpreta la geología del territorio y se esclarecen aspectos de vital importancia para la acertada valoración de las reservas minerales. Como resultado de estos trabajos Cobiella junto a otros especialistas del departamento de Geología del ISMM proponen un esquema tectónico que resume una nueva interpretación estratigráfica y paleogeográfica de Cuba Oriental delimitando cinco zonas estructuro faciales. En 1978 J. Cobiella y J. Rodríguez [31] subdividen las anteriores estructuras propuestas en seis zonas, como se muestra en la figura No.1. En el periodo 1972-1976, se realiza el levantamiento geológico de la antigua provincia de oriente a escala 1: 250 000 por la brigada cubano - húngara de la Academia de Ciencias de Cuba [80], siendo el primer trabajo que generaliza la geología de Cuba Oriental. En este trabajo la región oriental se divide en cinco unidades estructuro faciales y tres cuencas superpuestas como se muestra en la figura No.2. El mapa e informe final de esta investigación constituyó un aporte científico a la geología de Cuba al ser la primera interpretación geológica regional de ese extenso territorio basada en datos de campos, obteniéndose resultados interesantes expresados en los mapas geológicos, tectónicos y de yacimientos minerales, columnas y perfiles regionales así como el desarrollo de variadas hipótesis sobre la evolución geológica de la región. 19 �A. Rodríguez Infante Figura No.1: Esquema tectónico según Cobiella y Rodríguez, (1980). 1-Anticlinorium Camagüey - Holguín; 2- Anticlinal Oriental; 3- Cuenca Nipe - Baracoa; 4- Sinclinorium Central; 5- Anticlinorium Sierra Maestra y 6- Fosa de Bartlett. Figura No. 2. Esquema tectónico según E. Nagy, 1976.1A- Margen Norte; 1B- Margen Sur; 2- Cuenca Guacanayabo - Guantánamo; 3Sinclinorium Central; 4- Cuenca de Guantánamo; 5- Zonas precubanas; 6- Zona Caimán y 7- Zona Remedios. 20 �A. Rodríguez Infante Paralela a estas investigaciones se desarrollan trabajos fotogeológicos sobre diferentes áreas del territorio por especialistas del Centro de Investigaciones Geológicas, entre los que se encuentran la caracterización de la corteza de intemperismo del sector occidental de las hojas cartográficas de Moa y Palenque desarrollados por V. Teleguin, quien realiza una clasificación de las fracturas que afectan al substrato serpentinítico y el levantamiento fotogeológico de Farallones a escala 1: 50 000 desarrollado por R. Pérez, donde se realizó un estudio detallado de las distintas formaciones geológicas del área de estudio y su caracterización geomorfológica, así como un conjunto de trabajos desarrollados por la Empresa Geológica de Oriente en la búsqueda y categorización de las reservas lateríticas. En el periodo 1980-1985 el Departamento de Geomorfología de la propia institución en colaboración con la Facultad de Geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa desarrolló el tema de investigación Análisis Estructural del Macizo Mayarí Baracoa donde se analiza por primera vez de forma integral para todo el nordeste de Holguín el grado de perspectividad de las cortezas de intemperismo ferroniquelíferas en dependencia de las condiciones geólogo-geomorfológicas para lo cual fueron aplicados métodos morfométricos y trabajos de fotointerpretación. La deficiencia fundamental de la investigación consistió en el escaso trabajo de campo realizado para las comprobaciones, utilizándose en sustitución de estos los informes de estudios geológicos realizados en la valoración o categorización de los yacimientos lateríticos. Desde el punto de vista tectónico de carácter regional adquieren importancia relevante las investigaciones realizadas por M. Campos [18], en su estudio tectónico de la porción oriental de las provincias Holguín y Guantánamo, donde propone siete unidades tectono-estratigráficas para el territorio, describiendo las características estructurales de cada una de ellas y estableciendo los periodos de evolución tectónica de la región. En 1989 F. Quintas en su tesis doctoral [93], realizó el estudio estratigráfico del extremo oriental de Cuba donde propone las asociaciones estructuro-formacionales que constituyen ese extenso territorio así como las formaciones que las integran, realizando la reconstrucción paleogeográfica del Cretácico al Paleógeno, intervalo cronológico de mayor complejidad para la geología de la región oriental. Este trabajo por su actualidad y volumen de información geológica que presenta, es tomado como material geológico base en la caracterización litológica de estas investigaciones. 21 �A. Rodríguez Infante En 1990 se concluye el levantamiento geológico a escala 1: 50 000 en el polígono CAME Guantánamo por especialistas cubanos y húngaros, el cual constituye uno de los trabajos más integrales que sobre la geología de la región se realizan al abordar todas las vertientes del trabajo geológico con un gran volumen de información textual y gráfica. Paralelamente a estas investigaciones de carácter geológico regional hay que hacer referencia por su importancia a una serie de trabajos desarrollados por la Empresa Integral de Proyectos de la Industria Básica en el estudio sismotectónico para el complejo hidroenergético Toa-Duaba [84] y de la Central Hidro Acumuladora Oriente Norte [72] durante los años noventa que junto a los trabajos de Hernández J. [52, 53] sobre la geodinámica reciente han aportado valiosos datos sobre el área de investigación y constituyen una base metodológica y orientativa en el estudio de las estructuras sismogeneradoras y morfotectónicas. Características Geológicas del Territorio. La geología de la región se caracteriza por una gran complejidad condicionada por la variedad litológica presente y los distintos eventos tectónicos ocurridos en el decursar del tiempo geológico, lo que justifica los diferentes estudios y clasificaciones realizadas, basadas en criterios o parámetros específicos según el objeto de la investigación. En 1989, F. Quintas en su tesis doctoral, [93], realiza la clasificación geológica regional según ocho asociaciones estructuro-formacionales, de las cuales seis se encuentran representadas en el área de investigación. El se basó en la teoría que explica el origen y evolución de los arcos insulares, así como la formación de las plataformas, las etapas evolutivas y los conjuntos litológicos faciales típicos de cada estadio. En 1996, Iturralde-Vinent [90], reconoce en la constitución geológica del archipiélago cubano dos elementos estructurales principales: el cinturón plegado y el neoautóctono. El cinturón plegado según el autor, está constituido por terrenos oceánicos y continentales deformados y metamorfizado de edad pre-Eoceno Medio, que ocupan en la actualidad una posición muy diferente a la original, representando las unidades geológicas que lo integran grandes entidades paleogeográficas que marcaron la evolución del Caribe Noroccidental. El autor divide al cinturón plegado en unidades continentales y unidades oceánicas. En Cuba Oriental las unidades continentales están representadas por el Terreno Asunción [90], compuesto por dos unidades litoestratigráficas bien diferenciadas, la Fm. 22 �A. Rodríguez Infante Sierra Verde y la Fm. La Asunción, constituidas por materiales metaterrígenos y metacarbonatados respectivamente, del Jurásico Superior-Cretácico Inferior, las cuales no aparecen representadas en el área de estas investigaciones. Las unidades oceánicas están constituidas por las ofiolitas septentrionales, las rocas del arco de islas volcánicas del Cretácico (Paleoarco), las secuencias de las cuencas de piggy back del Campaniense Tardío-Daniense, el arco de islas volcánico del Paleógeno y las rocas de las cuencas de piggy back del Eoceno Medio-Oligoceno. El neoautóctono está constituido por materiales terrígenos carbonatados poco deformados del Eoceno Superior Tardío al Cuaternario que cubren discordantemente las rocas del cinturón plegado. La sistemática asumida por cada uno de los trabajos antes referidos de forma sintetizada se representa en la tabla I. Tabla I: Litologías presentes en el área de estudio según Quintas F., 1989 e Iturralde-Vinent, 1996. Elementos Estructurales Formacionales Iturralde-Vinent,1996 F Quintas 1989 serpentinizadas y AEF de la antigua corteza Ofiolitas Complejo básico oceánica septentrionales Fm. Quibiján AEF del arco volcánico del Fm. Santo Domingo Cretácico Arco volcánico del Cretácico Fm. La Picota Fm. Mícara AEF cuencas superpuestas al Cuencas piggy- arco volcánico del Cretácico back ra 1 generación Fm. Sabaneta Arco volcánico del Paleógeno Arco de islas volcánico del Fm. Capiro Cuenca superpuestas de la Cuencas piggy- etapa platafórmica back 2da generación Fm. Majimiana Fm. Júcaro Depósitos Cuaternarios Secuencias terrígeno – carbonatadas de la etapa de desarrollo platafórmico 23 NEO AUTOCTÓNO CINTURON PLEGADO Rocas Ultrabásicas Asociaciones Estructuro Unidades Oceánicas Litología. �A. Rodríguez Infante En estas investigaciones para la caracterización geológica del territorio se ha asumido como base la información aportada por estos trabajos, fundamentalmente en lo concerniente a la caracterización de los conjuntos litológicos, a los cuales se le han sumado los criterios de la fotointerpretación geológica, realizándose la corrección del cartografiado de algunos sectores según los datos aportados por las fotografías aéreas y los trabajos de campo como se muestra en el anexo gráfico No.3, y que se describen a continuación. Iturralde-Vinent divide a las ofiolitas cubanas en: ofiolitas del cinturón septentrional, ofiolitas anfibolitizadas y ofiolitas de los terrenos sudoccidentales; dividiendo al cinturón septentrional en tres fajas principales: Cajálbana, Mariel-Holguín y Mayarí-Baracoa. La faja Mayarí-Baracoa a su vez la divide en tres macizos: Mayarí-Cristal, Sierra del Convento y Moa-Baracoa, al cual pertenecen las ofiolitas objeto de estudio. El Macizo Moa-Baracoa se localiza en el extremo oriental de la Faja Mayarí-Baracoa. ocupando un área aproximada de 1 500 km2 que presenta un gran desarrollo de los complejos ultramáfico, de gabros y volcano-sedimentario mientras que el complejo de diques de diabasas está muy mal representado, apareciendo las diabasas descritas en la región en forma de bloques tectónicos incluidos en los niveles de gabros, sobre todo en la parte superior del complejo cumulativo. Se estima un espesor de aproximadamente 1000 metros para el complejo ultramáfico y 500 metros para el de gabros [40], mientras que para el complejo volcano-sedimentario se ha estimado un espesor de 1200 metros, [93]. El complejo de rocas ultrabásicas aflora en toda la porción central y meridional del área y está constituido predominantemente por harzburgitas y subordinadamente dunitas, lherzolitas y piroxenitas. Estas rocas se caracterizan por presentar un grado de serpentinización variable, lo cual ha sido objeto de contradicción y explicado de modo diferente por varios investigadores, llegando incluso a considerarse el proceso como una manifestación de autometamorfismo de las intrusiones. Sin embargo, ha predominado el criterio de procesos dinamo-metamórficos durante la elevación y emplazamiento de las grandes masas peridotíticas a la superficie en presencia de agua, ya que la serpentinización, como se ha señalado en diversas investigaciones se desarrolla más intensamente hacia los bordes de los macizos sobre todo, en los límites tectónicos de sobrecorrimiento de estos sobre las rocas autóctonas, en las zonas de fallas interiores de los macizos y en las zonas de contacto con las rocas básicas. 24 �A. Rodríguez Infante Las rocas de este complejo se caracterizan por presentar un color verde oscuro o gris verdoso y por un alto grado de agrietamiento. En las fotografías aéreas, ellas se identifican por su fototono gris oscuro homogéneo que en zonas de gran desarrollo de la corteza laterítica aparece moteado de gris claro. Sobre estas rocas se forman relieves muy variados en dependencia del nivel hipsométrico que ocupan y por ende, del grado de desarrollo y conservación de la corteza de meteorización. Hacia la parte norte del macizo se observa un relieve de premontañas con cimas redondeadas, mientras que en la parte intermedia aparecen montañas de cimas aplanadas que hacia el sur se vuelven puntiagudas. Los parteaguas secundarios son rectos y alargados, con pendientes abruptas, siendo esto un criterio importante en su identificación. El drenaje es de configuración dendrítica, volviéndose angular debido al alto control tectónico sobre todo en los límites de los bloques, siendo típicos los valles en forma de V con pendientes fuertes, los que se hacen más amplios y menos profundos cuanto mayor es su orden. En la parte central, donde las cimas son aplanadas el drenaje es menos denso, observándose cauces estrechos y profundos con divisorias aplanadas, generalmente asociados a fracturas. El complejo máfico está representado por gabros olivínicos, gabro-noritas, anortositas y gabros normales de diferentes granulometrías. Los cuerpos de gabro tienen una estructura de grandes bloques y la mayoría de éstos se disponen en las zonas periféricas del complejo ultramáfico. En el sector Moa-Baracoa están representados dos tipos de gabros, los llamados gabros bandeados y los gabros masivos en las partes más altas del corte. En el área de estudio el más común es el gabro normal de color oscuro algo verdoso con textura masiva o fluidal. Estas rocas presentan alteraciones superficiales en forma de finísimas irregularidades semejantes a un micro relieve cársico, originadas por la meteorización diferencial de los minerales que las componen entre los cuales están los piroxenos monoclínicos, plagioclasas básicas y en menor grado olivino y piroxenos rómbicos. En la región de estudio los gabros afloran siempre asociados a las serpentinitas, apareciendo en forma de bloques en las zonas de Quesigua-Cayo Guam-Mercedita, Centeno-Miraflores y Farallones-Caimanes. Fotogeológicamente los gabros se manifiestan con parámetros o criterios diferentes en dependencia de la intensidad de la meteorización. En zonas muy intemperizadas aparecen con un fototono claro, generalmente más claro que en las cortezas sobre serpentinitas, con un relieve aplanado donde se observan superficies rugosas. 25 �A. Rodríguez Infante En las zonas de relieve más abrupto se presentan con un fototono moteado gris oscuro y claro - casi blanco - con parteaguas en forma de cuchillas curvas y ramificadas en otras de menores dimensiones, semejando en las fotografías aéreas una estructura de roseta lo que puede estar relacionado con los procesos de erosión esferoidal típico para estas rocas. El drenaje en general es de configuración dendrítica, apareciendo a veces subángular debido al control tectónico. El complejo de diques de diabasas está muy mal representado, apareciendo las diabasas descritas en la región en forma de bloques tectónicos incluidos en los niveles de gabros, sobre todo en la parte superior del complejo cumulativo. El complejo vulcano-sedimentario contacta tectónicamente con los demás complejos del corte ofiolítico y está representado por la formación Quibiján, constituida por rocas vulcano-sedimentarias intruidas por gabro-pegmatitas, dioritas y diabasas. En la base se encuentran lavas y lavas-brechas, aglomerados y tobas gruesas de composición basáltica y basáltico-andesítica. En su conjunto son de color negro o verde oscuro. Las lavas son amigdaloidales, con amígdalas rellenas de cuarzo y clorita. La porción media superior de la formación se compone de lavas, lavas-brechas, tufo-lavas y en cantidades subordinadas tobas lapillíticas, las cuales se caracterizan por presentar una estratificación gruesa, a veces gradacional. La edad aún se desconoce, ya que no se han encontrado fósiles que puedan revelarla. Algunos autores le asignan una edad Cretácico Inferior - Superior. Area de afloramiento. Aflora en la región de Farallones, al sur de Yamanigüey y en un pequeño bloque de Cupey. Fototono. Presenta tonos de gris claro a casi blanco de forma general, apareciendo moteado en la región de Farallones. Relieve. Poco elevado y muy desmembrado, con parteaguas pequeños en forma de cuchillas, con pendientes de medias a abruptas. Drenaje. Dendrítico, aunque en ocasiones se hace subángular por el control tectónico. La formación Santo Domingo, única representante del arco volcánico cretácico en el área, está constituida por tobas, lavas y aglomerados, apareciendo pequeños cuerpos de pórfidos dioríticos, andesitas y diabasas. Se incluyen además en esta formación las calizas pizarrosas finamente estratificadas y muy plegadas de color grisáceo. Las tobas ocupan más del cincuenta por ciento de la formación, apareciendo en la parte superior preferentemente, siendo comunes las variedades cristalovitroclásticas y 26 �A. Rodríguez Infante vitroclástica. Las lavas aparecen en ocasiones con textura amigdaloidal, predominando las variedades porfidíticas, yaciendo en forma de mantos interestratificados casi concordantes con las tobas. A menudo, junto con las lavas se observan aglomerados de composición entre dacítica y andesítica, muy alterados. Se le asigna una edad Cretácico Aptiano - Turoniano. Area de afloramiento. Aflora en la región de Farallones - Calentura y en una pequeña área en la localidad de Centeno. Fototono. Gris moteado. Relieve. De premontañas bajas con pendiente de medias a abruptas, con cimas puntiagudas, divisorias cortas, finas y muy ramificadas. Drenaje. Dendrítico, con densidad variable que tiende a aumentar hacia los órdenes superiores. Pertenecientes a la cuencas de piggy-back de la primera generación del Cretácico Superior al Paleoceno Inferior, afloran en el área las formaciones La Picota y Mícara, de tipo molásico y flyschoide, acumuladas en algunos casos en zonas de intensa actividad tectónica, por lo que localmente pueden aparecer muy deformadas y formar parte de melanges. La formación Mícara está compuesta de facies terrígenas y terrígenas carbonatadas de edad Maestrichtiano-Daniano. La secuencia inferior es de tipo molásica y la superior de tipo flysch. El límite inferior no se ha observado, pero se supone discordante sobre la formación Santo Domingo. En la zona de Cananova, Quintas[93] reportó esta formación compuestas por areniscas de granos medios, con intercalaciones olistostrómicas compuestas de areniscas y gravelitas, con bloques de diversos tamaños de rocas ígneas básicas. Area de afloramiento. Zona de Los Indios de Cananova y borde suroeste del cerro de Miraflores. Fototono. Gris claro, pero en algunos lugares aparece moteado como por ejemplo en la meseta de Caimanes. Relieve. Sobre estas rocas se desarrolla un relieve de colinas bajas de cimas redondeadas y pendientes moderadas, con parteaguas cortos y finos, variando de forma gradual hasta convertirse en relieve casi llano hacia la parte norte. Drenaje. Variado y poco denso en general, haciéndose más escaso hacia el norte. Su configuración es dendrítica. 27 �A. Rodríguez Infante La formación La Picota tiene una composición muy variable en cortas distancias, a veces con apariencia brechosa y en ocasiones conglomerática, presentando en proporciones variables la matriz y el cemento, este último carbonatado. Existen dudas en algunas regiones donde afloran brechas muy cataclastizadas formando parte de los melanges acerca de su pertenencia a esta formación o si son brechas tectónicas. De acuerdo a las características de esta formación se estima que la misma se acumuló a finales del Cretácico e incluso en el Paleoceno inicial, asociada al emplazamiento de las ofiolitas, que constituyeron su principal fuente de suministro. Area de afloramiento. Aflora en la base de la Sierra del Maquey y en la meseta de Caimanes. Fototono. De gris medio a gris claro y en las zonas de contacto litológico aparece abigarrado. Relieve. Relativamente alto, con elevaciones de cimas agudas y divisorias alargadas en forma de cuchillas, presentando pendientes altas. Drenaje. Está representado por redes dendríticas. La actividad volcánica del Paleógeno estuvo restringida fundamentalmente a la parte oriental de la isla, estando representada por las rocas del Grupo El Cobre y la formación Sabaneta de origen vulcano-sedimentario, aflorando sólo esta última en el área de estudio. La formación Sabaneta está constituida por rocas vulcanógenas-sedimentarias de granos finos, frecuentemente zeolitizadas o montmorillonitizadas, con intercalaciones de calizas, silicitas, tobas cloritizadas y rara vez basaltos. En Farallones el corte está compuesto por tobas vitroclásticas y cristalolitoclásticas zeolitizadas, en menor grado argilitizadas, tufitas, calizas, radiolaritas, tobas vítreas y tobas cineríticas. Las calizas tobáceas y tufitas aparecen regularmente hacia la parte alta de la formación. La estratificación es buena, siendo frecuentemente gradacional. En Los Indios de Cananova, en la base de la formación se intercalan areniscas de granos gruesos y algunas brechas, donde fueron encontrados fósiles que indican una edad Paleoceno-Daneano. Area de afloramiento. En un área extensa de la región de Cananova hasta Farallones y en un pequeño bloque en Yamanigüey. Fototono. Presenta tonalidades claras de gris. 28 �A. Rodríguez Infante Relieve. Formando pequeñas elevaciones de cimas redondeadas y laderas suaves. Hacia el norte se presenta casi llano. Drenaje. En la zona de Farallones donde el relieve es más elevado, el drenaje es de tipo dendrítico, espaciado; y donde existe control tectónico pasa a ser subangular. Hacia el norte la red fluvial se va haciendo escasa hasta casi nula. Perteneciente a las cuencas superpuestas o piggy-back de la segunda generación aflora en el área la formación Capiro compuesta por areniscas, aleurolitas y margas bien estratificadas con intercalaciones de conglomerados finos compuestos por cantos de serpentinitas, calizas y cristaloclastos de piroxeno y cuarzo. Hacia la base de la formación se localizan olistostromas de bloques de serpentinitas muy alteradas y diabasas. En muchos lugares se observa una clara gradación de conglomerados y areniscas. Los olistolitos de calizas organodetríticas contienen fragmentos de serpentinitas, cuarzo y hematita. Se le asigna una edad Eoceno Superior. Area de afloramiento. Aflora en la región de Yamanigüey formando una franja a lo largo de toda la costa. Fototono. Relativamente claro, desde el gris claro hasta el blanco. Relieve. Muy bajo con colinas pequeñas onduladas de pendientes suaves. Drenaje. Escaso. El neoautóctono, constituido por secuencias sedimentarias donde predominan las rocas carbonatadas sobre rocas terrígenas, depositadas en régimen de plataforma continental, aparece representado en la región por las formaciones Júcaro y Majimiana que yacen discordantemente sobre las unidades del cinturón plegado. Estructuralmente estas secuencias se caracterizan por su yacencia monoclinal suave u horizontal, con algunas perturbaciones en las zonas donde existen dislocaciones jóvenes. La formación Júcaro está constituida por calizas margosas poco consolidadas y a veces por margas de edad Oligoceno-Mioceno. Area de afloramiento. Aflora por toda la costa en la región de Cananova y Yamanigüey. Fototono. Presenta tonalidades de gris claro a blanco. Relieve. Bajo, formando pequeñas colinas redondeadas con pendientes suaves y aislados cayos en las costas. 29 �A. Rodríguez Infante La Formación Majimiana está constituida por calizas organodetríticas típicas de complejos arrecifales y bancos carbonatados con intercalaciones de margas. Las secuencias de esta formación presentan bruscos cambios faciales en cortas distancias, conteniendo una abundante fauna de foraminíferos bentónicos y planctónicos, lo que ha permitido asignarle una edad Oligoceno Superior hasta el Mioceno. Area de afloramiento. Aflora en la región de Yamanigüey, formando una franja por toda la costa. Fototono. Tonalidades de gris medio a gris claro. Relieve. Se presenta en forma de franja paralela al litoral, con un relieve poco accidentado representado por pequeñas colinas onduladas de poca pendiente. Drenaje. Pobre, con valles que cortan la franja de afloramiento. Sobre todas las litologías antes descritas se encuentran los depósitos cuaternarios que constituyen una cobertura prácticamente continua de génesis predominantemente continental de pocas variaciones diagenéticas y pequeño espesor. Estos depósitos están constituidos por calizas organodetríticas con gran contenido de fauna, predominando los moluscos contemporáneos. Aparecen también aleurolitas calcáreas, arenas margosas y arcillas. Los depósitos ubicados en los márgenes, cauces y desembocaduras fluviales están constituidos por bloques, cantos rodados, gravas, arenas, aleurolitas y arcillas derivadas de la erosión fluvial. Area de afloramiento. Constituyen una cobertura prácticamente continua en forma de franja a lo largo de la costa y discontinua en las partes interiores. Fototono. Se manifiestan con tonalidades de gris oscuro, en ocasiones se observan manchas de gris claro en las zonas de desembocadura. Relieve. Estos depósitos se desarrollan en zonas de llanuras costeras débilmente onduladas, en zonas pantanosas parálicas y en las desembocaduras y cauces de los ríos sobre llanuras irregulares. Drenaje. Pobre y en general sólo se observan los cauces de los ríos principales. Geomorfología del Territorio. El relieve de Cuba oriental, al igual que el relieve cubano en general es el reflejo de la alta complejidad geólogo estructural resultante de la acción de procesos compresivos durante la etapa Mesozoica y el Paleógeno, a los cuales se han superpuesto 30 �A. Rodríguez Infante desplazamientos verticales, oscilatorios, diferenciados e interrumpidos así como la separación en bloques del territorio. Algunos autores consideran que la etapa de formación del relieve cubano comienza en el Paleógeno, cuando se inician los movimientos verticales como tendencia fundamental, disminuyendo notablemente los movimientos horizontales. Aunque no fue objetivo de este trabajo la determinación del origen y edad del relieve, por los resultados obtenidos con la aplicación del conjunto de métodos geólogo geomorfológicos se hace evidente que aún cuando los procesos morfogénicos iniciaron su acción directa en el modelado de la superficie en periodos tan jóvenes como el Mioceno - Plioceno, en el relieve actual del noreste oriental se ponen de manifiesto muchas morfoestructuras heredadas de los procesos geodinámicos que se iniciaron a fines del Mesozoico y se extendieron hasta el Paleógeno, responsables de la formación del sistema de escamas tectónicas que caracteriza al complejo ofiolítico y que a pesar de la vigorosa reestructuración neotectónica aún se reflejan en el mismo. Genéticamente el relieve de Moa y sus áreas adyacentes está clasificado dentro del tipo de Horst y bloques que corresponden a los cuerpos de rocas ultrabásicas elevadas en la etapa neotectónica a lo largo de dislocaciones antiguas y rupturas nuevas, poco o ligeramente diseccionados, [83]. A partir de esta clasificación regional y tomando como base los criterios de clasificación que Portela y otros [88], usaron en la confección del mapa geomorfológico del Nuevo Atlas Nacional de Cuba se procedió al estudio detallado de las formas del relieve y zonificación geomorfológica del área de trabajo mediante la aplicación de métodos de fotointerpretación geomorfológica, confección e interpretación de mapas morfométricos y observaciones de campo. Como resultado del estudio se clasificó el territorio en dos zonas geomorfológicas fundamentales: la zona de relieve de llanura y la zona de relieve de montañas, con subtipos específicos que se describen a continuación y que se muestran en el anexo gráfico No.2. Zona de Llanuras. Se desarrolla en toda la parte norte del área ocupando la zona comprendida desde la barrera arrecifal hasta los 100-110 m de altura hacia el sur. La formación de estas llanuras está relacionada con la acción conjunta de diferentes procesos morfogénicos que en ella han actuado, predominando los procesos fluviales y marinos. 31 �A. Rodríguez Infante Las llanuras acumulativas marinas ocupan el área comprendida entre la barrera coralina y el litoral, llegando a formar parte en algunos sectores de la zona litoral como ocurre en el extremo noreste de Cayo Moa Grande, Punta de Río Moa, Quemado del Negro, Punta del Mangle y Punta Guarico de Yamanigüey. La actividad erosiva en esta zona es prácticamente nula debido a la protección al oleaje que ofrece la barrera arrecifal, estando limitada la misma a la remoción de los sedimentos en los periodos de intensas lluvias, como resultado del aumento de la descarga de los ríos. Los sedimentos que en ella se acumulan proceden de dos fuentes fundamentales de suministro; los provenientes de la erosión de las cortezas lateríticas, transportados por los ríos que desembocan en la zona, siendo el Río Moa el de mayor aporte al poseer la cuenca de mayor extensión y atravesar extensos sectores descubiertos de vegetación por los trabajos de extracción minera, y los provenientes de la barrera arrecifal, que al constituir el rompiente del oleaje, es abrasionada en su porción norte frontal, siendo los detritos acumulados en su parte trasera. Los valores de las formas del relieve no pudieron ser calculados para esta zona por falta de información batimétrica detallada, no obstante se puede asegurar la existencia de valores de pendientes predominantes de 0º a 3º y sólo en pequeños sectores aislados y en la estrecha franja que bordea la barrera pueden llegar hasta 6º y 9º. Geomorfológicamente esta zona de llanuras acumulativas marinas constituye un elemento de vital importancia en el territorio, ya que por su carácter de cuenca cerrada conforma un receptáculo natural para todos los materiales arrastrados desde la zona socio-económica construida en el litoral y sus alrededores, incluidos los elementos contaminantes, lo que puede conllevar a la destrucción de la barrera coralina y con ella a la propia cuenca, lo que provocaría el surgimiento o intensificación de procesos destructivos en la zona insular periférica, afectando al medio ambiente en todas sus dimensiones. Las llanuras fluviales fueron clasificadas en acumulativas y erosivo-acumulativas en dependencia del proceso predominante en su morfogénesis. Las primeras, las llanuras fluviales acumulativas se desarrollan en toda la franja norte del área, entre la línea litoral al norte, hasta los 100-110 m de altura hacia el sur, en la zona correspondiente a la base del escalón inferior de las tierras emergidas y en las que se encuentran los cauces inferiores y desembocaduras de los ríos Moa, Cayo Guam, Cananova, Yamanigüey y Quesigua. 32 �A. Rodríguez Infante En esta zona los procesos erosivos son escasos y sólo se ponen de manifiesto a través de pequeños arrastres de suelos y acarcavamiento, generalmente asociados a taludes locales, en su mayoría de carácter antropogénico. Por otro lado, debido a su posición espacial e hipsométrica y sus pendientes que no sobrepasan como promedio los tres grados, constituyen una superficie óptima para la acumulación de los sedimentos arrastrados de los niveles superiores. Dentro del material que se acumula predominan los sedimentos fluviales. Las zonas de llanuras fluviales erosivo-acumulativas se localizan en los valles de los ríos Cananova, Cabaña y Centeno, así como en la zona comprendida entre Quesigua y Cupey. En estas zonas la superficie topográfica pierde su regularidad al aparecer sectores de hasta 9º de pendiente, condicionando la existencia de procesos erosivos. La disección vertical oscila de 10 a 90 m/km2, mientras que las isobasas marcan hasta 100 m y 50 m para el segundo y tercer orden respectivamente. La cota mas alta para esta zona es de 126 m. Los sedimentos que se acumulan en estas llanuras son de origen fluvial y su deposición es generalmente de carácter temporal, siendo removidos con frecuencia en los periodos de crecida. Asociada genética y espacialmente con las llanuras fluviales y marinas y en la zona de intersección entre ambas, aparecen llanuras acumulativas palustres parálicas ocupando sectores con pendientes de cero a tres grados y valores de isobasitas nulos, donde predominan procesos acumulativos de sedimentos típicos de zonas pantanosas de color oscuro y olor fétido, anegadas en agua, siendo el mangle la vegetación predominante. Toda esta zona de relieve de llanura de edad Cuaternario no ha estado exenta de la acción de los procesos tectónicos, pudiendo notarse con nitidez en el mapa la existencia de fallas que cortan y desplazan el relieve como la falla de rumbo nordeste que desplaza la llanura palustre del extremo oriental de área alrededor de 250 m, así como la llanura del norte y este de Punta Cabagán que está desplazada 750 m por una falla de dirección norte sur. En ninguna de las numerosas fallas que cortan estas zonas llanas se aprecian saltos verticales pronunciados, lo que da una idea de la agresividad denudativa y del carácter rumbo deslizante predominante para los movimientos novísimos de la región, y sólo movimientos verticales como reajuste. 33 �A. Rodríguez Infante Zona de Montañas. Esta zona geomorfológica es la más extendida dentro del área de las investigaciones ocupando toda la parte sur y central, además del Cerro de Miraflores y las zonas nordeste y noroeste del poblado de Cananova. Los valores morfométricos así como la configuración de las elevaciones son extremadamente variables en dependencia de las características litológicas, grado de agrietamiento de las rocas sobre las cuales se desarrolla y del nivel hipsométrico que ocupan. Teniendo en cuenta esos parámetros la zona de relieve de montaña fue clasificada en cuatro subtipos: Zona de premontañas aplanadas ligeramente diseccionadas. Constituye la zona de transición gradual de las llanuras fluviales acumulativas y erosivo-acumulativas a las montañas bajas, como ocurre en la parte nordeste del área de la Mina Moa, apareciendo sólo como un sector aislado en Playa la Vaca al sur de Punta Cabagán, donde está bordeada por llanuras fluviales. Este zona se caracteriza por presentar elevaciones de poca altura que llegan en el área a valores máximos de 182 m y cimas aplanadas por los propios procesos denudativos, dentro de los cuales predominan la erosión por arrastre de las aguas superficiales y la meteorización que se hace intensa debido al dinamismo de las aguas subterráneas, aún cuando la conservación del eluvio sólo se hace posible en las cimas aplanadas como en Playa la Vaca, predominando para el resto de la zona suelos redepositados de carácter temporal, mientras que en las hondonadas y microcuencas es típica la repetición de capas de perdigones, intercaladas con material arcilloso, lo que evidencia su carácter deluvial. Para esta zona las pendientes llegan hasta los 12º mientras la disección vertical alcanza 100-150 m/km2. Este tipo de relieve en algunos sectores aparece cubierto por la actividad socioeconómica. Zona de submontañas y premontañas ligeramente diseccionadas. Se localiza en el área comprendida entre Cañamazo y Calentura, apareciendo en sectores aislados en las localidades de Cananova, El Cerro y Yamanigüey con elevaciones y cerros relativamente aislados de cimas redondeadas con pendientes variables que pueden alcanzar hasta los 15º y los valores de disección vertical llegan hasta los 130 m/km2. Las formas de relieve aquí desarrolladas son relictos de la erosión fluvial de las zonas montañosas periféricas. Los procesos erosivos son intensos y los suelos removidos constantemente, dando un carácter temporal a los depósitos que se forman en los valles y cañadas. 34 �A. Rodríguez Infante Zona de montañas bajas aplanadas ligeramente diseccionadas. Esta forma de relieve es la que adquiere mayor importancia en el estudio de la región por el área que abarca y por estar a ella asociados los mayores yacimientos ferroniquelíferos. Se desarrolla en toda la parte central y sudeste del área y corresponde al segundo nivel de la estructura escalonada que caracteriza la zona. Los procesos de intemperismo son predominantes y están condicionados no sólo por la litología y el grado de agrietamiento de las rocas sobre las cuales se desarrolla, sino también, por la posición hipsométrica que estas ocupan. Al mismo tiempo, al ser las pendientes de bajo ángulo - de cero a seis grados - existe una excelente conservación del producto meteorizado, siendo erosionado sólo en los barrancos y escarpes asociados al sistema fluvial que se encuentra controlado por dislocaciones tectónicas. Actualmente y desde el inicio de la actividad minera en la región, se ha intensificado el arrastre de suelos y la degradación en general debido a las áreas que han quedado descubiertas por la extracción del mineral. En esta zona de montañas aplanadas se encuentra la mayor cota de la zona correspondiente a la elevación El Toldo con 1174 m de altura, alrededor del cual se han desarrollado numerosas formas del relieve cársico. Para esta zona geomorfológica corresponden también los mayores valores del levantamiento que quedan evidenciados por rasgos morfológicos como barrancos, escarpes, formas cársicas, etc., y por los parámetros morfométricos como los valores de isobasitas que alcanzan 900 m para el segundo y oscilan entre 500-800 m para el tercer orden, llegando la disección vertical a variar en el rango de 200 a 550 m/km2. Zona de montañas bajas diseccionadas. Esta zona se localiza en los extremos sudeste y sudoeste del área y en el Cerro de Miraflores. Las elevaciones que constituyen esta zona se caracterizan por presentar cimas alargadas de orientación predominantemente nordeste con vertientes de paredes abruptas altamente diseccionadas por los sistemas de fallas que cortan y desplazan tanto las divisorias principales como secundarias. Los procesos morfológicos más abundantes son los erosivos fluviales y de forma subordinada los movimientos gravitacionales, los que son controlados por la vegetación que de forma general es abundante. Los valores de la disección vertical oscilan entre 230 m/km2 y 450 m/km2 Si se comparan estos valores con los de las montañas bajas aplanadas, parece haber una contradicción ya que en estas últimas los máximos del rango de variación del indicador de la erosión de fondo es superior. Sin embargo, esto se justifica por encontrarse las montañas aplanadas en niveles hipsométricos superiores en zonas que son afectadas 35 �A. Rodríguez Infante por los movimientos tectónicos de ascenso mas intensos, haciendo que en sus sectores periféricos los desniveles de altura por superficie sean superiores. Los niveles de base de erosión para los ríos de segundo orden alcanzan hasta 450 m en el área correspondiente a Sierra del Maquey y 300 m para Miraflores mientras que para el tercer orden son de 350 m y 90 m respectivamente. Por su parte las pendientes son altas, predominando los valores mayores de 9º con amplios sectores mayores de 15º e incluso, mayores de 30º en zonas asociadas con fracturas. Geomorfológicamente a esta zona corresponden los mayores desplazamientos por fallas, siendo los casos más representativos la falla de orientación nordeste ubicada al nordeste de Cayo Perico que origina un rechazo horizontal de aproximadamente 90 m y la falla Cananova en el Cerro Miraflores con desplazamientos de alrededor de 1 km. Conjuntamente con estas zonas geomorfológicas determinadas, aparecen en la región un conjunto de formas menores del relieve o elementos del paisaje que constituyen elementos importantes en la caracterización geomorfológica regional, son criterios de evaluación tectónicas y algunas representan un peligro para el medio ambiente. A continuación se hace un análisis de cada una de ellas partiendo de su origen e importancia en el contexto territorial. Formas Cársicas. En las rocas del complejo ultramáfico, en el área comprendida entre las cuencas de los ríos Moa y Calentura por el noroeste y el cauce superior del río Jiguaní por el sudeste, correspondiendo a la parte más alta del peniplano antiguo y a las mayores elevaciones de las Cuchillas de Moa (700-1200 m), aparecen dolinas, sumideros, lapíez o karren así como otras formas cársicas típicas de la zona como las estructuras columnares y piramidales de extremos afilados y cuellos erosionados. Muchas de estas formas aparecen alineadas y orientadas en dirección nordeste y noroeste sirviendo como criterio de fotointerpretación de estructuras disyuntivas. Nuñez Jiménez [81, 82], ha publicado varios trabajos sobre la regionalización del carso cubano ubicando esta zona en el grupo III, denominado Región Cársica del Oriente de Cuba, en el subgrupo montañas de Moa, carso de los antillanos serpentinizados. Otros autores no concuerdan con que las formas anteriormente descritas en peridotitas se les denomine con el término de cársicas, llamándolas como seudocarso en peridotitas, al plantear que el proceso que las origina no es por disolución, si no por lavado de los ocres arcillosos debido a la acción 36 de las aguas pluviales y de �A. Rodríguez Infante infiltración, es decir, que su origen está asociado a un proceso de lixiviación y sufusión a través de grietas y fisuras por donde se escurre el material acarreado. El nombre de carso se le asignó a las formas exóticas del relieve presentes en la meseta de Karst en Yugoslavia donde se determinó una génesis por disolución de rocas solubles, generalizándose posteriormente el término para formas y génesis similares. Con el desarrollo de las investigaciones geomorfológicas se ha demostrado la existencia de estas formas sobre otras litologías donde no ocurre la disolución, por lo que se hace necesario reformular y hacer más extensivo la definición original de modo que incluya los procesos de sufusión dentro de las variables genéticas de las formas topográficas irregulares típicas del intemperismo químico. Lo que es indiscutible en la región es la presencia de un sector de aproximadamente 120 km2 , de los cuales 72 km2 están dentro del área objeto de investigación, de formas de relieve no típicas de la litología presente y que se asocian cronológicamente con las formas cársicas de los niveles superiores de las terrazas de Maisí [82]. Con menor densidad, este fenómeno aparece con frecuencia en las laderas de los márgenes de algunos cursos fluviales como por ejemplo en el río Cayo Guam y en la zona norte litoral. En los estudios paisajísticos, en la evaluación medioambiental y en la preoyección de la actividad constructiva este fenómeno debe tenerse en cuenta debido a la influencia del mismo en el comportamiento físico-mecánico de las rocas, en la dinámica de las aguas subterráneas y en los procesos erosivos. Barrancos. Es muy frecuente dentro del territorio encontrar formación de barrancos en la parte alta y media de los ríos que atraviesan el complejo ofiolítico y que tienen un fuerte control estructural. Estos barrancos alcanzan su mayor expresión en la parte centro meridional y llegan a desarrollar pendientes de hasta 45º con alturas máximas de 240 m, lo cual hace susceptible a estos sectores al deslizamiento y arrastre de suelos. Ante la actividad sísmica estos barrancos constituyen sectores de alta vulnerabilidad, no sólo por que su génesis está relacionada con las estructuras tectónicas activas del territorio sino también, por que favorecen la dinámica erosiva en su superficie que debido a las grandes pendientes se encuentran descubiertas de vegetación. 37 �A. Rodríguez Infante Existen otras dos formas del paisaje que aun cuando tienen un origen antrópico son tratadas en este epígrafe ya que deben constituir una preocupación constante para el hombre ante el peligro latente de las consecuencias que ellas puedan acarrear al medio ambiente. Una de ellas son las áreas minadas y escombreras que con el crecimiento de la producción niquelífera se agigantan, constituyendo sectores descubiertos y desmembrados que aceleran el proceso de acarcavamiento, intensifican el arrastre de los suelos con la consabida ruptura del equilibrio fluvial y provocan la acumulación anómala de sedimentos en las zonas bajas. La otra forma está constituida por las presas de colas que se multiplican en el paisaje moense y degradan progresivamente el medio físico. En la actualidad en Moa aproximadamente 20 km2 de la superficie están afectados por estos fenómenos, sin tener en cuenta las áreas descubiertas por la actividad constructiva social e industrial y vías de acceso y se prevé, que con la puesta en funcionamiento a corto plazo de la nueva industria niquelífera en construcción, esta cifra se agrande. Estas formas, además de alterar morfológicamente la superficie constituyen sectores de pérdida de la cobertura vegetal lo cual no sólo altera el ciclo hidrológico sino también facilita la acción de un agente erosivo intenso como el viento, corriéndose el riesgo de un proceso de desertificación artificial. Conclusiones. En el estudio geológico desarrollado en la presente investigación se pudieron determinar las áreas de afloramiento y zonas de contacto entre las diferentes litologías que conforman el substrato rocoso del territorio, siendo las rocas del complejo ofiolítico las que ocupan las mayores áreas, lo que en conjunto con el relieve de montañas bajas aplanadas que sobre estas rocas se ha desarrollado hace posible la formación y conservación de las potentes cortezas ferroniquelíferas. Para cada litología presente se establecieron los criterios de fotointerpretación geólogogeomorfológica que permiten establecer los patrones fotointerpretativos para áreas colindantes o geológicamente similares. Estos criterios alcanzan su máxima importancia para los trabajos de búsqueda y prospección de los yacimientos ferroniquelíferos al quedar bien delimitadas las diferencias entre las rocas frescas y la 38 �A. Rodríguez Infante corteza laterítica desarrollada sobre las rocas ultrabásicas serpentinizadas, y entre esta última y la corteza sobre gabros. En el desarrollo de estas investigaciones también se estableció como regularidad la disposición de los cuerpos de gabros en las zonas periféricas de las serpentinitas, apareciendo sólo de forma aislada pequeños cuerpos incluidos dentro del complejo ultramáfico en sectores de alta complejidad estructural. En ambas condiciones, el contacto entre los dos complejos y entre estos y las rocas más antiguas es de carácter tectónico. Geomorfológicamente el territorio fue caracterizado a través de las dos zonas geomorfológicas principales que en el se desarrollan: Zona de relieve de llanuras y zona de relieve de montañas, las cuales han sido descritas teniendo en cuenta los procesos morfogénicos y elementos morfológicos que la identifican, así como los elementos estructurales que la condicionan. De forma simultánea se han asumido los elementos del paisaje para la caracterización tectónica y en particular neotectónica del área, lo que constituye el objetivo de la investigación y en específico, de la aplicación de los métodos geomorfológicos en la evaluación del riesgo de génesis tectónica, destacándose en este aspecto que el análisis geomorfológico fue de vital importancia en la caracterización de las estructuras tectónicas activas del territorio, al aportar criterios donde los otros métodos de investigación son de muy pobre información, en especial en las zonas llanas. Al respecto se concluye que en el área de investigación de forma nítida y frecuente se pueden observar los elementos del relieve y las diferentes zonas geomorfológicas desplazadas o limitadas por estructuras tectónicas activas en períodos recientes. Paralelamente a lo anterior fueron descritos elementos del paisaje, natural o antrópico, que son de vital importancia en la evaluación medio ambiental de la región y que deben tenerse en cuenta para la proyección de la actividad constructiva futura y en la conservación de las ya existentes. 39 �A. Rodríguez Infante CAPITULO II 40 �A. Rodríguez Infante CAPITULO II. MORFOTECTONICA Y GEODINAMICA DEL TERRITORIO DE MOA. Introducción. Rasgos Geotectónicos Evolutivos de la Región. Principales Sistemas de Fallas del Territorio. Bloques Morfotectónicos. Neotectónica. Conclusiones. Introducción. A pesar del gran número de trabajos desarrollados en el territorio con el objetivo de estudiar la génesis, distribución y reservas de los yacimientos ferroniquelíferos así como de los estudios regionales realizados sobre el complejo ofiolítico, ha sido insuficiente hasta la fecha el estudio tectónico detallado, el que se dificulta debido a la alta complejidad tectónica regional causada por la superposición de eventos tectónicos originados en condiciones geológicas contrastantes. Con el objetivo de suplir esta deficiencia y dar respuesta a las necesidades de esclarecimiento del diseño tectónico del territorio para valorar las zonas de estructuras activas, el comportamiento y tendencia de la geodinámica actual así como las áreas de riesgos ante procesos sísmicos y tectónicos para garantizar la mejor proyección de las inversiones y medidas de protección, es que se realizó la presente investigación. La línea metodológica asumida para la consecución del objetivo señalado se sustenta en el principio geólogo - geomorfológico que plantea “ La estructura geológica es un factor dominante de control en la evolución de las formas de relieve y se refleja en ellas.” [101], a partir de lo cual se procedió a la determinación de las estructuras tectónicas disyuntivas estudiando los alineamientos de las formas y medidas del relieve en los mapas topográficos y morfométricos y en las fotografías aéreas, después de lo cual se procedió a las comprobaciones a través del trabajo de campo que además de dar criterios directos que corroboraban o no la estructura, permitieron la medición de los elementos de yacencia de los sistemas de grietas que conforman la base del análisis microtectónico. Paralelamente a ello se interpretaron los mapas aerogeofísicos, en especial los mapas aeromagnéticos [66], así como la información geodésica 41 �A. Rodríguez Infante obtenida a través de las mediciones cíclicas realizadas por GEOCUBA en la línea geodinámica Moa [87]. Rasgos Geotectónicos Evolutivos de la Región. Antes de proceder al análisis tectónico detallado del territorio se hace imprescindible tener una idea de los principales rasgos geotectónicos regionales que condicionaron el surgimiento de las estructuras y su evolución en el tiempo. Para esta caracterización se tuvieron en cuenta los trabajos realizados por diferentes especialistas como M. Campos [18], Iturralde-Vinent [58], Lewis y Drapper [64], Morris [77] y otros, que a partir del enfoque movilista del desarrollo geológico, explican la secuencia de procesos geotectónicos del Cretácico hasta el reciente en el contexto regional y muy en particular en los principales eventos que afectaron al bloque oriental cubano. El desarrollo mesozoico de Cuba se produjo según el modelo geotectónico que caracteriza a los sistemas de arcos insulares y cuencas marginales que se desarrollan en las periferias de los márgenes continentales como consecuencia de la convergencia. A este periodo se asocian las rocas más antiguas de Cuba Oriental representadas por las formaciones metamórficas, volcánicas y sedimentarias, que se muestran en ocasiones altamente deformadas, llegando en algunos casos a formar parte de melanges y que presentan en general una yacencia isoclinal, [18]. A fines del Campaniano Superior - Maestrichtiano ocurre la extinción del arco volcánico cretácico cubano, iniciándose la compresión de sur a norte que origina, a través de un proceso de acreción, el emplazamiento del complejo ofiolítico según un sistema de escamas de sobrecorrimiento con mantos tectónicos altamente dislocados de espesor y composición variable. Los movimientos de compresión hacia el norte culminaron con la probable colisión y obducción de las paleounidades tectónicas del Bloque Oriental Cubano sobre el borde pasivo de la Plataforma de Bahamas. Algunos autores plantean que este proceso ocurrió en el Eoceno Medio [77, 86, 64], mientras que investigaciones más recientes, Iturralde, 1996 y Proenza, 1998 consideran que el mismo sólo alcanzó hasta el Paleoceno Inferior. Esquemáticamente esto queda reflejado en la figura No.3. Este proceso de colisión no ocurre en el Bloque Oriental con iguales características que en el resto de Cuba debido al surgimiento a inicios del Paleógeno de la depresión tectónica Cauto - Nipe que demoró e hizo menos violenta la colisión. 42 �A. Rodríguez Infante Figura No. 3: Evolución geológica en la zona límite de placas. A: Eoceno Medio (?), B: Mioceno Medio, C: Reciente, 1: Zona de sutura, 2: Corteza oceánica, 3: Arco paleogénico, PB: Plataforma de Bahamas, CY: Cuenca de Yucatán, FO: Elevaciones de Falla Oriente, EC: Caimán, TC: Trinchera de Caimán. 43 �A. Rodríguez Infante A partir del Eoceno Medio y hasta el Mioceno Medio las fuerzas de compresión tangencial se reducen quedando sólo expresadas a través de fallas de deslizamiento por el rumbo, plegamientos y empujes locales, tomando importancia para la región los movimientos verticales que caracterizan y condicionan la morfotectónica regional, iniciándose a partir del Mioceno Medio el proceso de ascenso del actual territorio de la isla de Cuba. Si bien es cierto que los movimientos verticales responsables de la formación del sistema de Horts y Grabens van a caracterizar los movimientos tectónicos recientes, hay que tener en cuenta la influencia que tienen sobre Cuba Oriental los desplazamientos horizontales que ocurren a través de la falla Oriente (Bartlett-Caimán) desde el Eoceno Medio-Superior [Draper y Barros, 1994], que limita la Placa Norteamericana con la Placa del Caribe, generándose un campo de esfuerzos de empuje con componentes fundamentales en las direcciones norte y noreste [7], que a su vez provocan desplazamientos horizontales de reajuste en todo el Bloque Oriental Cubano. Principales Sistemas de Fallas del Territorio. En los estudios tectónicos precedentes del territorio se han reconocido tres sistemas de fallas que cortan a las rocas del complejo ofiolítico sin embargo, como resultado del desarrollo de las presentes investigaciones fueron cartografiados cuatro sistemas de estructuras disyuntivas que corresponden a cada uno de los periodos de la evolución geotectónica. La descripción de cada uno de estos sistemas y las principales estructuras que los conforman se realiza a continuación según un orden cronológico desde el sistema más antiguo, asociado genéticamente al proceso de emplazamiento del complejo ofiolítico hasta el más joven, originado bajo las condiciones geodinámicas contemporáneas. El sistema mas antiguo para la región tiene su origen asociado al cese de la subducción e inicio del proceso compresivo de sur a norte del arco volcánico cretácico y que culminó con la presumible colisión entre el arco insular y la margen pasiva de la Plataforma de Bahamas. Bajo estas condiciones compresivas ocurre el emplazamiento del complejo ofiolítico a través de un proceso de acreción, por lo cual las fallas de este sistema se encuentran espacial y genéticamente relacionadas con los límites internos de los complejos máficos y ultramáficos y de estos con las secuencias más antiguas. 44 �A. Rodríguez Infante Respecto al momento en que ocurre este proceso existen divergencias. Proenza J.[90], considera que éste se desarrolla en el periodo Campaniense Superior-Paleoceno Inferior. Las fallas de este sistema aparecen frecuentemente cortadas y dislocadas por sistemas más jóvenes y no constituyen límites principales de los bloques tectónicos activos en que se divide el territorio actual. Un ejemplo de estas estructuras es la falla ubicada al sur de Quesigua, al este del río de igual nombre, que pone en contacto las serpentinitas ubicadas al norte con los gabros que afloran al sur, así como las fallas que en El Lirial Abajo, Peña y Ramírez y Caimanes Abajo ponen en contacto a las serpentinitas con las rocas de las formaciones La Picota, Mícara y Quibiján respectivamente. Muchas de las estructuras de este sistema se encuentran enmascaradas por las dislocaciones más jóvenes así como por las potentes cortezas de meteorización desarrolladas sobre el complejo ofiolítico. Estas fallas en su mayoría se encuentran pasivas lo que se demuestra por su pobre reflejo en el relieve, pudiendo notarse su presencia fundamentalmente por el contacto alineado y brusco entre litologías diferentes. Excepción de lo anterior lo constituye la falla ubicada al sur de Quesigua que aún se refleja a través de un escarpe pronunciado arqueado, con su parte cóncava hacia el norte que sigue la línea de falla, lo que consideramos está asociado a la actividad geodinámica actual del sector, que es considerado uno de los más activos dentro del territorio. El segundo sistema cronológico está constituido por las dislocaciones más abundantes y de mayor extensión de la región, que indistintamente afectan todas las litologías presentes y son a su vez los límites principales de los bloques morfotectónicos, haciéndose sumamente importante la caracterización del mismo desde el punto de vista geodinámico contemporáneo. Este sistema está constituido por fallas de dos direcciones: noreste y norte-noroeste que se desplazan mutuamente y se cortan entre los sesenta y ochenta grados. Las estructuras de este sistema se considera han sido originadas como resultado de los procesos de colisión y obducción del arco volcánico cretácico sobre el margen pasivo de Bahamas, existiendo una transición de las condiciones compresivas iniciales, típicas de la colisión, en expansivas durante el reajuste o relajamiento dinámico de las 45 �A. Rodríguez Infante paleounidades tectónicas que obducen sobre Bahamas, por lo que el comportamiento final de estas estructuras es de carácter normal. Teniendo en cuenta el proceso que les dio origen, su edad es considerada en su fase final como Eoceno Medio con dudas (?),según lo ya analizado al inicio del capítulo referente a las divergencias existentes sobre la edad probable de culminación del proceso. Las principales estructuras representativas de este sistema serán caracterizadas a continuación, gráficamente representadas en el anexo gráfico No.4 y los criterios para su identificación resumidos en la tabla II. Falla Los Indios: Se extiende desde la parte centro meridional del área al oeste de Cayo Chiquito, atravesando hacia el norte la Bahía de Cananova y reflejándose dentro de la zona nerítica marina a través del desplazamiento de la barrera arrecifal y los depósitos litorales. En varios puntos esta estructura aparece cortada y desplazada por fallas de dirección norte-noreste. Su trazado es en forma de una línea curva cóncava hacia el oeste-sudoeste con un rumbo que oscila entre los 10º y 30º oeste en los diferentes tramos que la conforman. Los criterios que permitieron identificar esta estructura son: • Alineación de cursos fluviales y tramos rectos de ríos y líneas de costa. • Contactos bruscos entre dos litologías diferentes, como por ejemplo entre los gabros y la Formación Sabaneta y entre esta y las serpentinitas. • Desplazamiento de la línea de costa, barrera arrecifal y zonas pantanosas de hasta 0.7 km. • Cambio brusco de valores morfométricos a ambos lados de la alineación. • Desplazamiento de formas de relieve como ocurre en la zona de premontañas bajas ligeramente diseccionadas, que en el sector occidental de la falla tiene una extensión de hasta 2.5 km y de solo 1 km en el oriental, indicando un mayor levantamiento y por ende una mayor erosión. En los mapas de anomalías magnetométricas locales de Liuby [67], esta estructura aparece reflejada a través de la alineación de un gradiente entre anomalías máximas positivas que llegan hasta 160 nT y negativas de hasta -40 nT. Este comportamiento magnetométrico es claramente reflejado por los métodos morfométricos. Según los 46 �A. Rodríguez Infante métodos y criterios geomorfológicos utilizados a través de esta estructura ocurren desplazamientos horizontales del sector de la corteza terrestre en dirección sursudeste para el bloque occidental y norte-noroeste para el oriental, como se puede ver en el anexo gráfico No.4. En el gráfico lineal del desplazamiento vertical de la línea geodinámica Moa, esta falla atraviesa la zona comprendida entre los puntos 69625 y 6147 que constituyen los dos puntos geodésicos iniciales, no aportando información válida al asumirse para el punto inicial el valor cero del desplazamiento vertical. Falla Cayo Guam: Con una dirección N15ºW, se extiende desde la parte alta del río de igual nombre, siguiéndose con nitidez hasta Punta Yagrumaje. Al igual que la falla Los Indios, esta estructura aparece cortada y desplazada en varios tramos por fallas de dirección noreste y sublatitudinales. En el gráfico lineal de los desplazamientos verticales que se muestra en la figura No.4 esta estructura se refleja por un salto de 8 mm en un periodo de 0.9 años (1993-1994) y de 10 mm en el intervalo de 4.59 años (1990-1994). Los criterios que permitieron su identificación fueron: • Alineación fluvial con ríos de cauces profundos y formación de barrancos, los que en ocasiones aparecen cortados y desplazados por otras estructuras. • Desplazamientos de líneas de costas y zonas geomorfológicas en el rango de 1.5 a 2.5 km. • Valores morfométricos bruscos y diferentes a ambos lados de la fractura, estando en el bloque occidental los máximos valores de isobasitas desplazados hacia el norte respecto al oriental como puede verse en la figura No.5. • Límite brusco y alineado de zonas pantanosas. • Intenso cizallamiento en la zona de fractura. • Variaciones bruscas del agrietamiento entre ambos bloques de falla, como puede observarse entre los puntos situados en la coordenada Y : 217 000. • Variaciones hipsométricas entre ambos bloques de fractura. • Límites alineados de depósitos del Cuaternario. • Anomalías gravimétricas negativas máximas en el gráfico lineal de Bouguer. La componente horizontal de los movimientos de falla en el periodo neotectónico es indicado por los criterios geomorfológicos en sentido norte-noroeste para el bloque occidental y sur-sudeste para el oriental, como se observa en el anexo gráfico No.4. 47 �A. Rodríguez Infante En el mapa del campo magnético esta estructura se marca por el cambio brusco del comportamiento entre ambos bloques, al este de la falla los valores de intensidad del campo alcanzan hasta 600 nT y al oeste son menores a -200 nT. En la parte septentrional, cerca del litoral esta estructura es cortada por dos fallas paralelas entre si de orientación noreste que limitan un campo negativo menor a -400 nT, que a su vez constituyen los límites norte y sur de la zona Las Camariocas, lo que se muestra con nitidez en la fotografía No.1. La más meridional de estas estructuras coincide espacial y direccionalmente con un gradiente máximo, constituyendo los límites de una zona de valores negativos desplazada hacia el este, lo que da una idea de la alta complejidad tectónica del sector. Falla Moa. Dentro del territorio es la estructura de mayor extensión y su trazo corresponde con una línea cóncava hacia el este con el arco mayor en la zona de Calentura, haciéndose mas recta hacia el norte con una dirección de N48ºE, mientras que en su parte meridional tiene un rumbo N25ºW. En la parte norte esta estructura se bifurca en dos tramos, uno de rumbo N35ºE denominado La Vigía y el otro de rumbo N74ºE nombrado La Veguita, el que atraviesa la zona marina perilitoral, hasta cortar la barrera arrecifal a la cual limita y afecta, pues en el bloque oriental de la falla la barrera como tal desaparece, quedando reflejada sólo como un banco de arenas, lo que constituye un indicador del sentido de los desplazamientos. En su conjunto forma la estructura más compleja, pero a su vez, de más fácil reconocimiento por su expresión nítida en la topografía. Los principales criterios que la identifican son: • Alineación de sistemas fluviales con cauces profundos en forma de barranco y laderas muy escarpadas de pendientes mayores a treinta grados. • Valores hipsométricos y morfométricos contrastantes entre cada uno de los bloques de falla. En la figura No.6 ( A, B, C y D ) se muestran las variaciones morfométricas en los alrededores de Calentura, entre las coordenadas Y: 219 000 y 214 000, destacándose las diferencias notables entre los valores de isobasitas de segundo y tercer orden, la tipología y densidad del drenaje y los valores de disección vertical entre ambos bloques de falla e incluso, las diferencias dentro del mismo bloque 48 �A. Rodríguez Infante occidental entre su parte norte y sur. En la fotografía No.2 se reflejan con claridad estos criterios. • Desplazamiento de la línea costera a 1 km aproximadamente. • Desplazamiento de formas del relieve. • Orientación diferenciada del agrietamiento en los bloques formados por el sistema de fallas. • Intenso cizallamiento según los planos de fracturas con sectores mineralizados por ejemplo en La Vigía. Además de estos criterios descritos, debido a que la presa Nuevo Mundo está construida sobre la línea de falla, se realizaron mediciones geodésicas verticales y horizontales que indicaron desplazamientos en ambas direcciones. En cuanto a los movimientos verticales, se hizo evidente que los dos bloques de falla se levantan, con mayor intensidad para el bloque oriental; mientras que los desplazamientos horizontales presentan sentido contrario entre los bloques, creando un punto de tensiones en el nudo tectónico que forman las fallas Moa, Maquey y Caimanes, coincidiendo con la zona donde se encuentra la cortina de la presa En el mapa del campo magnético esta estructura se refleja por varios criterios diferentes, existiendo variaciones en la forma de manifestarse, predominando los cambios en la alineación de los límites del campo positivo y negativo, haciéndose mas complejo hacia el norte, siendo el tramo La Veguita el que mejor enmarcado se encuentra. En el tramo Yarey - Calentura la línea de fractura se enmarca con el cambio en la orientación y magnitud de las isolíneas positivas y negativas en el mapa de anomalías magnetométricas. Según el análisis geomorfológico y topográfico el movimiento horizontal de los bloques de falla es muy complejo para esta estructura, indicando hacia la parte septentrional un desplazamiento noreste para ambos bloques de falla, mientras que en la parte meridional el bloque occidental se desplaza hacia el sudeste, lo cual será analizado durante la caracterización de los bloques morfotectónicos. Falla Miraflores: Se extiende en forma de arco cóncavo hacia el este-noreste con un trazo casi paralelo a la falla Moa, con un rumbo N25ºW desde el límite sur del área hasta Cayo Chiquito y desde aquí hasta Punta Majá con una orientación N35ºE. Su límite meridional al parecer lo constituye la falla Moa al sur del área de trabajo. 49 �A. Rodríguez Infante Los criterios que permiten identificar la estructura son: • Contacto brusco de litologías a ambos lados de la fractura como por ejemplo entre las serpentinitas y las rocas de la formación Quibiján y los gabros y entre las formaciones Quibiján y Mícara. • Formación de escarpe de falla con pendientes por encima de los treinta grados y facetas triangulares, lo que puede ser observado en la fotografía No.3. • Contacto brusco y alineado de formas del relieve. • Desplazamiento de la línea de costa y zonas pantanosas de más de 0,5 km. • Cambio brusco en la magnitud del desplazamiento vertical de los puntos geodésicos a ambos lados de la fractura, como se observa en la figura No.4. • Cambio de valores morfométricos entre los bloques de falla. Esta falla hacia su porción septentrional aparece desplazada hacia el oeste por fallas de dirección noroeste, y en su parte central es cortada por la falla de deslizamiento por el rumbo Cananova que será descrita posteriormente. En el gráfico lineal de las anomalías gravimétricas se observa un gradiente elevado donde los valores máximos corresponden al Cerro de Miraflores y los mínimos al área de Centeno, 100 mGal y 84 mGal respectivamente. Falla Cabaña. Se extiende desde el extremo centro occidental del área, al noroeste del poblado de Peña y Ramírez hasta el norte de la ciudad de Moa, cortando la barrera arrecifal y limitando el extremo oriental de Cayo Moa Grande. En su parte meridional presenta una orientación N70ºE hasta la zona de Zambumbia donde es truncada por un sistema de fallas submeridionales, aflorando nuevamente con nitidez al nordeste del poblado de Conrado donde inicia su control estructural sobre el río Cabaña. En las cercanías de Centeno esta estructura es cortada y desplazada por la falla Cananova tomando una orientación N56ºE la que mantiene hasta penetrar en el océano Atlántico. Si bien es cierto que en algunos sectores el trazo de la falla topográficamente se pierde, debido fundamentalmente por la actividad antropogénica como ocurre en el tramo Los Pinos - Moa; esta falla es de fácil identificación a través de los siguientes criterios. • Alineación fluvial. 50 �A. Rodríguez Infante • Alineación y desplazamiento de hasta tres kilómetros de la línea de costa en Punta Yaguasey, como se muestra en la fotografía No.4. • Formación de escarpe de falla hacia su porción meridional. • Cambio brusco de valores morfométricos a ambos lados de la falla. • Cizallamiento intenso a lo largo del plano de fractura con presencia de abundante mineralización. • Cambio en la magnitud del desplazamiento vertical entre puntos geodésicos situados a ambos lados del plano de fractura, como se puede observar en la figura No.4. • Límite recto de zona pantanosa. En el mapa del campo magnético esta estructura presenta un pobre reflejo, observándose solamente desplazamientos entre áreas de valores positivos y negativos de la intensidad del campo. Falla Quesigua: Se expresa a través de un arco con su parte cóncava hacia el este nordeste, manteniendo en su parte septentrional, donde su trazo es mas recto un rumbo N10ºE y en la meridional, N40ºW. Se extiende desde la barrera arrecifal hasta interceptar el río Jiguaní al sudeste del área de trabajo. Los criterios para su identificación se relacionan a continuación y se observan con detalle en el anexo gráfico No.4 y en la figura No.5. • Alineación del río, con cauce profundo y laderas escarpadas en la margen occidental. • Alineación y desplazamiento de la línea de costa y zonas geomorfológicas de hasta dos kilómetros. • Valores hipsométricos y morfométricos diferentes a ambos lados del plano de falla. • Desplazamientos de zonas pantanosas parálicas. • Intenso cizallamiento en la zona de falla. • Variación de dirección del agrietamiento entre los bloques resultantes de la falla, como se puede observar en dos puntos situados al sudeste de Quemado del Negro, uno ubicado en el bloque occidental con coordenadas Lambert X: 709 250 y Y: 218 200, que muestra un rumbo de agrietamiento N74ºE y el punto de coordenadas X:710 750 y Y:217 400, con rumbo N29ºW, separados entre si 1,7 km y equidistantes al plano de falla. 51 �A. Rodríguez Infante • Desplazamiento del contacto entre los gabros y las serpentinitas. En el análisis geodésico no se observan desplazamientos verticales pronunciados entre los puntos situados a ambos lados de la falla y sólo se marcan con desniveles de 2 mm en el ciclo de mediciones 1990-1993. Sin embargo, los desplazamientos horizontales evidenciados por los parámetros geomorfológicos están en el rango de 0,75 - 1,0 km. En el análisis de las variaciones del campo magnético esta falla presenta un pobre reflejo en su parte norte, sin embargo hacia el sur se observan orientaciones en los contactos entre las zonas positivas y negativas y como criterio mas importante, el desplazamiento de una línea de gradiente de dirección noreste que en el bloque este de la falla se desplaza hacia el norte tal y como está considerado que ocurre en la estructura según los otros criterios interpretados. Falla Maquey: Limita y contornea las estribaciones septentrionales de la Sierra del Maquey. Aflora desde la zona de Hato Viejo hacia el sur de La Colorada, asumiendo un rumbo N65ºE por más de siete kilómetros hasta Calentura abajo donde se cruza con las fallas Moa y Caimanes .En su parte más occidental mantiene una orientación N78ºE siendo cortada y desplazada por estructuras de orientación noroeste. Su cartografiado fue posible por la suma de criterios de morfometría y fotointerpretación como alineaciones fluviales, desplazamientos de divisorias y otras formas del relieve. En el mapa del campo magnético local se definen sus rasgos por la discontinuidad de las líneas de anomalías positivas a ambos lados de la misma, con desplazamientos en la alineación de los cierres positivos. En el estudio fotogeológico se pudo determinar el desplazamiento de la falla Miraflores hacia el este con una magnitud de 1.5 km. en el punto donde se intercepta con esta estructura. Después de haber descrito los criterios que permitieron la identificación e interpretación de las estructuras de este sistema, se hace evidente que muchos de ellos son utilizados para la interpretación de fallas tanto activas como pasivas, mientras que otros por su parte, son sólo formas de manifestación de estructuras que se han mantenido activas o se han reactivado en periodos recientes, siendo por lo tanto evidente que los movimientos geodinámicos actuales se manifiestan a través de ellas. Este fenómeno estudiado en detalle para estas siete fallas que son consideradas fundamentales por su 52 �A. Rodríguez Infante extensión y el papel que juegan en la morfotectónica del territorio, se manifiesta en mayor o en menor grado en todas las estructuras del sistema, sin dejar de tener en cuenta que algunas, pueden haber quedado encubiertas por estructuras más jóvenes o por las potentes cortezas de intemperismo desarrolladas sobre el complejo ofiolítico. El tercer sistema de estructuras está constituido por dos fallas de deslizamiento por el rumbo - Strike-Slip - determinadas durante las recientes investigaciones y que no habían sido reportadas con anterioridad, las cuales se denominaron Cananova y El Medio. Por la posición que ocupan, orientación y componentes fundamentales de los desplazamientos, no presentan similitud con las fallas antes descritas. El origen de estas estructuras se consideró está asociado al momento en que se inician los movimientos hacia el este de la Placa del Caribe a través de la falla Oriente, desarrollándose un campo de esfuerzo de dirección norte-noreste, con la compresión del Bloque Oriental Cubano, en la zona de sutura de éste con la Plataforma de Bahamas, lo que provocó la ruptura y el reacomodamiento de la corteza desde el Eoceno Medio-Superior. Falla Cananova: Fue cartografiada a escala 1: 25 000 desde la Bahía de Yaguaneque hasta el poblado de Jucaral, presentando un rumbo predominante N53ºW como se puede ver en el anexo gráfico No.4. Es cortada en diferentes puntos por estructuras submeridionales, caracterizándose toda la zona de falla por el grado de cizallamiento de las rocas que corta. Los criterios que permitieron su identificación son: • Desplazamiento de formas del relieve, como ocurre con las montañas bajas diseccionadas y las llanuras fluviales abrasivas que son desplazadas hacia el oeste en la zona norte de Miraflores a Centeno lo que se observa en la figura No.7. • Desplazamiento de la barrera arrecifal en la Bahía de Yaguaneque. • Presencia de espejos de fricción. • Desplazamiento de zonas pantanosas y línea de costa, como puede observarse en la fotografía No.5. • Desplazamiento de estructuras geológicas como grietas, diques y contactos litológicos. 53 �A. Rodríguez Infante • Cambio de orientación de algunos elementos morfológicos y morfométricos como son las divisorias de aguas principales, cierres de isobasitas y superficies escarpadas. • Contacto brusco y alineado entre los gabros y las serpentinitas. • Variaciones de la orientación del agrietamiento, lo que se muestra en los diagramas de roseta, figura No.8 desde la A hasta la F Según el análisis de los métodos aplicados se pudo determinar que a través de la falla Cananova ocurre un desplazamiento horizontal máximo de 1500 m hacia el noroeste del bloque norte respecto al sur y un movimiento rotacional izquierdo - antihorario calculado en un valor medio de cuarenta grados de ese bloque norte. Hacia el sudeste los criterios de falla en superficie se pierden bruscamente al penetrar esta la meseta serpentinítica de potentes espesores de corteza que constituye el yacimiento Moa, sin embargo, tal y como se observa en la figura No.7 se proporciona un criterio antropogénico relacionado con la minería, ya que por la zona por donde cruza la falla no existe explotación minera, lo que puede estar dado por la posible existencia de mineralización secundaria asociada a la estructura o alteración en los espesores y contenidos del mineral. El mapa de campo magnético local para la zona se hace sumamente irregular lo que puede estar originado por la alta complejidad geólogo tectónica del sector debido a la cantidad de estructuras de variada orientación y las litologías presentes, donde se mezclan de forma caótica rocas básicas y ultrabásicas del complejo ofiolítico con rocas vulcanógenas y sedimentarias. Sin embargo, hacia la parte sudeste la falla queda bien enmarcada, al predominar en el bloque septentrional de la misma los valores negativos del campo y para el meridional los positivos, siendo el contacto entre ambas zonas de intensidades diferentes, alineado en igual dirección que la estructura. Falla El Medio: Fue mapeada desde Punta Mangle hasta su intersección con el río Quesigua con un rumbo aproximado de N40ºE como se muestra en el anexo gráfico No.4 y en la figura No.5 . Al igual que la Falla Cananova, origina un alto cizallamiento de las rocas a través de todo su trazo. Los criterios para su identificación fueron: • Presencia de espejos y estrías de fricción muy dislocados, haciéndose imposible medir sus elementos de yacencia. 54 �A. Rodríguez Infante • Alineación de cursos fluviales, como por ejemplo el arroyo El Medio con afluentes del arroyo Semillero y del río Quesigua. • Angularidad de la red de drenaje. • Variaciones bruscas de los valores morfométricos entre ambos bloques de falla, por ejemplo los valores de isobasitas en el bloque septentrional son nulos y en el meridional alcanzan los 250 m y 100 m para el segundo y tercer orden respectivamente. • Desviación de la orientación de elementos morfológicos como son las divisorias de aguas principales y líneas del drenaje, siendo un ejemplo el arroyo El Medio que corre con una dirección noreste lo cual sólo se justifica por el control estructural que la falla realiza sobre su cauce. • Desplazamiento de formas del relieve como ocurre entre las zonas de montañas y premontañas bajas al sur de Palmarito. En el estudio microtectónico pudo determinarse que en el bloque sur se desarrollan cuatro sistemas de diaclasas, dos de orientación noreste y dos noroeste con un buzamiento promedio de 82º, mientras que en el bloque norte los cuatro sistemas fundamentales son noroeste con buzamiento promedio de 67º lo cual constituye un criterio para considerar la posible existencia de un movimiento rotacional antihorario del bloque Cupey norte respecto al sur. En el esquema fotogeológico mostrado en el anexo gráfico No.3 puede observarse como esta estructura desplaza lateralmente los cuerpos de gabro y en ocasiones limita la extensión de los mismos, fenómeno que también se manifiesta en los depósitos parálicos. En el mapa de anomalías magnéticas la estructura aparece orientada en una zona de predominio de valores positivos del campo, con pequeñas áreas de valores negativos paralelas al plano de fractura. Hacia el extremo sudoeste de la falla, donde no existen criterios de superficie para continuar su trazado, se observa la alineación de un gradiente que podría indicar una prolongación de la estructura. En general podemos decir que la información magnetométrica para esta estructura es poco representativa. El cuarto sistema de fracturas que aparece desarrollado en el territorio corresponde a estructuras sublongitudinales que aparecen en toda el área, pero tienen su máxima 55 �A. Rodríguez Infante expresión en las zonas periféricas de los sectores de máximo levantamiento, como por ejemplo las fallas a través de las cuales corren algunos tributarios como el arroyo La Veguita del río Moa, el arroyo La Vaca, arroyo Colorado al oeste del Cerro Miraflores y la de mayor envergadura que se encuentra al sur de Caimanes. En las estructuras de este sistema no siempre se encuentran desplazamientos geológicos y geomorfológicos apreciables y su expresión está dada fundamentalmente por la formación de barrancos, alineaciones fluviales, líneas rectas y netas de tonalidades más oscuras y en algunos casos, se han determinado rasgos evolutivos en la comparación entre fotos de años diferentes. Las características descritas anteriormente permiten suponer una génesis asociada a procesos de descompresión o expansión de bloques, al disminuir las tensiones horizontales que mantienen cohesionado los macizos rocosos debido a los movimientos verticales diferenciales, lo que a su vez determina que estas estructuras no aparezcan reflejadas en el mapa de anomalías magnéticas. La edad de este sistema es considerada en su límite inferior posterior al Mioceno Medio, momento en que se inicia el proceso de ascenso definitivo del territorio actual de Cuba oriental como tendencia general y se extiende hasta el presente por prevalecer las condiciones geodinámicas que le dan origen. Existen en la zona otras estructuras de interés tectónico como es el ejemplo de las fallas Cupey y Arroyón que fueron estudiadas durante las investigaciones, documentadas y cartografiadas, pero que al no constituir límites de bloques no han sido descritas. 56 �A. Rodríguez Infante Figura No. 5. Zona de falla Cayo Guam (A) – Quesigua (B) – El Medio (C). Bloques Morfotectónicos. En el levantamiento geológico de Guantánamo [48] se hace una subdivisión tectónica del extremo de Cuba oriental en dos regiones: la occidental, que comprende la cuenca de Sagua de Tánamo, Bloque de la Sierra del Maquey y la periferia de la Cuenca Guantánamo y la oriental, comprendida por los bloques Miraflores - El Toldo, Cuchillas de Moa-Baracoa y la franja costera Cañete-Baracoa separados entre sí por la estructura divisoria Zona de Fallas Miraflores-Riíto. El bloque Miraflores - El Toldo es el más grande del territorio y a él pertenece la mayor parte del área de estas investigaciones, siendo caracterizado en dicho trabajo como una estructura tectónica de elevaciones fuertes con terrazas marinas al sur de Moa y con una peniplanización en los alrededores del pico El Toldo, al cual le corresponde una anomalía gravimétrica de máximo local dentro de la tendencia general. 57 �A. Rodríguez Infante De igual forma, en los estudios realizados por Orbera [85] queda bien definido el carácter de los movimientos de ascenso para la zona que llegan a alcanzar 400 m en el periodo Plioceno - Pleistoceno y hasta 1000 m durante la etapa neotectónica en general. El análisis detallado de las estructuras que afectan la región y los parámetros geólogogeomorfológicos que la caracterizan, permite asegurar que si bien esta tendencia general es cierta, la geodinámica actual en lo que ellos denominan como bloque El Toldo es mucho más compleja, existiendo junto a sectores que se levantan, otros con movimiento de descenso relativo apreciable, así como desplazamientos horizontales que en ocasiones llegan a provocar rotaciones de bloques sometidos a esfuerzos tangenciales. En este trabajo, partiendo de la suma de criterios e índices obtenidos a través de la aplicación de los diferentes métodos de investigación y del conocimiento de las principales características de las fallas activas del territorio fue posible establecer el conjunto de bloques y sub-bloques morfotectónicos que conforman el territorio y el sentido de los desplazamientos entre ellos, que se describen a continuación, aparecen cartografiados en el anexo gráfico No.5 y las características generales de cada bloque resumidas en la tabla III. Bloque Cananova. Constituye el extremo noroccidental del área de los trabajos, quedando sólo su parte oriental dentro de la misma. Geomorfológicamente este bloque se caracteriza por presentar llanuras fluviales acumulativas, erosivo-acumulativas, y palustres, y al este del poblado de Cananova y al sur, en la zona de Cañamazo, Serrano y El 51 el relieve que se desarrolla es de submontañas ligeramente diseccionadas, con cotas máximas en el orden de los 150 m. Para este bloque los cierres máximos de isobasitas alcanzan valores de 50 m y 40 m para el segundo y tercer orden respectivamente mientras que los valores de disección vertical oscilan entre 10-70 m/km2 en las zonas de premontañas. Geológicamente este bloque está conformado en superficie por rocas pertenecientes a la cuenca marginal del paleoarco volcánico del Cretácico, formación Mícara; del neoarco volcánico de Paleógeno, formación Sabaneta; así como por la formación Júcaro perteneciente a la secuencia terrígena carbonatada de la etapa platafórmica. En la parte baja del río Cananova y alrededor de su desembocadura afloran los sedimentos fluviales y parálicos del Cuaternario. 58 �A. Rodríguez Infante El drenaje para la zona es de densidad media a baja existiendo un marcado control estructural en la configuración fluvial, apareciendo en algunos sectores la red rectangular típica para zonas afectadas por dos dirección fundamentales de agrietamiento, en este caso una dirección aproximada de N40ºE y otra de N45ºW. Hacia la parte central y meridional del bloque aparece un sistema sublatitudinal que parece estar condicionado por las tensiones que originaron el surgimiento de la falla Cabaña que separa este bloque del ubicado al sur. El control tectónico del relieve y el drenaje se hace más intenso hacia el norte pudiendo notarse con nitidez los desplazamientos de zonas pantanosas, línea de costa e incluso de la barrera arrecifal que bordea toda el área. La magnitud del rechazo horizontal que se observa en estos elementos del relieve oscila entre 0.5-1.5 km. El límite oriental del bloque que lo contacta con el bloque Miraflores lo conforma la falla Los Indios de orientación predominante N28ºW y que aparece cortada en varios puntos por estructuras de dirección noreste. En la misma desembocadura del río Cananova la falla Los Indios se cruza con la falla Cananova así como con otros sistemas de dirección noroeste y nordeste conformando un nudo estructural que complica notablemente la morfología costera y de difícil interpretación sobre todo por la falta de información batimétrica detallada. Para este bloque no se tienen datos geodésicos partiendo del hecho que el único punto ubicado en su área corresponde al punto inicial del gráfico lineal del desplazamiento en el que se asumió el valor cero para la velocidad de los movimientos verticales. Bloque Miraflores. Se encuentra ubicado en la parte noroccidental del área teniendo como núcleo el Cerro de Miraflores y las laderas occidentales, norte y nororientales del mismo. Está conformado litológicamente en superficie por las rocas del basamento del arco insular cretácico y de la antigua corteza oceánica - secuencia ofiolítica - con pequeños sectores en su porción suroccidental de afloramiento de las rocas de las formaciones Mícara y Sabaneta y al norte por la formación Júcaro y los sedimentos parálicos y fluviales del Cuaternario. Geomorfológicamente el bloque se caracteriza por presentar montañas bajas diseccionadas en su mayor territorio, hacia el oeste y el norte presenta llanura fluviales acumulativas así como llanuras palustres en la parte correspondiente al litoral. 59 �A. Rodríguez Infante Este sistema de montañas desarrollado sobre las rocas del complejo ofiolítico se va a caracterizar por líneas divisorias alargadas con orientación principal norte-noreste condicionada por los procesos tectónicos que provocaron el emplazamiento de las ofiolitas y diseccionadas a través de numerosas fallas que la cortan, siendo la más significativa la falla Cananova que marca el límite entre dos sectores del bloque: norte y sur, diferenciados entre si por el comportamiento morfométrico, microtectónico y la orientación de algunos elementos geólogo-geomorfológicos que se analizan a continuación. Morfométricamente se van a observar dos cierres para las isobasas y las isolineas de disección vertical, correspondiendo al sector septentrional valores de 150 m y 90 m para el segundo y tercer orden, mientras que en el meridional alcanzan hasta los 300 m y 100 m respectivamente, mientras que los valores de la disección vertical son de 230 m/km2 para el norte y 390 m/km2 para el sur, tal como se aprecia con claridad en la figura No.7. Las pendientes para este bloque son muy variables en dependencia de la litología y las estructuras tectónicas que lo afectan, encontrándose los mayores valores hacia el sureste, asociados a la zona de falla Miraflores que lo limita con el bloque Cabaña. En el análisis microtectónico realizado alrededor de la falla Cananova se pudieron determinar variaciones bruscas del rumbo del agrietamiento en puntos cercanos situados a ambos lados de la línea de falla como ocurre entre los puntos A y B respecto a los puntos D y E de la figura No.8, llegando a tener localmente desviaciones de 70º entre los sistemas principales, sin embargo, cuando se realizó el diagrama resumen para las grietas situadas en ambos bloques se pudo observar que el sistema mas frecuente tiene una diferencia de solo 10º en el rumbo para el sub-bloque septentrional respecto al meridional, mientras que las grietas que ocupan la segunda posición en frecuencia de presentación se desvían 45º. Se observa también rotación en otros elementos del paisaje como son las divisorias de aguas principales que en el sur tienen una orientación noreste y en el norte es norte-noroeste con 40º aproximadamente de desviación, ocurriendo además en ese sentido el desplazamiento del área de afloramiento de los cuerpos de gabro, lo que se puede observar en el anexo gráfico No 3. Todo lo anterior hace suponer que existieron movimientos rotacionales entre ambos sub-bloques que provocaron el cambio de posición y dislocación de las estructuras y que estos movimientos aún continúan. 60 �A. Rodríguez Infante El análisis de los datos geodésicos para este bloque se hace sumamente complicado debido a las diferentes estructuras que atraviesan la zona y la cercanía del punto geodésico inicial para el cual se asumió un valor convencional de cero en el movimiento vertical. No obstante a ello se hace significativo que en el gráfico lineal de desplazamientos verticales para el periodo 1990-1993 se observe una tendencia al levantamiento por encima de la media regional, lo cual esta en correspondencia con los criterios geológicos y geomorfológicos, sin embargo en los gráficos correspondientes al ciclo 1993-1994 esta tendencia cambia y se observan valores de descenso que alcanzan hasta -24 mm. De igual forma, en el análisis del gráfico de las anomalías de Bouguer realizado en las mediciones gravimétricas del año 1990 muestra para el bloque una anomalía que alcanza hasta 102.00 mGal. La suma de estos criterios indica que este bloque se caracteriza por sufrir movimientos pulsantes, con tendencia general de desplazamiento norte-noreste con un mayor levantamiento de su parte oriental, lo que justifica las pendientes más abruptas y las mayores elevaciones hacia este sector; y más suaves hacia el sector occidental por degradación y compensación, y que a su vez, se encuentra dividido en dos subbloques que mantienen esa tendencia general de los movimientos horizontales y verticales pero que además, se mueven entre si con un movimiento rotacional izquierdo - antihorario - del sub-bloque norte respecto al sur. Bloque Cabaña. Situado al este del bloque Miraflores, con orientación noreste desde la localidad de Zambumbia hasta Cayo Moa Grande, y en su porción meridional, en la zona Cayo Grande-Caimanes Abajo, mantiene una dirección noroeste. Geológicamente el basamento sobre la cual se sustenta la morfología de este bloque esta conformado por las tobas de la formación Santo Domingo, las rocas del complejo ofiolítico y sedimentos parálicos y fluviales en la zona aledaña al litoral. El relieve es de llanuras erosivas y erosivo-acumulativas las que hacia el sur transicionan a submontañas ligeramente diseccionadas con divisorias de configuración arborescente. El drenaje es de densidad moderada a alta con predominio de redes dendríticas exceptuando los cauces primarios del río Cabaña cerca de la zona de intersección con el río Moa, donde aparecen redes enrejadas. Los valores morfométricos que para este bloque se comportan con gran variabilidad evidencian una intensidad mínima de levantamiento relativo respecto a los bloques 61 �A. Rodríguez Infante laterales con una disección vertical máxima de 100 m/km2 en la parte centro septentrional, disminuyendo hasta 90 m/km2 hacia el norte y 40 m/km2 hacia el sur. Para el bloque los valores máximos del nivel de base de erosión para el segundo y tercer orden se alcanzan hacia el sur con 200m y 150m respectivamente, formándose cierres de isobasas de carácter muy local al suroeste y noreste de Caimanes Arriba y hacia el norte, en la zona de Playa la Vaca. Al igual que el bloque Miraflores, este bloque se encuentra cortado por la falla Cananova presentando valores morfométricos diferenciados entre el sub-bloque norte y sur, desplazándose el sub-bloque norte según el plano de fractura en dirección noroccidental. El sub-bloque más meridional - Cayo Grande - que en estas investigaciones es considerado perteneciente al bloque Cabaña, no está aún claramente definido, pues los valores morfométricos que presenta difiere notablemente del de los bloques situados al este, pero son intermedios entre los valores del bloque en el cual está incluido y el bloque El Lirial ubicado al oeste del mismo, sin embargo, la decisión de incluirlo en el bloque Cabaña y dentro de este como el sector mas levantado se debe a la presencia de la frontera activa que constituye la falla Miraflores que lo limita occidentalmente y a su constitución geológica dada por las rocas del complejo ofiolítico, no negando la posibilidad de que el sub-bloque Cayo Grande con los sub-bloques Cabaña Norte y Sur y el bloque El Lirial constituyan una sola unidad morfotectónica. El sentido fundamental de los desplazamientos horizontales de este bloque es suroccidental como se muestra en el anexo gráfico No.5, y en cuanto a los movimientos verticales existen diversos criterios contradictorios ya que si bien es cierto que en la superficie actual abundan los rasgos del relieve y valores morfométricos que lo señalan como un bloque de mínimo ascenso o de descenso relativo en la actualidad, la constitución geológica de su superficie, dada mayoritariamente por las rocas cretácicas de la formación Santo Domingo y el complejo ofiolítico hacen suponer que esta tendencia no ha sido permanente desde el Mioceno Medio cuando se inicia el levantamiento general del territorio oriental y muy por el contrario, se comporta como una ventana tectónica, donde las formaciones terciarias y cuaternarias han tenido muy poco desarrollo o fueron erosionadas, lo que sólo se justifica por una tendencia predominante al levantamiento. Este carácter oscilante y de gran movilidad para el bloque se manifiesta en la actualidad a través de los gráficos lineales de los desplazamientos verticales donde se 62 �A. Rodríguez Infante observa que en el ciclo de mediciones 90-93 el bloque Cabaña en su parte occidental se levanta mientras su porción oriental se hunde, invirtiéndose el sentido para el ciclo 93-94, sin embargo a la topografía mas elevada corresponde en este último ciclo movimientos negativos. Bloque Maquey. Ocupa la porción suroccidental del territorio teniendo como núcleo del mismo las estribaciones septentrionales de la Sierra del Maquey, limitado al norte por el bloque El Lirial a través de la falla Maquey y al este con el sub-bloque Calentura a través de la falla Miraflores. Litológicamente está conformado en superficie por las serpentinitas sobre las cuales se desarrolla un relieve de montañas bajas diseccionadas de cimas alargadas dispuestas paralelamente entre si y a los cursos fluviales que la atraviesan como La Angostura, San Jiriguelo y Río Castro. Morfométricamente se caracteriza por valores de isobasitas de 400 y 350 m para el 2do y 3erorden y una disección vertical de 450 m/km2 con cotas máximas de 791m. Para este bloque las dos direcciones principales de agrietamiento son N40ºW y N90º E, estando cortado además por fracturas submeridionales. En el mapa de anomalías magnéticas locales los límites de este bloque quedan bien enmarcados por un alto gradiente entre valores máximos de 100-200 nT al sur y negativos de -80 nT al norte. La caracterización de este bloque dentro del territorio se encuentra limitada por la ausencia de datos geodésicos y comprobaciones de campo; no obstante a ello y teniendo en cuenta la geodinámica regional, se considera que su desplazamiento es en sentido norte, debido a las tensiones originadas por el choque de la Placa del Caribe con el límite sur del Bloque Oriental Cubano. Bloque El Lirial. Espacialmente ocupa una posición intermedia entre el bloque Cananova con el cual limita al norte a través de la falla Cabaña y el bloque Maquey al sur. Tectónicamente, en cuanto a la magnitud del desplazamiento vertical ocupa también una posición intermedia entre ambos bloques, quedando como un escalón de transición entre un bloque de intenso levantamiento al sur y el sector de mínimos levantamientos relativos al norte. 63 �A. Rodríguez Infante En el área que ocupa el bloque las rocas que afloran son las pertenecientes al complejo ofiolítico y las formaciones Mícara, La Picota y Sabaneta, sobre las cuales se desarrolla un relieve de submontañas y premontañas ligeramente aplanadas. Morfométricamente se caracteriza por valores de isobasas de 200m y 150 m para el 2do y3er orden respectivamente, y una disección vertical que oscila entre los 60 y los 130 m/km2, con cotas máximas de 350 m. La caracterización de este bloque, al igual que el bloque Maquey, se encuentra limitada por la ausencia de datos geodésicos, estudios microtectónicos y observaciones de campo, estando basada su descripción e interpretación a los criterios morfométricos y fotogeológicos; por lo que persisten algunas dudas en cuanto a su extensión y subdivisión al existir dos zonas que se diferencian en los parámetros estudiados dando la posibilidad de tratarlos como dos bloques independientes tal como se hace en el presente trabajo. Bloque Moa. Se encuentra ubicado en la parte centrooccidental del área de trabajo, al este de bloque Cabaña con el cual contacta a través de la falla de igual nombre y al este con el bloque El Toldo según la falla Moa, extendiéndose de norte a sur en forma de una franja cóncava hacia el este. En este bloque afloran las rocas del complejo ofiolítico en el mayor porciento de su superficie. Hacia el sur, en la zona de Calentura afloran las rocas cretáceas de las formación Santo Domingo, mientras que hacia el norte existe una extensa área de desarrollo de sedimentos fluviales y palustres del Cuaternario. Geomorfológicamente para el bloque es predominante el relieve de montañas bajas de cimas aplanadas ligeramente diseccionadas lo que junto a las condiciones litológica permite, que en el sector exista un intenso desarrollo y conservación de las cortezas de meteorización lateríticas, que a su vez condicionan las densidad del drenaje que sólo aumenta en las laderas abruptas, coincidiendo con las alineaciones tectónicas. Los cursos de agua permanentes van a presentar cauces en forma de barrancos profundos y estrechos. Hacia el norte el relieve transiciona a premontañas bajas y aplanadas y de ahí a llanuras fluviales y palustres las cuales se encuentran cubiertas por las construcciones socioeconómicas de Moa. Morfométricamente el bloque va a presentar características intermedias y contrastantes con las elevaciones máximas del este y la llanura fluvial del río Cabaña lo que 64 �A. Rodríguez Infante conjuntamente con los valores hipsométricos hace considerar al mismo un peldaño intermedio de transición en la estructura escalonada regional. Los valores de las isobasitas se encuentran entre los 350 m y 300 m para el 2do y 3er orden y sólo disminuyen de forma brusca en la llanura cercana al litoral. La intensidad de la erosión de fondo está marcada por valores de la disección vertical que para la parte norte y central está en los 220 m/ km2, mientras que el sub-bloque sur que se encuentra separado de este por el efecto de cuña del sub-bloque Cayo Grande presenta valores del orden de los 370 m/km2. Esto se explica por las variaciones litológicas, ya que en este sector afloran predominantemente las tobas de la formación Santo Domingo mas resistente a la meteorización lo que ha provocado que el relieve aparezca mas diseccionado y que las elevaciones presenten cimas redondeadas con orientación noroeste al igual que el bloque. Geodésicamente este bloque tiene un comportamiento contrario, contrastante con el bloque Miraflores ya que en el gráfico lineal correspondiente al ciclo 1990-1993 los movimientos son negativos respecto al nivel medio regional, mientras que en el ciclo 1993-1994 le corresponde movimientos de ascenso notable que alcanzan hasta ocho milímetros sobre el nivel cero y veinte y cuatro milímetros sobre la media. En el mapa de campo de intensidad de radiaciones gamma [36], el límite oriental de este bloque queda bien definido por la alineación de un gradiente entre valores máximos al sur y mínimos hacia el norte. Microtectónicamente las mediciones realizadas al norte de Nuevo Mundo y de Calentura dan para este bloque una dirección predominante de los planos de fractura de N20ºE. Inicialmente el límite noreste del bloque fue considerado como la prolongación de la falla Moa en la estructura La Vigía que atraviesa la Bahía Yaguasey, pero estudios mas detallados nos permitieron determinar su límite exacto que se desplaza hacia el este al norte de La Veguita extendiéndose hasta Punta Yagrumaje. La falla Cananova corta también este bloque por lo que al analizar los anexos gráficos 4 y 5 quedan establecidos con diferentes posiciones los sub-bloques Calentura, Caimanes, Aeropuerto y La Vigía, este último constituido por la cuña resultante de la bifurcación de la falla Moa en sus tramos La Vigía y La Veguita. En los inicios de estas investigaciones, lo que hoy se denomina como sub-bloque Calentura fue considerado un bloque independiente, debido a las pequeñas variaciones morfométricas, justificadas por las características litológicas. Geodinámicamente su 65 �A. Rodríguez Infante comportamiento es similar al resto del bloque Moa, exceptuando el sentido de los desplazamientos horizontales que en los sub-bloques norte y central es noreste y para Calentura es sureste, lo que se debe al efecto de cuña del sub-bloque Cayo Grande que lo presiona desde el oeste, y al carácter descendente de este respecto al bloque El Toldo Bloque El Toldo: Ocupa la posición central del área de estudio y es el de máxima extensión, correspondiéndole también los máximos valores del levantamiento relativo de la región. Litológicamente está conformado en superficie por las rocas del complejo máfico y ultramáfico de la secuencia ofiolítica, sobre las cuales se ha desarrollado un relieve de montañas bajas de cimas aplanadas ligeramente diseccionadas. Hacia la parte norte se desarrollan en un pequeño sector premontañas aplanadas. El drenaje es de densidad media a baja, lo que está condicionado por las potentes cortezas de intemperismo que cubren al área y favorecen la permeabilidad del suelo y al intenso control estructural del drenaje que condiciona la formación de barrancos. En este bloque aparecen desarrolladas formas del relieve cársico en peridotitas ubicadas alrededor de las elevaciones máximas, siendo el punto de mayor cota El Toldo con 1174 m sobre el nivel del mar. Los parámetros morfométricos para este bloque son los más relevantes al tomar valores que indican la máxima intensidad de levantamiento con isobasitas que cierran en 900 m y 800 m para el 2do y 3er orden respectivamente y valores de la disección vertical de 550 m/km2. Los rangos de pendiente son contrastantes, teniendo en la cima de 6º a 9º promedio, con sectores interiores de 0º-3º; mientras que en los límites del bloque, fundamentalmente en el occidental enmarcado por la falla Moa, llegan los valores a ser mayores de 30º, alcanzándose las máximas pendientes en los barrancos de los afluentes principales. Hacia la parte norte, en su prolongación dentro de la zona marina puede notarse la pérdida de la barrera arrecifal desde la intersección de la falla La Veguita hasta la falla Quesigua, donde sólo queda como testigo de su existencia un banco de arena de morfología similar, lo que se considera constituye un índice de los movimientos diferenciales entre los bloques. Los análisis microtectónicos realizados para el bloque indican la existencia de una dirección máxima de agrietamiento de rumbo N85ºW como se muestra en la figura No. 66 �A. Rodríguez Infante 9 ( J y K ), apareciendo otras dos direcciones importantes, una sublongitudinal y una de dirección noreste. En este bloque y sólo de forma similar ocurre en los bloques Maquey y Cupey, aparece el sistema de fracturas norte-sur en el cual no se manifiestan desplazamientos horizontales y verticales intensos, lo que consideramos se debe a un proceso de descompresión, al ser el bloque de máxima intensidad de levantamiento reciente. El límite nororiental de este bloque está dado por la falla Cayo Guam, mientras que al sur limita con el bloque Cupey a través de la falla Quesigua. En el mapa de anomalías magnéticas se puede notar que en el extremo suroccidental del bloque, entre las fallas Moa y Arroyón se desarrolla una zona de valores negativos anómalos a pesar de que la información geológica indica que en todo el sector afloran las rocas ultrabásicas del complejo ofiolítico. A partir de estos elementos Batista J. [12] consideró que en ese sector las rocas ultrabásicas constituían una delgada capa en la superficie, mientras que en profundidad y muy cercano a esta se encuentran los gabros Si realmente esto ocurre, hay que entrar a considerar la existencia de un sub-bloque o incluso de un nuevo bloque para ese sector a partir del hecho de que ese fenómeno sólo sería justificable a partir del ascenso de esa zona respecto a la del resto del bloque El Toldo. En este trabajo no se concluye al respecto por falta de información de campo y mediciones geodésicas, que se hacen mas necesaria debido al pobre reflejo topográfico y morfométrico. En el análisis del gráfico lineal de los desplazamientos verticales -figura No.4- se observa que en el periodo 1990-1993 los puntos ubicados por este bloque marcan un ascenso relativo respecto al bloque Moa, mientras que en el periodo 1993-1994 y 19901994 marca un descenso siendo su comportamiento similar al del bloque Miraflores. Bloque Cayo Guam. Es el bloque de más pequeña extensión en el área y se dispone como una cuña entre los bloques El Toldo y Cupey a través de las fallas Cayo Guam y Quesigua respectivamente y al igual que el bloque Moa, se comporta como un escalón intermedio en descenso respecto al bloque El Toldo. Geológicamente la mayor extensión de la superficie lo ocupan las rocas del complejo ofiolítico, predominando hacia el sur las serpentinitas y hacia el norte los gabros. Geomorfológicamente se desarrollan las llanuras acumulativas bajas y planas de origen fluvial o palustre en la mayor área del bloque y una pequeña franja de acumulaciones 67 �A. Rodríguez Infante costeras. Hacia la parte sur aparecen las premontañas y montañas bajas aplanadas ligeramente diseccionadas con elevaciones máximas de 460 m. Morfométricamente los valores máximos de la disección vertical son de 230 m/km2 y las isobasitas en 300 m y 250 m para el segundo y tercer orden respectivamente. Las estructuras tectónicas principales que atraviesan este bloque son de dirección noreste y en muchos casos cortan a las fallas límites de bloques, sin embargo, en los estudios microtectónicos realizados en las márgenes oriental del río Cayo Guam y occidental del río Quesigua se determinaron dos direcciones noreste una N5ºE y otra N78ºE, apareciendo sólo una dirección noroeste predominante al noreste de Monte Lejo lo que puede estar condicionado por un nudo estructural que se forma al cruzarse dos sistemas noreste y uno norte-sur. En el análisis de los gráficos de desplazamientos verticales de la línea geodinámica Moa mostrado en la figura No.4, este bloque queda bien delimitado en los ciclos diciembre 1993-noviembre 1994 y abril 1990-diciembre1993, así como en el gráfico lineal de las anomalías de Bouguer. Los movimientos horizontales en este bloque son muy evidentes y se ponen de manifiesto en los desplazamientos de la línea de costa y formas del relieve de hasta dos kilómetros con una dirección sur predominante. Bloque Cupey. Se ubica en el extremo oriental desde la falla Quesigua hasta la coordenada 721 000 tomada como límite convencional del área de estudio. Geológicamente a este bloque le corresponde la mayor complejidad al aflorar en su superficie las rocas del complejo ofiolítico que ocupan la mayor extensión del bloque, las rocas de las formaciones Sabaneta, Capiro y Majimiana y los sedimentos cuaternarios de origen parálico y fluvial. Estas últimas litologías se disponen en forma de franjas paralelas al litoral. Geomorfológicamente para el área predomina el relieve de montañas bajas y aplanadas hacia la parte occidental y bajas diseccionadas con divisorias alargadas hacia el sudeste. Las premontañas y submontañas serán aplanadas hacia el oeste y diseccionadas hacia el este. La variabilidad del relieve es el resultado de la acción de tres factores fundamentales: litológico, topográfico y tectónico, ya que no sólo existen variaciones en el tipo de roca sobre la cual se conforma el relieve sino que también, a partir de Punta Guarico ocurre una desviación costera de probable origen tectónico que 68 �A. Rodríguez Infante condiciona la variación de la orientación fluvial, la que toma una dirección noreste, paralelo al sistema de grietas y fallas que controla el drenaje. Morfométricamente este bloque se comporta también con una gran variabilidad. Los valores de isobasitas hacia el norte y este oscilan entre 100-150 m para el segundo orden y de 50-150 m para el tercero, mientras para el sector sur estos valores son de 450 m y 350 m respectivamente. La disección vertical alcanza valores de 460 m/km2 descendiendo hasta 290 m/km2 y 240 m/km2 al este y norte respectivamente. En el estudio microtectónico se hicieron evidentes las diferencias existentes entre el norte y el sur del bloque Cupey a partir de la falla El Medio de dirección N40ºE, que divide al bloque en dos sub-bloques con agrietamiento orientado en las direcciones N50ºW y N30ºW para el sub-bloque Cupey Norte y N50ºE y N90ºE para el sub-bloque Cupey Sur, que evidencian conjuntamente con algunos elementos de campo y morfológicos, como es la rotación en la orientación de las divisorias y la presencia y desplazamiento de escarpes, que el sub-bloque norte giró en sentido antihorario respecto al sub-bloque sur con un ángulo aproximado de 30º. Este bloque aparece subdividido en cinco sub-bloques menores a través de las fallas El Medio, Cupey y Jiguaní con valores morfométricos diferenciados. Los sub-bloques Cupey Norte y Sur quedan bien caracterizados en este trabajo, no ocurriendo lo mismo para los situados al sudeste debido a la ausencia de información geodésica y trabajos de campo. Neotectónica. En el estudio sismotectónico de la Central Hidroenergética Toa-Duaba realizado por la Empresa Integral de Proyecto de la Industria Básica [84], se realiza un análisis de los movimientos neotectónicos para la región oriental del país, correspondiendo al área del presente trabajo con lo que los autores allí denominan Levantamiento Moa - Baracoa, al cual caracterizan por intensos movimientos verticales que no han sido uniformes ni espacial ni cronológicamente. En el análisis ellos consideran la existencia de una etapa de relativa tranquilidad tectónica con formación de superficies de nivelación que corresponde al intervalo Oligoceno Superior-Plioceno, posterior a los desplazamientos 69 �A. Rodríguez Infante horizontales; y parten de la afirmación de que en este periodo la región constituía una zona sumergida bajo el nivel del mar, lo que indica la magnitud de los movimientos de ascenso, al encontrarse los sedimentos de origen marino desplazados centenares de metros de su posición original, quedando por efecto de esos levantamientos la zona dividida por fallas nuevas o rejuvenecidas que le dan al territorio un carácter de mosaico irregular. Aún cuando no compartimos íntegramente las conclusiones antes referidas, partiendo del hecho de que la supuesta estabilidad tectónica no fue tan estable ni tan duradera, debido al ambiente geotectónico regional imperante desde el Eoceno Medio-Superior, cuando se inician los desplazamientos de la Placa del Caribe hacia el este respecto a la Norteamericana, que han provocado fuerzas de empuje transversal, en estas investigaciones se ha hecho evidente y corroborado que la etapa neotectónica se caracteriza por el predominio de movimientos verticales de ascenso. En el desarrollo de este capítulo, en la caracterización de las fallas a través de los principales criterios que permitieron su clasificación; y en la descripción de los bloques morfotectónicos del territorio, se hizo referencia a un conjunto de parámetros que a su vez son criterios para caracterizar la tectónica reciente y corroboran lo afirmado anteriormente. Dentro de esos criterios los más importantes son: • Alineación y desplazamiento de la línea de costa actual, lo que puede notarse con claridad en la zona litoral comprendida desde Bahía de Cayo Moa hasta la desembocadura del río Quesigua, formándose en el plano una estructura escalonada con tramos de hasta tres kilómetros de longitud, mostrado en el anexo gráfico No.4. • Desplazamiento e interrupción de la barrera arrecifal coralina, lo que se observa al norte de la Bahía de Yaguaneque, Punta de Piedra, frente a Punta Cabagán, Bahía de Cayo Moa y frente a la desembocadura del río Quesigua. • Desplazamiento de zonas parálicas cuaternarias y límites rectilíneos de las mismas, lo cual ocurre en toda la zona pantanosa litoral. • Formación de escarpes rectilíneos con pendientes mayores a 30º en contacto con zonas de pendiente suaves y en ocasiones formación de facetas triangulares o trapezoidales lo que se puede observar en la zona de Conrado, ladera oriental del Cerro Miraflores, periferia de la Sierra del Maquey y al noroeste del Alto de La Calinga. 70 �A. Rodríguez Infante • Encajamiento de valles fluviales, por ejemplo los ríos Calentura y Moa alrededor de la zona de Nuevo Mundo y del río Jiguaní al sureste. • Desplazamiento lateral de valles fluviales, fenómeno que alcanza su máxima expresión en la desembocadura del río Cayo Guam y en el río Cabaña. • Acodamientos sucesivos de cursos fluviales con trazos rectilíneos, lo que ocurre en todos los ríos del territorio y con carácter marcado en los cauces de los ríos Cananova, Cabaña, Quesigua y Jiguaní. • Desplazamiento de líneas divisorias o partes de aguas principales, como ocurre en El Cerro de Miraflores. • Desplazamiento de zonas geomorfológicas. • Posición hipsométrica anómala de depósitos fluviales del Cuaternario. Un ejemplo de esto lo constituyen los depósitos conglomeráticos de génesis fluvial en la margen occidental del río Cayo Guam, los cuales aparecen 40 m por encima del nivel del valle actual. • Valores hipsométricos y morfométricos marcadamente diferentes sobre igual litología a ambos lados de una línea de falla, por ejemplo entre ambas márgenes del río Moa. • Desplazamiento de formas de relieve. Este es uno de los criterios de mayor frecuencia de presentación en el territorio y se observa asociado a casi todas las fallas descritas para el segundo y el tercer sistema de estructura, pero en particular queremos referirnos a los desplazamientos originados por las fallas Cayo Guam y Miraflores que además de provocar desplazamientos horizontales ponen en contacto brusco zonas geomorfológicas diferentes. Esto se nota con claridad en el anexo gráfico No.2. • Ocurrencia de actividad sísmica, la cual se ha manifestado a través de dos eventos de magnitudes moderadas en los años 1992 y 1994, [108] y numerosos de magnitudes pequeñas registrados instrumentalmente. Después de haber realizado la caracterización de las estructuras tectónicas y los principales índices de los movimientos neotectónicos que le dan un carácter activo contemporáneo a la tectónica regional, se puede hacer referencia a las condiciones geotectónicas imperantes. 71 �A. Rodríguez Infante En los estudios neotectónicos y geomorfológicos regionales que se han consultado de forma unánime se reconoce la existencia de movimientos de levantamientos que caracterizan la geodinámica actual del territorio, coincidiendo todos en señalar a la zona de El Toldo como el sector de máximo ascenso relativo sin embargo, no se hace referencia a otras formas de movimientos actuales. Si bien es cierto que en estas investigaciones es aceptada como válida la existencia de movimientos predominantes de ascenso en la región, se han encontrado evidencias de hundimiento relativo y de desplazamientos horizontales a través de las fallas activas o reactivadas que dividen los bloques morfotectónicos, y que han sido tratados individualmente en este trabajo para cada estructura. Estos movimientos neotectónicos en la región ocurren como consecuencia del empuje del Bloque Oriental Cubano contra la Plataforma de Bahamas, en la zona de sutura, debido al campo de esfuerzos compresivos [7] generado a través de los movimientos transformantes entre la Placa Norteamericana y la Placa del Caribe, que se desplazan entre si con una velocidad absoluta de 20 mm / año [ Lundgre y Russo, 1996 ], o 15 mm / año [ Mann y otros ]. Estos esfuerzos al mismo tiempo que generan para la región la formación de nuevas estructuras tectónicas, provocan la reactivación de estructuras surgidas bajo condiciones geodinámicas diferentes, tal y como ocurre con las fallas del sistema noreste y norte-noroeste, que genéticamente están asociadas al proceso de obducción del arco volcánico cretácico sobre el paleomargen de Bahamas y que bajo las condiciones transpresivas actuales, constituyen planos a través de los cuales ocurren desplazamientos horizontales. Este mecanismo de reajuste de la corteza por choques y desplazamientos al mismo tiempo que produce movimientos rotacionales, levantamientos y hundimientos relativos de unos bloques respecto a otros, origina también dentro de una misma morfoestructura movimientos diferenciales, tal como se evidencia en el bloque Cabaña, donde alrededor de un eje subhorizontal de orientación noreste ocurre el basculamiento. En la caracterización realizada de los bloques morfotectónicos se estableció el sentido fundamental de los desplazamientos horizontales y verticales de cada uno como se muestra en el anexo gráfico No.5, quedando además establecido que en la región predominan condiciones tectónicas que generan levantamientos diferenciados, reflejándose los máximos levantamientos en el bloque El Toldo, que constituye el 72 �A. Rodríguez Infante núcleo hórstico central del territorio, flanqueado por un conjunto de grabens y horts tectónicos menores, que al mismo tiempo se desplazan lateralmente y que llegan incluso en ocasiones a rotar. Conclusiones. Como conclusiones de este capítulo se puede resumir que la tectónica del territorio en la cual queda enmarcada el área de las investigaciones tiene un carácter activo, donde se observan estructuras correspondientes a cuatro estadios geotectónicos, que se manifiestan con diferente grado de nitidez y reflejo en el relieve, correspondiendo a las fallas formadas durante el proceso de obducción del arco volcánico con el paleomargen de Bahamas en el periodo Paleoceno - Eoceno Medio ( ?? ) el papel más importante en el estilo tectónico, al constituir los límites de los bloques morfotectónicos actuales y ser a través de ellas que ocurren los principales movimientos neotectónicos. Las fallas de deslizamiento por el rumbo - strike-slip - originadas durante el Eoceno Medio-Superior, constituyen planos a través de los cuales ocurren importantes 73 �A. Rodríguez Infante desplazamientos laterales y las principales rotaciones de los bloques y sub-bloques del territorio, las que se caracterizan por el sentido antihorario de los sectores situados al norte respecto a los ubicados al sur de los planos de fractura. El cuarto sistema está conformado por las fracturas surgidas bajo las condiciones expansivas o descompresivas de las zonas periféricas de los bloques de máximo levantamiento. Las estructuras más antiguas del territorio que corresponden con los sistemas de grietas y fallas que afectan y contactan a las secuencias ofiolíticas entre si y con las formaciones precedentes, son las de menor reflejo en el relieve actual y se considera mantienen un carácter pasivo en la geodinámica contemporánea. Como resultado de los movimientos ocurridos a través de las estructuras falladas el territorio quedó dividido en nueve bloques y un total de trece sub-bloques morfotectónicos, que en forma de mosaico se desplazan en un sistema de horts y grabens escalonados con sectores locales de rotación y que en conjunto conforman un gran bloque en ascenso. CAPITULO III 74 �A. Rodríguez Infante CAPITULO III: EVALUACION DE RIESGOS DE ORIGEN TECTONICO. Introducción. Metodología para el Análisis de Riesgo. Amenaza Natural. Riesgos Específicos. Zonificación de Riesgos Tectónicos. Conclusiones. Introducción. Uno de los problemas mas serio que enfrenta el hombre en la actualidad y en particular en los países subdesarrollados es el deterioro del medio ambiente dado por .....la anárquica utilización espacial del territorio, ... el uso de las tierras y las instalaciones industriales en donde no se han considerado las potencialidades naturales de los paisajes que los sustentan. La búsqueda de métodos tendientes a solucionar todos estos problemas incumbe a muchas disciplinas científicas, donde el carácter abarcador y multifacético de la investigación .... geoecológica del medio ambiente se reconoce actualmente como fundamento teórico y metodológico en el ordenamiento funcional para la búsqueda de soluciones de problemas de variada índole.[22]. Es por ello que en la planificación integral del desarrollo socio económico e incluso para la optimización espacial territorial se hace imprescindible el estudio geológico profundo que permita conocer no sólo la posición, cantidad y calidad de las reservas minerales, sino también la dinámica de los procesos que ocurren y que constituyen una amenaza en la región. En muchos casos se observa una tendencia a considerar la información geológica estática, sustentando las investigaciones medio ambientales e incluso, la proyección de las construcciones sobre la base de la información aportada por un mapa geológico con frecuencia de carácter regional, lo que conlleva necesariamente a la incorrecta valoración de la magnitud de los riesgos a los cuales se enfrenta el hombre y que lo ponen en peligro a él y a la obra construida. 75 �A. Rodríguez Infante Este problema se encuentra con frecuencia en el municipio de Moa, a pesar del gran número de profesionales del campo de la geología y la minería que en el laboran y habitan, por lo cual, en el inicio de estas investigaciones se propuso como objetivo determinar los sectores de máximo riesgo ambiental a partir de la incidencia que tiene en ello la geodinámica contemporánea y de esta forma, contribuir al conocimiento geológico del territorio, donde el crecimiento económico dado por la apertura comercial y el desarrollo de la industria, junto a las consecuentes variaciones poblacionales y de infraestructura social, exigen la explotación racional de sus recursos naturales así como la integración de consideraciones ambientales en las políticas de planificación del desarrollo como condición indispensable para fomentar el desarrollo sostenible. [22]. Metodología para el Análisis de Riesgo. Partiendo del conocimiento de la existencia de actividad tectónica en el territorio a través del estudio geológico que del mismo se ha realizado y por la manifestación de fenómenos asociados con dicha actividad, se hace necesario y a la vez posible valorar el grado de vulnerabilidad real del medio y realizar propuestas de optimización espacial para prevenir las consecuencias de su actuación o mitigar sus efectos negativos. En el primer capítulo de estas memorias se expone la metodología general de las investigaciones realizadas y se señala, como una de las tareas de la cuarta etapa la confección del mapa de riesgos tectónicos a partir del conocimiento de las estructuras y el estilo geotectónico del territorio. En los inicios de las investigaciones no se contó con una metodología establecida debido a que no es frecuente la evaluación del riesgo tectónico tratado de forma independiente dentro del estudio medio ambiental y en ocasiones se analiza de forma específica para determinadas estructuras o fenómenos locales como por ejemplo, un deslizamiento de tierra o afectaciones en obras construidas. Sin embargo en el territorio de Moa, debido a la gran incidencia de las deformaciones tectónicas del subsuelo y el crecimiento acelerado de las inversiones relacionadas con el desarrollo de la actividad minera y por ende industrial y social, es imperante la necesidad de valorar los riesgos de origen tectónico, por lo que en este capítulo se pretende, además de evaluar el riesgo medioambiental, dejar establecida una metodología que pueda ser aplicada en otras áreas de interés, la que se explican a continuación a través de la tres etapas de trabajo que la integran. 76 �A. Rodríguez Infante Etapa preliminar: Consiste en la recopilación, estudio e interpretación de la información que sobre las características geólogo-tectónicas y ambientales existan del territorio, con el objetivo de poder determinar en sus inicios la existencia de amenaza real de génesis tectónica así como los principales problemas que se tienen que enfrentar y las áreas por diferentes grados de complejidad, para de esta forma poder realizar la planificación y organización de los trabajos, seleccionar los métodos a usar y los recursos materiales y humanos requeridos para la tarea. Etapa experimental: Consiste en la aplicación de los diferentes métodos de investigación seleccionados según el grado de estudio y complejidad geólogogeomorfológica y ambiental del territorio, que permitan la identificación y selección de los posibles impactos ambientales generados por la actividad tectónica, destacándose los factores o elementos del medio ambiente susceptibles de ser alterados o modificados, estableciéndose así la relación causa-efecto. La magnitud del trabajo a desarrollar en esta etapa estará en dependencia fundamentalmente del estudio precedente realizado. Si este no corresponde a las exigencias de la investigación que se planifica en cuanto a la escala, grado de detalle y actualidad, debe garantizarse el estudio geólogo-tectónico y geomorfológico que podrá realizarse a través de los diferentes métodos del cartografiado geológico. Consideramos necesario sugerir, que teniendo en cuenta la necesidad de hacer mas económicas las investigaciones científicas, la aplicación de los métodos morfométricos y de fotointerpretación geólogo-geomorfológica, garantizan la determinación de las principales estructuras tectónicas e incluso en ocasiones, con una mejor exactitud del cartografiado, reduciéndose el trabajo de campo a las comprobaciones y mediciones de los elementos de yacencia, sentido de desplazamiento e índices de la actividad neotectónica, lo que se realiza en conjunto con la determinación de si constituye o no una amenaza al medio ambiente natural o construido y de ahí a la evaluación de los posibles riesgos. Si por el contrario, el territorio ha sido estudiado a la escala y grado de detalle equivalente al de la investigación medio ambiental, esta etapa se simplifica, limitándose a profundizar en la interpretación geólogo-tectónica y comprobaciones en caso de que fuera necesario. No se debe obviar como ocurre con frecuencia en otros trabajos geológicos, la importancia de la geomorfología a través del estudio tanto de las macro como de las microformas del relieve, pues es a partir de estas que se ponen de manifiesto los agentes de riesgo. 77 �A. Rodríguez Infante Después de conocidas las principales estructuras que constituyen una amenaza se procede a la evaluación de cada una de ellas en dependencia de sus características propias como posición espacial, sentido y magnitud de los desplazamientos que ocurren a través de sus planos de fractura, características del relieve en su entorno y los elementos en riesgo, ya sean naturales o construidos para determinar el riesgo específico que puede ocurrir. En la evaluación del riesgo de un territorio hay que tener en cuenta además de la amenaza natural latente en el mismo, su vulnerabilidad, para poder determinar el riesgo específico y con este y los elementos en riesgo, poder determinar el riesgo total según la fórmula propuesta por Varnes D. J., en 1984 [24]. Rt = Rs ⋅ Er Rs = H ⋅ V Rt = H ⋅ V ⋅ Er Donde: Rt : Riesgo total. Rs: Riesgo específico. H: Amenaza natural. V: Vulnerabilidad. Er: Elemento en riesgo. Etapa de Gabinete: Consiste en la confección del mapa de riesgo del territorio estudiado a partir de toda la información obtenida de los métodos aplicados en las etapas anteriores y el informe técnico de la investigación. Debe garantizarse que el resultado que se presente no constituya un simple inventario de causas y efectos de los procesos tectónicos en el medio ambiente, sino que vaya acompañado de un conjunto de medidas o al menos, de las recomendaciones que faciliten la aplicación práctica de los resultados de la investigación que permitan evitar o mitigar los daños. En la evaluación de los riesgos, así como en la representación cartográfica de los mismos se debe tener en cuenta no solo los daños presumibles a ocurrir por efecto directo de los movimientos tectónicos, sino también aquellos que siendo de otra naturaleza pueden manifestarse a través de los mismos. Un ejemplo de esto lo constituye el volumen de los daños originados por incendios durante la ocurrencia de un terremoto, lo que no es consecuencia directa del proceso en si. 78 �A. Rodríguez Infante En estas investigaciones, al existir un estudio geológico regional actualizado a escala 1: 100 000, el trabajo geológico se redujo a la interpretación de las fotografías aéreas y cartografiado a la escala 1: 50 000, mientras que el estudio geomorfológico tuvo como base los métodos morfométricos y de fotointerpretación con las comprobaciones de campo en las áreas que así lo requerían. En la determinación del grado de actividad de las estructuras se utilizaron los criterios geológicos y geomorfológicos convencionales y la información geodésica cíclica. Por último, para la evaluación de los elementos en riesgo se utilizó la base topográfica actualizada a escala 1: 25 000 donde aparecen reflejadas las instalaciones socioeconómicas del territorio. Amenaza Natural. Para analizar las diferentes zonas susceptibles a riesgos ante la ocurrencia de procesos tectónicos debe conocerse en primer lugar la amenaza natural originada por estos procesos. Como amenaza natural ( Hazard ) se entiende la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno dañino potencial dentro de un lapso específico de tiempo y en un área determinada [57]. En el caso concreto que se investiga la amenaza va a estar condicionada por el grado de actividad tectónica del territorio, para el cual quedaron establecidos los principales sistemas de fracturas y dentro de estas fueron caracterizadas por su posición y sentido del desplazamiento que ocurre a través de sus planos, aquellas fallas consideradas activas y que desempeñan un papel fundamental en los procesos geodinámicos contemporáneos. Estos procesos geodinámicos, como se concluyó en el anterior capítulo se van a caracterizar por la tendencia general al levantamiento, lo cual se viene manifestando desde el Mioceno Medio hasta la actualidad dado por las condiciones geotectónicas regionales que provocan el empuje en dirección norte-noreste del Bloque Oriental Cubano. Esta tendencia general no se pone de manifiesto por igual en todos los sectores emergidos de la corteza terrestre pues se ha hecho evidente que los movimientos verticales no mantienen igual magnitud ni velocidad en todos los puntos, encontrándose unos bloques más levantados - El Toldo - y otros con movimientos relativos de descenso como los bloques Cabaña y Cananova. También se hizo evidente que para un mismo bloque morfotectónico el sentido de los desplazamientos no es constante, pudiendo variar en el tiempo y estar además acompañado por movimientos horizontales e incluso rotacionales. 79 �A. Rodríguez Infante A todo lo anterior se le añade como elemento de vital importancia y que a su vez, constituyó el motivo por el cual se iniciaron las presentes investigaciones, la ocurrencia de movimientos telúricos en el marco regional. La actividad sísmica en la región se justifica a partir de la posición geólogo-estructural que la misma ocupa al estar bordeada por tres zonas sismogeneradoras coincidentes con fallas profundas que constituyen límites intra o interplacas como se muestra en la figura No.10. Estas tres zonas son: Zona sismogeneradora Oriente ( Bartlett ): Está asociada a la falla transcurrente Bartlett-Caimán de dirección este-oeste que constituye el límite entre las placas Norteamericana y Caribe. A esta zona corresponde la más alta sismicidad de toda Cuba y con ella se encuentran asociados los terremotos de mayor intensidad con epicentros en el archipiélago cubano. La intensidad máxima pronóstico promedio para la zona es de VIII grados en la escala MSK, llegando hasta IX en el sector SantiagoGuantánamo [83]. La magnitud máxima por su parte es de 8 grados en la escala Richter. Zona sismogeneradora Cauto - Nipe: Está asociada a la zona de fractura de igual nombre, con dirección sudoeste-nordeste desde las inmediaciones de Niquero hasta la bahía de Nipe. Constituye un límite intraplaca que separa al Bloque Oriental Cubano del resto de la isla. La potencialidad sísmica de esta zona alcanza los siete grados en la escala Richter, mientras que la intensidad sísmica, según el mapa complejo de la Región Oriental de Cuba [83] señala valores entre VI y VII grados MSK. Zona sismogeneradora Sabana: Se encuentra asociada a la falla Sabana o Norte Cubana por algunos autores o zona de sutura entre el Bloque Oriental Cubano y la Placa Norteamericana, presentando un contraste significativo entre el borde nororiental cubano y la depresión submarina del canal viejo de Las Bahamas. La potencialidad sísmica es variable en el rango de VI a VII grados MSK, alcanzando sus máximos valores hacia su extremo oriental. Los principales focos sísmicos de la zona se localizan en los puntos de intersección de ésta con las fallas de dirección noreste y noroeste que la cortan. Con los criterios anteriormente descritos se puede resumir que la amenaza natural del territorio originada por los movimientos tectónicos es alta y se pone de manifiesto a través de dos mecanismos fundamentales: 80 �A. Rodríguez Infante Movimientos lentos variables en el tiempo que de forma progresiva van alterando el medio físico. Agente preparatorio. Movimientos violentos de corta duración - sismos - que de forma brusca y en ocasiones catastróficas afectan el medio. Agente inmediato. Riesgos Específicos. Después de analizados los mecanismos tectónicos que constituyen una amenaza en el entorno regional es posible realizar la evaluación de los riesgos directos e indirectos que tienen su génesis en estos procesos. Según la terminología específica utilizada [57],se denomina riesgo específico a los daños esperados debido a la ocurrencia de un fenómeno natural. En este caso, se conocen los puntos a través de los cuales se ponen de manifiesto con mayor intensidad los procesos tectónicos, que son aquellos que coinciden con los planos de fracturas activas y las zonas periféricas de los bloques de mayor levantamiento haciéndose posible entonces determinar los daños esperados y dentro de estos aquellos que constituyen un riesgo al medio ambiente natural, al medio ambiente social o al medio ambiente construido, siendo frecuente la simultaneidad de sus efectos. También hay que tener en cuenta el surgimiento de riesgos indirectos al actuar los movimientos tectónicos sobre los elementos en riesgo que provocan reacciones en cadena y repercuten en la calidad ambiental. En la descripción que se hace a continuación se especifican cada uno de los riesgos específicos que pueden ocurrir en el medio ambiente natural, construido y social. Riesgos en el Medio Ambiente Natural. Por constituir la amenaza un agente de carácter natural, los riesgos ocurridos en este medio presentan un carácter primario y condicionador directo o indirecto de los daños ocurridos en el medio construido y social. Los principales riesgos de carácter natural posibles a ocurrir en el territorio por los agentes tectónicos son: Deslizamientos: Constituyen importantes procesos de la dinámica superficial inducidos por la aceleración gravitacional, condicionada por factores geológicos, geomorfológicos y climáticos desde el punto de vista natural y por la actividad antrópica que en su 81 �A. Rodríguez Infante proceso constructivo rompe con frecuencia el equilibrio natural en las superficies inclinadas creando taludes artificiales inestables. Los movimientos tectónicos actúan de forma directa sobre los materiales que constituyen las superficies inclinadas aumentando la fuerza motriz, al mismo tiempo que provocan la reducción de la resistencia interna del material, de forma indirecta las variaciones del manto freático originadas por estos movimientos pueden ocasionar la ocurrencia de deslizamientos por cambios en las condiciones geomecánicas del material y perdida de la cohesión interna [9]. Cuando la actividad tectónica se pone de manifiesto de forma lenta, el cambio progresivo del nivel hipsométrico, fundamentalmente en los bloques de falla que se levantan, provoca la ruptura del equilibrio de la pendiente y por ende la intensificación de los procesos denudativos, provocando arrastres de suelos, caídas, slides y flujos, pero a través de movimientos relativamente lentos que hacen posible la aplicación de medidas técnicas preventivas. Desde el punto de vista económico los principales perjuicios están asociados a la obstrucción de vías de comunicaciones, daños en obras construidas cercanas al talud y afectaciones agrícolas. Sobre el medio ambiente natural los efectos se hacen sentir a mas largo plazo, provocando la remoción del suelo y dentro de este a la cobertura vegetal mas superficial, con la consecuente alteración de la vegetación y por ende del equilibrio ecológico. Estos mismos efectos pero de forma violenta y en magnitudes variables en dependencia de la magnitud del proceso se presentan bajo la ocurrencia de actividad sísmica, haciéndose imposible la aplicación de medidas contentivas inmediatas, pudiendo provocar la pérdida de vidas humanas. En la evaluación dentro del territorio de Moa se determinaron las áreas de posible ocurrencia de deslizamientos asociados a la actividad tectónica a partir de la búsqueda de las estructuras escarpadas asociadas a los planos de fallas activas, tipo de suelo sobre el cual se encuentran, grado de la pendiente y sentido del desplazamiento calculándose en cada caso el riesgo total esperado de forma directa ante la ocurrencia de cada uno de los mecanismos de amenaza. Dentro del territorio las áreas de mayor riesgo ante este fenómeno son las laderas orientales y occidentales de Río Moa en su curso medio, las vertientes del río Cayo Guam en la parte alta occidental y la vertiente noroeste del río Jiguaní, en todos los casos asociados a las fallas homónimas que 82 �A. Rodríguez Infante controlan tectónicamente el drenaje de estos ríos y en la ladera oriental del Cerro Miraflores, en la zona de escarpe de falla. Finalmente se debe aclarar que de forma local este riesgo está también presente en otros bloques con movimientos relativos mínimos de ascenso, asociado a superficies de pendientes anómalas de origen natural como son los escarpes de fallas o antrópico como los taludes de la cortina de contención de las presas de colas. Aumento de la erosión de suelos: Los procesos erosivos de suelo tienen entre los factores condicionantes la dinámica del medio, la que está determinada por la posición hipsométrica del suelo y el nivel de base de erosión, estableciéndose un gradiente erosivo que tiende a hacerse mínimo a medida que se alcanza el estado de equilibrio. Cualquier agente que provoque la ruptura de ese equilibrio altera la relación erosión sedimentación, dentro de esos agentes se encuentran los movimientos tectónicos. El levantamiento de un bloque de la corteza terrestre aumenta la dinámica de los agentes denudativos - en el caso particular del área de trabajo el escurrimiento superficial y fluvial - intensificando el proceso de arrastre de sedimentos sueltos hacia las partes mas deprimidas, donde ocurre la acumulación ya sea con carácter temporal o definitivo. Si a esta ruptura del equilibrio originada por causas tectónicas le sumamos la intensa meteorización de las rocas debido a las condiciones climáticas y litológicas que originan un gran volumen de material suelto en la superficie y cerca de esta, más el hecho de que en ocasiones esas superficies se encuentran descubiertas debido a la actividad minera o a los procesos constructivos, se hace evidente la importancia de los procesos erosivos en el territorio. La erosión por si misma tendrá como efecto directo la degradación de los suelos mineros y agrícolas con el consecuente daño a la cobertura vegetal y por tanto al equilibrio ecológico pero a su vez, al provocar un aumento del volumen de carga física transportada por los ríos da lugar a la colmatación de los depósitos fluviales de cauce y desembocadura, responsables del surgimiento de áreas anegadas que a su vez originan afectaciones en el medio ambiente construido, obstruyendo desagües naturales o artificiales y en el caso específico de Moa, colmatando las dársenas y bocana portuaria. En la evaluación de riesgos en el área fueron señalados los sectores más afectados por la erosión, los que se encuentran asociados a los bloques de máximos levantamientos, siendo mayor el riesgo para los bloques El Toldo y Moa que además 83 �A. Rodríguez Infante de estar sometidos a los máximos ascensos tectónicos, están afectados por la actividad minera, lo que origina extensas áreas descubiertas y exceso de detritos rocosos sueltos acumulados en las escombreras. Por otra parte, el proceso de colmatación se hace mas intenso en las partes bajas y desembocaduras de los ríos Moa, La Veguita, Cayo Guam y Yagrumaje por constituir estos los principales canales de arrastre de la carga física, la que se acumula temporalmente en los pies de monte y finalmente es arrastrada hacia la zona litoral, donde por efecto de las corrientes marinas locales se distribuyen por el fondo marino, constituyendo la bocana del puerto de Moa el receptáculo idóneo para su acumulación. Al analizar el aumento del material terrígeno aportado por los ríos al mar en la zona comprendida entre el litoral y la barrera arrecifal hay que tener en cuenta que de forma indirecta esto puede provocar alteraciones en la biota típica del medio, al aumentar la turbidez de las aguas y cambios en su composición química, lo que es de difícil control por el carácter limitado de la circulación con el mar abierto. Alteración del manto acuífero: Este riesgo está originado por el cambio de posición del manto freático por el levantamiento del área, lo que conlleva al aforo natural del mismo al ser cortado por la superficie topográfica, generando una pérdida adicional que puede ocasionar un desequilibrio entre la alimentación y la descarga, alterándose el ciclo hidrogeológico. De forma directa y con resultados similares a los anteriormente descritos puede ocurrir la disminución del área de alimentación cuando esta no depende sólo de la infiltración de las aguas meteóricas, sino de su conexión con fuentes de aguas corrientes fluviales o embalses naturales. En ambos casos, la disminución del volumen de agua en el manto provoca la alteración de las características geomecánicas de suelos y rocas al mismo tiempo que alteran el comportamiento químico y dinámico de estas aguas, repercutiendo directamente sobre el medio ambiente. Al no haberse realizado estudios hidrogeológicos durante la realización de las presentes investigaciones sólo se señalan posibles áreas de afectación del manto freático, siendo la más extensa la correspondiente al extremo centro oriental, en la parte alta de los bloques El Toldo y Cupey, sin hacerse referencia a la magnitud de los posibles daños. 84 �A. Rodríguez Infante Ruptura del suelo con formación de grietas de separación: Este fenómeno se pone de manifiesto a través de la actividad sísmica de gran magnitud o por la ocurrencia del llamado “colapso” de las arcillas por cambios en el comportamiento geomecánico, debido a variaciones hídricas y cargas externas. Sus efectos negativos repercuten sobre la actividad constructiva y en la conservación de los suelos. Ruptura del equilibrio ecológico: Este riesgo ocurre como consecuencia indirecta de otros riesgos del medio ambiente natural como deslizamientos y aumento de la erosión y por efectos de riesgos de medio ambiente construido como derrame de productos químicos por rotura de plantas, conductores y almacenes. Al mismo tiempo las alteraciones ecológicas afectan directamente el medio ambiente social. Este fenómeno puede aparecer en cualquier sector del territorio con diferentes magnitudes del daño, debiendo hacerse mención especial a las posibles afectaciones a la barrera coralina que bordea todo el litoral norte del territorio y que en caso de destrucción por agente directo que originen localmente su hundimiento o levantamiento brusco o por agentes indirectos como la concentración anómala de elementos químicos dañinos en el medio, originaría efectos destructores de envergadura para el medio físico y en particular a los asentamientos poblacionales que por lo general se encuentran ubicados en la zona litoral. Riesgos al Medio Ambiente Construido. Dentro de estos riesgos se han incluido todos los daños que puede provocar el agente tectónico sobre las obras construidas por el hombre y que comúnmente se clasifican en sociales, económicas y socioeconómicas como son las carreteras, sistemas de alcantarillado, instalaciones eléctricas, conductores de agua y de productos químicos. Los principales daños a ocurrir en este medio son los siguientes: Deformación o ruptura de las edificaciones sociales y económicas: Este fenómeno ocurre debido a las tensiones a que es sometido el subsuelo por las fuerzas tectónicas directamente o por acción de otros riesgos como los deslizamientos o alteración del manto acuífero, que provocan la ocurrencia de asentamientos, llegando incluso al derrumbe total en caso de acción continuada de estas fuerzas o por la ocurrencia de actividad sísmica con eventos de magnitudes superiores a las utilizadas en el proyecto constructivo. 85 �A. Rodríguez Infante No obstante estar expuestas todas las construcciones del municipio a este riesgo ante la actividad telúrica, en proporción directa con la magnitud de los sismos, ante la amenaza que constituyen los movimientos tectónicos lentos –agente preparatorio- este fenómeno adquiere mayor importancia dentro de la ciudad de Moa, en toda la zona construida siguiendo la línea de falla Cabaña; en las instalaciones de la fábrica Comandante Ernesto Che Guevara al ser cortada por la falla La Veguita; la zona portuaria, cortada por la falla La Vigía y el área de construcción de la nueva planta en Las Camariocas que es cortada por numerosas estructuras disyuntivas activas como las fallas Punta Gorda y Quemado del Negro en su parte septentrional y meridional, y Cayo Guam y Quesigua en la occidental y oriental respectivamente. Derrame de productos químicos: Este fenómeno está dado por la ruptura de las instalaciones en las que estos se almacenan o de los conductores que frecuentemente se usan para su transportación. Este riesgo de tipo indirecto alcanza su máxima peligrosidad ante la ocurrencia de terremotos, pero no dejan de ser una amenaza potencial los movimientos lentos, ya que al igual que en el caso anterior la ocurrencia de asentamientos van deformando continua y progresivamente las estructuras, llegándose a la ruptura. Este fenómeno alcanza su máxima peligrosidad en el puerto de Moa al encontrarse allí almacenados productos altamente nocivos al medio como combustibles, amoniaco y azufre, asentadas parte de sus construcciones sobre el extremo septentrional de la falla Moa en su tramo La Veguita, no debiendo excluirse los posibles derrames o emisiones contaminantes en las plantas metalúrgicas si no se toman medidas con los movimientos diferenciales que provocan asentamientos y posibles rupturas de sus instalaciones. En el caso específico del amoniaco que posee una alta velocidad de propagación por el viento, es preciso tomar en consideración que las direcciones de los vientos para el territorio tienen orientaciones fundamentales noreste y este-sureste como se muestra en la figura No.11, [55]. por lo cual ante el escape de gases sus efectos serian inmediatos sobre la principal zona de asentamiento poblacional. Afectaciones en los embalses de agua: Este riesgo debe constituir una preocupación constante para los organismos responsabilizados con la explotación de la obra y del 86 �A. Rodríguez Infante Figura No.11: Dirección promedio anual de los vientos en la zona de Moa. gobierno municipal del territorio, debido a que la presa Nuevo Mundo ocupa una posición crítica en la tectónica local, al estar construida en un nudo estructural en la zona de intersección de las fallas Moa, Maquey y Caimanes donde se han observado desplazamientos horizontales y verticales. Su posición hipsométrica y geográfica también la hacen altamente vulnerable. Las afectaciones en estas estructuras - presa y derivadora - pueden estar ocasionadas tanto por los movimientos lentos que en sentido diferencial actúan entre ambos bloques en que está situada la misma, como por la actividad sísmica, llegando en este último caso a alcanzar el riesgo magnitudes catastróficas. Daños en las vías de comunicaciones: Este fenómeno se manifiesta de forma directa por rupturas continuas en los tramos en que éstas se interceptan con las estructuras activas o indirectamente por afectaciones en la viabilidad cuando son obstruidas por los deslizamientos de tierra, constituyendo un fenómeno de alta peligrosidad. Las mayores afectaciones se localizan en los tramos de la carretera Sagua de Tánamo a Moa en la zona de intersección con las fallas Miraflores, Cananova y Cabaña y en la carretera Moa-Baracoa en los puntos de intersección con las estructuras La Vigía, La Veguita, Cayo Guam, Quesigua, El Medio, Cupey y Jiguaní. Ruptura de instalaciones de abasto de agua, electricidad y servicio telefónico: Estos daños se presentan en los sectores donde estas instalaciones se interceptan con las 87 �A. Rodríguez Infante estructuras activas o de forma indirecta por la acción de otros agentes como los deslizamientos al empujar y desplazar los postes del tendido de cables o empalmes de tuberías. En el caso específico del agua hay que tener en cuenta la influencia que tiene la alteración del manto acuífero y la posible contaminación del mismo por derrame de productos químicos. Este riesgo puede aparecer indistintamente en cualquier punto del territorio donde se desarrolla la actividad socio económica. El grado de vulnerabilidad o magnitud de los daños que sobre este medio originan los movimientos tectónicos estará en dependencia del agente de riesgo - preparatorio o inmediato - y de las características constructivas de los objetos de obra, como son su grado de complejidad estructural, tipología, dimensiones y materiales con los cuales fue construida. En cuanto a la posición de la obra respecto a las estructuras y bloques morfotectónicos es evidente que aquellas asentadas directamente sobre las estructuras activas son más vulnerables a los efectos de las deformaciones tectónicas al igual que aquellas situadas en los sectores periféricos, ya sean interiores o exteriores de los bloques de máximo levantamiento. Cuando su localización corresponda con la zona límite interior del bloque más levantado los daños tendrán su origen asociado a la descompresión y pérdida de la sustentación influenciada por aumento de la intensidad de los procesos erosivos e incluso por la ocurrencia de deslizamientos. Si por el contrario se encuentra ubicada en la zona periférica exterior al bloque en ascenso, las afectaciones van a estar dadas por el empuje del material erosionado en los niveles superiores y acumulados en su base en el proceso de colmatación de sedimentos y de posible saturación y anegación de los suelos por las aguas. Bajo la ocurrencia de movimientos tectónicos lentos los daños originados sobre las obras ya construidas pueden ir siendo amortiguados con medidas ingenieriles que mitiguen los efectos destructivos. Ante la ocurrencia de movimientos telúricos la situación se hace más crítica. Las formas de evitar los efectos dañinos varían desde el establecimiento de un programa de educación y preparación de la población ante la ocurrencia del fenómeno, hasta el replanteo de algunos objetos de obra de gran peligrosidad. En ambos casos se hace imprescindible una mejor proyección de las construcciones futuras donde se tenga en cuenta la tectónica activa del territorio. 88 �A. Rodríguez Infante Daños al Medio Ambiente Social. Los riesgos a que se expone el medio ambiente social por efecto de los movimientos tectónicos son de vital importancia y de máxima preocupación por los organismos y entidades responsabilizados con el gobierno municipal. Estos daños van a originar un diapasón de problemas diversos que provocan afectaciones individuales, familiares y grupos sociales, llegando en caso extremo a abarcar toda la sociedad. Hay que tener presente que esta es la parte integrante del medio más susceptible a las afectaciones en la calidad del entorno y que al mismo tiempo cualquier daño ocurrido al medio natural o constructivo repercute directa o indirectamente en el hombre. Entre los riesgos mas importantes en este medio en el ámbito territorial se encuentran los siguientes: Afectación en los servicios generales a la población: Estos daños están originados por cualquiera de los riesgos del medio ambiente natural o construido anteriormente señalados que afectan las instalaciones de servicio, estando concentrada su ocurrencia en las zonas de asentamientos poblacionales. Afectaciones en las condiciones de vida: Se pone de manifiesto por la pérdida total o parcial de la vivienda, disminución o deterioro de los servicios públicos y abasto de alimentos, agua y electricidad, afectaciones laborales e incomunicaciones, todos ellos originados por los mismos agentes de riesgo descritos anteriormente. Afectaciones de la salud humana: Este riesgo estará dado por efecto directo o indirecto de todos los agentes de riesgo natural, construido o social descritos con anterioridad, los cuales pueden ser ligeros o severos llegando incluso a las pérdidas humanas en dependencia de la intensidad de manifestación del agente y de los elementos en riesgo. En este aspecto hay que considerar además los efectos negativos en la salud mental o síquica de la población ante la suma gradual de factores de riesgos y temor ante la ocurrencia inesperada de un desastre natural. Afectaciones económicas: Resultantes de las pérdidas y afectaciones de recursos humanos y materiales ante la ocurrencia de daños, manteniendo una relación directa entre el volumen de los perjuicios, el valor de las pérdidas y el costo de la recuperación. 89 �A. Rodríguez Infante Inestabilidad en el ejercicio del gobierno: Este riesgo es un resultado directo de la suma de los daños en las condiciones de vida y salud de la población de la cual el forma parte más la reorientación de su actividad en función de dar solución a las afectaciones en el medio ambiente en general bajo condiciones económicas críticas condicionadas por el volumen de las pérdidas. Hasta aquí se ha hecho referencia a los principales riesgos específicos que pueden ocurrir u ocurren en el medio ambiente territorial por efecto directo de la manifestación de la energía interna del planeta sobre el entorno a través de sus dos mecanismos: Movimientos tectónicos lentos y Movimientos tectónicos rápidos (sismos). Es imposible separar o aislar las afectaciones que ocurren entre los tres medios natural, construido y social - y el hombre, que como ser social y eslabón fundamental del equilibrio y la calidad ambiental, al mismo tiempo que condiciona la naturaleza y la transforma a través de su actividad constructiva, es el responsable de las medidas que eviten o mitiguen los daños que de ella emanan. No está de más enfatizar que de la acción del gobierno como máximo responsable de la gestión ambiental, dependerá el grado de repercusión - no de actuación - de los agentes tectónicos en el medio ambiente y muy en particular en el hombre. Zonificación de Riesgos Tectónicos. Después de haber sido analizadas la amenaza natural y los riesgos específicos posibles a ocurrir en el territorio, existen condiciones para poder realizar la zonificación de estos en los diferentes sectores del municipio y en particular en las áreas que constituyen asentamientos de carácter socio económico con el objetivo de dejar delimitados los sectores de mayores riesgo que permitan la orientación de las medidas para evitar o mitigar los daños. Dentro de los diferentes métodos utilizados en los estudios de impacto ambiental se encuentran los de definición de relaciones causa-efecto en forma cualitativa o semicuantitativa, o técnicas de identificación como son también clasificados, dentro de los cuales se emplea la técnica de matrices de revisión causa-efecto, la cual se ha aplicado experimentalmente en estas investigaciones con la finalidad de obtener información de la magnitud relativa del riesgo y su distribución en superficie que permitiera la zonificación del territorio. [22, 23]. 90 �A. Rodríguez Infante Para realizar la zonificación de riesgos se tuvo en cuenta el comportamiento de cada una de las variables analizadas en el epígrafe correspondiente a la metodología para el análisis de riesgo así como el rango de variación de sus valores para el caso concreto que nos ocupa. A continuación se analiza cada una de estas variables y los valores que se le asignan en las diferentes situaciones en el ámbito territorial. Amenaza ( H ): La actividad tectónica se pone de manifiesto en el territorio a través de dos mecanismos: movimientos tectónicos lentos, denominado agente preparatorio y movimientos rápidos o procesos sísmicos, denominado agente inmediato. Para esta variable se le asignaron valores que oscilan en el intervalo de cero a dos, asumiéndose el valor máximo -dos- para la amenaza que constituye el mayor factor de riesgo es decir, la originada por los movimientos telúricos y en particular aquellos que presentan una intensidad de moderada a alta, ya que la actividad sísmica de baja intensidad se manifiesta de forma similar a los movimientos lentos; el valor intermedio - uno- se asume para la amenaza que se pone de manifiesto a través de los movimientos tectónicos lentos y el valor mínimo -cero- para el caso que nos ocupa es convencional y despreciado debido a que está demostrado el carácter activo de la tectónica en el municipio. Vulnerabilidad ( V ): Es el grado de pérdida de un elemento o conjunto de elementos bajo riesgo como resultado de un fenómeno natural de una cierta magnitud [57]. A esta variable se le asignan valores de cero a tres correspondiendo el valor mínimo cero cuando a través del proceso tectónico no ocurren daños en el medio ambiente, el valor uno corresponde a la ocurrencia de daños que pueden ser recuperables; el valor dos se asume en aquellos casos en que se originan pérdidas de carácter parcial ante la ocurrencia de los agentes de riesgo y el valor máximo -tres- bajo las condiciones de pérdida total de los elementos en riesgo. Elementos en riesgo ( Er ): Esta variable determina la población, construcciones y actividad socio económica en riesgo [57] y a ella se le asignan valores en el rango de uno a cuatro, el valor uno corresponde a aquellos sectores en que se encuentran expuestos al riesgo elementos del medio ambiente construido o del medio ambiente natural de forma aislada o independiente, sin perjuicio directo al hombre; el valor dos se asume para aquellos sectores en que de forma combinada están expuesto al riesgo elementos del medio ambiente natural y construido, el valor tres se asigna cuando los 91 �A. Rodríguez Infante elementos en riesgo constituyen un grupo perteneciente al medio ambiente en general es decir que incluye los medios naturales, construidos y sociales, estando el valor cuatro reservado para condiciones extremas donde todo el medio es afectado, lo cual solo sería posible ante la ocurrencia de un terremoto de gran intensidad. Riesgo total ( Rt ): El riesgo total que puede ocurrir en un territorio está determinado por el volumen de los daños en el medio ambiente en general y se obtiene por el producto de la amenaza, la vulnerabilidad y los elementos en riesgo. Conociendo estos parámetros, se puede realizar la cuantificación puntual del valor del riesgo total para cada sector de la superficie. Todas las variantes posibles quedan expuestas en la tabla IV que a continuación se muestra. Tabla IV: Valores del riesgo total calculados para el área. Vulnerabilidad Amenaza Elementos de Riesgos Er V H 1 2 3 4 1 1 1 2 3 4 2 2 4 6 8 1 2 4 6 8 2 4 8 12 16 1 3 6 9 12 2 6 12 18 24 2 3 Con estos valores del riesgo total se procede a la confección del mapa de riesgos a través del trazado de isolíneas del valor del riesgo total o asumiendo para cada cuadrícula el valor calculado para su área, sombreando cada una de ellas en dependencia de la magnitud del riesgo con una simbología ya establecida. En el territorio de Moa la zonificación de riesgos se realizó a través del análisis de los valores del riesgo total calculados en cada cuadrícula para cada una de las variantes establecidas de la amenaza en el territorio, determinándose cuatro zonas de intensidades de riesgo que se explican a continuación y que se muestran en el anexo gráfico No.6. 92 �A. Rodríguez Infante Zona de máximo peligro o riesgo: Esta zona corresponde a áreas de valores de riesgo mayores a nueve para la amenaza que constituyen los movimientos tectónicos lentos y continuos, y de dieciocho bajo las condiciones de ocurrencia de movimientos telúricos, lo que constituye un indicador de la alta peligrosidad en la cual ella se encuentra. Espacialmente la zona está limitada a dos áreas muy pequeñas, pero que ocupan una posición desde la que pueden ocasionar grandes daños al medio ambiente. La mas extensa está ubicada alrededor del puerto de Moa, donde la presencia de la planta de amoniaco que presta servicio a la industria del níquel constituye un elemento en riesgo, que al mismo tiempo, pone en peligro a todo el medio ambiente territorial dado fundamentalmente por su ubicación geográfica y tectónica. Tectónicamente la planta se encuentra ubicada coincidentemente sobre la falla Moa en su tramo La Vigía, que se caracteriza por un carácter activo manifiesto a través de desplazamientos verticales y horizontales según su plano de fractura, al mismo tiempo que, debido a la posición respecto a los principales asentamientos poblacionales del territorio y la dirección - este-oeste - predominante de los vientos como se muestra en la figura No.11, se favorecería el proceso de propagación de los productos tóxicos expandidos al medio en caso de ocurrencia de alguna ruptura o avería de la instalación. La otra zona de alto peligro del territorio lo constituye la presa Nuevo Mundo, construida sobre el cauce del río Moa que corre sobre la falla de igual nombre, en la zona donde esta se intersecta con las fallas Maquey y Caimanes formando un nudo estructural de alta complejidad dado a los desplazamientos horizontales y verticales de gran magnitud y sentido variable, tal y como quedó demostrado a través de las mediciones geodésicas realizadas. A pesar de haberse realizado la construcción de la presa según las normas técnicas establecidas y tomándose como base para la construcción la intensidad máxima de VIII grados en la escala MSK, hay que tener en cuenta que la base geológica utilizada partía de la consideración de una tectónica pasiva, donde los desplazamientos según los planos de fracturas eran considerados nulos. El valor del riesgo total para esta zona está determinado por las deformaciones que puede sufrir la cortina de la presa, lo cual puede provocar no solo la perdida de dicho elemento y de las características del entorno en el cual ella se encuentra, sino también, llegar en caso extremo de ruptura a provocar inundaciones con resultados catastróficos 93 �A. Rodríguez Infante debido al volumen de agua acumulado, la altura a que se encuentra el vaso del embalse, el cual fue construido para el sistema de descarga por gravedad y su posición respecto a la zona de desarrollo socio económico. Zona de alto riesgo: Corresponde a las áreas donde el valor del riesgo calculado es mayor o igual a seis y menor que nueve para la amenaza que resulta de los movimientos tectónicos lentos mas o menos continuos en el tiempo y mayor o igual de doce y menor a dieciocho ante la ocurrencia de movimientos telúricos. Esta zona se encuentra desarrollada en los alrededores de la anteriormente descrita, abarcando la porción norte y central del área de trabajo, extendiéndose hacia el este hasta la zona de Quemado del Negro donde se construye la nueva planta de níquel Moa y sus alrededores y al oeste hasta el poblado de Centeno, prolongándose hacia el sur, hasta la zona de la presa Nuevo Mundo. La magnitud del riesgo que se alcanza en esta zona está determinado por causas de origen natural así como factores de carácter antropogénico, en especial asociados con el desarrollo socio económico. Dentro de las causas de origen natural se destaca la presencia de las estructuras tectónicas activas que conforman las vías a través de las cuales se pone de manifiesto la amenaza natural para el territorio, la posición topográfica de la zona que corresponde a la mas baja y por ende constituye el colector natural hacia donde van los detritos y residuos de las zonas mas elevadas por efecto de la gravedad, sin dejar de tener en cuenta otros elementos como el equilibrio litoral establecido bajo las condiciones de existencia de una barrera natural, que al ser destruida o dañada puede provocar grandes afectaciones en el medio ambiente. Desde el punto de vista antropogénico el mayor riesgo está dado por el desarrollo minero metalúrgico en el territorio, razón por la cual se han construido centros industriales que constituyen focos de alta peligrosidad así como sistemas de comunicaciones y suministros que además de formar parte de los elementos en riesgo son a su vez una amenaza de tipo indirecto. En esta zona se concentra la mayor variedad de riesgos de la región, abarcando todos los tipos concernientes al medio ambiente construido y social, así como algunos de los riesgos del medio natural, los que han sido reflejados en el anexo gráfico de forma resumida para toda la zona, partiendo de la imposibilidad de representar el riesgo específico en cada punto debido a la densidad de símbolos que sería necesario para ello. 94 �A. Rodríguez Infante Es necesario aclarar que a esta zona, tal y como se representa en el mapa, pertenece un sector del medio marino que va desde la zona portuaria hasta la barrera arrecifal, lo que va a estar dado por la confluencia de dos estructuras activas de importancia como son la falla Moa, en su tramo La Vigía y la falla Cabaña, al mismo tiempo de que el sector constituye la vía de acceso a la terminal portuaria, lo que a su vez favorece los procesos acumulativos al ser el mas deprimido de la zona. Zona de peligrosidad media: A esta zona corresponden valores del riesgo total mayores o iguales a cuatro y menores a seis para la amenaza de tipo uno - movimientos tectónicos lentos - y valores en el intervalo de ocho a doce para la amenaza referida a los movimientos sísmicos. Dentro de esta zona los valores de la vulnerabilidad promedio en las áreas emergidas es de dos, al estar el peligro referido a las posibles pérdidas parciales en el medio ambiente, natural o construido, sin afectaciones directas al hombre; mientras que en la zona marina la vulnerabilidad llega hasta tres, al poder ocurrir la destrucción total del medio por ruptura de la barrera arrecifal, lo que implicaría el cambio de las condiciones dinámicas marinas, generando una nueva amenaza para el medio construido y social por encontrarse en el litoral los principales asentamientos poblacionales. Esta zona constituye la de mayor difusión en el territorio, encontrándose espacial y genéticamente asociada a zonas periféricas interiores de los bloques morfotectónicos en ascenso, haciéndose mas pronunciada en aquellos sectores donde es mayor el levantamiento. Los tipos de riesgos mas frecuentes para esta área de peligrosidad moderada son los deslizamientos asociados a las superficies de altas pendientes de génesis tectónica, el aumento de la erosión vertical y las variaciones del nivel del manto freático, sin negarse la posibilidad de que ocurran rupturas de vías de comunicaciones, redes de abasto de agua o electricidad y afectaciones en viviendas o construcciones aislada. Dentro de esta área se encuentra la mayor parte de la porción marina de la región de estudio, la que es cortada en dirección casi perpendicular por la mayoría de las estructuras activas del territorio y por ende afectada por los movimientos verticales, lo que pone en peligro la vida de los organismos planctónicos que constituyen los arrecifes coralinos y por tanto la existencia de la propia barrera. 95 �A. Rodríguez Infante Zonas de baja peligrosidad: Esta zona está referida a aquellos sectores que presentan valores del riesgo total menores a cuatro y ocho ante las variantes de amenaza de movimientos lentos o rápidos respectivamente, estando sometido a los efectos del riesgo solo el medio ambiente natural a través de la intensificación de los procesos erosivos, predominando la variante uno de vulnerabilidad tomando en consideración que los posibles daños sean recuperables y en gran medida evitables ante la acción conservadora del hombre, pudiendo ocurrir solo pérdida total en aquellos sectores donde los elementos del relieve en riesgo no permitan su protección como ocurre en la zona de desarrollo de relieve cársico hacia el sur de la región, en el área del Alto de La Calinga. Estas zonas de baja peligrosidad se encuentran tectónica y espacialmente ubicadas en la parte central e interior de los bloques morfotectónicos, distribuidas de forma bastante homogénea por toda el área de trabajo, exceptuando el extremo suroccidental, donde se asumió un valor del riesgo total igual a tres a partir de la ocurrencia de daños recuperables al medio ambiente en general debido a la ausencia de actividad antropogénica intensa y al equilibrio y regularidad del relieve. No obstante a lo anterior es recomendable para esta zona realizar determinaciones mas detalladas no sólo de las estructuras geológicas, sino también para los elementos en riesgos y tipos de riesgos específicos posibles a ocurrir. Además de la zonificación de riesgos, en el mapa aparecen representados los principales tipos específicos que pueden ocurrir en cada punto o sectores de la superficie. Partiendo del conocimiento que ya se tiene de los peligros y riesgos en la región se propone el siguiente plan general de medidas: Orientar a las instituciones y organismos competentes la evaluación de las afectaciones actuales y posibles a ocurrir en instalaciones y áreas jurisdiccionales, debido a la acción de los movimientos tectónicos lentos, lo que permitirá establecer las medidas para contrarrestar sus efectos. Orientar a los órganos de defensa municipal la confección del plan de medidas ante desastres naturales, específicamente en lo que corresponde a la actividad sísmica y que comprende dos etapas, previa y posterior al terremoto y que siempre deberá partir del sistema de educación masiva. Exigir a la industria del níquel el replanteo definitivo de la planta de amoniaco debido a la alta peligrosidad que representa para todo el territorio. 96 �A. Rodríguez Infante Establecer un sistema de control de los movimientos a través de mediciones geodésicas cíclicas de todas aquellas estructuras activas que constituyen un riesgo medioambiental, siendo fundamentales para la zona las fallas Moa y Cabaña debido a los objetos de obra asentados sobre ellas y ser las estructuras que cortan el asentamiento socio económico mas grande del territorio. Establecer el sistema de monitoréo que corresponde a la presa Nuevo Mundo que permita determinar las posibles alteraciones de su estructura constructiva y tomar las medidas que al efecto se establezcan. Hacer funcionar en el municipio el sistema de gestión ambiental que pueda determinar y evaluar los riesgos e impactos a que se encuentra expuesto el medio ambiente y establecer las medidas preventivas o correctivas según sea el caso. Conclusiones. Durante el desarrollo del capítulo quedó establecido que en el territorio en que se desarrollaron las investigaciones existe la amenaza ambiental de génesis geológica y específicamente tectónica que de forma lenta o violenta se pone de manifiesto a través de las estructuras activas que en el mismo existen y que pueden originar riesgos de gran magnitud a partir de la existencia de obras de gran complejidad constructiva y de alta peligrosidad. Los diferentes tipos de riesgos que pueden manifestarse en el territorio originados a través de la actividad tectónica así como las cuatro zonas de magnitudes diferentes de riesgos, fueron determinadas a través del estudio geológico, geomorfológico y topográfico, descritas en el trabajo y cartografiadas en el mapa de zonificación de riesgos que se muestra en el anexo gráfico No.6, a partir de lo cual es posible proponer un plan de medidas generales que permitan el desempeño de la labor de gestión ambiental. Sin embargo, es necesario señalar que la propia actividad socio económica del hombre puede provocar la intensificación de estos riesgos, haciendo mas complejo el proceso de previsión y prevención. 97 �A. Rodríguez Infante CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 98 �A. Rodríguez Infante CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Conclusiones. Después de analizados los resultados obtenidos de la aplicación del conjunto de métodos de investigaciones utilizados en el desarrollo del trabajo, se llegaron a las siguientes conclusiones: • En el área de las investigaciones se encuentran claramente delimitadas dos zonas geomorfológicas,: La zona de llanuras, ubicada en la zona norte, desde la barrera arrecifal hasta sectores de cotas de 100 –150 m y génesis asociada a la actividad fluvial, marina y palustre, donde predominan los procesos acumulativos sobre los erosivos, condicionado por los elementos morfológicos, posición espacial, al bordear la zona de desarrollo de las cortezas lateríticas, y por la propia dinámica del litoral, que al estar bordeado por la barrera coralina favorece los procesos acumulativos que son preponderantes respecto a los erosivos. La otra zona geomorfológica está representada por el sistema de montañas y submontañas ubicadas en toda la porción sur y central del área, con pequeños sectores aislados hacia el norte, predominando las elevaciones de cimas aplanadas ligeramente diseccionadas sobre las cuales se desarrollan potentes cortezas ferroniquelíferas. En esta zona se van a encontrar un conjunto de formas del relieve de gran interés como barrancos desarrollados en las zonas de fallas activas, fundamentalmente en los sectores de mayor levantamiento tectónico, y las formas cársicas formadas sobre las rocas serpentiníticas en los sectores de máxima altura en el área del Alto de La Calinga. • Tectónicamente el área investigada se caracteriza por el predominio de estructuras disyuntivas originadas en cuatro periodos geotectónicos diferentes, condicionados por los eventos regionales que han afectado al Bloque Oriental Cubano. Las estructuras más antiguas se encuentran geneticamente asociadas a los procesos compresivos que provocaron la acreción oceánica y con ella, el emplazamiento del complejo ofiolítico. Las estructuras de este sistema no presentan una dirección predominante debido a los numerosos eventos que lo han dislocado. El segundo sistema cronológico corresponde a las estructuras formadas durante la colisión y obducción del arco volcánico Cretácico sobre el paleomargen de Bahamas 99 �A. Rodríguez Infante que concluye en el Eoceno medio (?) y que constituye en la actualidad el sistema más importante al ocurrir a través de él los mayores desplazamientos verticales y horizontales y constituir los límites de los bloques morfotectónicos. Las orientaciones predominantes para este sistema son noreste y norte-noroeste. El tercer sistema tiene geneticamente está asociado a los desplazamientos tangenciales entre la Placa Norteamericana y la Placa Caribe que se imician en el Eoceno Medio-Superior originándose fallas de deslizamiento por el rumbo -strikeslip- que en el área están representadas por las estructuras Cananova y El Medio, a través de las cuales ocurre la rotación entre bloques y sub-bloques morfotectónicos. El sistema mas joven corresponde a fallas post-miocénicas resultantes de la descompresión de los bloques sometidos al mayor levantamiento regional, las que se van a caracterizar por una orientación predominante norte-sur y se reflejan en el relieve a través de la formación de barrancos y alineaciones fluviales. • Para el área investigada fueron determinados nueve bloques morfotectónicos, los que se caracterizaron a través de la morfología de sus superficies, litologías que los constituyen, estructuras que los afectan y tendencia de los desplazamientos verticales y horizontales a que están sometidos. Estos bloques constituyen un sistema de horts y grabens que a su vez conforman el mayor bloque en ascenso del extremo nororiental cubano. • En las investigaciones realizadas pudo caracterizarse la actividad neotectónica del territorio, que se pone de manifiesto a través de los sistemas de estructuras activas por medio de movimientos verticales, horizontales y rotacionales entre los diferentes bloques y sub-bloques morfotectónicos. A través de los diferentes métodos empleados se hizo evidente el predominio de los desplazamientos verticales de carácter ascendente, sin negar el papel que desempeñan en la geodinámica territorial los desplazamientos rumbo deslizantes, rotacionales y verticales de descenso relativo. • A partir de la caracterización de los movimientos neotectónicos contemporáneos que se ponen de manifiesto a través de mecanismos lentos y rápidos (sismos), se concluyó la existencia de riesgos de origen geológico para el medio ambiente, determinándose los principales tipos de riesgos específicos posibles a ocurrir para cada una de las dimensiones medioambientales, lo que junto al conocimiento de la susceptibilidad a los daños que pueden provocar y los elementos en riesgo que 100 �A. Rodríguez Infante existen, permitió la determinación de la magnitud del riesgo total para cada punto del territorio, concluyéndose que en las áreas correspondientes a la zona de la presa de agua Nuevo Mundo y en la zona portuaria, donde se encuentra localizada la planta de amoniaco constituyen los sectores de máximo riesgo total del territorio. • Con el estudio de las variables que determinan la magnitud del riesgo total y las principales estructuras activas, se confeccionó el Mapa de riesgos del territorio donde quedaron establecidas cuatro zonas por su grado de peligrosidad ante los efectos de los procesos tectónicos ya sean lentos o violentos. Las zonas de máxima y gran peligrosidad se localizan en las áreas de asentamientos socioeconómicos y en la zona litoral limítrofe con las mismas, mientras que las zonas de menor riesgo se ubican en los sectores interiores de las elevaciones que se desarrollan al sur y centro del territorio, proponiéndose finalmente un plan de medidas generales tendiente a contrarrestar o mitigar los efectos de la actividad tectónica sobre el medio ambiente. Recomendaciones. Después de culminadas las investigaciones del territorio se hace necesario recomendar: • Profundizar en el estudio tectónico de los extremos sureste y suroeste del área investigada y de la parte sur colindante, donde existe un menor volumen de información geológica y geodésica y que constituyen zonas de interés para el territorio por la posible y necesaria expansión de la actividad minera. • Establecer un sistema de control geodésico cíclico alrededor de las estructuras tectónicas activas de mayor influencia en el contexto regional que permita determinar con mayor precisión la magnitud y sentido de los desplazamientos contemporáneos. • Crear las condiciones para el funcionamiento de la estación sismológica y el establecimiento del mareógrafo que permitan caracterizar con mayor exactitud la geodinámica territorial. • Alertar al gobierno municipal y a las instituciones responsabilizadas con la gestión ambiental de los graves riesgos a que se encuentra expuesto el territorio por la 101 �A. Rodríguez Infante degradación progresiva de su superficie, debido al crecimiento socio económico que conlleva a la pérdida del equilibrio en el medio ambiente natural. • A partir del plan de medidas generales propuesto en el trabajo, orientar a los organismos y entidades del municipio la confección de planes específicos de protección ante los riesgos de origen tectónico con vista a mitigar los efectos dañinos. • Profundizar en el estudio de las estructuras con vista a valorar su incidencia en el desarrollo y conservación de la cortezas de intemperismo ferroniquelíferas y otras posibles manifestaciones minerales asociadas a ellas. 102 �A. Rodríguez Infante BIBLIOGRAFIA 103 �A. Rodríguez Infante BIBLIOGRAFIA Publicaciones del autor. Bibliografía Consultada. Publicaciones del autor. 1. García G., Muñoz N., Domínguez E., Rodríguez A. Métodos geólogo- geomorfológicos en la búsqueda y exploración de yacimientos de cortezas de intemperismo ferroniquelíferas en Cuba. 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Boletín geológico, Ingeominas, Vol. 34, No.1, Colombia. 108. Varios. Reporte del terremoto de Moa del 20 de marzo de 1992. Comunicación escrita, 1994 109. Ximenes F. Erosión y la ocupación rural y urbana. Aspectos geológicos de la protección ambiental, Vol. No.I, Oficina regional de ciencia y tecnología, UNESCO, 1995. 110. Yunén R.E. y otros. Guía metodológica de capacitación en gestión ambiental urbana para universidades de América Latina y el Caribe. P.N.U.D.,1996. 116 �A. Rodríguez Infante RELACION DE MATERIALES GRAFICOS Anexos Gráficos. Anexo No.1 Mapa de ubicación geográfica, puntos de muestreo y puntos de control geodésico. Escala del original 1: 100 000. Anexo No.2 Mapa Geomorfológico. Escala del original 1: 50 000. Anexo No.3 Mapa Fotogeológico. Escala del original 1: 50 000. Anexo No.4 Mapa Morfotectónico. Escala del original 1: 50 000. Anexo No.5 Mapa Geodinámico. Escala del original 1: 100 000. Anexo No.6 Mapa de Riesgos. Escala del original 1: 50 000. Figuras. Figura No.1: Esquema tectónico de Cuba oriental según Nagy y otros, 1976. Figura No.2: Esquema tectónico de Cuba oriental según Cobiellas y Rodríguez. Figura No.3: Evolución geológica en la zona límite entre las placas Norteamericana y del Caribe. Figura No.4: Perfiles geodésicos de la línea geodinámica Moa. Figura No.5: Zona de falla Cayo Guam - Quesigua - El Medio. Figura No.6: Mapas morfométricos de la zona Nuevo Mundo, en la falla Moa. Figura No.7: Zona de falla Cananova. Figura No.8: Diagramas de agrietamiento. Figura No.9: Diagramas de agrietamiento. Figura No.10: Zona de origen de terremotos. Figura No.11: Dirección promedio anual de los vientos en la zona de Moa. Tablas. Tabla I: Litologías presentes en el área de estudio. Tabla II: Criterios de identificación de fallas. Tabla III: Características de los bloques morfotectónicos. Tabla IV: Valores del riesgo total. 117 �A. Rodríguez Infante Fotografías. Fotografía No.1: Falla Cayo Guam. Fotografía No.2: Falla Moa. Fotografía No.3: Falla Miraflores. Fotografía No.4: Falla Cabaña. Fotografía No.5: Falla Cananova. 118 �ANEXOS �dH,mm 20 0 614785 PGM-18 615498 PGM-17 PGM-16 615449 615500 PGM-15 614782 0-155X 614780 69994 PGM-14 614777 PGM-13 615501 PGM-12 615502 614773 PGM-11 PGM-10 PGM-9 614768 615214 614771 PGM-8 615503 PGM-7 615504 615049 615506 PGM-6 614765 PGM-5 614764 69634 69633 PGM-4 PGM-3 69630 PGM-2 869627 614765 PGM-1 69625 -40 615505 -20 PTOGR MOA A -60 0 20 40 60 dH,mm 20 0 4/1990 - 12/1993 -20 B -40 4/1990 - 11/1994 -60 80 10/1996 40 12/1997 4/1996 6/1995 0 11/1994 C - 40 11/1995 - 80 Figura No.4: Perfiles geodésicos de la línea geodinámica Moa. A: Ciclo 12/93-11/94, B: en rojo 4/90-12/93, en azul 4/90-11/94 y C: líneas de diferencia respecto a 12/93. ��Figura No. 6: Mapas Morfométricos de Moa, en la zona de Nuevo Mundo. ��Figura No. 7: Zona de la falla Cananova. 1. Falla Cananova, 2. Fallas, 3. Dirección del agrietamiento, 4. Escarpe, 5 y 6. Isobasitas de segundo y tercer orden, 7. Zona de minería, 8. �Divisoria de las aguas, 9. Relieve de montaña y 10. Relieve de llanura. . �Figura No. 8: Diagramas de Agrietamiento. A y B, Puntos situados en el bloque Miraflores, al norte de la falla Cananova, D y E, al sur de la misma falla y equidistantes de los puntos anteriores, C y F, diagramas resúmenes del agrietamiento de los bloques Miraflores Norte y Sur respectivamente; G, H e I, puntos situados en el bloque El Toldo al norte y sur de la falla Punta Gorda y al suroeste de Cayo Guam. ��Figura No. 9: Diagramas de Agrietamiento. J y K, puntos situados en el bloque El Toldo, en la zona de Calentura; L y M, corresponden a la parte occidental y nororiental del bloque Cayo Guam; N y O, a los bloques Cupey Norte y Sur respectivamente. �Figura No. 10: Zona de origen de terremotos. Región Oriental de Cuba. CENAIS, 1982. 1-1: Oriente 1 (8), 1- 2: Oriente 2 (7,6), 1- 3: Oriente 3 (7,6), 2: Cauto - Nipe (7), 3- Sabana (6- 7), 4: Cauto- Norte (6,5), 5: Baconao (6- �7), 6: Purial (6,5), 7: Santiago -Moa (5), 8: Palenque (5), 9: Guaso (5), 10: Santiago – Bayamo (5,5), 11: Bayamo (6) y 12: Cubitas (5,5). �MOA MIRAFLORES CABAÑA QUESIGUA N48ºE N25ºE N35ºE N25ºW N56ºE N70ºE N10ºE N40ºW ESPEJOS DE FRICCION FORMACION DE ESCARPES DE FALLAS MINERALIZACION SECUNDARIA EPITERMAL ANOMALIAS GRAVIMETRICAS FORMACION DE BARRANCOS VARIACION DIRECCION DEL AGRIETAMIENTO DESPLAZ. ELEMENTOS GEOLOGO ESTRUCT. CIZALLAMIENTO INTENSO VARIACIONES HIPSOMETRICAS BRUSCAS ALINEACION BRUSCA DEL RELIEVE DESPLAZA. GEODESICO VERTICAL CAMPO MAGNETOMETRICO ANOMALO ALINEACION GRADIENTE MAGNETOMETRICO ALTERACION DE VALORES MORFOMETRICOS CONTACTOS LITOLOGICOS ALINEADOS DESPLAZ. DE LINEAS COSTERAS RECTIFICACION DE COSTAS RECTIFICACION DE SISTEMAS FLUVIALES ALINEACION DE CURSOS FLUVIALES DESPLAZ. DEPOSITOS CUATERNARIOS DESPLAZ. BARRERA ARRECIFAL VERTICALES CAYO GUAM N10ºW N30ºW N15ºW HORIZONTALES P LOS INDIOS ORIENTACION NOMBRE SISTEMA A L E O G E N I C O DESPLAZAMIENTO DEL RELIEVE Tabla II. Criterios de identificación de fallas. CRITERIOS DE IDENTIFICACIÓN E INTERPRETACION ESTRUCTURAS DESPLAZAMIENTOS 0,7 km 1,5-2,5 km 8mm/0,9a 1 km 16mm/0.9a 0,5 km 3 km 8mm/0,9a salto 400m 9mm/0,9a 1,6-2 km 2mm/0,9a �MAQUEY MIO CANANOVA CE NI EL MEDIO CO N65ºE N78ºE N53ºW N40ºE 1,5 km 1,5 km 80 m �BLOQUES RELIEVE ISOBASITAS (m) DO 2 Cananova Miraflores Cabaña Maquey El Lirial Moa El Toldo C.Guam Cupey ORDEN Llanuras Montañas bajas disec, Llanuras y premontañas Montañas bajas Premontañas Llanuras y Mont. bajas Montañas bajas Montañas bajas Premontañas y Mont. bajas ER 3 DISECCION VERTICAL (m/km2) DIRECCION AGRIETAMIENTO TENDENCIA DE LOS MOVIMIENTOS RELATIVOS VERTICALES HORIZONTALES ORDEN 50 40 10-70 N40ºE, N45ºW Descenso 300 100 230-390 N25ºE, N15ºE Ascenso 200 150 40-100 400 350 450 250 150 60-130 350 300 370 N20ºE Ascenso NE 900 800 550 N85ºW Ascenso NE 300 250 230 N5ºE, N78ºE Ascenso S 450 350 460 N50ºW, N50ºE Ascenso Descenso N40ºW SE N-NW NE SW E Ascenso Ascenso Tabla # 2: Características de los bloques morfotectónicos � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio morfotectónico de Moa y áreas adyacentes para la evaluación de riesgos de génesis tectónica Creator An entity primarily responsible for making the resource Alina Rodríguez Infante Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 1998 Type The nature or genre of the resource Tesis de doctorado https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/059edd1ff3417652e97901bec4cea2bd.pdf e2dd3ca39e76f4d1d350f6bf90fe9e6f PDF Text Text TESIS ESTUDIO TÉCNICO SOBRE LOS MATERIALES SERPENTINÍTICOS DEL TÚNEL MAYARÍ-LEVISA PARA SU EMPLEO COMO ÁRIDOS EN HORMIGONES Reinier Leyva Avila �Página legal Título de la obra: Estudio técnico sobre los materiales serpentiníticos del túnel MayaríLevisa para su empleo como áridos en hormigones, 103pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2016 -- ISBN: 1.Autor: Reinier Leyva Avila 2.Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �REPUBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACION SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALURGICO DE MOA “Dr. ANTONIO NUÑEZ JIMENEZ” FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA ESTUDIO TÉCNICO SOBRE LOS MATERIALES SERPENTINÍTICOS DEL TÚNEL MAYARÍ-LEVISA PARA SU EMPLEO COMO ÁRIDOS EN HORMIGONES. Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Geología Maestría en Geología, Mención Geotecnia e Hidrogeología 9na Edición Autor: Ing. Reinier Leyva Avila Tutor: Dr. C. Carlos Leyva Rodríguez Moa, 3 de julio del 2015 “Año 57 de la Revolución” �Ing. Reinier Leyva Avila ÍNDICE PENSAMIENTO ......................................................................................................... I AGRADECIMIENTOS ............................................................................................... II RESUMEN ............................................................................................................... III SUMMARY .............................................................................................................. IV INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 3 CAPÍTULO I: CARACTERÍSTICAS FÍSICO GEOGRÁFICAS Y GEOLÓGICAS DE LA REGIÓN DE ESTUDIO...................................................................................... 10 1.1 Introducción. ....................................................................................................................10 1.2 Características geográficas del área de estudio. ...............................................................10 1.2.1 Clima. ............................................................................................................................11 1.2.2 Vegetación. ....................................................................................................................11 1.2.4 Red Hidrográfica. .........................................................................................................13 1.2.5 Vías de comunicación...................................................................................................13 1.2.6 Características socioeconómicas. .................................................................................13 1.2.7 Características geológicas de la región. .........................................................................14 1.2.8 Características geológicas del área de estudio. ..............................................................17 1.2.9 Particularidades geomorfológicas del área de estudio. .................................................18 1.2.10 Condiciones hidrogeológicas del área de estudio. ......................................................22 1.2.11 Caracterización tectónica de la zona. .........................................................................23 1.3 Conclusiones....................................................................................................................24 CAPÍTULO II: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Y VOLUMEN DE LOS TRABAJOS REALIZADOS. ................................................................................... 25 2.1 Introducción. .....................................................................................................................25 2.2 Metodología de la investigación. .....................................................................................25 2.3 Primera etapa. ..................................................................................................................26 2.4 Segunda etapa. .................................................................................................................30 2.5 Tercera etapa....................................................................................................................37 2.6 Conclusiones. ................................................................................................................47 CAPÍTULO III. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS. ......... 48 3.1 Introducción. ....................................................................................................................48 3.2 Resultados sobre los tipos litológicos que componen el túnel Mayarí- Levisa. ...............48 1 �Ing. Reinier Leyva Avila 3.3 Caracterización físico–mecánica de los materiales de escombros del Túnel MayaríLevisa. ...........................................................................................................................51 3.4 Resultados de ensayo granulométrico. .............................................................................54 3.5 Resultados sobre las dosificaciones de hormigones obtenidas. ....................... 65 CONCLUSIONES. .................................................................................................. 69 RECOMENDACIONES. .......................................................................................... 70 RELACIÓN DE ANEXOS........................................................................................ 71 BIBLIOGRAFÍA. ..................................................................................................... 73 2 �Ing. Reinier Leyva Avila INTRODUCCIÓN A nivel mundial se emplea la serpentinita como fuente de áridos para la construcción, siendo necesario esclarecer que esta roca no es muy abundante en el mundo. Se denomina áridos: Materiales rocosos naturales que se usan para hacer el hormigón; es decir, la grava y la arena, una serie de rocas que, tras un proceso de tratamiento industrial simple se clasifican por tamaños, en el caso de los áridos naturales o trituración, molienda. Estos materiales se emplean en la industria de la construcción en múltiples aplicaciones, que van desde la elaboración, junto con un material ligante de hormigones, morteros y aglomerados asfálticos, hasta la construcción de bases y subbases para carreteras, vías de ferrocarril, balastos y sub-balastos, o escolleras para la defensa y construcción de puertos marítimos. Los áridos son, por lo tanto, básicos e imprescindibles en la construcción de edificaciones, obras civiles e infraestructuras de cualquier país y por ello, un indicador muy preciso del estado en su economía y de su desarrollo socio-económico. En la mayor parte de las aplicaciones industriales, el empleo del árido se justifica en razón a su comportamiento estable frente a la acción química y los agentes externos, así como a su resistencia mecánica frente a cargas y vibraciones. No se deben considerar como áridos, por lo tanto, aquellas sustancias minerales utilizadas como cargas en diversos procesos industriales por sus características físico-químicas, que afectan sustancialmente al producto obtenido. Para fabricar 1 m3 de hormigón son necesarias entre 1,8 y 1,9 toneladas de áridos, para una vivienda unifamiliar entre 100 y 300 toneladas, para un colegio de tamaño medio o un hospital entre 4 000 y 15 000 toneladas, para un kilómetro de vía férrea unas 1 000 toneladas y para un kilómetro de autopista unas 30 000 toneladas (Carmen Jiménez., 2003). 3 �Ing. Reinier Leyva Avila Según el informe de las Naciones Unidas sobre el hábitat, la población urbana crecerá de 2 860 millones en el 2000 a 4 980 millones en el 2030. El aumento previsto de 2 000 millones en la población del tercer mundo se producirá en especial en las ciudades, por lo que la demanda de materiales de construcción no tendrá precedente en esos países, de similar forma viene ocurriendo en Cuba, con los diferentes programas sociales que está desarrollando la Revolución y la gran demanda de materiales de construcción que esto implica (Carmen Jiménez., 2003). Los áridos son, por lo tanto, básicos e imprescindibles en la construcción y desarrollo de obras civiles e infraestructuras de cualquier país, un indicador muy preciso del estado de su economía y de su desarrollo socio-económico. Cuba, al igual que otros países insulares, no cuenta con las condiciones extraordinarias de reservas naturales que existen en los países continentales. En nuestro país, resulta significativo, la inexistencia de experiencias en el empleo de estas rocas para la obtención de áridos, siendo bastante común su empleo como materiales de relleno, en canteras de préstamo. Se puede afirmar que existe duda para su empleo, sin tomar en cuenta que pueden existir muchas variedades de estas litologías con diferentes grados de serpentinización y de competencia mecánica. Por ejemplo, se han empleado como áridos aluviales en muchas extracciones antiguas y actuales en los municipios del Este de la provincia de Holguín, donde numerosas obras sociales e industriales (incluyendo la industria del Níquel) ofrecen este testimonio. La construcción del trasvase en su segunda etapa presenta 17 km de túnel los cuales se encuentran constituidos por materiales serpentiníticos generando grandes volúmenes de rocas que contaminan el medio ambiental, la cantidad de material resultante de estas excavaciones es significativa, en el caso de los túneles supera los 500 mil m3. Estamos en presencia de enormes depósitos potenciales de materiales para la construcción, que a la vez son considerados desechos por la Empresa Constructora de Obras Hidráulicas (ECOH). En estos casos se buscaría la ubicación de estos materiales, como solución a la problemática de afectación al entorno que estos provocan, y por otra parte disminuir la afectación resultante de la extracción de 4 �Ing. Reinier Leyva Avila materiales de la cantera del Pilón de Mayarí, aluviales de ríos Sagua de Tánamo; pudiendo destinar estas producciones de agregados aluviales para hormigones de mayores prestaciones y de alta resistencias. De lograr confirmar la evaluación positiva de estos materiales serpentiníticos como áridos para la construcción, estaremos contribuyendo a dar un aporte importante al déficit existente de los mismos, y no solo aplicable a estos municipios, sino que puedan ser generalizados estos resultados a muchos otros territorios del país que cuentan con estas litologías. Antecedentes En el mundo se ha utilizado la explotación de minerales serpentiníticos como materiales de construcción. Según (Carmen Jiménez., 2003), los materiales serpentiníticos son el producto resultante del proceso de metamorfismo de las rocas ultrabásicas. Dentro de la clasificación de las rocas ultrabásicas en Cuba, han sido reportadas las siguientes:  Dunitas  Hazburgitas  Lherzolitas  Wehrlitas  Piroxenitas Estas rocas se encuentran ampliamente distribuidas, formando una franja a lo largo de toda la costa norte de la isla, alcanzando extensión de 900 Km. Además de su abundancia en todo el territorio nacional, con ellos se relacionan diversos proyectos constructivos con amplias perspectivas para el desarrollo económico del país en la ejecución de obras hidráulicas. Las rocas ultrabásicas atendiendo a su composición química se caracterizan por presentar muy bajos contenidos de sílice (menor de 45 %) encontrándose dentro de este grupo las peridotitas y piroxenitas. 5 �Ing. Reinier Leyva Avila Con respecto a su composición mineralógica están compuestas por olivino y piroxenos. Por lo que las rocas ricas en olivino reciben el nombre de peridotitas, aunque en algunos petrógrafos excluyen a la dunita y denominan peridotitas a las mezclas con piroxeno. Debido al gran interés que se le atribuye a los áridos como material de construcción, en este trabajo se hará énfasis a sus características más generales en lo que respecta a composición química, mineralógica, dureza, etc. En el área de Bandeira - Silleda (Pontevedra), en España se explota una peridotita serpentinizada, que se destina casi en su totalidad a áridos. La explotación más importante es la cantera de Campomarzo, propiedad de Explotación Minera Campomarzo S.A., que extrae y tritura unas de 300 000 t/año de áridos, destinados a balasto de ferrocarril y obras públicas. 1994, [Consulta: 17de enero, 2013].Http://www.igme.es/internet/recursosminerales/historico/9394/OT_SUST.pdf. RODRÍGUEZ S., V. E. 1985 presentó el trabajo como tema: “Materiales serpentiníticos en la construcción de presas de materiales locales Presas Moa”. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. Trabajo de Diploma. El cual está enmarcado en mostrar el empleo del material serpentinítico en la construcción de presas locales. En la parte general del trabajo se expone el resultado de un análisis detallado de los materiales de archivo y de las investigaciones realizadas para la utilización del material serpentinítico como base de las obras hidráulicas y para su empleo como material de construcción. Abordó además la clasificación de las rocas y su composición química y mineralógica, así como los resultados de las investigaciones geológicas realizadas para el diseño de presas locales en los cuales se han empleado materiales serpentiníticos. LÓPEZ P., L. M. 2006, presentó el trabajo como tema: “Caracterización Geológica de las materias primas mineras de los municipios Moa – Sagua de Tánamo para su empleo como material de construcción”. Trabajo de Diploma. En el cual se estudia y analiza la composición granulométrica del material grueso mayor de 20 mallas para su posible utilización como árido en la construcción y donde el 21,92 % de las muestras está constituido totalmente por material grueso (fragmentos de serpentinitas). 6 �Ing. Reinier Leyva Avila En el 2007, Céspedes en su trabajo, “Caracterización y perspectivas de uso del rechazo serpentinítico de la Empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” como árido para la construcción”, realiza una evaluación de este residuo con el objetivo de utilizarlo en la industria de los materiales de construcción, en el cual fueron tomadas una serie de muestras del material serpentinítico y enviado al Centro Técnico para el Desarrollo de los Materiales de Construcción (CTDMC), donde se realizaron una serie de ensayos destinados a conocer las propiedades físicas, mecánicas y químicas que tendría un árido de este material, teniendo en cuenta los principales aspectos que imposibilitarían su uso, donde se demuestra la factibilidad de empleo de estas rocas como áridos para obras sociales del Gobierno en hormigones hasta 30 MPa. Montero, 2007 en su trabajo, “Caracterización y perspectivas de uso del rechazo serpentinítico de la Empresa “Comandante Pedro Sotto Alba” como árido”, realizó ensayos similares a los de Céspedes (2007), pero en este caso el material que utilizó para los ensayos fue el rechazo serpentinítico de la Empresa Comandante Pedro Sotto Alba. En el año 2007 se expone en el forum municipal del municipio de Moa el siguiente trabajo, ¨Solución al déficit de áridos en el municipio de Moa empleando los desechos serpentiníticos de la Empresa Comandante Ernesto Guevara¨. Teniendo como conclusiones las siguientes:  Basado en los resultados de los ensayos realizados, especialmente Triturabilidad, reacción Árido álcali, abrasión Los Ángeles, se propone la utilización de los áridos triturados procedentes del rechazo serpentinítico de la ECEG para hormigones hidráulicos y asfálticos utilizados en obras que realiza el Poder Popular por sus propios medios, de hasta 25 Mpa.  Incluir definitivamente y de manera oficial a la serpentinita como una roca para la producción de áridos en Cuba, aspecto este que no está aprobado en la clasificación actual de los yacimientos de materiales de construcción en Cuba.  Estudios Regionales de GEOCUBA 2005, Doctor José Manuel CordovezPedrianes, Trasvase Este-Oeste. Estudio Regional Básico a escala 7 �Ing. Reinier Leyva Avila 1:25 000, en el cual se aplicaron técnicas digitales novedosas entre las que se encuentran la Teledetección Digital y la confección del MDT y digitalización de todos los ríos por sus órdenes, permitiendo la realización de interesantes análisis geomorfológicos y tectónicos, así como la confección de mapas y perfiles. Teniendo en cuenta lo anteriormente expresado y el diagnóstico preliminar del volumen del material sobrante de las excavaciones de los túneles Mayarí-Levisa se propuso experimentar con este tipo de roca para lograr incorporarlas como material de construcción con las obras sociales del municipio por lo que se propone el siguiente diseño. Problema: Necesidad de utilizar materiales alternativos para la obtención de áridos en hormigones en el municipio de Mayarí. Objeto de estudio: Los materiales de las excavaciones del Túnel Mayarí-Levisa. Campo de acción: Propiedades de los áridos. Objetivo general: Caracterizar el material sobrante de las excavaciones del Túnel Mayarí-Levisa a través de las propiedades físico – mecánica, para evaluar su uso como árido en hormigones. Objetivos específicos: 1. Caracterizar los tipos litológicos de rocas que componen el túnel Mayarí- Levisa. 2. Caracterización físico–mecánica de los materiales sobrantesdel Túnel MayaríLevisa, según los parámetros normalizados para su empleo como áridos en hormigones. 3. Determinar la dosificación de los materiales sobrantes del Túnel Mayarí-Levisa. 8 �Ing. Reinier Leyva Avila Hipótesis: Si, mediante el análisis físico – mecánico y los parámetros de calidad normalizados se determina la utilización del material sobrante del Túnel Mayarí-Levisa para su empleo como áridos en hormigones, se podrá disminuir el déficit de estos materiales en el Municipio. Aporte científico: El volumen de material sobrante de las excavaciones del Túnel Mayarí-Levisa constituye una gran fuente de recursos para el desarrollo constructivo del municipio Mayarí, de ahí la importancia de su estudio y normalización de los parámetros técnicos del material de las excavaciones. Como aporte de la investigación se tiene: 9 �Ing. Reinier Leyva Avila CAPÍTULO I: CARACTERÍSTICAS FÍSICO GEOGRÁFICAS Y GEOLÓGICAS DE LA REGIÓN DE ESTUDIO. 1.1 Introducción. En el presente capítulo se abordan los basamentos teóricos de la investigación, que comprende los aspectos físico-naturales, descripción geológica del área de estudio, e hidrogeología de la investigación, las mismas parten de una breve descripción de la ubicación geográfica del área, además de las características físico geográficas del área de estudio, clima, vegetación, orografía, red hidrográfica, geomorfológicas, también las diferentes características socioeconómicas que nos permiten elaborar respuesta a los problemáticas que puedan ocurrir en el área de estudio. 1.2 Características geográficas del área de estudio. La ciudad de Holguín está situada en la porción norte oriental de la isla de Cuba. El municipio Mayarí, se localiza en la parte centro–este de la provincia. Al Norte limita con la Bahía de Nipe y el Océano Atlántico, además de los municipios Banes y Antilla, al Sur con la Provincia de Santiago de Cuba (municipios Julio Antonio Mella, San Luis y Segundo Frente), al Este con el municipio Frank País y al Oeste los municipios Cueto y Báguano, como se puede observar en la (Figura 1.1). Su extensión territorial es de 1,310.6 km². 10 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura 1.1. Ubicación geográfica del área de estudio. 1.2.1 Clima. El clima de la región es tropical húmedo, distinguiéndose de acuerdo a la distribución de las precipitaciones dos períodos: seco y húmedo; el primero se extiende de noviembre-abril y el segundo de mayo-octubre, lo que se correlaciona con la distribución interanual del escurrimiento. La precipitación anual oscila entre valores de 1475 a1517 mm según el Mapa de Lluvia media hiperanual 60 años, de (Fernández N. y Maximova O.1992 actualizado en el 2005. 1.2.2 Vegetación. La vegetación original del área y en especial de las zonas más altas (entre 300-500 metros de altura), estaba cubierta mayormente por el bosque, donde se intercalan áreas de bosque de pino y en menor grado zonas con matorral xeromorfo subespinoso (charrascal), su distribución está determinada en lo esencial por el balance hídrico en el suelo, determinado por la relación entre la pendiente del relieve, potencia del suelo y en menor grado la exposición solar. Figura 1.2). 11 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura 1.2 Vegetación natural de charrascos sobre suelo de poca cobertura. 1.2.3 Hidrografía del área de estudio. Esta región está caracterizada por su diversidad y complejidad, existiendo llanuras fluviales, pero sobre todo con el predominio de un relieve montañoso constituido casi en su totalidad por el sistema orográfico o grupo montañoso Nipe-Cristal-Baracoa. También hay predominio de zonas llanas en los valles de los principales ríos, las que se solapan con la llanura litoral norte (fuera de la zona de estudio), siendo las llanuras aluviales más extensas las de las cuencas de los ríos Mayarí y en menor medida Levisa, siguiendo una pequeña llanura aluvial en el río La Ceiba y río Blanco. En ellas se presentan zonas de inundación actual y terrazas elevadas con meandros y cauces abandonados levantados, lo que demuestra una dinámica neotectónica de levantamiento. Las costas en estas llanuras aluviales oscilan entre 12 y 100 m, las pendientes entre 0º y 15º, la disección vertical de 0 a90 m, disección horizontal de 20 a más de 380 m/ha y la disección total de 0 a 150 m/ha. 12 �Ing. Reinier Leyva Avila Hacia la parte Sur el relieve es completamente montañoso, va desde una zona premontañosa (100m a 250 m) hasta elevaciones con más de 250 msnm y hasta 740 msnm. Las pendientes en esta parte van desde 0º a 70º, la disección vertical 0 a 200 m, disección horizontal de 0 a más de 120 m/ha y la disección total de 0 a 460 m/ha. Esta zona montañosa se caracteriza por tener forma de colinas medias a altas, con cimas redondeadas en las elevaciones premontañosas, mesetas lateríticas altas (Pinares de Mayarí al Oeste y elevaciones al Sur de Levisa donde sólo quedan restos de estas estructuras), así como cuchillas y algunos picos bajos. 1.2.4 Red Hidrográfica. Las características del relieve y el régimen de las precipitaciones han favorecido en la formación de una densa red hidrográfica que corre generalmente de Sur a Norte. Dentro de las principales corrientes fluviales se destacan los ríos Mayarí y Levisa, así como los arroyos La Ceiba, Arroyo Blanco y Cajimaya. La red hidrográfica que predomina es detrítica, el nivel de los ríos cambia en dependencia de las precipitaciones. Los niveles más bajos se observan en el período de seca, noviembre-abril y los más elevados en el período de lluvias, mayo-septiembre. Las características generales del escurrimiento en la zona están basadas en crecidas extremadamente rápidas, con descensos más bien lentos. 1.2.5 Vías de comunicación. Fundamentalmente se destaca la carretera principal del país, con su consiguiente extensa red de carreteras y caminos aledaños. Se ha desarrollado la actividad marítima, esto se debe a que el municipio cuenta con un puerto habilitado a tales efectos, que permite exportar e importar la materia prima necesaria para la rama energética, además en Mayarí se implementó una novedosa red telefónica y una estación postal telegráfica que asegura la rápida comunicación con las demás provincias del país y con el extranjero. 1.2.6 Características socioeconómicas. 13 �Ing. Reinier Leyva Avila En su territorio se encuentran la Central termoeléctrica "Lidio Ramón Pérez", puesta en marcha en la década de los 90 del siglo XX, que es la de mayor capacidad de generación de Cuba (560 Mega/Watts); la Fábrica de plástico Cajimaya y otras. Dentro de las actividades económicas fundamentales encontramos, la generación de electricidad, plásticos y accesorios, agricultura no cañera, la ganadería vacuna, la actividad extractiva y forestal, la silvícola, la cafetalera, el comercio, la gastronomía y los servicios, la construcción, la producción alimentaria, las investigaciones, transporte, así como la actividad de la salud, cultura, deporte, educación y la actividad de los servicios comunales y personales entre otros. Mayarí se reafirma como el municipio de mayor generación de energía eléctrica del país, con la entrada en acción en julio del 2009 de ocho motores del nuevo emplazamiento de 24 máquinas, que utilizan el menos costoso fuel oil, y ubicado en un área de 10 mil metros cuadrados, anexo a la Central Termoeléctrica Lidio Ramón Pérez, cercana a la ciudad cabecera municipal. La tecnología empleada es de la firma coreana Hyundai. Así se refuerza el liderazgo eléctrico nacional de Mayarí, que tributa en total 605 Mw (el 17% de la electricidad del país), además es uno de los municipios que se encuentra dentro del Programa Integral de Desarrollo del País, lo que le ha permitido desarrollar sus fuerzas agrícolas y obtener grandes producciones, también con la terminación de la segunda etapa del trasvases le permitirá integrar otras áreas para la producción de leche, caña, granos y dos nuevas PCHE que contribuirán a la generación de energía nacional del País. 1.2.7 Características geológicas de la región. Trabajos precedentes muestran la alta complejidad desde el punto de vista geológico que posee la región de estudio, en la misma afloran formaciones geológicas de las más diversas edades, composición litológica y génesis, constituyendo claras evidencias de un desarrollo geológico sumamente complejo, que se refleja en una elevada complejidad estratigráfica y tectónica (Figura 1.3). Según Iturralde-Vinent en Cuba se pueden reconocer dos elementos estructurales principales: El cinturón plegado y el neoautóctono. El cinturón plegado está integrado 14 �Ing. Reinier Leyva Avila por unidades continentales y oceánicas. Sólo la segunda de estas unidades aflora en la región de estudio, representada por los siguientes elementos estructurales (Martínez R. 2015)  Arco de isla volcánico del cretácico (paleoarco).  Ofiolitas septentrionales.  Cuencas transportadas (piggy back) del Campaniense tardío- Daniense.  Arco de isla volcánico del Paleógeno o neoarco.  Cuencas transportadas (piggy back) del Eoceno Medio-Oligoceno. El Neoautóctono está representado en el área por secuencias del Post-Eoceno. Figura 1.3 Esquema Geológico de la región (Martínez R.2015). Asociación Ofiolítica: representada por peridotitas serpentinizadas, entre las que se encuentran imbuidos tectónicamente cuerpos de gabros y diabasas de alta dureza. Afloran aproximadamente en el 90 % en toda la zona y en el 100 % del trazado. Estas secuencias están muy tectonizadas, observándose dentro de ellas varios sistemas de grietas, fallas imbricadas y escamas tectónicas con planos que pueden aparecer con yacencia baja a casi horizontal y entre estos planos puede aparecer milonitización y minerales del grupo serpentinítico, donde no siempre el patrón de agrietamiento de la 15 �Ing. Reinier Leyva Avila escama superior e inferior se corresponde, pudiendo ser el superior menos agrietado que el inferior o viceversa, edad es Jurásico Superior al Cretácico (Martínez R.2015). Fm la Picota: a pesar de no estar representada en el mapa geológico, se conoce de su existencia en afloramientos en el río Levisa y se le ha reportado incluso en la antigua mina agotada Martí, lo que ocasionaba serios problemas con la ley mineral en algunos sectores, (Martínez R.2015). Está formada por conglomerados polimícticos con intercalaciones de areniscas polimícticas y conglomerados mal seleccionadas. Sus relaciones estratigráficas en la zona no se observan, siendo todos sus contactos tectónicos (Martínez R. 2015). Su edad es del Cretácico Superior (Campaniano) al Cretácico Superior (Maestrichtiano). Fm Mucaral: se desarrolla en forma de parches pequeños al Noroeste y Noreste de la zona de estudio. Está formada por margas con intercalaciones de calizas arcillosas, areniscas polimícticas, conglomerados polimícticos, limolitas, tufitas y algunas tobas bentonitizadas. Yace discordantemente sobre las secuencias de la asociación ofiolítica y está cubierta discordantemente por la Formación Bitirí y depósitos aluviales. Se depositó en aguas marinas profundas. Su potencia aproximada puede alcanzar hasta 300 m y su edad va desde el Eoceno Medio (parte alta) al Eoceno Superior (Martínez R.2015). Fm Bitirí: aflora al noroeste de la zona, formada por calizas de matriz fina, duras, compactas, carsificadas, que contienen ocasionalmente fragmentos de corales y grandes Lepidocyclinas de colores amarillo-grisáceo a carmelita. Yace discordantemente sobre la Formación Mucaral y las secuencias ofiolíticas. Está cubierta discordantemente por la formación Río Jagüeyes. Son depósitos biohérmicos, con abundantes algas y periarrecifal, que contiene asociaciones bentónicas. La influencia terrígena es muy subordinada, observándose en algunas muestras escaso material volcánico redepositado y cuarzo detrítico, en dependencia de las áreas de suministro (Martínez R.2015). Potencia aproximada de 40 m ó más y la edad es Oligoceno Superior al Mioceno Inferior. 16 �Ing. Reinier Leyva Avila Fm Río Jagüeyes: sus afloramientos se encuentran en ambos lados del río Mayarí y en zonas de Frank País en la provincia de Holguín. Constituida por limolitas, areniscas, gravelitas polimícticas de matriz arenácea a arcillosa con cemento carbonático escaso o ausente y margas arcillosas y arenáceas, fosilíferas, alternando con calizas biodetríticas, calizas biohérmicas, calcarenitas y arcillas. Las arcillas y limolitas pueden ser yesíferas. Predominan los colores crema, grisáceo y carmelita (Martínez R.2015). Yace discordantemente sobre la formación Bitirí. Está cubierta discordantemente o con parcial concordancia por la Formación Júcaro y discordantemente por la formación Jaimanitas, ambas fuera del área hacia el norte. Potencia aproximada de 150 m y edad del Mioceno Inferior (parte alta) al Mioceno Superior (parte baja). Depósitos aluviales (al Q2): formados por los depósitos aluviales arcillo limosos, areno gravosos en algunos sectores, cíclicos, con estratificación cruzada o sin estratificación (caóticos). Su potencia puede superar los 5 m y su edad es Holoceno (Martínez R.2015). Corteza de Intemperismo ferro-niquelífera: color rojo ladrillo u ocre, está formada por 4 horizontes bien definidos: 1) Serpentinitas lixiviadas, 2) Nontronitas u ocres estructurales, 3) Ocres inestructurales y 4) Perdigones. Su potencia puede superar los 10 m y su edad es Pleistoceno-Holoceno. 1.2.8 Características geológicas del área de estudio. La principal litología presente en el área de estudio son las serpentinitas con distinto grado de serpentinización y con distinta fábrica secundaria (Figura 1.4). La caracterización de la fábrica secundaria es muy importante desde el punto de vista ingeniero-geológica toda vez que influye en su comportamiento geomecánico; poder determinar la zona de desarrollo de estas litologías tributa a un mejor conocimiento del cuadro geológico (Sánchez S.2006). 17 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura 1.4. Esquema Geológico de la zona de estudio. 1.2.9 Particularidades geomorfológicas del área de estudio. Según la clasificación geomorfológica de (Cordovés P. J. M. et al.2006) se identificaron cuatros bloques: Bloque A: representa las zonas más bajas de la región, presenta una textura fina y coincide principalmente con los depósitos aluviales de los ríos y la Fm. Jagüeyes, estas secuencias constituyen sedimentos de grandes espesores de variada composición. La red de drenaje es escasa y representa sólo una pequeña área al NW de la región y en las terrazas de los ríos Mayarí, Levisa y Sagua (Cordovés P. J. M. et al.2006). Bloque B: coincide con las zonas más elevadas, predominan los procesos denudativos y denudativos-acumulativos; afloran las rocas de la asociación ofiolítica. Se presenta como una gran zona al centro Norte del área y se caracteriza por constituir una zona elevada erosionada por los cauces de los ríos Mayarí y Levisa. La densidad del drenaje es alta presentando altos valores de disección vertical, lo cual denota movimientos de elevación de los bloques acompañado por intensos procesos erosivos sobre todo en el curso de los ríos antes mencionados. La configuración de la red es radial, manifestando 18 �Ing. Reinier Leyva Avila la tendencia del bloque al levantamiento y las superficies pleniplanizadas. En las zonas más elevadas evidencia la combinación de los procesos neotectónicos y la intensidad de los procesos erosivos. Una parte de este bloque se encuentra separado del anterior y se manifiesta en el extremo SE del área investigada. Aunque en una posición hipsométrica menor este manifiesta similares características a las planteadas. Las litologías más representativas son las de la asociación ofiolítica y de la formación Santo Domingo, prevalecen las rocas vulcanógenas y vulcanógenas sedimentarias (Cordovés P. J. M. et al.2006). Bloque C: se caracteriza por una textura tendiendo a fina lo que evidencia la presencia de materiales quebradizos. Por lo general en este bloque se manifiestan las formaciones carbonatadas como Mucaral y Maquey, vulcanógenas y vulcanógenassedimentarias como Santo Domingo y Mícara. Desde el punto de vista hipsométrico el bloque se representa entre zonas bajas, con límite en las terrazas del río Sagua (Bloque A), y la región de premontañas, presentando rasgos geomorfológicos de zonas acumulativas y denudativo-acumulativa. Los rasgos de afectación estructural son evidenciados en este procesamiento denotando un intenso agrietamiento con direcciones preferenciales NE- SO y NW-SE.Cordovés P. J. M. et al.(2006). Bloque D: como característica principal tiene el estar limitado por una estructura del relieve de forma elipsoidal rodeando al sector más oriental del Bloque B. En él están presentes las formaciones carbonatadas como Yateras, yaciendo en forma de casquetes principalmente sobre la formación Sagua que tienen una componente más arcillosa que la primera. En la formación Yateras se denota una red de drenaje poco densa, con evidencias de estar altamente carsificadas sobre todo en los sectores más potentes. Al Sur predominan las litologías de margas, areniscas, limonitas y arcillas calcáreas. Según la clasificación geomorfológica de (Cordovés P. J. M. et al.2006), la zona de estudio se encuentra en su totalidad dentro de la Zona B, que es elevada y donde predominan los procesos denudativos y acumulativos. 19 �Ing. Reinier Leyva Avila Existe una relación directa entre las litologías, estructuras geológicas y movimientos neotectónicos con la zonación geomorfológica propuesta por (Cordovés P. J. M. et al.2006) y modificada por (Sánchez S.2006). A continuación se describe la zona geomorfológica presente en la zona de estudio: Zona B: se desarrolla sobre peridotitas serpentinizadas, gabros y rocas metamórficas, coincide con la zona más elevada, predominan los procesos denudativos y denudativos-acumulativos; afloran las rocas de la asociación ofiolítica. Se caracteriza por constituir una zona elevada erosionada por los cauces de los ríos de montaña. La densidad del drenaje es alta, presentando altos valores de disección vertical, lo cual denota movimientos actuales de elevación de los bloques, acompañado por intensos procesos erosivos sobre todo en el curso de los ríos. La configuración de la red es radial, manifestando la tendencia del bloque al levantamiento y las superficies peniplanizadas en las partes más elevadas, evidencia la combinación de los procesos neotectónicos y la intensidad de los procesos erosivos (Sánchez S.2006).  Serpentinitas esquistosas y budinadas. Se caracteriza por la presencia de serpentinita esquistosa, plegada con budinas espaciadas de tamaño medio a grande. Las serpentinitas esquistosas presentan una dureza blanda y las budinas son de dureza media. El grado de meteorización es de categoría II (algo meteorizada), en las grietas y planos de esquistosidad se observa humedad. Las grietas aparecen juntas con una continuidad de alta a muy alta predominando las de abertura cerrada y en menor medida abiertas, la rugosidad es escalonada rugosa y ondulada rugosa (Sánchez S.2006). Las budinas por lo general son rocas más duras que la zona que la bordea las cuales son esquistosas, desde el punto de vista ingeniero-geológico (Sánchez S.2006).  Serpentinita budinada y foliadas. Se caracterizan por el predominio de budinas de serpentinitas sobre la matriz esquistosa a brechosa fina de serpentinita, aparecen pequeños pliegues. La dureza de las budinas es mediana y de las foliadas son blandas. Ambas están algo meteorizadas. En las grietas se observa humedad, estas se encuentran muy juntas a juntas con una 20 �Ing. Reinier Leyva Avila continuidad de alta a muy alta, con abertura predominantemente del tipo cerrada y en menor medida abierta, la rugosidad de las superficies de agrietamiento va de escalonada rugosa a ondulada rugosa (Sánchez S.2006).  Serpentinita agrietada y/o brechosa media. Son muy frecuentes a lo largo de la traza del Túnel y se caracterizan por presentar bloques brechoso de tamaño medio entre 10-30 cm. Por su dureza se clasifican como rocas medias a blandas, algo meteorizadas. Aunque no se comprobó, es posible la circulación de agua por las zonas de mayor agrietamiento. Las grietas están separadas, tienen una continuidad alta, son abiertas en superficie y sus planos son ondulados rugosos y escalonados-rugosos, aunque en profundidad, alejado de la zona de meteorización los planos son por lo general cerrados, y si están abiertos, están rellenos generalmente de serpofita, aunque pueden tener otros rellenos como arcillas, carbonatos y más raramente cuarzo. Cuando están abiertos sin relleno por lo general su abertura está en el orden del milímetro o fracción del milímetro (Sánchez S.2006).  Serpentinita agrietadas y/o brechosas gruesas. La Serpentinita brechosa gruesa no aflora a lo largo de la traza, sino en sus inmediaciones tanto al sureste como al noroeste del mismo. Se caracteriza por el predominio de los bloques grandes con dimensiones de 30-100 centímetros. La dureza es predominantemente media, presentándose algo meteorizada, sin presencia de humedad. Las grietas se encuentran muy separadas con una continuidad muy alta, por su abertura pueden ser abiertas y anchas; la rugosidad predominante es la ondulada rugosa y escalonada rugosa (Sánchez S.2006).  Serpentinita maciza agrietada. La Serpentinita maciza brechosa no aflora a lo largo de la traza, sino en zonas cercanas al sureste y noroeste de la traza. Se caracteriza por estar dividida en bloques muy grandes con dimensiones mayores de 100 centímetros con una dureza media y un grado de meteorización de categoría II. Excepcionalmente en alguna grieta abierta se localiza humedad o goteo de agua. El agrietamiento se presenta con un espaciado muy 21 �Ing. Reinier Leyva Avila separado con una continuidad alta, la rugosidad es escalonada, rugosa a ondulada rugosa (Sánchez S. 2006).  Gabros. En el levantamiento ingeniero-geológico realizado por (Blanco B. R. M. el al. 2009), se detectaron abundantes bloques angulosos de gabro microcristalino gris oscuro con brillo de los pequeños cristales de piroxeno y plagioclasa básica, dándole un parecido a una piedra de esmeril artificial, además de presentar una gran dureza. Por lo general afloran en las partes más elevadas de los trazados, donde al parecer se encuentran in situ en la profundidad, como demuestran las altas resistividades de la tomografía eléctrica realizada y que parece contornear la forma de estos cuerpos que fuera un gran sills y/o dique intrusivo en su formación inicial y que en su emplazamiento tectónico fluyó entre los bloques de serpentinita, dejando entre esta y el gabro una banda esquistosa de pequeño espesor desde algunos centímetros hasta algo más de 50 cm. En la parte superior este esquisto serpentinítico se ha alterado hasta formar suelo, mientras que el gabro apenas tiene una pequeña pátina de alteración de pocos milímetros. Esta litología es sumamente dura al golpe de piqueta, desprendiendo abundantes chispas al ser golpeado. Es posible observar también gran cantidad de bloques sueltos de esta litología hacia las partes más bajas, los cuales en muchos casos tienen forma de cantos algo redondeados, lo que demuestra que descendieron de las partes más altas. Cordovez P. et al. (2009), plantea que esto puede ser por la presencia de restos de un antiguo olistostroma en la cercanía de la zona de estudio. 1.2.10 Condiciones hidrogeológicas del área de estudio. En el área de estudio se encuentra el complejo acuífero de las aguas fisurales de las rocas ultrabásicas. Estas aguas se encuentran en grietas y fisuras de las serpentinitas y gabro-diabasas, caracterizándose por presentar bajos caudales.En la investigación del Tramo I (Sánchez Rivas, et al.1991),se obtuvieron gastos específicos que varían desde 0.0035 a 0.075 l/min/m y coeficientes de filtración que van desde 0.003 hasta 0.073 m/día, en la actual investigación se hicieron pruebas de vertimientos en la Cala 22 �Ing. Reinier Leyva Avila Nº 8 y no se obtuvieron valores por frecuentes fugas de agua en profundidad, lo que demuestra la presencia de fallas subhorizontales a diferentes niveles con alta permeabilidad. En la cala antes mencionada se cortó el agua a 4.71 m y sin embargo al perforarse más abajo se produjo fuga de agua, abatiéndose los niveles freáticos. De acuerdo a los valores de los coeficientes de filtración obtenidos, se pueden clasificar estas rocas como prácticamente impermeables o muy poco permeables (acuitardo), sin embargo en las zonas de fallas, el gasto específico y el coeficiente de filtración serán mayores (100 a 200 m/d ó 0.1157 a 0.2315 cm/s). De acuerdo a las características de filtración del macizo, sólo se deben esperar afluencias considerables de agua en las zonas de influencia de fallas. Por lo complicado del cuadro tectónico y por la experiencia que se tiene de investigaciones vecinas (por analogía), las aguas se mueven desde el macizo rocoso hacia los arroyos y ríos que hay en el área, siendo la divisoria las cimas del trazado. En todo el Tramo III, durante los trabajos de campo, se observaron pocos manantiales por lo general de muy bajo gasto, aunque si se describieron unas cuantas corrientes superficiales en cañadas que marcan la superficie del agua subterránea. 1.2.11 Caracterización tectónica de la zona. Lo diferentes eventos tectónicos que ocurrieron en la región y afectaron las rocas de la zona de estudio, generaron estructuras superpuestas a las litologías presentes de la asociación ofiolítica, encontrándose grietas iniciales formadas durante el proceso de riftogénesis durante la formación de estas secuencias y diques de gabro-diabasa durante el Jurásico tardío y el Cretáceo inferior, más tarde desde el maestrictiano al Eoceno medio parte alta ocurre la colisión del arco Cretácico con la Plataforma de Bahamas, cerrando el mar marginal entre ambas estructuras, formando escamas tectónicas de bajo ángulo, corrimientos y fallas de deslizamiento por el rumbo, todo en un ambiente combinado marino-continental, que fue creando una especie de nappes o escamas tectónicas combinados con depósitos caóticos de cuencas superpuestas, que dieron origen a la Fm. La Picota y que da la apariencia a todo el conjunto regional de 23 �Ing. Reinier Leyva Avila un gran mega-melange, interpretado por Cordovés y Quintas como macromelange(CordovésPedrianes J. M. 2009). Entre el Daniano y el Eoceno medio se desarrolló próximo a la zona el arco de islas terciario que dejó sus huellas en las soluciones hidrotermales que provocaron el relleno de muchas de las grietas. A este evento se superpusieron en el Oligoceno y Eoceno eventos que complicaron aún más el cuadro geólogo-estructural y que determinaron todas juntas las principales direcciones estructurales que van desde el noreste hasta el noroeste y las más jóvenes con dirección norte-sur. Las dislocaciones este-oeste por lo general de bajo ángulo, son las más antiguas vinculadas al emplazamiento tectónico de las rocas de la asociación ofiolítica. Entre las estructuras geológicas están los pliegues, grietas y fallas de diferente ángulo y mecanismo de formación. 1.3 Conclusiones. En el capítulo se logró describir las principales características físico-geográficas de la región de estudio de las cuales se llegó a la conclusión de que la región se encuentra constituida en su mayor parte por peridotitas serpentinitas con presencia de gabro. En el municipio de Mayarí existen las condiciones idóneas para el procesamiento del material estudiado sin realizar grandes inversiones, por lo que se reducen las áreas de escombro, logrando disminuir considerablemente la afectación al medio ambiente, partiendo de las características geomorfológicas de la región. 24 �Ing. Reinier Leyva Avila CAPÍTULO II: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Y VOLUMEN DE LOS TRABAJOS REALIZADOS. 2.1 Introducción. En este capítulo se destacan las tres etapas de trabajo realizadas durante la investigación (Figura. 2.1), partiendo de una primera parte con la búsqueda de todas las bibliografías de los trabajos precedentes relacionados con la temática, posteriormente se pasó a la segunda etapa del trabajo donde se realizaron los trabajos de campo y de laboratorio, una tercera con el objetivo de procesar los resultados obtenidos que satisfagan la posible utilización de los escombros de los Túneles como árido para la industria de la construcción en hormigón. 2.2 Metodología de la investigación. El trabajo se desarrolló en tres etapas fundamentales las que se muestran en el presente organigrama: Figura 2.1 Organigrama de la investigación. 25 �Ing. Reinier Leyva Avila 2.3 Primera etapa. El Túnel Mayarí-Levisa es una obra subterránea que va desde la Presa Mayarí hasta la Presa Levisa, con el objetivo de trasvasar agua. Toda la zona a investigar está entre las coordenadas Lambert X1=622000 a X2=636000 y Y1=215000, Y2=221000 en las hojas cartográficas 1:50 000 de Mayarí 5077-I para una superficie total de 84.0 km2. Es necesario ver el trazado general del Túnel en toda su extensión, por lo que (Cordovez P. y Quintas C. 2009), propusieron reducirla a un área más adecuada para este tramo entre las coordenadas X1=623200, X2=624200, Y1=215060 y Y2=216790. En esta etapa se seleccionó el área donde se iban a desarrollar los trabajos, se partió de los objetivos a evaluar, los cuales se localizan en el grupo montañoso Nipe-CristalSagua-Baracoa. Por una parte los diferentes tramos del Túnel Mayarí-Levisa, Conexión I, Conexión II que se encuentra en construcción por la Empresa Constructora de Obras Hidráulicas (ECOH). Los trabajos de búsqueda y revisión bibliográfica precedentes relacionados con la temática, se efectuaron en el Fondo Geológico del departamento de Geología y Minas, en las empresas: RAUDAL (Empresa de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos), ENIA (Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas); Geominera Oriente, en Santiago de Cuba y búsquedas en Internet. Se consultaron los trabajos anteriores de la región y el área de estudio, en cuanto a la geología, geotecnia, hidrología, morfología, entre otros. Esto se obtuvo de informes, tesis doctorales, tesis de maestrías, tesis de grado, revistas, libros especializados, folletos. También se consultó la bibliografía especializada nacional e internacional sobre estudios de los materiales serpentiníticos empleándolo como material para la construcción, así como las exigencias y normas establecidas para el estudio de áridos en hormigones, lo cual nos permitió establecer el marco teórico y conceptual de la investigación. 26 �Ing. Reinier Leyva Avila 2.3.1 Análisis de la información. De los pocos trabajos realizados sobre la temática en cuestión, es importante decir que todos constituyen un punto de partida para otros trabajos relacionados con el tema, ya que explican de manera concreta la importancia de la utilización de estos tipos de rocas para dar soluciones constructivas a las necesidades del municipio. De los estudios realizados sobre la temática, a pesar de que no son muchos, todos constituyen de una manera u otra una importante fuente de referencia sobre la utilización de estos materiales como materias primas para la construcción y que tributan a la zona de estudio, trazando una dirección importante en las investigaciones. Los términos, normas, regulaciones y definiciones a emplear se establecieron en esta etapa con el fin de unificar criterios para lograr una mejor interpretación de los resultados a obtener. Hormigón: material resultante de la mezcla de cemento (u otro conglomerante) con áridos (grava, gravilla y arena) y agua. La mezcla de cemento con arena y agua se denomina mortero. Existen hormigones que se producen con otros conglomerantes que no son cemento, como el hormigón asfáltico que usa betún para realizar la mezcla. El cemento, mezclado con agua, se convierte en una pasta moldeable con propiedades adherentes, que en pocas horas fragua y se endurece tornándose en un material de consistencia pétrea. Figura. 2.2 Hormigón armado. 27 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura. 2.3 Hormigón pretensado. Tipos de Hormigones. Hormigón ordinario También se suele referir a él denominándolo simplemente hormigón. Es el material obtenido al mezclar cemento portland, agua y áridos de varios tamaños, superiores e inferiores a 5 mm, es decir, con grava y arena. Hormigón en masa Es el hormigón que no contiene en su interior armaduras de acero. Este hormigón solo es apto para resistir esfuerzos de compresión. Hormigón armado Es el hormigón que tiene en su interior una armadura de acero especial sometida a tracción. Puede ser pre-tensado si la armadura se ha tensado antes de colocar el hormigón fresco o post-tensado si la armadura se tensa cuando el hormigón ha adquirido su resistencia. (Figura. 2.2). Hormigón pretensado Es el hormigón que tiene en su interior una armadura de acero especial sometida a tracción. Puede ser pre-tensado si la armadura se ha tensado antes de colocar el hormigón fresco o post-tensado si la armadura se tensa cuando el hormigón ha adquirido su resistencia. (Figura. 2.3). Mortero Es una mezcla de cemento, agua y arena (árido fino), es decir, un hormigón normal sin árido grueso. Hormigón ciclópeo Es el hormigón que tiene embebidos en su interior grandes 28 �Ing. Reinier Leyva Avila piedras de dimensión no inferior a 30 cm. Hormigón sin finos Hormigón aireado o Se obtiene incorporando a la mezcla aire u otros gases derivados de reacciones químicas, resultando un hormigón baja densidad. celular Hormigón densidad Es aquel que sólo tiene árido grueso, es decir, no tiene arena (árido menor de 5 mm). de Fabricados con áridos de densidades superiores a los alta habituales (normalmente barita, magnetita, hematita...) El hormigón pesado se utiliza para blindar estructuras y proteger frente a la radiación. Dosificación: implica establecer las proporciones apropiadas de los materiales que componen al concreto, a fin de obtener la resistencia y durabilidad requeridas, generalmente expresado en gramos por metro (g/m). Árido: se denomina al material granulado que se utiliza como materia prima principal en la construcción del hormigón. El árido se diferencia de otros materiales por su estabilidad química y su resistencia mecánica, y se caracteriza por su tamaño, las dimensiones son diferentes, varían desde 0,149 mm hasta un tamaño máximo especificado. No se consideran como áridos aquellas sustancias minerales utilizadas como materias primas en procesos industriales debido a su composición química. Se clasifican según su tamaño en dos tipos fundamentales, en árido grueso o grava y en árido fino o arena, los cuales, aunque no contribuyen de manera activa al endurecimiento del mortero deben poseer por lo menos la misma resistencia y durabilidad que se exija al hormigón. El árido grueso (grava) es aquel que posee principalmente, partículas de un tamaño superior a 4,76 mm. 29 �Ing. Reinier Leyva Avila 2.4 Segunda etapa. En esta etapa se realizaron los trabajos de la toma de muestras, se realizó el cálculo del material proveniente de los túneles del trasvase en su tercera etapa: Túnel tramo I, Conexión I y Conexión II. Estos materiales se depositan en escoberas que ocupan una gran cantidad de m2 trayendo consigo en ocasiones gran contaminación al medio ambiente. Escombrera Túnel Mayarí-Levisa (Tramo I). Descripción: Se localiza en el borde del camino de acceso al aliviadero de la Presa Mayarí, a unos 300 m del portal de entrada del Túnel Mayarí-Levisa, en las coordenadas Lambert: X = 214 300, Y = 623 200, hoja cartográfica 5077- I, escala 1: 50 000. Esta escombrera forma un gran acopio de unos 10 – 15 metros de altura que ocupa una superficie de 1.2 ha, aproximadamente. Este material no fue colocado de forma ordenada, según la calidad del mismo y por ese motivo aparecen cantos y bloques de roca mezclados con material aluvial y predominantemente fino, en ocasiones mezclado con materia orgánica o suelo. Hacia los bordes o periferia del acopio, se acumulan en todo el talud y base del mismo, cantos y bloques de muy diversos tamaños, totalmente desprovistos de finos. (Figura. 2.4). 30 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura 2.4 Parte superior de la escombrera Túnel Mayarí-Levisa (Tramo I). Para caracterizar estos materiales fragmentados por las voladuras se realizaron 20 granulometrías gigantes igual número de peso específico de los sólidos; también se tomaron 20 bloques de rocas para determinar peso específico natural, peso específico de los sólidos y resistencia a la compresión seca y saturada. Escombrera Conexión I. Está ubicada en una amplia cañada entre montaña, al noreste de la Presa Mayarí, a unos dos kilómetros de la misma (Figura. 2.5). Sus coordenadas Lambert son: X = 216 800, Y = 623 850., hoja cartográfica 5077- I, escala 1: 50 000. Descripción: Presenta mezclas de material, predominando los materiales finos, producidos por las voladuras. También se observan en esta escombrera una mayor fragmentación de los cantos y bloques y mayor meteorización de los mismos. El hecho de que el acarreo de 31 �Ing. Reinier Leyva Avila los materiales se realice hacia un lado de la escombrera y no en todas direcciones, facilita la contaminación de bloques con material fino indeseable. Durante la primera visita se realizaron 10 granulometrías gigantes y se tomaron 5 bloques para realizarles ensayos de peso específico natural y resistencia a la compresión, pero durante la segunda visita se determinó paralizar el estudio de esa escombrera debido a que continuaba la contaminación del material útil con abundante fino y la presencia de muchos cantos y bloque de roca. Figura. 2.5 Foto de la Escombrera Conexión I. Escombrera Conexión II. Se localiza al Sur del camino Seboruco – Molino Pilón, a unos 4 kilómetros de este, en las coordenadas Lambert: X = 218 550, Y 625 600, hoja cartográfica 5077 - I, escala 1: 50 000. Esta escombrera está ubicada en varias explanaciones escalonadas de una elevación y se observa la misma problemática descrita en las otras escombreras debido a la colocación del material de excavación sin ordenarse por su granulometría. 32 �Ing. Reinier Leyva Avila Descripción. La escombrera está formada por varios acopios que presentan un talud poco definido, razón por la cual se investigó la misma mediante el muestreo del material que se depositaba en el momento que se realizaban los trabajos de campo (Figura. 2.6). Figura. 2.6 Foto de la Escombrera Conexión II. Se ejecutaron 20 granulometrías gigantes y se tomaron 20 bloques de roca para realizar los ensayos de peso específico natural, peso específico de los sólidos y resistencia a la compresión seca y saturada. Los resultados obtenidos, se expresan en promedio. Cálculo de los volúmenes de las escombreras. Se determinó mediante el método de bloque: Se emplea para calcular los depósitos explorados a base de una red Geométrica incorrecta, cuando no es posible construir el sistema de corte de las exploraciones transversales, así como para calcular las reservas de los depósitos estratificados y en forma de filones de poca potencia. 33 �Ing. Reinier Leyva Avila Al calcular la reserva por el método de bloque, el área del depósito se divide en sectores, es decir, en bloques. El volumen del depósito en este caso se transforma en una serie de figuras cerradas, con alturas iguales a las potencia media de los bloques de cálculo. Escombrera Túnel Mayarí-Levisa. Para el cálculo del volumen se utilizó el método de bloque. La escombrera está formada de forma monolítica, una explanación inclinada por el relieve, de unos 120 metros de largo por unos 100 metros de ancho, con una altura promedio de unos 15 metros. La franja donde se localiza el material útil está ubicada en los últimos 12 metros de la periferia de la escombrera y fue producida por la segregación que provoca el acarreo del buldócer al empujar el material hacia los taludes. Para aprovechar plenamente todo el material potencialmente útil, hay que ir separando, por el método tacto-visual, el material aparentemente útil para los fines que se persiguen debe ser seleccionado por el técnico que se encuentra en la escombrera según este se va excavando. Escombrera Conexión I. La ubicación de esta escombrera en una cañada permite la formación de dos derrames en dos taludes, lo que condiciona y limita el acarreo de material que sólo puede realizarse en dos direcciones. Esto contribuyó a que se mezclaran en todo el acopio el posible material útil con el de desecho y por tanto redujeran las posibilidades de uso de esta escombrera. Las propiedades mecánicas también son bajas en comparación con las otras dos escombreras estudiadas. Escombrera Conexión II. Ocupa varias explanaciones escalonadas, donde en general se observa una mezcla desordenada de los cantos y bloques de roca con material finos producido por las voladuras y por la meteorización, lo que limita las reservas de la explanación más elevada. Esta tiene tres caras favorables para el derrame de material por los taludes, 34 �Ing. Reinier Leyva Avila facilitando así la segregación del material lo que permite acceder al material más limpio. Este acopio tiene el material útil en la franja externa inmediata al derrame por los taludes, siendo sus dimensiones de 50 m (largo) x 10 m (ancho) x 8 m (potencia). Para continuar la investigación de la roca extraída del Túnel Levisa y de Conexión II se transportaron para el Molino Pilón 30 m 3 de cada escombrera, donde se obtuvieron las cantidades requeridas de arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm, para continuar el estudio de estos materiales como áridos de hormigones de ambas escombreras. Trabajos de laboratorios. Los trabajos de laboratorios se realizaron en las empresas de RAUDAL y la ENIA, en estas se realizaron diferentes tipos de ensayos: se determinó granulometría con hidrómetro, límites de plasticidad, peso específico natural, granulometría gigante, peso específico (de las partículas sólidas). En los ensayos de Roca se determinó, peso específico natural, resistencia a la compresión (seca), resistencia a la compresión (saturada). En el ensayo de árido se determinó, humedad superficial, peso específico y absorción de agua (arena), peso específico y absorción de agua (áridos gruesos), análisis granulométrico, abrasión, material más fino T-200, peso volumétrico, Índice de triturabilidad, contenido de partículas de arcilla, por ciento huecos, partículas planas y alargadas y se realizaron distintos tipo de dosificación de hormigones hidráulicos y asfáltico en la que se tuvieron en cuenta las siguientes Normas Cumanas:  NC 19:1999 Geotecnia. Determinación del Peso Específico de los suelos,  NC 156: 2002 Geotecnia. Determinación del Peso Específico Natural.  NC 62:2000 Geotecnia. Determinación de la resistencia a la compresión axial en especímenes de rocas, P (11)-2.04-05 Procedimiento para la recepción, preparación, protección, almacenamiento y/o disposición final de las muestras.  NC 10: 1998 Geotecnia. Preparación de muestras de Suelos.  NC 61: 2000 Geotecnia. Identificación y Descripción de Suelos (Examen Visual y Ensayos). 35 �Ing. Reinier Leyva Avila  NC 178: 2002 Áridos. Análisis Granulométrico,  NC 181: 2002 Áridos. Determinación del Peso Volumétrico. Método de Ensayo, NC 182: 2002 Áridos. Determinación del Material más Fino que el tamiz de 0.074 mm (200). Método de Ensayo.  NC 186: 2002 Arena. Peso Específico y Absorción de Agua. Método de Ensayo.  NC 188: 2002 Áridos Gruesos. Abrasión. Método de Ensayo.  NC 189: 2002 Áridos Gruesos. Determinación de Partículas planas y alargadas. Método de Ensayo. Para la realización de los ensayos químicos se utilizó la metodología siguiente:  Toma de muestras. La toma de muestras en el campo se realizó por el geólogo de recursos hidráulicos durante la perforación, al intervalo que debe pasar el túnel.  Recepción y descripción macroscópica. Realizado por la especialista, lo cual incluyó además la preparación del embarque y entrega al laboratorio.  Preparación de secciones delgadas. Fueron preparadas en el Laboratorio.  Análisis petrográfico. Se describieron detalladamente las secciones delgadas bajo el microscopio de luz polarizada, marca NIKON de nacionalidad japonesa del departamento de petrografía de la EGMO.  Análisis Químico de 14 determinaciones. Se realizaron las siguientes determinaciones: Al2O3, SiO2, MgO, Cr2O3, MnO, Fe2O3, NiO, CoO, CaO, TiO2, Na2O, K2O, FeO, PPI. Para ello se utilizaron los siguientes métodos:  Empleando principalmente Espectroscopia de Emisión Atómica con Fusión Inductiva con plasma acoplado (ICP-AES) para determinaciones de Al2O3, SiO2, MgO, Cr2O3, MnO, NiO, CoO, CaO, Fe2O3, PPI.  Determinación de Na2O y K2O: Mediante Fotometría de llamas: El equipo es un CORNING-400, trabaja con gas licuado, tiene filtros de colores que son complementarios con el color del elemento a determinar. Posee su gráfica de calibración. Tiene supresores de interferencia. 36 �Ing. Reinier Leyva Avila  Determinación de FeO por volumetría.  Determinación de TiO2 mediante Colorimetría.  Confección del reporte Petrográfico-Petrológico. 2.5 Tercera etapa. Para el procesamiento de los resultados de los materiales proveniente de los túneles del Trasvase Este-Oeste en su tercera etapa se partió de la toma de muestras realizadas en el trabajo, las misma se le realizaron comparaciones con los materiales proveniente de la Cantera de Pilón mediante tablas y gráficos, además se realizaron dosificaciones con el material proveniente de los túneles. Peso específico y absorción de agua según la NC 187. Arena: Los pesos específicos seco y saturado del agua se obtienen por medio del pesaje de la arena en estado seco y saturado en agua. Se introducen inmediatamente en un frasco volumétrico 500 g de la muestra, añadiendo agua destilada hasta un poco por debajo de la marca del enrase del frasco. Para eliminar las burbujas que hayan quedado en el frasco se pueden aplicar los siguientes métodos de operación: a) El frasco se somete al Baño de María y se mantiene en ebullición durante 2 horas aproximadamente hasta que sean expulsadas todas las burbujas. b) Se coloca el frasco volumétrico sobre una superficie plana, se inclina unos 30 º y se hace rodar con rapidez sobre la misma, sujetándolo por la boca hasta que sean expulsadas todas las burbujas. Después se coloca en un baño de agua durante una hora aproximadamente, hasta alcanzar la temperatura ambiente. Al final de ese tiempo se añade agua destilada hasta alcanzar el enrase y se determina el peso total con un error menor de 0.01 g. A continuación se extrae la arena del frasco volumétrico y se deseca a peso constante en una estufa cuya temperatura esté comprendida entre 105 ºC y 110 ºC. Se deja enfriar a la temperatura ambiente y se pesa con un error menor de 0.01 g. (Figura. 2.6) 37 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura. 2.6 Arena obtenida del material procesado. Peso específico corriente. El peso específico de las partículas desecadas, incluyendo en el volumen, los poros accesibles al agua y los no accesibles, se calcula aplicando la fórmula siguiente. En la (Figura. 2.7) se observa el equipo térmico para el secado de las muestras. Peso específico corriente = A / C+ B +C1 Donde: A: Peso de la muestra secada en la estufa (g). B: Peso de la muestra saturada con superficie seca (g). C: Peso del frasco lleno con agua (g). C1: Peso del frasco con la muestra y agua hasta la marca del enrase (g). 38 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura. 2.7 Equipo térmico para el secado de las muestras. Peso específico aparente. Es el peso específico de las partículas secadas en estufa, incluyendo en el volumen sólo los poros inaccesibles al agua. Se calcula aplicando la fórmula siguiente: Peso específico aparente = A / A –C Donde: A = Peso en el aire de la muestra secada en estufa (g). C = Peso en el agua de la muestra saturada (g). El resultado se expresará con una sola cifra decimal. Árido Grueso. Los pesos específicos y la absorción de agua en los áridos gruesos se determinan por medio de pesadas. Por el método de cuarteo se selecciona una muestra de 5 kg del árido, donde se separa todo el material que pasa por el tamiz de 9.52 mm. Si la calidad del material es homogénea, se puede emplear para el realizar el ensayo, el retenido en el tamiz de 25.4 mm. Según la Norma Cubana 187- 2002. Después de haber lavado bien el árido, para quitarle cualquier otro material adherido a la superficie 39 �Ing. Reinier Leyva Avila de las partículas, se seca la muestra hasta obtener el temperatura de 105 - peso constante a una 110 º C. La muestra se sumerge en agua a temperatura ambiente durante 24 horas. Después del período de inmersión en agua, se secan las partículas rodándolas sobre una tela absorbente hasta que se haya eliminado toda la película de agua visible, aunque la superficie aparezca todavía húmeda. La muestra se pesa en el aire. Una vez pesada, la muestra saturada y superficialmente seca se coloca inmediatamente en el cesto de alambre o en el cubo metálico y se determina su peso dentro del agua. Se seca en la estufa hasta lograr tener su peso constante a una temperatura de 105 - 110 ºC, y se deja enfriar a temperatura ambiente, luego se pesa en el aire. (Figura. 2.8 y 2.9) Figura 2.8 Grava obtenida del material procesado por el tamiz 9.52 mm. Figura 2.9 Grava obtenida del material procesado por el tamiz 19.1 mm. 40 �Ing. Reinier Leyva Avila Determinación del peso volumétrico suelto y compactado, y cálculo del por ciento de huecos según la NC 181:2002. Los pesos volumétricos se determinan por medio de pesadas del material contenido en recipientes calibrados de volumen conocido. Se determinara el peso neto del árido contenido en recipiente, luego se obtendrá el peso volumétrico (suelto o compactado) multiplicando el peso neto por un factor de calibración. Los materiales granulares pueden presentar muy diversos pesos unitarios en dependencia del grado de compactación que alcancen en el volumen cubicado y esto se hará más crítico mientras el tamaño de los granos sean más pequeños. Atendiendo a lo antes expuestos se identifican dos tipos de pesos unitarios. El peso unitario suelto (PUS), en el que el material se vierte suelto, sin compactar en el volumen bien cubicado y tarado. El recipiente será llenado en tres capas, dándosele 25 golpes con la varilla de compactación, en cada capa, para su compactación; los golpes serán distribuidos uniformemente sobre la superficie y de manera que la primera serie llegue hasta el fondo sin golpearlo fuertemente. La compactación en las otras capas debe ser sólo en el espesor de las mismas. Después se enrasa la superficie del árido con una regla de bordes rectos y fuertes. Esta operación se ayudará en los áridos gruesos, retirando las partículas que sobresalgan considerablemente y para compensar los huecos que queden en la superficie llenarlos con partículas más pequeñas hasta nivelar la superficie (Figura. 2.10). Figura 2.10 Llenado y compactación con barra del recipiente de medición del peso volumétrico. 41 �Ing. Reinier Leyva Avila Los pesos unitarios de los áridos finos y gruesos se determinan según los requerimientos de la NC 181:2002. Porcientos de huecos NC 177:2002. El porcentaje de vacíos o huecos se determina según los requerimientos de la norma cubana NC 177:2002. A partir de la determinación del peso específico corriente y el peso volumétrico compactado, según la fórmula siguiente: Porcientos de huecos= (PEC – PVC) / PEC * 100 % Donde: PEC – Peso específico corriente del árido. PVC – Peso volumétrico compactado del árido. Abrasión. La máquina para el ensayo de desgaste Los Ángeles consiste en un cilindro hueco de acero, cerrado en ambos extremos, con un diámetro interior de 711,2 mm y una longitud interior de 508 mm. El cilindro está montado en pivotes que acoplan con sus extremos pero que no penetran en él. Está montado de tal manera que pueda girar con su eje en posición horizontal. El cilindro está provisto de una abertura para introducir la muestra que se desea ensayar. La abertura se cierra mediante una tapa con una junta fijada por tornillos que impide la salida del polvo. La tapa debe mantener el contorno cilíndrico interior, a no ser que el entrepaño se coloque de modo que la carga no caiga sobre la tapa durante el ensayo ni se ponga en contacto con ella en ningún momento. La distancia del travesaño a la abertura, medida a lo largo de la circunferencia del cilindro y en el sentido de la rotación será mayor de 1 270 mm. 42 �Ing. Reinier Leyva Avila 1. Los que se realizan en ensayos con muestras de rocas conformadas que conducen a la expresión de los resultados en unidades fundamentales, tales como la resistencia a la rotura en compresión, tracción indirecta y flexión. 2. Los que se realizan con áridos obtenidos mediante trituración de las rocas. Se incluyen los ensayos de abrasión Los Ángeles, triturabilidad de áridos, impacto, coeficiente de pulimentación. Determinación del contenido de partículas planas y alargadas, según la NC 189: 2002. Áridos gruesos. Las partículas planas y alargadas contenidas en los áridos se obtienen por medio de la separación de la muestra en fracciones, separando las partículas planas y alargadas y determinando el por ciento que representan del peso del árido, mediante el pesaje de las partículas que hayan sido seleccionadas como planas y alargadas.(Figura. 2.11). Para desarrollar este ensayo fueron utilizados los tamices con aberturas de malla de 76, 2 mm; 63, 5 mm; 50, 8 mm; 38, 1 mm; 25, 4 mm; 19, 1 mm; 12, 7 mm; 9, 52 mm; 4,76 mm. Después de separadas las cantidades de partículas a ensayar se depositan en bandejas perfectamente identificadas para evitar que los diferentes tamaños o fracciones se mezclen, posteriormente todo el contenido de una de las bandejas se extiende sobre una superficie limpia y por simple inspección visual se separan las partículas planas y alargadas que no ofrezcan dudas de sus formas y dimensiones. De esta misma forma se realiza para las partículas que no sean planas y alargadas. Las partículas que no hayan podido ser determinadas en la inspección visual serán medidas con el pie de rey, determinándose así la relación existente entre sus dimensiones. (Figura. 2.12). 43 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura. 2.11 Balanza con las partículas planas y alargadas. Figura 2.12 Determinación de partículas planas y alargadas con el pie de rey. Determinación del por ciento de partículas planas y alargadas. Los porcentajes de partículas planas y alargadas halladas en cada muestra ensayada se determinan aplicando la expresión (10) PPA  A  100 B Donde: PPA – Por ciento en masa de partículas planas y alargadas 44 �Ing. Reinier Leyva Avila A – Masa de las partículas planas y alargadas encontradas en cada muestra ensayada (g) B – Masa de la muestra ensayada (g) Determinación del por ciento corregido de partículas planas y alargadas. El por ciento corregido de partículas planas y alargadas  PPA  RP se determina 100 por la expresión anterior: Donde: PPA – Por ciento en masa de partículas planas y alargadas RP – Por ciento retenido parcial de la fracción de la muestra ensayada Diseño de las dosificaciones. En total se diseñaron 6 dosificaciones, 4 de Hormigón Convencional Hidráulico (HCH) y 2 de Hormigón Compactado con Rodillo (HCR). HCH. Los 4 diseños de HCH tienen las siguientes particularidades: HCH # 1 Se diseñó con arena y grava 19.1 mm del material procesado de los túneles con 350 Kg/m3 de cemento Portland P-350. HCH# 2 Se diseñó con arena y grava 19.1 mm del material procesado de los túneles con y 400 Kg/m3 de cemento Portland P-350. HCH# 3 Se diseñó con arena del molino de Pilón con grava 19.1 mm del material procesado de los túneles con 350 Kg/m3 de cemento Portland P-350. HCH# 4 Se diseñó con arena del molino de Pilón y grava 19.1 mm del material procesado de los túneles con 400 Kg/m3 de cemento Portland P-350. Se varió uno de los contenidos de cemento, porque lo más importante de la investigación es la evaluación de los nuevos áridos producidos por la trituración del 45 �Ing. Reinier Leyva Avila material de los túneles. Se realizó las dosificaciones con contenidos de cemento más cercanos, es decir 350 y 400 Kg/m3, en vez de 300 y 400 Kg/m3. HCR. Los dos diseños de dosificaciones de HCR están constituidos por: HCR# 5 Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de los túneles, filler de material carbonatado de rechazo del Molino Pilón y 260 Kg/m 3 de cemento Portland P350. HCR# 6 Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de los túneles, filler de zeolita fracción 0.8-0 mm y 260 Kg/m3 de cemento Portland P-350. En las dosificaciones de HCR hubo cambios con respecto al contenido de cemento (260 Kg/m3, en vez de 230 y 260 como se había solicitado. Esto se realizó para estudiar paralelamente dos tipos de filler con un mismo contenido de cemento (Figura 2.13 y 2.14). Figura 2.13 Vista de una probeta de HCR con asentamiento cero. 46 �Ing. Reinier Leyva Avila Figura 2.14 Fabricación de probetas de HCR. 2.6 Conclusiones. En el presente capítulo se logró realizar diferentes tipos de dosificaciones de hormigón: Hormigones Compactados con Rodillo y para Hormigón Convencional Hidráulico variando solo la cantidad de cemento, además se obtuvo grava y arena procesadas en el molino de Pilón. 47 �Ing. Reinier Leyva Avila CAPÍTULO III. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS. 3.1 Introducción. El presente capítulo aborda los resultados obtenidos en la búsqueda bibliográfica realizada sobre los diferentes tipos de litologías existentes en la zona de estudio. Se confeccionó perfiles de cada uno de los tramos de túneles investigados representando en cada uno de ellos los diferentes tipos de litologías existentes, además se logra calcular la cantidad de material que presenta cada uno de los tramos. Se caracteriza físico–mecánica los materiales de escombros del Túnel Mayarí-Levisa, según los parámetros normalizados para su empleo como áridos en hormigones. Se determina diferentes tipos de dosificación con los materiales de escombros del Túnel Mayarí-Levisa procesado en la planta de Pilón lo que facilitó la evaluación definitiva del material. 3.2 Resultados sobre los tipos litológicos que componen el túnel Mayarí- Levisa. Se realizó una recopilación de todos los trabajos realizados con anterioridad en la zona y área de estudio, se reinterpretó la información litológica y estructural los cuales arrojaron los siguientes resultados. Del Estudio Ingeniero-Geológico a escala 1:10 000 del Túnel Levisa-Melones de la Agencia de Estudios Regionales de GEOCUBA del 2007, se tiene que se dividió al macizo rocoso ofiolítico en tres tipos litológicos fundamentales:  Serpentinitas muy agrietadas.  Serpentinitas agrietadas.  Serpentinitas menos agrietadas. 48 �Ing. Reinier Leyva Avila Sin embargo esta división es un poco simplista, pues la variedad de fábricas existentes en estas rocas, hace necesario una subdivisión más detallada, aunque con posterioridad pueda simplificarse para la clasificación ingeniero-geológica. La principal litología presente en el área de estudio, son las peridotitas serpentinizadas con distinto grado de serpentinización y con distinta fábrica secundaria, sin embargo en la actual excavación del Tramo II en su calicata de entrada, se están extrayendo grandes volúmenes de peridotitas con bajo grado de serpentinización, (presencia de serpofita en los planos de grietas). Al parecer las serpentinitas propiamente dichas predominan en estos tramos hacia los horizontes superiores, mientras que en los horizontes inferiores pueden aparecer gran cantidad de peridotitas. Cercano al Trazado del Tramo III se pudo describir la presencia de estas rocas sin evidencias de serpentinización Cordovés P. J. M., et al (2007). Ver Figura 3.2 y 3.3. En el Informe Petrográfico del Trasvase Este – Oeste Tramo Sagua-Mayarí (Túnel Mayarí-Levisa) Tramo I y II. Geominera Oriente, se tiene resultados de la composición petrográfica del material presente. Se clasifican por Strekeinsen (1973), en función del contenido de Olivino (Ol), Clinopiroxenos (Cpx) y Ortopiroxeno (Opx), aprobada por la Unión Internacional de Ciencias Geológicas.(Tabla 3.1). Muestra Litología Al2O3 SiO2 MgO Cr2O3 MnO NiO CoO CaO Fe2O3 FeO TIO2 Na2O M-14 Serpentinita 0,63 38,04 37,32 0,4 0,13 0,18 0,011 1,39 3,27 2,98 0,03 -0,05 -0,05 15,44 M-1 Serpentinita 0,16 32,85 41,56 0,29 0,11 0,31 0,014 0,06 5,18 1,65 0,02 0,27 0,07 17,12 M-11 Serpentinita 0,46 34,55 40,04 0,47 0,13 0,29 0,011 0,38 4,53 2,62 0,02 -0,05 -0,05 16,3 M-19 Serpentinita 0,17 34,41 39,51 0,4 0,11 0,29 0,012 0,51 5,32 1,65 0,02 -0,05 -0,05 16,93 M-20 Serpentinita 0,41 35,28 39,06 0,34 0,12 0,28 0,012 0,49 5,04 1,9 -0,05 -0,05 16,36 0,01 K2O PPI Tabla 3.1 Composición química del material presente en el túnel. 49 �Ing. Reinier Leyva Avila En el estudio de investigación del macizo rocoso se pudo constatar que presenta bajos concentraciones de minerales valiosos por lo que no representa interés económico para futuras minería. Figura 3.2 Perfil Ingeniero Geológico Túnel de Conexión II. (Tomado del Informe Ing. Geológico Tramo II y III, Modificado por (Leyva Avila.,2015). Figura 3.3. Perfil Ingeniero Geológico Túnel Mayarí-Levisa Tramo II. (Tomado del Informe Ing. Geológico Tramo II, Modificado por (Leyva Avila,2015). 50 �Ing. Reinier Leyva Avila 3.3 Caracterización físico–mecánica de los materiales de escombros del Túnel Mayarí-Levisa. Tabla 3.1 Reporte de incertidumbre de resultados de los ensayos. Característica determinada Incertidumbre Factor de Grados de expandida (u) cobertura (K) Humedad 0.59 2,36 7 0.24 kN/m3 2,03 34 Límite Líquido 1.2 2.01 46 Límites de Plasticidad Límite Plástico 1.2 2.13 15 Índice Plástico 1.7 2.01 47 Peso Natural Muestra alterada libertad (n) Específico Peso Específico seco Nota: La determinación de U fue realizada con K y n para un nivel de confianza de aproximadamente el 95 %. Características químicas de las escombreras. Características geotécnicas Escombrera Túnel Mayarí-Levisa Tramo II. Se ofrecen los resultados de los ensayos en valores promedios: Roca fragmentada: Cantos y bloques de peridotita poco serpentinizada, mal graduados, con abundantes gravas grandes, medias y pequeñas con pocos finos no plásticos. Clasifica según la NC 59: Geotecnia. Clasificación geotécnica de los Suelos, como GP, es decir grava mal graduada (Anexo N0 1). Granulometría Gigante (%): Piedra……………………………………..………………. 23 Grava…………………………………………..………….. 65 Arena…………………………………… ……….……….. 10 Finos (limos +arcilla)……………………………………… 2 Peso específico de los sólidos………………….…….. 2.64 51 �Ing. Reinier Leyva Avila Bloques de roca: Humedad (W, %) ……………………………………....…0.53 Peso específico húmedo (‫ץ‬f, kN/m3)……………….…. 24.71 Peso específico seco ( ‫ץ‬d, kN/m3).………… …...…….24.58 Resistencia a la Compresión Seca (MPa)………….…..26.2 Resistencia a la Compresión Saturada (MPa)……….. 20.6 Coeficiente de ablandamiento (Kab) ……………… ….0.78 Según la resistencia a la compresión seca clasifica como R1, es decir baja, pero el coeficiente de ablandamiento es no ablandable y por el PRECONS II, es de dureza media. Características geotécnicas Escombrera Conexión I. En la escombrera se observan cantos y bloques de peridotita poco serpentinizada, mal graduados, con abundantes gravas grandes, medias y pequeñas, con pocos finos no plásticos. Clasifica según la NC 59: Geotecnia. Clasificación geotécnica de los Suelos, como GP, es decir grava mal graduada.(Anexo N0 2). Los resultados de las muestras ensayadas se dan a continuación: Granulometría Gigante (%): Piedra……………………………………..………………. 3 Grava…………………………………………..………….. 78 Arena…………………………………… ……….……….. 17 Finos (limos +arcilla)……………………………………… 2 Peso específico de los sólidos………………….….….. 2.63 Bloques de roca: Humedad (W, %) ……………………………………………0.96 52 �Ing. Reinier Leyva Avila Peso específico húmedo (‫ץ‬f, kN/m3)……………………. 24.39 Peso específico seco ( ‫ץ‬d, kN/m3).………… …...……....24.16 Resistencia a la Compresión Seca (MPa)……………….18.7 Resistencia a la Compresión Saturada (MPa)….………. 8.5 Coeficiente de ablandamiento (Kab) ……………… …... 0.51 Según la resistencia a la compresión seca clasifica como R5, es decir muy baja, por el coeficiente de ablandamiento es ablandable y por el PRECONS II, es blanda. Características geotécnicas Escombrera Conexión II. De los trabajos realizados en esta escombrera se encuentra los ensayos de peso específico natural, peso específico de los sólidos y resistencia a la compresión seca y saturada. Los resultados obtenidos, en valores promedios, fueron los siguientes: Granulometría Gigante (%): Piedra……………………………………..………………. 20 Grava…………………………………………..………….. 67 Arena…………………………………… ……….……….. 12 Finos (limos +arcilla)……………………………………… 1 Peso específico de los sólidos………………….…….. 2.63 Bloques de roca: Humedad (W, %) ………………………………….…1.64 Peso específico húmedo (‫ץ‬f, kN/m3)………………. 24.05 Peso específico seco ( ‫ץ‬d, kN/m3).………… …...…23.67 Resistencia a la Compresión Seca (MPa)…………27.1 Resistencia a la Compresión Saturada (MPa)…… 20.5 53 �Ing. Reinier Leyva Avila Coeficiente de ablandamiento (Kab) ……………… 0.77 Ver anexo No 3. Según la resistencia a la compresión seca clasifica como R1, es decir baja, por el coeficiente de ablandamiento es no ablandable, pero por el PRECONS II, es de dureza media. De acuerdo a las propiedades físicas - mecánicas obtenidas se definió que las escombreras Túnel Mayarí-Levisa y Conexión II son favorables para continuar la investigación en busca de determinar si sirven como materia prima para la fabricación de áridos. 3.4 Resultados de ensayo granulométrico. A. Arena del Molino Pilón. Es un árido fino obtenido en el Molino Pilón mediante la trituración de la roca caliza proveniente de la cantera del mismo nombre. Se utilizó en las dosificaciones para establecer comparaciones con el nuevo árido.(Figura 3.4). Figura 3.4 Arena del Molino Pilón (roca caliza). Granulometría (%): Tamiz-9.52 mm………………..100 Tamiz-4.76 mm………………..98 Tamiz-2.38 mm……………...... 64 Tamiz-1.19 mm………………..35 54 �Ing. Reinier Leyva Avila Tamiz-0.59 mm………………..11 Tamiz-0.297 mm………………...3 Tamiz-0.149 mm………………...1 Ver anexo No 4. Módulo de finura…………………………………………....... 3.87 Humedad superficial (%)……………………………………. 1.92 Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.40 Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.53 Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.75 Absorción (%)…………………………………………………. 5.41 Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 2.71 Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 1.5 Peso volumétrico suelto (kg/m3) ……………..…………….. 1393 Peso volumétrico compactado (kg/m3)…… ……….……… 1544 Porciento de huecos (%)………………………………………. 36 Ver anexo No 5. Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos. Requisitos. Granulometría: Cumple para los diámetros de 9.52 y 4.76 mm, pero incumple para el resto. a. Módulo de finura: Incumple, tiene 3.87 y debía estar en el rango 2.20-3.58. b. Material más fino que el tamiz 200: tiene 2.71 %, cumple para hormigones sometidos a la abrasión y para todos los restantes hormigones. c. Peso específico corriente: Tiene 2.40 g/cm 3, incumple porque debía tener más de 2.50 g/cm3. 55 �Ing. Reinier Leyva Avila d. Absorción: tiene 5.41 % y no debía pasar de 3 %, incumple. B. Arena: obtenida a partir de la trituración en el Molino Pilón del material excavada en el Túnel Mayarí-Levisa y Conexión II.(Figura 3.5) Figura 3.5 Arena del material del túnel. Granulometría (%): Tamiz-9.52 mm…………..…..100 Tamiz-4.76 mm………………..99 .Tamiz-2.38 mm……………... 62 Tamiz-1.19 mm………………..24 Tamiz-0.59 mm…………….…..7 Tamiz-2.97 mm…………….…..3 Tamiz-0.149 mm………………..1 Ver anexo No 4. Módulo de finura…………………………………………....... 4.06 Humedad superficial (%)……………………………………. 3.32 Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.25 Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.38 56 �Ing. Reinier Leyva Avila Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.57 Absorción (%)…………………………………………………. 5.56 Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 0.42 Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 1.6 Peso volumétrico suelto (kg/m3) …………………………… 1388 Peso volumétrico compactado (kg/m3)………….…………. 1537 Porciento de huecos (%)………………………………………. 32 Ver anexo No 5. Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos. Requisitos. a. Granulometría: cumple para los diámetros de 9.52 y 4.76, pero incumple para los diámetros de 2.38, 1.19, 0.59, 0.297 y 0.149 mm. b. Módulo de finura: incumple, tiene 4.06 y debía estar en el rango 2.20-3.58. c. Material más fino que el tamiz 200: tiene 0.42 %, cumple para hormigones sometidos a la abrasión y para todos los restantes hormigones. d. Peso específico corriente: tiene 2.25 g/cm3, incumple porque debía tener más de 2.50 g/cm3. e. Absorción: tiene 5.56 % y no debía pasar de 3 %, incumple. C. Grava de del material del túnel triturada 9.52 mm. Obtenida en el molino de Pilón. (Figura 3.6). Granulometría (%): Tamiz-9.52 mm………………..100 Tamiz-4.76 mm………….……..56 .Tamiz-2.38 mm…………..….. 52 Tamiz-1.19 mm………….……..15 Tamiz-0.59 mm………….….…..0 57 �Ing. Reinier Leyva Avila Ver anexo No 4. Abrasión (%)…………………………………………………. 30 Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.35 Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.44 Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.60 Absorción (%)…………………………………………………. 4.27 Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 1.64 Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 0.20 Peso volumétrico suelto (kg/m3) ………………….………….. 1236 Peso volumétrico compactado (kg/m3)…………………..…… 1350 Porciento de huecos (%)………………………………………. 42 Partículas planas y alargadas (%).…………………………… 53 Índice de triturabilidad (%)………………..……………………..22.95 Ver anexo No 5. Figura 3.6 Grava del material del túnel triturada 9.52 mm. Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos. Requisitos. a. Granulometría: cumple para el diámetros 12.7 mm, pero incumple para los diámetros de 9.52, 4.76, 2.38 y 1.19 mm. b. Índice de triturabilidad: tiene 22.95 %, cumple para pavimentos y pisos sometidos a desgaste, 58 �Ing. Reinier Leyva Avila c. Hormigones arquitectónicos expuestos a diferentes tipos de erosiones y otros hormigones menores de 40 MPa. d. Abrasión. Tiene 31 % de desgaste, cumple para todo tipo de hormigones, excepto los que están sometidos a erosión elevada, hormigones arquitectónicos y de obras marítimas. e. Material más fino que el tamiz 200: tiene 1.64 %, incumple para todo tipo de hormigones. f. Partículas de arcilla: Tiene 0.20 %, cumple porque está en el rango menor de 0.25 %. g. Partículas planas y alargadas: Incumple, tiene 53 % y debía tener menos de 20 %. h. Peso específico corriente: Tiene 2.35 g/cm 3, incumple porque debía tener más de 2.50 g/cm3. i. Absorción: Tiene 4.27 % y no debía pasar de 3 %, incumple. D. Grava de del material del túnel triturada 19.1 mm. Obtenida igual que los áridos anteriores.(Figura 3.7). Granulometría (%): Tamiz-25.4 mm………………..100 Tamiz-19.0 mm………………..94 Tamiz-12.7 mm………………..61 Tamiz-9.52 mm……………….10 Tamiz-4.76 mm………….……..0 Ver anexo No 4. Abrasión (%)…………………………………………………. 34 Peso específico corriente (g/cm3)………………………….. 2.32 Peso específico saturado (g/cm3)………………………….. 2.41 Peso específico aparente (g/cm3)………………………….. 2.56 59 �Ing. Reinier Leyva Avila Absorción (%)…………………………………………………. 3.70 Material más fino que el tamiz 0.074 (T-200) (%)…………. 1.22 Contenido de partículas de arcilla (%)……………………… 0.15 Peso volumétrico suelto (kg/m3) ………………….………….. 12.82 Peso volumétrico compactado (kg/m3)…………………..…… 14.03 Porciento de huecos (%)………………………………………. 40 Partículas planas y alargadas ………………………………… 43 Índice de triturabilidad (%)…….……………..………………..33.83 Ver anexo No 6. Figura 3.7 Gravadel material del túnel triturada 19.1 mm. Calificación según la NC 251: 2013. Áridos para hormigones Hidráulicos. Requisitos. a. Granulometría: Cumple para los diámetros 25.4, 19.0, 9.52 y 4.76 mm, pero incumple para el diámetro de 12.7 mm. 60 �Ing. Reinier Leyva Avila b. Índice de triturabilidad: Tiene 33.83 %, cumple para pavimentos y pisos sometidos a desgaste, hormigones arquitectónicos expuestos a diferentes tipos de erosiones y otros hormigones menores de 40 MPa.. c. Abrasión. Tiene 34 % de desgaste, cumple para todo tipo de hormigones, excepto los que están sometidos a erosión elevada, hormigones arquitectónico y de obras marítimas. d. Material más fino que el tamiz 200: tiene 1.22 %, incumple para todo tipo de hormigones. e. Partículas de arcilla: Tiene 0.15 %, cumple porque está en el rango menor de 0.25 %. f. Partículas planas y alargadas: Incumple, tiene 43% y debía tener menos de 20 %. g. Peso específico corriente: Tiene 2.32 g/cm3, incumple porque debía tener más de 2.50 g/cm3. h. Absorción: Tiene 3.70 % y no debía pasar de 3 %, incumple. E. Material carbonatado de rechazo del Molino Pilón.(Figura 3.8). Este material se obtiene como un excedente de la producción de áridos en el Molino Pilón. Sus reservas ascienden a varios miles de m3. Figura 3.8 Filler del Molino Pilón. Los resultados de las características geotécnicas obtenidas a tres muestras se dan a continuación: 61 �Ing. Reinier Leyva Avila Granulometría (%). Grava……………………………………….. 1 Arena……………………………………….. 16 Limo…………………………….…………… 70 Arcilla……………………………………….. 13 Límites de plasticidad (%). Límite Líquido……………….………………18 Limite Plástico……………………………… 15 Índice Plástico………………………….…… 3 Peso específico de los sólidos…………... 2.73 Clasifica según NC 59: clasificación Geotécnica de los Suelos, ML, es decir, limo con arena. Ver anexo No 7. F. Zeolita. Se obtiene mediante la trituración de tobas zeolitizadas de la Planta San Andrés (fracción 0.8-0 mm). (Figura 3.9). Figura 3.9 Zeolita de la Planta de San Andrés. Granulometría. Tamiz-9.52 mm………………..100 62 �Ing. Reinier Leyva Avila Tamiz-4.76 mm………………..100 .Tamiz-238 mm……………….. 100 Tamiz-1.19 mm………………....99 Tamiz-0.59 mm……………..…..74 Tamiz-2.97 mm……………..…..48 Tamiz-0.149 mm………….……..36 Cálculo de los volúmenes de los materiales de los tramos de túneles. Método: El método utilizado para el cálculo del material sobrante de la excavación fue el método de bloque. Este se emplea para calcular los depósitos explorados a base de una red geométrica incorrecta, cuando no es posible construir el sistema de corte de las exploraciones transversales, empleado también para calcular las reservas de los depósitos estratificados y en forma de filones de poca potencia. En el estado actual que están conformadas las escombreras es imposible realizar mediciones para establecer el área útil de los acopios. Escombrera Túnel Mayarí-Levisa Tramo II. Ocupa una explanación inclinada por el relieve, de unos 120 metros de largo por unos 100 metros de ancho, con una altura promedio de unos 15 metros. La franja donde se localiza el material útil está ubicada en los últimos 12 metros de la periferia de la escombrera y fue producida por la segregación que provoca el acarreo conbuldócer al acomodar el material hacia los bordes. L1 - 12 m x 100 m x 15 m = 18 000 m 3, en el lado norte del rectángulo que forma la escombrera. L2.- 12 m x 96 m x 15 m = 17 280 m3, en su lado este. Volumen de reserva = (18 000 m + 17 280 m) x 2 = 70 570 m3 y estas son aproximadamente las reservas reales presentes en la escombrera del Túnel Mayarí- 63 �Ing. Reinier Leyva Avila Levisa Tramo II. Por la granulometría el 80 % de las reservas tiene tamaños superiores a 19 mm. Reserva Total = 70 570 m x 0.80 = 56 456 m3. Para aprovechar plenamente todo el material potencialmente útil, hay que ir separando, por el método tacto-visual, el material aparentemente idóneo para los fines que se persiguen. Escombrera Conexión I. La ubicación de esta escombrera permite la formación de los derrames en dos niveles, lo que condiciona y limita el acarreo de material que sólo puede realizarse en una dirección. Esto contribuyó a que se mezclaran en todo el acopio los materiales finos y gruesos por lo que reduce la posibilidad de uso de este depósito. Escombrera Conexión II. Ocupa varias explanaciones escalonadas, donde en general se observa una mezcla desordenada de los cantos y bloques de roca con material fino producido por las voladuras y el acarreo del material con equipamiento pesado, lo que limita las reservas de la explanación más elevada. Esta tiene tres caras favorables para el derrame del material por los taludes, facilitando así la selección más competente para los fines que se persiguen. Este acopio tiene el material útil en la franja externa inmediata al derrame por los taludes, siendo sus dimensiones de 50 m (largo) x 10 m (ancho) x 8 m (potencia). Volumen de Reserva = (50 m x 10 m x 8 m) x 3 caras = 12 000 m3. Para obtener estos volúmenes hay que continuar el acarreo hacia los derrames para lograr la selección o separación del material grueso del fino. De acuerdo a la granulometría el 78 % de las reservas es superior a 19.1 mm. Reserva Total = 12 000 m x 0.78 = 9 360 m3. En la construcción del trasvase en su tercera etapa se hace necesaria la utilización de hormigones de 15, 20 y 25 Mpa en deferentes objetos de obra (Figura 3.9) y con 64 �Ing. Reinier Leyva Avila diferentes tipos de dosificaciones (Anexo 10), además se pudo calcular las cantidades de casa, carretera y acera que se puede construir. (Figura 3.10). Objetos de obras Cantidad de hormigón (m3) Canal 1 235 Túnel 236 Conductoras 550 Agricultura 600 Total 2 621 Figura 3.9Cantidad de hormigón a utilizar en el Trasvase Este-Oeste en su III etapa. Obras Cantidad Cantidad de material (m3) Casa (U) 10 000 535 500 Carretera (H.C.R. (Km) 230 535 500 Aceras (Km) 20 535 500 Figura 3.10. Cantidad de casa, carreteras y aceras. 3.5 Resultados sobre las dosificaciones de hormigones obtenidas. En total se diseñaron 6 dosificaciones, 4 de Hormigón Convencional Hidráulico (HCH) y 2 de Hormigón Compactado con Rodillo (HCR). HCH. Los 4 diseños de HCH tienen las siguientes particularidades: HCH-1.- Se diseñó con arena y grava 19.1 mm de peridotita y 350 Kg/m 3 de cemento Portland P-350. HCH-2.- Se diseñó con arena y grava 19.1 mm de peridotita y 400 Kg/m 3 de cemento Portland P-350. HCH-3.- Se diseñó con arena del molino de Pilón y grava 19.1 mm de peridotita y 350 Kg/m3 de cemento Portland P-350. 65 �Ing. Reinier Leyva Avila HCH-4.- Se diseñó con arena del molino de Pilón y grava 19.1 mm de peridotita y 400 Kg/m3 de cemento Portland P-350. Se varió uno de los contenidos de cemento, porque lo más importante de la investigación era la evaluación de los nuevos áridos producidos por la trituración de la peridotita y para ello era mejor realizar las dosificaciones con contenidos de cemento más cercanos, es decir 350 y 400 Kg/m3, en vez de 300 y 400 Kg/m3. Si se comparan las probetas de HCH fabricadas con arena de peridotita con las obtenidas con arena de Pilón se observa que la resistencia a la compresión es superior a las fabricadas con arena triturada de peridotita, pero no tienen una diferencia sustancial, de lo que se deduce que el nuevo árido obtenido a partir de las peridotitas, en general tiene parámetros de calidad cercanos a la reconocida arena del Molino de Pilón. También hay que tener en cuenta que este árido fino producido en el Molino de Pilón incumple con algunos de los requisitos que establece la NC 251: 2013; lo mismo ocurre con la arena obtenida de las peridotitas: - Granulometría de los áridos finos (incumplen para los diámetros del 2.38 al 0.149 mm). - Módulo de finura: tiene 3.87 vs 4.06, respectivamente y debía estar en ambas dentro del rango de 2.20 a 3.58. - Peso específico corriente: menor de 2.50 g/cm3, en ambas. No obstante ello, se alcanzaron valores aceptables de resistencia a la compresión a los 28 días con dos contenidos de cemento, 350 y 400 Kg/m 3:  Resistencia a compresión de la arena Pilón y grava del material de rechazo de los túnel con 350 Kg/m3 de cemento (28 días)------------ 23.2 MPa.  Resistencia a compresión de la arena y grava del material de rechazo de los túnel con 350 Kg/m3 de cemento (28 días)--- 21.8 MPa. Se aprecia superioridad de la arena de Pilón, pero no muy pronunciada. Ver anexos No 8 y 9. 66 �Ing. Reinier Leyva Avila  Resistencia a la compresión de la arena de Pilón con 400 Kg/m 3 de cemento (28 días)----- 31.4 MPa.  Resistencia a la compresión de la arena del material de rechazo de los túnel con 400 Kg/m3 de cemento (28 días)- 26.4 MPa. Este resultado de resistencia a la compresión relativamente alta, abre vías de investigación para estudiar hormigones con menor contenido de cemento, que cumplan con los objetivos iníciales de fabricar hormigones de media y baja resistencia, usando como materia prima de los áridos el material de rechazo excavada en el Túnel MayaríLevisa. HCR. Los dos diseños de dosificaciones de HCR están constituidos por:  HCR-5.- Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de rechazo, filler de material carbonatado de rechazo del Molino Pilón y 260 Kg/m 3 de cemento Portland P-350.  HCR-6.- Arena y gravas de 9.52 y 19.1 mm del material de rechazo, filler de zeolita fracción 0.8-0 mm y 260 Kg/m3 de cemento Portland P-350. También en las dosificaciones de HCR se uso un solo contenido de cemento (260 Kg/m3, en vez de 230 y 260. Esto se realizó para estudiar paralelamente dos tipos de filler con un mismo contenido de cemento. Con el diseño HCR-5 se lograron resistencias a la compresión de 11.1 MPa a los 7 días y 17.0 MPa a los 28 días. Estos no son valores elevados, pero si se considera que todos son áridos que se dosifican por primera vez y que el denominado filler de Pilón se obtiene como desecho en la planta y que del mismo existen reservas en grandes cantidades, entonces se puede valorar que los resultados son altamente satisfactorios. Con el HCR-6 se ratificó lo planteado en el párrafo anterior ya que con un filler de reconocido uso en dosificaciones las probetas fabricadas con esta dosificación dieron resultados ligeramente superiores a los obtenidos con el filler de Pilón; estos fueron: 13.1 MPa a los 7 días y 18.7 MPa a los 28 días. 67 �Ing. Reinier Leyva Avila En el anexo No 8 aparecen resumidos los componentes, parámetros y resultados de cada uno de los diseños y en el anexo No 9 los resultados de la ruptura de todas las probetas ensayadas. 68 �Ing. Reinier Leyva Avila CONCLUSIONES. 1. Las litologías predominantes en la construcción del Túnel Conexión I y Conexión II, son las peridotitas serpentinizadas y las serpentinitas. 2. La arena de peridotita no cumple con algunos requisitos de la granulometría, módulo de finura, peso específico corriente y absorción y cumple para material más fino que el tamiz 200, según NC 251: 2013. 3. La grava de 19.1 mm del material del túnel cumple para la mayor parte de los tamices normalizados, índice de triturabilidad, material más fino que el tamiz 200 y el contenido de partículas de arcilla. Incumple el porciento de partículas planas y alargadas. 4. Se obtuvieron resistencias a la compresión en probetas de HCH de 21.8 y 26.4 MPa a los 28 días, con contenidos de cemento, 350 y 400 Kg/m 3. En probetas de HCR se obtuvieron resistencias a la compresión de 17.0 y 18.7 MPa, incrementando el contenido de cemento a partir de los 260 Kg/m3. 69 �Ing. Reinier Leyva Avila RECOMENDACIONES. 1. Continuar dando seguimiento a estas investigaciones tomando en cuenta el avance del trasvase en su construcción y el incremento sostenido del volumen de estos materiales para lograr implementar definitivamente el empleo de los áridos de peridotitas serpentinizadas en las obras constructivas. 2. Investigar con más presión las mezclas de áridos del pilón con los desechos de los túneles para complementar las exigencias sobre los parámetros evaluados en los áridos. 3. Adiestrar a los trabajadores que reciben el material de las excavaciones en las escombreras, para separar en el acopio el material con mejores propiedades. 4. Preparar las explanaciones y el acceso a las actuales escombreras teniendo en cuenta el uso que se le dará a estos desechos en el futuro. 70 �Ing. Reinier Leyva Avila RELACIÓN DE ANEXOS. Anexo # 1 Tabla Nº 1. Resultados de la clasificación geotécnica de los Suelos, como GP, es decir grava mal graduada. Tabla Nº 2. Composición granulométrica Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. Gráfico Nº 1. Rango granulométrico Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. Tabla Nº 3. Propiedad físico-mecánica Escombrera Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. Anexo # 2 Tabla Nº 4. Resultados de la clasificación geotécnica de los suelos, como GP, es decir grava mal graduada Escombrera Conexión I. Tabla Nº 5. Composición granulométrica Escombrera Conexión I. Gráfico Nº 2. Rango granulométrico Escombrera Conexión I. Tabla Nº 6. Propiedad físico-mecánica de la Escombrera Conexión I. Anexo # 3 Tabla Nº 7. Propiedades físicas del suelo Escombrera Conexión II. Tabla Nº 8. Composición granulométrica Escombrera Conexión II. Gráfico Nº 3. Rango granulométrico Escombrera Conexión II. Tabla Nº 9. Propiedades físico-mecánicas de las rocas Escombrera Conexión II. Anexo # 4 Tabla Nº 10. Propiedades físicas de los áridos. Granulometría de los áridos y grava peridotita. Anexo # 5 Tabla Nº 11. Propiedades físicas de los áridos. Arena del Molino Pilón y Arena de Peridotita. 71 �Ing. Reinier Leyva Avila Anexo # 6 Tabla Nº11. Propiedades físicas del árido grueso. Grava 9.52 y 19,1 mm de Peridotita. Anexo # 7 Tabla Nº 12. Propiedades físicas filler del molino Pilón. Anexo # 8 Tabla Nº 13. Resultados de las dosificaciones. Anexo # 9 Tabla Nº 14.Hormigón Convencional Hidráulico (HCH). Anexo # 10 Tabla Nº 14. Dosificación de diferentes hormigones que se utiliza en los trasvases. 72 �Ing. Reinier Leyva Avila BIBLIOGRAFÍA. AUTORES, C.D. Léxico Estratigráfico Digital. En. Instituto de Geología y Paleontología, 2007. BLANCO, B. J. L., 2009. MARTÍNEZ, P. R. M., 2009. Estudio Ingeniero-Geológico Túnel Levisa-Melones. CASAL CORELLA C. 1986. 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Determinación del Material más Fino que el tamiz de 0.074 mm (200). Método de Ensayo. 75 �Ing. Reinier Leyva Avila NC 186: 2002 Arena. Peso Específico y Absorción de Agua. Método de Ensayo. NC 188: 2002 Áridos Gruesos. Abrasión. Método de Ensayo. NC 189: 2002 Áridos Gruesos. Determinación de Partículas planas y alargadas. Método de Ensayo. P(11)-2.04-05 Procedimiento para la recepción, preparación, protección, almacenamiento y/o disposición final de las muestras. PONS H J; C. A. LEYVA R Y OTROS. 2011. Perspectivas de Cuba en la producción de materiales refractarios básicos. 2011. Monografía. Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos-pdf2/perspectivas-cuba-produccion-materialesrefractarios.pdf PONS H J; C. A. LEYVA R Y OTROS. 2011. Fundamentos científicos para la utilización de las dunitas serpentinizadas de la región de Moa. Memorias de la IV Convención Cubana de Ciencias de la Tierra. ISBN 978-959-7117-30. RAUJDAL. (2009). 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Reinier Leyva Avila SIGLAS UTILIZADAS: 1- (RAUDAL) Empresa de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos. 2- (ENIA ) Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas. 3- (ESI DIP) Empresa de Servicios Ingenieros Dirección Integrada de Proyectos. 4- (HCH) Hormigón Convencional Hidráulico. 5- (HCR) Hormigón Compactado con Rodillo. 6- (ECOH) Empresa Constructora de Obras Hidráulicas. 77 �Ing. Reinier Leyva Avila PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LOS SUELOS Y ROCAS UTILIZADAS.  s - Peso Específico de los Suelos (Partículas sólidas) (adimensional).  Nat - Humedad Natural (%).  f - Peso Específico Húmedo (Densidad Húmeda, kN/m3).  d - Peso Específico Seco (Densidad Seca, kN/m3).  e - Relación de Vacíos (adimensional).  S - Saturación (%).  s - Peso Específico de los Suelos (Partículas sólidas) (adimensional).  s - Peso Específico de los Suelos (Partículas sólidas) (adimensional).  Kab- Coeficiente de ablandamiento.  Sat - Peso Específico Saturado (Densidad Saturada, kN/m 3).  GP- Grava mal graduada.  ML-Limo con arena.  S - Saco. 78 �Anexo 1 7 54 55 57 56 56 77 64 66 80 75 69 54 75 62 59 60 81 72 66 79 20 54 81 65 % 8 8 5 7 7 10 12 11 11 9 16 7 8 9 12 10 7 12 12 12 12 20 5 16 10 s Clasificación Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Piedra ( ≥ 152,4 mm ) Profundidad (m) Tipo No Punto de muestreo (Identificación) Registro 1 2 3 4 5 6 Escombrera Túnel Mayarí-Levisa Tramo II. 18-306 P-1 1 S Superficie 37 18-307 P-2 1 S Superficie 39 18-308 P-3 1 S Superficie 33 18-309 P-4 1 S Superficie 36 18-310 P-5 1 S Superficie 32 18-311 P-6 1 S Superficie 7 18-312 P-7 1 S Superficie 24 18-313 P-8 1 S Superficie 20 18-314 P-9 1 S Superficie 8 18-315 P-10 1 S Superficie 5 27-430 P-21 1 S Superficie 22 27-431 P-22 1 S Superficie 38 27-432 P-23 1 S Superficie 15 27-433 P-24 1 S Superficie 25 27-434 P-25 1 S Superficie 29 27-435 P-26 1 S Superficie 32 27-436 P-27 1 S Superficie 6 27-437 P-28 1 S Superficie 14 27-438 P-29 1 S Superficie 21 27-439 P-30 1 S Superficie 7 No Observaciones (n) 20 Valor Mínimo (x-) 5 Valor Máximo (x+) 39 Valor Promedio (x) 23 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) Granulometría Muestra 9 10 11 1 1 3 1 2 4 1 3 3 4 2 0 1 1 2 1 1 2 1 2 20 0 4 2 2,65 2,64 2,63 2,63 2,65 2,65 2,63 2,65 2,65 2,62 2,66 2,65 2,64 2,65 2,63 2,62 2,63 2,67 2,63 2,65 20 2,62 2,67 2,64 GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP - Tabla Nº 1 Resultados de la clasificación geotécnica de los suelos, como GP, es decir grava mal graduada. �Composición Granulométrica. Tamices / Abertura en mm / % que Pasa Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) 1 1 37 30 10 10 4 54 8 1 9 6 4 3 2 2 2 1 39 31 11 10 3 55 5 1 15 10 7 5 4 4 3 3 33 29 12 8 8 57 7 3 11 8 7 6 5 4 3 1 36 34 11 5 6 56 7 1 17 12 8 6 4 4 3 2 32 31 10 7 8 56 10 2 25 23 16 11 8 6 5 4 4 7 21 22 25 9 77 12 4 25 17 14 12 9 8 7 5 2 1 24 28 10 21 5 64 11 1 25 20 20 14 10 6 5 4 3 3 20 23 21 16 6 66 11 3 43 29 20 19 12 8 6 5 4 3 3 8 22 27 23 8 80 9 3 53 40 34 29 20 13 9 7 6 4 4 5 26 16 19 14 75 16 4 45 33 21 18 13 9 6 4 3 2 2 2 22 22 23 15 9 69 7 2 33 25 17 15 12 8 5 2 1 1 0 0 38 22 16 10 6 54 8 0 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 152,40 127,00 101,60 76,200 50,800 38,100 25,000 19,000 9,5200 18-306 P-1 1 S Superficie 100 100 100 78 63 47 40 33 28 23 18 13 12 18-307 P-2 1 S Superficie 100 100 100 76 61 46 38 30 25 19 13 9 18-308 P-3 1 S Superficie 100 100 100 87 67 48 43 38 32 26 21 18 18-309 P-4 1 S Superficie 100 100 100 81 64 46 38 30 25 19 16 14 18-310 P-5 1 S Superficie 100 100 100 86 68 49 43 37 32 27 23 20 18-311 P-6 1 S Superficie 100 100 100 100 93 87 80 72 61 50 32 18-312 P-7 1 S Superficie 100 100 100 87 76 65 57 48 43 38 18-313 P-8 1 S Superficie 100 100 100 91 80 69 63 57 46 36 18-314 P-9 1 S Superficie 100 100 100 100 92 83 77 70 56 18-315 P-10 1 S Superficie 100 100 100 100 95 90 79 69 61 27-430 P-21 1 S Superficie 100 100 100 88 78 68 62 56 27-431 P-22 1 S Superficie 100 100 100 70 62 55 48 41 N Observaciones (n) 20 20 20 20 20 20 Curva Mínima 100 100 100 4 10 20 40 60 140 200 Gravilla ( ≥ 4.75 y < 19,0mm ) 2 3/4" 3/8" Piedra 19 (≥ 19,0 y < 38,1 mm ) 3 1" Macadan ( ≥ 38,1 y < 76,2 mm ) 4 1.5" Rajoncillo ( ≥ 76,2 y < 152,4 mm) 0,0750 6 2" Piedra ( ≥ 152,4 mm ) 0,1500 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) 9 3" 254,00 4" 381,00 5" 0,2500 990,60 6" 0,4250 > 990.6 10" 0,8500 15" 2,0000 39" Granulometría (%) 4,7500 > 39" Profundidad (m) Tipo o N Punto de muestreo (Identificación) Registro Muestra Escombrera Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. o (x-) 20 70 61 46 38 30 25 19 13 9 9 6 4 2 1 1 0 0 39 31 11 10 3 55 6 0 95 90 80 72 61 53 40 34 29 20 13 9 7 6 4 4 5 23 19 19 14 75 16 4 78 66 58 50 41 33 24 19 16 12 8 5 4 3 2 2 22 28 17 14 7 88 10 2 Curva Máxima (x+) 100 100 100 100 Curva Promedio (x) 100 100 100 90 Tabla Nº 2. Composición granulométrica Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. �Gráfico de Rango Granulométrico. 20 100 4 1 " 1 4 3 10 15 6 39 90 80 70 Curva Máxima % que pasa 60 50 40 Curva Promedio 30 Curva Mínima 20 100,0 100 254,0 381,0 152,4 10,0 10 76,2 0,425 1,0 1 Diámetro ( mm ) 19,0 25,0 38,1 0,1 0,1 4,75 0,0 0,002 0,0050,010 0,0 0,001 2,0 0 0,075 10 1000,0 1000 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) (%) Curva Fino (Arcilla + Limo) (< 0.075 mm) (%) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) (%) Gravilla P.19 Mcdan Rjcillo Piedra (≥152,4mm)(%) Máx. 4 16 14 19 19 23 5 Mín. 0 6 3 10 11 31 39 10 7 14 17 28 22 Prom. 2 Gráfico Nº 1. Rango granulométrico Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. �Saturada Precons 2005 Seca Tabla adaptada de Duncan y Jennings sat Por Kab S Dureza n FKP e Absorción d Dureza Kab f Coef. Abland. nat kN/m3 Profundidad (m) Tipo o N Punto de muestreo (Identificación) egistro Resistencia a la compresión Peso Específico Natural Muestra % 5,8 18 25,2 28,0 20,4 0,73 0,82 2,8 Ablandable Blanda Media RI Superficie 2,66 0,64 0,43 24,69 24,58 0,06 Superficie 2,65 0,59 0,64 24,91 24,75 0,05 4,7 35 25,2 28,1 18,7 0,66 1,03 2,8 Ablandable Blanda Media RI Superficie 2,64 0,53 0,59 25,14 24,99 0,04 3,6 42 25,3 22,6 14,2 0,63 1,45 2,3 RI Superficie 5,9 22 25,0 8,6 0,85 1,78 1 Ablandable No Ablandable Blanda Muy Blanda Media 2,65 0,60 0,53 24,56 24,43 0,06 Blanda 4,0 38 25,1 17,7 0,66 1,56 2,7 Blanda Media 2,62 0,59 0,78 24,96 24,77 0,04 3,8 52 25,1 29,5 0,84 1,75 3,5 Blanda Media 2,63 0,48 0,59 24,70 24,56 0,05 4,8 31 25,0 27,5 0,99 1,34 2,8 Blanda Media 2,67 0,37 0,48 24,93 24,81 0,06 5,2 23 25,3 24,7 0,89 0,84 2,8 Blanda Media 21,6 0,81 1,28 2,7 Ablandable No Ablandable No Ablandable No Ablandable No Ablandable Blanda Media 20,6 0,74 1,48 2,8 0,77 1,29 Blanda Muy Blanda Media 11,6 Ablandable No Ablandable Blanda 23,0 0,62 0,96 Media 0,77 1,10 Blanda Blanda 31,2 0,90 1,09 3,5 Ablandable No Ablandable No Ablandable Blanda 16,1 Blanda Media 20 20 20 20 - - - % % kN/m3 % s MPa Escombrera Túnel Levisa - Mayarí 18-316 P-11 1 RI 18-317 P-12 1 18-318 18-319 P-13 P-14 1 1 18-320 P-15 1 RI Superficie 2,63 0,78 0,60 24,91 24,76 0,04 18-321 P-16 1 RI Superficie 10,2 26,9 35,1 18-322 P-17 1 RI Superficie 18-323 P-18 1 RI Superficie 18-324 P-19 1 RI Superficie 2,63 0,92 0,37 25,09 25,00 0,03 3,1 31 25,3 18-325 P-20 1 RI Superficie 2,65 0,42 0,92 25,20 24,97 0,04 3,8 61 25,3 27-440 P-31 1 RI Superficie 2,66 0,45 0,25 25,32 25,26 0,03 3,1 21 25,6 RI Superficie 2,64 0,47 0,24 23,83 23,77 0,09 8,1 7 24,6 2,65 0,20 0,42 25,18 25,07 0,04 3,6 30 25,4 2,63 0,47 0,23 24,25 24,19 0,07 6,2 9 24,8 20 20 20 20 7 27-441 P-32 1 27-442 P-33 1 RI Superficie 27-443 P-34 1 RI Superficie No de observaciones (n) 20 20 20 20 20 20 27,8 27,6 26,7 27,9 15,1 36,8 20,9 34,6 1,5 3,7 2,1 Valor Mínimo (x-) 24,37 10,2 8,6 0,62 0,66 1,02 - - - Valor Máximo (x+) 2,67 0,98 0,92 25,52 25,34 0,11 10,0 61 25,66 36,8 31,2 0,99 1,91 3,68 - - - Valor Promedio (x) 2,64 0,58 0,53 24,71 24,58 0,06 5,23 29 25,09 26,2 20,6 0,78 1,27 2,62 - - - 2,62 0,18 0,23 23,59 23,39 0,03 3,08 Tabla Nº 3. Propiedades físico-mecánicas Escombrera Túnel Mayarí- Levisa Tramo II. ���Anexo 2 s Clasificación Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Piedra ( ≥ 152,4 mm ) Profundidad (m) Tipo No Punto de muestreo (Identificación) Registro Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm)mm Granulometría Muestras % 1 2 3 4 Conexión I 27-458 P-1 1 S 27-459 P-2 1 S 27-460 P-3 1 S 27-461 P-4 1 S 27-462 P-5 1 S 27-463 P-6 1 S 27-464 P-7 1 S 27-465 P-8 1 S 27-466 P-9 1 S 27-467 P-10 1 S 0 N Observaciones (n) Valor Mínimo Valor Máximo Valor Promedio 5 6 7 8 9 10 11 Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie Superficie 0 0 3 0 4 8 5 0 0 5 88 80 80 86 73 68 80 80 78 72 11 17 15 12 22 23 14 17 20 21 1 3 2 2 1 1 1 3 2 2 2,64 2,62 2,63 2,63 2,64 2,62 2,63 2,62 2,64 2,64 GP GP GP GP GP GP GP GP GP GP 10 10 10 10 10 - 0 8 3 68 88 78 11 23 17 1 3 2 2,62 2,64 2,63 - (x-) (x+) (x) Tabla Nº 4. Resultados de la clasificación geotécnica de los suelos, como GP, es decir grava mal graduada Escombrera Conexión I. �Muestra Tamices / Abertura en mm / % que Pasa > 990.6 990,60 381,00 254,00 152,40 127,00 101,60 76,200 50,800 38,100 25,000 19,000 9,5200 4,7500 2,0000 0,8500 0,4250 0,2500 0,1500 0,0750 Rajoncillo ( ≥ 76,2 y < 152,4 mm) Macadan ( ≥ 38,1 y < 76,2 mm ) Piedra 19 (≥ 19,0 y < 38,1 mm ) Gravilla ( ≥ 4.75 y < 19,0mm ) Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) S Superficie 100 100 100 100 100 76 55 48 42 34 27 17 15 12 9 7 5 3 2 1 0 52 14 17 5 88 11 1 27-459 P-2 1 S Superficie 100 100 100 100 100 98 92 77 63 52 44 37 27 20 15 12 9 7 5 3 0 23 25 15 17 80 17 3 27-460 P-3 1 S Superficie 100 100 100 100 97 90 88 79 72 62 49 35 25 17 13 10 7 5 4 2 3 18 17 27 18 80 15 2 27-461 P-4 1 S Superficie 100 100 100 100 100 93 78 69 56 45 32 29 19 14 10 9 7 5 3 2 0 31 24 16 15 86 12 2 27-462 P-5 1 S Superficie 100 100 100 100 96 92 87 76 70 66 58 43 35 23 15 10 4 3 1 1 4 20 10 23 20 73 22 1 27-463 P-6 1 S Superficie 100 100 100 100 92 86 75 68 57 46 41 39 33 24 16 9 6 4 3 1 8 24 22 7 15 68 23 1 27-464 P-7 1 S Superficie 100 100 100 100 95 84 73 71 65 53 42 28 21 15 9 7 4 2 2 1 5 24 18 25 13 80 14 1 27-465 P-8 1 S Superficie 100 100 100 100 100 93 81 68 59 44 37 30 26 20 17 14 10 8 5 3 0 32 24 14 10 80 17 3 27-466 P-9 1 S Superficie 100 100 100 100 100 97 89 79 62 51 46 35 30 22 28 13 7 5 4 2 0 21 28 16 13 78 20 2 27-467 P-10 1 S Superficie 100 100 100 100 95 89 82 76 67 59 48 39 31 23 17 9 7 4 2 2 5 19 17 20 16 72 21 2 N Observaciones (n) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Curva Mínima (x-) 100 100 100 100 92 76 55 48 42 34 27 17 15 12 9 7 4 2 1 1 8 44 14 17 5 80 11 1 Curva Máxima (x+) 100 100 100 100 100 98 92 79 72 66 58 43 35 24 28 14 10 8 5 3 0 21 13 23 19 76 21 3 Curva Promedio (x) 100 100 100 100 98 90 80 71 61 51 42 33 26 19 15 10 7 5 3 2 2 27 20 18 14 81 17 2 39" 15" 10" 6" 5" 4" 3" 2" 1.5" 1" 3/4" 3/8" 4 10 20 40 60 140 200 Piedra ( ≥ 152,4 mm ) Profundidad (m) 1 o P-1 Punto de muestreo (Identificación) 27-458 Registro Tipo Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) N > 39" Granulometría (%) Conexión I o Tabla Nº 5. Composición granulométrica Escombrera Conexión I. �10 100 " 3 " 1 4 " 6 " 10 254,0 40 152,4 200 " 15 " 39 90 80 70 Curva Máxima % que pasa 60 50 40 Curva Promedio Curva Mínima 30 20 0,425 1,0 1 10,0 10 100,0 100 381,0 0,1 0,1 76,2 Diámetro ( mm ) 38,1 0,0 0,010 25,0 0,005 19,0 0,002 4,75 0,0 0,001 2,0 0 0,075 10 1000,0 1000 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) (%) Fino (Arcilla + Limo) (< 0.075 mm) (%) 3 Máx. 1 Mín. 2 Prom. Curva Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) (%) 21 11 17 Gráfico Nº 2. Rango granulométrico Escombrera Conexión I. Gravilla 19 5 14 P.19 Mcdan 23 13 17 14 18 20 Rjcillo 21 44 27 Piedra (≥152,4mm)(%) 0 8 2 �Propiedades Físico-Mecánicas de las Rocas. Seca Satu rada Precons 2005 sat Tabla adaptada de Duncan y Jennings S Muy Blanda Blanda Ablandable Blanda Blanda Ablandable Blanda Media Por Kab n Dureza e Absorción d Coef. Abland. f Dureza FKP Kab kN/m3 Tipo o nat N Punto de muestreo (Identificación) Registro Resistencia a la compresión Peso Específico Natural Muestra % Superficie 2,64 1,41 1,03 24,96 24,71 0,05 4,7 55 25,2 10,2 9,2 0,90 1,96 1,02 No Ablandable 1,03 0,95 23,49 23,27 0,12 10,4 22 24,3 18,7 6,8 0,37 1,62 1,87 21,0 7,3 0,35 2,64 2,1 0,23 s % kN/m3 % % MPa Conexión I 27-468 P-11 1 RI 27-469 P-12 1 RI Superficie 2,65 27-470 P-13 1 RI Superficie 2,64 1,39 1,02 23,58 23,34 0,11 9,7 25 24,3 0,84 0,87 24,99 24,77 0,05 4,5 49 25,2 24,5 5,6 1,37 2,45 Ablandable Blanda Media 0,95 24,93 24,70 0,05 4,8 50 25,2 19,3 13,4 0,69 1,42 1,93 Ablandable Blanda Blanda 5 5 5 5 5 5 5 5 5 - - - 27-471 P-14 1 RI Superficie 2,65 27-472 P-15 1 RI Superficie 2,64 0,93 5 5 No Observaciones(n) 5 5 5 Valor Mínimo (x-) 2,64 0,84 0,87 23,49 23,27 0,05 4,53 22 24,29 10,2 5,6 0,23 1,37 1,02 - - - Valor Máximo (x+) 2,65 1,41 1,03 24,99 24,77 0,12 10,4 55 25,22 24,5 13,4 0,90 2,64 2,45 - - - Valor Promedio (x) 2,64 1,12 0,96 24,39 24,16 0,07 6,81 40 24,82 18,7 8,5 0,51 1,80 1,87 - - - Tabla Nº 6. Propiedades físico-mecánicas de la Escombrera Conexión I. �Anexo 3 Piedra ( ≥ 152,4 mm ) Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) Profundidad (m) Tipo o N Punto de muestreo (Identificación) Registro 6 7 8 9 s Clasificación Granulometría Muestra % 1 2 3 4 5 10 11 Escombrera Conexión II 43-744 P-61 1 S Superficie 28 59 12 1 2,63 GP 43-745 P-62 1 S Superficie 33 51 17 0 2,62 GP 43-746 P-63 1 S Superficie 40 52 8 0 2,64 GP 43-747 P-64 1 S Superficie 35 56 9 1 2,64 GP 43-748 P-65 1 S Superficie 20 70 8 2 2,66 GP 43-749 P-66 1 S Superficie 15 74 10 1 2,63 GP 43-750 P-67 1 S Superficie 11 76 12 1 2,61 GP 43-751 P-68 1 S Superficie 14 71 14 1 2,64 GP 43-752 P-69 1 S Superficie 18 71 10 1 2,64 GP 43-753 P-70 1 S Superficie 13 77 9 1 2,63 GP 43-754 P-71 1 S Superficie 15 76 8 1 2,62 GP 43-755 P-72 1 S Superficie 35 54 10 1 2,64 GP 43-756 P-73 1 S Superficie 29 60 10 1 2,63 GP 43-757 P-74 1 S Superficie 17 73 9 1 2,62 GP 43-758 P-75 1 S Superficie 29 59 11 1 2,64 GP 43-759 P-76 1 S Superficie 13 70 16 1 2,64 GP 43-760 P-77 1 S Superficie 12 75 11 2 2,64 GP 43-761 P-78 1 S Superficie 7 81 10 2 2,62 GP 43-762 P-79 1 S Superficie 9 76 14 1 2,64 GP 43-763 P-80 1 S Superficie 7 66 27 0 2,63 GP 20 20 20 20 20 - 0 N Observaciones (n) Valor Mínimo Valor Máximo Valor Promedio (x-) (x+) (x) 7 51 8 0 2,61 - 40 81 27 2 2,66 - 20 67 12 1 2,63 - Tabla Nº 7. Propiedades físicas del suelo Escombrera Conexión II. �Tamices / Abertura en mm / % que Pasa 50,800 38,100 25,000 19,000 9,5200 4,7500 2,0000 0,8500 0,4250 0,2500 0,1500 0,0750 Piedra ( ≥ 152,4 mm ) Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) Finos (Limo + Arcilla) (< 0.075 mm) 72 62 54 46 39 32 26 22 19 13 8 5 3 3 1 1 28 26 14 10 9 59 12 1 43-746 P-63 1 S Superficie 100 100 100 70 60 50 42 33 29 24 18 15 13 8 5 3 2 1 1 0 40 27 8 9 7 52 8 0 43-747 P-64 1 S Superficie 100 100 100 75 65 56 45 35 32 29 22 17 14 9 6 4 3 2 1 1 35 30 6 12 8 56 9 1 43-748 P-65 1 S Superficie 100 100 100 88 80 68 54 40 36 29 25 19 15 10 7 5 4 3 2 2 20 40 11 10 9 70 8 2 43-749 P-66 1 S Superficie 100 100 100 92 85 74 61 50 42 34 27 18 14 11 9 8 6 4 2 1 15 35 16 16 7 74 10 1 43-750 P-67 1 S Superficie 100 100 100 100 89 77 65 51 45 32 26 21 16 13 10 8 6 5 3 1 11 38 19 11 8 76 12 1 43-752 P-69 1 S Superficie 100 100 100 91 82 75 62 57 46 31 23 19 13 11 8 6 5 4 2 1 18 25 26 12 8 71 10 1 43-753 P-70 1 S Superficie 100 100 100 100 87 73 62 51 41 31 19 15 14 10 6 4 3 2 1 1 13 35 20 16 6 77 9 1 43-754 P-71 1 S Superficie 100 100 100 100 85 73 50 43 37 30 25 17 13 9 7 6 4 3 2 1 15 42 13 13 8 76 8 1 43-755 P-72 1 S Superficie 100 100 100 75 65 54 46 39 34 29 21 18 15 10 7 4 3 2 1 1 35 26 11 8 54 10 1 43-760 P-77 1 S Superficie 100 100 100 94 88 76 65 52 42 35 27 22 16 13 8 6 5 4 3 2 12 36 17 13 9 75 11 2 43-761 P-78 1 S Superficie 100 100 100 100 93 84 70 64 58 46 33 24 18 12 10 9 7 5 4 2 7 29 18 22 12 81 10 2 43-762 P-79 1 S Superficie 100 100 100 100 91 85 73 67 52 47 36 25 21 15 11 8 6 5 3 1 9 24 20 22 10 76 14 1 43-763 P-80 1 S Superficie 100 100 100 100 93 85 76 66 57 48 42 38 32 27 18 11 6 3 2 0 7 27 18 10 11 66 27 0 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 19 15 20 16 20 7 52 8 0 26 19 10 11 66 25 2 87 12 1 Profundidad (m) o N Observaciones (n) Curva Mínima 20 (x-) 20 4" 3" 2" 1.5" 1" 3/4" 3/8" 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 100 100 100 4 10 20 40 60 140 200 9 70 60 50 42 33 29 24 18 15 12 8 5 3 2 1 0 0 40 27 93 85 76 67 58 48 42 38 32 27 18 11 7 5 4 2 7 80 70 59 50 43 35 27 22 18 13 9 6 4 3 2 1 20 30 15 13 Curva Máxima (x+) 100 100 100 100 Curva Promedio (x) 100 100 100 90 Tabla Nº 8. Composición granulométrica Escombrera Conexión II. 8 9 Gravilla ( ≥ 4.75 y < 19,0mm ) 76,200 82 5" Piedra 19 (≥ 19,0 y < 38,1 mm ) 101,60 Superficie 100 100 100 6" Macadan ( ≥ 38,1 y < 76,2 mm ) 127,00 S 10" Rajoncillo ( ≥ 76,2 y < 152,4 mm) 152,40 1 o P-61 Punto de muestreo Identificación) 43-744 Registro 254,00 990,60 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) 381,00 15" Tipo 39" Granulometría (%) N > 39" > 990.6 Muestra 9 �Gráfico de Rango Granulométrico. 200 40 10 " 1 4 " 3 " 6 " 10 " 15 " 39 100 90 80 70 Curva Máxima % que pasa 60 50 40 30 Curva Mínima Curva Promedio 20 100,0 100 381,0 10,0 10 254,0 1,0 1 Diámetro ( mm ) 152,4 0,425 76,2 0,1 0,1 38,1 0,0 0,010 25,0 0,005 19,0 0,002 4,75 0,0 0,001 2,0 0 0,075 10 1000,0 1000 Grava (≥ 4.75 y <152,4 mm) (%) Curva Máx. Mín. Prom. Fino (Arcilla + Limo) (< 0.075 mm) (%) 2 0 1 Arena ( ≥ 0.075 y < 4.75 mm) (%) 25 8 12 Gráfico Nº 3. Rango granulométrico Escombrera Conexión II. Gravilla 11 7 9 P.19 10 9 13 Mcdan 9 8 15 Rjcillo 26 27 30 Piedra (≥152,4mm)(%) 7 40 20 �Satu rada PreconsII 2005 Seca Tabla adaptada de Duncan y Jennings sat Por Kab S Dureza n FKP e Absorción d Dureza Kab f Coef. Abland. nat kN/m3 Profundidad (m) Tipo o N Punto de muestreo (Identificación) Registro Resistencia a la compresión Peso Específico Natural Muestra % 38-659 P-41 1 RI Superficie 2,67 2,14 2,06 23,72 23,24 0,13 11,2 43 24,3 14,0 11,1 0,79 3,98 1,40 No Ablandable Muy Blanda Blanda 38-660 P-42 1 RI Superficie 2,64 1,40 1,35 24,75 24,42 0,06 5,7 59 25,0 53,2 36,4 0,69 1,71 5,32 Ablandable Blanda Media 38-662 P-44 1 RI Superficie 2,65 1,55 1,63 24,53 24,14 0,08 7,1 56 24,8 20,0 18,5 0,92 2,17 2,01 No Ablandable Blanda Media 38-663 P-45 1 RI Superficie 2,62 1,41 1,35 24,09 23,77 0,08 7,5 44 24,5 43,6 39,9 0,91 1,93 4,36 No Ablandable Blanda Media 38-664 P-46 1 RI Superficie 2,65 2,12 2,16 23,33 22,84 0,14 12,1 41 24,0 25,6 13,4 0,52 1,82 2,56 Ablandable Muy Blanda Blanda 38-665 P-47 1 RI Superficie 2,64 2,63 2,46 22,54 22,00 0,18 15,0 37 38-666 P-48 1 RI Superficie 2,63 1,34 1,34 24,09 23,77 0,09 7,8 41 38-667 P-49 1 RI Superficie 2,63 1,42 1,34 24,48 24,16 0,07 6,3 52 24,8 17,1 15,3 0,90 2,16 1,71 No Ablandable Muy Blanda Blanda 38-668 P-50 1 RI Superficie 2,64 1,17 1,17 24,75 24,46 0,06 5,5 53 25,0 36,9 26,6 0,72 1,70 3,69 Ablandable Blanda Media 38-669 P-51 1 RI Superficie 2,63 2,08 2,07 23,76 23,28 0,11 9,7 50 24,2 11,6 9,4 0,81 3,66 1,16 No Ablandable Muy Blanda Blanda 38-671 P-53 1 RI Superficie 2,64 1,48 1,53 24,27 23,90 0,08 7,7 49 24,7 34,6 27,3 0,79 2,25 3,46 No Ablandable Blanda Media 38-672 P-54 1 RI Superficie 2,63 2,12 2,12 23,25 22,77 0,13 11,7 42 23,9 21,7 17,4 0,80 3,78 2,17 No Ablandable Blanda Media 38-673 P-55 1 RI Superficie 2,66 1,53 1,35 23,84 23,52 0,11 9,8 33 24,5 24,6 18,7 0,76 2,68 2,46 No Ablandable Blanda Media 38-674 P-56 1 RI Superficie 2,62 1,44 1,73 23,92 23,51 0,09 8,5 49 24,3 13,7 10,9 0,80 2,60 1,37 No Ablandable Muy Blanda Blanda 38-675 P-57 1 RI Superficie 2,65 1,47 1,41 24,76 24,42 0,06 6,1 58 25,0 28,9 16,1 0,56 1,92 2,89 Ablandable Blanda Media 38-676 P-58 1 RI Superficie 2,63 1,32 1,23 23,75 23,46 0,10 9,0 33 24,3 29,4 24,4 0,83 2,13 2,936 No Ablandable Blanda Media s % % kN/m3 % MPa Conexión II No Observaciones(n) Curva Mínima (x-) 20 20 20 20 20 23,5 24,5 21,7 35,1 18,2 20,0 0,84 0,57 3,59 1,91 2,17 3,51 No Ablandable Ablandable Blanda Blanda Media Media 20 20 20 20 20 20 20 20 20 - - - 2,62 0,98 1,07 22,54 22,00 0,05 4,67 33 23,47 11,6 9,4 0,52 1,43 1,16 - - - Valor Máximo (x+) 2,67 2,63 2,46 25,04 24,77 0,18 15,0 59 25,23 53,2 39,9 0,93 3,98 5,32 - - - Valor Promedio (x) 2,64 1,66 1,64 24,05 23,67 0,10 8,62 47 24,51 27,1 20,5 0,77 2,38 2,71 - - - Tabla Nº 9. Propiedades físico-mecánicas de las rocas Escombrera Conexión II. �Anexo 4 Arena Pilón 55-977 55-978 Tamiz 55-979 55-980 55-981 % Pasado Grava 9.52 mm Peridotita 55-987 Promedio Aritmético Rango Según NC:251 Cumplimiento de Rango según NC:251 Tamiz 55-988 55-989 55-990 55-991 % Pasado Promedio Aritmético Rango Según NC:251 Cumplimiento de Rango según NC:251 9,52 4,76 100 98 100 98 100 98 100 99 100 98 100 98 100 90-100 Cumple Cumple 12,7 9,52 100 57 100 56 100 56 100 56 100 56 100 56 100 85-100 Cumple Incumple 2,38 88 60 60 60 80 64 70-100 Incumple 4,76 52 52 52 52 52 52 15-35 Incumple 1,19 12 23 24 34 58 35 45-80 Incumple 2,38 14 16 14 14 16 15 0-10 Incumple 1,19 0 0 0 0 0 0 0-5 Incumple Promedio Aritmético Rango Según NC:251 Cumplimiento de Rango según NC:251 Cumple 0,59 6 8 7 7 28 11 25-60 Incumple 0,297 2 2 2 2 6 3 10-30 Incumple 0,149 0 1 0 0 1 1 2-10 Incumple Módulo Finura 3,94 4,08 4,09 3,98 3,24 3,87 2,20-3,58 Incumple Arena Peridotita 55-982 55-983 Tamiz 55-984 55-985 55-986 % Pasado Grava 19.1 mm Peridotita Promedio Aritmético 55-992 Rango Según NC:251 Cumplimiento de Rango según NC:251 Tamiz 55-993 55-994 55-995 55-996 % Pasado 9,52 100 100 100 100 100 100 100 Cumple 25,4 100 100 100 100 100 100 100 4,76 99 100 98 98 98 99 90-100 Cumple 19 85 85 94 99 89 90 90-100 Cumple 2,38 60 70 58 60 60 62 70-100 Incumple 12,7 62 60 60 66 58 61 20-55 Incumple 1,19 26 26 22 22 24 24 45-80 Incumple 9,52 18 8 7 3 11 10 0-15 Cumple 0,59 10 5 7 7 8 7 25-60 Incumple 4,76 0 0 0 0 0 0 0-5 Cumple 0,297 4 2 2 2 3 3 10-30 Incumple 0,149 1 0 0 0 0 1 2-10 Incumple Módulo Finura 4,00 3,97 4,13 4,11 4,07 4,06 2,20-3,58 Incumple Tabla Nº 10. Propiedades físicas de los áridos. Granulometría de los áridos y grava peridotita. �Anexo 5 Peso Especifico (Gs) y Absorción de agua Registro Árido Fino Hum. Superf % 55-977 2,1 55-978 1,9 Arena del Molino 55-979 2,3 Pilón 55-980 1,5 55-981 1,8 Promedio Aritmético 1,92 55-982 55-983 Arena 55-984 Peridotita 55-985 55-986 Promedio Aritmético 3,5 3,2 2,9 3,4 3,6 3,32 Gs Corriente 3 (g/cm ) 2,36 2,41 2,37 2,42 2,42 2,40 Gs Saturado 3 (g/cm ) 2,50 2,53 2,51 2,54 2,55 2,53 2,29 2,23 2,22 2,26 2,25 2,25 2,40 2,36 2,36 2,38 2,37 2,38 Peso volumétrico Mat. más Gs Aparente Absorción fino Cont. Part. 3 (g/cm ) (%) T-200 (%) Arcilla (%) 2,75 5,93 2,58 1,4 2,74 4,98 2,73 1,7 2,76 6,06 2,83 1,5 2,75 4,96 2,69 1,7 2,77 5,15 2,70 1,1 2,75 5,41 2,71 1,5 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 4,68 5,91 6,12 5,45 5,65 5,56 0,49 0,36 0,23 0,25 0,75 0,42 1,9 1,9 1,0 1,3 1,8 1,6 Peso Volum.Suelto 3 (kg/m ) 1403 1393 1396 1373 1399 1393 Peso Volum. Comp. 3 (kg/m ) 1548 1554 1542 1523 1552 1544 Por Ciento Huecos (%) 35 36 35 37 36 36 1409 1398 1399 1369 1366 1388 1550 1535 1548 1539 1513 1537 32 31 30 32 33 32 Tabla Nº 11. Propiedades físicas de los áridos. Arena del Molino Pilón y Arena de Peridotita. �Anexo 6 Peso Especifico (Gs) y Absorción de agua Peso volumétrico Por Peso Volum. Ciento Compactado Huecos 3 (%) (kg/m ) 55-987 55-988 Grava 55-989 9.52 mm 55-990 55-991 Promedio Aritmético 30 31 32 30 33 2,38 2,35 2,35 2,32 2,33 2,47 2,44 2,45 2,43 2,43 2,61 2,60 2,61 2,59 2,60 3,74* 4,08 4,11 4,42 4,46 Mat. más fino Tamiz200 (%) 1,74 1,41 1,86 1,78 1,41 31 2,35 2,44 2,60 4,27 1,64 0,20 1236 1350 42 53 22,95 55-992 55-993 Grava 55-994 19,1 mm 55-995 55-996 Promedio Aritmético 43 34 31 32 32 2,28 2,26 2,36 2,35 2,36 2,40 2,35 2,44 2,44 2,44 2,58 2,48 2,58 2,58 2,58 5,16* 3,95 3,58 3,74 3,55 1,19 1,11 1,06 1,15 1,57 0,15 0,11 0,11 0,16 0,22 1298 1268 1272 1271 1300 1395 1414 1399 1402 1404 39 37 41 40 40 54 45 46 32 38 31,32 33,51 35,67 34,91 33,77 34 2,32 2,41 2,56 3,70 1,22 0,15 1282 1403 40 43 33,83 Registro Árido Grueso Abrasión Gs Gs Gs Absorción (%) Corriente Saturado Aparente (%) 3 3 3 (g/cm ) (g/cm ) (g/cm ) Cont. Part. Arcilla (%) Peso Volum. Suelto 3 (kg/m ) 0,11 0,13 0,30 0,29 0,16 1237 1237 1234 1236 1238 1347 1346 1356 1346 1357 Tabla Nº11. Propiedades Físicas Árido Grueso. Grava 9.52 y 19,1 mm de Peridotita. Part. Planas y Alargadas (%) Índice de Triturabilidad (%) 43 43 42 42 42 53 48 62 51 52 22,16 22,68 21,66 25,69 22,59 �Anexo 7 Granulometría (%) Registro Grava Arena Limo Arcilla Plasticidad (%) L. Líquido L. Plástico I. Plástico Peso Espec. Sólidos Clasificación 55-997 0 17 69 14 18 15 3 2,75 ML 55-998 0 16 72 12 18 15 3 2,73 ML 55-999 2 16 70 12 19 15 4 2,72 ML P. Aritmético 1 16 70 13 18 15 3 2,73 ML Tabla Nº 12. Propiedades físicas filler del molino Pilón. �Anexo 7 Granulometría (%) Registro Grava Arena Limo Arcilla Plasticidad (%) L. Líquido L. Plástico I. Plástico Peso Espec. Sólidos Clasificación 55-997 0 17 69 14 18 15 3 2,75 ML 55-998 0 16 72 12 18 15 3 2,73 ML 55-999 2 16 70 12 19 15 4 2,72 ML P. Aritmético 1 16 70 13 18 15 3 2,73 ML Tabla Nº 12. Propiedades físicas filler del molino Pilón. �Anexo 8 HORMIGON CONVENCIONAL HIDRAULICO (HCH) Dosificación Agua Total Efectiva Cemento Relación Arena P-350 Agua-Cemento Peridotita Arena Pión Gravas 19,1 Densidad mm Peridotita Asentamiento (cm) Grava 9,52 mm (Kg) Filler (Kg) Resistencia Compresión 7 días 28 días HCH-1 268 189 350 0,54 686 - 900 1958 10 - - 22,3 21,8 HCH-2 280 205 400 0,51 644 - 842 2091 9 - - 26,7 26,4 HCH-3 249 200 350 0,57 - 882 756 2188 11 - - 23,2 23,2 HCH-4 253 189 400 0,47 - 882 756 2227 5 - - 31,8 31,4 HORMIGON COMPACTADO CON RODILLO (HCR) HCR-5 202 136 260 0,52 616 654 2290 0 616 654 11,1 17,0 HCR-6 207 144 260 0,55 616 654 2944 0 616 654 13,1 18,7 Tabla Nº 13. Resultados de las dosificaciones. �Anexo 9 Hormigón Convencional Hidráulico (HCH) Dosificación 7 días Promedio 28 días Promedio Mpa HCH-1 17,0 17,5 17,7 17,4 21,2 22,0 22,3 21,8 HCH-2 20,5 20,9 21,2 20,9 26,1 26,5 26,7 26,4 HCH-3 18,1 18,2 18,4 18,2 22,6 22,9 23,2 22,9 HCH-4 24,1 24,3 24,6 24,3 31,1 31,4 31,8 31,4 Hormigón Compactado con Rodillo (HCR) HCR-5 10,6 11,3 11,4 11,1 17,2 16,6 17,2 17,0 HCR-6 13,5 12,7 13,2 13,1 19,1 18,4 18,6 18,7 HCH-1: Composición- 350 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava 19,1 mm de rechazo del túnel. HCH-2: Composición- 400 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava19,1 mm de rechazo del túnel. HCH-3: Composición- 350 Kg/m3 de cemento P-350, arena de Pilón y grava19,1 mm de rechazo del túnel. HCH-4: Composición- 400 Kg/m3 de cemento P-350, arena de Pilón y grava19,1 mm de rechazo del túnel. HCR-1: Composición- 260 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava 9,52 mm y 19,1 mm de rechazo del túnel., filler Pilón. HCR-2: Composición- 260 Kg/m3 de cemento P-350, arena y grava 9,52 y 19,1 mm de rechazo del túnel., filler zeolita. Tabla Nº 14. Hormigón Convencional Hidráulico (HCH). ��Anexo 10 Tabla Nº 14. Dosificación de diferentes hormigones que se utiliza en los trasvases. a) Hormigón premezclado 30 Mpa con Arena Pilón+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 450 18-22 cm Arena Pilón Kg/m3 980 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 705 B2R9 Lts/m3 4,5 Agua Lts/m3 180 b) Hormigón 25 Mpa Piso con Arena Pilón+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 360 18-22 cm Arena Pilón Kg/m3 844 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 951 B2R9 Lts/m3 1,69 Agua Lts/m3 150 c) Hormigón 15 Mpa Piso con Arena Pilón+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 280 12-16 cm Arena Pilón Kg/m3 821 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 911 B2R9 Lts/m3 1,5 Agua Lts/m3 150 d) Hormigón premezclado 30 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 450 18-22 cm Arena Pilón Kg/m3 960 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 705 B2R9 Lts/m3 4,5 Agua Lts/m3 180 �e) Hormigón premezclado 25 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 390 8-12 cm Arena Pilón Kg/m3 832 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 938 B2R9 Lts/m3 2 Agua Lts/m3 155 f) Hormigón premezclado 20 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 350 8-12 cm Arena Pilón Kg/m3 891 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 965 B2R9 Lts/m3 2 Agua Lts/m3 150 j) Hormigón premezclado 15 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 300 8-12 cm Arena Pilón Kg/m3 935 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 1013 B2R9 Lts/m3 1,8 Agua Lts/m3 130 k) Hormigón premezclado 10 Mpa con Arena de Sagua+Grava Pilón Material U/M Cantidad Asentamiento Cemento Kg/m3 200 8-12 cm Arena Pilón Kg/m3 1209 Grava Pilón 3/4 Kg/m3 651 B2R9 Lts/m3 1,5 Agua Lts/m3 160 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio técnico sobre los materiales serpentiníticos del túnel Mayarí-Levisa para su empleo como áridos en hormigones Creator An entity primarily responsible for making the resource Reinier Leyva Avila Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Tesis maestría Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2015 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/f9ab040bdaf2c77e409d785eea6f6222.pdf 0735b6584b8259ead0819f61f032927c PDF Text Text TESIS Evaluación de la calidad de las aguas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Municipio Maracaibo. Irguin Alberto Bracho Fernández �Página legal Título de la obra: Evaluación de la calidad de las aguas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Municipio Maracaibo, 65 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN: 1. Autor: Irguin Alberto Bracho Fernández 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Evaluación de la calidad de las aguas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Municipio Maracaibo. Tesis en opción al título académico de Máster en Geología mención Geología Ambiental Autor: Ing. Irguin Alberto Bracho Fernández Moa, 2015 �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Evaluación de la calidad de las aguas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Municipio Maracaibo. Tesis en opción al título académico de Máster en Geología mención Geología Ambiental Autor: Ing. Irguin Alberto Bracho Fernández Tutor: MsC. Moraima Fernández Rodríguez Tutor: Dr. Giussepe Malandrino Mayo 2015 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II ÍNDICE INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….…… CAPÍTULO I- CARACTERÍSTICAS FÍSICO-GEOGRÁFICAS Y ECONÓMICAS DE LA REGION………………………………………………………………………... 1.1. Situación geográfica.………………………………………………………….….. 1.2. Clima………………………………………………………………………………... 1.2.1. Precipitaciones…………………………………………………………….. 1.3. Geología……………………………………………………………………………. 1.4. Condición actual del suelo……………………………………………….………. 1.5. Recursos Hídricos………………………………………………………………… 1.6. Embalses en Venezuela………………………………………………………….. 1.7. Hidrografía…………………………………………………………………………. 1.8. Regiones hidrogeológicas en el país…………………………………………… 1.8.1. Provincias y subprovincias hidrogeológicas……………………………. CAPITULO II. METODOLOGÍA Y VOLUMEN DE LAS INVESTIGACIONES DESARROLLADAS EN EL ÁREA DE ESTUDIO………………………………….. 2.1. Metodología de Trabajo…………………………………………………………. 2.2. Identificación de las fuentes de abasto de aguas en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II…………………………………….. 2.3. Principales fuentes de contaminación………………………………………….. 2.4. Muestreo hidroquímico y análisis físico-químico……………………………… 2.5. Descripción de los puntos de muestreo………………………………………... 2.5.1. Muestra1. Pozo Granja San Martín……………………………………… 2.5.2. Muestra 2. Pozo Granja La Zeta………………………………………… 2.5.3. Muestra 3. Pozo Granja El Bosque……………………………………… 2.5.4. Muestra 4. Pozo Granja Los Cascabeles……………………………….. 2.5.5. Muestra 5. Pozo Granja San Benito……………………………………... 2.5.6. Muestra 6. Pozo Granja Monte Santo…………………………………… 2.5.7. Muestra 7. Pozo Granja La Estancia……………………………………. 2.5.8. Muestra 8. Botellón de Agua……………………………………………... 2.5.9. Muestra 9. Tubería (Aducción)…………………………………………… 2.5.10. Muestra10. Cañada Iragorry……………………………………………. CAPÍTULO III- INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS........ 3.1. Fuentes de abasto de aguas que consumen los habitantes en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II, Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo…………………………………………………………. Pág. 1 17 17 18 18 19 22 23 24 27 28 28 30 30 31 32 36 38 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 44 44 I �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 3.2. Fuentes de contaminación que afectan la calidad de las aguas en el sector…………………………………………………………………………………….. 3.3. Propiedades físicas, químicas y bacteriológicas de las fuentes de abasto de agua en la comunidad……………………………………………………………… 3.3.1. Muestra1. Pozo Granja San Martín………………………….…………… 3.3.2. Muestra 2. Pozo Granja La Zeta……………………………….………… 3.3.3. Muestra 3. Pozo Granja El Bosque………….…………………………… 3.3.4. Muestra 4. Pozo Granja Los Cascabeles……………………….……… 3.3.5. Muestra 5 Pozo Granja San Benito…….……………………………… 3.3.6. Muestra 6. Pozo Granja Monte Santo………………………………….. 3.3.7. Muestra 7. Pozo Granja La Estancia……………………………………. 3.3.8. Muestra 8. Botellón de Agua…………………………………………….. 3.3.9. Muestra 9. Tubería (Aducción)………….………………………………... 3.3.10. Muestra10. Cañada lragorry……….…………………………………… 3.4. Medidas preventivas y correctoras para minimizar la contaminación que posibiliten la accesibilidad de abasto de agua para consumo humano en la comunidad………………………………………………………………………………. 45 48 48 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 CONCLUSIONES………………………………………………………………………. 61 RECOMENDACIONES………..………………………………………………………. 62 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………..……… 63 ANEXOS…………………………………………………………………………........... 65 II �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II ÍNDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1. Ubicación del sector Ancón Bajo II……………………………………..... Figura 2. Ubicación geográfica del sector Ancón Bajo II…………………………. Figura 3. Poligonal geográfica del sector Ancón Bajo II………………………….. Figura 4. Columna Litoestratigráfica del Sector Ancón Bajo II....………………………… Figura 5. Mapa Geológico del Sector Ancón Bajo II………………………………. Figura 6. Mapa de Uso de los Suelos de la Comunidad………………………….. Figura 7. Uso de los suelos de la comunidad…….……………………………..... Figura 8. Embalse los Tres Ríos………………..………………………………….. Figura 9. Regiones hidrográficas de Venezuela…………………………………… Figura 10. Zonas potenciales de agua subterráneas en Venezuela……………. Figura 11. Diagrama de flujo con la metodología de trabajo…………………….. Figura 12. Visitas a La comunidad, entrevista y observación directa…………... Figura13. Focos de contaminación presentes en la comunidad Ancón Bajo II... Figura 14. Equipo de mediciones in situ…………………………………..……….. Figura 15. Muestreo pozo granja San Martín…………..………………………….. Figura 16. Muestreo pozo granja La Zeta………………………………………….. Figura 17. Muestreo pozo granja El Bosque………………..……………………… Figura 18. Muestreo pozo granja los cascabeles………………………………….. Figura 19 Muestreo pozo granja San Benito (Casa Azul)………………………… Figura 20. Muestreo pozo granja Monte Santo……………………………………. Figura 21. Muestreo pozo granja La Estancia……………………………………... Figura 22. Muestreo botellón de agua familia Alzate……………………………… Figura 23. Muestreo de la tubería de aducción……………………………………. Figura 24. Muestreo de la quebrada Iragorry……………………………………… Figura 25. Parámetros fuera de norma granja pozo San Martin………………… Figura 26. Parámetros fuera de norma granja pozo La Zeta…………………….. Figura 27. Parámetros fuera de norma granja pozo El Bosque………………..... Figura 28. Parámetros fuera de norma granja pozo Los Cascabeles…………... Figura 29. Parámetros fuera de norma granja pozo San Benito………………… Figura 30. Parámetros fuera de norma granja pozo Monte Santo………………. Figura 31. Parámetros fuera de norma granja pozo La Estancia………………... Figura 32. Parámetros fuera de norma Botellón de Agua……………………….. Figura 33. Parámetros fuera de norma Tubería (Aducción)……………………… Figura 34. Parámetros fuera de norma Cañada lragorry………………………… 3 17 18 20 21 22 23 24 27 29 31 32 33 38 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 50 51 52 53 54 55 56 57 57 58 III �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II INDICE DE TABLAS Pág. Tabla 1. Componentes indeseables en el agua potable, orígenes y formas de remoción…………………………………………………………………………….….. Tabla 2 Estándares secundarios o no obligatorios de agua potable………….…. Tabla 3. Parámetros físicos, químicos y biológicos Determinados……………... Tabla 4. Contaminantes del Agua Potable……………………………………….... Tabla 5. Resultados análisis físico, químico y Biológico…………………………. 34 35 37 47 49 IV �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II INTRODUCCIÓN El agua potable es esencial e imprescindible para que la vida misma sea posible sobre la faz de la tierra, es mucho más que un bien, que un recurso, que una mercancía, el agua potable es concretamente un derecho humano de primer orden y un elemento esencial de la propia soberanía nacional ya que, muy probablemente, quien controle el agua controlará la economía y toda la vida en un futuro no tan lejano. Los esfuerzos del hombre por mejorar el medio ambiente en el que habita y elevar su calidad de vida, dependen en gran medida de la disponibilidad de agua, existiendo una estrecha correlación esencial entre la calidad del agua y la salud pública, entre la posibilidad de acceder al agua, el nivel de higiene, la abundancia del agua, el crecimiento económico y desarrollo social. Las medidas dirigidas a ampliar y mejorar los sistemas públicos de prestación del servicio de agua potable, contribuyen a una reducción de la morbimortalidad, relacionada con las enfermedades endémicas, porque dichas enfermedades, están asociadas directa o indirectamente con el abastecimiento de aguas deficientes o provisión escasa de agua. Actualmente, 1.400 millones de personas no tienen acceso a agua potable, casi 4.000 millones carecen de un saneamiento adecuado. Según estimaciones de la Organización Mundial de la Salud (OMS), el 80% de las enfermedades se transmiten a través de agua contaminada. Esta situación se debe a que sólo una pequeña parte de la población, en particular en los países en desarrollo, tiene acceso a un abastecimiento de agua de calidad aceptable. Se estima que en algunos países solamente el 20% de la población rural, dispone de agua de calidad satisfactoria. Basándose en estas estadísticas, se desprende la urgente necesidad de tomar conciencia sobre el cuidado del uso del agua. Casi sin darnos cuenta, estamos poniendo en serio peligro este recurso tan esencial, no solo para nosotros, sino también para los hijos de nuestros hijos y sus generaciones siguientes, tomar conciencia de que cada gota tiene un valor que nosotros no le damos. 1 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II A pesar que Venezuela es un país con grandes recursos hídricos, provenientes en su mayoría de los aportes de la cuenca del río Orinoco, uno de los principales ríos del mundo. El volumen superficial promedio nacional escurrido era de 705 millones de metros cúbicos anuales, mientras que las aguas subterráneas se estiman mayores que las superficiales, pero no han sido cuantificadas (González, 2000; AVEAGUA y VITALIS, 2006). Sin embargo, el patrón de asentamiento de la población hace que esta abundancia sea relativa, ya que 80% de sus habitantes están ubicados al norte del país, pero 85% del total del agua dulce se genera al sur en el Orinoco. Los recursos hídricos internos renovables de Venezuela se estiman en 1.320 kilómetros cúbicos al año, distribuidos de la siguiente forma: 46% para uso agrícola, 43% para fines de consumo doméstico y 11% para uso industrial (AVEAGUA y VITALIS, 2006). Venezuela alcanzó las metas del milenio en cuanto a la cobertura de agua potable con un 95% de los venezolanos tienen acceso al agua potable (INE, 2011), pero muchas zonas aún no tienen un suministro permanente (PROVEA, 2010). El estado Zulia según datos tomados de Dossier 2010. Despacho del Viceministro de Planificación Territorial Dirección General de Evaluación y Seguimiento de Inversiones Públicas Dirección de Desarrollo Estadal, cuenta con 511.405 viviendas (81.4%), de un total de 628.230 viviendas ocupadas en el estado son abastecidas del servicio de agua potable por sistema de acueducto o tubería. El resto de las viviendas son abastecidas del servicio por otros medios (cisternas, bombas, entre otros). Un digno ejemplo de lo último mencionado lo es La comunidad San Valentín del sector Ancón Bajo II, parroquia Venancio Pulgar, municipio Maracaibo, la cual esta próximos a cumplir un siglo de fundada, en la actualidad presenta múltiples necesidades de infraestructura y de servicios básicos que garanticen una mejor calidad de vida de sus habitantes. Aunado a dichas carencias se suma el hecho de estar asentado en un área donde los drenajes naturales, próximos a su desembocadura (laguna el gran Eneal, Lago de Maracaibo), se encuentran 2 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II contaminados por recolectar aguas residuales, así como de estar rodeados por una extracción minera no organizadas del manto superficial de los suelos. La comunidad es ubicada al noroeste de la ciudad de Maracaibo, aproximadamente a unos 8.5 kilómetros al noroeste de la intercepción de la avenida 16 (vía Puerto Caballo) con la calle 10 (vía la tubería). (Figura 1) ANCÓN BAJO II Figura 1. Ubicación del sector Ancón Bajo II. Fuente. Google Map. Mayo 2014. En el año de 1919 fue creada la comunidad de Ancón Bajo II San Valentín; no obstante, pese al transcurso de casi un siglo de historia la misma no ha logrado su desarrollo local. La comunidad no cuenta con suministro adecuado de agua potable los habitantes invierten gran parte de su presupuestos familiares para abastecerse del vital líquido, pues deben asumirse costos para financiar redes informales, equipos de bombeo, dispositivos de almacenamiento e incluso el pago a distribuidores privados. Es claro que no es posible lograr bienestar de la población sin un suministro seguro de agua higiénica y apta para su consumo, con espacios llenos de basura, con grandes problemas de contaminación de las fuentes naturales de agua potabilizable, 3 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II el aire y los suelos, así como la disminución de la biodiversidad. Un futuro digno y con bienestar será la consecuencia de nuestra acción responsable hacia el ambiente. Considerando la ausencia del inventario sobre el recurso hídrico actualizado y confiable, que permitan evaluar la cantidad, calidad y accesibilidad del agua, así como su distribución en el tiempo y el espacio, es pertinente proponer una investigación orientada a la evaluación de la calidad del agua para consumo humano en la comunidad San Valentín del sector Ancón Bajo II, parroquia Venancio Pulgar, municipio Maracaibo con los objetivos de identificar las fuentes de abasto de aguas y las principales fuentes de contaminación, caracterizar las propiedades físicas, químicas y bacteriológicas de las fuentes de abasto de agua según normas establecidas, además, proponer medidas preventivas y correctoras para minimizar la contaminación que posibiliten la accesibilidad de abasto de agua para consumo humano en la comunidad. Diseño teórico La justificación del tema El servicio de Agua Potable y Saneamiento es un servicio público vital para la salud y el desarrollo de los ciudadanos. Comprende la captación, tratamiento, distribución y control de agua para el consumo humano, de igual manera la recolección, depuración y vertido de las aguas servidas. Es importante desarrollar el mejoramiento de los servicios de agua potable y saneamiento en la comunidad campesina Ancón Bajo II, ésta se encuentran muy deteriorada en lo ambiental: pobres condiciones de salubridad, plagados de desechos sólidos mal recolectados y dispuestos, sin servicio de aguas negras ni tratamiento, nociva contaminación atmosférica por fuentes vehiculares y minera no sistematizada, muy precarios o inexistentes espacios para el deporte y el esparcimiento y nulo contacto con la Naturaleza. Estas razones sustentan la imperiosa necesidad de considerar los factores de calidad del servicio por parte de los entes competentes, que permita evaluar los estándares de cantidad, calidad requeridos, para el bienestar social de la comunidad. 4 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Pese a que existen varios entes gubernamentales, no existe un inventario actualizado, confiable sobre la calidad de las aguas que la comunidad en estudio consume y la información existente no es accesible por lo importante y particular de la temática abordada. Siendo esta investigación insumo indispensable que suministrara a todos los interesados y en especial a los habitantes de la unidad de análisis el acceso de manera rápida y en un leguaje adecuado los datos técnicos sobre la ubicación y calidad de las fuentes disponibles de agua para consumo humano en el área geográfica abordada. El agua vehiculiza diferentes agentes nocivos para la salud, a saber: Físicos, químicos, radioactivos y biológicos. Los diversos agentes pueden producir enfermedades diversas y variadas a corto, mediano y largo plazo, siendo en ocasiones difíciles de medir en los seres vivos. Además de contaminar el suelo, afecta de manera directa a la actividad agrícola y pecuaria al desconocer la calidad de sus aguas y los efectos que ellas pueden producir. Aspectos generales de la temática ambiental y calidad de las aguas Medio Ambiente Término sobre el que existen varias definiciones, por muchos se define como “el que permite al hombre crear las condiciones necesarias para la vida. Incluye al medio natural y al medio social”, “consiste en la interacción Naturaleza-Sociedad en un contexto de espacio y tiempo dado”. El agua es uno de los recursos naturales fundamentales, junto con el aire, la tierra y la energía constituye los cuatro recursos básicos en que se apoya el desarrollo. La importancia de la calidad del agua ha tenido un lento desarrollo. Hasta finales del siglo XIX no se reconoció el agua como origen de numerosas enfermedades Infecciosas. Hoy en día, la importancia tanto de la cantidad como de la calidad del agua esta fuera de toda duda. Constituye parte integrante de todos los tejidos animales y vegetales, siendo necesaria como vehículo fundamental para el proceso de las funciones orgánicas, pero, además, es indispensable para toda una serie de usos humanos que comportan un mayor bienestar, desde la salud y la alimentación, 5 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II a la industria y al esparcimiento. El agua se encuentra en la naturaleza con diversas formas y características y cada una de ellas tiene su función dentro del gran ecosistema del planeta Tierra. La que nos interesa, principalmente, para los usos humanos, es en forma líquida y la conocida como agua dulce, en la cual existe una gama de componentes en disolución en pequeñas proporción, que la hace más o menos apta para los distintos usos, para lo cual se han desarrollado una serie de normas que definen la calidad y tratan de regularla, desde el agua para el consumo directo o agua potable hasta el agua para usos industriales. Contaminación hídrica La contaminación hídrica o contaminación del agua es una modificación de esta, generalmente provocada por el ser humano, que la vuelve impropia o peligrosa para el consumo humano, la industria, la agricultura, la pesca y las actividades recreativas, así como para los animales y la vida natural y cotidiana. Fuentes y causas productoras de la contaminación Cualquier sustancia que se añada al agua que amenace la salud, la supervivencia, o las actividades de los seres humanos o de otros organismos vivos, se denomina contaminación o polución. La mayoría de los contaminantes corresponden a subproductos o residuos sólidos, líquidos o gaseosos, que se originan al extraer, procesar, convertir en productos y/o utilizar el recurso natural. Los contaminantes pueden llegar a nuestro medio ambiente a través de las actividades humanas o actividades antrópicas, y aunque parezca contradictorio también ciertos procesos naturales como una erupción volcánica, pueden dar origen a la contaminación de las aguas. Breve reseña histórica de los estudios sobre calidad de las aguas y temática diversas desarrolladas en el ámbito local, nacional e internacional. La calidad del agua potable es de suma importancia para la salud pública, por lo cual la mayoría de los países tienen legislaciones internas que están relacionadas con las 6 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II aguas de consumo humano. Estas normas sirven para determinar la responsabilidad de los distintos sectores involucrados en la producción y distribución del agua potable, su monitoreo y su control. Los países cuentan, así mismo, con reglamentaciones que definen qué se entiende por agua potable; es decir, los patrones que se deben seguir para que el agua sea inocua para la salud humana. Entre esas reglamentaciones hay una muy específica, que se denomina “Norma de Calidad del Agua Potable”. Allí se establece que sustancias pueden estar presentes en el agua y las concentraciones máximas permisibles que no significan riesgo para la salud. Todos los países que establecen este tipo de normas nacionales utilizan como parámetro principal de comparación las Guías de la OMS para la Calidad del Agua Potable. Las guías son documentos que se publican aproximadamente cada 12 años, donde se acopia la última información disponible en el mundo sobre el tema. Las últimas directrices publicadas por la OMS son las acordadas en Génova en 1993. (Confirmar con las establecidas en Génova en el 2004). Organización Mundial de la Salud (2005), Guías para la calidad del agua potable primer apéndice a la tercera edición. Volumen 1, establece que el acceso al agua potable es una cuestión importante en materia de salud y desarrollo en los ámbitos nacional, regional y local. En algunas regiones, se ha comprobado que las inversiones en sistemas de abastecimiento de agua y de saneamiento pueden ser rentables desde un punto de vista económico, ya que la disminución de los efectos adversos para la salud y la consiguiente reducción de los costos de asistencia sanitaria es superior al costo de las intervenciones. Dicha afirmación es válida para diversos tipos de inversiones, desde las grandes infraestructuras de abastecimiento de agua al tratamiento del agua en los hogares. La experiencia ha demostrado asimismo que las medidas destinadas a mejorar el acceso al agua potable favorecen en particular a los pobres, tanto de zonas rurales como urbanas, y pueden ser un componente eficaz de las estrategias de mitigación de la pobreza. 7 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Truque, P. (2006), en su investigación denominada “Armonización de los estándares de agua potable en las Américas”, realiza una comparación de los valores recomendados por la Organización Mundial de la Salud en las Guías de Calidad de agua Potable para los diferentes contaminantes del agua, con los valores establecidos en las diferentes normas de calidad de agua existentes en cada uno de los países del continente americano. Esto se realiza con el fin de proponer alternativas y brindar soluciones que permitan la creación de políticas que con lleven a la armonización de los estándares de calidad de agua potable a nivel hemisférico. Los países del Caribe no son incluidos en este informe debido a la dificultad para acceder a sus normas nacionales. Por otro lado, un reporte de la CEPIS afirma que estos países se acogen a los estándares establecidos en las “Guías de Calidad de Agua Potable” recomendados por la Organización Mundial de la Salud. La superintendencia de servicios sanitarios división de fiscalización 2007, basado en “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 19th ed. del año 1995”, la primera versión del “Manual de Métodos de Análisis Físico-Químicos para agua potable. Este documento sumado a las normas chilenas para análisis bacteriológicos que existían en esa época establecieron las metodologías de ensayo oficiales y alternativas que se han utilizado en Chile durante los últimos 10 años, para el autocontrol y la fiscalización de los servicios de agua potable a lo largo de todo el país y que fueron paulatinamente acreditadas por los laboratorios del sector basado en la clasificación de parámetros de calidad establecidos en la nueva norma de requisitos para agua potable, donde se han subdividido los parámetros normados en diferentes tipos, en función de su importancia ya sea positiva o negativa para la salud de los consumidores y usuarios del agua potable suministrada. Villalobos, A. et al (2010), en el estudio del ion sulfato como indicador de sustentabilidad en la cuenca del río Guasare, estado Zulia. Este trabajo está orientado en la identificación y construcción de tendencias de medición del ión sulfato en la cuenca media del río Guasare, para establecer un diagnóstico de los impactos acumulados y proyectar, qué cantidad de sulfatos estará presente en este cuerpo de 8 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II agua. El ión sulfato es un importante indicador de sustentabilidad, porque permite tomar decisiones referentes a la gestión ambiental minera, dado su potencial de acidificar el medio, garantizando el desarrollo sustentable de la actividad en la zona de estudio. Se recolectaron muestras estratificadas en diversos puntos del área seleccionada bajo estudio, evaluando las concentraciones del ión sulfato (SO4 -2) y los cationes de calcio y magnesio (Ca+2 y Mg+2), pH, temperatura y turbidez. Se encontró que las cantidades presentes en el agua del río no superan los límites establecidos para este parámetro en la norma nacional. De igual forma explica los requisitos necesarios para garantizar la inocuidad del agua, incluidos los procedimientos mínimos y valores de referencia específicos, y el modo en que deben aplicarse tales requisitos. Describe asimismo los métodos utilizados para calcular los valores de referencia, e incluye hojas de información sobre peligros microbianos y químicos significativos, revisión en profundidad de los métodos utilizados para garantizar la inocuidad microbiana, importantes novedades en la evaluación de los riesgos. Hernández, M., et al (2010), estudian la Hidrogeoquímica de las aguas subterráneas ubicadas en los estados Anzoátegui y Monagas, persiguen el clasificar e identificar los procesos geoquímicos que gobiernan en la zona de estudio. Para ello, se tomó como punto de partida la información recabada por el Laboratorio Nacional de Hidráulica (2009). En base a esto, fueron seleccionados 300 pozos ubicados en los estados Monagas y Anzoátegui, debido a los parámetros medidos como: pH, Sólidos Disueltos Totales (SDT), conductividad, temperatura (T), Dureza Total, alcalinidad, las especies químicas Na+, K+, Ca2+, Mg2+, F-, Cl-, SO42- , NO-3 , y la sílice disuelta (SiO2), los tipos de aguas identificados a través de los resultados obtenidos fueron: bicarbonatadas sódicas (Na+-HCO3-), bicarbonatadas magnésicas (Mg2+- HCO3-), sulfatada sódica (Na+-SO4 2-) y Clorurada sódica (Na+- Cl-). También se establecieron algunas relaciones inter iónicas, la cuales apuntan a que dicha composición, es la consecuencia de procesos asociados a la interacción agua9 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II roca, intercambio iónico y a la disolución de sales evaporíticas formadas durante los eventos de evaporación, lixiviadas hacia el subsuelo durante la precipitación atmosférica. Pérez, E. (2011), realiza determinaciones de los parámetros que afectan la calidad de cualquier tipo de agua, rigiéndose por las más estrictas metodologías estandarizadas para los ensayos de laboratorio y calibración a fin de proporcionar resultados de análisis confiables. Los parámetros a analizar en una muestra de agua son los indicados en la Gaceta oficial 36.395 para aguas potables y el decreto No. 883 para aguas residuales. Es por ello que la Fundación Tecnología de Seguridad Integral (FUNSEIN) cuenta con el laboratorio de aguas y caracterización de efluentes en el cual toma en cuenta las exigencias de las leyes para asegurar la calidad de las muestras de aguas que son analizadas. Los parámetros de calidad del agua estudiados se clasifican en: Carácter Físico: características organolépticas (color, olor y sabor), turbidez, sólidos en suspensión y temperatura. Carácter Químico: Conductividad, salinidad, dureza, pH, oxígeno disuelto, alcalinidad, sustancias de carácter orgánico e inorgánico. Carácter Microbiológico: Coliformes totales, fecales y microorganismo patógenos Ughi, A. (2011), en su trabajo denominado “Estudio hidrogeofísico para caracterizar el acuífero del Jardín Botánico de Caracas”. Aplica la técnica de sondeos eléctricos verticales en un área inferior a 20 Ha. Los resultados obtenidos revelan la presencia de gradación vertical de los tipos litológicos con variaciones en el contenido de finos, factor que controla de forma determinante el valor de resistividad del subsuelo y permitió construir el modelo geológico para la zona el cual se encuentra constituido por roca metamórfica en forma de doble cuenca que alberga dos secuencias sedimentarias que constituyen dos acuíferos bien desarrollados pero es probable que a grandes profundidades no estén conectados, por lo que se reduce su capacidad de producción al limitarse su extensión lateral; sin embargo, la forma lenticular que los caracteriza implica que poseen gran desarrollo vertical con espesores que pueden variar entre 6 y 10 m. 10 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tejedor, L., et al (2011), en su estudio de calidad de las aguas asociadas con la cuenca alta del río Morichal Largo. Estados Anzoátegui y Monagas consideraron herramientas de calidad, hidrogeológicas e hidrogeoquímicas, con el propósito de describir los principales mecanismos que condicionan las características e interacción entre las aguas asociadas con la cuenca alta de dicho río. La información recopilada fue organizada y depurada para luego delimitar el área y las variables estudio. El cauce principal del río Morichal Largo está ubicado sobre un acuífero libre de alto rendimiento que se extiende hasta las cuencas de los ríos Caris y Tigre. Los patrones de flujo se mantuvieron relativamente constantes en el tiempo, con un movimiento en dirección sur este y un recorrido que parte de las cuencas de los ríos Tigre y Caris. Por otro lado, se reportaron los mayores valores de concentración de especies iónicas en la cuenca de los ríos Caris y Tigre. Asimismo, las aguas estudiadas son bicarbonatadas sódicas, cálcicas y magnésicas tanto en la cuenca alta del río, como en la cuenca de los ríos Caris y Tigre. Por su parte, el mecanismo principal que gobierna la composición química de las aguas superficiales es la precipitación atmosférica. Cataldi, A., et al (2011), elaboran la Prospección Electromagnética en el Dominio del Tiempo para la exploración profunda de agua subterránea (Edo Zulia, Venezuela), En el ámbito de un estudio de investigación de agua para el desarrollo industrial en el sector la Cañada, Edo. Zulia, se realizó un estudio Hidrogeofísico profundo. Esto se realizó ejecutando diez (10) Sondeos Electromagnéticos en el Dominio del Tiempo SEDT (TDEM) para la caracterización de zonas de transición entre agua dulce y cuñas de agua salobre en el subsuelo. Los resultados han permitido la caracterización eficaz y exitosa del perfil de resistividad y derivar las condiciones hidrogeológicas hasta profundidades de 300m. Severiche, C. et al (2013), publica Manual de Métodos analíticos para la determinación de parámetros fisicoquímicos básicos en aguas, con el objetivo de servir como guía de estudio en los temas relacionados con el análisis fisicoquímico 11 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II de aguas. El manual presenta un esquema muy general, indicando el fundamento, el ámbito de aplicación, las posibles interferencias, seguidamente la descripción de la metodología analítica, luego los cálculos y presentación de resultados, por último las referencias bibliográficas utilizadas en cada método. Además se detallan los procedimientos de validación y verificación de métodos y presentación de informes de laboratorio. En la actualidad se han publicado tres ediciones de las Guías de Calidad de Agua Potable. Las dos primeras ediciones fueron utilizadas como directrices para establecer las normas internas que regulan el agua potable de cada uno de los países. La tercera edición hace una evaluación de riesgo, es decir, describe un “Marco para la Seguridad de Agua potable " y habla de los papeles y las responsabilidades de los distintos tenedores, incluyendo los papeles complementarios de reguladores nacionales, proveedores, comunidades y agencias "de vigilancia" independientes. En esta edición la información sobre muchas sustancias químicas fue revisada por la OMS para considerar la inclusión de nuevas sustancias químicas que no habían sido consideradas con anterioridad. Actualmente las Guías de Calidad de agua Potable de la OMS están siendo revisadas con el fin de publicar unos nuevos apéndices en el 2005 y el 2007, y finalmente esperan poder tener lista una cuarta edición de las Guías en el 2008. Versión final 2014, Proyecto de suministro de agua potable para el Zulia, El Gobernador del estado Zulia, Francisco Arias Cárdenas se reunió con el Ministro de Ambiente, Miguel Rodríguez junto a todos los entes de ambiente del estado, dicho encuentro se efectuó en la Residencia Oficial del Mandatario Regional. Durante el encuentro se estableció el desarrollo de proyectos con las gobernaciones, las empresas hidrológicas y en primer lugar con las mesas técnicas de agua de los consejos comunales. Para el Zulia fueron aprobados 9 proyectos importantes que ya tienen recursos, donde se van a procesar los primeros 30 millones de Bolívares. Proyectos municipales: Ampliación de plantas de potabilización, Trabajos especiales en grupos 12 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II de pozos de agua, Ampliación de estación de bombeo y Creación de la red de acueductos en algunos casos. Mesas Técnicas del Agua El gobierno venezolano ha estimulado a las comunidades para que se involucren en el mejoramiento de sus calidades de vida. Las Mesas Técnicas de Agua (MTA) surgieron como una alternativa para la resolución, en una forma participativa, de problemas relacionados con el suministro de agua potable y el saneamiento ambiental. Creó los Consejos Comunales del Agua, donde convergen todas las MTA para presentar sus problemas y proponer sus ideas (Salazar, 2009). Por el insuficiente conocimiento sobre las características físicas, químicas y microbiológicas de las fuentes de abasto de agua para consumo humano que imposibilitan el uso sustentable en la comunidad San Valentín se hace necesario evaluar la calidad de las fuentes de agua para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo y determinar las principales fuentes de contaminación, con el fin de proponer medidas correctoras y de mitigación para un buen uso, manejo y calidad del recurso. Fundamentación científica de la investigación El agua es vital para la vida humana; usamos agua para beber, para producir nuestros alimentos, para sanear nuestro ambiente, como medio de transporte, para generar energía y mil otros fines. Los recursos hídricos son finitos y además se encuentran distribuidos desigualmente en las regiones del mundo. Un hecho sobre el agua destaca sobre todos los demás, son los patrones actuales de su utilización pues, muchos no son sostenibles en algunas regiones del mundo, incluyendo porciones importantes del continente Americano. Uno de los grandes retos del siglo XXI será mejorar nuestra gestión y la utilización de agua, para garantizar que este recurso fundamental soporte una población mundial de nueve mil millones o más en 2050. Una contribución sustantiva para la solución 13 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II de este reto es el uso eficaz de la ciencia, que mejore el aprovechamiento de nuestros recursos hídricos, no sólo creando nuevo conocimiento, sino también traducir ese conocimiento científico hacia el público abierto, de tal modo que las nuevas tecnologías y los nuevos conceptos puedan implementarse rápidamente. El agua para consumo humano es aquella que es agradable al paladar, sin olor ni color, fresca, transparente y que no contiene microorganismos ni sustancias químicas que puedan poner en peligro nuestra salud, aunque no alcance los requisitos establecidos por las leyes del país. La importancia económica que supone el aprovechamiento del agua subterránea en el mundo es enorme, pues el agua subterránea es preferida generalmente al agua superficial por las siguientes razones: el agua subterránea generalmente no posee organismos patógenos y por ello no necesita ser tratada previamente, con el consiguiente menor coste al no pasar por depuradoras, su temperatura es constante, no posee ni turbidez ni color, su composición química es generalmente constante. Cuando está condiciones de calidad no están presentes, se hace necesario un estudio detallado de las fuentes de agua para determinar su calidad y potabilidad. La problemática ambiental esta dada en el Insuficiente conocimiento sobre las características físicas, químicas y biológicas de las fuentes de abasto de agua para consumo humano que imposibilitan su uso sustentable en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II, Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo. El problema de la investigación esta dado en la contaminación física-química y bacteriológica de las aguas de consumo humano, motivada por la presencia de fuentes contaminantes de carácter antropogénico y naturales lo que implica un riesgo para la salud del hombre. Objeto Las propiedades físicos-químicas y bateriológicas de las aguas utilizadas para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo. 14 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Objetivo General Evaluar la calidad de las fuentes de agua para consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo y su incidencia en la salud del hombre. Objetivos específicos 1. Identificar las fuentes de abasto de aguas que consumen los habitantes en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II, Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo. 2. Identificar las principales fuentes de contaminación que afectan la calidad de las aguas en el sector. 3. Caracterizar las propiedades físicas, químicas y bacteriológicas de las fuentes de abasto de agua en la comunidad, compararlas con las Normas Sanitarias de Calidad de Agua Potable, publicadas en Gaceta Oficial de la República de Venezuela N" 36.395 de fecha 13/02/1998 y los catálogos de calidad de agua emitidos por la organización Mundial de la salud 1993. 4. Proponer medidas preventivas y correctoras para minimizar la contaminación que posibiliten la accesibilidad de abasto de agua para consumo humano en la comunidad. Hipótesis Si se identifican las fuentes de abastos de agua para consumo humano en la comunidad San Valentín, así como las fuentes principales de alteración y se determina su calidad se pueden pronosticar su grado de contaminación y tomar las medidas correctoras de higienización y recuperación para la protección de los consumidores. Campo de acción Las aguas de consumo humano de la comunidad campesina San Valentín Ancón Bajo II. 15 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Aporte científico- técnico Caracterización físico-químico y bacteriológico de las aguas de consumo humano en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II realizada en un laboratorio certificado, identificación de los principales contaminantes naturales y antrópicos que afectan la calidad así como las propuestas de mejoramiento que posibiliten su ingesta sin riesgo a enfermedades. Cartografía geológica en la comunidad (mapas: ubicación geográfica, geológico, red fluvial hidroquímico, mapas de isocontenidos, mapas de contaminantes etc.) Aporte social Toda vez caracterizada físico, químico y bacteriológicas serán Beneficiadas 590 personas que habitan en la comunidad san Valentín Ancón bajo II, puesto que tendrán información actualizada y confiable sobre la calidad de las aguas consumidas, el riesgo de exposición de las aguas por contaminación natural y antrópica resaltando las acciones propuestas para mejorar su calidad y prevenir enfermedades y con ello elevar la calidad de vida en pro de alcanzar la suprema felicidad social que bien expresa se encuentra en el segundo plan de desarrollo político, económico y social PLAN PATRIA ahora ley. Aporte práctico Inventario actualizado para noviembre de 2014 de los pozos de agua existentes en la comunidad San Valentín, sector Ancón Bajo II. Metodología que permita caracterizar la calidad de agua de consumo humano así como las medidas preventivas y correctoras. 16 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II CAPITULO I- CARACTERÍSTICAS FÍSICO-GEOGRÁFICAS Y ECONÓMICAS DE LA REGION 1.1. Situación geográfica La Comunidad campesina San Valentín, Ancón Bajo II pertenece a la Parroquia Venancio Pulgar del municipio Maracaibo, ubicada a 16 km aproximadamente de la Catedral de Maracaibo, entre las coordenadas norte 1.190.000- 1.192.000 y este 200.000- 205.300, abarcando un área de 3.300 Ha (33 Km²), (Figura 2 y 3). Sus límites geográficos, son al norte: Vía de penetración la Salina; al Sur: Vía de penetración El Polvorín; al este: Vía de penetración El Imperio y al oeste: cañada La Ceiba. Figura 2. Ubicación geográfica del sector Ancón Bajo II. Fuente: Elaboración propia, 2015. 17 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Figura 3. Poligonal geográfica del sector Ancón Bajo II. Delimitación del sector Ancón Bajo II, al noroeste Fuente: Modificado de Google Map, 2013. del municipio Maracaibo 1.2. Clima Aunque Venezuela está situada completamente en el trópico, su clima varía entre planicies húmedas de baja elevación (llanos), donde la temperatura promedio anual alcanza valores tan altos como los 28°C, hasta glaciares y tierras altas (“páramos”) con una temperatura promedio de 8°C. En la región Zuliana existe un marcado contraste entre la parte norte con un clima seco y caliente y la parte sur con un clima húmedo y tropical. El elemento más variado lo constituye la precipitación, pues la temperatura se mantiene regularmente alta, fluctuando entre los 26ºC de temperatura media anual. Corpozulia (2010). La poca amplitud entre las temperaturas mensuales dan un valor relativo a la distinción de mes más cálidos y menos cálidos, que oscilan entre 1,5ºC y 1,9ºC. Esta poca amplitud caracteriza el clima de la región como netamente tropical estas temperaturas están influenciadas meteorológicamente a los hemisferios norte y sur. 18 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 1.2.1. Precipitaciones La lluviosidad en el estado Zulia, ocurre dentro del ritmo estacional normal, es decir entre mayo y noviembre. La causa de la sequía del norte se debe a que los alisios, al soplar sobre las aguas, se van calentando y cargando de humedad, pero debido a su alta temperatura, su humedad relativa resulta baja y, por lo tanto, actúan como consumidores de ella. Corpozulia (2010). Las precipitaciones promedio varían entre 430 mm 3 en las regiones semiáridas del noroeste hasta más de 4.000 mm3 en la región sur. La mayor parte de las precipitaciones se presenta entre junio y octubre (estación lluviosa o “invierno”); al resto del año, más cálido y seco, se le conoce como “verano” (estación seca), aunque la variación de temperatura a lo largo del año es poco pronunciada si se le compara con las latitudes templadas (Gobierno en Línea, 2009). 1.3. Geología En la comunidad Campesina Ancón bajo II, exhibe una secuencia aflorante caracteriza por presentar en el sustratum las limolitas grises con alteración a ocre – pardo, con presencia de paleosuelos hacia el tope y desarrollo de nodulaciones de hierro (pisolita, Goethitas) por alteración de los minerales arcillosos presentes en esta facie. Suprayacente a esta le se superpone una arena de grano medios ocasionalmente conglomeráticas con presencia de restos de plantas petrificados, le sigue unos depósitos recientes de facies lacustrinos y aluviales y en ocasiones se encuentran suelos residuales derivados de la meteorización de las rocas expuesta siendo estas las explotadas en la comunidad. Sugiero atribuirle el nombre de la Formación El Milagro de edad Terciario (Plioceno) - Cuaternario (Pleistoceno), (figura 4 y 5), como la unidad aflorante en la localidad puesto que corresponde con la ubicación geográfica y su posición estratigráfica en la columna geológica generalizada de la cuenca del lago de Maracaibo. Esta formación está constituida de arenas friables, finas a gruesas, muy micáceas, de color crema a pardo-rojizo, limos micáceos de color gris claro, interestratificadas con arcillas arenosas, rojas y pardo-amarillentas y lentes lateríticos bien cementados (PDVSA, Intevep, 1997). 19 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 0,2 Estructuras y Fosiles Columna Litológica Espesor (m) Formación Suelo Residual Milagro Holoceno Holoceno Cenozoico Cenozoico Sedimentos Serie Sistema Columna litoestratigrafica Calicata 1. Coordenadas 1190637 mN; 203201 mE; 17 msnmm Sector Ancon Bajo II Descripciones litologicas Arenas de granos finos a gruesos de color ocre constituidos principalmente por cuazo con tamaño fino hasta granulo, subredondeado a subangulosos, fragmentos de pisolitas de 1 @ 4 mm y otros constituyentes. 0,1 Arena limoso, de color rojizo, friable ausencia de nodulos, El contacto es transicional e irregular. 0,34 areno – limo – arcilloso, de color rojizo, friable con presencia de minerales de cuarzo con un tamaño desde 0.5 mm @ 2 mm, clastos de arcillas entre 1 @ 8 mm, nodulos de negro a rojo con un tamaño de 2 @ 7mm de oxido de hiero, incrementando su ocurrencia de base a tope siendo escasa hacia la base hasta cuantificar en el tope un aproximado de 35 % del volumen total de la roca 0,2 Areniscas – limo – arcilloso, de color rojizo, friable con presencia de minerales de cuarzo con un tamaño que va desde 0.5 mm @ 2 mm, clastos de arcillas cuyo tamaño oscila entre 1 @ 8 mm aproximadamente y nodulos de hierro menonres a 1 mm Figura 4. Columna Litoestratigráfica del Sector Ancón Bajo II Fuente Bracho. I y Sangronis, D (2012) 20 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Figura 5. Mapa Geológico del Sector Ancón Bajo II Fuente: Elaboración propia, 2015. 21 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 1.4. Condición Actual del Suelo El suelo de la comunidad corresponde a la clasificación de los Oxisoles por lo que presenta una coloración ocre a rojiza. Este suelo, de acuerdo a las opiniones y observaciones de los residentes de la comunidad se pueden distinguir tres capa: 1) Capa vegetal de aproximadamente de 2m de espesor, 2) una capa de barro y, 3) otra de arcilla. Los espesores de las dos últimas capas son aún desconocido. Pérez L. (2012). La capa vegetal ha sido muy intervenida y ha producido efectos de carcavamiento, potenciando la erosión del suelo cultivable y provocando, en unión a las condiciones climáticas, un efecto de desertización de la zona. La comunidad presenta un área total de 20.707.593,270m² y su suelo presenta los siguientes usos (figura 6 y 7) Figura 6. Mapa de Uso de los Suelos de la Comunidad. Fuente: Pérez L (2012) 22 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Figura 7. Uso de los Suelos de la Comunidad. Fuente: Pérez L (2012) 1.5. Recursos hídricos Venezuela cuenta con abundantes recursos hídricos distribuidos en siete sistemas y 16 regiones hidrográficas. El país tiene más de 100 embalses, los cuales se han construido con la finalidad de satisfacer diversos propósitos: suministro de agua potable y para las industrias, riego, control de inundaciones, recreación y generación de energía hidroeléctrica. Cuenta con abundantes recursos hídricos, especialmente en la región sur (Rodríguez-Betancourt y González-Aguirre, 2000). Se ha calculado que el volumen de los recursos hídricos es de 1.320 km3 por año (Cañizales et al., 2006). El proceso de ocupación del territorio nacional se ha caracterizado por una concentración poblacional progresiva en el arco Andino-Costero del país y, especialmente, en las grandes ciudades ubicadas en el área Centro- Norte, la cual tiene la menor disponibilidad de agua (Rodríguez-Betancourt y González-Aguirre, 2000; Cañizales et al., 2006). La demanda de agua en el país está asociada a las actividades de riego, usos urbanos e industriales y la generación de energía eléctrica (Rodríguez-Betancourt y González-Aguirre, 2000). Los usos para la navegación y la recreación representan una demanda relativamente menor, con un carácter no consuntivo. 23 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 1.6. Embalses en Venezuela Para finales de 2006, se contaban 110 embalses operativos en Venezuela (MINAMB, 2006; 2007) distribuidos a lo largo de los territorios nacionales y construidos para satisfacer fines diversos: suministro de agua para usos domésticos (potable) e industriales, generación de energía hidroeléctrica, riego, recreación, entre otros usos. El Ministerio del Ambiente es el propietario de los embalses nacionales y rige las funciones de estos cuerpos de agua a través de la Dirección General de Cuencas Hidrográficas, de la Dirección de Estudios y Proyectos y de la Dirección de Operación y Mantenimiento de Obras de Saneamiento Ambiental. Las principales fuentes de abastecimiento del Estado Zulia está representado por un centenar de ríos surten los embalses Tres Ríos, Tulé, Manuelote, Machango y Burro Negro, los cuales poseen en conjunto una capacidad de almacenamiento de 704.80 millones de metros cúbicos de agua. A continuación se describen:  Embalse Tres Ríos (figura 8), Fecha de Construcción 2006. Ubicado en el Sector El Laberinto, Municipio Jesús Enrique Losada. Ríos que lo surten: Palmar, Las Lajas y Caño e´ Pescado. Capacidad Total: 180 MMM 3 con una profundidad máxima de 74 metros, altura efectiva de 59 metros. Tiene un uso combinado para riego en la planicie de Maracaibo y abastecer con 4000 L/s a la Planta potabilizadora Wuinpala ubicada en la Parroquia la Sierrita Municipio Mara. Figura 8. Embalse los Tres Ríos. Disponible en http://www.hidrolago.gov.ve/hidrocuencas.htm 24 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II  Embalse Manuelote, fue construido durante los años 1.972 – 1.975 y es una de las presas que conforman el sistema hidráulico “Luciano Urdaneta” junto al embalse de Tulé. Esta ubicado en la parroquia Monseñor Godoy, en el Municipio Mara, a unos 100 Km. de Maracaibo. Su capacidad de almacenamiento alcanza los 211.55 millones de metros cúbicos de agua y posee una superficie de 2.209 ha. Su fuente de abastecimiento es el Rio Socuy, está conectado a Tulé por medio del canal de trasvase y juntos proveen de agua cruda a la Estación de Bombeo “Tulé”, donde es conducida hasta la Planta Potabilizadora “Alonso de Ojeda”, mejor conocida como Planta C, para luego ser distribuida como agua potable a las poblaciones de Maracaibo, norte de San Francisco, Jesús Enrique Losada, Santa Cruz de Mara y Miranda.  Embalse Burro Negro, construido durante los años 1958 - 1960 y es uno de los reservorios de agua que abastece a los principales municipios de la Costa Oriental del Lago. Se encuentra ubicado a 4 Km aguas arriba de la carretera Lara – Zulia, en el municipio Lagunillas. Su capacidad de almacenamiento es de 76 millones de metros cúbicos y posee una superficie de 1000 ha. Su fuente de abastecimiento son Río Chiquito y Río Grande, y provee de agua cruda a la Planta Potabilizadora “Pueblo Viejo”, la cual abastece de agua potable a los municipios Santa Rita, Cabimas, Simón Bolívar y Lagunillas.  Embalse Machango, abastece los Municipios Valmore Rodríguez y Baralt, fue construido durante los años 1985 –1988, y es uno de los reservorios de agua dulce más importante de la Costa Oriental. Esta ubicado a 2 Km. al este del puente Machango en la carretera Lara - Zulia. Su capacidad de almacenamiento es de 109.3 millones de metros cúbicos y posee una superficie de 1.180 ha. Su fuente de abastecimiento es el Río Machango. Su vida útil es de 100 años aproximadamente y provee de agua cruda a la Planta “General en Jefe Rafael Urdaneta”, para luego ser distribuida como agua potable a las poblaciones de Bachaquero, Mene Grande, Pueblo Nuevo, El Venado, entre otras. 25 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II  Embalse Artificial El Tablazo, construido desde Diciembre del año 1970 por el Instituto Nacional de Obras Sanitarias (INOS) y fue puesto en servicio en 1973. Esta ubicado a 4 Km de los Puertos de Altagracia, Municipio Miranda, encontrándose en las adyacencias del Complejo Petroquímico el Tablazo. Este reservorio artificial de agua potable, que se surte del Sistema Tulé a través de una tubería de 36 pulgadas, es una de las ramificaciones que se forman de la aducción principal de 48 pulgadas que viene de Bifurcación (Tramo Punta de Palmas- Planta de Potabilización El Tablazo- Embalse El Tablazo). Los embalses de la región occidental de Venezuela también presentan problemas de eutrofización. El embalse Tulé es un cuerpo de agua somero que se emplea para el suministro de agua potable a la ciudad de Maracaibo (aproximadamente 3.000.000 de habitantes), por lo que muestra bajos valores de transparencia y altas concentraciones de nitrógeno (Páez et al., 2001).  Embalse Tulé, construido durante los años 1964 - 1971 y es uno de los reservorios de agua dulce que conforman el sistema hidráulico “Luciano Urdaneta” junto al embalse de Manuelote. Está ubicado a 80 Km. al noroeste de Maracaibo, específicamente en el Municipio Mara. Su capacidad de almacenamiento supera los 267.80 millones de metros cúbicos y posee una superficie de 5.171 ha, a nivel normal. Su fuente de abastecimiento es el Río Cachirí, su vida útil es de 100 años aproximadamente y junto a Manuelote proveen de agua cruda a la Planta Potabilizadora “Alonso de Ojeda”, para luego ser distribuida como agua potable a las poblaciones de Maracaibo, norte de San Francisco, Jesús Enrique Losada, Santa Cruz de Mara, Miranda y el Complejo Petroquímico El Tablazo. Es de precisar que la comunidad campesina Ancón Bajo II, se encuentra dentro de la ciudad de Maracaibo, esta no cuenta con el servicio de suministro de agua por tubería, a pesar de que a escasos 7 Km, en los sectores aledaños en especial en Ancón Bajo, si existe este servicio. 26 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 1.7. Hidrografía En Venezuela pueden distinguirse siete sistemas hidrográficos: Mar Caribe, Río Orinoco, Golfo de Paria, Casiquiare-Río Negro, Río Esequibo, Lago de Maracaibo y Lago de Valencia. Entre ellas, el sistema Orinoco es el más importante, ya que agrupa 49 subcuencas que drenan sus aguas hacia el canal principal del río Orinoco, lo que representa el 94,4 % del volumen total drenado en las cuencas hidrográficas venezolanas (Rodríguez-Betancourt y González-Aguirre, 2000), y descarga sus aguas al Océano Atlántico Occidental. Dentro de los sistemas hidrográficos, el del Lago de Valencia es particular, ya que es una cuenca endorreica, la cual recibe aguas de tributarios originados de la región sur de la Cordillera Centro-Norte; esta cuenca hidrográfica representa sólo el 0,029% del volumen total drenado. Más recientemente, Cañizales et al. (2006) distinguieron 16 regiones hidrográficas en la clasificación previa (Figura 9): Figura 9. Regiones hidrográficas de Venezuela Fuente: Foro Consultivo Científico Y Tecnológico, AC (2011) 27 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Se debe destacar que en las áreas con menor drenaje en el país se localizan las áreas más densamente pobladas, lo cual genera problemas relacionados con el suministro de agua para propósitos diversos. 1.8. Regiones hidrogeológicas en el país En Venezuela están identificadas cuatro provincias hidrogeológicas con grandes posibilidades de acumulación y aprovechamiento de aguas subterráneas, las cuales son: Provincia Andina-Vertiente Atlántica y del Caribe, Provincia Planicies Costeras, Provincia del Orinoco y Provincia del escudo Septentrional o de Guayana. Estas provincias a su vez se dividen en subprovincias, cuencas y subcuencas. Entre ellas los acuíferos con mayor potencial y calidad con fines de consumo y riego están en la provincia hidrogeológica del Orinoco. En ese sentido, en Venezuela se ha propuesto la clasificación de cuatro (4) Provincias Hidrogeológicas, Quince (15) subprovincias y cincuenta y un (51) cuencas Hidrogeológicas. 1.8.1. Provincias y subprovincias hidrogeológicas. Características generales de la hidrología subterránea en función del comportamiento hidrogeológico de las diferentes facies presentes en nuestro país (figura 10), se distinguen tres categorías distribuidas de la siguiente forma: a) La unidad litológica de sedimentos poco o no consolidados, permeables, con porosidad intergranular y rendimiento de alto a bajo. Constituidas generalmente por gravas, conglomerados, arenas, areniscas con intercalaciones de arcillas y lutitas de edades desde el terciario hasta el reciente. Esta unidad está presente en las cuatros provincias hidrogeológicas del país, abarca una superficie de aproximadamente 352.400 Km2, que representa el 42 % del territorio nacional. b) La unidad litológica de rocas consolidadas, con porosidad por fracturamiento y/o disolución y rendimiento altos a bajos. Constituidas por conglomerados, areniscas y calizas, con intercalaciones de lutitas, esquistos con calizas cristalinas, las edades comprenden desde el 28 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II precámbrico hasta el cuaternario. Se emplazan en las Provincias AndinaVertiente Atlántica y del Caribe y escudo de Guayana con una superficie de 102.500 Km2, que representa el 12 % del territorio nacional. c) La unidad litológica de sedimentos pocos o no consolidados y rocas muy consolidadas, prácticamente impermeables, con porosidad efectiva casi nula e importancia hidrogeológica muy baja. Compuestas por rocas ígneas, metamórficas, lutitas y arcillas, de edades precámbrico hasta el cuaternario. Afloran en las Provincias Andina-Vertiente Atlántica y del Caribe, escudo de Guayana y Orinoco con 374.100 Km2 con el 45 % del total del territorio. Figura 10. Zonas Potenciales de agua Subterráneas en Venezuela. Fuente: Decarli. F. (2009). 29 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II CAPITULO II. METODOLOGÍA Y VOLUMEN DE LAS INVESTIGACIONES DESARROLLADAS EN EL ÁREA DE ESTUDIO. Con el desarrollo económico y social y los avances de la ciencia y la técnica, el agua ha sido uno de los recursos naturales más afectados por el hombre, quien ha alterado la dinámica de los ciclos naturales, superando la capacidad de autodepuración de las corrientes y cuerpos hídricos. Se reconoce que la actividad antrópica afecta de forma notoria y en general adversa a las aguas superficiales del entorno, y esto de manera que puede parecer sorprendente para quienes no se hayan preparado a reflexionar sobre el tema. En este capítulo se hace referencia al método de la investigación científica que es aquel que aborda la realidad, de estudiar los fenómenos de la naturaleza, la sociedad y el pensamiento con el propósito de descubrir la esencia de los mismos y sus relaciones. Legrá A y Silva O., (2008) afirman que es conveniente entender al Método Científico como algo más que la ejecución ordenada de un conjunto de pasos y prescripciones que pueden convertirse en recetarios formales. 2.1. Metodología de Trabajo Existe en la actualidad un consenso amplio en cuanto a la necesidad de un enfoque totalizador, entendiéndosele al Método Científico como una estrategia global de obtención, formalización y aplicación del conocimiento científico. Por tanto: El Método Científico es la estrategia para la búsqueda del conocimiento científico, teórico, aplicado y tecnológico, que le imprime al proceso de investigación una dirección consciente y la correspondiente lógica organizativa dialéctica y flexible, en estrecha ligazón con la práctica. Para la caracterización físico – química y bacteriológica de las aguas de consumo humano en el Sector Ancón Bajo II. Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo y su incidencia en la salud del hombre. Se hace necesario cumplir con la metodología de trabajo desarrollada durante esta tesis se puede resumir gráficamente como se muestra en la Figura 11. 30 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Recopilación y análisis de la información disponible de la región de estudio y áreas adyacentes. Levantamiento Hidrogeológico a escala 1: 50 000. Determinación de las posibles fuentes de contaminación. Muestreo Hidroquímico Análisis de laboratorio Físicos Químicos Bacteriológicos Procesamiento de la Información. Realización de un muestreo Hidroquímico. Figura 11. Diagrama de flujo con la metodología de trabajo. Realización Fuente: Elaboración Propia, 2015. 2.2. Identificación de las fuentes de abasto de aguas en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II. En la legislación nacional, el diagnóstico participativo es definido como un “instrumento empleado por las comunidades para la edificación en colectivo de un conocimiento sobre su realidad, en el que se reconocen los problemas que las afectan, los recursos con los que cuenta y las potencialidades propias de la localidad que puedan ser aprovechadas en beneficio de todos” (Art. 5 Ley de Reforma Parcial de la Ley de los Consejos Locales de Planificación Pública). Las técnicas utilizadas para la recolección de datos en este estudio estuvo fundamentada en varias herramientas metodológicas como le corresponde a la observación directa, encuestas y entrevistas no estructuradas que se realizaron a 31 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II través de visitas a la Comunidad Campesina San Valentín, Ancón bajo II (Figura 12), donde se mantuvieron entrevista no estructurada con Voceros del Consejo Comunal, presentándonos una serie de problemáticas mencionados a continuación: Vialidad, Vivienda, Suministro de Agua potable, fuentes de empleo, Educación, Pozos de agua sin caracterización físico – químico, entre otros. De igual manera se utilizaron otras técnicas de recolección de información como lo fue la observación directa y una encuesta de información básica de cada granja visitada. Figura 12. Visitas a La Comunidad, entrevista y observación directa. Fuente: Bracho I. (2013). 2.3. Principales fuentes de contaminación El agua de consumo inocua (agua potable), no ocasiona ningún riesgo significativo para la salud cuando se consume durante toda una vida, teniendo en cuenta las diferentes vulnerabilidades que pueden presentar las personas en las distintas etapas de su vida. Las personas que presentan mayor riesgo de contraer enfermedades transmitidas por el agua son los lactantes y los niños de corta edad, las personas debilitadas o que viven en condiciones antihigiénicas y los ancianos. OMS (1998). El agua potable es adecuada para todos los usos domésticos habituales, incluida la higiene personal. El sector San Valentín de Ancón Bajo II, presenta numerosas actividades económicas, tales como: agricultura, ganadería, piscicultura, viveros, elaboración de carbón vegetal, abastos populares, entre otros (Figura 13). Existen aproximadamente 32 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II cien (100) agricultores quienes manifiestan falta de conocimiento sobre la calidad y cantidad de agua disponibles para el desarrollo de sus actividades los cuales inciden negativamente. Los principales cultivos corresponden a yuca y níspero. También se tiene una importante producción de mango, lechosa, auyama, entre otros. A D B C E F Figura13. Focos de contaminación presentes en la comunidad Ancón Bajo II, A. Ganadería Vacuna; B, C y F Agricultura; D Ganadería Porcina; E Piscicultura. Fuente: Elaboración Propia, 2015. Los riesgos para la salud asociados a los componentes químicos del agua de consumo se deben principalmente a la capacidad de producir efectos adversos sobre la salud tras periodos de exposición prolongados. Pocos componentes químicos del agua pueden ocasionar problemas de salud como resultado de una exposición única, excepto en el caso de una contaminación masiva accidental de una fuente de abastecimiento de agua de consumo. Por otro lado, la experiencia demuestra que en muchos incidentes de este tipo, aunque no en todos, el agua se hace imbebible, por su gusto, olor o aspecto inaceptables. (Tabla 1 y 2). 33 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tabla 1. Componentes indeseables en el agua potable, orígenes y formas de remoción Componente Sólidos suspendidos Origen o composición Materia orgánica e Formas de remoción Sedimentación, filtración, inorgánica, microorganismos Sólidos disueltos Lixiviación natural en Nanofiltración, acuíferos hiperfiltración, electrodiálisis Orgánicos refractarios Patógenos Solventes industriales, Adsorción con carbón insecticidas, herbicidas, activado, destrucción con plaguicidas, orgánicos ozono, nanofiltración, sintéticos hiperfiltración Microorganismos Desinfección con presentes en aguas no agentes oxidantes (cloro, desinfectadas ozono), desinfección con calor o con radiación UV Metales tóxicos Lixiviación natural en Precipitación química, acuíferos, contaminación sedimentación, antropogénica nanofiltración, hiperfiltración Fuente: Castro R. (2011). 34 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tabla 2 Estándares secundarios o no obligatorios de agua potable Componente Concentración máxima permitida Consecuencias Aluminio 0.2 mg/L Precipita y forma coágulos en el agua Cloruros 250 mg/L Afecta el sabor del agua, causa problemas de corrosión Color 16 Unidades de Color Afecta las propiedades estéticas del agua Flúor 2,0 mg/L Fluorosis dental, a altos niveles daños al sistema óseo. En realidad ya se considera un estándar primario, obligatorio. Agentes Espuma ntes Fierro 0.5 mg/L Afecta las propiedades estéticas del agua 0.1 mg/L Daña los accesorios en contacto con el agua, mancha la ropa. Afecta el sabor del agua. Manganeso 0.05 mg/L Daña los accesorios en contacto con el agua, mancha la ropa. Afecta el sabor del agua. Causa los mismos efectos que el hierro. Olor Menos de 3 Unidades Afecta las propiedades estéticas del agua pH 6.5 a 8.5 Unidades de pH Puede afectar el sabor del agua. Corrosión en equipos en contacto con el agua. Plata 0.1 mg/L Decoloración en la piel. Irritación al usuario sensible a este agente. Sulfatos 250 mg/L Afecta el sabor del agua. Tiene propiedades laxantes STD (Sólidos Totales Disueltos) 500 mg/L Afecta el sabor del agua. Causa inconvenientes en su uso doméstico e industrial. Zinc 5 mg/L Afecta el sabor del agua. Fuente: Castro R, (2011). 35 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.4. Muestreo hidroquímico y análisis físico-químico Las aguas naturales son soluciones de composición compleja, contienen cantidades considerable de elementos químicos en forma de iones, moléculas y coloides. Al considerar las granjas visitadas solo siete (7) fueron seleccionadas para el análisis químico físico y bacteriológico, ya que los pozos contaban con el sistema de bombeo necesario para la toma de muestra lo cual fue requisito indispensable de la empresa HIDROLAGO encargada del muestreo. Conjuntamente se tomó muestras de agua a un afluente natural cercano a la comunidad (Cañada Iragorry), tubería de aducción que transporta agua cruda desde el embalse de Tule hacia la Petroquímica el Tablazo, puesto que algunos habitantes del sector se conectaron de manera ilegal para satisfacer sus necesidades básicas de agua domestica, agrícola y pecuaria, Así como también a uno de los botellones de agua que suministran en la comunidad para un total de diez (10) muestras. El muestreo se realizó, con el objetivo de conocer el comportamiento de las concentraciones de los compuestos químicos que intervienen en los procesos físicoquímicos que influyen en la migración de los contaminantes disueltos en el agua. El análisis en el laboratorio comprendió el estudio de las siguientes propiedades físicas, químicas y biológicas determinadas. Las muestras fueron captadas, trasladadas y analizadas en el laboratorio de la calidad de agua Alonso de Ojeda de acuerdo a la metodología establecida en el Método Estándar para el Análisis de Aguas y Aguas Residuales (AWWA, APHA y WEF) 21 st edición 2005 (Tabla 3). Al realizar la captación de las muestras, se efectuaron mediciones en sitio, de los parámetros pH, salinidad, conductividad, cloro residual y se observó el aspecto y olor del agua. (Figura 14). 36 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tabla 3. Parámetros físicos, químicos y biológicos Determinados. Propiedad Aspecto Olor Cloro Residual (mg/L) Salinidad (mg/L) Conductividad μS/cm) pH Color Aparente Unid Pt - Co Color Real Unid Pt - Co Turbiedad Unid NTU Cloruro (Cl) (mg/L) Sulfato (SO4) (mg/L) Fluoruro (F) (mg/L) Calcio (Ca) (mg/L) Magnesio (Mg) (mg/L) Sodio - Potasio (Na + K) (mg/L) Hierro Total (Fe) (mg/L) Manganeso total (Mn) (mg/L) Anhídrido Carbónico Libre (CO2) Alcalinidad Total (mg/L) Dureza Total (mg/L) Dureza Carbonatica (mg/L) Dureza No Carbonatica (mg/L) Minerales Disueltos (mg/L) Índice Langelier pH - pHs Dureza Cálcica (mg/L) Aluminio Residual (mg/L) Heterotrofogos Aeróbicos (ufc/mL) Índice de Coliformes totales (NMP / 100 mL) Índice de Coliformes fecales (NMP / 100 mL) Método: Standard Methods 2005 2210 2210 4500G 2520A 2510B 4500H'B 2120B 2120B 2130 B 4500 Cl B 4500 SO4 E 4500 F' D 3500 Fe B 3500 Mn B 2320 B 2340 C 2330 B 3500 Ca B 3500 Al B 9215 B 9221 B Método Analítico Organoléptico Organoléptico Comparación Potenciómetro Electrométrico Potenciómetro Comparación Comparación Nefelométricas Volumétrico Fotométrico Fotométrico Cálculos Cálculos Cálculos Fotométrico Fotométrico Cálculos Volumétrico Volumétrico Volumétrico Volumétrico Cálculos Volumétrico Volumétrico Fotométrico Recuento de Placas Fermentación de tubos múltiples y Florocourt Fuente: Laboratorio de Calidad de agua. Planta Potabilizadora Alonso de Ojeda. Hidrolago (2014). 37 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Figura14. Equipo de mediciones in situ, Potenciómetro (consort 530c), peachímetro. Fuente: Bracho I., 2015. 2.5. Descripción de los puntos de muestreo Para la valoración de la calidad de los recursos hídricos se realizó un muestreo hidroquímico en las aguas subterráneas siendo en total siete (7) muestras las analizadas Ubicadas dentro de la comunidad, una (1) muestra de agua de la tubería de aducción, una (1) muestra de agua de un drenaje natural y una (1) muestra de agua embotellada comercialmente. Seguidamente se presenta una descripción de los diferentes puntos de control: 2.5.1. Muestra1. Pozo granja San Martín El pozo tiene más de 20 años funcionando, tiene 28 metros de perforación, inicialmente era utilizada para consumo humano. Hoy en día el agua es muy salada se usa para riego y animal, la cual almacenan en un tanque cilíndrico elaborado de concreto sin tapa; por otra parte se abastecen de botellones con agua mineral y camiones cisternas para sus satisfacer su necesidades básicas del vital líquido. (Figura 15) Figura 15. Muestreo Pozo granja San Martín. Fuente: Bracho I., 2015. 38 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.5.2. Muestra 2. Pozo granja La Zeta El pozo tiene más de 15 años funcionando, tiene 28 metros de perforación, durante sus primeros años de vida, suministraba agua dulce la cual aprovechaban para consumo humano posteriormente fue cambiando la concentración de sales un año después de su perforación, actualmente su uso está limitado para riego y consumo de ganado. Por su parte el abasto para consumo humano es atreves de compras de botellones con agua potable mineral. (Figura 16) Figura16. Muestreo Pozo granja La Zeta Fuente: Bracho I., 2015. 2.5.3. Muestra 3. Pozo granja El Bosque El pozo tiene 28 años funcionando y 30 metros de perforación construido de manera artesanal, 10 metros de nivel de agua, revestido con anillo de concreto prefabricado de 1,20 metros de diámetro, según sus usuarios posee sabor oxido derivado del contenido excesivo de iones de hierro, lo utilizan para riego y para consumo humano. (Figura17) Figura17. Muestreo Pozo granja El Bosque. Fuente: Bracho I., 2015. 39 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.5.4. Muestra 4. Pozo granja Los Cascabeles El pozo tiene más de 25 años funcionando y 40 metros de perforación construido de manera artesanal, 10 metros de nivel de agua, revestido con anillo de concreto prefabricado de 1,20 metros de diámetro, lo utilizan solo para riego y para los animales doble propósito vacuno y porcino, ya que el agua es salobre. Para el consumo compran botellones con agua mineral. Anteriormente usaban el agua para consumo, desde que se dañó la bomba (marzo de 2013.) e instalaron una de menor potencia, el pozo arrastra arena. (Figura 18). Figura 18. Muestreo Pozo granja los cascabeles Fuente: Bracho I., 2015. 2.5.5. Muestra 5. Pozo granja San Benito (Casa Azul) El pozo tiene más de 28 años funcionando y 40 metros de perforación construido de manera artesanal, 10 metros de nivel de agua, revestido con anillo de concreto prefabricado de 1,20 metros de diámetro, lo utilizan solo para riego y para ganado vacuno, ya que el agua es salobre. Para el consumo compran botellones con agua mineral. (Figura 19) Figura 19 Muestreo Pozo granja San Benito (Casa Azul) Fuente: Bracho I., 2015. 40 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.5.6. Muestra 6. Pozo granja Monte Santo El pozo tiene más de 20 años funcionando construido de manera artesanal y 13 metros de nivel de agua, lo utilizan solo para riego y para consumo animales ya que el agua es salobre. Para el consumo compran botellones con agua mineral. Al captar las muestras del pozo se observó el agua de aspecto ligeramente turbio y olor aceptable. (Figura 20). Figura 20. Muestreo Pozo granja Monte Santo. Fuente: Bracho I., 2015. 2.5.7. Muestra 7. Pozo granja La Estancia El pozo tiene más de 20 años funcionando y 54 metros de perforación, construido de manera artesanal, lo utilizan solo para riego y para los animales ya que el agua es salobre. Para el consumo compran botellones con agua envasada. Al captar las muestras se observó un agua de aspecto claro, con arrastre de arenilla y olor aceptable. (Figura 21) Figura 21. Muestreo Pozo granja La Estancia Fuente: Bracho I., 2015. 41 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.5.8. Muestra 8. Botellón de Agu El botellón se encontraba en la vivienda de la familia Alzate, vocero del Consejo Comunal San Valentín. Los botellones son distribuidos en camionetas cada 8 días. En la tapa de las botellas aparece el nombre de Everest, posiblemente de la empresa embotelladora. La botella se encontraba cerrada al captar la muestra. (Figura 22) Figura 22. Muestreo Botellón de Agua Familia Alzate. Fuente: Bracho I., 2015. 2.5.9. Muestra 9. Tubería (Aducción) La muestra se captó en la aducción (tubería) que se encuentra en la vía La Sibucara (Figura 23), estribaciones orientales de la comunidad objeto de estudio. Esta tubería conduce agua cruda proveniente del Embalse de Tulé. En ocasiones el agua es aprovechada por los habitantes de las viviendas cercanas a la tubería. Los parámetros medidos en sitio: Salinidad: 129 mg/L, Conductividad .246.9 µS/cm (agua dulce) Figura 23. Muestreo de la Tubería de aducción. Fuente: Bracho I., 2015. 42 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 2.5.10. Muestra10. Cañada Iragorry Está ubicada en la vía La Sibucara, la cual conduce hasta el municipio Mara. En el sitio se pudo observar desechos de basura (por todos los alrededores) y vegetación, descargas de aguas servidas provenientes de las viviendas que colindan el drenaje desde su nacimiento hasta su desembocadura a la laguna el Gran Eneal. El agua se observó de aspecto claro y color verdoso y se percibió olor fétido. (Figura 24) Figura24. Muestreo de la Quebrada Iragorry. Fuente: Bracho I., 2015. 43 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II CAPÍTULO III- INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS Introducción La definición básica de evaluación de la calidad del agua se describe como una variante al monitoreo para establecer la naturaleza y el grado de contaminación del agua. Esta evaluación es un proceso de disímiles enfoques, la cual tiene como objetivo caracterizar física, química e impacto ambiental con relación a la calidad natural, efectos humanos y otros usos. El objetivo primordial está encaminado a evaluar la calidad físico-química de las aguas y las principales fuentes de contaminación que llegan los pozos de abasto y proponer medidas correctoras o de mitigación. 3.1. Fuentes de abasto de aguas que consumen los habitantes en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II, Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo. Del diagnóstico participativo comunitario utilizando como herramienta metodológica la entrevista, aplicación de encuestas y la observación directa arrojo que las fuentes de abasto de agua para consumo humano en la comunidad campesina Ancón bajo II sector San Valentín, se enumeran a continuación según orden de importancia: 1. Cisternas independientes a costos variable provenientes en su mayoría de la tubería de aducción y/o de los puntos de llenado para los vehículos cisternas ubicados en la subestación bifurcación; agua utilizada para fines domésticos. 2. Botellas plásticas de 19 litros contenidas de agua supuestamente mineral, adquirida principalmente por distribución directa a través de proveedor quien la oferta en cada vivienda del sector y/o en diversos establecimientos fuera de la comunidad, en especial el sector Los Morales. 3. Tubería de aducción ubicada en el límite sur de la comunidad, obtenida de tomas ilegales la cual usan para fines domésticos, consumo humano, consumo animal y riego. 44 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 4. Pozos de agua construidos de manera artesanal, revestidos con anillos de concreto prefabricados la cual usan para fines domésticos, consumo humano, consumo animal y riego 3.2. Fuentes de contaminación que afectan la calidad de las aguas en el sector. Son pocas las sustancias químicas de las que se haya comprobado que causan efectos extendidos sobre la salud de las personas como consecuencia de la exposición a cantidades excesivas de las mismas en el agua de consumo. Entre ellas se incluyen el fluoruro, el arsénico y el nitrato. También se han comprobado en algunas zonas efectos sobre la salud de las personas asociados al plomo (procedente de las instalaciones de fontanería domésticas) y existe preocupación por el grado potencial de exposición en algunas zonas a concentraciones de selenio y uranio significativas para la salud. El hierro y el manganeso generan preocupación generalizada debido a sus efectos sobre la aceptabilidad del agua, y deben tenerse en cuenta en cualquier procedimiento de fijación de prioridades. En algunos casos, la evaluación indicará que no existe riesgo de exposición significativa para los habitantes del sector estudiado. Otra problemática que presenta la actividad agrícola en la zona, es que los agricultores trabajan con técnicas agrícolas tradicionales que, aunque favorece la protección del ambiente por el escaso uso de productos agroquímicos, no les da las estrategias necesarias para enfrentar enfermedades y plagas en sus cosechas las cuales provocan pérdidas económicas. Entre estas enfermedades, se tiene piojo blanco en la patilla, la raya en el melón, ceniza en la lechosa, entre otros. Requiriéndose el uso de productos químicos para prevenir enfermedades, otras veces para aportar nutrientes al suelo que es de muy baja calidad, se adicionan elementos aloctonos convirtiéndose en fuentes de contaminación. Sumado a lo anterior y no menos importante es la actividad vacuna, porcina y aviar en el área objeto de estudio, quienes aportan desechos orgánicos al suelo que percolan junto a 45 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II las aguas pudiendo encontrar canales de permeabilidad vertical que los conduzcan hasta el acuífero, contaminando con presencias de coliformes totales y fecales las aguas subterráneas. Otra fuente de contaminación le corresponde a la presencia de pozos sépticos y letrinas puesto que la comunidad no cuenta con servicio básico de recolección de aguas negras, las mismas son trasladadas bien sea a los afluentes naturales superficiales, quebradas: Iragorry, Fénix y la laguna el Gran Eneal, generando contaminación de las masas de aguas superficiales. Las subterráneas también sufren contaminación por desechos orgánicos humanos, cuando los habitantes del sector defecan en pozos sépticos y letrinas, los cuales contaminan las aguas subterráneas, limitando su uso, generando probablemente problemas de salud publico dentro y fuera de la comunidad al colocar sus productos en el mercado municipal. En esta ocasión debo referir que además de las actividades humanas, existen otras fuentes de contaminación la natural, exhibiéndose en los acuíferos del sector objeto de estudio en la alta concentración de sales en las aguas de los pozos estudiados, teniéndose varias teorías en su génesis, la que cobra mayor fuerza le corresponde a una intrusión salina proveniente del Lago de Maracaibo el cual aporta altas concentraciones de cloruros inferidos por la cercanía de este con la comunidad. Otra causa le corresponde a la sobreexplotación del yacimiento, como resultado del aprovechamiento irracional de los usuarios quienes no consideran en sus sistemas de riego, el volumen requerido versus la capacidad que tiene el acuífero de regenerarse, utilizando sus reservas provocando la precipitación de sales. Por lo que estas actividades antrópicas pueden afectar las condiciones hidroquímicas naturales de las aguas (Anexos 1,2,3,4,5,6,7,8,9,y,10), debido a la gran cantidad de partículas en suspensión provenientes del drenaje de los residuales, de la erosión en su cuenca de drenaje, así como sustancias orgánicas suficientemente diferentes a las naturales y de la sedimentación a lo largo del río.(Tabla 4). 46 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tabla 4. Contaminantes del Agua Potable. Contaminante Unidad OMS Coliformes Fecales UFC/100 mL 0 Coliformes Totales UFC/100 mL 0 PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AGUA POTABLE MICROBIOLOGICOS Venezuela Medido Fuente de contaminacion ND 2a9 Excrementos humanos o animales. Los excrementos pueden ser fuente de patógenos, como bacterias, ND 2a9 virus, protozoos y helmintos. PLAGUICIDAS ND 0.2 Utilizados en actividades Agricolas principalmente, 30 como control de plagas en sembradios 2 20 DESINFECTANTES SECUNDARIOS 200 Actividades Industriales, petroquimica y Domesticas 100 RADIACTIVOS 0.1 Origen natural 1 Origen natural SUSTANCIAS QUE PUEDEN PRODUCIR QUEJAS EN LOS USUARIOS 300 21 - 3260 0.3 0,09 - 0,34 Origen Natural, producto de procesos geologicos 200 11,00 - 2535 relacionados con disolucion, erosion, movilizacion y 1000 529 - 7116 acumulacion de particulas y elementos. 5 1,00 - 85,00 15 5 - 150 QUIMICOS DE IMPORTANCIA PARA LA SALUD INORGANICOS 0,01 0,7 0,3 0,003 Origen natural 0,07 2 0,05 Aldrina/dieldrina Clordano 2.4 D Lindano Metoxicloro ug/L ug/L ug/L ug/L ug/L 0.03 0.2 30 2 20 Cloroformo Bromoformo ug/L ug/L 200 100 Alfa Global Beta Global Bq/L Bq/L 0.1 1 Cloruro Hierro Sodio Sólidos Disueltos Turbiedad Color mg/L mg/L mg/L mg/L UNT UCV 250 0.3 200 1000 5 15 Arsénico Bario Boro Cadmio Cianuro Cobre Cromo mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 0,01 0,7 0,3 0,003 0,07 2 0,05 Fluoruro mg/L 1,5 1,5 Manganeso Mercurio Molibdeno Níquel mg/L mg/L mg/L mg/L 0,5 0,001 0,07 0,02 0,5 0,001 0,07 0,02 Nitrato mg/L 50 45 Nitrito mg/L 3 0,03 Plomo mg/L 0,01 0,01 Efecto Sobre la Salud Enfermedades intestinales y otras enfermedades infecciosas Enfermedades intestinales y otras enfermedades infecciosas Riesgo significativo de cáncer y lesiones cutáneas En concentraciones menores no representan riesgo para la salud publica, mas sin embargo la calidad de agua potable se compromete cuando su aspecto no es estetico y modifica su sabor, olor, apariencia. Riesgo significativo de cáncer, lesiones cutáneas, Leciones cerbro vasculares, entre otras. Manchas en los dientes y, en casos graves, fluorosis ósea incapacitante Origen natural Origen natural y aplicación excesiva de fertilizantes o a la filtración de aguas residuales u otros residuos orgánicos. Amplia distribucion por su movilidad y estabilidad en sistemas aerobicos de agua subterranea Origen natural y Antropica Origen natural y Antropica. Accesorios o soldaduras de plomo Riesgo significativo de cáncer, lesiones cutáneas, Leciones cerbro vasculares, entre otras. Metahemoglobinemia Metahemoglobinemia Efectos neurológicos adversos Fuente: Modificado de OMS (1995). 47 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 3.3. Propiedades físicas, químicas y bacteriológicas de las fuentes de abasto de agua en la comunidad La determinación de la seguridad o de qué riesgo se considera tolerable en circunstancias concretas, es un asunto que concierne al conjunto de la sociedad. En último término, es responsabilidad de cada país decidir si las ventajas de adoptar como norma nacional o local alguna de las metas de protección de la salud justifican su costo. En la presente investigación se realiza la evaluación físico-química y bacteriológica de las muestras analizadas para determinar su calidad, se determina que las aguas se encuentran contaminadas por varios elementos químicos. los resultados de los análisis fisicoquímicos y bacteriológicos efectuados se presentan en la tabla 5 y fueron comparados con las Normas Sanitarias de Calidad de Agua Potable, publicadas en Gaceta Oficial de la República de Venezuela No 36.395 de fecha 1302-1998 y con las Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos, Gaceta Oficial de la República de Venezuela No 5 021 de fecha 18-12-1995 y con los catálogos de calidad de agua emitidos por la Organización Mundial de la Salud. 3.3.1. Muestra1. Pozo granja San Martín Las propiedades físicas: Aspecto, olor, color, turbiedad se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, conductividad, fluoruro, calcio, magnesio, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. La salinidad medida alcanzo un valor de 5000 mg/L la cual afecta su sabor, el pH es de 5,98 por debajo del mínimo permitido por ambas normas, Cloruros 3250 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 mg/L por la OMS, el contenido de sulfato es de 393 mg/L aunque para la norma venezolana es aceptable para la OMS no puesto no debe exceder de 250 mg/L, minerales disueltos 48 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Tabla 5. Resultados análisis físico, químico y Biológico. Propiedad Aspecto Olor Cloro Residual (mg/L) Salinidad (mg/L) Conductividad μS/cm) pH Color Aparente Unid Pt - Co Color Real Unid Pt - Co Turbiedad Unid NTU Cloruro (Cl) (mg/L) Sulfato (SO4) (mg/L) Fluoruro (F) (mg/L) Calcio (Ca) (mg/L) Magnesio (Mg) (mg/L) Sodio - Potasio (Na + K) (mg/L) Hierro Total (Fe) (mg/L) Anhidrido Carbonico Libre (CO2) Alcalinidad Total (mg/L) Dureza Total (mg/L) Dureza Carbonatica (mg/L) Dureza No Carbonatica (mg/L) Minerales Disueltos (mg/L) Indice Langelier pH - pHs Dureza Calcica (mg/L) Aluminio Residual (mg/L) Heterotrofogos Aerobicos (ufc/mL) Indice de Coliformes totales (NMP / 100 mL) Indice de Coliformes fecales (NMP / 100 mL) Los San Benito Tuberia Monte Santo La Estancia Botellon Cascabeles Casa Azul (Aduccion) Ligeramente Claro Claro Claro Claro Turbio Claro Claro Claro turbio Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl S/Cl 5000 4630 293 4100 204 1350 2990 126 129 9580 10110 850,9 8294 540,1 2518 5718 496,1 246,9 5,98 6,05 6 5,71 6,62 6,57 5,57 7,68 7,48 10 5 10 5 150 15 5 5 5 5 4 5 4 75 7 4 4 4 1,06 1,19 3,59 3,44 85,3 10,7 1,48 1,2 2,01 3260 3280 200 2950 140 870 2150 125 21,3 393 588 133,7 449 33,8 130 255 29 10,2 0,26 0,55 0,17 0,34 0,02 0,29 0,17 0,06 0,51 80,24 76,56 29,28 81,68 30,04 82,24 100,4 38,96 31,6 40,48 36,89 15,26 50,5 17,67 47,04 37,42 3,26 6,32 2187,97 2325,48 165,69 1980,3 111,69 485,18 1351,09 76,04 11,77 0,165 0,094 0,243 0,34 2,488 0,455 0,24 0,272 0,155 245,83 265,57 156,67 315,83 63,44 191,25 242,16 2,79 5,64 118 162 75,2 75,8 158,6 91,8 44,8 69,8 90,2 367,2 343,2 136 412 147,8 399,2 405 110,8 105 118 162 75,2 75,8 147,8 91,8 44,8 69,8 90,2 249,2 181,2 60,8 336,2 0 307,4 360,2 41 14,8 6106,08 6505,22 636,09 5614,63 529,19 1727,2 3948,98 357,74 191,89 -1,5 -1,52 -1,53 -2 -1,16 -1,1 -2,3 -0,5 -0,5 200,6 191,4 73,2 204,2 75,1 205,6 251 97,4 79 0,021 0,023 0,019 0,022 0,021 0,023 0,024 0,021 0,024 1 12 4 60 28 72 20 56 25 2 4 2 4 9 4 2 9 2 2 4 2 4 9 4 2 9 2 San Martin "Z" El Bosque Cañada Irragorry Vzla OMS Verdoso Aceptable Aceptable Fetido S/Cl 429 9555 8,05 30 15 9,42 3750 388 0,51 110,8 34,89 2535,82 0,437 3,51 242,4 420,6 242,4 178,2 7116,19 0,16 277 0,02 0 0 0 Aceptable 0,3-0,5 Aceptable 6,5 - 8,5 15 15 5 300 500 0,7 15 15 5 250 250 1,5 200 0,3 200 0,3 500 1000 1000 0,2 100 1,1 1,1 0,2 0 0 Fuente: Elaboración Propia, 2015. 49 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II fue determinado en 6106 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterótrofogos Aeróbicos 1 ufc/mL, coliformes totales en 2 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 2 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 25) Figura 25. Parámetros fuera de norma granja pozo San Martin. Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.2. Muestra 2. Pozo granja La Zeta Las propiedades físicas: Aspecto, olor, color, turbiedad se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, pH, conductividad, fluoruro, calcio, magnesio, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. 50 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II La salinidad medida alcanzo un valor de 4630 mg/L la cual afecta su sabor, Cloruros 3280 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 mg/L por la OMS, el contenido de sulfato es de 580 mg/L excede la norma venezolana de 500 mg/L y la OMS no puesto no debe exceder de 250 mg/L, minerales disueltos fue determinado en 6505 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterótrofogos Aeróbicos 12 ufc/mL, coliformes totales en 4 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 4 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 26) Figura 26. Parámetros fuera de norma granja pozo La Zeta Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.3. Muestra 3. Pozo granja El Bosque Las propiedades físicas: Aspecto, olor, color, turbiedad se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas 51 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II medidas tales como: Cloro, salinidad, cloruro, conductividad, fluoruro, sulfato, calcio, magnesio, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. El pH medida alcanzo un valor 6,00 por debajo del mínimo permitido por ambas normas de 6,50. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 4 ufc/mL, coliformes totales en 2 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 2 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 27) Figura 27. Parámetros fuera de norma granja pozo El Bosque Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.4.4. Muestra 4. Pozo Granja Los Cascabeles Las propiedades físicas: Aspecto, olor, color, turbiedad se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, pH, conductividad, fluoruro, calcio, magnesio, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. 52 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II La salinidad medida alcanzo un valor de 4100 mg/L la cual afecta su sabor, Cloruros 2950 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 mg/L por la OMS, el contenido de sulfato es de 449 mg/L no excede la norma venezolana de 500 mg/L pero si la OMS de 250 mg/L, minerales disueltos fue determinado en 5614 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 60 ufc/mL, coliformes totales en 4 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 4 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 28) Figura 28. Parámetros fuera de norma granja pozo Los Cascabeles Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.5. Muestra 5. Pozo Granja San Benito (Casa Azul) Las propiedades físicas: Olor, se encuentran en valores aceptables para el consumo humano; no obstante, el Aspecto es turbio, el color medido 150 excediendo el máximo de 15 unidades, la turbiedad alcanzo 85 NTU siendo el máximo de 5 NTU para ambas normas. Por su parte las propiedades químicas medidas se encuentran dentro de ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 28 53 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II ufc/mL, coliformes totales en 9 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 9 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 29) Figura 29. Parámetros fuera de norma granja pozo San Benito (Casa Azul). Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.6. Muestra 6. Pozo Granja Monte Santo Las propiedades físicas: El olor y color se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. No obstante su aspecto es ligeramente turbio, la turbiedad es de 10,7 NTU excediendo el máximo de 5 NTU para ambas normas Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, pH, conductividad, sulfato, fluoruro, calcio, magnesio, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. La salinidad medida alcanzo un valor de 1350 mg/L la cual afecta su sabor, Cloruros 870 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 mg/L por la OMS, minerales disueltos fue determinado en 1727 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. 54 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 72 ufc/mL, coliformes totales en 4 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 4 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 30) Figura 30. Parámetros fuera de norma granja pozo Monte Santo. Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.7. Muestra 7. Pozo granja La Estancia Las propiedades físicas: El olor, color, turbiedad y aspecto se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, conductividad, sulfato, fluoruro, calcio, magnesio, hierro, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. La salinidad medida alcanzo un valor de 2990 mg/L la cual afecta su sabor, Cloruros 2150 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 55 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II mg/L por la OMS, el contenido de sulfato es de 255 mg/L no excede la norma venezolana de 500 mg/L pero si la OMS de 250 mg/L minerales disueltos fue determinado en 3984 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 20 ufc/mL, coliformes totales en 2 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 2 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 31) Figura 31. Parámetros fuera de norma granja pozo La Estancia. Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.8. Muestra 8. Botellón de Agua Las propiedades físicas: Olor, aspecto, sabor, turbiedad, color, se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas se encuentran dentro de ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 56 ufc/mL, coliformes totales en 9 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 9 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 32) 56 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II Figura 32. Parámetros fuera de norma Botellón de Agua. Fuente: Elaboración Propia, 2015. 3.3.9. Muestra 9. Tubería (Aducción) Las propiedades físicas: Olor, aspecto, sabor, turbiedad, color, se encuentran en valores aceptables para el consumo humano. Por su parte las propiedades químicas medidas se encuentran dentro de ambas normas. El exámen bacteriológico indica presencia de Heterotrofogos Aerobicos 25 ufc/mL, coliformes totales en 2 NMP / 100 mL, fecales y heterótrofos aerobios de 2 NMP / 100 mL, cuando el máximo permitido por la norma venezolana es de 1,1 NMP / 100 mL y 0 NMP / 100 mL para la OMS. (Figura 33) Figura 33. Parámetros fuera de norma Tubería (Aducción). Fuente: Elaboración Propia, 2015. 57 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 3.3.10. Muestra10. Cañada lragorry Las propiedades físicas: El olor fétido, color verdoso, turbiedad alcanzo 9,42 NTU siendo el máximo de 5 NTU para ambas normas, color verdadero 30 excede el valor máximo de 14 unidades para ambas normas. Por su parte las propiedades químicas medidas tales como: Cloro, conductividad, fluoruro, calcio, magnesio, hierro, sodio + potasio, hierro, alcalinidad, dureza, índice de Langelier, Aluminio están dentro de los parámetros normales tanto en la norma venezolana como en la propuesta por la OMS. La salinidad medida alcanzo un valor de 429 mg/L la cual afecta su sabor, Cloruros 3750 mg/L siendo 300 mg/L el máximo permitido por la norma Venezolana y 250 mg/L por la OMS, el contenido de sulfato es de 388 mg/L no excede la norma venezolana de 500 mg/L pero si la OMS de 250 mg/L minerales disueltos fue determinado en 7116 mg/L siendo 1000 el máximo permitido por ambas normas. (Figura 34) Figura 34. Parámetros fuera de norma Cañada lragorry. Fuente: Elaboración Propia, 2015. El exámen bacteriológico no se aplicaron por observarse mucha contaminación biológica producto de la acumulación de desechos orgánicos, domésticos. 58 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II 3.4. Medidas preventivas y correctoras para minimizar la contaminación que posibiliten la accesibilidad de abasto de agua para consumo humano en la comunidad. Con el fin de reducir al mínimo la probabilidad de que aparezcan brotes epidémicos, es preciso vigilar adecuadamente el abastecimiento de agua de consumo, tanto en condiciones normales como durante el mantenimiento y los periodos en los que se produce un deterioro transitorio de la calidad del agua. Por lo tanto, al formular metas de protección de la salud hay que tener en cuenta el funcionamiento del sistema de abastecimiento de agua de consumo durante las circunstancias transitorias (como la variación en la calidad del agua de origen, los fallos del sistema y los problemas de procesamiento). Tanto las circunstancias transitorias como las derivadas de catástrofes naturales pueden ocasionar, durante cierto tiempo, un alto grado de degradación de la calidad del agua de origen y una gran disminución de la eficiencia de muchos procesos; ambos tipos de situaciones proporcionan una justificación lógica y sólida para aplicar el principio de las barreras múltiples, aplicado desde hace largo tiempo en la seguridad del agua. La formulación, aplicación y evaluación de las metas de protección de la salud ofrecen ventajas. A. Evaluar las aguas desde el punto de vista higiénico- sanitario, mediante el control estricto y sistemático bacteriológico de los coliformes totales, fecales y otras bacterias que pudieran estar presentes en las aguas de abasto. B. Se recomienda Proponer programas de gestión de la calidad del agua de consumo comunitaria, es preciso que cuenten con el apoyo activo y la participación de las comunidades locales. Éstas deben participar en todas las etapas de dichos programas: los estudios iniciales; las decisiones sobre la ubicación de pozos comunitarios nuevos, la ubicación de los puntos control de la calidad agua o la creación de zonas de protección; el monitoreo y la vigilancia de los sistemas de abastecimiento de agua de consumo; la notificación de averías, la realización de tareas de mantenimiento y adopción 59 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II de medidas correctoras; y las actividades de apoyo, incluidas las relativas a prácticas de saneamiento e higiene. C. Los consumidores pueden, por medio de sus acciones, ayudar a garantizar la inocuidad del agua que consumen, así como contribuir a mejorar o bien a contaminar el agua que consumen otros. Tienen la responsabilidad de asegurarse de que sus acciones no afecten negativamente a la calidad del agua. La instalación y mantenimiento de redes de fontanería domésticas deben realizarlas preferiblemente fontaneros cualificados y autorizados (véase el apartado 1.2.10) u otras personas que tengan los conocimientos precisos para garantizar que no se producen conexiones cruzadas ni reflujos que puedan contaminar el sistema de abastecimiento de agua local. D. Aplicar medidas adecuadas para garantizar que la potabilización y el almacenamiento adecuado para su consumo, el tratamiento del agua de consumo proveniente de los pozos de agua resultaría un tanto costosa debe recibir tratamiento permanente de desinfección (Cloración) y corrección del pH, por aplicación de cal, en el menor de los casos. La retención del hierro puede realizarse con aireación y coagulación a pH básico, seguido de procesos de floculación, sedimentación y filtración. E. Se recomienda el diseño de redes de tuberías para la distribución a presión de agua de consumo a viviendas individuales, edificios y grifos comunitarios es un componente importante que contribuye al progreso y la salud de muchas comunidades. Esta publicación examina la introducción de contaminantes microbianos y la proliferación de microorganismos en redes de distribución, así como las prácticas que contribuyen a garantizar la inocuidad del agua de consumo en los sistemas de distribución por tuberías. . 60 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II CONCLUSIONES Las fuentes de abasto de aguas que consumen los habitantes en la comunidad campesina San Valentín, Sector Ancón Bajo II, Parroquia Venancio Pulgar, Municipio Maracaibo. Están representadas por: Camiones cisternas, Agua mineral embotelladas con capacidades 19 litros principalmente, Tubería de aducción y Pozos de agua artesanales. Las principales fuentes de contaminación que afectan la calidad de las aguas en el sector llegan al medio ambiente a través de las actividades antrópicas y también ciertos procesos naturales. Los tipos de contaminantes se dividen en: Contaminantes inorgánicos: Tales como: hierro, Cloruros, solidos disueltos, otros metales; Contaminantes orgánicos: Que incluye pesticidas, herbicidas, solventes Contaminantes microbiológicos: Tales como bacterias, virus y protozoarios. Los resultados de los análisis fisicoquímicos y bacteriológicos demuestran que: El agua de la tubería requiere tratamiento convencional completa para su potabilización. Mientras que las aguas tomadas de los pozos ubicados en las granjas. San Martín, "2", Los Cascabeles, Monte Santo y La Estancia San Benito, son salobres y para ser potabilizados requieren un tratamiento de desalinización. La Cañada Iragorry está altamente contaminada (aguas servidas) por lo cual no es no es una opción segura como fuente de abastecimiento y su tratamiento resultaría muy costoso para su potabilización Se proponen cinco (5) medidas preventivas y correctoras para minimizar la contaminación que posibiliten la accesibilidad de abasto de agua para consumo humano en la comunidad. 61 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II RECOMENDACIONES  Evaluar los contenidos de elementos metálicos y agroquímicos para pronosticar su grado de nocividad y su posible influencia sobre la salud de los pobladores.  Realizar Sondeo eléctricos verticales que permitan verificar la presencia de otros acuíferos más profundos de mejor calidad. 62 �Calidad de agua potable sector Ancón Bajo II REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arroyave, Builes, Rodríguez (2012) La gestión socio-ambiental y el recurso hídrico.p5. Aportes para un diagnóstico de la problemática ambiental de Venezuela. 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