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Tesis Doctoral: CIENCIAS TÉCNICAS
Metodología para el pronóstico, planificación
y control integral de la minería en
yacimientos lateríticos
ARÍSTIDES AlEJANDRO LEGRÁ LOBAINA
MOA 1999
www.ismm.edu.cu/edum
�REPÚBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
¨Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA
DEPARTAMENTO DE MINAS
TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE
DOCTOR EN CIENCIAS TÉCNICAS
AUTOR: LIC. ARÍSTIDES ALEJANDRO LEGRÁ LOBAINA
MOA, 1999
�Introducción
Resumen
En los últimos años se ha podido enfocar la actividad minera como un sistema que busca
resultados óptimos en todas las etapas del proyecto, desde el estudio de viabilidad hasta la
declaración de agotamiento de los yacimientos y por consiguiente el cierre de la empresa. Este
enfoque ha sido necesario y posible debido a que:
1. Muchos yacimientos no presentan suficiente mineral con altas leyes de componentes útiles
y distribución uniforme del mineral lo cual solo permite una minería cada vez más selectiva.
2. Ha aumentado la demanda mundial de ciertos materiales que se obtienen mediante
procesos mineros o minero - metalúrgicos.
3. La disponibilidad de capitales para desarrollar proyectos mineros se basa cada vez más en
elevar la confianza de los inversionistas en la seguridad de los estudios técnico económicos que se realizan los cuales garantizan la rentabilidad económica y la
disminución de los riesgos.
4. Las ciencias geológicas, mineras y otras afines han desarrollado un gran caudal de
conocimientos teóricos y prácticos.
5. El desarrollo técnico ha incrementado la presencia de: equipos cada vez más adecuados
(por sus parámetros técnicos y por sus dimensiones) a las situaciones concretas del estudio
y explotación de cada yacimiento, equipos sensores, medios de comunicación, software y
hardware (generales y específicos para estas tareas) y técnicas y equipos de control y
automatización de procesos.
6. En el caso especial de Cuba, la industria que realiza la extracción del Ni y el Co se ha
convertido en uno de los pilares en los que se sustenta el desarrollo del país y es una de las
que enfrenta en la actualidad el reto del Perfeccionamiento Empresaria, vía para lograr un
nivel competitivo mundial. Este Perfeccionamiento Empresarial como proceso integral no
puede soslayar el perfeccionamiento tecnológico.
En los yacimientos lateríticos del nordeste de la provincia Holguín que se han explotado en
función de la extracción del Ni desde el año 1943 se presenta una situación polémica.
Existen un conjunto de leyes y normas oficiales tales como la Ley de Minas , Ley de Medio
Ambiente, etc., que definen los principios y reglas para ejecutar los trabajos geológicos y
mineros lo cual es controlado en su cumplimiento por la Unión de Empresas del Níquel y la
Oficina Nacional de Recursos Minerales del Ministerio de la Industria Básica y por el Ministerio
de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente.
Por otra parte, cada una de las minas de las tres industrias niquelíferas que están en
producción hoy día en Cuba, tienen conjuntos de reglas que, respetando las del nivel superior,
responden a las tradiciones y experiencias particulares de cada mina y aún, cuando se han
incorporado conocimientos teóricos y prácticos nacionales y extranjeros (también tecnología),
en ninguna de ellas se ha logrado conformar un sistema o metodología que enmarque todos
estos conocimientos y experiencias en un soporte informativo que permita no solo el desarrollo
de las tareas sino que también se dirija conscientemente a la optimización de las mismas.
La presente investigación sin pretender abarcar todas las tareas conocidas (pues no se
tratarán en detalle los problemas relacionados con los caminos mineros, transporte, hidrología,
�almacenamiento, homogeneización, rehabilitación y reintegro) estudia los tres principales
elementos del trabajo minero en los yacimientos lateríticos: el pronóstico, la planificación y el
control, los cuales une en un metodología que contempla:
1. Diseño y manejo del sistema informativo de los datos y resultados mediante archivos tipo
texto, tablas y gráficos planos y tridimensionales, etc.
2. Los resultados de las investigaciones geológicas y mineras más recientes desarrolladas en
yacimientos lateríticos de esta región.
3. Técnicas matemáticas actuales relacionadas con la Interpolación Polinómica, la
Geoestadística Lineal, la Interpolación por Splines en espacios euclidianos Rn, técnicas de
la Teoría de los Elementos Finitos y de la Optimización Binaria.
La metodología antes mencionada está siendo llevada parcialmente a la práctica en un
software desarrollado en ambiente Windows llamado TIERRA (ver Anexo 3) destinado a la
Subdirección de Minas de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara de Moa, provincia
Holguín.
En el trabajo desarrollado se demuestra que es posible modelar los yacimientos lateríticos
atendiendo a ciertas características geológicas productos del proceso de intemperización y de
la yacencia y que uniendo esta modelación con técnicas adecuadas de planificación y control,
entonces, el sistema resultante permite el seguimiento de la extracción del mineral (en toda la
explotación del yacimiento) y la toma de las decisiones necesarias para disminuir los
parámetros que influyen negativamente en el proceso: pérdidas, empobrecimiento, no
cumplimiento del volumen y de la calidad del mineral enviado por unidad de tiempo al proceso
metalúrgico, buen uso del equipamiento y permite lograr afectaciones ecológicas pequeñas.
En la memoria escrita se exponen los argumentos que se tuvieron en cuenta para realizar el
análisis de cada aspecto y llegar a las conclusiones y recomendaciones que se exponen
Problema que se toma en consideración
El funcionamiento de la industria cubana del níquel, cuya importancia aumenta cada día en la
economía del país, depende básicamente de la eficiencia de la extracción de la materia prima
mineral y de su procesamiento metalúrgico. El proceso extractivo debe garantizar los
volúmenes y calidades requeridas por la industria metalúrgica durante cada período de tiempo;
para ello, partiendo de las recursos minerales estimados, deben precisarse los volúmenes de
escombro y de las reservas mineras en función de las condiciones reales del yacimiento y del
equipamiento disponible. Esto se realiza mediante la modelación del yacimiento a partir de
parámetros geométricos, geoquímicos, geofísicos, y mineralógicos (lo cual facilita
la
realización de pronósticos); mediante la planificación de la minería a largo, mediano y corto
plazos (atendiendo a las solicitudes de la industria metalúrgica, al equipamiento de extracción y
transporte disponible, a las reservas mineras listas y a las condiciones geográficas y
ambientales) y mediante el control eficiente de la geometría del yacimiento y del mineral
extraído y disponible (control en el tiempo, en el espacio y por equipamiento de extracción); sin
embargo, a pesar de las normas que rigen la actividad minera en Cuba, no existe en nuestro
país una metodología integrada para el pronóstico, el control y la planificación de la minería en
los yacimientos lateríticos y esto constituye el problema que se toma en consideración.
�Objetivo de la Investigación
El objetivo de esta investigación es crear una metodología actualizada para el pronóstico,
planificación y control de la minería en yacimientos lateríticos.
Hipótesis del Trabajo
Si se modelan los yacimientos lateríticos atendiendo a sus características de estratificación y
al nivel de madurez del proceso de intemperización y se une esta modelación con las técnicas
adecuadas de planificación y control de la minería, entonces, el sistema resultante permite el
seguimiento de la extracción del mineral en toda la explotación del yacimiento y la toma de las
decisiones necesarias para disminuir los parámetros que influyen negativamente en el proceso:
pérdidas, empobrecimiento, no cumplimiento del volumen y de la calidad del mineral enviado
por unidad de tiempo al proceso metalúrgico, uso inadecuado del equipamiento y además
permite lograr afectaciones pequeñas al medio ambiente.
Tareas de la Investigación
Para lograr el objetivo planteado deben cumplirse las siguientes tareas:
1. Análisis crítico del conjunto de datos que constituye la información primaria disponible
desde el punto de vista de su estructura y fiabilidad.
2. Modelación de parámetros del mineral de los bloques del yacimiento atendiendo a las
características de estratificación del material que lo forma
y a su grado de madurez
mediante herramientas de la Geoestadística Lineal y la Interpolación por Esplines.
3. Modelación geométrica de las capas tecnológicas de la corteza de intemperismo en los
bloques de un yacimiento.
4. Descripción de métodos para la validación práctica de la modelación desarrollada.
5. Análisis del cálculo de volúmenes y planteamiento de soluciones a diferentes situaciones.
6. Análisis de la estimación de las masas volumétricas y elaboración de un método de
pronóstico de las mismas.
7. Propuesta de un método de cálculo de recursos que mejore la precisión del actual.
8. Desarrollo de algoritmos para la determinación del material que pasará a ser parte del
escombro y del mineral minable.
9. Creación de una estructura informativa para desarrollar a planificación de un yacimiento
como proceso integral , continuo y dinámico en el tiempo.
10. Creación de una estructura informativa para el control de la topografía del yacimiento y las
herramientas para su manejo.
11. Creación de una estructura informativa para el control de la minería y las herramientas para
su manejo.
Métodos de Investigación Utilizados
1. Investigación bibliográfica y en archivos de empresas.
2. Investigación teórica.
3. Modelación numérica.
4. Simulación computacional.
Novedad Científica
La novedad científica consiste en el establecimiento de un modelo tridimensional geométrico y
geoquímico de cada bloque del yacimiento laterítico, basado en el uso de la Geoestadística
�Lineal y la Interpolación por Splines, el cual permite recalcular con mayor precisión los recursos
geológicos y junto a las técnicas de planificación y control de la minería constituye una
metodología para la explotación eficiente de estos yacimientos.
Aportes Particulares Teóricos y Prácticos
1. Modelo de variograma teórico para casos de comportamiento no decrecientes con alcance
ha, meseta Me y efecto pepita C0 del variograma experimental mediante un ajuste mínimo
cuadrado condicionado que consiste en buscar, usando el Principio de los Mínimos
Cuadrados, los coeficientes reales K1, K2, K3 que mejor ajustan la función variograma
γ(h)=K1 e-α h/ha + K2 e-β h/ha + K3 e-δ h/ha ; α, β y δ son valores reales diferentes entre si dos a
dos y le imponemos condiciones para que dicha función pase por los puntos (0,C0) y
(ha,Me).
2. Descripción de las zona de influencia geoestadística mediante splines lineales en
coordenadas polares y bilineales en coordenadas esféricas.
3. Nuevas fórmulas para la corrección de la anisotropía geométrica.
4. Demostración del teorema que afirma que el spline bicúbico obtenido de manera iterada por
el algoritmo de Cheney - Kincaid es el mismo que se obtiene por la definición clásica.
5. Demostración de que la interpolación lineal clásica, vista en el caso de R2 y R3, es bajo
ciertas condiciones, un caso particular de un método de Kriging, lo cual permitió obtener las
fórmulas de estimación del error de interpolación de estos dos casos.
6. Estimación de las masas volumétricas por capa tecnológica en cada pozo de exploración
como función de las coordenadas y % de Ni, Fe y Co (usando datos de los pozos criollos).
7. Algoritmo para el cálculo de volumen por integrales iteradas con error mínimo de las curvas
de interpolación mediante redes cuadradas arbitrarias usando de forma iterativa la fórmula
de Gauss y la transformada LL.
8. Uso de la relación intercalación/mineral como un aspecto a considerar dentro de los
modelos matemáticos desarrollados para la planificación de la minería en los yacimientos
lateríticos cubanos.
Estructura de la Tesis
La presente memoria escrita, desarrollada en WORD 6.0, letra ARIAL N0 10 con interlineado
1.5, está compuesta de Introducción, 5 Capítulos, 8 Conclusiones, 13 Recomendaciones, 158
Fuentes Bibliográficas consultadas así como 48 Anexos. Todo el texto consta de 182 fórmulas
y expresiones matemáticas, 35 tablas y 42 figuras gráficas.
El texto se presenta en 99 páginas para la memoria y 86 páginas para los anexos con un total
de 185 páginas distribuidas en 7912 párrafos, 12968 líneas y 73991 palabras.
�Capítulo 1: Análisis del estado actual del tema.
1.1 El pronóstico, la planificación y el control como aspectos esenciales de la minería.
Toda proyecto o actividad humana que aspire a obtener resultados al menos satisfactorios
debe considerar tres aspectos esenciales:
a. Conocimiento de los recursos disponibles, de la tecnología y de los resultados
esperados.
b. Planificar en el tiempo las tareas que se realizarán y los recursos humanos y técnicos
que se utilizarán en cada una de ellas.
c. Controlar las actividades desarrolladas en función del lógico seguimiento informativo del
desarrollo de los planes y, sobre todo, para conocer los elementos que permitan
distribuir con mayor precisión los recursos disponibles en cada instante y lugar con el
objetivo de reajustar los planes con criterios de optimización.
En el caso de la minería, considerada como una de las más antiguas actividades productivas
del hombre, estos tres aspectos revisten singular importancia debido principalmente a que
los recursos minerales disponibles no son totalmente conocidos, a que la actividad minera
es costosa y de importantes repercusiones negativas en el medio ambiente y a que es una
actividad compleja cuyo desarrollo precisa de profesionales capaces y equipamiento
técnicamente complejo y específico para cada tipo de minería.
En la minería podemos definir la actividad del Pronóstico como aquella que, a partir de un
conjunto
de
mediciones
geométricas,
geofísicas,
geoquímicas,
climatológicas,
hidrogeológicas, etc., permite desarrollar modelos descriptivos, gráficos, analíticos, entre
otros, de ciertas propiedades del mineral (y de su yacencia) o de otros elementos
relacionados con este y a partir de estos modelos se pueden estimar valores de estas
propiedades o nuevas propiedades y sus valores. Esta actividad permite precisar los
recursos y reservas minerales disponibles (ver anexo 45) en cada instante y lugar; permite
elaborar diferentes variantes de un proyecto minero y además es parte del sistema de
reajuste del proyecto durante su ejecución.
La actividad de Planificación es aquella que considerando o determinando los recursos y las
reservas minerales, humanos y técnicos disponibles así como las necesidades planteadas
por la entidad que solicita cierta cantidad de mineral con una calidad dada y en un período
de tiempo determinado, organiza en espacio y tiempo un conjunto de actividades: apertura,
preparación, corte, arranque, rehabilitación y reintegro, que garantizan la satisfacción de
estas necesidades mediante un flujo de mineral, teniendo en cuenta los reglamentos de
Protección e Higiene del Trabajo, las normas de Protección del Medio Ambiente y el
principio del aprovechamiento provechoso, racional y máximo de los recursos.
La actividad del Control es el sistema de tareas que permite en primer lugar un seguimiento
informativo del desarrollo de los planes (incluyendo la calidad y la rentabilidad) y en
segundo lugar el análisis de los resultados para la elaboración de criterios que permitan
reajustar los datos en que se basa el pronóstico y por tanto mejorar la planificación. El
control puede tener diferentes niveles de automatización en la obtención de información, en
su almacenamiento, en su procesamiento y en el envío de esta información y de
recomendaciones u órdenes a los sistemas de pronóstico y de planificación. En la minería,
�el control de las propiedades, fenómenos y procesos relacionados con los recursos
humanos, ambientales, minerales y técnicos se desarrolla en el espacio y en el tiempo.
En la actualidad estas tres actividades son objeto de investigaciones particulares y generales
en los diferentes tipos de minería que se realizan. Los mayores esfuerzos se concentran en
la definición de sistemas o proyectos integrales de minería y en la incorporación de
tecnologías que contengan sistemas automatizados de toma y procesamiento de muestras
donde los mayores avances se tienen en el uso de novedosos métodos de análisis de
propiedades de los minerales, la incorporación de técnicas computacionales a los sistemas
informativos y de modernas herramientas de modelación y cálculo matemático para el
pronóstico y la planificación (sobresalen las técnicas de simulación); el aumento del control
automático a través de los sistemas GPS (Global Position System) y GIS (Geographical
Information System), de la cartografía automática y de sensores implantados a los equipos
de fragmentación, extracción y transporte lo que permite el monitoreo en tiempo real y por
tanto el uso de autómatas programables que controlen gran parte de las actividades.
1.2 Pronóstico, planificación y control en la minería a cielo abierto
Los trabajos mineros se desarrollan fundamentalmente de dos modos: subterráneo y a cielo
abierto. Los del segundo modo son aquellos donde las actividades de apertura,
preparación, corte, arranque y rehabilitación para su posterior reintegro, se desarrollan a
cielo abierto (aunque excepcionalmente parte de algunas de estas actividades puede
hacerse de manera subterránea). A las minas a cielo abierto, generalmente en nuestro país,
se les denomina canteras cuando de ellas se extraen materiales de construcción.
En las minas explotadas a cielo abierto el pronóstico se relaciona con la determinación
aproximada de características de ciertos parámetros geométricos y mineralógicos (tipos de
minerales, propiedades químicas y físicas, etc.) de los materiales que conforman el
yacimiento a partir de las mediciones discretas realizadas mediante diferentes formas tales
como perforaciones, pozos, surcos, métodos geofísicos, con el fin de definir la cantidad y
calidad de los recursos disponibles y de las reservas mineras, la cual será destinada a una
industria de procesos transformadores o se usará directamente en su estado natural. A
partir de estos parámetros se desarrollan los modelos geométricos, geoquímicos,
geofísicos, geomecánicos, hidrológicos, ecológicos, mineros, etc., los cuales son,
generalmente, continuos (en una o varias dimensiones) y permiten estimar valores
puntuales de los parámetros apuntados, calcular los recursos mineros y las reservas de
mena y crear las bases para los planes de desbroce, descombreo, extracción, transporte,
almacenamiento, rehabilitación y reintegro.
Los factores que definen la factibilidad de un proyecto minero tienen que ver principalmente
con las alteraciones positivas y negativas que producen al hombre y al medio ambiente y
con su sostenibilidad vista esta en el sentido más amplio. La planificación debe tener en
cuenta estos elementos asegurando la minimización de los factores negativos y la
maximización de los positivos mediante el establecimiento de planes que garanticen un flujo
de mineral adecuado a las necesidades planteadas por un planta o una industria. En el caso
de la minería a cielo abierto donde las afectaciones negativas al medio son generalmente
significativas y donde, en muchas ocasiones, el suelo y el escombro a remover constituyen
�grandes volúmenes de material y por tanto la rentabilidad del proyecto puede verse
afectada, es imprescindible que toda la planificación constituya un sistema dinámico, válido
para toda la vida útil del proyecto y forme parte del sistema general conjuntamente con el
pronóstico y el control.
El control de las actividades mineras en los yacimientos que se explotan a cielo abierto está
relacionado con el seguimiento informativo de los recursos materiales empleados y de los
recursos y reservas mineras y propiedades pronosticadas, con la valoración permanente
del cumplimiento y la calidad de los planes trazados y con el análisis de las pérdidas o
ganancias de cualquier tipo que se obtengan. Este control se realiza generalmente en el
espacio y el tiempo sobre los recursos humanos y equipos que intervienen en el trabajo y
una de sus características más importantes es su capacidad de proporcionar información
que permita un ajuste de la planificación que mejore la rentabilidad del proyecto y
disminuya, los efectos indeseables provocados por la incertidumbre implícita en el carácter
discreto de la información disponible y las consecuencias negativas de las labores mineras.
Para ello es necesario contar con herramientas potentes para la captación, recepción,
almacenamiento, procesamiento y emisión de:
1. La información topográfica.
2. Posibles estratificaciones litológicas y tecnológicas.
3. Características de los diferentes tipos de menas tecnológicas y litológicas.
4. Situación hidrográfica e hidrogeológica.
5. Mineralogía del material que se mina.
6. Estado de la contaminación ambiental.
7. Protección e higiene del trabajo.
8. Uso del equipamiento (incluyendo mantenimiento y reparación) y de los recursos
humanos.
9. Extracción y almacenamiento del material del suelo y del material del escombro, de la
extracción, control de la calidad, transportación, mezcla y posible almacenamiento y
homogeneización del mineral útil.
10. Procesos de separación.
De todo lo dicho en este epígrafe puede deducirse que el diseño y desarrollo satisfactorio
del pronóstico, la planificación y el control de la minería, unidos en un sistema
dinámico, pueden constituir una verdadera garantía del éxito de la actividad minera.
1.3 Caracterización de los yacimientos lateríticos del nordeste de Holguín.
El concepto de yacimiento que se utiliza en este trabajo se refiere a un área delimitada por
razones minero - técnicas y no por las razones geológicas que definen clásicamente este
concepto.
Aunque en Cuba se presentan yacimientos lateríticos en el nordeste de Holguín (ver anexo 4) y
en San Felipe (provincia Camagüey), los estudios geológicos detallados que conocemos se
han desarrollado hasta el momento en parte de los del nordeste de Holguín; por esta razón,
en lo que sigue, nos referiremos a estos depósitos ya que los datos que se han utilizado en
este estudio se tomaron de ellos.
La primera referencia que se tiene acerca de la existencia en este territorio de suelos rojizos
�portadores de minerales de hierro, según [125] se remonta a la época de la exploración de
nuestra Isla por el Almirante Cristóbal Colón, en cuyo libro de bitácora quedó registrado este
hecho a su paso por las costas de la provincia de Oriente. Las referencias posteriores
encontradas sobre el particular, corresponden a las postrimerías del siglo XIX, y muestran
que entre los años 1890 y 1900, estos minerales son considerados, fundamentalmente,
como ‘ocres’ apropiados para la fabricación de pinturas, que como mena de hierro.
Durante la exploración detallada que se llevó a efecto en 1904 en el yacimiento Pinares de
Mayarí, se halló que el material, hasta entonces considerado como ‘arcilloso’, tenía también
alto contenido de hierro. Este descubrimiento que fue después confirmado en forma
definitiva por los trabajos de exploración, tuvo una enorme repercusión, y atrajo la atención
mundial sobre nuestros yacimientos lateríticos. Al reconocerse que el material 'arcilloso' era
también mineral de hierro de posible uso en la metalurgia , el tonelaje comprendido en las
reservas existentes dio un gran salto, convirtiéndolos en uno de los yacimientos más
grandes del mundo [125].
Siguiendo a [125] se conoce que publicaciones de boletines especializados en los años
1916 y 1918, muestran que a principios del siglo XX se conoce que estas tierras rojas han
resultado ser un magnífico mineral de hierro que reúne todas las condiciones necesarias
para la fabricación de acero.
Hasta aquí, se ha referido solamente el alto contenido de hierro existente en las lateritas y al
interés manifestado por diversas compañías extranjeras con vista a utilizarla en la
fabricación de acero.
Debido al conocimiento limitado que en esa época se tenía acerca de la composición
química de los
yacimientos lateríticos, y a que no existía la intención de realizar la
extracción y aprovechamiento de níquel existente en las lateritas, en los primeros años de la
exploración detallada de nuestros yacimientos no se hizo ningún esfuerzo por conocer el
posible contenido de ese metal.
El níquel fue descubierto en estos minerales de hierro laterítico en 1905, cuando la
Betlehem-Cuba Iron Mines Co. embarcó mineral de sus depósitos de Mayarí a Betlehem,
Pensylvania, Estados Unidos, para la producción de hierro cochino en altos hornos y se
determinó que el mineral contenía suficiente níquel para impartir fragilidad al acero, según
[125].
De este modo el descubrimiento de la presencia de un contenido de níquel relativamente
alto en las lateritas, fue recibido inicialmente con preocupación y hasta los años 1930 el
níquel fue considerado un componente indeseable de los minerales de hierro cubano.
Las cortezas de intemperismo comenzaron a considerarse como fuentes de Ni y Co a partir
del inicio de la década del 40 de este siglo y en la región de Moa ellas comenzaron a
estudiarse con este objetivo en el año 1952. Entre 1958 y 1959 compañías norteamericanas
realizaron la exploración del yacimiento Moa. Después del triunfo de la Revolución el
Instituto Cubano de Recursos Minerales, con la ayuda de especialistas soviéticos, realizó
una nueva exploración de este yacimiento.
Para sistematizar la búsqueda y exploración de las menas niquelíferas surgió la necesidad
de tener la base geológica. Con el fin de confeccionarla fue realizado el levantamiento
�geológico a escala 1:50000 entre los meses de enero y julio de 1962; donde se ha
significado que aunque la red de itinerario era muy escasa y el levantamiento se realizó sin
perforación y con un volumen pequeño de trabajos mineros, el plano geológico
confeccionado es el que se utiliza como base geológica para todos los trabajos geólogo mineros desarrollados en la región [153].
Posteriormente, a partir de 1969, el estudio de las menas de níquel fue concentrado en la
exploración de los yacimientos de Moa, debido a la proyección de las plantas de níquel
Ernesto Che Guevara y el Proyecto Cupey.
Actualmente se tienen reconocidos en esta zona 39 yacimientos lateríticos con diferentes
grados de estudio, asignados a las industrias que están en explotación (Ernesto Che
Guevara y Moanickel S.A. Pedro Soto Alba de Moa y René Ramos Latour de Nicaro), a los
proyectos Cupey y Pinares y otros son reservas estatales.
El estudio de estos yacimientos sigue siendo una necesidad y una tarea de actualidad, tanto en
la exploración detallada de algunos, como en la profundización del conocimiento de su
génesis, evolución, estructura actual y la relación de los materiales que los componen con
el aumento de la eficiencia de los procesos metalúrgicos.
Los yacimientos lateríticos del nordeste de Holguín están situados geográficamente en la zona
llamada Cuba Oriental (desde el punto de vista geológico, es la región situada al este de la
zona de falla de Cauto). Rocas típicas de una secuencia ofiolítica completa (peridotitas con
texturas de tectonitas, cumulados ultramáficos, cumulados máficos, diques de diabasas y
niveles efusivos sedimentarios) están presentes en extensos afloramientos en Cuba Oriental.
Estas secuencias constituyen la denominada Faja Ofiolítica Mayarí - Baracoa, cuyos principales
afloramientos están representados por:
1. Macizo Mayarí - Cristal.
2. Macizo Moa - Baracoa.
3. Macizo Sierra del Convento.
A pesar de los variados trabajos realizados, el grado de conocimiento actual del complejo
ofiolítico cubano es insuficiente [128]; según este autor, no existe una cartografía de detalle de
los diferentes tipos litológicos que integran la asociación ofiolítica; se han realizado muy pocos
estudios que tengan en cuenta las concepciones petrológicas, geoquímicas y estructurales
actuales de las ofiolitas; no se cuenta con estudios petrológicos y estructurales de detalle que
incluyan análisis de fábricas, de química mineral, de geoquímica de elementos en trazas o
isotópica;
no
existen
reconstrucciones
paleogeográficas
fiables
a
partir
de
datos
paleomagnéticos; los estudios geofísicos son limitados.
De la misma manera se han propuesto varias clasificaciones para las ofiolitas cubanas a partir
de su posición tectónica, destacándose el modelo de evolución tectónica de Cuba en el
contexto del Caribe propuesto por Iturralde-Vinent [128,131].
La Faja Ofiolítica Mayarí - Baracoa se localiza en el extremo Oriental de Cuba y se trata de un
cuerpo alóctono de carácter tubular con una longitud de 170 km. y un espesor que raramente
sobrepasa los 1000 metros (este espesor parece estar subestimado) [128].
Por otra parte, [131], se plantea :
�“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
peniplanizadas 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 frecuentemente 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 de pendientes fuertes, los cuales se hacen más amplios y
menos profundos cuanto mayor es su orden. En la parte central donde las cimas son
peniplanizadas el drenaje es menos denso, observándose cauces estrechos y profundos
con divisorias aplanadas, generalmente asociados a fracturas.”
Y agrega:
“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 desplazamientos
verticales, oscilatorios, diferenciados e interrumpidos así como la separación en bloques del
territorio.”
“Como resultado del estudio se clasificó el relieve del territorio en dos tipos fundamentales:
relieve de llanura y relieve de montañas con subtipos específicos...”
De lo anterior se puede deducir que los yacimientos lateríticos del nordeste de Holguín
son extremadamente complejos en lo que se refiere a su forma geométrica
tridimensional.
La existencia de estos yacimientos se debe a la interrelación de los siguientes factores [153]:
a. Existencia de un macizo ultrabásico de composición predominantemente harzburguítica
(roca compuesta principalmente por ‘olivino’ (Mg,Fe)2SiO4) y ’enstatita’ (Mg2Si2O6)).
b. Gran densidad de la red de grietas y fracturas de diversos orígenes existentes en las
rocas.
c. Características climáticas propicias que incluye períodos de lluvia y de seca en forma
alterna.
d. Morfología favorable para la formación y conservación de la laterita.
e. Drenaje adecuado que ha facilitado su desarrollo.
El proceso de intemperismo que ha intervenido en la formación de estos yacimientos es un
proceso de meteorización con predominio de incidencias químicas (sobre las incidencias
físicas) de los agentes. Los principales agentes de meteorización que han actuado son:
1. Agua.
2. Oxígeno.
3. Acido carbónico.
�4. Otros ácidos orgánicos e inorgánicos.
5. Organismos vegetales y animales.
6. Temperatura.
Históricamente, el mineral de estos yacimientos ha sido tipificado tecnológicamente para los
cálculos de recursos por los geólogos atendiendo a sus contenidos de Ni y Fe en:
a. Menas lateritas ferruginosas: mineral de hierro de balance FB y mineral de hierro fuera
de balance FF.
b. Menas lateríticas niquelíferas: laterita fuera de balance LF y laterita de balance LB.
c. Menas serpentiníticas friables y duras: serpentina de balance SB, serpentina dura SD y
serpentina fuera de balance SF.
d. Roca estéril RE.
En el anexo 5 se muestra la clasificación actual empleada en la empresa Ernesto Che
Guevara.
Otra forma de clasificar los horizontes de la zonación vertical de la corteza de intemperismo es
por tipos litológicos, atendiendo al estado de agregación de la sustancia y al horizonte
rocoso del basamento no intemperizado [135].
A continuación se verá una breve descripción de cada zona [137]:
1. Zona de concreciones ferruginosas: Coloración parda oscura, abundantes concreciones
de óxidos e hidróxidos de hierro, potencia muy variable desde pocos centímetros hasta
algunos metros.
2. Zona de ocre superior: Materiales terrosos de alta humedad, predomina coloración parda
amarillenta, potencia variable desde algunos pocos metros hasta decenas de metros.
3. Zona de ocre medio: En ella se encuentra localizado esencialmente la LB, coloración
amarilla pardusca de fina granulometría.
4. Zona de ocre inferior: El carácter ocroso de este material depende en gran medida del
grado de intemperización que hayan sufrido las rocas serpentínicas, potencia variable
(en general de poco espesor).
5. Zona de serpentina alterada: La coloración y consistencia varía según el grado de
alteración, a menudo se presentan grietas y bolsones de material laterítico.
6. Zona de serpentinita dura: Material rocoso de coloración verdosa grisácea, compacto y
ocasionalmente agrietado.
En [137], Rojas Purón define nuevos términos para un perfil típico de alteración laterítica
atendiendo al grado de desarrollo geológico en que se encuentra la corteza de
intemperismo y la correspondencia con otras definiciones dadas anteriormente.
�Figura 1.1: Perfil típico de alteración laterítica. Correlación entre los términos utilizados por
Lavaut, 1987 (I) y Rojas Purón, 1994 (II). (Tomado de [137], página 33 ).
En [137], Rojas Purón define:
Grado de Madurez de la Corteza de Intemperismo: ”es un término mineralógico y
geoquímico que permite expresar el nivel evolutivo en que se encuentra un perfil laterítico
determinado, valorado según el punto de vista de la dinámica estadial que posee la corteza
de intemperismo en un sector de la superficie terrestre“.
El concepto de Grado de Madurez de la Corteza de Intemperismo será considerado en este
trabajo (Capítulo 3) como la fundamentación geológica de la selección del modelo
tridimensional del comportamiento geoquímico del Ni, Fe y Co y otras propiedades, en los
bloques que forman un yacimiento dado. Esto se debe a que, Rojas Purón (entre otras
cosas), concluye que:
1. Uno de los rasgos característicos de la corteza de intemperismo es que se presenta
según un nivel evolutivo determinado. El grado de madurez es un término que se utiliza
para reflejar los diferentes niveles evolutivos en que puede presentarse la corteza de
intemperismo y de acuerdo al grado de madurez que posea el perfil laterítico así serán
las características físicas, químicas y mineralógicas del mineral laterítico.
2. La densidad de la laterita de balance es un parámetro variable. Este parámetro varía de
un perfil a otro en el yacimiento, de acuerdo a las características químicas y
mineralógicas que presente el mineral en cada perfil de alteración.
Es evidente que sería conveniente conocer a priori cual es el grado de madurez de una
zona dada a partir de las características mineralógicas físicas y químicas medidas, datos
que como veremos en el Capítulo 2, no siempre están disponibles.
Desde el punto de su experiencia práctica, Rojas Purón expresa mediante la comparación
de ciertos aspectos las diferencias principales entre un perfil de alteración laterítica maduro
y otro inmaduro en el yacimiento Moa tal como se muestra en la tabla del anexo 37.
En dicha tabla se expresan principalmente los criterios mineralógicos y parcialmente, en el
caso de 5, la potencia. No se presentan criterios geoquímicos relacionados con el Ni para la
�identificación del grado de madurez de la corteza de intemperismo aunque si aparecen los
criterios del Fe, Al y Mn en el número 4.
Aunque, como se ha visto, se conocen regularidades en la estructura de estos yacimientos,
debido a la complejidad de su proceso de formación se considera que la variabilidad local
de diferentes parámetros ha constituido una de las principales causas de la complejidad y
dificultades de los procesos extractivos y metalúrgicos. Diversos trabajos se han realizado
para estudiar de una manera u otra la variabilidad para algunas propiedades de algunos
yacimientos [9,13,15,23,46,56,59,65,92,99,109,118,126]. A modo de conclusión se ha
expresado:
“Los resultados de trabajos investigativos geólogo - mineralógicos sobre estos yacimientos,
indican contrastes significativos en la concentración y contenidos de diferentes elementos
en las capas y partículas de diferentes tamaños que constituyen las partes o del yacimiento
en su conjunto...”[66]
“Dentro de los más variables con coeficiente de variación entre el 40 y el 100 % aparecen
tanto componentes útiles como componentes nocivos para los procesos extractivos de los
que se pueden citar níquel, cobalto, sílice, magnesio y manganeso” [66].
Entonces , puede establecerse que, las regularidades y las variabilidades de los
parámetros mineralógicos, químicos y físicos es un producto de la génesis y del
grado de madurez de las cortezas de intemperismo. Como veremos mas adelante, el
conocimiento de estas regularidades y la variabilidades constituye uno de los problemas
principales para la realización satisfactoria de la minería y de los procesos metalúrgicos y es
por tanto de importancia fundamental el lograr la modelación de sus regularidades
estadísticas y determinísticas.
1.4 Características generales de la explotación de estos yacimientos.
Las características generales de la explotación de estos yacimientos se basan en las
propiedades generales y particulares de los mismos y en el tipo de procesamiento
metalúrgico que recibirá el mineral enviado a cada una de las plantas.
En los yacimientos que se procesan en la empresa mixta cubano - canadiense Moanickel
S.A. Pedro Soto Alba según el esquema de lixiviación con ácido sulfúrico a alta presión, se
consideran aptas para acceder al proceso metalúrgico las menas lateríticas que superan el
1% de Ni.
En la empresa René Ramos Latour de Nicaro, se utiliza la tecnología denominada Carbonato Amoniacal y se procesa el mineral que contiene no menos de 1% de Ni para las lateritas y
no menos de 1.2% de Fe para las serpentinitas.
La empresa Ernesto Che Guevara con la misma tecnología procesa lateritas y serpentinitas
con no menos de 0.9%.
Al contenido de hierro también se le hacen diferentes exigencias en dependencia del proceso
metalúrgico.
En las tres plantas, los elementos concomitantes ( Fe, Al, Cr, Mn, Si, Mg) se conservan en
las llamadas colas (residuos del proceso metalúrgico) y se almacenan en depósitos
especiales.
�El diseño de la explotación de estos yacimientos parte de la existencia de diferentes capas de
mineral que se clasifican por su valor tecnológico de acuerdo a sus contenidos de Ni, Fe y
Co, a los contenidos de elementos nocivos y a otras propiedades físicas y mineralógicas.
Estas capas tecnológicas aunque dependen del proceso metalúrgico que se emplee
pueden, en sentido general, ser las siguientes:
a. Escombro superior (todo el mineral que esté por debajo de las leyes de corte, cuttoff, del
% de Ni y del % de Fe y que además esté geométricamente por encima de la primera
manifestación de LB o SB).
b. Laterita de Balance.
c. Serpentina de Balance.
d. Escombros intermedios (todo el mineral que esté por debajo de las leyes de corte,
cuttoff, del % de Ni y del % de Fe y que además esté incluido geométricamente como
intercalación dentro del LB o del SB).
e. Serpentina dura (aunque no se emplea en la actualidad, se tiene en consideración por
poseer, generalmente, altos contenidos de Ni).
La modelación geométrica de estas capas, junto con las masas volumétricas y las condiciones
hidrogeológicas y ambientales determinan los parámetros iniciales para definir las recursos
y reservas minerales, las cuales son calculadas mediante el método de la zona de influencia
[135,156] usando los valores promedios de la masa volumétrica para ciertas zonas del
yacimiento. Los datos usados para desarrollar estos modelos han sido obtenidos mediante
la siguiente secuencia de métodos [135]:
1. Trabajos topográficos: Su finalidad es la confección de los planos topográficos.
2. Itinerarios geológicos: Caracterización de la corteza de intemperismo y el basamento
aflorante mediante estudios químicos, mineralógicos, petrográficos y paleontológicos.
3. Perforación: Determinación de las menas y sus potencias. Estudia la estructura de la
corteza.
4. Investigaciones Hidrogeológicas: Conocer la acuosidad de las rocas, la interacción de
las aguas superficiales y subterráneas, las características artesianas o freáticas del
acuífero, los niveles de agua subterránea en cada pozo y el nivel de inundación en cada
mena.
5. Trabajos de laboreo minero (pozos de mapeo y pozos criollos): Los pozos de mapeo se
realizan en lugares de difícil acceso para realizar pozos de exploración y donde existan
claros indicios de baja potencia de la corteza de intemperismo. Los pozos criollos
permiten controlar los pozos de exploración y en ellos se mide, además de los valores de
% de NI, % de fe y % de Co, la humedad natural del terreno, el coeficiente de
disgregación del material extraído, la masa volumétrica y la composición granulométrica
del mineral. También se han realizado muestreos técnicos y de microfauna.
6. Toma, elaboración y análisis de las muestras (ver anexo 8) .
7. Estudios Geomorfológicos: Establece la relación del espesor con la corteza con la
pendiente del terreno, los niveles hipsométricos, etc. y ayudan a contornear la corteza de
intemperismo y pronosticar la continuidad de las propiedades estudiadas.
�Los características de los tipos de muestreo utilizados en los yacimientos lateríticos que
pueden verse en el anexo 8 son suficientes [135] para la evaluación de la materia prima
mineral según las metodologías existentes y debido al gran volumen de información a
manipular se ha hecho necesario describir con un alto grado de detalle la organización del
flujo informativo durante el desarrollo de los trabajos de prospección geológica de los
yacimientos lateríticos de Cuba [135].
Dentro de los tipos de muestreo, a continuación se particularizará una breve explicación sobre
las perforaciones en espiral y los pozos criollos.
Las primeras se han realizado en redes cuadradas o rectangulares de 400; 300; y 200 m de
lado, para obtener los datos que permiten determinar los recursos minerales (ver anexo 45)
según la categoría C2 (hasta 80 % de error); redes cuadradas de 100 m de lado para la
determinación de los recursos C1 (hasta 40% de error); mediante redes cuadradas de 33.33
m o de 25 m de lado para la determinación de los recursos en la categoría B (hasta 20% de
error), estas redes, llamadas de exploración, se desarrollan cada 1m o cada 0.5 m en la
dirección vertical; no se trataron de determinar recursos en categoría A (hasta 10% de error)
en estos yacimientos.
Los pozos criollos (cuya vista en planta puede representar un cuadrado de 1m o de 1.5 m de
lado o puede representar un rectángulo de lados 1m x 1.5 m) se han excavado
generalmente siguiendo el criterio de que se mantenga una densidad de 10 a 12 pozos por
km2 y de manera que, generalmente, una de sus esquinas coincida con uno de los pozos de
la red de exploración [153]. Mediante las mediciones realizadas en estos pozos criollos se
han determinado las leyes de Ni, Fe y Co, la humedad y el coeficiente de disgregación y los
valores de las masas volumétricas en cada pared del pozo y por cada intervalo de medición.
Conocidas las formas y dimensiones de las capas tecnológicas y los recursos minerales se
procede a confeccionar los planes de minería que para plazos no menores de 1 año,
excepto en el caso de la empresa Moanickel S.A. Pedro Soto Alba (Grupo de Planificación
Minera de la empresa), son confeccionados por CEPRONIQUEL (Centro de Proyectos de la
Unión del Níquel) y los Departamento Técnicos de las Subdirecciones de Minas de cada
empresa en los cuales se determinan realmente las reservas minerales. Los planes
actuales de minería (PFM) pueden dividirse en largo plazo (generalmente 5-20 años), PFM
a mediano plazo (alrededor de 1 año), PFM a corto plazo (no más de 1 mes) y PFM a muy
corto plazo (1 día o un turno); en cada uno de ellos se planifican, con diferentes grados de
detalle, los caminos mineros y las tareas de desbroce, destape, extracción, drenaje,
transporte, almacenamiento y rehabilitación. Para precisar los planes a mediano y cortos
plazos se desarrolla paulatinamente la red de explotación o red auxiliar (que es intermedia a
la de exploración), realizada con barrenas en espiral y que tiene como objetivo principal
precisar la potencia de la capa de escombro superior mediante la medición del % de Ni; en
la empresa Moaníquel S.A. Pedro Soto Alba actualmente se perforan los pozos hasta
encontrar la roca estéril y se miden las concentraciones de % de Ni, Fe, Co, SiO2, Mg, Mn,
Cu, Cr y Zn; en ningún caso se hacen sistemáticamente nuevos cálculos de recursos
o reservas a partir de esta nueva red o de los datos que se van obteniendo según se
desarrolla la minería.
�Hay que destacar que los planes de flujo de mineral de 1 y 5 años se desarrollan de manera
manual y en forma semiautomática por CEPRONIQUEL con el uso del software GEMCOM
y en el caso de la Moanickel S.A. Pedro Soto Alba con el Sistema Minero (actualmente en
desarrollo) por el Grupo de Planificación Minera de esta empresa.
En algunas empresas se acostumbra situar indicadores de diversos materiales (aserrín, cal,
arena, madera, coral, etc), que permite a los geólogos, mineros y técnicos que realizan la
tarea de descombreo conocer el alcance de la profundidad ; en otras casos se trabaja con
el control periódico de la topografía del terreno. Sería recomendable que todo el trabajo
siempre fuera verificado por los topógrafos en el campo como parte del necesario control de
la calidad de estas tareas que puede ser causa de pérdidas, empobrecimiento o de
ineficacia en el control de las labores mineras.
Los modelos geométricos que se desarrollan se basan comúnmente en medias aritméticas y
en interpolaciones lineales y se representan mediante perfiles verticales y ‘planchetas’ (vista
en planta del estado de la topografía del terreno, del techo del mineral, del fondo del
mineral, etc.). Los modelos que se obtienen generalmente se basan en un compósito
(media ponderada) de propiedades en un intervalo de la dimensión vertical de la zona de
influencia de un pozo y por tanto son modelos bidimensionales que se obtienen mediante
diferentes métodos matemáticos atendiendo solo a los valores geoquímicos y sin atender a
las particularidades del enfoque integral geólogo - minero excepto, que conozcamos, en un
caso [16,17] pero aún de manera insuficiente por la no consideración de propiedades
litológicas del mineral.
Los caminos mineros son relativamente de pequeñas longitudes, presentan en ocasiones
pendientes abruptas y perfiles longitudinales (y en el plano) complejos; tienen una elevada
intensidad de tráfico de equipos pesados y el movimiento puede ser unidireccional o
bidireccional por ello son construidos con la resistencia necesaria. Estos caminos se
clasifican en permanentes y secundarios en dependencia al tiempo de utilidad previsto y
esta clasificación define el sitio mas adecuado para la construcción de cada uno de ellos
que además depende del método de apertura del yacimiento, de las condiciones minero técnicas de explotación, dirección y distancia de transportación del mineral útil y las rocas
estériles sobre la base de realizar un movimiento de volumen mínimo de tierra durante su
construcción y el logro del movimiento sobre él con la mayor velocidad posible.
Los accesos pueden ser rectos, circulares y en espiral en dependencia de las características
de la mina. La pendiente óptima se establece como resultado de un análisis técnico económico de variantes diferentes en condiciones concretas y el ancho depende de las
dimensiones de los equipos, sus velocidades deseables y el número de vías previstas. Los
caminos son recubiertos adecuadamente para aumentar su durabilidad y son regados con
agua u otras sustancias para evitar la contaminación por el polvo en la época de seca y
mejorar la compactación. En la actualidad los caminos mineros no son diseñados por
personal especializado en esta tarea (ingenieros civiles en viales), excepto en el caso de la
empresa Moanickel S.A. Pedro Soto Alba; además, excepto en este caso (donde se usa el
software CARTOMAP), no se utilizan sistemáticamente medios computacionales para
desarrollar estas tareas.
�Debido a las condiciones hidrogeológicas difíciles de algunos de estos yacimientos, es
necesario realizar una serie de trabajos de drenaje para reducir la humedad del mineral que se
extrae y evitar pérdidas en los fondos [20,47]. La efectividad del drenaje depende de factores
naturales tales como: la permeabilidad del cuerpo mineral, relieve, características de la zona de
alimentación y régimen de lluvia, así como la configuración del fondo del mineral.
Los trabajos de drenaje más usados hasta el momento son:
1. Canales de drenaje por la parte baja del yacimiento para colectar el agua.
2. Canal colector para la parte superior del área cortando el manto freático.
3. Combinación de ambos.
Estos trabajos de drenaje se realizan en el momento que se considere necesario.
El desbroce consiste en la eliminación de la vegetación y de la capa vegetal del terreno. Se
comienza con la tala de arbustos y árboles y el aprovechamiento de la madera; se remueve
y traslada a depósitos de conservación la capa vegetal del terreno (ver anexo 2); se observa
la conservación de las fuentes de agua y de los monumentos y referencias topográficas.
Este trabajo se realiza generalmente con buldóceres.
El descombreo consiste en remover y trasladar el escombro superior. Esta tarea se realiza a
partir de los indicadores situados o mediante el control topográfico; por el volumen del
material de esta capa tecnológica este proceso es muy costoso. Durante la realización del
descombreo se controlan los niveles de algunos de los componentes principales Ni, Fe y Co
por dos razones principales: evitar las pérdidas y empobrecimientos y decidir el destino del
material removido o sea, cual puede enviarse a escombreras, cual se destina como material
de relleno para diques y caminos y cual se envía a depósitos especiales o a otros destinos
que se definan. Este trabajo se realiza, en general, con buldóceres, mototraillas, escrepas y
retroexcavadoras.
La extracción del mineral se realiza fundamentalmente mediante excavadoras con cubos de
arrastre (dragalinas) y mediante retroexcavadoras, distribuidas en varios frentes de
extracción. Debido a las diferencias que existen entre las recursos minerales estimados, las
reservas de mena estimadas y las cantidades reales del mineral existente; a la
incertidumbre que se tiene sobre la distribución real de cada componente en el espacio que
ocupa en el depósito; a las exigencias de la industria sobre el volumen y calidad estable del
mineral enviado en cada período de tiempo; a la aparición de anomalías tales como
chimeneas, intercalaciones, altos niveles de humedad y presencia local de elementos
negativos para los procesos metalúrgicos; a los niveles exigidos para los parámetros
‘perdida’, ‘empobrecimiento’ y ‘dilución’; a las eventuales roturas de equipos; y a las
condiciones adversas del clima en ciertas épocas del año, la actividad de extracción es
sumamente compleja; además, las deficiencias de los sistemas de control del material
minado [10] restan credibilidad a esta actividad. Para superar estas dificultades se ha
trabajado en el mejoramiento del conocimiento de los depósitos minerales, en aumentar la
efectividad de los sistemas informativos de planificación y control y sobre todo se ha
incrementado el trabajo operativo en el campo; por ejemplo en las minas de la empresa
Ernesto Che Guevara y Moanickel S.A. Pedro Soto Alba, además de la permanencia del
personal geológico calificado en el campo, se realizan entre 2 y 3 recorridos diarios por
�personal de los Departamentos Técnicos y de Geología en los frentes de la mina, además
en el primer caso la industria realiza controles diarios de la calidad de todas las actividades.
Debe destacarse que durante la extracción se realizan análisis químicos periódicos del mineral
de los frentes de descombreo y extracción con objetivos de precisar techos, intercalaciones
y fondos, pero los resultados de estas pruebas no se emplean de manera sistemática en el
perfeccionamiento de los modelos geoquímicos y litológicos de las zonas.
El transporte del mineral se ha realizado o se realiza en estos momentos mediante vehículos
automotores (camiones Euclid, Volvo articulado, Belaz, Komatzu y Aveling Barfod) y
ferrocarril, mediante transportadores de bandas, skip y teleférico, por tuberías con técnicas
de hidrotransporte y neumáticas. Este tema aún mantiene su actualidad; por ejemplo se
prevé estudiar la viabilidad económica del método de hidrotransporte en el caso de la
tecnología carbonato amoniacal por sus característica de ser un proceso ‘seco’ que
eventualmente mezcla laterita y serpentina [145] y se proponen nuevos estudios por parte
del ISMM en la empresa Ernesto Che Guevara sobre uso del transporte automotor.
El almacenamiento del mineral tiene en este caso dos objetivos principales. El primero de ellos
es tener una reserva de mineral con la calidad requerida para garantizar el suministro a la
industria durante los períodos de lluvia o de eventuales problemas con el equipamiento. El
segundo objetivo es el de mezclar y homogeneizar las propiedades de esta mezcla de
minerales con características diferentes o heterogéneas. Este último objetivo es de
importancia capital pues los procesos metalúrgicos de nuestras industrias son continuos en
el tiempo y en gran medida basan su eficiencia en la estabilidad de las características del
mineral que procesan. Sin embargo, por ejemplo, en la empresa Ernesto Che Guevara se
tiene un almacén para cumplimentar el primer objetivo señalado pero no existe en ellos la
infraestructura necesaria para acometer las labores de homogeneización de todas las
propiedades necesarias. No obstante se realizan labores de mezclas en depósitos interiores
llamados silos y mediante las grúas viajeras en los almacenes. En la empresa Moanickel
S.A. Pedro Soto Alba existen almacenes pero tampoco poseen la infraestructura de
homogeneización. No debe dejarse de mencionar la existencia de pequeños almacenes
exteriores de materiales con características conocidas (en ocasiones se les denomina
‘jabas’), los cuales permiten también realizar algunos procesos de mezclas en la mina.
Es conocido que cuando hay ausencia de infraestructura para la mezcla y para la
homogeneización del mineral, se crea la obligación de que al menos un proceso previo de
mezcla se realice durante la extracción tal como sucede en estas empresas. Esto provoca
actualmente que la cantidad de frentes de extracción aumente y disminuya el nivel de
aprovechamiento de los equipos [125].
Las labores de rehabilitación que actualmente se realizan se basan en planes confeccionados
en conjunto por CEPRONIQUEL y cada una de las empresas que realizan minería en estos
yacimientos; en estos planes se contemplan la remodelación de la topografía de las zonas
donde se agotaron las reservas, la devolución de la capa vegetal original u otra compatible
con la biodiversidad de la región y la reforestación de la zona (ver anexo 2).
El cumplimiento de los planes del mineral enviado a la industria tanto en volumen y calidad en
los diferentes períodos de tiempo determinan cuantitativamente la evaluación del trabajo de
�la actividad de minado; las pérdidas, el empobrecimiento y la dilución son los parámetros
que caracterizan la calidad de este trabajo. Las definiciones más conocidas de estos
conceptos [153] y que son aceptadas en la actualidad:
Pérdidas: Está dada por cantidad de mineral que es extraído como escombro o es dejado de
extraer. Se producen pérdidas durante el descombreo si se realiza por debajo del techo del
mineral y durante la extracción al presentarse una parte del mineral en una situación que
hace imposible o antieconómica su extracción.
Empobrecimiento: Está dado por la incorporación de escombro al mineral que se extrae para
su envío a la planta metalúrgica. Ocurre cuando el descombreo es insuficiente, cuando se
incorpora escombro de áreas adyacentes y de los fondos por deficiencias en la extracción y
por la incorporación de escombro intercalado en el mineral.
La dilución es la diferencia entre la calidad prevista de un componente del material a extraer y
la calidad real de este componente en el mineral extraído medido a la entrada del proceso
metalúrgico. En el caso de esta minería se mide la dilución del Ni, del Fe y del Co (ver
anexo 6).
Es evidente que aunque las pérdidas y el empobrecimiento se miden en volumen o masa y la
dilución se mide en los componentes, existe una estrecha relación entre los tres conceptos.
Al final del capítulo 5 se reflexionará sobre el actual concepto de dilución el cual, en opinión
de este autor, está implementado de manera discutible.
1.5 Análisis de la bibliografía consultada.
El análisis de la bibliografía consultada lo enfocaremos en dos direcciones:
a. Etapas :
a1. Etapa hasta el año 1980.
a2. Etapa desde 1981 hasta 1989.
a3. Etapa desde 1990 hasta 1999.
b. Temas Tratados:
b1. Aspectos relacionados con la génesis y evolución de yacimientos.
b2. Geomorfología y topografía en los yacimientos.
b3. Aspectos relacionados con la exploración de yacimientos y toma, preparación y
análisis de muestras.
b4. Aspectos relacionados con el tratamiento de la información y la teoría de errores
y estadística.
b5. Geoestadística.
b6. Interpolación.
b7. Estudio y modelación de parámetros geoquímicos y geofísicos de yacimientos.
b8. Masas volumétricas.
b9. Cálculo o estimación de volúmenes y de recursos mineros.
b10. Determinación de reservas mineras.
b11. Planificación de actividades de la minería: caminos, desbroce, destape, flujos de
minería, transporte, almacenamiento y homogeneización.
b12. Aspectos relacionados con el control de la minería.
b13. Aspectos relacionados con cultura general, medio ambiente, GPS, Redes, etc.
�Tabla 1.1: Bibliografía consultada por etapas y temas.
A\E
b1
b2
a1
76,77,153,158
76,77,153
b3
b4
b5
43,76,77,153
43,153
b6
48,70
b7
41
b8
b9
138,153
76,77,153
b10
153
b11
153
b12
b13
153
45,157
a2
7,72,78,118,129,142
2,7,22,24,25,27,31,72,78,
127, 142,144,148
3.24.72.78.142
3,27,69,133
3,9,32,44,58,134
a3
46,128,131,132,137
10,46,61,63,94,95,102,126,128,131
98,109,132,135
10,18,135
5,13,15,16,49,65,86,89,91,92,94,10
1,103, 112,113,120,
2,30,71,139,143
42,74,83,85,86,87,88,89,90,94,95,1
12
3,9,23,32,57,59
13,15,16,18,19,33,47,62,66,67,75,8
3,92,
95,
98,125,136,137,145,146,152
130,154
10,28,96,98,108,111,141
27,32,44,50,52,53,78,156 5,8,10,11,29,34,35,36,38,49,55,74,7
5,80,
82,84,93,95,98,99,114,115,116,135,
140, 147
50,156
6,8,29,34,35,36,38,55,73,99,106,10
7,114, 115,116,135
22,32
1,8,14,17,34,35,36,63,107,121,123,
124, 150,151
22,32
6,8,14,17,20,121,122,123,124,125
21,26,37,51
4,12,39,40,54,60,64,66,68,79,81,97,
100,
104,105,109,110,117,119,145,146,1
47, 149,155
Desde el punto de vista cualitativo la bibliografía consultada, en opinión de este autor, refleja
que los estudios han ido convergiendo al perfeccionamiento de las teorías generales y
particulares (a veces, esto significa desechar las viejas y crear nuevas teorías) y a la
exhaustiva comprobación práctica de las mismas, gracias a la actual existencia de la
tecnología necesaria para estos fines.
1.6 Pronóstico, control y planificación de la minería en estos yacimientos.
A partir de lo analizado en los epígrafes anteriores se puede inferir que en la minería que se
realiza en los yacimientos lateríticos cubanos están definidas las tareas de pronóstico,
control y planificación. Sin embargo, se concluye que, estas tareas, surgidas básicamente a
partir del entrelazamiento práctico de los sistemas de hacer minería a cielo abierto de los
años 40 y 50 de las compañías norteamericanas y de los años 60, 70 y 80 de la escuela
soviética y sobre las bases del conocimiento geológico de cada época, ahora solo
constituye un conjunto de reglas que, con una base teórica y de conocimiento geológico
firme pero no actualizada, apela fundamentalmente a la operatividad, experiencia y a las
tradiciones de los técnicos más avezados y de mayor tiempo de trabajo para lograr
resultados promedios aceptables pero con notables fluctuaciones cuantitativas. Es
significativa la ausencia de métodos modernos de modelación, de técnicas de planificación
de los flujos de mineral bajo criterios de optimización y de sistemas de control con altos
niveles de informatización y sobre todo de la necesaria interrelación consciente y completa
�entre todas las tareas que son las condiciones que a corto plazo pueden definir un salto
cualitativo en la eficiencia del trabajo minero en estos yacimientos.
Un elemento sobre el cual es indispensable insistir es el referido a la necesidad de disponer de
un soporte informático que complemente para la minería los resultados obtenidos en este
sentido por la Empresa de Geología Santiago que, a partir del sistema “Nikel” [52,53], el
sistema “Microniq” [135], hasta el actual proyecto “Manipulador de Bases de Datos” el cual
ya ha sido presentado para los yacimientos del Proyecto Cupey, han perfeccionado el
software y el orgware (referido a la organización de la información) para el cálculo de
recursos en los yacimientos lateríticos. Esta necesidad ha sido planteada por otros autores
que han concluido que para perfeccionar la prospección de estos yacimientos y abordar
investigaciones complementarias de aprovechamiento integral y completo de las menas es
necesario
emplear
como
instrumentos
técnicas
y
sistemas
de
computación
[68,79,125,132,155].
La ausencia de una metodología moderna, integrada y automatizada para las actividades
de pronóstico, planificación y control de la minería en los yacimientos lateríticos del
nordeste de Holguín es precisamente lo que le confiere actualidad a esta
investigación.
1.7 Objeto de la investigación.
Veamos las siguientes definiciones:
“Sistema es un conjunto de componentes interrelacionados entre si, desde el punto de vista
estático y dinámico, cuyo funcionamiento está dirigido al logro de determinados objetivos,
que posibilitan resolver una situación problémica, bajo determinadas condiciones
externa”[4].
Es conocido, además, que el efecto que logra el sistema es superior al efecto que pueden
lograr cada uno de sus componentes o la simple suma de un conjunto de ellos.
“Metodología es un sistema o grupo de principios y reglas de la investigación científica, del
conocimiento, del cambio y transformación de la realidad, así como los métodos que se
infieren de los principios conceptuales”[64].
A partir de estas dos definiciones se precisa que:
El objeto de la presente investigación lo constituye el perfeccionamiento y la
sistematización de las tareas de pronóstico, planificación y control de la minería en
yacimientos lateríticos y la integración de estas tres actividades en una metodología.
En los próximos capítulos se describirá la metodología que se propone en este trabajo.
�Capitulo 2 : Fuentes, organización y manejo de la información.
2.1 Tipos y fuentes de información para la minería de los yacimientos lateríticos del NE de
Holguín.
La información inicial que se tiene para el desarrollo de las actividades mineras debe definirse
por los nombres de las variables y sus respectivos rangos de valores; obtenerse por las vías
mas adecuadas y finalmente clasificarse atendiendo a los siguientes criterios:
Criterio 1: Fuentes de la información:
a. Según las ciencias que las originan:
1. Geográficas.
2. Topográficas.
3. Física.
4. Químicas.
5. Hidrológicas.
6. Climáticas.
7. Biológicas
8. Ecológicas.
9. Geológicas.
10. Mineras.
b. Según las características del instrumento de medición:
1. Sin el uso de instrumentos.
2. Con el uso de instrumentos; sin automatización.
3. Con el uso de instrumentos; con automatización.
c. Según la fiabilidad de la fuente (la fiabilidad debe asumirse con un rango de error
permisible y también tiene que ver con la representatividad de la información; para mas
detalles, ver epígrafe 2.3):
1. No fiables.
2. Poco fiables.
3. Medianamente fiables.
4. Altamente fiables.
5. Totalmente fiables.
Criterio 2: Nivel de Procesamiento:
a. Original: Es la información tal como se tomó directamente de los fenómenos observados.
b. Con procesamiento Estadístico Elemental : Se han determinado las medidas de
tendencia central y de variación, histogramas y ajuste de distribuciones teóricas de cada
variable (en el caso que nos ocupa, tienen especial interés las distribuciones normal y
lognormal).
c. Con procesamiento Estadístico Entre Variables: Se determinan relaciones estadísticas
entre diferentes variable mediante las técnicas de la Estadística Multivariada incluyendo
el Principio de los Mínimos Cuadrados. Se realizan pruebas de hipótesis.
d. Con procesamiento según la Teoría de los Errores: Se debe esclarecer para cada
información los rangos de error que se tienen para su obtención ya sea en las
mediciones o en los procesamientos. Estos errores deben ser clasificados por sus
�fuentes. Los errores serán considerados y analizados desde que comienza la
planificación de la toma de muestras y en los casos en que sea posible deben tomarse a
tiempo las medidas para su disminución.
e. Con procesamiento de tipo geológico y de sus ciencias afines: Aquí se incluyen los
métodos de selección y ordenamiento según características geográficas (zonas
geológicas), espaciales (bloques y pozos), geofísicas (conductividad, magnetismo,
humedad, compactación, dureza, masa volumétrica, etc), geoquímicas (concentración
química de ciertos componentes del mineral, intercambio iónico, etc), mineralógicas
(tipos de minerales, propiedades de los minerales, concentraciones de los minerales,
etc), así como la estimación de nuevos valores de estas características y de la
estimación o cálculo, a través de modelos, de nuevos parámetros geológicos.
f. Con procesamiento de tipo minero y de sus ciencias afines: Aquí se incluyen los
métodos de selección, ordenamiento, estimación y cálculo según características mineras
tales como rentabilidad de la extracción en cada bloque, coeficiente de destape,
coeficiente de explotación de los equipos de extracción en cada pozo, etc., así como la
estimación de nuevos valores de estas características y de la estimación o cálculo, a
través de modelos, de nuevos parámetros mineros
Criterio 3: Importancia de la información en la calidad de la ejecución de las tareas:
a. Información indispensable para ejecutar una tarea (sin tener en cuenta la calidad).
b. Información indispensable para ejecutar una tarea con una calidad aceptable.
c. Información indispensable para ejecutar una tarea con una calidad excelente.
d. Información complementaria para ejecutar una tarea en los niveles anteriores.
Criterio 4: Papel de la información con respecto a las tareas:
a. Información que define las planificaciones de tareas.
b. Información que chequea el desarrollo de tareas.
c. Información que controla los resultados de tareas.
Criterio 5: Capacidad del usuario para la manipulación de la información.
Información para:
a. Usuario calificado con medios externos automáticos de manipulación.
b. Usuario calificado con medios externos semiautomáticos de manipulación.
c. Usuario calificado sin medios externos de manipulación.
d. Usuario semicalificado con medios externos automáticos de manipulación.
e. Usuario semicalificado con medios externos semiautomáticos de manipulación.
f. Usuario semicalificado sin medios externos de manipulación.
g. Usuario no calificado con medios externos automáticos de manipulación.
h. Usuario no calificado con medios semiautomáticos de manipulación.
i. Usuario no calificado sin medios externos de manipulación.
Criterio 6: Clasificación de la información por niveles y vinculación horizontal entre
informaciones de un mismo nivel y vinculación vertical entre informaciones de
diferentes niveles.
�De la misma manera en que la información obtenida de la prospección geológica y cuyo
destino principal es el de calcular los recursos, se organiza por yacimientos, zonas, bloques
y pozos o por los estadios del trabajo que se realiza, etc., para el conjunto de informaciones
(que pueden coincidir con las informaciones mencionadas) cuya función es definir las
actividades propiamente mineras se hace necesario definir cuales son las que tienen
carácter primario o de primer nivel y a partir de las mismas deben definirse las de niveles
superiores estableciendo los vínculos horizontales entre informaciones de un mismo nivel y
los vínculos verticales entre informaciones de diferentes niveles que pueden ser contiguos o
no. Los niveles, para el caso de la minería pueden definirse a partir de las tareas que se
establezcan; en este trabajo se propone que los niveles sean definidos a partir de los
principales planes y tareas que deben desarrollarse siguiendo el orden lógico de la
explotación del yacimiento:
a. Planes para toda la vida útil del yacimiento.
b. Planes de minería para largos plazos.
c. Planes de minería para medianos plazos.
d. Planes para la construcción de caminos y transporte.
e. Planes de desbroce y de destape.
f. Planes de solución de problemas hidrogeológicos.
g. Planes de minería para cortos plazos.
h. Planes de minería para muy cortos plazos.
i. Planes de rehabilitación.
j. Planes de reintegración de las zonas minadas.
La relación entre el desarrollo de la actividades mineras y la información disponible y
necesaria, en la práctica está supeditada a dos criterios principales:
1. Costo de la información en cada uno de sus niveles de procesamiento.
2. El peso de la información para el cumplimiento y para la calidad de la ejecución de las
tareas.
Es por ello que se puede enunciar la siguiente recomendación:
En todas las etapas del desarrollo del proyecto minero deben definirse cuales son las
informaciones (catalogadas según los Criterio 1 y 2) utilizables según el Criterio 4 en
todos los niveles del Criterio 6 y los tipos del Criterio 3. A continuación deben
valorarse los costos de cada información y crearse para cada una de las tareas una
tabla que relacione el costo de la información y la calidad de éxito de la tarea. Sobre
esta tabla se toma la decisión sobre que información se utilizará en cada etapa del
desarrollo de cada tarea y la calidad esperada teniendo en cuenta el Criterio 5.
Esta estructura informativa obtenida, por supuesto, que no es definitiva; como se mostrará
mas adelante el manejo de la información, además de su carácter fundamental, tiene un
marcado carácter dinámico.
2.2 Formato, organización y manipulación de la información.
Varios son las formas disponibles para el almacenamiento de la información, estos pueden
dividirse en: descripciones o textos, tablas, gráficos y fórmulas. En la actualidad la
�información puede guardarse en dos tipos principales de soportes: papel e informático
(magnético u óptico).
Cada uno de las formas mencionadas tiene sus ventajas y desventajas. Mencionaremos
algunas de ellas:
Descripciones: Se utilizan principalmente para dar información cualitativa aunque puede incluir
información cuantitativa y mezclarse con otros tipos de información. Su mayor desventaja es
que al no tener formato predeterminado, su procesamiento automático se hace muy
complejo.
Tablas: Mantiene la calidad de la información. Pueden ser de difícil interpretación.
Gráficos: No siempre mantiene toda la calidad de la información. Son, generalmente, de fácil
interpretación y permiten mostrar parte de las regularidades del fenómeno.
Fórmulas: No siempre mantiene toda la calidad de la información. Son, generalmente, de fácil
interpretación y tienen la capacidad de mostrar regularidades del fenómeno.
Hoy en día la información puede y debe almacenarse en soporte magnético (alta fiabilidad y
bajos costos), pero debido a la situación especial de nuestro país con respecto a la energía
eléctrica y la situación mundial de permanente emergencia que existe ante la profusión de
virus informáticos es recomendable guardar la información primaria en soporte de papel.
Entre los diferentes formatos de las tablas que se guardan en soporte informático, el mas
usado en Cuba, para los yacimientos lateríticos, ha sido históricamente el DBase, en el
aquellos tiempos de la compañía ASHTON TATE, (especialmente el III); actualmente se
usan, además, formatos Excel y, Access de MicroSoft, Paradox y FormulaOne de la antigua
compañía Borland, WK1 de Lotus 1-2-3, TXT, DAT, PCF, GRD, etc; estos tres últimos son
frecuentemente usados en software relacionados con la Geología y la Minería (sobre sus
características ver anexo 7). En este trabajo se recomienda que se use para guardar la
información primaria aquel formato que puede ser considerado (en su uso y accesibilidad) el
mas sencillo y universal de todos: texto separado por tabuladores. El resto de la información
se guardará según los formatos de los programas que la manipulen.
Las fórmulas pueden guardarse en archivos textos usando la sintaxis y la semántica de un
lenguaje de programación tal como Pascal, Basic, Fortran o C.
Si no es una verdadera necesidad, no es recomendable guardar gráficos como mapas de bit
(ya que ocupan grandes espacios) sino que es preferible guardar las tablas o fórmulas que
los generan o estructuras especiales como la de los archivos SRF (ver anexo 7).
La organización y la manipulación de la información es primordial para lograr eficiencia en su
uso. Los principios que se recomiendan son:
1. Principios de no redundancia y de no contradicción.
Disponer de las vías para la:
2. Clasificación.
3. Indización.
4. Visualización.
5. Actualización y transformación.
6. Manipulación para el análisis que se requiera.
7. Protección.
�8. Compactación.
Dada la situación actual de las bases de datos primarias de los yacimientos lateríticos cubanos
las cuales están dadas actualmente en las minas sobre soporte informático en formato
DBase mediante tablas con estructuras sencillas que regularmente responden a la división
de la zona del nordeste de Holguín en yacimientos y cada uno de ellos en bloques
cuadrados dentro de los cuales están situados un número determinado de pozos de
exploración, es conveniente, por razones organizativas tradicionales, mantener la estructura
yacimientos - bloques - pozos trasladándolas al formato texto y crear los mecanismos que
permitan
la
clasificación,
indización,
visualización,
actualización,
transformación,
manipulación para el análisis, protección y compactación en los niveles yacimiento, bloques
o zonas arbitrarias de los yacimientos.
La información disponible en estos momentos está dada por los diferentes estudios que se han
realizado en los yacimientos. En el anexo 38, a modo de ejemplo, mostramos el estado
actual de la información primaria en el yacimiento Punta Gorda perteneciente a la empresa
Ernesto Che Guevara (aunque en algunos casos se hacen referencias a otras empresas).
A partir de los criterios mencionados en el anexo 38 puede deducirse, que debido a la
insuficiencia de información disponible de las propiedades físicas de los minerales
lateríticos y serpentiníticos que realmente se envían desde la mina hacia la planta y debido
a la ya mencionada variabilidad de estos minerales, no se está aprovechando toda la
potencialidad que brinda el conocimiento de las mismas en el desarrollo más eficiente de la
actividad minera y por tanto el proceso extractivo se desvincula, en este aspecto, de la
búsqueda de mayor eficiencia en los procesos metalúrgicos y además se puede concluir
que la información general disponible puede ser considerada incompleta e inexacta de
acuerdo a lo planteado en 1.4. Este es uno de los casos donde como ha sido señalado
[135], se han presentado deficiencias metodológicas, organizativas y de control de la
calidad durante la prospección de los yacimientos lateríticos cubanos. Sobre las
consecuencias de estas deficiencias se hablará en el próximo epígrafe.
2.3 Fiabilidad de la información y revisión de la misma.
La fiabilidad de la información es tan importante como su disponibilidad y de cierta manera
ambas están entrelazadas. Esta propiedad de la información puede valorares a partir de los
siguientes criterios:
a. Nivel de representatividad de las muestras según el tipo de distribución temporal,
espacial o de otro carácter que aceptamos que tiene cada parámetro medido. La
variabilidad de los parámetros tiene fundamental importancia para valorar la
representatividad de los datos. Un ejemplo bastante conocido es el presentado en [153],
ver anexo 25.
b. Rangos de errores teóricos o posibles de cada variable según los métodos de captación
de datos utilizados. Generalmente aquí solo se contemplan los errores relacionados con
los instrumentos pero en la práctica también deberán considerarse los posibles errores
humanos. Por ejemplo, si se van a realizar 2000 mediciones topográficas en una jornada
de 8 horas, a medida en que se desarrolle el trabajo aumenta la probabilidad de que se
cometan errores humanos debido al natural cansancio que se produce en los obreros y
�técnicos; por esta causa, de la misma manera que se perfeccionan los instrumentos para
disminuir los errores de los instrumentos, deberán tomarse las medidas (calificación ,
descansos periódicos, etc.) para disminuir los errores humanos.
c. Calidad de los sistemas de control de la captación de información y de su manipulación.
En este aspecto se contemplan los siguientes elementos:
i. Verificación periódica del estado técnico de los instrumentos de toma, preparación y
análisis de muestras; de almacenamiento de información y de procesamiento de la
información.
ii. Control periódico visual de la calidad de la ejecución del trabajo del personal
encargado de tomar, preparar y analizar las muestras.
iii. Control periódico del análisis de las muestras mediante el reenvío (cambiando las
etiquetas) de parte de esta al mismo laboratorio y la validación de los resultados de
los análisis enviando parte de las muestras a otros laboratorios de igual o mayor
categoría.
iv. Determinación de los errores sistemáticos de los valores informados mediante
técnicas estadísticas.
v. Obtención, en los casos necesarios, de modelos de corrección de datos de muestras
a partir de muestreos repetidos y analogías.
Debe llamarse la atención sobre la información geoquímica que juega en la actualidad un
especial papel en la mayoría de las decisiones que se toman durante la preparación y
desarrollo del proyecto minero ya que en ocasiones puede presentar dificultades. A modo
de ejemplo veamos a continuación un caso donde se presentan criterios que hacen dudar
de la fiabilidad de algunos datos geoquímicos.
Para el yacimiento Punta Gorda se analizaron datos de 40 pozos criollos tomados de la pared
que coincide con su correspondiente pozo de exploración. A estos datos se les calcularon
medias aritméticas y desviaciones estándar por pozos (ver anexos 9 y 10). Al determinarse
los coeficientes de correlación y covarianzas (ver anexo 11) se obtuvieron como medidas de
tendencia central y dispersión los valores que se expresan en la siguiente tabla:
Tabla 2.1 : Medias aritméticas y desviaciones estandar de las medias de cada componente
Parámetro
Media Aritmética
Desviación Standart
Pozo Criollo
Ni
Fe
1.089
39.02
0.377
5.93
Co
0.09
0.18
Pozo de Exploración
Ni
Fe
1.11
38.50
0.38
5.75
Co
0.09
0.132
El análisis de las magnitudes mostradas en las tablas anteriores nos permitió realizar las
siguientes observaciones.
La media aritmética de los valores absolutos de las diferencias de los contenidos medios de
los elementos en los pozos criollos y los pozos de la red de exploración (columnas 4, 8 y 12
de loa anexos 9 y 10) representa para el níquel 0.14 (12.73% del valor medio de este
elemento en los pozos criollo y de exploración), para el hierro 2.01 (5.17%) y para el cobalto
0.079 (75.24%). De esto se infiere que las mediciones en los contenidos de níquel y cobalto
en los pozos de exploración posee un error relativo elevado (12.73% y 75.24%
�respectivamente) que influye negativamente en el cálculo de la reserva de mena y en la
planificación de la minería, por lo que no debe descartarse la existencia de errores
sistemáticos y entre las opciones a tener en cuenta la de estudiar una metodología para la
correción o rectificación de las mediciones de los pozos de exploración.
A partir del anexo 11 se puede obtener la siguiente tabla:
Tabla 2.2: Comportamiento de la frecuencia de los coeficientes de correlación lineales entre
las medias de cada componente de pozo criollo y pozo de exploración.
Intervalo
Negativos
0 a 0.5
0.5 a 0.6
0.6 a 0.75
0.75 a 1
Ni
2
5
4
5
26
%
5
12.5
10
12.5
65
Fe
3
6
1
5
25
%
7.5
15
2.5
12.5
62
Co
2
5
4
7
22
%
5
12.5
10
17.5
55
En la tabla 2.2 se puede observar que en 26 ocasiones (65 %) el coeficiente de correlación
para el níquel superó el valor de 0.75, es decir existe una correlación que puede
considerarse de buena y en 35 ocasiones (87.5 %) el valor superó la magnitud de 0.5. En el
caso del cobalto el valor del coeficiente superó en 22 ocasiones (55 %) la magnitud de 0.75,
y en 33 ocasiones (82.5 %) se superó el valor de 0.5. El coeficiente de correlación para el
hierro fue mayor que 0.75 en 25 ocasiones (62 %) y superó el valor de 0.5 en 31
oportunidades (77.5 %).
Se puede apreciar que existe una correlación elevada entre los contenidos determinados en
los dos pozos (criollo y de exploración), ello podría indicar la posibilidad de realizar un
estudio profundo con el fin de establecer un posible modelo por el método de los mínimos
cuadrados para la corrección de los valores de los pozos de la red de exploración. Este
aspecto merece ser estudiado atendiendo a las posiciones geométricas de los pozos y las
características geológicas de diferentes zonas del yacimiento.
A modo de conclusión se puede afirmar que las diferencias existentes entre los valores
medidos en los pozos de exploración y los pozos criollos hacen dudar de la fiabilidad de los
datos de la red de exploración (bajo el supuesto de que los datos obtenidos mediante pozos
criollos son confiables) pero además se analiza una posible vía (corrección de las
mediciones de los pozos de la red de exploración) para resolver el problema.
En sentido general, siguiendo las ideas de [135], las dificultades principales que han atentado
contra la fiabilidad de la información pueden ser enumeradas como sigue:
1. Ausencia de controles sistemáticos de la captación, almacenamiento y manipulación
matemática de la información.
2. Trabajo atropellado debido al gran cúmulo de información a controlar, procesar e
interpretar.
3. Existencias de deficiencias metodológicas en el manejo general de los datos.
4. Uso inadecuado de la información y uso ineficiente de la carga informativa de los datos.
5. Realización de cálculos y toma de decisiones sin la validación e interpretación adecuada
de los datos.
�Aunque en la actualidad se han resuelto muchos de los problemas que hemos planteado
(mediante la incorporación de la técnica computacional en las minas y la revisión paulatina y
exhaustiva de las bases de datos con el fin de eliminar los posibles errores) no deja de ser
preocupante el hecho de que las bases de datos de redes de exploración y pozos criollos
disponibles para algunos yacimientos adolecen aún de los defectos originados por las
dificultades planteadas. Recientemente el autor de esta memoria ha realizado un filtraje
computacional a las bases de datos de la red de exploración y de la red de explotación que
se usan en la actualidad en el yacimiento Punta Gorda y se han encontrado errores siendo
los mas comunes los que se producen por mala transcripción de los datos y por datos con
coordenadas repetidas pero diferentes valores de las variables.
Un último punto a tratar es el siguiente: la capacidad del personal técnico geólogo y minero
para relacionarse con la información en computadoras. Ha sido un problema, que este
autor cataloga de grave, el hecho de que en las minas nuestras durante mucho tiempo el
acceso, actualización y manipulación de la información y los cálculos que se han hecho con
esta información, ha dependido para su realización de algunas pocas personas (en algunos
casos, de una sola persona) lo cual no ha permitido la normal fiscalización de este trabajo y
por supuesto su perfeccionamiento. Es alentador observar que esta situación cambia
rápidamente y esto, a corto plazo, debe posibilitar la tan ansiada informatización de
nuestras minas y la imposibilidad de que personal no calificado en las ciencias geólogo mineras asuma responsabilidades (y que además, no le corresponden) solo por ser quien
está capacitado para manejar la información.
Como hemos planteado en 2.1, Criterio 1 inciso c, la información puede clasificarse en no
fiables, poco fiables, medianamente fiables, altamente fiables y totalmente fiables.
Desde el punto de vista cuantitativo es asunto complejo determinar en cual categoría está
situada una información dada, sin embargo es indispensable aproximar esta cualidad de la
información que se usa. Se puede asumir que la clasificación de la información en uno u
otro nivel de fiabilidad es un proceso necesario y es el colectivo técnico de la mina
quien, mediante el análisis de los factores considerados en esta memoria (y tal vez
otros que pudieran ser útiles), debe hacerla periódicamente.
Como epílogo al epígrafe debe aclararse que no es intención de este trabajo clasificar el nivel
de fiabilidad de la información presentada en el caso visto como ejemplo en el anexo 38, lo
cual se ha hecho con un sentido absolutamente constructivo; pero si es pretensión, de este
autor, que el lector de estas líneas saque sus propias conclusiones sin olvidar que el
espíritu del mensaje que se intenta transmitir es que la fiabilidad, propiedad dinámica de
la información, está en dependencia de su constante comprobación y actualización y
de las pruebas de validación directa y cruzada durante el ejercicio diario colectivo de
la actividad geólogo - minera y este precepto es parte del sistema que estamos
describiendo.
2.4 Información disponible. Información visible e información oculta.
El acceso a la información disponible es uno de los aspectos de la relación Hombre Información que también es importante. La disponibilidad de una información está dada por:
�a. Existencia de la información: Se refiere a que una información puede o no existir. Por
ejemplo existen las siguientes informaciones: ‘cuantos días tiene una semana’, ‘cuantos
soles existen en nuestra galaxia’, ‘cual es el valor de π’. No existen las siguientes
informaciones: ‘cuanto kilogramos pesa la potencia de escombro’, ‘fecha en que se
inventó el Ni’ (estos últimos ejemplos no los inventó el autor, los escuchó).
b. Soporte actual de la información: La información puede estar soportada en el sistema
material natural que la originó, en un sistema de captación y almacenamiento de
información o en un sistema de conocimientos.
c. Visibilidad de la información: La visibilidad es una propiedad de la información que
existe; está dada por el modo en que se accede a ella y puede clasificarse en:
i. Visibilidad imposible o de incertidumbre. Por ejemplo, ‘la temperatura media natural
diaria del macizo Moa - Baracoa entre las cotas 100m y 200m bajo el nivel del mar’.
ii. Visibilidad aproximada por técnicas probabilísticas y estadísticas: Es la que se
obtiene a partir de la información primaria mediante procedimientos relacionados con
las Probabilidades y Estadística Matemática. Por ejemplo, ‘45 kilogramos de Ni tiene
como media aritmética la capa de escombro cada pozo del bloque N48 del
yacimiento Punta Gorda de Moa’.
iii. Visibilidad exacta o determinística: Aquí se incluye la información primaria exacta y la
que se pueda obtener mediante procedimientos relacionados con modelos
determinísticos que en ocasiones ofrecen resultados aproximados pero que en la
práctica se consideran exactos. Por ejemplo, ‘se han perforado 5807 pozos en la red
de exploración del yacimiento Punta Gorda’; ‘el coeficiente de escombro del pozo 23
del bloque N48 del yacimiento Punta Gorda es el cociente entre la potencia de
escombro (3m) y la potencia del mineral (12m) o sea 0.25’.
Los información, cuando existe, puede ocultarse (o sea disminuir el nivel de acceso) debido a
su nivel de visibilidad, a las características del soporte que la contiene (provocando pobres
posibilidades de interrelación con ella) y debido al desconocimiento del aparato teórico (si
existe) que permita acceder a la misma; esto puede llevar a la falsa creencia de que la
información es escasa. A modo de ilustración se puede describir el siguiente ejemplo:
Se tienen los datos, medidos cada una hora, correspondientes a la cantidad existentes de
cierta bacteria B utilizada en la extracción del componente X del mineral M:
Tabla 2.3: Cantidad de bacterias B en el tiempo.
Hora
Bacteri
as
0 1
10 18
9
2
95
3
3
865
4
4
5
6
1788 56342 1115
6
48
7
34562
1
8
800217
9
10
2456431 113458
60
La media aritmética de las bacterias en el tiempo es una información que no está visible pero
que existe ya que se conoce su fórmula. De la misma manera se puede modelar la fórmula
aproximada Bacterias=F(Hora) y entonces se puede acceder a la información ‘en la hora 13
hay aproximadamente tantas bacterias’ pero no se puede acceder a la siguiente información
(que existe): ‘en la hora 13 hay exactamente tantas bacterias’. Es conveniente resaltar que
un usuario no calificado solo podrá acceder a la información primaria de la tabla; un usuario
�con conocimientos estadísticos elementales podrá acceder a la información de la media
aritmética y sólo un usuario con calificación en la modelación matemática podrá acceder a
la tercera información.
Una tarea importante para los que diseñan los sistemas informativos en los proyectos
mineros, es la de conocer si existen las informaciones relacionadas con un proyecto,
el soporte en que se tiene y en el que se aspira a tener y el nivel de visibilidad de las
mismas considerando siempre las características del usuario de la información.
2.5 Formas de acceder a la información disponible sobre estos yacimientos.
Las formas de acceso a la información se definen en función de las necesidades que tenga el
usuario y a su calificación.
Criterios para estas definiciones pueden ser:
1. Por la cantidad de información que se accede:
a. Acceso Parcial.
b. Acceso Total.
2. Los criterios de clasificación vistos en 2.1 u otros criterios (incluyendo los filtros).
3. Las formas de visualizar la información. En este caso solo es posible mencionar algunas
de las mas conocidas (de hecho, cualquier persona puede crear otras a partir de sus
necesidades particulares y de su imaginación):
a. Tablas bidimensionales (estáticas o dinámicas).
b. Libros o tablas tridimensionales (estáticas o dinámicas).
La dimensión de una tabla no debe confundirse con el número de variables. Una tabla
bidimensional tiene como dimensiones las FILAS y las COLUMNAS y un Libro es una
‘tabla’ de tablas bidimensionales, por tanto tiene, además, la dimensión TABLA.
c. Gráficos unidimensionales.
d. Gráficos bidimensionales (tales como: de puntos, de barras, curvas, áreas, isolíneas,
isofranjas, etc. y combinaciones de las anteriores)
e. Gráficos tridimensionales (tales como: de puntos, de barras, de curvas, de
superficies, de sólidos, etc. y combinaciones de las anteriores)
Las dimensiones de los gráficos si se refieren al número de variables que se muestran.
Actualmente, gracias al desarrollo de la computación, es posible establecer vínculos
entre tablas, gráficos, textos, etc. de manera que la actualización de los datos primarios
provoca la actualización de los objetos vinculados a estos datos.
f. Resultados cuantitativos calculados mediante herramientas matemáticos.
g. Resultados cualitativos deducidos mediante los conceptos, principios y reglas
científicas (por ejemplo: ‘en este bloque el mayor % de Ni se concentra en la zona
superior de la corteza laterítica por tanto es un bloque anómalo’).
h. Modelos de diferentes tipos (por ejemplo: descripciones, fórmulas matemáticas,
regularidades, principios, etc.).
La calificación del usuario es esencial ya que el acceso a la información visible tiene
como objetivo fundamental, obtener conocimiento sobre un objeto, fenómeno o
�problema a fin de llegar a conclusiones, tomar decisiones, acceder a información
oculta, etc.
2.6 Protección de la información.
Este tema se refiere a siete elementos principales:
a. Clasificación de la información atendiendo a diferentes niveles de posibles accesos tales
como, por ejemplo: información solo para el departamento técnico; para los grupos de
topografía y de geología, para el administrador de la red, etc.
b. Establecimiento del control al acceso a los archivos, aplicaciones, locales, equipos, etc.
c. Definir el nivel de acceso del personal autorizado y calificado: lectura, modificación,
borrado y creación de información y al uso de las opciones de las aplicaciones.
d. Controlar el acceso a la información y a las aplicaciones solo al personal autorizado y
calificado.
e. Establecer sistemas de protección contra virus informáticos.
f. Establecer sistemas de protección contra accesos no autorizados a cada computadora
en el caso de tenerse conexiones con redes, sistemas exteriores, etc.
g. Establecer sistemas de protección contra eventos magnéticos, eléctricos, hídricos, de
cambios de temperatura y humedad, sísmicos, etc., que pueden dañar los equipos y la
información.
h. Establecer sistemas de copias de seguridad.
En la práctica, la mejor protección de la información se logra con organización y
disciplina en el cumplimiento de los aspectos anteriores.
�Capítulo 3 : Pronóstico geoquímico, litológico, topográfico, de masa volumétrica y
cálculo de volumen y recursos.
3.1 Obtención de resultados primarios a partir de la información geoquímica, litológica y
topográfica medida.
Los resultados primarios que pueden obtenerse a partir de la información geoquímica y
litológica disponible pueden ser los siguientes:
A. Por Pozos: Datos del comportamiento geoquímico y litológico de cada pozo. Para ello
proponemos dos tipos fundamentales de formatos informativos que pueden verse en los
anexos 21 y 22 (en ellos no aparece la información litológica por no estar disponible en
las bases de datos que se utilizaron). Además es imprescindible tener disponibles
medios de computo para el cálculo de reservas y recursos en una zona de un pozo en
cualquier oportunidad que se necesite.
B. Por Bloques
1. Tablas de composición porcentual de las capas tecnológicas y litológicas por cada
bloque del yacimiento. (ver el ejemplo del anexo 14 para los tipos tecnológicos).
2. Histogramas del comportamiento de los componentes (ver el ejemplo del anexo 15).
3. Gráficos de los perfiles tecnológicos y litológicos de cada bloque (ver el ejemplo del
anexo 16 para los tipos tecnológicos) y perfiles verticales numéricos.
4. Gráficos tridimensionales del comportamiento tecnológico y litológico de cada bloque
(ver ejemplo del anexo 17 para los tipos tecnológicos).
5. Tablas de los cálculos de recursos por tipo tecnológico y por tipo litológico por
bloques (ver ejemplo del anexo 18 para tipos tecnológicos).
6. Tabla resumen de los principales parámetros tecnológicos del bloque dados por
pozos: Número de Muestras, Cota Superior, Profundidad, Volumen Total, Media %Ni,
D.S. (Desviación estándar) %Ni, Mínimo %Ni, Máximo %Ni, Media %Fe, D.S. %Fe,
Mínimo %Fe, Máximo %Fe, Media %Co, D.S. %Co, Mínimo %Co, Máximo %Co,
Potencia de Mineral, Volumen de Mineral, Masa del Mineral, %Ni en Mineral, %Fe en
Mineral, %Co en Mineral, Kg. de Ni en Mineral, Potencia Escombro Superior,
Volumen ES, Masa ES, %Ni en ES, %Fe en ES, %Co en ES, Kg. de Ni en ES,
Potencia de Escombro Intermedio que no se considera intercalación (EINI), Volumen
de EINI, Potencia de Escombro Intermedio que si se considera intercalación (EISI),
Volumen EISI, Masa de Escombro Intermedio, kg. de Ni en EINI, kg. de Ni en EISI,
potencia de Escombro Fina, Volumen del EF, %Ni Mineral+ES, %Ni Mineral+EINI,
%Ni Mineral+EISI, %Ni Intercalación, %Fe Mineral+ES, %Fe Mineral+EINI, %Fe
Mineral+EISI, %Fe Intercalación, %Co Mineral+ES, %Co Mineral+EINI, %Co
Mineral+EISI, %Co Intercalación.
7. Tablas de las relaciones entre las potencias de los escombros y del mineral así como
de los contrastes en las zonas donde se une el escombro superior y el mineral (ver el
ejemplo del anexo 19).
8. Isofranjas del comportamiento de diferentes propiedades en las capas tecnológicas y
litológicas en las líneas de pozos (ver el ejemplo del anexo 20). En este caso pueden
usarse modelaciones bidimensionales como las de Bernal [14,17].
�Debe agregarse que es muy útil poder acceder desde la información de cada bloque a la
información de los pozos que los conforman.
C. Por Yacimiento: Toda la información del yacimiento está formada por los elementos que
analizamos en el epígrafe 2.2 cuando revisamos el ejemplo del yacimiento Punta Gorda.
Solo queremos destacar que lo que resulta más difícil es mantener funcionando
mecanismos que permitan el acceso, actualización y manipulación de esta información
que, como hemos visto, es abundante y compleja. Como propuesta para la solución a
este problema se plantea que la entrada al manejo de la información de yacimiento se
realice a través de un plano del mismo visto en el monitor de una computadora y
mediante recursos informáticos se complete la tarea necesaria (esto puede estar
desarrollado según se plantea en el anexo 3).
Desde el punto de vista topográfico se deben determinar para los bloques y yacimiento
mecanismos de visualización y cálculo de elementos topográficos o relacionados con ellos.
Tienen importancia la visualización tridimensional y plana de la topografía del terreno (ver
anexo 23), del techo del mineral y del fondo de la capa del mineral; cálculos de volúmenes
entre estas capas. Un modelo de diálogo para resolver estas tareas puede verse en el
anexo 24 donde se destaca que el método de estimación que se utiliza puede ser decidido
por el usuario. Otras informaciones (como las hidrogeológica y ecológica) pueden ser
tratadas de maneras semejantes.
3.2 Introducción a la Geostadística Lineal.
La Geoestadística es actualmente uno de los instrumentos más potentes con que cuentan
los geólogos y mineros para desarrollar con un alto margen de seguridad sus actividades.
Además, independientemente de que existen detractores y críticos que han emitido criterios
que hacen discutibles desde el punto de vista del rigor matemático algunos procedimientos
geoestadísticos [103], no existen dudas de que además de los profesionales de la Geología
y de la Minería, los inversionistas han depositado su confianza en esta rama
de las
matemáticas aplicadas [32,49,50,55,58,75,99].
Desde el punto de vista de sus orígenes, la Geoestadística tiene dos contextos bien
definidos: la práctica (desarrollada principalmente en Sudáfrica por D. G. Krige y otros a
finales de la década del 50 y principios de los años 60 a partir de la explotación de las
minas de oro y de uranio) y la teórica (cuyos artífices fueron el francés George Matheron y
sus colaboradores basándose en la Teoría de los Procesos Estocásticos)[32,44,58,112].
Durante mas de 40 años se han desarrollado nuevas teorías e innumerables aplicaciones
que ya incluyen no solo las ciencias geólogo - mineras sino que también han modelado y
resueltos problemas tan aparentemente diferentes como los que aparecen en la
meteorología y en la economía [32,58]; sin tratar de simplificar demasiado el asunto, se
puede decir que toda la práctica geoestadística comienza con la modelación de la
variabilidad de uno o varios parámetros de un fenómeno y finaliza con la obtención, a partir
de estimaciones mediante Kriging, de resultados que pueden ser materiales, por ejemplo,
una modelación o un plano, o conceptuales, por ejemplo, una conclusión.
Los éxitos que se pueden obtener con el uso de las técnicas que brinda la Geoestadística
se basan en tres aspectos principales:
�1. Determinación de las herramientas mas adecuadas para modelar y resolver un problema
dado.
2. Un análisis variográfico correcto (estudio de la variabilidad).
3. Interpretación adecuada de los resultados que permita volver a los pasos 1 y 2 para
precisar las herramientas y el análisis.
Los aspectos 1 y 3 no deben ser automatizados y el segundo aspecto solo será
automatizado en las cuestiones relacionadas con cálculos y gráficos que permitan
interactuar con los datos y modelos de manera rápida y fiable.
En este epígrafe se presentan algunos elementos relacionados con la realización práctica
del análisis variográfico y de la estimación por kriging puntual así como algunas ideas
vinculadas a la automatización de los procedimientos que se vinculan a estos procesos.
Para recordar algunos aspectos básicos de la Teoría de los Procesos Estocásticos (PE) y
de la Geostadística Lineal ver el anexo 33.
Las condiciones que deben cumplir los datos que expresan las mediciones del fenómeno
pueden verse en el anexo 34.
El enfoque que se presenta a continuación es el que ha sido llevado a la práctica en el resto
del presente trabajo.
Determinación del Variograma Experimental
El variograma real (VR) del fenómeno como expresión de su variabilidad es desconocido y
solo sería posible determinarlo si se estudiara el fenómeno dentro de la continuidad
espacial del dominio donde se desarrolla. En la práctica, se determina un variograma
experimental (VE) que refleja de manera discreta al variograma real pero para los fines de
los cálculos ajustamos un variograma teórico (VT) al variograma experimental. A
continuación se explica como se determina el variograma experimental.
Sea A el conjunto de n datos dados como pares (Pi,Wi), i=1,...,n donde Pi es un punto del
plano o del espacio y Wi es el valor en Pi de la variable que se analiza. El variograma debe
expresar de alguna forma el comportamiento de la variabilidad de W en cierto subconjunto
del plano o del espacio el cual recibe el nombre de Campo Geométrico (CG); el subconjunto
del CG en la cual se realizan las mediciones se denomina Soporte; este concepto es
fundamental pues de sus dimensiones depende la modelación que se obtenga (aunque
todas las modelaciones obtenidas a partir de diferentes soportes están relacionadas por sus
parámetros [32,58]); es fundamental conocer que según aumentan las dimensiones del
soporte disminuye la varianza experimental.
Esta variabilidad puede ser estudiada por sus valores medios en función de las distancias
entre los puntos y se expresa mediante el variograma, por tanto el variograma es una
función de h. El valor de la distancia h puede ser determinado de varias maneras pero es la
distancia euclidiana la que expresa (en las escalas en que se desenvuelven la geología y la
minería) de manera mas exacta las distancias entre los objetos del mundo real; es evidente
que γ(0)=0.
Generalmente los valores de γ crecen o se mantienen aproximadamente constantes en la
medida que aumentan los valores de h pues el variograma refleja un fenómeno bastante
�común relacionado con el hecho de que la variabilidad entre los valores de W no disminuye
a medida en que los puntos de medición se alejan entre si. Un variograma con un
crecimiento lento indica una gran continuidad del comportamiento de W y por el contrario un
crecimiento rápido del variograma indica muchos cambios en el comportamiento de la
variable.
La influencia de un valor de W con respecto a otro disminuye generalmente a medida en
que los puntos de medición se alejan
La primera cuestión a analizar para obtener el VE es precisar cual es la distancia básica o
paso ho (en los textos en inglés aparece como lag [32,44,58,120]) a partir de la cual se
definen las diferentes distancias 2ho, 3ho,...,kho. Puesto que en la práctica las distancias que
se obtienen entre los pares de puntos de A no coinciden exactamente con los valores de h,
entonces se definen k+1 intervalos disjuntos dos a dos [0,ho], (ho,h1],..., (hk-1,hk] y las
distancias entre los pares de puntos de A se incluyen en uno de estos intervalos.
Llamando D a la máxima distancia entre todas las distancias entre parejas de puntos de A,
entonces ho≤D; si ho es muy grande entonces k será pequeño y se pierde mucha
información sobre el fenómeno (el variograma se presenta gráficamente muy suavizado) y
si por el contrario ho es demasiado pequeño entonces no se obtiene una buena apreciación
de las características mas importantes de la variabilidad del fenómeno (el gráfico del
variograma aparece como una sucesión de valores alto y bajos como ‘dientes de sierra’). En
la práctica se recomienda que para comenzar se definan todos los rangos de distancia
posibles que sean iguales e incluyan al menos una pareja de puntos y se busquen de 6 a 10
rangos que con mayor frecuencia aparecen y de ellas se tome la menor como ho. No
obstante, ha sucedido que se ha tenido necesidad de rectificar el valor de ho después de
encontrarlo de esta manera debido a que las redes han sido especialmente complejas por
sus irregularidades. Si las redes son regulares entonces el valor de ho es bastante fácil de
determinar pero ha de tenerse extremo cuidado si existe mucha diferencia entre dos de las
medidas del rectángulo (en el caso del plano) o del paralelepípedo (en el espacio) pues esto
puede conducir a que se asigne a ho un valor no adecuado. En [58] se expresa que debe
tomarse como ho la moda de los intervalos o sea aquella que tiene mayor cantidad de pares
de puntos.
La segunda cuestión que se debe tener en cuenta es que se necesita conocer cuantos
pares de puntos están incluidos en cada intervalo de h. Puede darse el caso de que varios
intervalos tengan cada uno de ellos varios miles de pares de puntos y en otro apenas
aparezcan unas decenas. Esto, en opinión de este autor, debe evitarse ya que este último
intervalo no tiene el mismo peso que los demás y puede tener un valor de γ que no se
corresponde con el comportamiento general de la variabilidad. En estos casos se
recomienda unir dos intervalos en uno de mayor longitud o redefinir ho.
En tercer lugar, para cada valor de h al cual le corresponden n(h) pares de puntos se
calcula
el
valor
γ(h).
Este
cálculo
se
realiza
generalmente
por
la
fórmula
�1 n(h)
γ ( h) =
(W ( Pi ) − W ( Pj )) 2 donde Pi y Pj son dos puntos de A que están a una
∑
2n( h) 1
distancia h uno del otro.
Se conocen otras fórmulas para este cálculo [44] tales como las de Hawkins de 1980,
Armstrong-Delfiner de 1980 y de Omre de 1984 las cuales fueron creadas para mejorar la
solución de ciertos problemas específicos.
En cuarto lugar se precisa editar (en el sentido de seleccionarlos) los intervalos que se
utilizarán en el ajuste y por tanto en las estimaciones. Algunos autores [58,120] plantean
que basta tomar el 25%, el 33% o el 50% de los primeros intervalos puesto que si la
distancia entre dos puntos P1 y P2 es muy grande el valor de W1 no influye en el valor de
W2. Este razonamiento es en la mayoría de los casos correcto pero en este trabajo se opina
que siempre deben tomarse mas del 50% de los intervalos ya que el variograma debe
aportar información que sea posible de comparar con toda la información geológica o
minera que se disponga. Además, si el variograma presenta a partir de cierto punto ha un
valor aproximadamente constante Me entonces se verá que basta tomar hasta el próximo
intervalo después del que incluye a ha.
El quinto paso es el de calcular los parámetros principales de los datos y del variograma.
Para los datos se calcularán, para W la Media Aritmética Ma y la varianza σ2 y para los
puntos Pi se determinarán la distancia media dm y la distancia máxima D.
Para el variograma se determinarán:
1. Efecto Pepita : Este parámetro que se cuantifica como un valor no negativo al que
designaremos como Co tiene especial interés; en caso de que Co=0 entonces se dice
que ‘no hay efecto pepita’. Desde el punto de vista teórico surge como un ruido blanco
[3] y gráficamente se manifiesta como una discontinuidad del variograma en el origen
pues γ(0)=0 y γ(0+)=Co. El origen del efecto pepita puede tener en la práctica dos causas
fundamentales [3,32]:
a. Errores en la mediciones.
b. A que la escala de mediciones sea inferior a las dimensiones de las zonas donde W
manifiesta variaciones substanciales.
Según [32] en la práctica es bastante difícil discernir entre los dos motivos y sólo un
buen conocimiento del fenómeno podrá ayudar a hacerlo.
El valor de Co puede ser determinado prácticamente a partir del análisis de dos primeros
puntos del variograma experimental buscando la intersección de la recta que ellos
determinan con el eje de las ordenadas γ [58]. Este no es un criterio absoluto y en
algunas ocasiones hemos tomado con estos fines la recta mínimo cuadrada a partir de
los primeros tres o cuatro puntos. Sin embargo estos valores de Co siempre deberán ser
cuidadosamente revisados.
Es evidente que si el valor de Co obtenido de esta forma es negativo entonces puede
tomarse como 0 o mejor aún puede revisarse todo el proceso.
2. Alcance y Meseta : Estos parámetros solo existen si el fenómeno es estacionario y el
variograma presenta a partir de cierto punto ha<D un valor aproximadamente constante
�Me. Precisamente ha es denominado alcance y Me meseta. Teóricamente Me coincide
con la varianza experimental σ2 de los datos [3,32,44,58,112,120]. Los variogramas que
presentan valores de meseta y de alcance en ocasiones se les denominan de transición
y aparecen con frecuencia ya que el alcance indica a partir de que distancia promedio
desaparece la relación estadística entre los valores de W en dos puntos. En el caso en
que el valor de Co coincide con el valor de Me y ha=0 entonces el fenómeno se denomina
totalmente aleatorio. En la práctica, los valores del alcance y la meseta los decide el
investigador a partir de los puntos del VE, su experiencia y del conocimiento del
fenómeno, sin embargo se propondrá un método que puede facilitar el análisis:
a. Se definen tres coeficientes porcentuales, a saber:
i. RE o sea rango de estabilidad que define el intervalo de valores de la variable γ
para los cuales se puede considerar que la misma es aproximadamente
constante. En general este intervalo se define mediante [σ2-ε,σ2+ε], donde ε = RE
σ2 / 100. En la práctica de este trabajo, se ha comenzado con RE=20%.
ii. RB o sea rango de búsqueda de estabilidad. Siendo k el número de intervalos o
clase considerados para h se define el índice del intervalo hasta donde se busca
la estabilidad de γ como IB = Red(RB k/100) donde “Red” es la función que
redondea un número. En este trabajo, siempre se comenzó con RB=70%.
iii. RA o sea rango de aleatoriedad pura. Este parámetro tiene en cuenta la
posibilidad de que el crecimiento del variograma sea tan rápido como su
estabilización por lo cual sea conveniente considerar que el fenómeno es
totalmente aleatorio. En esta investigación, siempre se ha comenzado a trabajar
con RA=15%.
b. Conociéndose el intervalo [σ2-ε,σ2+ε] (σ2 debe ser un valor cercano o igual a Me, si
este último existe), se comprueba desde el primer intervalo hasta el intervalo de
índice IB si los valores de γ del VE están, a partir de cierto índice ia dentro de dicho
intervalo y siendo así entonces un valor de h perteneciente al intervalo de orden iaésimo definirá el valor de ha y un valor conveniente de γ∈[σ2-ε,σ2+ε] definirá el valor
de Me. Estos valores de ha y Me deberán ser precisados por los investigadores.
c. Si se obtiene un índice ia donde comience la estabilidad de γ entonces deberá
verificarse que ha < RA hk para decidir si se trata o no de un caso de aleatoriedad
pura.
d. Si no se obtiene un índice ia donde comience la estabilidad de γ entonces trataremos
de encontrar en el VE el primer valor de h tal que γ≥σ2. Si este valor existe entonces
se debe considerar que se produzcan oscilaciones o no y si el variograma es, en
general,
creciente o tiene un comportamiento de crecimiento - decrecimiento o
viceversa; en estos casos se puede sospechar de un modelo compuesto de varias
estructuras (de los cuales hablaremos mas adelante). Si el valor no existe entonces
se puede sospechar un fenómeno de gran continuidad y en estos casos se puede
tomar para los fines prácticos a ha=hk/2 y Me como el valor de γ correspondiente o
analizar la posible existencia de una tendencia (no estacionaridad).
�El alcance y la meseta junto con Co intervienen en muchos modelos teóricos con los que
se
ajusta
el
VE.
Denotando
a
C1=Me-Co,
entre
ellos
podemos
mencionar
[3,5,32,44,49,58,65,120,134]:
I. Modelo Esférico de Matheron : γ(0)=0; γ(h) = Co + C1(3*h/(2*ha)-[(h/ha)3]/2) para
0<h≤ha; γ(h) = Co + C1 para h>ha.
II. Modelo Exponencial de Formery : γ(0)=0; γ(h) = Co + [C1/(1-e-1)](1-e-h/ha) para 0<h≤ha;
γ(h) = Co + C1 para h>ha.
III. Modelo Parabólico de Gauss: γ(0)=0; γ(h) = Co + [C1/(1-e-1)](1-e-sqr(h/ha)) para 0<h≤ha;
γ(h) = Co + C1 para h>ha.
IV. Efecto Seno : γ(0)=0; γ(h) = Co + [C1 /(π h / ha)](1-sen(π h / ha)).
Se quiere destacar que en los casos II y III se han hecho pequeñas variaciones a las
ecuaciones originales para garantizar la continuidad de los modelos en h=ha.
3. Pendiente : Solo es necesario buscarla si se supone que el variograma se puede
explicar como una función lineal de la distancia o sea γ(h)=Co + Pe h. En esta caso Pe es
la pendiente de la recta. En estos casos es mas importante que la recta se corresponda
mejor a los primeros valores de h. Un caso que puede considerarse semejante al modelo
de la recta es el modelo logarítmico de Wijs cuya expresión es γ(h) = Co + ρ ln(h) para
h>0 y γ(0)=0. En esta investigación, también se ha adaptado este modelo al caso de que
se presente un VE con alcance y meseta mediante la expresión γ(h) = Co +
[C1/ln(1+ha)]*(ln(1+h)) si 0<h≤ha y γ(h)=Co + C1 para h>ha.
4. Potencia : En ocasiones el variograma experimental puede explicarse como una función
γ(h)=w2 hv. El parámetro v es la potencia y se demostrado que v∈(0,2). Los parámetro v
y w2 se determinan a partir de que ln(γ)=ln(w2)+vln(h). Este modelo se ha analizado
también para el caso en que Co≠0 donde toma la forma γ(h) = Co + w2 hv.
5. Período y Atenuación : Uno de los modelo utilizados con cierta frecuencia es el llamado
Efecto Coseno que se define como γ(0)=0 y γ(h)=Co+C1(1-cos(2πh/T)) si no presenta
atenuación y en caso contrario γ(h)=Co+C1(1-cos(2πh/T)e(-h/atn)) donde T es el período y
atn es un factor de atenuación. Los valores de T y de atn son difíciles de obtener y el
modo de hacerlo que aquí se ha empleado es mediante la interacción con gráficos y
criterios analíticos de bondad de ajuste usando computadoras.
Aunque los modelos de la recta, de Wijs, potencial y efecto coseno no presentan
explícitamente alcance y mesetas pueden ser definidos por tramos y por tanto a partir de
cierto valor de h precisar que el valor de γ es constante.
En la literatura consultada se proscribe el uso del método de ajuste por el principio de los
mínimos cuadrados o no se menciona (lo mismo sucede con las interpolaciones) como un
posible modelo. Las dos causas principales que se aducen son [32,44,58]:
1. No toda función f(h) es un variograma, ya que para que esto suceda debe cumplirse que
-f(h) sea definida positiva [32,44,134] o sea que si w(P)=
∑ λ W (P )
i
i
i
se cumpla que
para todo conjunto de puntos P1,…,Pq y de números reales λ1,…,λq la condición
�Var(W(p)) = -
∑ ∑ λ λ γ (P , P )
i
j
i
j
i
j
≥ 0 junto con la condición
∑λ
i
i
= 0 . Esto es
sumamente complejo de demostrar para cada caso.
2. Al ajustarse una función f(h) a un VE, deben considerarse dos cuestiones:
a. El ajuste a los primeros intervalos es mas importante que el ajuste global [32,58].
b. Los métodos analíticos no tienen en cuenta el número de pares necesarios para
realizar un buen ajuste (este número según [58] no debe ser menor que 30).
Se puede demostrar una propiedad importante para los variogramas [3,32,44,120]:
lim γ (h)
h →∞ h2
Cuando esta propiedad no se cumple en el VE (efecto de parábola) debe pensarse en la
existencia de una tendencia (drift) [32,101,113].
Siempre deben tenerse en cuenta todos los factores anteriores, no solo como elementos
teóricos sino que, además, deben formar parte de todo análisis variográfico real.
Finalmente se señala que forma común de realizar un buen ajuste a partir de modelos
conocidos es creando un modelo compuesto por varias estructuras en diferentes intervalos
de h (un variograma definido por tramos) o una combinación de variogramas para todo el
intervalo. Para esta última posibilidad hay tres casos interesantes:
1. Estructuras imbricadas: Cuando el comportamiento de la variabilidad del fenómeno real
depende de los cambios de escalas de la distancia.. El variograma se define como una
combinación de variogramas elementales donde cada uno de ellos se ha obtenido a
partir de una escala diferente de h.
2. Estructuras de Periodicidad: El variograma presenta variaciones periódicas que definen
relaciones crecientes y decrecientes de γ con respecto a h. En estos casos puede usarse
un modelo como el de Efecto Coseno o combinarse varios variogramas de este y otros
tipos.
3. Efecto de Pozo o de Hueco: Se produce a partir de cierto valor de h un decrecimiento de
γ y luego se estabiliza su comportamiento (aunque puede presentarse mas de una
oscilación).
Ajuste del Variograma Teórico
Tres elementos contribuyen notablemente realizar un ajuste adecuado de un VT a un VE.
El primer elemento está dado por el conocimiento que tengamos de los diferentes modelos
teóricos de variogramas, tanto de sus parámetros y ecuaciones como de sus gráficos. Esto
se complementa con un software que permita ir ajustando dinámica y visualmente el modelo
teórico al VE.
El segundo elemento es el uso del llamado IGF (Indicative Goodness to Fit) o sea Indicador
de Bondad de Ajuste [120] que está dado por:
hk
Pares(i )
1 T L(T )
2
γ i − γ (hi )]
IGF =
[
∑
∑
L(T )
T k =1 i =1
h
∑ Pares( j ) i
j =1
�Donde T es el número de estructuras que forman el modelo, L(T) es el número de intervalos
que intervienen en la estructura T, Pares(i) es el número de pares que intervienen en el
intervalo i, hk es la distancia máxima de h, hi es la media de la distancia para el intervalo de
índice i, γi es el valor del VE en el intervalo de índice i y γ(hi) es el valor del VT en hi. En este
caso mientras mas cercano a 0 sea el IGF, se podrá considerar como mejor el ajuste del VT
al VE. Este indicador no considera la forma de la curva del VT.
El tercer elemento está dado por cuestiones relacionadas con la estimación por kriging:
a. Validación Cruzada: Estimar cada punto Pi de los datos a partir del variograma obtenido,
usando solo el resto de los datos. Las diferencias entre los valores estimados de W y los
valores originales son buenos indicadores de la eficiencia del modelo.
b. Errores de Estimación: Para fines prácticos lo mas importante es que los errores de
estimación sean mínimos. Es posible obtener una red dos veces mas densa que la que
contiene lo datos y obtener los errores de estimación para cada punto los cuales vistos
desde el punto de vista porcentual con respecto a los valores estimados pueden dar una
idea general y local bastante precisa de la eficiencia del modelo.
Para fines prácticos de estimación para ciertos casos donde el VE es no decreciente en
todos los intervalos de h, se puede utilizar como modelo teórico un spline lineal que por ser
un interpolador exacto garantiza que el IGF sea nulo.
Otro modelo de VT que se ha usado aquí para casos de funciones no decrecientes con
alcance y meseta determinados ha sido un ajuste mínimo cuadrado condicionado lo cual
consistió en buscar, usando el Principio de los Mínimos Cuadrados, los coeficientes reales
K1, K2, K3 que mejor ajustan la función variograma γ(h)=K1 e-α h/ha + K2 e-β h/ha + K3 e-δ h/ha ; α,
β y δ son valores reales diferentes entre si dos a dos (en la práctica se han usado los
valores 0.1, 0.25 y 0.6 respectivamente) y además se le impone condiciones para que dicha
función pase por los puntos (0,C0) y (ha,Me). En estos casos el IGF ha sido muy pequeño y
los resultados de las estimaciones satisfactorios.
Determinación de la Zona de Influencia y su relación con la Anisotropía
Hasta ahora se ha hablado de “medir la variabilidad de W” pero no se ha mencionado un
problema de importancia fundamental y es el hecho de que los fenómenos geológicos y
mineros que estudia la geoestadística no se comportan de la misma forma en todos las
zonas ni en todas las direcciones. Esto se expresa mediante los conceptos de
Comportamiento Isotrópico o Anisotrópico de W. Un fenómeno se dice anisotrópico cuando
presenta direcciones particulares de variabilidad [32], esto quiere decir que, en un punto, la
influencia que se recibe desde otros puntos puede tener intensidades diferentes en
diferentes direcciones y además puede suceder que, en algunas direcciones, a partir de
cierta distancia no exista ninguna influencia. Todo esto, generalmente se describe mediante
una zona de influencia con forma de ELIPSE (caso del plano) o de ELIPSOIDE (caso del
espacio) DE ANISOTROPIA; la longitud de los radios en cada dirección está determinada
por los alcances y la dirección del mayor alcance con respecto al semieje positivo OX define
(caso del plano) el ángulo α o (caso del espacio) los ángulos α y β de anisotropía, este
�último con respecto al plano XY. Los ángulos mencionados tienen dominio [0o,180o) y [90º,90º) respectivamente.
La anisotropía puede ser detectada obteniendo los variogramas en diferentes direcciones
planas o espaciales. En la práctica se distinguen tres tipos de anisotropía:
1. Anisotropía Geométrica: En estos casos, los variogramas presentan el mismo valor de
meseta pero diferentes alcances en diferentes direcciones y mediante un factor de
ponderación que tenga en cuenta los alcances mínimos y máximo y los ángulos de
anisotropía puede resolverse el problema. Sabiendo que la distancia euclidiana es:
hp = d(P1,P2) =
(x
he = D(P1,P2) =
(x
− x 2 ) + ( y1 − y 2 ) para el caso del plano y:
2
1
− x 2 ) + ( y1 − y 2 ) + ( z1 − z2 ) en el caso del espacio.
2
1
2
2
2
Lo que necesitamos es obtener un valor ponderado de la distancia h (al que
distinguiremos por hpp y hep) de manera que en la dirección de (caso del plano) el ángulo
α o (caso del espacio) de los ángulos α y β y en sus respectivas direcciones
perpendiculares se tengan los mismos valores de la distancia ponderada.
Si denotamos en el caso del plano a A1 como el radio de la dirección principal y A2 como
el radio de la dirección perpendicular, esto se puede conseguir mediante la fórmula:
1 1
1
+
− Sen α − θ θ es el ángulo que forman P1 y P2.
A1 A2 A1
hpp= hp
En el caso del espacio denotamos a A1 como el radio mayor en el plano XY; A2 como el
radio perpendicular a A1 en el nuevo plano horizontal y A3 como el radio perpendicular al
nuevo plano horizontal. Entonces se tiene la fórmula:
1 1
1
1
1
+
− Sen α − θ +
− Sen η − µ donde θ es el ángulo
A3 A1
A1 A2 A1
hep= he
que forma la proyección del segmento que une los puntos P1 y P2 en el plano XY con
respecto al eje OX; η=β+90º y µ es el ángulo que forma el segmento que une a P1 y P2
con respecto a al proyección de dicho segmento en el plano XY.
Una forma clásica de realizar esta transformación en el plano puede verse en [32].
2. Anisotropía de Efecto Proporcional: Se manifiesta mediante variogramas de iguales
alcances y diferentes mesetas. En estos casos se toma un único variograma γo(h) y para
los cálculos se multiplica por un factor que es función de la dirección: D(dirección); o sea
γ(h , dirección) = D(dirección) γo(h).
3. Anisotropía Zonal: Esta puede manifestarse de dos formas:
a. Variogramas de diferentes alcances y mesetas: En este caso existe estacionaridad y
deben combinarse los dos casos anteriores.
b. Algunos variogramas no presentan mesetas: Este caso hay que analizarlo con
extremo cuidado pues varias son las posibles explicaciones que están relacionadas
con las dimensiones de la red de muestreo, con la confección del variograma teórico
y con la presencia de tendencias (drift).
�En el desarrollo de esta investigación y del trabajo práctico con ella relacionada,
generalmente hemos analizado en el plano variogramas en 5 clases o intervalos de
direcciones: [0o,30o], (30o,60o], (60o,90o], (90o,120o] y (150o,180o) y en lugar de elipses de
anisotropía hemos utilizado splines lineales en coordenadas polares que pueden describir
curvas cerradas mas complejas que una elipse.
Para el caso del espacio aquí se han utilizado splines bilineales [87] que permiten describir
superficies cerradas; los intervalos del ángulo α medidos para el plano XY son [0o,45o],
(45o,90o], (90o,135o] y (135o,180o) y en el eje OZ, tomando como referencia el plano XY,
mediendo β en los intervalos [-90o,-45o], (-45o,0o], (0o,45o] y (45o,90o).
Estos valores han permitido barrer todas las direcciones posibles de cada caso y en
períodos aceptables de tiempo de cálculo en computadora se han obtenido resultados que
expresan con aproximaciones satisfactorias las características de los fenómenos.
Criterios más recientes pero más complejos y laboriosos para el tratamiento de los
intervalos de las direcciones posibles pueden encontrarse en [120].
Comentarios sobre la Estimación mediante Kriging
Este método de estimación llamado también BLUE (Best Linear Unbiased Estimator o sea
mejor estimador lineal insesgado) es una herramienta fácil de usar y solo requiere de
medios para resolver sistemas de ecuaciones lineales (SEL). El kriging mas conocido es el
p
llamado Puntual y el valor estimado se calcula, en general, como W=
∑ a W , donde p es
i =1
i
i
el número de datos que intervendrán en la media ponderada.
Para obtener los valores de ai se distinguen cuatro casos [32] (ver el anexo 36).
Debe destacarse que en las fórmulas se habla de p puntos que intervienen en la
estimación, esto se debe a que cuando hacemos kriging utilizamos solo aquellos puntos
que por estar dentro de la zona de influencia pueden ser útiles para obtener el valor
estimado. En ocasiones, debido a que los SEL que aparecen son de alto orden, conviene
definir el número máximo de puntos que intervendrán y esto se logra mediante una
reducción radial de la zona de influencia.
Para desarrollar este trabajo ha sido conveniente la idea de separar en algunos casos la
parte determinística de la parte aleatoria y se hizo de la siguiente manera:
Sea W=M(P) una función que describe el valor esperado de W en el punto P; se calculan
los puntos Vi = Wi - M(Pi). Sea el variograma γ(h) de los puntos Vi. Resolver el SEL
cuadrado:
p
∑ γ (hij )a i + µ = γ (h jo )
i =1
y luego W = M(P) +
p
ai = 1
∑
i =1
p
∑a V
i
i =1
i
p
El error de estimación del kriging está dado por E =
∑ a γ (h
j =1
j
j0
) +µ
�Como puede apreciarse se trata de considerar
una nueva variable regionalizada V y
trabajar sobre ella en lugar de W; la única dificultad que tiene este método esta relacionada
con la determinación de la función M pero esto ha sido resuelto mediante una regularización
especial de los datos y el uso de los splines bilineales y bicúbicos para el plano y los splines
trilineales y tricúbicos para el espacio [87]. La dificultad práctica de este método está dada
por el hecho de que el variograma debe obtenerse después de conocerse M(P) y este
último debe tomarse a partir de las características inconvenientes del variograma lo cual
puede provocar un proceso laborioso y complejo.
El kriging es un interpolador exacto y además es un estimador que garantiza que los valores
estimados de W están acotados por el menor y el mayor valor de Wi [134], pero tal como se
planteó anteriormente debe prestarse especial cuidado a los valores que se estiman y a los
errores que se obtienen de acuerdo al variograma que se tenga. Debe resultarnos
‘sospechoso’ cualquier variograma con zonas de convexidad hacia arriba (este es el
llamado efecto de parábola). Ilustremos con un ejemplo sencillo:
Sea el variograma que cumple que γ(0)=0, γ(0.5)=0.5, γ(1)=1 y γ(1.5)=2. Considere que se
quiere estimar el valor de W para P=(1.5,0) a partir de los puntos (0,0,4) y (1,0,1). Aplicando
lo visto para el caso 3 de kriging puntual del anexo 36 no es difícil obtener que a1=-0.25,
a2=1.25 y µ=0.75 por lo que W=-0.5 y E=1. En este caso, siendo positivo el valor de E no
parece que esta estimación presente dificultades, sin embargo se quiere hacer notar que si
todos los valores de W son no negativos (cosa que no expresa el variograma) entonces el
valor estimado no está acotado por el menor y el mayor valor de Wi; esto nos advierte de
que se desconfíe cuando aparece un valor negativo de ai. El problema puede ser aún peor:
si se cumple que γ(1.5)=10 entonces a1=-4.25, a2=5.25 y µ=4.75 entonces se tiene que W=11.75 y E=-36.4375.
Una forma de resolver estos problemas es revisar el variograma y determinar la posible
existencia de un drift pero además se debe estar atento a las anomalías locales; una
solución puede ser la de no usar los puntos que generan los valores negativos de los
coeficientes ai. Para esto, en este trabajo , se ha definido un Rango de Negatividad
Admisible que puede ser pequeño o por otro camino simplemente pueden eliminarse todos
los puntos que generan coeficientes ai con valores negativos.
Finalmente se debe mencionar que con variaciones metodológicas han surgido otras formas
de estimar con kriging [32,44,101] como por ejemplo Kriging Universal (ya mencionado),
Co-Kriging,
Kriging
Disyuntivo,
Análisis
Krigeante,
Teoría
de las Funciones de
Recuperación, Teoría de Simulación de Explotación, Funciones Aleatorias Intrínsecas de
Orden K (ya mencionado), etc. De la misma manera, en los últimos tiempos, han surgido
otros conceptos mas complejos que estudian nuevos aspectos de la geoestadística [120].
Dos reflexiones deben realizarse en este epígrafe. Primero, el análisis variográfico junto con
la estimación por kriging es actualmente una poderosa herramienta que permite resolver
dos problemas comunes del profesional geólogo - minero: modelar la variabilidad de una
variable aleatoria y estructural del plano o del espacio y realizar estimaciones de nuevos
valores de estas variable o de valores relacionados con ella. Segundo, aunque estas
�técnicas se han popularizado (gracias a sus éxitos prácticos, a la existencia de bibliografía
teórica y práctica de diferentes niveles y sobre todo a la existencia de varios software que
las incluyen), no se puede confiar en recetas y algoritmos mas o menos ingeniosos sino que
se debe conocer a fondo todo lo relacionado con ellas y con el problema geólogo - minero a
que se vincula y sobre todo recordar que sobre cada caso que se estudie se puede escribir,
por sus singularidades, otro manual de recetas prácticas.
3.3 Introducción a los Splines tridimensionales.
Un problema clásico de la interpolación en R3 es el siguiente enunciado:
Sean n puntos del espacio R3 de coordenadas cartesianas Pl(xl,yl,zl) donde n≥4 y llamemos
Ql=(xl,yl) a sus proyecciones en el plano XY. Supóngase que los puntos Ql forman una red
rectangular sobre I=[xmin,xmax]x[ymin,ymax] donde se presentan n1 valores diferentes de x y n2
valores diferentes de y (ordenadas tanto las xi como las yj de menor a mayor). Se cumple que
n=n1 x n2 y a cada punto Ql le corresponde uno y solo un valor de la matriz Mn1 x n2 que contiene
los valores de la variable z.
Interesa encontrar una ecuación z=H(x,y) que cumpla las siguientes condiciones:
1. Que sea continua.
2. Que sea interpoladora exacta (debe satisfacerse para todos los puntos Pl).
3. Que tenga primeras y segundas derivadas continuas.
Algoritmo para obtener el Spline Bicúbico Natural.
El spline bicúbico natural se puede obtener mediante diferentes algoritmos:
a. En forma paramétrica.
b. En forma explícita resolviendo sistemas en cada rectángulo.
c. En forma iterativa.
Es este último (creado en los años 80 [71] para los splines bicúbicos) el caso que interesa en
esta investigación puesto que a pesar de no ser, en su forma original, el más eficiente de los
tres planteados está basado en los algoritmos y expresiones clásicas del spline cúbico natural.
El algoritmo iterativo tiene los siguientes pasos:
1. Obtener n1 splines en dirección y. Cada uno de estos splines tiene n2-1 ecuaciones.
Las mismas se escriben según cada columna:
Columna i =1:
z = a11 + b11 ( y − y1 ) + c11 ( y − y1 ) 2 + d 11 ( y − y1 ) 3
si
y1 ≤ y ≤ y 2
......………..
z = a1n 2 −1 + b1n 2 −1 ( y − y n2 −1 ) + c1n2 −1 ( y − y n2 −1 ) 2 + d 1n 2 −1 ( y − y n2 −1 ) 3
si
y n2 −1 ≤ y ≤ y n2
...
Columna i = n1:
z = a n11 + bn11 ( y − y1 ) + cn11 ( y − y1 ) 2 + d n11 ( y − y1 ) 3
si
y1 ≤ y ≤ y 2
…………….
z = a n1n2 −1 + bn1n 2 −1 ( y − y n2 −1 ) + cn1n2 −1 ( y − y n2 −1 ) 2 + d n1n2 −1 ( y − y n2 −1 ) 3
2. Para cada una de las j= n2-1 franjas horizontales hallar:
si
y n2 −1 ≤ y ≤ y n2
�a. El spline cúbico natural entre los valores (xi,aik) donde 1 ≤ i ≤ n1 y j=1,…n2-1 y se
obtiene:
Franja j =1:
a1 = pa11 + qa11 ( x − x1 ) + ra11 ( x − x1 ) 2 + sa11 ( x − x1 ) 3
para
x1 ≤ x ≤ x 2
…………..
a1 = pa1n1−1 + qa1n1−1 ( x − xn1−1 ) + ra1n1−1 ( x − xn1−1 ) 2 + sa1n1−1 ( x − xn1−1 ) 3
para
xn1−1 ≤ x ≤ xn1
...
Franja j = n2-1:
a n2 −1 = pa n2 −11 + qa n2 −11 ( x − x1 ) + ra n2 −11 ( x − x1 ) 2 + sa n2 −11 ( x − x1 ) 3
…………..
para
x1 ≤ x ≤ x 2
a n2 −1 = pa n 2 −1n1−1 + qa n2 −1n1−1 ( x − x n1−1 ) + ra n2 −1n1−1 ( x − x n1−1 ) 2 + sa n2 −1n1−1 ( x − x n1−1 ) 3
para xn1−1 ≤ x ≤ xn1
b. El spline entre (xi,bik) donde 1 ≤ i ≤ n1 y j=1,…,n2-1 que en general se escribe:
bj = pbji + qbji ( x − xi ) + rbji ( x − xi ) 2 + sbji ( x − xi ) 3
para
i=1,…,n1-1
y
para
xi≤x≤xi+1.
c. El spline entre (xi,cik) donde 1 ≤ i ≤ n1 y j=1,…,n2-1 que en general se escribe:
c j = pc ji + qc ji ( x − xi ) + rc ji ( x − xi ) 2 + sc ji ( x − xi ) 3 para i=1,…,n1-1 y para
xi≤x≤xi+1.
d. Y finalmente el spline entre (xi,dik) donde 1 ≤ i ≤ n1 y j=1,…,n2-1 que en general se
escribe:
d j = pd ji + qd ji ( x − xi ) + rd ji ( x − xi ) 2 + sd ji ( x − xi ) 3 para i=1,…,n1-1 y para
xi≤x≤xi+1.
Luego, para el “parche“ rectangular tal que xi≤x≤xi+1 y además yj≤y≤yj+1 se tiene:
(5) z = H(x,y)=A(x)+B(x)(y-yj)+C(x)(y-yj)2+D(x)(y-yj)3
[
[ pb
[ pc
[ pd
]
+ qb ( x − x ) + rb ( x − x ) + sb ( x − x ) ]( y − y ) +
+ qc ( x − x ) + rc ( x − x ) + sc ( x − x ) ]( y − y ) +
+ qd ( x − x ) + rd ( x − x ) + sd ( x − x ) ]( y − y )
= pa ji + qa ji ( x − xi ) + ra ji ( x − xi ) 2 + sa ji ( x − x i ) 3 +
ji
ji
ji
ji
i
ji
i
ji
i
ji
i
ji
i
ji
2
2
i
2
ji
i
ji
i
ji
3
3
i
j
2
j
3
j
3
Para esta investigación se ha introducido el algoritmo de Kincaid-Cheney (ver anexo 35) para
obtener la expresión explícita para cada parche y entonces el cálculo ha quedado simplificado
notablemente.
El error de interpolación es planteado a partir de la fórmula del error de la interpolación
multivariada [70] que para este caso toma, para cada “parche”, la forma:
E(x,y)ij = h
xx
(ξ , y )( x − x ) 2 ( x − x
) 2 / 2 + h ( x ,η )( y − y ) 2 ( y − y
)2 / 2 −
i
i +1
yy
j
j +1
�h (ξ ' ,η ' )( x − x ) 2 ( x − x
)2 ( y − y )2 ( y − y
)2 / 4
xy
i
i +1
j
j +1
para ξ,ξ’ ∈ [xi,xi+1] y η,η’ ∈ [yj,yj+1].
En el anexo 13 puede verse una demostración del autor de esta tesis del siguiente:
Teorema: La función z=H(x,y) es interpoladora exacta, continua y con primeras y segundas
derivadas continuas.
Generalización
El algoritmo anterior permite definir y obtener para una red ‘rectangular’ de Rk formada por
los puntos (Xij), j=1,...,n y además ij=1,...,mj; donde a cada uno de ellos les corresponde un
valor Zi1i2 ... in , un spline K-Cúbico o sea cúbico para cada una de las variables Xi y que en
general tiene 4K coeficientes numéricos.
Puesto que el Spline Tricúbico se obtiene a partir del Bicúbico de la misma manera que este del
Cúbico entonces es evidente que las propiedades de interpolación y continuidad se trasladan al
spline Tricúbico; de manera análoga todo spline K-Cúbico obtenido de esta manera conservará
dichas propiedades.
Comentario sobre la eficiencia del algoritmo
El algoritmo clásico que conocemos para obtener el spline bicúbico natural precisan de un gran
número de operaciones (incluyendo la solución de (n1-1)(n2-1) sistemas de 16 ecuaciones con
16 variables) [2,139] lo cual es poco atrayente para las aplicaciones prácticas. El proceso
iterativo que se propone sobre el algoritmo de Kincaid-Cheney
no necesita resolver
laboriosamente los sistemas de ecuaciones (que son tridiagonales) y esto, unido a que un
spline (k+1)-Cúbico se obtiene a partir de spline k-Cúbico, hace que pueda ser considerado
más potente el algoritmo presentado. Además cabe señalar que la demostración del teorema
ha sido desarrollada con recursos elementales (anexo 13).
No debe finalizar este epígrafe sin señalarse que pueden ser definidos splines lineales y
cuadráticos que mediante razonamientos análogos pueden ser generalizados de la misma
forma; los splines trilineales también serán mencionados más adelante.
3.4 Modelación del comportamiento geoquímico, litológico y topográfico de los yacimientos
lateríticos.
A. Modelación geoquímico y litológico.
Modelar el comportamiento de un parámetro geólogo - minero tiene incontestable
importancia ya que es la herramienta principal de su pronóstico; como se ha dicho:
“El
pronosticamiento
es
un
problema
más
esencial
que
la
planificación
y
la
homogeneización en el almacén ya que sienta las bases, informa sobre los parámetros
que son indispensables para el desenvolvimiento eficiente de los restantes,...” Página 4
de [16].
Para realizar desarrollar un modelo deben atenderse ciertos requerimientos ideológicos que
tienen que ver con los factores que determinan su éxito. Al respecto se ha planteado,
con mucho acierto, que:
“De manera que si MODELACION es el acto de reflejar las propiedades de un objeto
concreto para facilitar su descripción y caracterización y ese reflejo es el MODELO,
�entonces lo esencial para el éxito de la modelación es reunir el máximo de
observaciones del OBJETO (conocimiento geológico) e interpretar de manera
COMPETENTE esos datos. La TECNOLOGIA, entonces nos brinda las herramientas
para el acto de modelar. Por tanto podemos enunciar que LA TECNOLOGIA ES
IMPORTANTE PERO CONOCER EL OBJETO Y SER COMPETENTE ES LO
ESENCIAL.”
“Ser COMPETENTE se
refiere a tener la capacidad de conocer y manejar con
suficiencia el basamento teórico de las técnicas para modelar.” [136].
Los modelos pueden ser de diferentes tipos, desde simples descripciones en lenguaje
natural hasta complejos sistemas matemáticos. Es esencial percatarse que para lograr
ciertos objetivos bastan los primeros y para cubrir otras necesidades son necesarios los
últimos. En este epígrafe, se hará referencia a modelos matemáticos.
Los modelos mas comunes que se han encontrado pueden ser clasificados en:
1. Modelos de Medias Generales y Zonales.
a. Medias no ponderadas (la media aritmética, etc.).
b. Medias ponderadas (inverso de una potencia de la distancia, kriging, etc).
2. Modelos de Análisis de Tendencia.
3. Modelos de Interpolación.
4. Modelos Estadísticos.
Una forma de clasificar los modelos matemáticos es en Determinísticos y en Probabilísticos
- Estadísticos. Se puede pensar que los primeros son un caso límite de los segundos o
que a partir del nacimiento de Teoría de las Variables Regionalizadas se produjo la unión
entre los dos tipos de modelos.
Lo cierto es que la experiencia ha demostrado en sus múltiples ejemplos que para modelar
matemáticamente un fenómeno en ocasiones ha sido necesario unir teorías
aparentemente diferentes para lograr el modelo deseado y siempre el éxito ha
acompañado a los que encontraron la combinación que el fenómeno real exigía.
En la práctica de los yacimientos lateríticos cubanos, hoy se usan modelos de interpolación
lineal unidimensional para resolver algunos problemas de pronóstico, como por ejemplo
estimar los fondos de los pozos de la red de explotación; se han usado profusamente
métodos de medias aritméticas para estimar valores de algunos componentes en las
columnas de estos pozos e interpolación lineal en los pronósticos de los componentes
en los fondos. Ha sido común buscar relaciones entre variables por ajustes por el
Método de los Mínimos Cuadrados. Se han realizado pronósticos con inversos de
diferentes potencias de la distancia, interpolación lineal con triangulización, kriging, etc.,
métodos que generalmente se usan en el software SURFER [147], pero se desea
reiterar que estos trabajos que revisados aprovechan las excelentes posibilidades de
cálculo y gráfico que tienen hoy en día las aplicaciones computacionales sin tener en
cuenta todas las características reales de los fenómenos; esto tiene su excepción en el
caso de [121] usado por CEPRONIQUEL.
En literatura referida al final de este trabajo se han encontrado modelaciones a partir de la
geoestadística
del
comportamiento
de
parámetros
de
yacimientos
lateríticos
�[16,17,58,65,79,99]. En sentido general los mismos se han caracterizado por tener
enfoques bidimensionales clásicos y por trabajar sobre los parámetros de la potencia, la
concentración de algunos elementos y la estimación de volúmenes y reservas, excepto
en el estudio realizado por la Malecon Minerals and Metals en el Proyecto Cupey [99]
donde se utilizan modelos geoestadísticos tridimensionales para la estimación de
recursos y reservas.
Para ilustrar una parte básica de la complejidad del problema planteado se ha redactado el
anexo 39 donde se hacen algunas consideraciones sobre la consistencia de la
información que se utiliza para las modelaciones geoquímicas.
Al describir el modelo que se propone se parte del hecho de que la clasificación tecnológica
y litológica de una capa depende de los valores de propiedades químicas y físicas de los
minerales que la forman; asimismo el cálculo de reservas depende directamente de los
valores mencionados y como veremos en el capítulo 4, también la efectividad de cada
planificación estará en función de un conocimiento más exacto de las estas propiedades,
por tanto nos concentraremos en la modelación de las mismas.
En ciertas escalas espaciales los fenómenos físicos y químicos actúan de manera tal que
existe influencia o relación entre los valores de una propiedad en un punto y los valores
de esta propiedad en puntos cercanos. Estas relaciones pueden ser de carácter
determinístico o de carácter estadísticos y manifestarse preferentemente en ciertas
direcciones y presentar regularidades en sus variabilidades según ciertas escalas.
Asumiremos que en los yacimientos lateríticos que las propiedades físicas y químicas
mantienen cierta continuidad en el sentido vertical en intervalos de pocos metros y los
cambios en las mismas pueden ser suaves o bruscos, predominando estos últimos
según la génesis y desarrollo de la micro - zona geológica. En el sentido horizontal la
continuidad de la propiedades se manifiesta en intervalos mucho mayores predominando
los cambios suaves pero en ocasiones bruscos debido a la presencia de accidentes
geográficos tales como arroyos y ríos, grandes grietas, desplazamientos, pequeñas
fallas, etc que pueden, en poco tiempo, haber configurado de otra forma la geometría
original.
Principio 1: Una red con distancias verticales no mayores de 1 m y distancias horizontales
mayores que tengan en cuenta las escalas de variabilidad de las propiedades que se
estudian son convenientes para obtener los datos de las modelaciones de estas
propiedades.
Hasta el momento, la mayoría de los modelos introducidos para la descripción de las
propiedades físicas y químicas de los yacimientos lateríticos son bidimensionales y para
todo el yacimiento, se enuncia el:
Principio 2: Los modelos que se empleen para la descripción de propiedades físicas y
químicas de los yacimientos lateríticos deberán ser tridimensionales y locales.
El hecho de que el modelo sea local, no debe interpretarse como una independencia
absoluta de los modelos de zonas colindantes, por el contrario si hay continuidad en el
fenómeno real, esta debe reflejarse en los modelos locales.
�En ocasiones los modelos no presentan las propiedades y consecuencias que exige el
mundo real y nuestras necesidades, para el caso que se discute se enuncia el:
Principio 3: Los modelos que se usen deben permitir describir el comportamiento numérico
de la propiedad estudiada en el mundo tridimensional y deben ser interpoladores exactos
y con niveles de acotación aceptables. Además deben contener parámetros que
permitan el ajuste de la suavización del modelos.
El proceso de intemperismo en cierta medida produce un proceso de ‘organización’ en los
yacimientos lateríticos donde la característica aleatoria pierde preponderancia y la
característica determinística se acentúa.
Principio 4: El estado de la corteza de intemperismo al que se le ha llamado Grado de
Maduración reviste singular importancia en la toma de decisión de cual modelo deberá
asumirse; de este modo en algunos casos deberán emplearse modelos determinísticos,
en otros casos modelos aleatorios y en otros casos, modelos donde se combine lo
determinístico con lo aleatorio.
El modelo propuesto en esta investigación tiene las siguientes características:
I. Se llamará W a la variable modelada y X,Y,Z a las variables espaciales.
II. Siempre se obtendrá un modelo particular de W para cada bloque de exploración.
Esta es una decisión de comodidad administrativa pero asumiremos heurísticamente
que en general estos bloques de 300x300 m2 son de menor o igual tamaño (en
planta) que las zonas geológicas del yacimiento. En los casos necesarios puede
cambiarse esta decisión.
III. Todos los datos de posición vertical de los datos de W en cada pozo, para los efectos
de la modelación pueden ser trasladados a la cota W=Wo mediante una traslación.
Gráficamente un perfil nivelado tiene el siguiente aspecto:
Figura 3.1
A los efectos de las estimaciones, los datos donde se quieran realizar las estimaciones
deberán sufrir la transformación inversa.
IV. El modelo de W siempre tendrá la forma de una combinación lineal de una
componente determinística tipo Spline Tridimensional y una componente aleatoria
descrita por un estimador tipo Kriging Puntual.
W(X,Y,Z) = k1 D(X,Y,Z) + k2 A(X,Y,Z)
Para esta investigación k1 y k2 solo tomarán valores discretos en {0,1}. Siguiendo las
ideas de la tabla del anexo 37 según las consideraciones de [137], se asume que se
�tienen tres estados posibles del grado de maduración de la corteza de intemperismo:
madura, medianamente madura e inmadura.
Para el primer caso, prevalecerá la parte determinística {k1=1 ; k2=0} y se procederá a
una regularización de la red (ver anexo 34, inciso 3.a).
Para el segundo caso {k1=1 ; k2=1} o sea ambas partes tienen la misma
preponderancia pero A(X,Y,Z) se estima sobre los datos residuales Vi = Wi D(Xi,Yi,Zi) según se explicó en 3.2, página 45, donde , para determinar D se realiza
una nivelación con el pozo cuya boca tenga mayor cota y se regulariza todos los
pozos de la red a cotas con valores enteros (ver anexo 34, inciso 3.a) mediante un
método de interpolación unidimensional que puede ser el spline lineal (interpolación
lineal) y mediante una traslación se nivela.
Para el tercer caso se tiene que {k1=0 ; k2=1} y se trabaja la geoestadística lineal
sobre los datos originales nivelados según se vio en III.
En el anexo 40 se ilustra de una manera sencilla la esencia de los dos primeros casos
sobre un corte vertical y el significado de las estimaciones en cada caso.
IV. Estos modelos para su implementación necesitan de ciertos requerimientos.
a. Splines Tridimensionales: Precisan de una red tridimensional rectangular
completa, la misma se obtiene mediante la estimación de los pozos que falten
mediante un método alternativo (hemos empleado inverso del cuadrado de la
distancia en una zona de influencia formada por un elipsoide isotrópico de radios
a=b=100 m y c=3 m); para lograr que todos los intervalos verticales queden a la
misma distancia se interpoló en la dirección vertical mediante el algoritmo descrito
en el anexo 28 teniendo especial cuidado en extrapolar el valor W=0 para los
puntos que están por debajo de los límites del pozo en particular. La decisión de
usar splines trilineales o tricúbicos depende del nivel de ‘suavidad’ que se quiera
imprimirle a la descripción del fenómeno.
b. Kriging Puntual: El análisis variográfico se realizó según se ha explicado en el
epígrafe 3.2. Solo, a modo de curiosidad, se quiere destacar que en una
modelación
experimental
de
12
bloques
del
yacimiento
Punta
Gorda
considerándolos en la categoría inmaduros, el lag que se tomó como más
conveniente en todos los casos fue de 16.66 m y los modelos de variogramas más
eficientes para estimar el Ni, Fe y Co, según los criterios de media aritmética y
desviación estándar de la validación cruzada y de los errores de estimación y el
IGF fueron todos esféricos.
En esta investigación solo se proponen tres opciones para modelar propiedades de los
yacimientos lateríticos; en opinión de este autor, el tema sería enriquecido notablemente
si se trabajara en la búsqueda de la relación entre las características geológicas y los
valores de k1 y k2 pero variando estos parámetros en el campo de los números reales.
Por otra parte solo se pueden ofrecer criterios matemáticos (numéricos) (previos o
posteriores) o prácticos (posteriores) para evaluar la efectividad de cada modelo, lo cual
quiere decir que si a priori no se conoce, por la información geológica, el estado de la
corteza de intemperismo en la zona, se deberán probar los tres modelos y luego
�comprobar su eficiencia mediante el muestreo de explotación u otras mediciones y
mediante criterios matemáticos; este es un tema que también se considera abierto para
su profundización.
B. Modelación topográfica.
Una tarea común en nuestra minería es la de realizar mediciones topográficas en un
terreno y a partir de las mismas modelar la superficie correspondiente con el objetivo de
determinar propiedades o límites de algún estrato o cuerpo [25,51,127,144]. Entre los
métodos que se emplean en la actualidad está el Kriging, ponderado por la posibilidad
de estimar el error de estimación pero que requiere de cierta capacitación especial del
personal y su automatización no resulta siempre conveniente. Existen otros métodos de
estimación que se han utilizado ampliamente; entre estos últimos vale destacar por su
sencillez el método de interpolación lineal con triangulización en R3 muy aceptado
debido a la conveniencia de las redes topográficas triangulares [10].
En el caso de la interpolación lineal con triangulización, el error de estimación no se
puede decir exactamente ya que las fórmulas clásicas para las interpolaciones vienen
dadas por expresiones que incluyen derivadas de la función que describe el fenómeno,
evaluadas en cierto punto acotado pero desconocido; si la función viene dada en forma
de una tabla de datos, determinar el error es prácticamente imposible. Por todo lo
expuesto, reviste singular interés disponer de fórmulas que permitan al menos estimar el
error de interpolación lineal.
Se puede demostrar que la interpolación lineal, vista en el caso más general de Rn, es
bajo ciertas condiciones, un caso particular de un método de Kriging (ver anexo 41), lo
que nos permite afirmar que esta forma de interpolación presenta ventajas relacionadas
con la posibilidad de obtener la estimación del error de interpolación, que es difícil
cuando solo disponemos de una tabla de datos como información del fenómeno siendo
este el parámetro que expresa la eficiencia del modelo analítico - numérico y del modelo
gráfico.
Una proposición para los modelos topográficos de los bloques
En primer lugar, las mediciones topográficas deberán realizarse con la metodología
adecuada y con el rigor requerido para disminuir otro tipo de errores [10,102].
En segundo lugar se propone elaborar para cada bloque sobre un grid o rejilla cuadrada de
1/8 del lado del cuadrado de la red básica de exploración, un total de 7 ‘planchetas’, con
los siguientes fines, controlar:
i. Topografía de la superficie, techo y fondo del mineral original (P1,P2,P3).
ii. Topografía de la superficie, techo y fondo del mineral reales determinados durante en
desarrollo de nuevas exploraciones y de la minería (P4,P5,P6).
iii. Topografía actual del terreno (P7).
Una de las cuestiones que hemos mencionado es el carácter dinámico de la información y de
los modelos. Poder estimar el error de interpolación pone en nuestras manos la
posibilidad de decidir, en conjunto con las técnicas topográficas adecuadas [10,61], en
que zonas es necesario obtener mayor cantidad de información o de mejor calidad para
mejorar nuestros modelos topográficos.
�3.5. Validación y complementación de la modelación propuesta a través de bloques
experimentales, mediante métodos geofísicos y mediante el control de la minería.
La modelación que hemos planteado en 3.4 tiene, al igual que la información, carácter
dinámico y este dinamismo debe basarse en la validación y complementación de cada
modelo con respecto a criterios objetivos y confiables. Para ello se proponen tres vías
principales:
a. Mediante bloques experimentales.
El primer aspecto que debe tenerse en cuenta es que se tenga la posibilidad de poder
escoger una muestra de un tamaño estadísticamente representativa y que también tenga
en cuenta las situaciones previstas. Esto ha encarnado serias dificultades para esta
investigación ya que se supone que los bloques escogidos estén mejor explorados (o
sea que se conozca más sobre los fenómenos que se investigan) que los demás y como
es fácil de entender, hacer que esto suceda puede encarecer la validación de los
modelos hasta límites prohibitivos. En el caso del yacimiento Punta Gorda, al cual se le
han dedicado la mayor parte de las pruebas, se tiene una situación especial ya que
aunque los 88 bloques que lo forman tienen red de exploración, alrededor de 35 tienen
red de explotación (ver capítulo 1) y se tiene el bloque O48 que tiene perforada una red
vertical completa cada 8.33 m lo cual la hace adecuada para un trabajo de este tipo. En
el anexo 32 se describe la metodología (y algunos resultados satisfactorios) para esta
comprobación con el caso del bloque O48. En el caso de la empresa Moanickel S.A.
Pedro Soto Alba es factible en el futuro realizar un experimento con todas las exigencias
requeridas puesto que las redes de explotación se están realizando actualmente como
se ha descrito en el anexo 38.
b. Mediante métodos geofísicos.
Aunque en estos momentos los estudios geofísicos realizados en los yacimientos
mencionados no constituyen en las tres industrias en explotación un método de uso
activo en las decisiones de las actividades mineras, no hay dudas que sus resultados
son positivos [67,152] y que además varias entidades prestigiosas del país han mostrado
interés en profundizar en este tema.
La geofísica tiene diferentes técnicas para realizar sus estudios y en el caso de los
yacimientos lateríticos varias de ellas son aplicables; es esta diversidad, junto al firme
criterio de que solo la validación por la comparación de los resultados de diferentes
métodos puede producir desarrollo positivo en todos y cada uno de los ellos, lo que hace
afirmar que la modelación geoquímica - litológica y topográfica propuesta tiene una de
sus vías de validación, complementación y perfeccionamiento en la investigaciones
geofísicas.
c. Mediante el control de la minería.
Es este, sin dudas, el mejor de todos los métodos de validación de cualquier modelo
teórico, pero tiene la exigencia de que precisa la construcción de un sistema efectivo de
control y de interrelación de la información de ambos subsistemas (pronóstico y control).
Para los detalles sobre el sistema de control que se propone vea el Capítulo 5. En este
�trabajo no se presentará un ejemplo de este tipo de chequeo ya que no se han podido
disponer de los datos de extracción controlados sistemáticamente por una entidad
externa (a los departamentos de la subdirección de minas) en los frentes de extracción
del yacimiento Punta Gorda y de otras minas [10].
3.6 Análisis del problema de la modelación y pronóstico de las masas volumétricas.
Por cálculo de recursos o de reservas se comprende la determinación de la cantidad de
materia prima de un yacimiento o alguna de sus partes, habitualmente expresadas en
toneladas métricas. En todo cálculo de recursos o reservas se consideran las
características físicas y químicas del mineral y la geometría del yacimiento.
Ya hemos visto que una gran cantidad de características físicas varían sensiblemente, tanto
entre diferentes yacimientos, como entre distintas zonas de un mismo depósito. Entre estas
características pueden señalarse la porosidad del mineral, los minerales y elementos
predominantes, la distribución granulométrica, la humedad del mineral y otros que influyen
directamente en los valores de la masa volumétrica de las menas.
La cantidad de cierto metal existente en una zona o yacimiento mineral, se determina
teniendo en cuenta el contenido promedio de metal y el tonelaje total de los recuersos de la
mena, las cuales han sido calculadas sobre la base de la masa volumétrica establecida, por
tanto cualquier inexactitud existente en la determinación de la masa volumétrica empleada,
se refleja como inexactitud en las reservas de metal calculadas.
La determinación de la masa volumétrica a partir de mediciones en pozos criollos es el
principal
método
empleado
en
los
yacimientos
lateríticos
cubanos
[28,108,111,130,138,141,153,154]; el número de pozos criollos que deberán ejecutarse
para obtener un valor confiable, será aquel que garantice que todos los tipos predominantes
de mineral, existentes en el yacimiento queden debidamente representados, con el fin de
que se pueda determinar la masa volumétrica de éstos o de las mezclas en que ellos se
presentan. Además, en los pozos criollos, se determinan las leyes de los componentes Ni,
Co y Fe y la humedad del mineral en el macizo expresada en %.
Cuanto mayor sea el número de pozos criollos que se excaven (estos pozos coinciden,
generalmente, con uno de los pozos de la red de exploración geológica) mayores serán las
probabilidades de obtener una masa volumétrica verdaderamente representativa del
depósito. En la práctica es necesario buscar un equilibrio entre este planteamiento y el
principio de que el volumen de trabajos a realizar en la exploración geológica, debe ser el
mínimo capaz de rendir resultados confiables para la categoría en que se trabaja.
En el caso de los yacimientos lateríticos cubanos, una densidad de unos 10 pozos criollos
por kilómetro cuadrado de área de mineral, “ha producido resultados aceptables” [153]
Determinación de la masa volumétrica en los yacimientos lateríticos cubanos.
En los yacimientos lateríticos cubanos históricamente se ha obtenido la masa volumétrica
promedio por zonas, para cada uno de los horizontes tecnológicos de mineral.
Esto significa, por ejemplo, que mediante el pesaje y determinación de la humedad de todo
el mineral del pozo criollo, comprendido en la zona que se halla clasificado como laterita de
balance de acuerdo con el resultado de la perforación, se establece una sola masa
volumétrica para ese mineral.
�De la misma forma se procede con la serpentinita aunque en realidad, el mineral
comprendido dentro del horizonte de serpentinita blanda estará compuesto por fracciones
de roca dura hasta terrosas, y por alguna laterita presente como bolsones o desarrollada en
grietas preexistentes. Pero aunque cada una de estas fracciones posee una masa
volumétrica propia, se obtiene para todo el material una masa volumétrica promedio.
La proyección de los pozos criollos y el uso de criterios estadísticos adecuados previó que
la determinación de las masas volumétricas fuera adecuada, sin embargo el abuso de los
valores medios, en aras de simplificar los cálculos, ha conducido a la aceptación de
métodos simplistas y burdos. Por ejemplo, en la Empresa Ernesto Che Guevara de Moa,
Provincia Holguín, se ha dividido el yacimiento en tres zonas arbitrarias denominadas
ETAPAS y se le asigna a cada capa tecnológica de las etapas un valor promedio de masa
volumétrica.
Este método conduce evidentemente a errores groseros durante la
determinación de las reservas.
Este método, que hoy se aplica a todos los minerales que se clasifican en el cálculo de las
recursos en los yacimientos lateríticos cubanos, facilita las operaciones de cálculo,
incluyendo las que son realizadas para el mineral extraído durante todo el período de
explotación del yacimiento; sin embargo, la masa volumétrica determinada de esta forma
presenta errores que han influido considerablemente en la exactitud de la determinación de
los recursos y las reservas y en el control de la minería [10].
Para la propuesta del nuevo método se tendrán en cuenta cinco aspectos.
1. En primer lugar, considerando que los cálculos de recursos se realizan actualmente en
los yacimientos lateríticos cubanos a partir de la zona de influencia de cada pozo (ver
epígrafe 3.8) de exploración mediante cuya fórmula básica es la siguiente [156]:
R = A × P × M, donde:
A : Area de influencia superficial del pozo de exploración, m2;
P : Potencia del pozo de exploración , m;
M : Masa volumétrica del mineral, t/m3.
Es necesario, por tanto, tener información confiable sobre el valor de la masa
volumétrica de las capas tecnológicas de cada uno de estos pozos. Otras formas de
calcular los recursos también precisan en sus expresiones o algoritmos del valor de la
masa
volumétrica
por
lo
que
este
problema
adquiere
importancia
general
[58,74,75,77,78,98,135].
2. En segundo lugar, todos los tipos tecnológicos de menas utilizados clásicamente por los
geólogos en la minería cubana del níquel no constituyen necesariamente la clasificación
más adecuada para el proceso de planificación, ejecución y control de la extracción.
Recordemos que desde el punto de vista de la explotación del yacimiento, hemos
propuesto dividir el perfil vertical en las siguientes capas tecnológicas: escombro
superior (ES), laterita de balance, serpentina de balance, la suma de ellas o mena
industrial (LB+SB), escombro intermedio (EI) y serpentina dura (SD), a cada una de las
cuales se le estimará un valor de masa volumétrica promedio (ponderado) en cada pozo
de la red de exploración.
�3. Un tercer aspecto es que cuando el pozo de exploración coincide con un pozo criollo, los
valores de la masa volumétrica de cada capa tecnológica del pozo de exploración deben
coincidir con los del pozo criollo en la pared correspondiente.
4. El cuarto aspecto está relacionado con la dependencia que existe entre la masa
volumétrica y los valores del contenido de algunos componentes del mineral.
Considerando los trabajos de Elmer Ruz [138] y Francisco Serrano [141], desarrollados
en los yacimientos lateríticos de la empresa “René Ramos Latour”, en Nicaro, provincia
Holguín, Cuba, donde se muestra que la masa volumétrica es una función Ft de los
contenidos de Ni, Fe y Co de la mena en cuestión y que depende además de la capa
litológica que se estudie; se puede estimar la masa volumétrica de un pozo de
exploración determinado para cada una de las capas tecnológicas presentes en un perfil
vertical conociendo los valores puntuales de los contenidos de Ni, Fe y Co y el tipo
litológico correspondiente, bastaría con evaluar M = Ft (Ni , Fe , Co) si se conociera la
expresión de la función Ft.
5. Por ultimo, cuando se estudió el modo de encontrar la expresión de Ft surgió de manera
natural el Método de los Mínimos Cuadrados pero en este caso la estimación no cumple
la propiedad de ser interpolador exacto y además consideramos que de cierta manera Ft
debía ser una función que considerara el aspecto local del fenómeno, es decir que
dependiera de un conjunto de pozos criollos geográficamente cercanos.
No obstante, se analizó la posibilidad de aplicar otros tres métodos para obtener una
modelación de las masas volumétricas lo cua se explica en el anexo 26.
Descripción del nuevo método
Conociendo las coordenadas de un pozo de exploración P (Xp; Yp) cuyos contenidos
promedios de níquel, cobalto y hierro para la capa tecnológica t son respectivamente Nit,
Cot y Fet, se puede estimar el valor de la masa volumétrica MtP para la capa tecnológica t
del pozo P utilizando la siguiente metodología:
1. Triangulizar a partir de las coordenadas planas de la pared Norte (puede tomarse otra
pared) del conjunto de pozos criollos conocidos, y determinar por esta pared cuales son
los pozos A1, B1, C1 (donde los valores de Nit1, Cot1, Fet1 y Mt1, son sus contenidos y
masa volumétrica respectivamente para cada capa tecnológica t) que forman un
triángulo tal que el pozo de exploración P (Xp; Yp) este situado en el interior o en la
frontera del mismo ( recordemos que todos los pozos criollos del yacimiento se pueden
determinar para cada una de sus paredes las coordenadas medias (X,Y) y los valores de
los contenidos de Ni, Fe, Co y de masa volumétrica determinados para muestras
tomadas en profundidad a 1 m de distancia unas de otras). Considerando que existen
varios métodos para triangulizar, proponemos que se use el de Delaunay [100] que
satisface la propiedad del círculo donde se generan triángulos cuyos lados tienen
diferencias pequeñas o sea tienden a ser equiláteros.
Se obtienen los puntos A2, B2, C2 cuyas coordenadas planas son las de la media de la
pared opuesta a la que se tomó en el párrafo anterior y los valores de Nit2, Cot2, Fet2 y
Mt2 son sus contenidos y masa volumétrica para cada capa tecnológica t.
�2. A partir de los seis puntos A1, B1, C1, A2, B2, C2 y sus valores respectivos de Nit1, Cot1,
Fet1, Mt1, Nit2, Cot2, Fet2 y Mt2 para cada capa tecnológica t, se obtiene (resolviendo un
sistema de ecuaciones lineales) para cada triángulo de vértices A1, B1 y C1 la ecuación
lineal:
Mt = ao + a1x + a2y +a3Nit + a4Cot +a5Fet
Donde ao, a1, a2, a3, a4, a5 son coeficientes reales.
A partir de la expresión anterior se pueden obtener las masas volumétricas MtP de las
capas tecnológicas t de cualquier pozo de exploración P cuyas coordenadas X y Y se
encuentren en el interior o en la frontera de un triángulo ABC.
3. Cuando no se pueda utilizar este método de estimación de la masa volumétrica, debido
a que el pozo de exploración P(Xp;Yp) no pertenezca a ninguno de los triángulos
formados por los pozos criollos, entonces se propone estimar el valor de Mt en función
de la masa volumétrica de los puntos más cercanos, para ello se utilizara el método del
inverso del cuadrado de la distancia con la restricción de una zona de influencia circular
que incluya no menos de 3 pozos criollos seleccionados entre los más cercanos.
El método propuesto para el establecimiento de la masa volumétrica en los yacimientos
lateríticos además de ser simple con el uso de las computadoras, nos ofrece un resultado
mucho más confiable que el método utilizado con anterioridad, pues prevé un valor de masa
volumétrica para cada pozo de la red de exploración en cada una de sus capas
tecnológicas teniendo en cuenta las relaciones entre los % de Ni, Fe y Co del pozo de
exploración y su posición con respecto a los pozos criollos cercanos, sin embargo tiene la
dificultad de no tener en cuenta directamente los tipos litológicos medios; esto se debe a
que no se disponen hoy en día de esa información en las bases de datos informatizadas de
las minas. Además debemos agregar que este método pude conjugarse con zonificaciones
de los yacimientos tales como las propuestas en [10], lo cual aumentaría la confiabilidad de
los resultados.
Finalmente debe recordarse que según se observó en el Capítulo 2, aún queda por resolver
el problema de aumentar la fiabilidad de los valores de Ni, Fe y Co en los pozos de la red de
exploración que son los datos de entrada para estos cálculos.
3.7 Cálculo de Volúmenes.
Para el cálculo de volúmenes se considerarán soluciones para diferentes casos.
A. Sólidos cuya proyección es un rectángulo y está limitado por techo y piso mediante
superficies alabeadas y se tiene para las mediciones una red rectangular completa.
i. Si se quiere calcular el volumen con un error mínimo de las curvas de interpolación y
mediante pocos puntos y se puede definir donde se realizarán las mediciones,
siempre que los mismos tengan el mismo nivel de representatividad con respecto a
las cotas, bastará con usar de forma iterativa la fórmula de Gauss (anexo 27) tal
como se explica el método de perfiles verticales en [80].
ii. Si se quiere calcular el volumen con un error mínimo de las curvas de interpolación y
mediante pocos puntos donde las mediciones ya se conocen de antemano, bastará
con usar de forma iterativa la fórmula de Gauss (anexo 27) con la transformación LL
(ver anexo 28) tal como se explica el método de perfiles verticales en [80].
�iii. Si se quiere calcular el volumen aprovechando las propiedades de los splines
bidimensionales (ver epígrafe 3.3 ) donde las mediciones ya se conocen de
antemano, bastará con determinar para cada ‘parche’ la ecuación del spline
correspondiente al techo y la del spline correspondiente al piso y calcular la integral
de la manera clásica; siendo el Spline Bicúbico z = H(x,y) según el método descrito
arriba, se calcula el volumen total por:
n2 − 1 n1 − 1
∑ V
V= ∑
ij
j =1 i =1
donde
y
x
i +1 j +1
V = ∫
∫ H ( x , y )dydx
ij
x
y
i
j
El cálculo de los volúmenes Vi j puede hacerse analíticamente sin dificultades.
B. Sólidos cuya proyección es un rectángulo y está limitado por techo y piso mediante
superficies alabeadas y se tiene para las mediciones una red rectangular incompleta.
En estos casos se pueden tomar dos vías:
i. Completar la red mediante el uso del método de interpolación lineal por
triangulización o mediante kriging y usar uno de las vías descritas en 3.6 A.
ii. Usar directamente un método que no precise de una red rectangular como el de
triangulizar (recomendamos el método de Delaunay [100]) la red y calcular el
volumen total aproximado como la suma de los volúmenes de cada uno de los
sólidos cuyos ‘techos’ y ‘pisos’ son dos triángulos; estos últimos volúmenes se
pueden calcular de manera exacta.
Antes de continuar es conveniente señalar que el problema de la exactitud de los métodos
de cálculo de volúmenes para los casos descritos anteriormente ha sido tema de
investigaciones del autor de esta memoria, los resultados principales que nos permiten
reafirmar las recomendaciones 3.6.A.iii y 3.6.B.i puede verse [84,93], donde además se
comprueba mediante un experimento computacional que, además de la densidad de la red,
otros tres factores que determinan la exactitud del cálculo de volúmenes como los descritos
son la variabilidad de la superficie (se describe una fórmula para estimarla), la proporción de
puntos de medición (que no pertenezcan a la frontera de la región) que puedan
considerarse extremos o puntos de ensilladura y la regularidad de la red, medida por un
criterio que puede verse en [90].
C. Sólidos con proyecciones irregulares en los planos de coordenadas.
Son estos sólidos los más difíciles de realizarles los cálculos de volúmenes debido a que
las mediciones deben garantizar la determinación de los límites del cuerpo. Para el
cálculo de sus volúmenes se propone el algoritmo descrito en [82] el cual puede resultar
útil cuando se trata de determinar el volumen de un cuerpo de intercalación.
3.8 Cálculo de Recursos.
En nuestros yacimientos lateríticos el cálculo de los recursos se ha efectuado históricamente
mediante la fórmula de la zona de influencia que puede describirse como:
Método 1: Se tiene una columna vertical o pozo P que tiene D metros de profundidad donde se
han realizado K mediciones en igual número de intervalos que pueden ser o no de la misma
longitud Lk. Se considera que P está situado en el punto de intersección de las diagonales
�de un cuadrado de lado A; este cuadrado es la zona de influencia de P. Para cada intervalo
K se tiene un valor del volumen calculado por Vk=A2 Lk y además se conocen en ese
intervalo los valores promedios de la masa volumétrica Mk y del % de los componentes de
cierto elemento Wk (en nuestro caso se conocen, al menos, valores de Ni, Fe y Co en cada
intervalo). Los valores parciales de los recursos se calculan para cada intervalo como Rk =
Vk Mk y la cantidad de W se calcula como CWk = Rk Wk /100. Para conocer el valor en todo
el pozo se suman los resultados parciales.
En este punto conviene analizar el problema del error de estimación de W. Si se considera que
la variabilidad de W es conocida y está descrita por el variograma γ(h) cuando se estima el
valor de W en un punto Q perteneciente a la zona de influencia de P donde W=Wo entonces
se tiene que en Q el valor de W=Wo y el error de estimación es E=2γ(h) donde h es la
distancia entre los dos puntos; o sea que el error depende de la variabilidad de E y de la
distancia h. El error medio cuadrático de cálculo de recursos tiene la forma ECR =
( E vol ) 2 + ( E mas ) 2 [10] y para el cálculo de recursos del metal W se tiene la fórmula ECRW
=
( E vol ) 2 + ( E mas ) 2 + ( E w ) 2 , donde el valor del error medio de la determinación del
error de W en A estará dado por Ew =
2
A2
A
A
∫ ∫ γ (h)dxdy .
0
0
Otros métodos clásicos de cálculos de recursos que existen se basan fórmulas análogas de
multiplicar volumen por masa volumétrica pero con diferentes formas de calcular el volumen
del cuerpo en dependencia de la forma que tenga el mismo [98,140,156].
Método 2: Se basa en el hecho de que si se conocen las hipersuperficies ‘por tramos’ u=f(x,y,z)
que expresa la ley de un elemento u en cada punto (x,y,z) de un sólido que contiene los
n1×n2×n3 datos y/o estimaciones y la función P(x,y,z) expresa en cada punto la masa
volumétrica, entonces puesto que la reserva R, es el producto del volumen V por la masa
volumétrica P por la ley del componente u y usando la definición de integral triple se tiene:
R=
n3 − 1 n2 − 1 n1 − 1
∑
∑
∑ R
donde
ijk
k =1 j =1 i =1
y
x
z
i +1 j +1 k +1
R = ∫
∫
∫ P( x , y , z ) f ( x , y , z )dzdydx para un pequeño paralelepípedo cuyos
ijk
x
y
z
i
j
k
lados son xixi+1; yjyj+1; zkzk+1. Las dificultades evidentes de este método son la obtención de las
funciones P(x,y,z) y f(x,y,z). La ventaja del método está dada en que elimina la rigidez de
trabajar con valores promediados para todo los puntos del paralelepípedo o sea es una manera
de acercarnos a la realidad.
Método 3: El método estadístico no precisa del cálculo del volumen sino que se basa en la
productividad del área medida de manera estadística y la delimitación de esta área; los detalles
pueden verse en [98]. El método tiene, para este autor, la desventaja de que depende de la
aceptación de la aleatoriedad como única (o preponderante) propiedad del modelo del
fenómeno que se analiza lo cual no concuerda con la realidad y además se precisaría de un
�estudio altamente especializado (por zonas y elementos) de las parámetros y distribuciones
estadísticas de los sitios explorados y minados, cosa para la cual no se tienen en la actualidad
datos precisos.
Método 4: La evaluación de recursos mediante métodos geoestadísticos es bastante conocida
[5,17,32,58,106,107] y puede realizarse de la manera clásica visto en el método 1, calculando el
volumen del cuerpo mediante una red densa estimada por kriging o puede tomarse
directamente el tonelaje como una variable regionalizada en unidades de volumen; los cálculos
se realizan mediante estimaciones por kriging. La ventaja principal de este método es que
permite evaluar el error de estimación y como desventaja precisa de personal calificado y de
labor computacional compleja y laboriosa.
En sentido general, es difícil decidir sin estudios particulares de cada bloque, cual método es
más conveniente para estimar los recursos (o reservas) del bloque, pero este autor no tiene
dudas de que el método de zonas de influencia, por su sencillez, puede ser utilizado en la
medida en que las áreas no sean mayores que los valores permitidos por la variabilidad
estudiada, para garantizar que los errores no excedan los rangos permisibles. Como cuestión
positiva puede aducirse que el uso de intervalos verticales no mayores de 1 m debe permitir
obtener buenos resultados pues en áreas pequeñas las variaciones estadísticas dentro de las
capas del mineral laterítico no son muy grandes. Otra cuestión positiva es que al hacer más
densa la red, se garantiza una rápida disminución del error de estimación lo cual relaciona la
efectividad del método a la efectividad de los modelos propuestos en 3.4.A que permiten
estimar redes más densas.
Un método ‘Zona de influencia 2’, que ha sido empleado en nuestra industria del níquel aunque
de manera muy simple, se explica a partir del siguiente gráfico que representa un plano de la
zona de influencia de un pozo sin y con la red de explotación (la cual puede estar desarrollada
completamente, desarrollada parcialmente con estimaciones de algunos valores o totalmente
estimada). Como se podrá observar en este gráfico, el método ‘Zona de Influencia 2’ es
simplemente aplicar el método 1 de zona de influencia a cada una de las áreas A1,...,A9,
teniendo en cuenta que las fórmulas de cálculo de volumen cambian para cada área y luego
sumar los resultados.
Figura 3.2: Descripción gráfica de las áreas del método de zona de influencia 2.
�Para ilustrar las argumentaciones sobre la propuesta de método que se presenta en esta
investigación como la más adecuada. el autor ha desarrollado un ejemplo de cálculos de
recurso de LB+SB en el bloque XXX del yacimiento Punta Gorda. En los tres métodos se
trabajó con los valores de masas volumétricas constantes utilizados usualmente por los
especialistas de la mina en esa zona: se usaron los datos de la red de exploración en los
Métodos 1 y 2 (usando en este caso el spline trilineal para modelar de manera continua sobre
los datos nivelados los valores de % de Ni, Fe y Co) y se usaron los datos de las redes de
exploración y explotación en el método ‘Zona de influencia 2’ donde se completó el valor del
fondo del mineral de la red de explotación y los valores del Ni, Fe y Co mediante la modelación
(ya que no se dispone de los datos obtenidos por mediciones directas) vista en 3.4.A usando
interpolación trilineal sin kriging.
En el anexo 31 se muestran los resultados de los cálculos del ejemplo mencionado de los
cuales se han obtenido las siguientes conclusiones:
1. A nivel de pozos se presentan diferencias significativas entre el Método 1 con respecto al
Método 2 y al ‘Zona de influencia 2’, no así a nivel de bloque lo cual puede explicarse con la
presencia de los conocidos fenómenos de compensación.
2. Las diferencias, a nivel de pozo, entre los Métodos 2 y ‘Zona de influencia 2’ son pequeñas
debido a que se ha incorporado en ambos casos una modelación que, aunque no refleja
totalmente la realidad, elimina la rigidez que implica suponer como se hace en el método 1,
que los valores de los elementos considerados se mantienen en un área de
aproximadamente 1111.1111 m2 y son independientes de los valores vecinos (considerando
también los valores de los pozos pertenecientes a otros bloques colindantes). En el Método
2, además se han calculado las integrales usando los métodos exactos sobre los
interpoladores obtenidos, lo cual le confiere, en este sentido, mayor confiabilidad teórica a
estos resultados.
3. Puesto que el cálculo se ha realizado pozo a pozo no se ha tenido en cuenta la topografía
real del terreno y de las capas tecnológicas. Para tener en cuenta esta topografía en el
Método 2 implicaría una complicación adicional para los límites de integración de la variable
vertical Z, sin embargo para el método que se denominó ‘Zona de influencia 2’ esta cuestión
resultó fácil de resolver puesto que la nivelación para los 9 puntos de cada bloque solo es
necesaria para estimar valores de los componentes en cada columna.
Por tanto, se recomienda por su sencillez en la aplicación, nivel de precisión para estos casos y
por su fácil comprensión (lo que facilita su adaptabilidad a cada caso) el método ‘Zona de
influencia 2’ y porque, además, puede ser generalizado a sistemas rectangulares de taladros de
mayor densidad con lo que aumentaría la exactitud de los resultados.
�Capítulo 4 : Planificación de la minería en los yacimientos lateríticos del nordeste de
Holguín.
En este capítulo se realiza esta breve introducción debido a que como se ha planteado en otra
oportunidad la minería del níquel en Cuba presenta insuficiencias en lo que concierne a las
actividades almacenamiento - mezcla - homogeneización aunque es de esperar que esta
situación sea resuelta en cortos y medianos plazos.
En la práctica actual, mediante una planificación adecuada de la extracción en los diferentes
frentes se dosifican cantidades de mineral con diferentes características que al mezclarse
garantizan los volúmenes y calidades pedidas; es esta mezcla lograda teóricamente en los
frentes de extracción y ejecutada en el transporte y en los ‘almacenes’ la que más adelante
será homogeneizada para su ingreso en el proceso metalúrgico; en este caso el cliente de la
mina es prácticamente la planta metalúrgica y el material que no le fue enviado se ‘almacena’
en escombreras y ‘jabas’ de la mina o se usa en la construcción de caminos y diques.
Sería, evidentemente, mucho más sencilla la actividad minera si todo el material extraído que
pueda ser considerado como procesable por la planta metalúrgica sea enviado a un depósito
intermedio donde se almacene atendiendo a sus calidades y se proceda a realizar las mezclas
necesarias para su posterior homogeneización y envío al proceso metalúrgico; en este caso el
cliente de la mina estaría en el depósito y la planta metalúrgica sería el cliente del depósito.
Como puede notarse si el cliente es la planta metalúrgica la actividad minera es mucho más
compleja y tensa que en el caso de que el cliente de la mina fuera un depósito donde se
realizarán plenamente las actividades almacenamiento - mezcla - homogeneización.
Por todo lo planteado en los párrafos anteriores, en lo que sigue simplemente se hará
referencia a un cliente de la mina, el cual solicita ciertas cantidades de mineral con ciertas
características y en un plazo determinado.
4.1 La planificación como proceso continuo y dinámico.
La planificación de la minería comienza en etapas muy tempranas del proyecto integral de
la industria. Según las normas establecidas, durante la explotación de un yacimiento por el
método a cielo abierto cada mina debe poseer el proyecto de explotación aprobado por las
instancias correspondientes. En el anexo 48 se describen los aspectos que debe contener un
proyecto minero. Otros enfoques análogos o parciales pueden verse en [8,32,98].
El proyecto se realiza para tomar las decisiones técnico - organizativas óptimas para la
construcción de la mina y explotación del yacimiento, las cuales garantizan el efecto económico
máximo.
El diseño de los proyectos mineros, además de habérsele dedicado en el mundo innumerables
investigaciones, artículos y libros, está contemplado en las legislaciones correspondientes
de todos los países mineros [124]; a la planificación de la minería que es uno de sus
aspectos se le presta máxima atención en nuestro caso ya que es, sin dudas, la parte más
compleja de toda la actividad minera en los yacimientos lateríticos debido principalmente a:
1. Los rangos estrechos de las restricciones del cliente de la mina con respecto a los
volúmenes y las características del mineral que solicita.
2. La característica de homogeneidad y de continuidad del flujo del mineral exigida por el
cliente.
�3. La incertidumbre del pronóstico realizado sobre los recursos minerales.
4. La complejidad de las tareas de determinar las reservas minerales.
5. La gran cantidad de elementos a tener en cuenta a partir de la técnica disponible y las
condiciones particulares de la mina y la empresa para lograr realizar el descombreo y la
extracción (incluyendo el transporte) de los volúmenes y calidades solicitadas.
6. La necesidad de que la planificación contemple el cumplimiento de índices de
rentabilidad económica.
7. Las limitaciones legislativas ambientales y socio - económicas que tiene esta actividad
minera.
Este nivel de complejidad implica que la actividad de planificación tiene que ser continua y
dinámica; la continuidad debe basarse en el principio de que no puede admitirse que se
planifique ignorando la minería realizada en períodos anteriores o sin prever la minería que
se realizará a mayores plazos y el dinamismo debe considerarse desde el punto de vista de
que la planificación debe adaptarse en cortos períodos de tiempo a las nuevas condiciones
que se presentan y de esta adaptación siempre deberán surgir planes de minería de mayor
efectividad que a la vez que consideren que la planificación de la explotación de un
yacimiento es un proceso único que comienza con el proyecto de explotación, su desarrollo
se realiza sobre la base de las condiciones particulares de cada etapa.
La planificación minera define el efecto económico máximo de toda la actividad pero no
puede ser considerada una actividad independiente del pronóstico y del control pues su
dinamismo y efectividad depende esencialmente, junto con la calidad y idoneidad de los
métodos de planificación empleados, de la calidad del pronóstico y solo un control efectivo
de las actividades mineras puede evaluar esta efectividad y hacer que la dirección del
movimiento de la actividad de planificación sea el que aumente esta efectividad.
Generalmente la planificación que se realiza en la actualidad hace énfasis en la definición
de los volúmenes de escombro a remover y en los volúmenes y calidad del mineral a enviar
al cliente y así queda contemplado explícitamente, sin embargo se maneja de manera
implícita el problema de la protección del medio ambiente y de los trabajos hidrogeológicos,
por esta causa se hacen algunas reflexiones al respecto en el próximo epígrafe.
4.2 Relación de la planificación con la conservación del medio ambiente y con los problemas
hidrogeológicos de los yacimientos.
Una de las consecuencias negativas reconocidas (ver anexo 2) de la actividad minera es la
afectación al entorno y esto es motivo de profundo análisis en todos los niveles.
En esta investigación no se propondrán los elementos metodológicos y técnicos particulares de
la protección del medio ambiente que se deben incluir en un plan de minería ya que esto es
un tema amplio y de gran actualidad en las investigaciones que se realizan, sin embargo es
necesario profundizar en una problemática de carácter fundamental y es que en la minería
de los yacimientos lateríticos se debe pasar del enfoque rehabilitativo al enfoque preventivo
y esto no quiere decir que puedan planificarse y evitarse durante la actividad minera todos
los efectos negativos que la misma pudiera causar (ya que esto probablemente afectaría
significativamente la rentabilidad y la propia existencia de la mina) sino que debe buscarse
el equilibrio ecológico - económico entre la actividad minera y su impacto en el medio
�ambiente. En la actualidad, donde junto con el perfeccionamiento empresarial de nuestras
empresas socialistas, se prevé que la rehabilitación es una responsabilidad de la entidad
minera, y donde además es penable económicamente el no cumplimiento de esta
responsabilidad que por demás puede convertirse en un conjunto de tareas costosas, es
necesario crear sistemas de análisis de socio - económicos del impacto ambiental de cada
variante de explotación que se proponga donde se seleccionen las variantes que garanticen
en su conjunto, la mayor efectividad económica en el cumplimiento de las obligaciones con
el cliente y con las tareas preventivas y de rehabilitación del entorno, con el menor efecto
negativo a la sociedad. Esto de alguna manera debe estar de manera explícita en todos los
planes de minería y considerarse en la planificación de los flujos de mineral tal como se
explica en el epígrafe 4.6.
En particular, es conocido que los problemas hidrogeológicos de un yacimiento en explotación
pueden encarecer significativamente el desarrollo del proyecto minero e incluso
suspenderlo. En los yacimientos lateríticos cubanos, debido a las características climáticas
generales del macizo Mayarí - Moa - Baracoa, la situación hidrogeológica se hace bastante
compleja y presenta rangos pequeños de estabilidad, por lo que puede considerarse que las
características hidrogeológicas de un yacimiento que constituyen también un sistema
dinámico, cambia en la medida en que se ve afectado positiva o negativamente por la
actividad del hombre y por la propia naturaleza.
Es por ello que dentro de la actividad minera además de considerar si es rentable minar o no
minar una zona, atendiendo a su situación hidrogeológica, deben emplearse modelos
hidrogeológicos del yacimiento que permitan pronosticar las consecuencias de la actividad
minera; estos pronósticos deben influir de modo significativo en la planificación debido
precisamente al costo que puede tener en el futuro la inundación de los fondos
(probablemente con altos contenidos de Ni) de una zona de extracción o el aumento de la
humedad del mineral hasta niveles que hagan incosteable su procesamiento minero metalúrgico o que se produzcan deslizamientos del terreno que provoquen pérdidas
materiales y humanas.
Es evidente que si asumimos la continuidad y dinamismo de la planificación de la actividad
minera, la consideración de la relación causa - efecto que tiene la actividad minera y la
situación del medio ambiente e hidrogeológica en particular, debe considerarse en ambos
sentidos como un factor decisivo para esta planificación.
En lo que sigue trataremos sobre un tema sumamente importante que pudiera resumirse en
una pregunta ¿Deben planificarse los recursos o deben determinarse primero las reservas
de mena recuperables y sobre estas desarrollar la planificación?
4.3 Determinación de las reservas minerales y del escombro a extraer.
La planificación tiene dos formas conceptuales principales bien diferenciadas en lo que se
refiere a las recursos y reservas (ver anexo 45):
a. Planificar sobre las bases de las recursos pronosticados, tratando sobre la marcha de
respetar las restricciones de protección e higiene del trabajo y medio ambientales.
�b. Definir, a partir de las recursos pronosticados, las reservas minerales y planificarlas
teniendo en cuenta el equipamiento disponible, la disposición geométrica de esta
reservas y las restricciones de protección e higiene del trabajo y medio ambientales.
Esta investigación propone como base conceptual la segunda forma debido a que, en general,
las reservas de mena se calculan sobre la base de un mayor muestreo, modelación más
realista, métodos de cálculo más eficientes, sobre la base del análisis del equipamiento
disponible y de otros factores técnico - económicos.
Para argumentar aún más esta posición debe hacerse énfasis en que en la actualidad se
presenta una situación en algunas empresas que, al menos, puede ser considerada
controvertida y que será ilustrada para el caso de la empresa Ernesto Che Guevara.
Es conocido que la red de exploración con los métodos de cálculo empleado definió los
recursos del yacimiento Punta Gorda en clase B, donde se admite como máximo un 20% de
error. Este autor, no ha podido encontrar, excepto el argumento de la experiencia [135,153],
una justificación científica satisfactoria a la afirmación de que los recursos calculados en
este yacimiento tienen no más de un 20% de error en todos sus pozos, y aunque se
aceptara que el yacimiento tuviera en general recursos calculados con un error menor que
el 20%, la variabilidad que el mismo presenta en diferentes zonas hace presumir que esta
realidad es más bien producto de la compensación entre errores de diferentes signos. En la
siguiente tabla se muestra la media aritmética y la desviación estándar del Ni, Fe y Co
promedio de los 5808 pozos explorados en este yacimiento:
Tabla 4.1: Valores promedios y de las medias aritméticas y desviaciones estándar del Ni, Fe y
Co en los pozos del yacimiento Punta Gorda.
Media % Ni D. E. % Ni Media % Fe D. E. % Fe Media % Co D. E. % Co
0.99711433 0.41380165 37.4673054 10.4130406 0.07898416 0.05136708
Nótese que los coeficientes de variación promedios son respectivamente 41.49%, 27.79% y
65.03% lo cual corrobora lo planteado sobre la variabilidad del yacimiento.
En el anexo 42 se presentan valores promedios pero por bloques para la potencia de todo el
muestreo del pozo y para la capa tecnológica LB+SB sin incluir las intercalaciones. En las
tablas se puede observar que la variabilidad del Ni, Fe y Co entre los bloques es
significativa y no varía de la misma forma en cada componente.
Ahora se puede presentar otro argumento de peso en esta discusión y es que los rangos de
error (20%) de los componentes Ni, Fe y Co pudieran no ser iguales entre si.
Otra razón importante es la conocida presencia de intercalaciones en nuestros yacimientos. En
el anexo 46 se presenta una tabla donde se muestra por bloques los promedios de las
potencias de escombro superior (ES), escombro intermedio menor de 2 m (EINI) y
escombro intermedio mayor o igual que 2 m. En la última columna se muestra la relación
escombro intermedio / mineral la cual muestra que las intercalaciones son un elemento
de gran variabilidad con respecto a la potencia del mineral y por tanto a tener en cuenta en
la planificación de la minería. Vale destacar que en los cálculos clásicos de recursos el EINI
(Escombros Intermedios No Intercalación, o sea con menos de 2 m consecutivos de
potencia) se ha incluido dentro del mineral (esto solo debiera ser hecho, en caso necesario,
�durante el cálculo de reservas de mineral) lo cual agrega un factor de imprecisión para los
resultados de algunos pozos.
De todo lo anterior se deduce que, al menos, es dudosa la aseveración de que el yacimiento
Punta Gorda está clasificado pozo a pozo en la categoría B y por tanto esto demuestra la
necesidad de realizar para la planificación un nuevo cálculo de recursos minerales mediante
el uso de modelos más reales y mediante la utilización de métodos mas idóneos y a partir
de estos resultados estudiar por zonas la verdadera clasificación de los recursos explorados
y señalando donde es necesario un muestreo de mayor densidad; a partir de estos recursos
recalculados y mediante los análisis correspondientes deben determinarse, de manera
explícita y rigurosa, las reservas de mena que es sobre las que en definitiva deben se
creados los planes.
Pero aún si admitiéramos que el yacimiento Punta Gorda efectivamente tiene calculados
recursos en clase B y analizamos la tabla del anexo 6 veremos que las pérdidas
planificadas contra estos valores son de un 6% y el empobrecimiento de un 11% lo cual
indica de que, teóricamente, el cumplimiento de estas planificaciones es bastante
improbable lo cual reafirma lo subrayado.
En la metodología de planificación que proponemos la primera tarea que debe realizarse para
la planificación minera es la que da título a este epígrafe, para lo cual se propone el
siguiente algoritmo:
1. A partir de la modelación obtenida que permite tener para cada pozo de cada bloque un
total de 9 taladros tal como se señala en la figura 3.2 (derecha), determinar un cálculo de
recursos detallado (volumen, masa, % de Ni, % de Fe y % de Co para las capas
tecnológicas Escombro Superior, LB, SB, LB+SB, Escombro Intermedio que constituya
Intercalación, Pérdidas y Empobrecimiento) y el ángulo máximo que se tendrá entre dos
taladros consecutivos después de retirar el escombro, según 6 variantes que
describimos a continuación:
a. Variante 1: Tomar el LB y/o SB más el Escombro Intermedio considerándolo como
parte del LB o del SB en dependencia de su contenido de Fe.
b. Variante 2: Tomar el LB y/o SB más el Escombro Intermedio que no es intercalación
(ya que por su poca potencia no es posible extraerlo separadamente) considerándolo
como parte del LB o del SB en dependencia de su contenido de Fe.
c. Variante 3: Tomar el LB y/o SB más el Escombro Intermedio, más el Escombro
Superior considerándolos como parte del LB o del SB en dependencia de su
contenido de Fe.
d. Variante 4: Variante 3: Tomar el LB y/o SB más el Escombro Intermedio, más una
parte del Escombro Superior que permita mantener la ley de Ni por encima de un
valor dado (considerándolos como parte del LB o del SB en dependencia de su
contenido de Fe). Si el % de Ni del LB y/o SB más el Escombro Intermedio del pozo
no llega a la ley entonces se toma para el pozo según la Variante 1.
e. Variante 5: Se toma una cota común para el final del descombreo en toda el área
analizada de manera que las pérdidas y el empobrecimiento sea mínimo.
�f. Variante 6: Igual que la Variante 1 pero según los cálculos realizados a partir de la
red de exploración.
Una variante importante es aquella donde se tomen en cada pozo cotas que generen
pendientes entre ellos no mayores que un ángulo dado y que además permita minimizar
las pérdidas y el empobrecimiento. Esta variante no ha sido desarrollada teóricamente o
prácticamente en esta investigación y es un problema abierto, considerado por este
autor tan importante como complejo.
2. Se presentará la posibilidad de crear de manera manual a partir de cualquiera de las
variantes anteriores, esta Variante 7 permitirá al usuario interactuar con una aplicación
para computadoras para la determinación de las cotas de descombreo, de ‘resane’
(extracción de escombro intermedio) y del fondo del mineral. En esta variante el colectivo
técnico podrá determinar las cotas mencionadas para cada pozo, teniendo en cuenta la
realidad de la situación técnico - económica de la mina de modo que permita minimizar
los factores negativos relacionados con el empobrecimiento, pérdidas, afectaciones al
entorno y protección e higiene del trabajo y al mismo tiempo garantizar las reservas que
en los planes de flujos de mineral satisfagan en volumen y calidad las demandas del
cliente con el uso más adecuado del equipamiento.
3. En todas las variantes se calculará la cantidad de metal que es posible extraer como una
cuarta manera (además de las pérdidas, el empobrecimiento y la pendiente) de medir las
bondades de una variante.
4. Se tomará la variante Aceptar o Variante de Reservas que es la que definirá las
reservas sobre las que se desarrollarán los planes de minería a medianos (si se trabajó
con recursos indicados) y cortos plazos (si se tienen recursos medidos).
En el anexo 44 se muestran los cuadros de diálogo desarrollados en el software Tierra (ver
anexo 3) para implementar este algoritmo donde los resultados obtenidos se guardan en
archivos que ya contemplan las reservas mineras y las pérdidas y empobrecimiento
planificados a partir de los recursos recalculados.
La determinación de las reservas puede, sin dudas, lograr un mayor nivel de automatización
pero para lograr este objetivo es necesario considerar individualmente la situación técnico económica de cada entidad minera, las características particulares de los depósitos que se
explotan y las estrategias que se plantee cada colectivo técnico.
La complejidad de la planificación aumenta en la medida en que se realiza sobre plazos más
cortos es por ello que en los próximos epígrafes se analizarán los aspectos relacionados
con la planificación del desbroce, destape y extracción en diferentes períodos de tiempo.
4.4 Planificación del desbroce y del destape.
La planificación del desbroce y del destape tiene diferentes niveles de precisión en
dependencia de los períodos que se planifican; en la actualidad dentro de los planes de
minería que se elaboraron para períodos de 20, 5 y 1 año aparecen los planes de desbroce
y destape pero con niveles de detalles muy pobres y sobre la base de cálculos de recursos
a partir de la red de exploración lo cual solo los hace lo suficientemente útiles para orientar
de manera general el trabajo. En este epígrafe nos referiremos a los planes detallados que
realmente orienten con precisión el trabajo diario de desbroce y destape.
�A partir de los resultados obtenidos en la determinación de las reservas mineras y del
escombro a extraer explicada en el epígrafe 4.3 la tarea de planificación del desbroce y
destape está prácticamente resuelta y solo es necesario definir como deben quedar
expresados estos planes y analizar el problema del sincronismo entre el desbroce - destape
y la extracción a partir de las necesidades de mineral planteadas por el cliente y los planes
de extracción que se tienen.
Los planes de desbroce destape deben quedar expresados:
a. Por áreas (que pueden ser cuadradas que incluyan a 9 pozos de un bloque, el área que
ocupa un bloque o un área arbitraria). Es recomendable que estas áreas sean siempre
iguales ya que se facilita el control técnico - económico de la minería.
b. Por volúmenes a trasladar en unidades de tiempo (lo cual principalmente depende de las
necesidades planteadas y del equipamiento disponible).
c. Por el destino del material que se remueve a partir de las calidades del material ya que
esta concepción es sumamente importante para que en un futuro pueda aprovecharse
recursos que hoy la tecnología metalúrgica no puede procesar.
Ejemplo de un plan de este tipo puede verse en el anexo 43 (el cual es muy fácil de
implementar en aplicaciones computacionales de amplio uso como el Excel, por ejemplo).
Para el trabajo en el campo se pueden utilizar planchetas auxiliares por áreas que
contengan los datos de la cota y potencia para cada tipo de trabajo. Estas planchetas
orientarían a los que dirigen el proceso real y además permitirían en un momento
determinado tomar la decisión de realizar algún muestreo y controlar e informar cuando no
se han confirmado los pronósticos.
El desbroce y el destape son actividades que preceden a la extracción del mineral que se
enviará al cliente por tanto deben realizarse con la suficiente antelación como para que se
tengan destapadas las reservas a minar en el momento previsto e incluso estar preparados
para posibles eventualidades de interrupciones de estas tareas o de no confirmación de
reservas en alguna zona; por otra parte, las actividades de desbroce y destape producen
afectaciones importantes al medio ambiente al eliminar la vegetación del terreno dejando al
descubierto grandes zonas y creando escombreras donde el viento y las lluvias producen
rápidamente erosión y contaminación ambiental. Es, por tanto, necesario encontrar un
período de tiempo adecuado que mantenga el equilibrio entre los dos factores subrayados,
es evidente que este período de tiempo será más breve en la misma medida en que se
aumente la fiabilidad del pronóstico y también dependerá de la existencia de un depósito
donde se realicen labores sistemáticas de almacenamiento - mezclas - homogeneización.
En la práctica se han tenido en nuestro país casos de desbroce - destape con tres años de
antelación lo cual garantiza reservas destapadas que facilita en gran medida la planificación
del flujo de mineral pero que es de alta incidencia negativa en el entorno; por otra parte se
ha presentado el caso en que se ha desbrozado y destapado una zona dos días antes de
proceder a la extracción lo cual minimiza las afectaciones al medio ambiente pero pone en
gran peligro el cumplimiento de los compromisos con el cliente de la mina. Hoy en día se
considera por la experiencia acumulada que un período de 1 año es adecuado para
mantener un ritmo de desbroce - destape que mantenga el equilibrio entre los factores
�subrayados [34,35,36,123,125,151] sin embargo este es un tema que debería ser motivo de
análisis permanente en el perfeccionamiento del trabajo de las minas y un acicate para
lograr que el sistema pronóstico - planificación - control se perfeccione.
4.5 Planificación de la extracción del mineral en diferentes plazos.
Tal como hemos dicho anteriormente la planificación de la explotación de un yacimiento,
además de ser continuo y dinámico, es un proceso único que comienza con el proyecto de
explotación y su desarrollo se realiza sobre la base de las condiciones particulares de cada
etapa, es por ello que la planificación de la extracción del mineral se realiza para diferentes
plazos, atendiendo a las necesidades actuales y futuras del cliente, a los recursos minerales
que se disponen y a la fiabilidad de los sistemas de pronósticos.
En nuestro país los planes se realizan generalmente para 20, 5 y 1 año por la empresa Centro
de Proyectos del Níquel (CEPRONI) y los planes para períodos más cortos de tiempo
(trimestral, mensual, decenal, cinco días, diarios) los realiza el personal técnico de la mina.
En sentido general, más importante que definir los períodos de tiempo que deben ocupar los
plazos para cada plan, es determinar la precisión de los planes en cada período de tiempo
fijado. Definiremos cuatro categorías para los planes de minería:
a. A largo plazo: Se desarrollan sobre los cálculos de recursos, sobre las ideas generales
de los requerimientos perspectivos del cliente, sobre las estrategias de protección del
entorno y de la seguridad e higiene del trabajo y sobre una visión concreta de los
recursos humanos y de equipamiento, necesarios para cumplir este plan. Desde el punto
de vista del minado debe contemplar los planes de caminos principales, planes de
exploración detallada y planes de desbroce - descombreo y de extracción a nivel de
áreas no mayores que un bloque. Estos planes pueden ser para períodos de 5, 10, 20
años o más años en dependencia del grado de detalle del conocimiento de los recursos
mineros y de los requerimientos del cliente así como de otros factores socio económicos.
b. A Mediano Plazo: Se desarrollan sobre la base de un cálculo de reservas previo que al
menos tenga categoría de probables y debe contemplar un grado de detalles que
permita formular tácticas precisas para períodos de tiempo de 1 mes, sobre todo en lo
que se refiere a los elementos que garantizan el flujo pedido del mineral; además de los
aspectos vistos en los planes a largo plazo, debe contemplar con precisión los valores
previstos para los parámetros de los sistemas de control del cumplimiento del plan.
Estos planes pueden ser para períodos desde 1 mes hasta 1 año.
c. A Corto Plazo: En este caso se desarrollan según un cálculo de reservas previo que
tenga categoría de probadas y debe contemplar un grado de detalles que permita
formular tácticas precisas para períodos de tiempo de 1 día, debe ser muy exacto en el
uso del equipamiento y de las reservas de modo que garantice el flujo del mineral con
criterios de eficiencia y optimización; debe contemplar con precisión los valores previstos
para los parámetros de los sistemas de control del cumplimiento del plan. Estos planes,
que están estrechamente relacionados con los subsistemas de control y pronóstico,
pueden ser para períodos desde 1 día hasta 1 mes y deben indicar de manera explícita
los índices de rentabilidad económica.
�d. A Muy Corto Plazo: Estos planes son más que nada ajustes y precisiones a los planes a
corto plazo y se ejecutan como una Orden de Extracción Diaria o como una Orientación
Técnica Geólogo - Minera para un turno de trabajo. Estos planes constituyen una
necesidad para lograr imprimir el dinamismo necesario a la actividad minera y están en
dependencia directa con el subsistema de control y con los reajustes que se realizan en
los pronósticos de las reservas. Deben considerar las eventuales afectaciones en las
actividades del equipamiento y del cliente así como las del medio ambiente.
Desde el punto de vista práctico, para la planificación de la extracción del mineral, se propone
crear una estructura informativa que en forma de tabla asigna a cada sector mineral de un
pozo (fila) de la red de exploración una secuencia de parámetros (columnas) que describen
la planificación del mismo. Estos parámetros son los siguientes:
�Tabla 4.2: Parámetros para la planificación de la extracción del mineral.
Parámetro o columna
Bloque.
Pozo.
Sector.
Descripción
Según la notación que se use respecto al yacimiento.
Número del pozo con respecto al bloque.
Un pozo puede ser dividido en diferentes tipos de sectores de
acuerdo a diferentes criterios. Las cuatro que se recomiendan
son:
a. Sectores verticales en forma de ortoedros y según la red
de exploración.
b. Sectores verticales en forma de ortoedros y según la red
de explotación.
c. Sectores verticales en forma de anillos cilíndricos y según
la red de exploración [17].
En todos los casos se puede definir un solo sector que
contemple toda la potencia del mineral del pozo pero es
recomendable definir los sectores con masas ( o volúmenes)
aproximadamente iguales a las que se extraen en un frente
durante un período de tiempo de un turno o de un día lo cual
facilita, como veremos en el próximo epígrafe la planificación.
Para ilustrar el inciso c, ver más adelante el gráfico 4.1.
Coordenada Este - Oeste. Del sector. Pueden usarse coordenadas locales o nacionales.
Coordenada Sur - Norte.
Del sector. Pueden usarse coordenadas locales o nacionales.
% de Ni
En el sector.
% de Fe
En el sector.
% de Co
En el sector.
Valores de las calidades En el sector.
de otros elementos.
Masa (o volumen)
En el sector.
Relación Escombro
En el sector.
Intermedio / Mineral
Disponibilidad
Un sector está disponible si geométricamente es accesible en
el momento en que se realizará la minería que se planifica y si
además técnica y económicamente es factible su extracción.
Vínculos
Establece un vínculo con otros sectores colindantes de
similares condiciones respecto a las calidades de Ni y Fe.
Este parámetro puede ser útil para la definición de una
minería continua.
Selección
Establece si ya ha sido seleccionado en alguno de los planes
anteriores.
Excavadora.
Equipo de excavación que se le asigna en una planificación
realizada.
Período
Período de un mes que se le asigna en una planificación
realizada.
Mes.
Mes que se le asigna en una planificación realizada.
Año.
Año que se le asigna en una planificación realizada.
Extraído.
Masa (o volumen) extraída del pozo. Este parámetro se
actualiza mediante el subsistema de control.
Agotado.
Se declara agotado o no agotado el pozo.
�Figura 4.1: Sectores verticales en forma de anillos cilíndricos según la red de exploración.
Mediante una tabla como la descrita se puede ejecutar un sistema de planificación del minado
el cual estará vinculado a los sistema de pronóstico (ya que se pueden actualizar en esta
tabla los valores de cantidad y calidad de los sectores) y de control.
Dentro de la planificación de la minería un lugar especial lo ocupa el problema de la
determinación de las condiciones para lograr un flujo de mineral con ciertas condiciones
dadas. En el próximo epígrafe se analiza este aspecto.
4.6 Optimización Binaria aplicada a la planificación del flujo de minería.
En el caso de nuestra minería del níquel el problema de la planificación del flujo del mineral
puede expresarse en el lenguaje que hemos venido utilizando Mina - Cliente.
El método para resolver la problemática planteada ha sido bastante diverso pero se parte de
tratar de crear un Sistema Para la Dirección Operativa del Flujo del Mineral. Son conocidos
los métodos básicos de la Teoría Combinatoria donde se prueban todas las combinaciones
posibles [157] y se toman las más adecuadas; hoy en día este método se sigue usando de
manera manual en nuestras empresas con la introducción de criterios heurísticos para
desechar combinaciones no convenientes.
En [125] puede verse un ejemplo convincente de la aplicación de la Teoría Combinatoria a la
elaboración de un plan de flujo de mineral para 5 años para el Proyecto Cupey, con
minimización de los frentes de extracción a partir de una clasificación para las menas que
permitió zonificar horizontal y verticalmente los yacimientos investigados considerando la
investigación de los parámetros estadísticos de las muestras y de los recursos. Esta
zonificación es una forma recomendable de crear sectores (ver la tabla 4.2) a partir de los
cálculos de recursos y de los datos de la red de exploración que permita enfrentar con éxito
la búsqueda de una o varias combinaciones adecuadas para un plan a largo plazo.
Los métodos estadísticos se basan en la caracterización del problema de la planificación a
partir de la consideración de la aleatoriedad de los variables de las reservas de mena y de
la determinación de los parámetros y distribuciones estadísticas de estas variables lo cual
permite realizar inferencias estadísticas y simulaciones con métodos como el de Monte
Carlo [
] y de otros tipos [
]. Estos métodos no serán considerados en esta
�investigación debido a que, este autor considera, no deben ser absolutizadas las
propiedades aleatorias de las variables geólogo - mineras.
La Teoría de los Juegos (vinculada a la Teoría de las Probabilidades) ha sido aplicada a la
planificación de la extracción en estos yacimientos. En [150] puede encontrarse un análisis
donde se considera que la productividad de la cantera es una magnitud aleatoria continua
con distribución Beta y la planificación de una productividad más adecuada se realiza a
partir de una estrategia combinada de la Teoría de los Juegos. La confiabilidad del
resultado se comprueba a través de la Entropía de la Teoría de la Información.
Los métodos geoestadísticos que se han estudiado para la solución de estos problemas son
complicados y exigen de conocimientos especiales de Geoestadística No Lineal por lo que
pueden, por el momento, ser descartados en este caso; su esencia está en la simulación
del proceso y en la búsqueda de soluciones óptimas por diferentes vías (Teoría de las
Funciones de Recuperación, Teoría de Simulación de Explotación); una introducción puede
verse en [32], página 116 donde se presenta el Método de Parametrización Técnica de
Reservas que mediante un algoritmo especial se puede obtener una familia de proyectos
encajados, todos óptimos en el sentido del tonelaje que se obtiene.
La descripción técnica y matemática del flujo de mineral laterítico se describirá a partir de las
ideas básicas de [17] y de [122] los cuales, junto a otros investigadores, han desarrollado
software, con resultados satisfactorios, para las minas de este territorio.
Sean las exigencias para un plan de minería que garantice un flujo de mineral hacia un cliente
(se usará el término volumen para referirse a la cantidad, pudiera usarse masa):
a. El plan se dirige a la formación de un flujo de mineral homogeneizado de volúmenes
constantes para cada período de tiempo. Este flujo es discreto y su forma depende de
los requerimientos del cliente.
b. Los valores medios de los índices en la composición cualitativa para la mena, en el flujo
que se envía al cliente en cada período de tiempo deben satisfacer las exigencias de
este.
c. Deberá ser garantizado el laboreo uniforme de los frentes de extracción dentro de los
límites que se asuman como necesarios.
d. El plan debe garantizar la extracción máxima de los componentes útiles Ni y Co o sea la
minimización (por cuenta de la extracción) de las pérdidas de estos componentes.
La notación que se utilizará es la siguiente:
♦ Los contenidos de Ni, Fe, Co exigidos por el proceso se denotan βNi, βFe, βCo.
♦ A cada excavadora j=1,..n situada en un frente de extracción se le asignan mj sectores,
todos de volumen constante go .
♦ Los contenidos de Ni, Fe y Co en el sector i de la excavadora j se les denomina
respectivamente Pi jNi, Pi jFe, Pi jCo.
♦ El plan es un conjunto X de valores ordenados de las variables xi j tal que:
1 si se incluye en el flujo a la planta, la porción i de la excavadora
xij =
0 en caso contrario
♦ El plan tendrá N sectores tomados de los diferentes frentes de extracción.
j
�Las exigencias planteadas anteriormente pueden ser descritas de la siguiente forma:
mj
n
a.
∑∑x
j =1 i =1
=N
ij
En este caso como todos los sectores tienen el mismo volumen entonces la suma de N
sectores producirá un volumen constante para todo el flujo en cada período de tiempo.
mj
n
∑∑
b.
PijNi
N
j =1 i =1
n
mj
∑∑
PijFe
N
j =1 i =1
n
mj
∑∑
PijCo
j =1 i =1
N
x ij ≥ β Ni
x ij ≥ βFe
x ij ≥ βCo
c. La diferencia admisible ∆jk de volumen, dada en número de sectores, entre las zonas de
la excavadora j y la zona de la excavadora k fija una restricción que permite un laboreo
tan uniforme como lo determinen los valores de estas diferencias. Esto se expresa como:
mj
mk
i =1
i =1
∑ xij − ∑ xik ≤ ∆ jk , donde j, k =1,…,n; j<k.
∆jk ∈ {1,2,…,u} donde u < Min(mj) para j=1,…,n.
Cada una de estas restricciones no lineales se puede descomponer en dos restricciones
lineales tal como se describe a continuación:
mj
∑x
i =1
mk
ij
− ∑ x ik ≤ ∆ jk
i =1
mj
mk
i =1
i =1
∑ xik − ∑ xij ≤ ∆ jk ,
donde j, k =1,…,n; j<k.
∆jk ∈ {1,2,…,u} donde u < Min(mj) para j=1,…,n.
d. De la última restricción se deduce la función objetivo a minimizar. Si consideramos que
Cni y Cco son valores de ponderación y que αNi y αCo son respectivamente los valores
medios pronosticados (entre todas las zonas de extracción) del Ni y del Co, entonces se
describe la función objetivo como el cuadrado de la distancia ponderada:
2
2
n m j Ni
n m j Co
∑ ∑ Pij xij
∑ ∑ Pij x ij
j =1 i =1
j =1 i =1
C Ni
− α Ni + CCo
− α Co → Min
N
N
Debe destacarse que los sectores que se incluyan en la determinación de un plan de minería
deberán ser aquellos que tengan Disponibilidad según la tabla 4.2.
El método que se propone y que a continuación se describe parte de dos pasos:
1. Transformación del enunciado del problema.
�El problema, tal como ha sido enunciado es de los llamados de Programación Matemática
en Enteros del tipo Cuadrático (todas las restricciones son lineales y la función objetivo
es cuadrática), presenta dificultades para solucionarlo debido al carácter no lineal de la
función objetivo por lo que es preciso realizar algunas transformaciones:
En [122] se desarrollan las vías para la primera transformación basándose en que se puede
convertir cada sumatoria dobles en una sola sumatoria mediante una ordenación
conveniente de los sumandos de las primeras. El problema queda enunciado:
n
S=
∑m
j =1
j
S
∑x
t =1
S
∑
t =1
S
∑
t =1
S
∑
t =1
t
=N
Pt Ni
x ≥ β Ni
N t
Pt Fe
x t ≥ βFe
N
Pt Co
x ≥ βCo
N t
∑x − ∑x
t ∈T j
t
r ∈Tk
r
∑x −∑x
r ∈Tk
r
t ∈T j
t
≤ ∆ jk
≤ ∆ jk
donde ∆jk ∈ {1,2,…,u}; j , k =1,…,n; j<k; u < Min(mj) para j=1,…,n
Tj = {t xt = xi j , i = 1,…,mj} son n conjuntos disjuntos donde cada cual contiene los índices
correspondientes a la excavadora j y además la unión de todos ellos forman el conjunto
T de todos los índices de todas las excavadoras.
y además xt ∈ {0,1}, t = 1,…,s.
2
2
S Co
S Ni
∑ Pt x t
∑ Pt x t
t =1
t =1
− α Co → Min
C Ni
− α Ni + CCo
N
N
Todavía es necesario realizar una transformación de la función objetivo para convertirla en
una forma cuadrática; para ello se introduce una variable más al problema xs+1 ∈ {0,1}
para la cual es necesario añadir otra restricción al problema que evite que se anule.
Mediante la siguiente notación:
�lii = C Ni (liNi ) 2 + CCo (liCo ) 2 ,
lij = C Ni liNi l jNi + CCo liCo l Co
j
lis +1 = −( C Ni liNi α Ni + CCo liCo α Co ) ,
lii = C Ni (α Ni ) 2 + CCo (α Co ) 2
y con algunas transformaciones, el problema queda expresado en la forma:
s +1
xt
∑
t
=N
=1
s+ 1
l
∑
t
Ni
t
x t ≥ β Ni
Fe
t
x t ≥ βFe
=1
s+ 1
l
∑
t
=1
s+ 1
l
∑
t
Co
t
x t ≤ β Co
=1
x s+1 ≥ 1
∑x − ∑x
t
t ∈T j
∑x
t ∈Tk
r
≤ ∆ jk
r ∈Tk
r
− ∑ x t ≤ ∆ jk
r ∈T j
x t ∈ {0,1}, t = 1... S + 1
s +1
s +1
i =1
i , j =1
i< j
∑ lii xi2 + 2 ∑ lij xi x j → Min
En este caso la última expresión no tiene ningún término constante por lo que es una forma
cuadrática y se le puede aplicar el algoritmo que se referirá más adelante.
2. Aplicación de un Algoritmo de Optimización Binaria.
En [122] se definen los conceptos generales de la programación Matemática, Programación
Convexa, Programación Lineal, Programación Cuadrática, Programación Lineal Binaria y
Programación Cuadrática Binaria. Seguidamente se hace referencia al Método de
Ramas y Cotas para la solución de Problemas de Programación Discreta definiéndose
los conceptos de Separación y Ramificación y los algoritmos para el Cálculo de la Cota
Superior, de Cálculo de la Cota Inferior y General de Ramas y Cotas.
Se describe el Método de Enumeración Implícita (perteneciente a la clase de los algoritmos
de Ramas y Cotas) para el caso lineal y para el caso cuadrático y dentro de los mismos,
los aspectos relacionados con la Separación, Finitud del Algoritmo, Acotamiento,
Exploración y Selección de la variable a entrar en la ramificación. Este último algoritmo
resuelve el problema planteado.
Es evidente que de la manera en que está planteado el problema aún se tiene la
posibilidad de que no exista la solución buscada o que en la práctica la solución
encontrada no sea conveniente por razones que no se contemplan en el modelo o que
�por situaciones eventuales no se puede aplicar la planificación prevista; en estos casos
se ha propuesto una modificación del Algoritmo de Programación Cuadrática Binaria
(puede verse en [122], página 51) que permite encontrar un conjunto de soluciones
dentro de un rango dado lo cual favorece notablemente la toma de decisiones prácticas.
Un grupo de trabajo del CIL-ISMM ha desarrollado programas computacionales con este
algoritmo en el cual se ha mostrado su confiabilidad y factibilidad.
Finalmente se destaca que en este modelo se pueden agregar otras restricciones
relacionadas con otros componentes positivos o negativos. Por ejemplo si se quiere limitar
la ley del magnesio se incluiría una restricción como la que sigue:
n
mj
∑∑
j =1 i =1
PijMg
N
x ij ≤ β Mg donde βMg es el límite máximo promedio del magnesio permitido.
En la literatura consultada no se ha podido encontrar las definiciones precisas de las
constantes de ponderación Cni y Cco, en [17,122] se expresa:
‘…con la ayuda de los coeficientes C N i y C C o , se calcula el valor económico
relativo del Níquel y el Cobalto en una tonelada de mena (los valores de C N i y
C C o se relacionan aproximadamente como 7:1…)’.
En esta investigación se propone que si asumimos que:
R N i : Precio de una tonelada de Ni.
R C o : Precio de una tonelada de Co.
Y que la relación, entre los % de Co y de Ni que contiene el mineral, que es
más conveniente para la ejecución eficiente del proceso metalúrgico está dada
por ξ = (%Co) / (%Ni), entonces se tiene que:
CNi = ξ RNi.
CCo = ξ RCo.
Un elemento que en esta investigación se propone adicionar al modelo
analizado es el relacionado con las intercalaciones. Si se parte que para los
m j sectores de la excavadora j se define la relación intercalación/mineral de
cada sector como t i j , entonces tiene sentido tratar de asegurar que el
promedio τ j para cada excavadora de los valores t i j sea acotado por un valor
λ
dado
ya
que
τj
puede
indicar
el
valor
esperado
de
la
relación
intercalación/mineral en el área de trabajo de la excavadora j durante el
período que se planifica. Esto se expresa como:
mj
∑t
τj =
i =1
mj
ij
xij
∑x
i =1
≤ λ ; j=1,…,n. Expresiones que pueden escribirse en forma lineal.
ij
De este modo, a menores valores de τ j se tendrán menores valores esperados
en las variaciones locales de la calidad del % de Ni y del % de Fe; esto es
precisamente lo que da importancia a la consideración de la intercalación
dentro de los planes.
�Dos elementos que pueden considerarse de gran importancia para ser
considerados
como
partes
del
modelo
son
los
relacionados
con
las
características litológicas de cada sector y con algunos requerimientos
específicos
que
pudiera
tener
alguna
de
las
plantas
metalúrgicas
en
particular. La incorporación de estos aspectos al modelo son tareas que se
recomiendan para su desarrollo.
�Capítulo 5 : Control de la Minería en los yacimientos lateríticos del nordeste de Holguín.
5.1 Topografía, recursos y otros elementos de control.
Como ya se ha dicho el control es una de las tareas esenciales en el desarrollo del proyecto
minero. Los aspectos principales que se deben controlar:
a. Topografía.
b. Recursos y reservas por pozos y bloques.
c. Cantidad y características del material minado.
d. Destino del material minado (removido o extraído).
e. Control de los equipos.
f. Hidrogeología.
g. Control de la seguridad e higiene del trabajo.
h. Control del estado de ciertos indicadores del impacto ambiental de la minería.
En la minería a cielo abierto la topografía es un elemento fundamental de control debido a que
es ella la que indica los diferentes estados de la geometría de la explotación minera y es
una de las formas de conocer aproximadamente la calidad del material que se extrae y del
que aún queda [27,31,148]. Además, la topografía tiene relación con la toma de decisiones
en la planificación de la geometría y cantidad y calidad del mineral de las próximas
remociones o extracciones.
Los recursos y las reservas se controlan con el fin de determinar la eficiencia de la minería
realizada según los parámetros pérdidas, empobrecimiento y dilución y luego poder tomar a
tiempo decisiones que optimicen las actividades mineras.
El control de las remociones y extracciones es tal vez uno de los elementos más controvertidos
del control por ser caro y al mismo tiempo decisivo dentro de toda la esfera del control. El
control de lo minado está relacionado con el control topográfico, con el control de recursos y
reservas y con el trabajo eficiente de los laboratorios de análisis químico y físico.
Dependiendo del peso que se le asigne a cada uno de estos tres factores así será el
equilibrio entre los costos y la calidad de este control. Una de las cuestiones que deben
destacarse es que este control debe hacer énfasis en que sus funciones principales son las
de explicar el estado del trabajo minero, informar la cantidad y calidad del material que se
mina y enriquecer los modelos de pronóstico vistos en el capítulo 3.
Ya se ha mencionado en los capítulos anteriores que en nuestra actual minería del níquel no
se trabaja sistemáticamente en el almacenamiento - mezcla - homogeneización del mineral
antes de su envío a la planta y la tendencia ha sido la de aumentar la operatividad para
lograr dosificar minerales de diferentes características con el fin de lograr una mezcla
adecuada y un estilo de planificación que facilite el envío directo de estas mezclas de
mineral a las plantas. Esta situación, es estratégicamente desastrosa debido a que
inevitablemente se explotan las zonas de mayor homogeneidad y de mayor calidad primero
por lo que la minería se caracteriza por la abundancia de frentes y la discontinuidad lo cual
provoca pérdida de recursos y un impacto ambiental negativo; por todas esta razones es
necesario seguir insistiendo en que entre la actividad del minado y el proceso metalúrgico
de la planta debe existir una actividad sistemática y completa de almacenamiento - mezcla
- homogeneización. De todas maneras, puede suponerse que el material que entra a la
�planta se mezcla y homogeneiza en algún momento de la actividad minera, esto significa
que en la práctica siempre aparecerán ‘porciones’ que deben ‘almacenarse’ para su
posterior envío a la planta en otra ocasión donde pueda formar parte de una mezcla. Es
esta situación lo que le da importancia al control del destino del material minado; es
indefendible en el caso actual una actividad de control que desconozca la cantidad y
características de sus ‘jabas’, escombreras, almacenes, material usado en la construcción
de caminos y diques, etc.
El control del equipamiento es fundamental para lograr que la actividad sea rentable debido a
que el trabajo de los equipos de extracción y transporte se realiza a costa de grandes
consumos de combustible. Los de extracción deben controlarse por sus niveles de
explotación determinando si se cumplen los parámetros planificados (tanto del uso técnico
del equipo en el arranque y llenado de los equipos de transporte como del cumplimiento de
las orientaciones recibidas para la realización de las extracciones) así como las normas
técnicas de trabajo, de seguridad y mantenimiento. Los equipos de transporte deben
chequearse de manera análoga y además deberá comprobarse el cumplimiento de normas
de consumo de combustible contra la masa real de mineral transportada.
Como se aclaró antes, la hidrogeología no es tema de estudio de esta investigación, pero
debido a la importancia económica que tiene este aspecto, se harán algunas reflexiones
sobre el control hidrogeológico y será primero mediante un ejemplo sencillo:
Supongamos que la humedad del mineral que se está extrayendo y transportando es de un
35% (esto no está lejos de lo que sucede en la realidad en el yacimiento Punta Gorda); en
la practica esto quiere decir que de cada 1000 kg de material extraído se extraen 350 kg de
agua, los cuales también se transportan. Si se tratara del proceso ‘seco’ empleado en la
empresa Ernesto Che Guevara entonces este material deberá secarse y para esto también
se necesita energía. Es evidente que una gran parte del gasto realizado para extraer,
transportar y eliminar agua ha sido proporcional a la cantidad de agua del mineral lo cual
implica que la rentabilidad de todo el proceso es determinada por la humedad del mineral.
Además no debe descartarse la posibilidad de que se inunden los frentes de extracción al
procederse a minar las cotas más bajas, lo cual interrumpiría las actividades en el frente.
Son estas las razones principales (a pesar de las nuevas tecnologías que se han incorporado
en los últimos tiempos para el ahorro de energía en el secado del mineral) para considerar
que el control hidrológico es esencial para planificar las medidas de drenaje y de formas de
extracción que minimicen la humedad del material extraído.
En sentido general ahora no se abundará mas en los aspectos señalados en los incisos f y g
debido a que esto se explica en los anexos 1 y 2 respectivamente. Si debe quedar claro que
estos factores deben influir en las decisiones que se tomen en los reajustes periódicos de
los planes de minería, ya que como se ha señalado son dos aspectos preferenciales y que
a largo plazo, además de ser negativos, encarecen el proyecto minero.
5.2 Control de la topografía. Perfiles vs planchetas.
El control de la topografía tiene tres aspectos que interesa precisar: periodicidad, forma de
realizarlo y forma de visualizarlo.
�En el primer aspecto, se propone que el control topográfico se realice según los períodos
denominados en el capítulo 4 como ‘Corto Plazo’ debido a que este chequeo debe influir
directamente en el control de las extracciones (ver epígrafe 5.5) y en los reajustes de las
planificaciones las cuales deben realizarse al menos una vez cada vez que transcurre un
período de ‘Corto Plazo’.
En el segundo aspecto, la forma de realizarlo deberá ser atendiendo a las normas técnicas de
mediciones correctas [10]; con la necesaria pericia del topógrafo, que deberá medir en los
puntos más representativos del relieve atendiendo a cimas, valles y fronteras de la región; y
al método de actualización (si es necesario) de las planchetas P4,P5,P6,P7 definidas en
3.4.B donde para esta actualización se puede utilizar el procedimiento de estimar los
nuevos valores de cotas de las planchetas a partir de los valores de cotas medidos y para
ello se proponen tres métodos principales: interpolación lineal con triangulización, inverso
del cuadrado de la distancia con potencias de orden 3 o 4 (debido a que las superficies de
excavación son poco abruptas, y a que el efecto bull-eyes puede ser conveniente) o kriging
(a sabiendas de que este método precisa de mayores conocimientos de los técnicos que lo
usen).
En la forma de visualizarlo, este autor considera que no tiene sentido la discusión que
contrapone los perfiles y planchetas. Ambos muestran el comportamiento de un fenómeno
tridimensional usando concepciones diferentes. En el caso de los perfiles, que pueden ser
verticales u horizontales (incluso oblicuos) se muestra un corte de la región y en este corte
se ilustra mediante datos (generalmente números, puntos, líneas y franjas) el
comportamiento de uno varios parámetros del fenómeno; a veces se utilizan varios perfiles
consecutivos para ilustrar el comportamiento tridimensional. Las planchetas muestran en
planta mediante los mismos recursos los mismos problemas pero usando el concepto de
curva de nivel. En el trabajo minero ambos deben ser usados en función de las necesidades
informativas que tengamos y deben tenerse a mano herramientas que faciliten el acceso a
la información de cada pozo. En el anexo 29 se muestran diferentes perfiles y planchetas
que se recomiendan para el uso del trabajo en la minería cubana del níquel.
5.3 Control de recursos, reservas y equipos de extracción: uso de planilla informática por pozo.
El control de los recursos y de las reservas parte del conocimiento de los valores pronosticados
y del control del trabajo del minado (mineral y equipos) y termina en el perfeccionamiento de
los pronósticos a partir de este control. Para el seguimiento del trabajo del minado se ha
diseñado una planilla por pozo PPP (teniendo en cuenta las experiencias prácticas del
trabajo en nuestras minas lateríticas), la cual a partir del uso de computadoras puede cubrir
las necesidades de este control en la minería del níquel en nuestro país. Por su
complejidad, mostraremos por secciones el diálogo que con este fin se programó en el
software Tierra (ver anexo 3). Se debe significar que al activarse la planilla para un pozo se
tiene disponible casi toda la información relacionada con las reservas y en ella se reciben
resultados calculados por otras herramientas y además permite calcular el resumen de
extracción de un pozo al agotarse el mismo así como emitir información (ver epígrafe 5.5).
�Figura 5.1: Primera sección de la PPP:
En esta primera sección se muestran herramientas para acceder a información del pozo y
del bloque provenientes de las exploraciones y se tiene información resumen actualizada de
dos parámetros importantes: pérdidas y empobrecimiento.
Ya en esta versión se permite trabajar con las masas volumétricas clásicas aceptadas o
trabajar con las que hemos propuesto en este trabajo.
Las recursos originales (ver anexo 45) se toman a partir de los cálculos realizados según la red
de la exploración y las reservas recalculadas (ver anexo 45) se toman mediante el método
Zona de Influencia 2 visto en el capítulo 3 según las redes de exploración y de explotación y
de otros muestreos disponibles.
El botón DAME INFO permite acceder a la información según definiremos en 5.5.
�Los botones TRAER y T ACUM permiten incorporar automáticamente los resultados que se
obtienen al calcular una extracción (según veremos en 5.4) a la sección de Historia que
veremos a continuación.
Figura 5.2: Segunda sección de la PPP:
En esta segunda sección se tiene la historia de la minería realizada mensualmente, que
pudiera irse calculando en períodos más cortos de tiempo y acumularse en archivos. La
notación usada es la que actualmente se utiliza en la Subdirección de Minas de la empresa
Ernesto Che Guevara.
Cuando se declara agotado un pozo, se escribe en la casilla No A las letras SI A (tal como
ahora aparece) y entonces aparecen los botones CALCULAR y EDITAR y ACTUALIZAR
CyV; el primero realiza un resumen de lo acontecido con la extracción del escombro y
mineral del pozo y además permite editar los datos de los pozos de manera que si en la
práctica se han producido cambios o incorporado nuevos datos estos puedan rápidamente
pasar al sistema de pronóstico para remodelar la zona; el segundo actualiza el sistema de
control de planificación para garantizar que este pozo esté actualizado en el subsistema que
planifica visto en la tabla 4.2 del epígrafe 4.5. Los valores que aparecen al final son el
resumen del estado actual de las extracciones del pozo, esto (al igual que algunos
resultados de la sección 1) se actualizan automáticamente mediante vínculos que se
activan al mover el ratón o apretar una tecla de la computadora.
�Se puede afirmar que en esta planilla, que sin dudas puede ser ampliada y perfeccionada,
interviene de manera fundamental en la formulación práctica del sistema que vincula las
actividades de pronóstico, planificación y control.
5.4 Metodología para el cálculo de una minería realizada.
Uno de los problemas más complejos es el de calcular aproximadamente pero con la mayor
precisión posible la cantidad y calidad del mineral minado. Como hemos dicho al principio
de este capítulo debe establecerse un equilibrio entre el muestreo visual, geoquímico y
geofísico (a todo esto le llamaremos en este epígrafe muestreo) y la información que pueda
asumirse como aceptable a partir de la calidad pronosticada de manera que la información
sobre el mineral minado sea lo mas real posible.
A continuación se explica el algoritmo general que se propone para realizar los cálculos de una
minería realizada el cual parte de que se conoce por muestreo o por estimación la red
explotación o sea 9 taladros para cada bloque:
1. Tomar los datos de la nueva topografía del terreno del área laborada T.
2. Determinar los bloque que pertenecen a esta área T.
3. Para cada bloque B determinar a partir de la plancheta P7 que tiene la topografía previa
una red con alta densidad pero que sea submúltiplo de la red plana de P7 en ambas
direcciones horizontales y estimar sus cotas mediante el método de interpolación lineal
con triangulización. A estos datos le llamaremos Dv.
4. Para cada bloque B determinar la frontera convexa [82] o no convexa de la intersección
del área laborada T con el bloque B, a la que llamaremos F; la región de puntos
interiores a F junto con F la denotaremos por G.
5. En cada bloque B, eliminar los datos originales de P7 que pertenezcan a G (usando el
método desarrollado por el autor de esta investigación y descrito en el anexo 30) e incluir
en este conjunto de datos los datos medidos que pertenecen a G. Crear con estos datos
una red de la misma densidad usada en el paso 3. A estos datos les llamaremos Dn.
6. Los cotas de la red densa estimada en el paso 5 cuyas coordenadas planas coincidan
con las coordenadas planas de P7 pasan a ser las nuevas cotas de P7 y de esta forma
se actualiza esta plancheta para el bloque B.
7. Para cada bloque B, determinar cuales pozos tienen área de influencia con intersección
no vacía con G. En cada uno de estos pozos Q se determinará los subconjuntos de Dv y
Dn, a los que llamaremos Qn y Qv, de cotas que limitan la extracción en el pozo.
Mediante una de las técnicas explicadas en el epígrafe 3.7.A ya se puede calcular el
volumen extraído y la precisión depende fundamentalmente de la densidad de la red
definida en el paso 3 y del método de estimación usado pero como además nos interesa
la calidad del material, entonces proponemos lo siguientes pasos:
a. Editar los datos de los valores geoquímicos en los 9 taladros del pozo, cambiando o
agregando nuevos datos tomados como muestras.
b. Crear una nueva columna Cn de cada uno de los 9 taladros con intervalos pequeños
(puede ser de 1 cm) donde se estimarán los valores geoquímicos con un método
sencillo que puede se interpolación lineal (spline lineal).
�c. Asumir los valores de calidad en cada ortoedro formado por las redes Qn y Qv y la
nueva red vertical a partir de la pertenencia de los puntos a cada una de las áreas de
influencia de cada taladro según se describió en la figura 3.2. En caso de que los
puntos pertenezcan a diferentes áreas se podrá tomar la media ponderada
correspondiente.
d. Obtener el volumen y masa del material minado en cada uno de los ortoedros
mencionados en 7.c mediante las fórmulas:
V = Largo x Ancho x Altura
M = V x Masa Volumétrica
e. Calcular para cada pozo la suma de volúmenes y de masas minadas así como la
calidad (como media ponderada por los volúmenes) en cada una de los rangos de la
calidad que definamos o por capas tecnológicas.
8. Para cada bloque B se sumarán los valores minados en los pozos y las calidad de cada
componente en cada una de los rangos de la calidad que definamos o por capas
tecnológicas se tomará como media ponderada a partir de los volúmenes
correspondientes. Estos valores deberán incorporarse mediata o inmediatamente a la
planilla de control PPP.
En 7.a se plantea la necesidad de editar los valores geoquímicos en los 9 taladros de un pozo
y es esta, tal vez, uno de los pasos más complejos de definir en la práctica debido a que es
necesario conoce cuantos muestreos se realizarán y donde deberán efectuarse. A modo de
ilustración del planteamiento del problema veamos el siguiente ejemplo:
Sea un pozo Q y consideremos que se tienen solamente los datos reales de la red de
exploración con longitud r5 y que los datos de los 8 pozos de red de explotación de este
pozo son parcialmente reales r1,r2,r3,r4,r6,r7,r8,r9 (por ejemplo si la longitud del pozo de
exploración es de r5=20 m en el área A5 y los pozos de explotación tienen respectivamente
en las áreas A1,A2,A3,A4,A6,A7,A8,A9, los valores r1=5m, r2=4m, r3=0m, r4=12m, r6=7m,
r8=6m, r9=3m, respectivamente) y se conocen los valores estimados para longitudes
e1,e2,e3,e4,e6,e7,e8,e9 (por ejemplo e1=15m, e2=16m, e3=19m, e4=22m, e6=18m,
e8=19m, e9=21m), entonces se trata de definir cuantos y donde se efectuarán estos
muestreos para que el cálculo de la minería realizada tenga mayor confiabilidad.
Este problema, desde el punto de vista teórico, queda planteado y abierto en esta
investigación, sin embargo este autor opina (siguiendo las ideas de [153]) que en esta tarea
es donde los técnicos (topógrafos, geólogos y mineros) que laboran en los frentes de
extracción deben mostrar un alto nivel de conocimiento y operatividad de manera que
considerando el pronóstico dado sean capaces de detectar visualmente las posibles
diferencias que se producen al realizarse la extracción y orientar entonces el muestreo que
servirá para informar realmente la cantidad y características del material extraído y para
mejorar la información del sistema de pronóstico.
5.5 Información en el tiempo, en el espacio y por equipamiento.
Los organismos competentes externos e internos que fiscalizan el desarrollo de la minería y
miden la rentabilidad y minimización de afectaciones al hombre, medio ambiente,
equipamiento exigen periódicamente información sobre la actividad minera, pero además
�esta información sirve para definir la remuneración de los trabajadores y es indicador
permanente para los que dirigen el sistema pronóstico - planificación - control para tomar
las medidas que definan la optimización de la actividad minera. Por todo esto es que se
hace necesario disponer de herramientas que faciliten fiable y rápidamente obtener esta
información. En el caso de la minería que se realiza en los yacimientos lateríticos la
información más solicitada es la que se refiere al trabajo que se ha realizado en un período
determinado (tiempo), en una zona dada (espacio) y por uno o varios equipos
(equipamiento). La propuesta que se presenta tiene en cuenta estos requerimientos y se
basa en el botón DAME INFO de la planilla PPP vista en 5.3. Se propone el :
Figura 5.3: Diálogo para obtener información sobre la minería.
Mediante este diálogo se pueden obtener las informaciones que actualmente se piden en
tiempo, espacio y por equipamiento de la actividad de minado , pero más importante aún es
entender la manera en que la informática puede resolver esta problemática de manera
satisfactoria y que este tipo de diálogo puede enriquecerse de la forma en que sea
necesaria.
Los detalles sobre el control del destino del material minado no ha sido desarrollado en esta
investigación al igual que las formas de controlar la hidrogeología y la situación ecológica pero
se considera que pueden desarrollarse de manera semejante en el sentido de que se definan
los parámetros a registrar y los algoritmos para la realizarán de sus controles y para el manejo
y tratamiento de la información y su vínculo con otras informaciones; el resto del trabajo es la
implementación computacional, la imprescindible disciplina en la realización de la toma de
información y su verificación y finalmente la emisión de información a otros subsistemas.
Un detalle que no aparece tratado dentro del sistema de control propuesto en este capítulo es
el problema de la dilución, término que se definió en 1.4, página 19, como sigue:
�La dilución es la diferencia entre la calidad prevista de un componente del material a extraer y
la calidad real de este componente en el mineral extraído medido a la entrada del proceso
metalúrgico.
Sobre este concepto es necesario realizar algunas reflexiones.
Según [105] se tiene que:
Dilución: Acción de diluir o diluirse.
Diluir: Desleír.
Desleír: Disolverse en un líquido.
Disolver: Desunir, separar las moléculas de un cuerpo sólido o espeso, por medio de
un líquido; Separar, desunir las cosas que están unidas.
Esto simplemente quiere decir que desde le punto de vista de este diccionario el término
dilución no tiene el mismo significado que vimos anteriormente.
En [57] se plantea:
Dilution: Dilución, disolución, desleimiento, disminución de la concentración.
En este caso (que se trata de un diccionario técnico); ya se entrevé una relación.
Según definición dada en Norma Ramal del Balance Anual (NRMG-055-1979) , tenemos que:
Dilución: (mal llamado empobrecimiento).Son rocas, sustancias estériles o mineral de
baja calidad que, de acuerdo a los límites de cálculo, no fueron incluidos en
las reservas, pero por el uso de la tecnología más moderna o para alcanzar
un mayor potencial económico, se mezclan o se pretenden mezclar con el
producto final de la mina.
Es necesario, por tanto, precisar que la dilución es un concepto particular de la minería que
mide un aspecto de la calidad de sus actividades y que en la actualidad, en opinión de este
autor, tiene una acepción más parecida a la que describe [153] que a la otras mencionadas.
En este sentido según el Ing. Dictinio de Dios Leyva se presentan las siguientes definiciones
para el caso de la empresa Ernesto Che Guevara:
Dilución: Es un proceso físico, mediante el cual se experimenta una variación de los
componentes útiles de las Reservas Geológicas Probadas (RGP) al ponerse
en contacto con la roca encajante durante su desarrollo, explotación,
transporte y preparación para su procesamiento tecnológico. Esta variación
se ve reflejada en la planta de Hornos de Reducción, con la muestra HR-1.
La Dilución se determina por la fórmula siguiente:
D(Ni) = % Ni (HR-1) - % Ni (RGP).
D(Fe) = % Fe (HR-1) - % Fe (RGP).
D(Co) = % Co (HR-1) - % Co (RGP).
Donde:
D : Dilución.
%Ni, Fe, Co(HR-1) : Calidad de los componentes útiles del mineral que entra a la
planta de Hornos de Reducción para ser procesado, certificada por la muestra HR-1.
�% Ni, Fe, Co(RGP) : Calidad de los componentes útiles de las Reservas Probadas
Agotadas. (Esto incluye las Reservas Probadas Extraídas más las Reservas Probadas
Perdidas).
Puesto que no quedan aclarados los significados de los términos Reservas Geológicas
Probadas, Reservas Probadas Extraídas y Reservas Probadas Perdidas, para ilustrar la
situación explicaremos brevemente como se mide hoy en día la dilución del Ni en la empresa
Ernesto Che Guevara.
Supongamos un caso simple donde se ha extraído un sólido tridimensional de volumen dado
de un pozo donde se ha pronosticado a partir de la red de exploración que la calidad del Ni en
esta región es 1.2% y en este caso la subdirección de minas asume que esto es cierto por lo
que no hace muestreos de este mineral con el fin de verificar el pronóstico. Al enviarse el
mineral a la planta metalúrgica, después de las transformaciones físico - mecánicas que se
producen en el proceso de mezcla, separación y homogeneización se produce un muestreo en
el primer horno de reducción que define la calidad del mineral que entra en planta. Si
suponemos que el resultado del muestreo para el Ni fue de 0.95%, entonces se calcula (0.95 1.2) % = - 0.25 %.
Se acepta 0.95% como el verdadero valor del Ni en el sólido mencionado y entonces Di = -0.25
(constituye un error del -26.3% del valor estimado con respecto al valor real, siendo esta una
forma de evaluar la dilución que no se utiliza).
Una descripción de los diferentes factores que intervienen en la existencia de los valores de la
dilución pueden verse en [6,153]. El enfoque que a continuación se presenta tendrá otra
orientación.
Los dos factores numéricos que intervienen en este caso en la exactitud del valor informado
como dilución son los siguientes:
a. Conjunto de errores del muestreo y estimación que generan el error del pronostico
realizado.
b. Conjunto de errores del muestreo realizado en la entrada de la planta metalúrgica que
generan el error de valor real.
Estos factores numéricos no se evalúan sistemáticamente.
Hay un factor conceptual negativo que influye decisivamente en la precisión del valor calculado
de la dilución y tiene que ver con el dato que se asume como calidad pronosticada del Ni, que
generalmente se toma a partir de los registros confeccionados a partir de la red de exploración
aún cuando ya se tengan nuevos valores pronosticados a partir de otros muestreos y
modelaciones más realistas. Otro factor negativo, más evidente, es que la dilución se calcula
contra el % de Ni de las recursos calculados y no contra los recursos enviadas al cliente por lo
cual se están incorporando las pérdidas (ya conocidas) al cálculo realizado.
Si además se considera que en realidad a la planta llega mineral que se formó a partir de una
mezcla de minerales procedentes de varios frentes entonces es imposible determinar en cual
de los frentes se produjo realmente la dilución.
Lo planteado hace dudar de la idoneidad (como parte del subsistema de control de la minería
que se propone) del método actual de cálculo de la dilución en la minería que se realiza en
nuestros yacimientos lateríticos y permite afirmar que la dilución podría constituir un elemento
�que evalúe a medianos y largos plazos y en su conjunto la eficiencia de las labores de cálculo
de recursos y de las actividades mineras pero de ninguna manera puede constituir hoy en día
un parámetro dinámico en el sistema pronóstico - planificación - control de la minería.
No es objetivo de esta investigación el proponer nuevas formas de medir la dilución para
convertirlo en un parámetro confiable para medir la eficiencia de la minería e incorporarlo a
todo la metodología propuesta pero este autor considera necesario que este tema sea motivo
de un nuevo enfoque y de exhaustivas investigaciones teórico - prácticas.
�Conclusiones.
Después de analizar los aspectos vistos en el desarrollo de esta investigación se llega a las
siguientes conclusiones:
1. Es necesario la mayor atención a la cantidad y calidad de la información que se tiene y se
necesita para desarrollar las actividades mineras en los yacimientos lateríticos con el fin de
organizarla y explotarla tal como se ha planteado en el capítulo 2.
2. Se ha mostrado que es posible realizar modelaciones satisfactorias de la topografía, de los
valores geoquímicos del Ni, Fe y Co y de las masas volumétricas a partir de los datos que
se disponen en la actualidad en las empresas que explotan los yacimientos lateríticos
cubanos.
3. Se han propuesto métodos de cálculo de volúmenes y de cálculo de reservas eficientes
para las condiciones particulares de estos yacimientos.
4. Se ha definido una estructura informativa que recoge los elementos necesarios para realizar
la planificación de las actividades mineras y se ha descrito un método para realizar esta
planificación de manera que se cumplan condiciones que determinan cierta optimización de
las actividades mineras.
5. Se ha desarrollado un sistema de control de la actividad de minado que permite el
seguimiento de los parámetros topográficos, de los recursos minerales y del uso del
equipamiento de extracción. Además se ha creado un sistema informativo de estos tres
elementos y en general de la actividad del minado en espacio, tiempo y por equipamiento.
6. Se ha demostrado que es posible vincular dinámicamente y con un alto nivel de
automatización los subsistemas de pronóstico, de planificación y de control del minado.
7. Se ha mostrado que el conjunto de principios, reglas y métodos propuestos para el
desarrollo de la minería en los yacimientos lateríticos cubanos, constituyen un sistema
(formado por los subsistemas de pronóstico, de planificación y de control de la actividad de
minado los cuales están interrelacionados entre si desde el punto de vista estático y
dinámico) y además este sistema es una metodología puesto que permite el seguimiento de
la extracción del mineral en toda la explotación del yacimiento y la toma de las decisiones
necesarias para disminuir los parámetros que influyen negativamente en el proceso:
pérdidas, empobrecimiento, no cumplimiento del volumen y de la calidad del mineral
enviado por unidad de tiempo al proceso metalúrgico, uso inadecuado del equipamiento y
además permite lograr afectaciones pequeñas al medio ambiente.
8. La metodología presentada tiene una importante significación económica, tecnológica y
social tal como se muestra en el anexo 47.
�Recomendaciones
1. Estudiar la información disponible en las empresas que explotan los yacimientos lateríticos
cubanos bajo los criterios vistos en el capítulo 2, haciendo énfasis en la recomendación de
la página 26, los principios de la página 27, los criterios de la página 28 y los aspectos
relacionados con la protección de la información.
2. Incluir las características litológicas en las bases de datos de los pozos de exploración y
ampliar las variables que se estudian en la red de explotación incluyendo (en los casos que
aún no los tenga) además del % de Ni, al menos los % de Fe y % de Co y la litología.
3. Elaborar criterios que permitan inferir a partir de las características conocidas y de los datos
que se posean sobre la corteza de intemperismo en un bloque, el tipo de modelo más
adecuado para el mismo.
4. Estudiar la generalización del modelo geoquímico propuesto en el epígrafe 3.4 para el caso
de valores reales de k1 y k2 y para la modelación de las características litológicas del
bloque.
5. Aplicar en la práctica las modelaciones topográfica, geoquímica y de las masas
volumétricas así como los métodos de cálculo de volúmenes y de recursos propuestos, en
las empresas que explotan los yacimientos lateríticos cubanos.
6. Aplicar en las empresas que minan nuestros yacimientos lateríticos las siete variantes para
la definición de las reservas en un bloque tal como se expresan en el epígrafe 4.3 y estudiar
teóricamente la variante donde se tomen en cada pozo cotas que generen pendientes entre
ellos no mayores que un ángulo dado y que además permita minimizar las pérdidas y el
empobrecimiento.
7. Implementar planes de desbroce tal como se describen en el epígrafe 4.4 y en el anexo 43.
8. Implementar en las minas de los yacimientos lateríticos los parámetros para la planificación
de la extracción del mineral en los diferentes períodos de tiempo propuesto y el
modelo/método de optimización binaria descritos respectivamente en los epígrafes 4.5 y
4.6.
9. Estudiar y agregar las restricciones relacionadas con la litología y con la tecnología
particular de la empresa en el modelo descrito en el epígrafe 4.6.
10. Estudiar cuantos y donde deben efectuarse los muestreos geoquímicos para que el cálculo
de la minería realizada tenga mayor confiabilidad.
11. Estudiar algoritmos para incorporar al sistema de control propuesto en el capítulo 5 los
registros del destino del material minado, de la hidrogeología y de la situación ecológica en
el yacimiento.
12. Estudiar e implementar nuevas formas de medir la dilución para convertirla en un
parámetro dinámico y confiable para medir la eficiencia de la minería e incorporarlo a todo al
sistema de control propuesto.
13. Implantar el sistema de control de la actividad minera propuesto en el capítulo 5 en las
minas de los yacimientos lateríticos de níquel.
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de minerales útiles sólidos”. (Propuesta) Ciudad de la Habana, 1998.
117. Oluwaseyi Adeoye, Ajayi: “Determinación de la relación entre los elementos principales del
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118. Ortega Baños, Gertrudis: “Análisis de la variabilidad de algunos parámetros influyentes en
la geometrización del yacimiento Punta Gorda”. Trabajo de Diploma, ISMM de Moa, 1984.
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122. Peña Abreu, Ramón Eddie: “Métodos de la optimización combinatoria y su aplicación a la
industria del níquel”. Tesis de Maestría, Universidad Central de Las Villas, Julio de 1998.
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129. Quesada García, Ariel: “Introducción al estudio de los yacimientos minerales de
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130. Ramos, Zoraida: “Recálculo del peso volumétrico dentro de la capa (LB) por tipos
litológicos, en tres yacimientos de la mina Moa” Trabajo de Diploma, ISMM,
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131. Rodríguez Infante, Alina : “Estudio geomorfológico y morfotectónico del municipio
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interperismo sobre ultramafitas en Nicaro y Pinares de Mayarí”. Tesis Doctoral. Stgo
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133. Rodriguez Miranda, Willy R.: “Procesamiento Cuantitativo de los Datos GeólogoGeofísicos”. ISJAE, La Habana, 1987.
134. Rodríguez Morán, Osvaldo y Julio Gómez Herrera : “Método de Regionalización de
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135. Rodriguez Ruíz, Héctor J.: “Premisas geológicas para la automatización integral de
los trabajos de prospección en yacimientos niquelíferos de interperismo”. Tesis
Doctoral, Santiago de Cuba, 1990.
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para la Modelación de Recursos Minerales.” (Inédito). Conferencia impartida durante
la VI Jornada Científica - Técnica de la Empresa Geominera de Oriente. Stgo de
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137. Rojas Purón, Arturo Luis: “Principales fase minerales portadoras de níquel en los
horizontes lateríticos del yacimiento Moa”. Tesis Doctoral, ISMM de Moa, 1995.
138. Ruz Peña, Elmer : “Propuesta para determinar el Peso Volumétrico de las Menas
Ferroniquelíferas en función de los contenidos de Fe y Ni”. Reporte de Aplicación de
Ciencias Técnicas, Ministerio de Educación Superior, La Habana, Mayo de 1978.
139. Sánchez Quintanilla, Ana: “Interpolación en Tres Dimensiones Mediante Generación
de Funciones Bicubic Splines y Obtención de Isolíneas por Ordenador”. Boletín
Geológico y Minero, T. XCVI-II, Año de 1985, España.
140. Sabtan Abdullah: “Numerical Techniques in Reservoir Capacity Evaluation”.
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141. Serrano Coello, J.F. “El peso volumétrico como función de los contenidos de
yacimientos lateríticos de corteza de intemperismo”. Informe Técnico. Empresa
René Ramos Latour de Nicaro. Hoguín, 1991.
142. Smirnov, V.I.: “Geología de yacimientos minerales”. Editorial MIR, Moscú, 1982.
143. Spiegel, Murray: “Teorìa y Problemas de Estadísticas”. Editorial Pueblo y
Educación, La Habana, 1986.
�144. Suárez Benedicto, Luis: “Confección de la red topográfica de apoyo para la
explotación de un área del yacimiento Punta Gorda”. Trabajo de Diploma, ISMM de
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145. Suárez Feliú, Manuel: “Determinación de los parámetros del hodrotransporte de las
pulpas de mineral serpentinítico”. Tesis Doctoral, ISMM de Moa, 1999.
146. Suárez Leyva, Valia: “Informe de Trabajos Metodológicos - Sísmica. Moa”. Instituto
de Geología y Paleontología, Unión Geólogo Minera, MINBAS, Enero, 1998.
147. SURFER, Surface Maping System, Version 6.02. Golden Software, Inc. Jan 1, 1996.
148. Timofenko, E.L. y A.P. Rilov: “Geometría Minera”. Editorial Nedra, Moscú, 1987.
149. Ulloa Carcasés, Mayda, et al : “Proyecto de protección del medio ambiente referido
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150. Valdés Valdés, Alexis: “Determinación de la Productividad de la Mina Moa”. Trabajo
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151. Vargas , Maria, et al. “Plan de minería 1997 – 2001 Empresa Comandante: Ernesto
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152. Varios Autores: Mesa Redonda: “Geofísica en las Lateritas”. VI Jornada Científica Técnica de la Empresa Geominera de Oriente. Santiago de Cuba, Febrero de 1999.
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158. Zeissink, H.E.: “The Mineralogy and Geochemitry of a Nickeliferous Lateritr Profile
(Greenvale, Queensland, Australia)”. Mineral Deposita No 4, Berlín, 1969.
�Anexos
Anexo 1: Protección e Higiene en el trabajo minero (PHT) en los yacimientos lateríticos
Existen tres aspectos fundamentales [39] con relación a este punto:
1. Protección del hombre: La normas de PHT advierten al trabajador sobre los posibles peligros
del trabajo con o cerca de las máquinas e instrumentos personales de trabajo, los riesgos
ambientales que pueden estar presente en cualquier industria, los posibles accidentes
relacionados con el desplazamiento personal y colectivo, las normas para resguardar la salud
mental y en general estudia y mejora todo el sistema y condiciones de vida laboral que rodean
al trabajador. Este aspecto es de gran importancia en una sociedad socialista donde priman los
conceptos humanistas.
2. Incremento de la productividad: La PHT tiene entre sus objetivos el de elevar la productividad
del trabajo evitando las perdidas de tiempo por accidentes del trabajo que provocan
alteraciones en el proceso productivo por el daño físico y mental a los trabajadores y el daño a
las máquinas.
3. Eliminar gastos: El aspecto económico en la prevención de accidentes es importante para un
país que construye el socialismo no solo por las afectaciones que provoca en la producción de
bienes materiales sino, además, por los gastos que provoca la curación de los accidentados y
por los gastos de seguridad social.
Cuando la PHT logra los objetivos mencionados (humanos, productivos y económicos), el
trabajador mantiene una actuación sana y segura mientras trabaja.
En las actividades laborales de una mina se distinguen varias formas específicas de protección:
Protección personal
Es necesario, acondicionar al obrero con medios individuales que lo protejan de accidentes
relacionados con su desplazamiento, equipos y sustancias dañinas.
En la tabla siguiente relacionamos las partes del obrero que se deben proteger, así como los
medios de protección y los requisitos básicos de estos medios [39]:
Tabla A1.1: Relación entre el trabajador y los medios que debe usar para su seguridad.
Lugar del
cuerpo
Medio Protector
Cabeza
Se utilizan cascos protectores que Resistentes a impactos, al fuego, a la humedad,
tienen por objetivo reducir el impacto peso ligero, aislamiento de la electricidad.
de objetos que caigan de alturas más o
menos elevadas.
Oídos
Tapones de oídos, orejera o casco Que atenúen el sonido, que tengan confort, que
protector contra ruido.
tengan durabilidad, que no tengan impacto
nocivo sobre la piel, que conserven la palabra
clara y que sean de fácil manejo.
Ojos y cara
Gafas protectoras, pantallas, viseras, Protección adecuada para el riesgo específico
caretas protectoras y espejuelos.
que fue diseñado, comodidad en el uso de los
mismos, ajuste perfecto y ninguna interferencia
en los movimientos, durabilidad y facilidad de
higienización.
Manos y brazos
Guantes, almohadillas, protectores de Que estén reforzados para que protejan al
brazos, mangas y protectores de trabajador contra, llamas, calor y cortaduras. En
dedos.
caso de existir de ácidos, grasas, gasolina
Requisitos que debe cumplir el medio
protector.
( Deben ser plásticos).
Tórax
Delantales de piel de goma sintética y Deben proteger al trabajador contra chispas,
para ácidos.
cortaduras pequeñas y protección contra agua y
tierra.
Pies y piernas
Botas corte alto, tobilleras, polainas, Casquillos
de
acero
para
los
pies,
almohadillas.
anticonductivos, antichispas y deben resistir las
descargas eléctricas.
�Vías
respiratorias.
Respiradores con filtro para polvo, Deben estar acordes con el elemento
mascara con filtro para gases, contaminante y el puesto de trabajo.
respiradores con línea de aire,
No deben ser objetos que impidan que el
mascara con puente de oxigeno.
trabajador realice sus actividades.
Medidas generales de seguridad para el trabajo con los equipos
Estas medidas están presentes en toda la mina y para cualquier equipo.
1. Se prohibe operar equipos con defectos técnicos y con ausencia de alguna de sus partes.
2. Se prohibe operar equipos mineros a personas que no tengan la calificación y el permiso
requerido.
3. Los caminos de la mina en épocas de seca deben regarse convenientemente para evitar el
polvo.
4. Todos los equipos deben poseer sus correspondientes medios de extinción de incendio.
Medidas de seguridad para el trabajo con excavadora
Cuando la excavadora está en operaciones se prohibe la presencia de personas en el radio o
sector de influencia de la misma. Además:
1. La excavadora debe estar provista de señalización sonora de manera que indique el inicio y fin
de cada operación a realizar.
2. Durante el movimiento en pendiente deben contemplarse aquellas medidas que impidan su
corrimiento.
3. El movimiento de la excavadora debe hacerse a la señal del jefe de turno o de brigada.
4. Durante el movimiento debe garantizarse el contacto visual o por radio - comunicación entre el
operador y el que dirige el movimiento.
5. Las excavadoras deben trabajar sobre plataformas aplanadas y compactas cuya pendiente no
exceda de ±1o.
6. Los cables de acero que se utilicen en el alza, el arrastre y la guarnición deben corresponderse
con los del pasaporte del equipo y revisarse no menos de una vez por semana y la cantidad de
hilos rotos no debe ser mayor del 15 % del total de hilos.
Medidas de seguridad para el trabajo con bulldozer
1. Solo trabajará en el radio de acción de una excavadora, cuando esta haya sido
convenientemente posesionada y el cubo esté apoyado en el suelo.
2. Cuando se realice la reparación debajo de la cuchilla, esta debe estar convenientemente
calzada.
3. Al ejecutarse cualquier tipo de trabajo, las pendientes en los accesos bajadas, así como la
inclinación en la dirección transversal no deben sobrepasar los valores máximos señalados por
el fabricante.
4. Al empujar el material en las escombreras o depósitos de mineral el equipo no debe sacar la
cuchilla fuera del borde del terraplén.
5. Al moverse en dirección paralela al borde de la escombrera o depósito de mineral la distancia
entre la estera y el borde del terraplén no debe ser menor a 2 m.
6. Los bancos y terrazas creadas por el bulldozer en las laderas, deben tener una pendiente
transversal en el lado opuesto a la cuneta entre 1o y 3o.
Medidas de seguridad para el trabajo con traíllas y moto traíllas
1. La distancia entre los equipos en movimiento no debe ser menor de 20 - 25 m.
2. Para el desplazamiento de un lugar a otro la caja se elevará a una altura mayor de 0.25 m.
3. La distancia entre el equipo y el borde de la escombrera o corte no debe ser menor de 2 m.
4. No permitir el movimiento de equipos en las siguientes condiciones:
�a. Movimientos hacia arriba a través de pendientes mayores de 25% y bajar cargadas por
pendientes mayores de 30%.
b. Inclinación transversal de las laderas de las cuestas mayor de 12o.
Medidas de seguridad para el trabajo con transporte automotor
1. La planta y perfil de los caminos deben corresponder a las reglas y normas de construcción
vigentes.
2. El ancho de la parte transitable del camino se establece partiendo de las dimensiones del
equipo de manera que haya una holgura no menor de 1.5 m entre los automóviles que circulen
al encuentro y una distancia no menor 0.5 m de las ruedas exteriores hasta el borde de la parte
transitable del camino.
3. No se permite llevar personas fuera de la cabina.
4. No se permite adelantar a otro vehículo que circule en el mismo sentido.
�Anexo 2: El medio ambiente y el trabajo minero en los yacimientos lateríticos
La relación entre las actividades productivas de nuestra economía y el medio ambiente constituyen
un aspecto de permanente análisis en la política del estado cubano donde prima el principio del
desarrollo sostenible [40]. El MINBAS, al igual que otros ministerios de nuestro país, ha definido la
estrategia ambiental de sus entidades en la cual se destacan las siguientes cuestiones:
1. Objetivos.
2. Base institucional.
3. Principales problemas ambientales.
4. Estrategia para minimizar los principales problemas ambientales.
5. Otros lineamientos y acciones para la implementación de la estrategia.
6. Instrumentos para materializar la estrategia ambiental.
A partir de los análisis realizados el MINBAS desarrolló la documentación [104] correspondiente a:
1. Política Ambiental.
a. Fundamentos de la Política
b. Introducción.
c. Objetivos.
d. Principios Ambientales del MINBAS.
e. Acciones para la implementación de la política y estrategia ambiental.
2. Dirección y Organización de la Producción: Medio Ambiente (Manual de la dirección y
organización de la producción, Sistema de Gestión Ambiental).
Una de las cuestiones de mayor interés estratégico en la explotación de los yacimientos lateríticos
de Cuba es la de lograr que las afectaciones al medio ambiente provocadas por estas actividades
sea lo menor posible y además buscar las formas de restablecer, de ser posible, las condiciones
originales de la zona afectada o en su defecto, crear nuevas condiciones compatibles con el resto
del entorno [60,149].
El principio mas importante de la relación que debe existir entre la actividad minera y la
conservación del medio ambiente es que debe existir una etapa preventiva y otra etapa
rehabilitativa. Dicho en otras palabras, no solo se trata de reparar los daños sino que deben
evitarse.
Para desarrollar la labor preventiva deben considerarse los siguientes aspectos [60,149]:
1. Relieve del terreno.
2. Red Hidrográfica de la zona.
3. Condiciones climáticas.
4. Caracterización geológica de la zona.
5. Identificación de los focos contaminantes y de destrucción actuales (frecuencia, magnitud,
reversibilidad, duración y características geométricas de la fuente).
6. Características ingenieros - geológicas actuales y futuras de la región.
7. Planes detallados de la actividad minera a desarrollar y la posibilidad de que al terminar un tipo
de minería se proceda a realizar otro tipo de minería.
8. Identificación de los probables focos contaminantes y de destrucción en el futuro (frecuencia,
magnitud, reversibilidad, duración y características geométricas de la fuente).
9. Estudio de la biodiversidad de la región y contabilización de las especies vegetales y animales
presentes.
Para desarrollar la labor rehabilitativa, además de los aspectos enumerados anteriormente, deben
considerarse las afectaciones reales producidas por la actividad minera y las diferentes variantes
de reconstrucción del entorno ambiental, de esta manera se definirá la nueva superficie topográfica
�del terreno, se escogerán las zonas que serán reforestadas, las que se destinarán a depósitos de
agua, a obras sociales, otra minería, etc y se estudiará la factibilidad de cada variante.
En el caso particular de los yacimientos lateríticos las actividades mineras principales que afectan
al medio ambiente son las siguientes [60,125,149]:
I. Construcción de trochas y caminos para los trabajos topográficos y de muestreo geoquímico.
II. Construcción de caminos mineros para las actividades de desbroce, destape y extracción.
III. Desbroce.
IV. Destape.
V. Extracción.
Las afectaciones más frecuentes producidas al medio ambiente por estas actividades son:
a. Cambios geomorfológicos.
b. Contaminación de las aguas.
c. Obstrucción y encenegamiento de los arroyos y ríos.
d. Erosión eólica, proceso de deflación y contaminación coniótica.
e. Erosión por las aguas.
f. Destrucción de la vegetación.
g. Afectación al paisaje.
h. Pérdida de la biodiversidad.
i. Emigración de la fauna.
j. Alteración de las rutinas migratorias.
k. Ocupación del terreno por escombreras.
l. Cambios en el régimen termodinámico de la zona.
m. Cambios en el régimen hidrogeológico de la zona.
n. Aceleración del proceso erosivo general.
o. Inestabilidad de los terrenos.
Las alternativas de solución de estas afectaciones se pueden dividir en dos grupos:
Medidas preventivas:
i. Construir las trochas y caminos para los trabajos topográficos y de muestreo geoquímico y los
caminos mineros de manera que:
♦ Tengan las dimensiones mínimas necesarias.
♦ Que sigan direcciones adecuadas que minimicen la acción erosiva de las aguas y del viento.
♦ Que tengan pendientes adecuadas, calculadas a partir de las funciones que tendrán y de la
minimización de las mismas.
♦ Construir, en los casos necesarios, cunetas con obras de ingeniería de regulación del
escurrimiento superficial.
♦ Construir trampas de sedimentos en los lugares necesarios.
ii. Elaborar un plan de minería que responda a los siguientes conceptos:
♦ Menor número posible de frentes simultáneos de minería.
♦ Desarrollar la minería, siempre que sea posible, en las direcciones que menos favorezcan la
erosión por el viento y por las aguas.
♦ Planificar zonas de depósito del suelo que se extrae en el desbroce de manera que se
propicie su conservación y su posterior reubicación.
�♦ Planear escombreras con dimensiones adecuadas y en sitios adecuados que minimicen las
acciones erosivas eólicas e hídricas.
iii. Desarrollar la actividad de desbroce teniendo en cuenta que la capa de terreno que se va a
mover es la que contiene las plantas y animales que caracterizan la biodiversidad de la zona
(que en este caso particular presenta características especiales), y por tanto tenemos la
obligación de proteger estas formas de vida garantizando su traslado en condiciones
adecuadas y su ubicación en sitios donde no perezca.
iv. Desarrollar los trabajos de destape o descombreo teniendo en cuenta que este material debe
ser depositado en los sitios seleccionados y que las escombreras deben tener las dimensiones
adecuadas; si se considera necesario pueden construirse empalizadas de sostenimiento o de
retención, también puede vertirse gravas y semillas sobre la superficie para disminuir el
escurrimiento superficial y aumentar la estética y armonía del paisaje. En ocasiones deberán
trazarse surcos siguiendo las curvas de nivel para evitar una larga exposición del área
denudada a los agentes atmosféricos.
v. Desarrollar los trabajos de extracción según los planes previstos de manera que se evite la
apertura de nuevos frentes no planificados. Deberán evitarse los movimientos de tierra que
obstruyan los ríos y arroyos; represar y canalizar las aguas que transportan detritus de manera
que los mismos sean sedimentados y no lleguen a los ríos y arroyos.
La transportación automotor deberá realizarse según los requerimientos técnicos exigidos y en la
época de seca deberán regarse con agua los caminos. En el caso de transportadores hidráulicos
se colocará antes de su instalación un recubrimiento con áridos en la traza y durante su
funcionamiento deberá protegerse el suelo con colchones de ramas.
Medidas rehabilitativas:
Terminada la explotación de una zona se procede a evaluar los daños causados al medio
ambiente y se definen los planes de rehabilitación de la zona. Para ello se analiza cual será la
nueva superficie topográfica; se definirán fundamentalmente los depósitos de agua y los terrenos a
reforestar siendo especialmente cuidadosos al definir las pendientes; luego se estudiarán cuales
son los recursos necesarios para el movimiento de tierra a realizar y a partir de todo lo anterior se
define la variante más adecuada.
Después de conformar la nueva superficie del terreno deberán trasladarse para ciertas zonas
seleccionadas, desde los depósitos creados durante las labores de desbroce, el material que
contiene la biodiversidad que originalmente presentaba la región. De esta manera se garantiza que
la vida vegetal y animal que tradicionalmente ha existido en la zona, se regenere y mantenga su
riqueza tradicional.
Finalmente se procede al completamiento de la vegetación de la zona mediante labores de
reforestación. En este aspecto debe señalarse que las especies vegetales que serán sembradas
deben ser las mismas que existían anteriormente o al menos ser compatibles con ellas y con las
especies animales que pretendemos mantener en la zona.
A manera de conclusión se puede afirmar que tanto las labores preventivas como las rehabilitativas
deben considerarse como una parte del trabajo minero.
�Anexo3 : Resumen del manual de explotación del software TIERRA. (Fuente: Manual de
explotación)
Nombre: Tierra (c)
Versión: 1.0, Diciembre de 1998.
Introducción
La correcta planificación de la minería a partir de una modelación adecuada del yacimiento y su
control durante y después de la extracción ejercen una influencia decisiva en el
comportamiento de los principales índices técnicos y económicos de la empresa minera en
general.
Los yacimientos lateríticos por sus características naturales exigen una minería particular para
su explotación, por ese motivo la utilización de los softwares más difundidos universalmente en
esta rama pueden no ofrecer los resultados óptimos esperados. En la actualidad no se han
comercializado a escala internacional softwares especializados para la explotación de este tipo
de yacimientos.
La industria cubana del níquel basada en la explotación de este tipo de mineral posee una
experiencia de más de 50 años, en cada una de las fábricas que hoy se explotan se han
seguido criterios análogos, observando las características propias de los yacimientos,
equipamiento minero y proceso metalúrgico.
El gran volumen de datos geológicos y su diversidad es un factor que ha dificultado desde el
principio el análisis de múltiples variantes de explotación en periodos de tiempo breves, por ese
motivo en ocasiones las decisiones adoptadas no han sido las más racionales.
El software TIERRA sintetiza y automatiza parte de una metodología para el pronóstico,
planificación y control de la minería en yacimientos lateríticos y se ha aplica prácticamente en
la Subdirección de minas de la empresa “Comandante Ernesto Guevara de la Serna”.
Para la realización de este software se ha recogido la experiencia práctica acumulada durante
años de explotación de yacimientos lateríticos en Cuba, se han analizado las ideas manejadas
en nuestro país y el extranjero con respecto a la explotación de las lateritas que han sido
publicadas y aún aquellas que han sido expuestas oralmente a los autores, se crearon nuevos
algoritmos y criterios donde fue necesario.
Generalidades
El desarrollo de un trabajo como este ha requerido:
1. Conocer el proceso de producción de la industria y con mayor profundidad la metodología
para realizar la extracción del mineral de forma que se satisfagan los requerimientos del
proceso metalúrgico.
2. Desarrollar el diseño de la estructura informativa de manera que se consideren las formas
que históricamente se han usado, se implementen instrumentos que la manejen con
eficiencia y permitan la visualización de los datos y de los resultados numéricos y gráficos
que se obtengan de la misma.
3. Diseñar el conjunto de algoritmos que permitan manejar los datos y realizar los cálculos,
modelaciones y gráficos.
4. Diseñar el software con las características más adecuadas para el usuario.
5. Programar.
6. Validar el software con datos reales.
Los requerimientos para el uso de este software son :
♦ Velocidad : No menos de 200 MHz. Recomendado 300 MHz.
♦ RAM : No menos de 32 Mb. Recomendado 64 Mb.
♦ Disco Duro : No menos de 300 Mb. Recomendado 1 Gb (depende de las bases de datos).
♦ Display : Al menos Super VGA con 256 colores. Recomendado 65536 colores.
♦ Plataforma Window 95, Window 98 y Window NT. Recomendado Window NT.
El sistema se presenta en 7 discos de instalación de 1.44 mb (no se incluyen bases de datos)
en los cuales se incluyen los fuentes de TIERRA y de la ayuda.
Menú Principal
Para el uso de las tareas se elaboró un menú principal que tiene las siguientes opciones.
Trabajo Con Datos
Se presentan ocho opciones para resolver las necesidades del tratamiento de datos que
permiten convertir las bases de datos DBF a los formatos TXT que utiliza TIERRA. También se
permiten accesos a toda la información y actualización de algunas de ellas; se automatizan los
procesos de compactación y descompactación de archivos; se pueden hacer tratamientos de
modelación matemática de algunos datos.
Menú de Geología
�El objetivo general de esta opción es modelar tridimensionalmente la geometría y el
comportamiento geoquímico (ni, fe, co) y las masas volumétricas para cada bloque y recalcular
recursos.
Menú del Plan de Minería
Para lograr planificar correctamente la minería es necesario contar con acceso a la información
necesaria y tener disponible herramientas que posibiliten desarrollar las diferentes etapas de
estos planes. En esta opción se presentan estas herramientas.
Menú del Control de Minería
El control de la actividad minera es esencial para que la misma se desarrolle armónica y
racionalmente. Consideramos los controles topográficos, geoquímicos y de reservas mediante
perfiles, planchetas y planilla para cada pozo y se diseñaron las herramientas necesarias para
los cálculos y actualizaciones.
Calculadora
Con esta opción se tiene acceso a una calculadora científica numérica y lógica. Ella puede ser
usada desde casi cualquier parte de TIERRA. Las instrucciones para su uso están explicadas
en la ventana de la calculadora.
Acerca
Se muestra la ventana de presentación de TIERRA.
Gracias A
En este trabajo se ha recibido la colaboración de numerosos científicos, técnicos, etc. En esta
opción se muestra el nombre de las personas que han contribuido de manera importante en
diferentes temas o aspectos.
Seguridad
En esta opción se da paso al sistema de seguridad de TIERRA. A cada usuario se le asigna
una clave o password y el derecho a trabajar con las opciones que se autorice.
Ayuda
Mediante esta opción se tiene acceso a todo el archivo TIERRA.HLP.
Terminar
Con esta opción se termina la ejecución de la aplicación.
Veamos a continuación la explicación de cada uno de los menúes:
Trabajo con Datos
Yacimiento y Mina
Se presenta el siguiente diálogo:
Figura A3.1:
�En el cuadro superior aparece la lista de los bloques que forman el yacimiento y las
coordenadas del extremo inferior derecho de cada bloque. Esto se almacena y edita en el
archivo *.BLQ.
En el cuadro inferior aparece la lista de "objetos" que pertenecen al yacimiento y a la mina los
cuales se definen por su nombre y por el archivo de sus coordenadas. Estos archivos tienen
tres columnas: las coordenadas OesteEste y SurNorte y la columna UnirCon la cual facilita el
dibujo. Estos archivos pueden editarse mediante el botón EDITAR el cual permite usar la
opción Tablas de Datos y Gráficos.
Cada vez que se agrega o elimina un "objeto" a la lista debe grabarse el cambio mediante el
botón GRABAR DATOS.
El botón RESUMEN muestra una breve caracterización del yacimiento.
El botón GRAFICAR nos muestra un gráfico del yacimiento. Al pasar el puntero del ratón sobre
un objeto del gráfico se visualiza el nombre del mismo. Si hacemos Click Derecho sobre uno de
los pozos criollos aparece una tabla con la información del pozo.
Debemos hacer notar que en la esquina superior derecha del gráfico aparece el nombre del
bloque sobre el que se desliza el puntero del ratón. Si hacemos Doble Click Izquierdo
aparecerá un submenú en la esquina superior izquierda que permite un acceso rápido a
cualquier información disponible sobre bloque.
Esta información es la siguiente :
1. Tabla resumen por tipo de mena.
2. Tabla de cálculos de recursos de la Empresa Geológica de Santiago de Cuba.
3. Tabla de cálculo según red de exploración.
4. Tabla de cálculo según red de explotación.
5. Tabla de porcentajes de escombros y contrastes.
6. Tabla de recálculo de recursos.
7. Gráfico de planta de la red de exploración.
8. Gráfico de planta de la red de explotación.
9. Gráfico de planta de la red de exploración estimada.
Compacta y Descompacta
Los archivos que almacenan los datos y los diferentes resultados que se van obteniendo
pueden almacenarse compactados y descompactarse en caso necesario. Para organizar esta
operación se presenta el correspondiente diálogo:
Debe señalarse que esta compactación/descompactación se realiza con el formato ARJ y se
utiliza un password especial y desconocido para los usuarios.
Generar Red de Exploración
Las bases de datos originales están dado por un archivo DBF para cada bloque, las cuales
fueron convertidas al formato texto en archivos *.TXO.
Esta opción se creó con el fin de convertir las bases de datos originales *.TXO que presentan
la estructura original de los archivos *.DBF a la estructura *.TXT que es la que se define en
TIERRA como estructura básica para estos archivos.
Esta opción debe realizarse una sola vez, al principio del montaje de cada yacimiento.
Generar Red de Explotación
La red de explotación se almacenó originalmente en un archivo DBF el cual se convirtió al
formato TXT. Se presentan dos opciones:
1. Generar la Primera vez : Separar este archivo TXT en varios archivos por bloques.
2. Actualizar : Puesto que esta red se sigue desarrollando en la actualidad es necesario poder
actualizar los archivos.
Filtraje de Datos de la red de Exploración
Dada la necesidad de verificar la confiabilidad de los datos de la red de exploración se decidió
filtrar los mismos a partir de los siguientes criterios:
1. Rangos del % de Ni : [0,4]
2. Rangos del % de Fe : [0,60]
3. Rangos del % de Co : [0,1]
4. Coordenadas OesteEste, SurNorte y Cotas vacías.
5. Rangos de coordenadas y Cotas.
6. Dos cotas consecutivas mayor que 2 m o menor que 0.25 m.
Hay que destacar que para cada bloque se hizo un informe donde se señalan las situaciones
donde se violan las restricciones anteriores con el fin de que se revisen la mismas (ya que
necesariamente estas no constituyen errores).
Control de Muestras
�El control de la muestras está dado por conocer con exactitud el lugar físico donde están las
mismas (Gavetero y Gaveta), los valores de % de Ni, Fe y Co de cada muestra, el lugar
geográfico a que pertenecen y la numeración de la muestra.
Para ello se elaboraron para cada bloque archivos de extensión *.100 y de extensión *.33 (para
cada tipo de muestra) y se crearon mecanismos de visualización de las mismas.
Estos archivos pueden escribirse desde Tablas de Datos y Gráficos.
X-MET
Un analizador instantáneo de muestras X-MET permite en poco tiempo realizar análisis que
determinan el % de los componentes seleccionados. Los resultados pueden ser transmitidos y
almacenados en una computadora.
Para el tratamiento estadístico de estos datos (este tratamiento permite evaluar la fiabilidad del
instrumento y elaborar informes periódicos) se creó el correspondiente diálogo.
Tablas de Datos y Gráficos
En esta opción se presenta un editor de datos numéricos el cual incluye las herramientas
necesarias para procesar estadísticamente y graficar los datos y obtener modelos de curvas,
superficies e hipersuperficies por diferentes métodos tales como ajuste mínimo cuadrado,
inverso de una potencia de la distancia, interpolación lineal, splines, kriging, etc.
Geología
Cortes Geológicos
Dados los datos primarios de la red de exploración que se almacenan en archivos *.TXT se
realizan los primeros análisis. Se obtienen los resultados siguientes:
1. Tabla Resumen por Tipo de Mena.
2. Gráfico de los pozos según perfiles.
3. Gráfico tridimensional de los pozos.
4. Histogramas
Cálculos Primarios
Se presenta un submenú con las siguientes opciones:
1. Tabla de Cálculos Primarios.
2. Tablas para yacimiento a partir de *.PR1.
3. Gráfico de comportamiento geoquímico por pozo.
4. Regularización de la Red de un Bloque :Puesto que las mediciones en el sentido vertical no
constituyen una red regular, mediante estimaciones se obtiene una red totalmente regular
para cada bloque la cual se usa con diferentes fines en otras opciones.
5. Horizontes: En este caso se presenta la posibilidad de obtener gráficos de isofranjas,
gráficos tridimensionales, perfiles, áreas y volúmenes en un área de un bloque con respecto
a los Techos Topográfico y del Mineral y los Pisos del Mineral y del Pozo.
6. Perfiles con Isofranjas de la Red de Exploración:
Se pueden obtener perfiles en diferentes direcciones y en los mismos se presentan isofranjas
de % de Ni, Fe y Co así como del Tipo de Mena.
Estimar Nueva Red
Esta opción tiene como fin, organizar de forma más eficiente los datos de la red de exploración
junto a los datos aportados por la red de explotación o cualquier otra medición.
1. El primer paso consiste en obtener para cada bloque una Red de Techos y Pisos cada 4.16
m en las direcciones OesteEste y NorteSur; la misma se desarrolla para el Techo
Topográfico, el Techo del Mineral y para el Piso del Mineral.
2. Aunque para obtener estas redes se utilizan, además de los datos del bloque en cuestión,
los datos de otros bloques cercanos, se hace necesario compatibilizar estas redes entre
bloques colindantes.
3. A continuación se presenta una opción para extender la Red Regular obtenida en Cálculos
Primarios hasta el borde del bloque. Esto se hace atendiendo también a los valores de los
bloques vecinos.
En TIERRA se presentan tres tipos de estimación de % de Ni, Fe y Co.
El primer tipo consiste en realizar una estimación por spline trilineal o tricúbico en cada punto y
para cada componente realizando previamente una nivelación de las cotas de los pozos. Esto
es un procedimiento sencillo y tiene en cuenta, principalmente, la estratificación de estos
yacimientos.
El segundo tipo de estimación consiste en analizar la variabilidad de los datos disponibles y
obtener variogramas que se ajustan posteriormente a ciertos modelos teóricos (Análisis
Variográfico) y mediante Kriging se realiza la estimación.
El tercer tipo de estimación se basa en buscar el drift o tendencia de cada componente a partir
de los datos regularizados y por diferencia con los datos originales obtener el archivos de
�residuos a los cuales se les hace el análisis variográfico y la estimación es la suma de las
estimación del drift más la estimación del residuo mediante kriging.
4. Las opciones que se presentan para preparar estos métodos de estimación son:
a. Archivos de Residuos (obtenerlos).
b. Variograma y Zona de Influencia de Residuos.
c. Variograma y Zona de Influencia de Datos Originales.
5. El próximo paso consiste en Estimar la Nueva Red.
Hay que señalar que para esta versión solo se obtienen redes cada 16.66 m y que los errores
topográficos y de laboratorio no se tienen en cuenta.
Si se usa Spline entonces se tienen los métodos de estimación primero y tercero dependiendo
esto de que seleccionemos o no la opción METODO POR CORRECCION POR KRIGING DE
RESIDUOS. Si no se usa spline entonces se trata del segundo método.
6. De manera análoga es conveniente lograr una compatibilización entre los valores obtenidos
entre bloques colindantes.
Tablas de medias y gráficos.
Se crea una tabla de diferentes parámetros para cada pozo de un bloque dado.
Patrones de Algunas Variables
En esta opción se pueden buscar para cada bloque patrones o redes densas de varios
parámetros
Masas Volumétricas
Las masas volumétricas de estos yacimientos se han asumido históricamente como promedios
de los valores de las mismas en ciertas zonas definidas de manera bastante arbitraria.
Para un reanálisis de las masas volumétricas se hizo un estudio cuyo resultado permite estimar
las mismas para cada pozo de las red de exploración y para cada tipo de mena tecnológica.
Se puede realizar un análisis estadístico sencillo y un gráfico de las relaciones entre los valores
de las componentes en el pozo criollo y en el pozo de exploración correspondiente.
Recálculo de Recursos
El recálculo de recursos se realiza para cada pozo de la red de exploración pero con los
resultados de la nueva red estimada.
Planificación de la Minería
Definición de Escombro y Mineral Recuperable (definición de reservas de mena)
Esta es una tarea fundamental para lograr desarrollar la planificación de la minería pues aquí
se define que parte de los recursos se convertirá realmente en escombro y cual en mineral.
Después de escribir el nombre del bloque, buscar las masas volumétricas y precisar los cutoff
pedidos debemos seleccionar que red vamos a utilizar para este trabajo. A continuación se
calculan, para los pozos seleccionados, 6 variantes de escombro/mineral y se permite definir
una séptima variante manualmente. Se debe escoger cual será la que define las reservas
recuperables.
Tablas de Reservas Reales y Actuales
Se obtienen y visualizan tablas sobre las reservas reales actuales de diferentes elementos.
Plan de Destape
Es una consecuencia directa de la Definición de escombro y Mineral Recuperable y se realiza
por bloque.
Plan para un Año
En el plan para este período se consideran los valores globales de cantidad y calidad
necesarios para responder a las necesidades presentadas por la industria.
Este plan es consecuencia del plan para 5 años y de la minería efectuada hasta el momento.
Puesto que los flujos de minería se definen con mayor precisión en los planes mensuales y los
planes para 5 días, deberá presentarse la oportunidad de que en los momentos de planificar el
mes y el miniflujo, se puedan hacer correcciones en el plan anual.
Por otra parte, el plan de explotación del yacimiento es definido para toda su vida útil y en este
caso se crea un archivo de extensión CyV que contempla los datos necesarios de estos
planes.
Plan para un Mes
En el plan para este período se consideran valores específicos de cantidad y calidad
necesarios para responder a las necesidades presentadas por la industria. Este plan es
consecuencia del plan para 1 año y de la minería efectuada hasta el momento.
Los flujos de minería se definirán con toda la precisión necesaria en los planes para 5 días y al
confeccionar la orden de extracción diaria, presentaremos la oportunidad de que en los
momentos de planificar el miniflujo y de desarrollar la orden diaria de extracción, se puedan
hacer correcciones en los planes mensuales y anuales.
Plan para pocos días (Miniflujo)
�Los miniflujos pueden ser de números variables de días (entre 4 y 10 días), pero que deben
pertenecer a un mismo mes y año.
Plan para 24 horas (Orden Diaria de Extracción)
El objetivo de esta opción es emitir, a partir de los planes confeccionados la orden diaria de
extracción de mineral.
Control de la Minería
Cálculos para una Extracción
La idea general es que a partir de un conjunto de mediciones topográficas (las cuales pueden
escribirse en diferentes sistemas de coordenadas y que pueden incluir o no la definición de la
frontera), se calculan los contenidos, masa y volumen del material extraído; estos resultados
pueden almacenarse convenientemente o imprimirse.
Se presenta una CALCULADORA TOPOGRÁFICA que permite realizar estos cálculos de una
manera rápida y 'transportar' los resultados mediante un clipboard especial.
El primer paso es OBTENER BLOQUES y es aquí donde se determinan que bloques contienen
las coordenadas de los datos dados. En esta versión sólo se admiten hasta 4 bloques y deben
estar todos colindantes.
El segundo paso es HALLAR COTAS POR BLOQUES. Después de realizar varios cálculos en
cada bloque, se determinan los pozos que se contemplaron en la extracción. Los resultados
obtenidos hasta aquí pueden grabarse en un archivo.
Al grabar los resultados se actualizan las planchetas de los bloques que intervienen.
Al hallar las cotas por bloque aparece para cada bloque una ventana que muestra el gráfico de
las mediciones en dicho bloque.
Al oprimir el botón CALCULO POR BLOQUES se pide la masa volumétrica en caso de que se
tenga seleccionado usar las viejas y para cada pozo se tiene un diálogo que permite realizar
los cálculos.
Se pueden usar los datos de la red de exploración o los de la red de explotación. Se permite
grabar en el sitio adecuado los resultados de la extracción para cada pozo. Esta opción es
imprescindible para lograr eficiencia en el control. Al final se informa sobre los resultados de la
extracción para cada bloque:
Cotas de Relleno para el Destape de un Pozo
Cuando se termina el destape de un pozo es conveniente realizar algunas mediciones
topográficas con tres objetivos principales:
1. Precisar la cantidad de material destapado y los % de Ni, Fe y Co.
2. Actualizar en los archivos *:REA (que contienen los valores reales del techo topográfico,
techo del mineral y fondo del mineral) los valores del techo del mineral para el pozo.
3. Crear y actualizar los archivos *.ARE que contienen para cada una de las 9 áreas de un
pozo los valores de comienzo y final real del mineral.
A partir de un conjunto de mediciones topográficas (las cuales pueden escribirse en diferentes
sistemas de coordenadas), son determinados los contenidos, masa y volumen del escombro
extraído, estos resultados pueden almacenarse convenientemente o imprimirse.
Después de hallar las cotas actuales se procede al cálculo.
Cotas de Relleno para el Agotamiento de un Pozo
Cuando se termina de extraer el mineral de un pozo es conveniente realizar algunas
mediciones topográficas con dos objetivos principales:
1. Actualizar en los archivos *:REA (que contienen los valores reales del techo topográfico,
techo del mineral y fondo del mineral) los valores del fondo del mineral para el pozo.
2. Crear y actualizar los archivos *.ARE que contienen para cada una de las 9 áreas de un
pozo los valores de comienzo y final real del mineral.
A partir de un conjunto de mediciones topográficas (las cuales pueden escribirse en diferentes
sistemas de coordenadas son determinadas las cotas buscadas. Los datos topográficos
pueden leerse o grabarse en archivos y se pueden graficar. Se presenta una CALCULADORA
TOPOGRÁFICA que permite realizar estos cálculos de una manera rápida y 'transportar' los
resultados mediante un clipboard especial.
Control de Pozos
El control de la minería en cada pozo es una tarea esencial. Se presenta un sistema de control
que asigna una 'página' a cada pozo y en ella se controla la información primaria, la
información obtenida a partir de modelos y la información del descombreo y de la minería
realizada.
Se pueden escribir los resultados desde Cálculo para una Extracción.
Los resultados se van acumulando al final y se actualiza al pasar de una celda a otra y cuando
decidimos que el pozo está agotado entonces aparece el cuadro CALCULAR y EDITAR que
permite determinar las características del material extraído del pozo.
�Se presentan opciones para obtener información de la minería realizada (tanto en el tiempo
como en el espacio y por equipamiento).
Perfiles Verticales
En este caso se presentan dos tipos de perfiles:
1. Con Isofranjas.
2. Numéricos.
En el primer caso se pueden obtener perfiles en diferentes direcciones y en los mismos se
presentan isofranjas de % de Ni, Fe y Co así como del Tipo de Mena.
Ver las Cotas (Planchetas)
Ver las cotas a través de una plancheta tiene gran importancia. TIERRA permite ver varios
sistemas de cotas INICIAL, ACTUAL, REAL y las historias. Se pueden observar los bloques o
alguno de sus pozos tanto, mediante números como mediante isofranjas.
Actualiza Archivo *.PLA
En ocasiones es necesario actualizar la plancheta sin necesidad de contabilizar el material
extraído. A partir de mediciones topográficas (que pueden escribirse en diferentes sistemas de
coordenadas) se determina la nueva topografía del terreno. Como elemento colateral se
determinan los volúmenes positivos y negativos de material extraído y depositado.
Actualizar Techo Topográfico, Techo Real del Mineral y Fondo Real de Mineral
Estas opciones son análogas a Actualizar Archivo *.PLA pero aquí se actualiza el archivo
*.REA en sus tres variables que reflejan cotas.
En el presente trabajo se han presentado las ideas generales del software TIERRA el cual recoge
los algoritmos que conforman una metodología para el pronóstico, planificación y control de la
minería en yacimientos lateríticos. Los diálogos se han basado en el diseño propio del
ambiente Windows, lo cual simplifica la necesaria complejidad del intercambio de información
entre el usuario y la computadora. La conexión con otros software de la familia de Microsoft y
con el SURFER está garantizada en los casos necesarios de edición e impresión de textos,
tablas y gráficos. Finalmente, se ha planteado la posibilidad de ampliarse la gama de opciones
de TIERRA a partir de la solicitud de los usuarios.
�Anexo4 : Yacimientos del Nordeste de Holguín (Fuente: Oficina Nacional de Recursos
Minerales. Las asignaciones en algunos casos están a nivel de propuestas).
Tabla A4.1
Orden
Nombre del Yacimiento
Asignado a la empresa:
1
Camarioca Norte
Pedro Soto Alba
2
Colas de Ernesto Che Guevara
Ernesto Che Guevara
3
Atlantic
Pedro Soto Alba
4
Colas de Pedro Soto Alba
Pedro Soto Alba
5
Moa Oriental
Pedro Soto Alba
6
Moa Zona A
Pedro Soto Alba
7
Piloto
Pedro Soto Alba
8
Zona B
Reserva estatal
9
Zona Sur
Pedro Soto Alba
10
Camarioca Este
Proyecto Cupey
11
Camarioca Sur - Norte
Proyecto Cupey
12
Cantarrana
Proyecto Cupey
13
La Delta
Proyecto Cupey
14
Yagrumaje Norte
Proyecto Cupey
15
Yagrumaje Oeste
Proyecto Cupey
16
Yagrumaje Sur
Proyecto Cupey
17
Pinares de Mayarí
Proyecto Pinares
18
Cupey
Reserva estatal
19
Camarioca Sur - Sur
Reserva estatal
20
Santa Teresita
Reserva estatal
21
Yamanigüey Cuerpo 1
Pedro Soto Alba
22
Yamanigüey Cuerpo 2
Pedro Soto Alba
23
Yamanigüey Cuerpo 3
Reserva estatal
24
Yamanigüey Cuerpo 4
Reserva estatal
25
Yamanigüey Ferroaleaciones
Reserva estatal
26
Zona Septentrional
Pedro Soto Alba
27
Zona Pronóstico
Pedro Soto Alba
28
Colas Planta Nicaro
René Ramos Latour
29
Levisa
René Ramos Latour
30
Luz Norte
René Ramos Latour
31
Luz Sur
René Ramos Latour
32
Canadá
Reserva estatal
33
Martí (campos 6,7,9)
René Ramos Latour
34
Playa La Vaca
Reserva estatal
35
Pinares de Mayarí Este
René Ramos Latour
36
Ocujal Ramona
Reserva estatal
37
Sol Líbano
Reserva estatal
38
Vega Grande
Reserva estatal
39
Punta Gorda
Ernesto Che Guevara
�Anexo 5: Clasificación de las menas tecnológicas de los yacimientos lateríticos en la
empresa Ernesto Che Guevara. (Fuente: Departamento Técnico, Subdirección de Minas,
Empresa Ernesto Che Guevara).
Tabla A5.1
% de Níquel
% de Hierro
Mena
Mínimo
Máximo
Mínimo
Máximo
FB
0
0.69999999999
30
100
FF
0
0.69999999999
20
29.9999999999
LF
0.7
8.99999999999
35
100
LB
0.9
100
35
100
SB
0.9
100
12
34.9999999999
SD
0.9
100
0
11.9999999999
SF
0.7
0.89999999999
12
34.9999999999
RE
0
0.69999999999
0
19.9999999999
Como puede observarse, en esta definición hay una zona con %Ni∈[0.7,0.9) y %Fe∈[0,12) que
no pertenece a ninguna clasificación. En este trabajo se propone que se tome la clasificación
Roca Estéril (RE) para estos intervalos.
�Anexo 6: Parámetros de Planes de Pérdida, Empobrecimiento y Dilución de las empresas
de la Unión del Níquel (Fuentes: Subdirecciones de Minas de las empresas Ernesto Che
Guevara, René Ramos Latour y Moanickel S.A. Pedro Soto Alba).
Tabla A6.1
Empresa
% de pérdidas % de empobrecimiento Dilución Dilución % Dilución
% de Ni
de Fe
% de Co
Ernesto Che
6
11
-0.12
-2
-0.01
Guevara
René Ramos
20 en Martí
16.5
-0.16
-2.8
-0.01
Latour
25.9 en Pinares
Pedro Soto Alba
6
8-10
-0.056
-1
0.006
�Anexo 7: Algunos formatos usados en los software de geología y minería (Fuente:
Tomado de [120,147]
Data Files (.DAT)
Data files used by VARIOWIN programs are ASCII files conforming to the Geo-EAS [ENGLUND
& SPARKS 1991 ]or the GSLIB [DEUTSCH & JOURNEL 1992] file format.
Line 1 holds the title of the file.
Line 2 holds the number of variables Nvar.
Line 3 to Line 3+Nvar hold the name of each variable which cannot exceed 10 characters.
All the following lines contains sample values with variables listed in the same order as the one
used for listing the variable names. Values can be separated by BLANKS or by TABS. A
sample name must be enclosed in ' and must be in the last position.
All values greater or equal to 1.0E+31 are considered as missing values.
Example:
Example.dat
5
X
Y
Arsenic
Cadmium
Lead
288.0 311.0 .850 11.5 18.25 'Sample 1'
285.6 288.0 .630 8.50 1.0e+32 'Sample 2'
273.6 269.0 1.02 7.00 20.00 'Sample 3'
...
465.6 216.0 .930 11.6 25.00 'Sample 58'
492.0 216.0 .750 6.90 33.00 'Sample 59'
345.6 216.0 1.45 9.90 40.75 'Sample 60'
The end of the data file is indicated by the End of File character (EOF) which should be on the
last sample line.
However, PREVAR2D will read data files having empty lines, i.e. lines not containing a digit, at
the end of the file.
PCF files
PREVAR2D produces PCF written in a binary format which contains the following information
written sequentially :
L (integer) length of the name of the data file name including a terminating NULL character
Name (L bytes) data file name (WITHOUT the directory path)
Xcol (integer) X column
Ycol (integer) Y column
F1 (integer)
a flag F1 (0 or 1) telling wether all variables are considered with their default
limits. If a subset has been constructed by changing the default minimum or maximum value for
one variable, this flag is set to 1.
If F1 was set to 1 :
Nvar (integer) number of variables in data file
For all variables (i = 1 to Nvar) :
F2 (integer)
a flag (0 or 1) telling wether
the variable examined is considered with its default limits. If a subset has been constructed by
changing the default minimum or maximum value for the variable, this flag is set to 1.
If F2 was set to 1 :
minVi (float)
minimum value for variable i
maxVi (float) maximum value for variable i
Npairs (long) number of pairs i PCF
For all Npairs which are ordered by increasing values of the magnitude of the separation
vector :
tailrec (integer) position in the data file of the tail record
headrec (integer) position in the data file of the head record
distance (float) magnitude of the separation vector
deltax (float)
delta X component of the separation vector
deltay (float)
delta Y component of the separation vector
Grid Files (.GRD)
�Grid files used for variogram surfaces and 2D models of spatial continuity are ASCII files
conforming to the SURFER.GRD file format [GOLDEN SOFTWARE, INC. 1994]. This type of
file is used to transfer a grid to a contouring package such as SURFER. A grid file contains the
following information written on different lines :
id
id (4 characters) DSAA = ASCII grid file
nx ny nx (integer) = number of grid lines along X
axis (columns)
ny(integer) = number of grid lines along Y
axis (rows)
xlo xhi xlo(double) = minimum X coordinate of grid
xhi(double) = maximum X coordinate of grid
ylo yhi ylo(double) = minimum Y coordinate of grid
yhi(double) = maximum Y coordinate of grid
zlo zhi zlo(double) = minimum Z coordinate of grid
zhi(double) = maximum Z coordinate of grid
grid row 1
...
grid row 3...
(float) Z values of the grid organized in row order. Each row has a constant Y
coordinate, with the first row equal to ylo, and the last row yhi. X coordinates within each row
range from xlo to xhi.
Example
DSAA
11 11
-50 50
-50 50
31547.173828 138493.890625
95838.027389 110068.196685 111765.255632
86905.37505 81668.940854 88832.468786 82741.043904
...
82741.043904 88832.468786 81668.940854 86905.37505
111765.255632 110068.196685 95838.027389
Surfer for Windows [.SRF] Files
Surfer [.SRF] files contain all the information necessary to reproduce a complete map in the Plot
window. It contains all the information in the Plot window at the time you saved the [.SRF] file.
Surfer [SRF] files contain a complete map, and can contain contour and surface maps, post
maps, base maps, text, and any associated objects that you have drawn on the map. When
you have completed a map, you can save it as a [.SRF] file. When you open this file at a later
date it is recalled in exactly the same way as you saved it.
When you create a contour map or surface plot, the grid [.GRD] file is only read the first time the
map or surface is created. If you save the map in a [.SRF] file and subsequently change the
grid file used to produce the map or surface, the changes are not reflected the next time you
open the [.SRF] file. You can even delete the grid file and the [.SRF] file can reproduce the
contour map or surface plot created from the deleted grid file.
SYLK [.SLK] Files
SYLK files are special ASCII files that contain worksheet formatting information along with the
data. When you import these files to the Surfer worksheet, the data is formatted in the columns
based on the information in the file. For example, if you are using fixed formatting with 4
decimal digits, the data is displayed in this manner when you load the [.SLK] file into the
worksheet. This formatting can be saved in the file and used in your next session of Surfer, or
can be used by applications that accept the [.SLK] file format (such as Excel).
If you create a SYLK file from another application and load the file into the Surfer worksheet,
there might be special formatting information in the file that Surfer cannot use. In these cases,
the data file is loaded without a problem, but if you save the file in a SYLK format from Surfer,
the special formatting information is lost. Either use another filename, or overwrite the existing
file if you don't care to save the special information.
�Anexo 8: Diferentes tipos de muestreos que se realizan durante la prospección
geológica de yacimientos lateríticos cubanos (Tomado de la Tabla 1.1 de [135], página 21).
Tabla A8.1
Tipo de muestra
Método de Muestreo
Preparación
Finalidad del Muestreo
Ordinario
Testigo de perforación. Secado, pulverización y Determinación
Surco en pozos de
cuarteo.
analíticas cuantitativas
mapeo.
del contenido del Ni, Fe
y Co.
Técnico
Fragmento testigo
Parafinado, secado y
Determinación de la
monolitos Shelby.
pesaje.
humedad, peso
volumétrico y las
propiedades físico mecánicas.
Compuesta
A partir de los
Mezcla y
Determinaciones
duplicados de las
homogeneización del
cuantitativas de 18
muestras ordinarias
mineral.
elementos y
semicuantitativas de 34
elementos.
Tecnológico
Muestra volumétrica del Homogeneización y
Estudio de las
mineral extraído de
separación por áreas,
propiedades
pozos criollos o a partir horizontes o cuerpos.
tecnológicas del
de mezclas de
mineral.
duplicados de otras
muestras.
Litogeoquímico
Jagua.
Separación en
Determinación de la
fracciones ligeras,
existencia de aureolas
pesadas, magnéticas y de dispersión de
diferentes clases
cuerpos minerales
granulométricas.
útiles que acompañen
la mineralización.
Mineralógico
Testigo de perforación y Separación en
Estudio de la
de fragmentos.
fracciones ligeras,
composición
pesadas, magnéticas,
mineralógica de las
electromagnéticas, y
menas.
diferentes clases
granulométricas.
�Anexo 9: Valores Mínimos, Máximos, Medias Aritméticas y Desviación estándar de los %
de NI, Fe y Co en 40 pozos criollos del yacimiento Punta Gorda
Tabla A9.1
Ni
Fe
Co
Pozo Min
Max Med Des
Min
Max Med Des
Min
Max Med Des
1
0.27 2.45 1.23 0.69 11.12 51.78 38.2 14.73 0.027 0.135 0.006 0.034
2 0.077 1.31 0.77 0.45 30.27 49.59 41.64 7.25 0.023 0.11 0.06 0.03
3
0.48
2.5 1.35 0.77 12.21 51.04 35.22 14.6 0.029 0.085 0.049 0.017
4
0.45 4.59 1.38 1.03 25.75 49.49 44.19 8.41 0.012
0.3 0.13 0.09
5
0.41 1.34 0.92 0.36 31.11 49.1 44.04 3.22 0.013 0.152 0.08 0.04
6
0.35 2.26 1.1 0.75 17.4 50.38 39.84 8.79 0.023 0.23 0.07 0.051
7
0.37 1.96 1.08 0.56 14.24 50.85
37 15.94 0.035 0.218 0.065 0.05
8
0.19 2.25 1.04 0.638 18.8 49.13 37.2 11.74 0.015 0.424 0.059 0.09
9
0.28 1.58 0.81 0.48 28.93 43.7 38.61 5.35 0.041 0.096 0.06 0.012
10
0.5 0.52 0.51 0.011 42.48 48.08 45.33
2.4 0.036 0.068 0.05 0.015
11
0.11 2.21 0.88
0.6 41.23 52.9 48.03 4.02 0.032 0.23 0.09 0.06
12
0.23 0.64 0.47 0.15 16.53
43 32.37 11.38 0.025 0.078 0.057 0.022
13
0.28 2.15 1.3 0.75 18.64 51.8 36.83 14.61 0.027 0.11 0.57 0.026
14
0.25 0.46 0.32 0.11 37.67 43.57 41.09 3.06 0.036 0.042 0.039 0.003
15
0.25 1.89 0.96 0.55 9.41 52.1 30.89 13.93 0.011 0.32 0.06 0.06
16
0.2 1.36 0.48 0.27 8.59
49 36.02 12.69 0.08 0.094 0.013 0.03
17
0.34 2.17 1.14 0.35 37.22 51.5 47.3 3.41 0.015 0.02 0.11 0.05
18
0.27 1.74 0.91 0.44 10.06 49.71 31.41 13.32 0.023 0.168 0.64 0.04
19
0.43 1.88 1.31 0.47 22.2 49.2 41.22 10.87 0.035 0.186 0.96 0.04
23
0.39 2.42 0.89 0.67 13.05 49.3 43.9 9.09 0.01 0.14 0.05 0.058
24
0.42 2.38 1.1 0.59 16.5
49 43.29 9.57 0.012
0.2
0.1 0.065
26
0.98 2.17 1.58 0.32 12.6 35.2 19.65 7.57 0.018 0.082 0.039 0.012
27
0.18 1.95 0.91 0.57 27.8 48.13 42.5 6.13 0.012 0.162 0.07 0.04
29
0.96 1.36 1.19 0.15 11.6 49.5 34.91 15.67 0.02 0.122 0.066 0.038
30
0.21 2.07 1.05 0.67 12.2 51.8 39.81 11.98 0.02 0.499
0.1 0.11
32
0.36 1.76 1.07 0.45 10.2 51.2 34.78 16.8 0.015 0.217 0.108 0.069
37
0.34 2.33 1.59 0.63 13.22 51.5 34.16 13.96 0.018 0.169 0.069 0.056
38
0.25 1.64 0.8 0.46 24.47 47.8 41.03 5.78 0.01 0.135 0.05 0.04
39
0.43 0.51 0.47 0.029 41.9 43.4 42.69 0.58 0.034 0.053 0.04 0.008
40
0.7 1.65 1.14 0.39 42.1 48.4 46.05 12.06 0.015 0.27 0.14 0.11
41
1.04 2.48 1.53 0.51 16.8 49.3 40.4 9.89 0.009 0.19 0.07 0.05
42
0.95 2.19 1.62 6.39
7.4 48.4 29.72 16.01 0.008 0.154 0.06 0.04
43
0.03 1.55 0.79 0.46
29 52.4 38.6 15.31 0.01 0.32 0.07 0.067
44
0.71 1.84 1.36 0.28 18.6 49.3 32.42 12.18 0.032 0.223 0.08 0.07
45
0.58 1.22 1.55 0.66 28.4 46.7 38.77 7.98 0.048 0.211 0.09 0.05
46
47
48
49
61
0.46
0.26
0.28
0.39
1.29
2.05
1.75
1.83
2.16
2.47
1.96
1.07
0.97
1.11
1.88
0.4
0.44
0.46
0.56
0.42
44 51.4 49.02 1.99
39
52 47.6 3.63
12.1 51.3 42.9 10.7
16.8 52.5 40.41 11.65
12.9 47.85 33.25 16.35
0.009
0.014
0.017
0.013
0.05
0.256
0.157
0.257
0.145
0.225
0.07
0.086
0.107
0.053
0.124
0.06
0.052
0.088
0.039
0.115
�Anexo 10: Valores Mínimos, Máximos, Medias Aritméticas y Desviación estándar de %
del NI, Fe y Co en 40 pozos de perforación coincidentes con los pozos criollos del Anexo
9 del yacimiento Punta Gorda
Tabla A10.1
Ni
Fe
Co
Pozo Min Max Med Des Min
Max
Med
Des Min
Max
Med Des
1 0.45 2.64 1.37 0.65 10.68
52.2 37.53 15.46
0.017 0.203 0.07 0.053
2
2 0.08 2.46 1.089 0.65
30.4
48.6 44.09 6.61
0.038 0.145 0.07 0.037
4
3 0.49 2.37 1.37 0.69 13.17 51.13 36.82
15
0.028 0.071 0.04 0.013
4 0.52 1.63 1.16 0.38 15.99 49.93 45.06
8.9
0.031 0.398 0.1
0.1
5 0.49 1.34 0.91 0.32 25.03 49.98 43.49 6.43
0.033 0.128 0.07 0.023
3
6 0.05 2.16 0.98 0.49
19.5 49.33
41 7.27
0.022 0.193 0.06 0.03
9
7 0.42 1.85 1.09 0.51 12.17 51.75 36.96 15.33
0.023 0.121 0.04 0.028
7
8 0.13 1.85 0.88 0.62
13.4
48.4 36.86 11.46
0.015
0.27 0.05 0.06
9 0.27
1.7 0.88 0.55
22.7 45.99 38.44 7.21
0.035 0.073 0.05 0.01
2
10 0.27 1.06 0.69 0.39 20.25 39.99
29.5 9.03
0.013 0.087 0.05 0.03
4
11 0.12 1.51 0.78 0.46 40.88 52.14 46.59 3.95
0.032 0.152 0.07 0.048
9
12 0.33 1.19 0.55 0.27 15.86 40.65 30.35 10.97
0.031 0.072 0.04 0.015
6
13 0.31 1.83 1.05 0.52
9.11 53.33 33.83 16.59
0.013
0.11 0.05 0.02
14 0.14 0.56 0.33 0.21 39.27
48.5 43.82 4.66
0.036 0.042 0.03 0.001
8
15 0.18 1.78 0.95 0.54
1.92
51.4 30.73 15.02
0.012
0.35 0.05 0.07
8
16 0.08 2.03 0.97 0.63 11.64 49.65 36.45 10.22
0.015
0.18 0.05 0.04
17 0.36 1.73 1.13 0.32 19.09 52.26 45.91 6.58
0.031
0.25 0.09 0.05
18 0.18
1.8 1.01 0.45 11.28 48.11 32.11 12.42
0.021 0.135 0.06 0.02
1
19 0.42 1.76 1.21 0.05
30
47.5
42.5 7.58
0.046
0.32 0.11 0.08
23
0.4 2.06 0.78 0.5
14.7
60.2 46.11 9.32
0
0.91 0.04 0.03
4
24 0.076 2.54 0.9 0.62
21.8
49.9 43.71 8.64
0.017 0.016 0.08 0.04
4
26 1.59 2.38 1.95 0.2
10.6
42 23.55 11.29
0.016 0.075 0.04 0.012
27 0.12 1.85 0.89 0.51
19.8
47.8
42.7 7.53
0.012
0.2 0.06 0.05
8
29 1.14 1.39 1.24 0.11
21.3
50.6
30.5 13.31
0.036 0.138 0.07 0.04
7
30 0.19
1.9 0.82 0.57
8.8
50.3 38.63 12.22
0.015 0.515 0.1 0.115
32 0.37 1.46 1.97 3.52
11
53.5 39.16 17.13
0.022 0.211 0.89 0.57
37 0.36 2.86 1.775 0.74
16.6
14.1 28.98 12.07
0.02
0.99 0.10 0.25
3
38 0.26 1.41 0.79 0.43
19.7
47.1 41.04 7.46
0.01
0.16 0.05 0.04
2
39 0.47 0.51 0.48 0.02 40.02
42.2 41.62 0.91
0.041 0.057 0.04 0.08
8
40 0.88 1.67 1.22 0.29 43.34
47.5 45.96 1.68
0.031
0.31 0.15
0.1
41 0.91 2.86 1.53 0.68 21.72 51.61 42.96 8.36
0.016 0.138 0.07 0.04
�42
43
44
45
0.89
0.08
0.68
0.58
2.32 1.72 0.44
1.48 0.82 0.44
1.93 1.42 0.32
2.38 1.6 60.63
1.36
3
21
26.92
48.57
50
50.7
46.92
30.33 14.53
38.23 14.1
33.95 12.03
37.81 8.85
0.02
0.01
0.027
0.048
0.148
0.139
0.193
0.141
46 0.081
47 0.32
2.48 1.25 0.48
2.11 1.15 0.54
14.13
21.74
49.89
49.47
43.82 10.06
44.02 8.92
0.011
0.017
0.246
0.168
48
49
0.39
0.37
1.54 0.95 0.33
2.38 1.13 0.58
12.9
14.6
49.9
54.1
41.5 11.06
38.26 14.45
0.014
0.012
0.45
0.35
61
1.21
11.6
52.5
35.5 16.48
0.022
0.21
2.7
1.9 0.97
0.05
0.06
0.07
0.06
8
0.09
0.07
6
0.11
0.07
2
0.11
5
0.36
0.037
0.05
0.013
0.079
0.046
0.12
0.09
0.062
�Anexo 11: Coeficientes de correlación lineal y covarianza entre los valores de los pozos
criollos y sus correspondientes pozos de exploración para él Ni, Fe y Co.
Tabla A11.1
Ni
Fe
Co
Pozo Coeficientes Covarianza Coeficientes Covarianza Coeficientes Covarianza
de Correlación
de Correlación
de Correlación
1
0.98
0.41
0.99
288.79
0.67
0.0012
2
0.31
0.08
0.25
10.62
0.65
0.0006
3
0.99
0.47
0.98
191.06
0.98
0.0002
4
0.59
0.22
0.76
72.42
0.71
0.006
5
0.94
0.09
0.92
28.51
0.52
0.0004
6
0.72
0.19
0.72
44.32
0.88
0.0017
7
0.97
0.26
0.97
217.04
0.95
0.01
8
0.93
0.35
0.74
94.13
0.86
0.004
9
0.89
0.2
0.11
3.85
0.86
0.0002
10
-0.2
-0.0007
-0.79
-12.98
0.83
0.0003
11
0.96
0.25
0.95
13.92
0.91
0.013
12
0.49
0.017
0.97
106.41
0.55
0.00016
13
0.63
0.22
0.917
217.72
0.8
0.0005
14
0.95
0.015
-0.2
-1.98
0.98
0.000006
15
0.94
0.27
0.9
1.8288
0.97
0.04
16
-0.13
-0.02
-0.11
-14.5
-0.42
-0.005
17
0.59
0.06
0.84
18.31
0.61
0.02
18
0.59
0.11
0.67
107.99
0.67
0.0008
19
0.95
0.2
0.94
69.86
-0.08
-0.0003
23
0.92
0.29
0.9
73.9
0.87
0.01
24
0.89
0.31
0.92
72.27
0.8
0.002
26
0.4
0.02
0.54
41.85
0.39
0.0001
27
0.97
0.27
0.89
39.8
0.92
0.002
29
0.79
0.012
0.76
132.71
0.92
0.001
30
0.89
0.33
0.86
121.25
0.97
0.01
32
0.51
0.73
0.84
228.18
0.78
0.03
37
0.42
1.55
0.87
37.76
0.57
0.007
38
0.94
0.18
0.95
38.93
0.93
0.001
39
0.016
7.99
0.16
0.07
0.41
0.00002
40
0.86
0.086
0.66
1.99
0.91
0.009
41
0.71
0.23
0.34
26.17
0.62
0.001
42
0.8
0.13
0.96
210.85
0.86
0.001
43
0.89
0.17
0.96
195.68
0.37
0.0008
44
0.78
0.065
0.86
15.44
0.85
0.03
45
0.97
0.41
0.98
60.91
0.9
0.001
46
0.75
0.14
0.31
5.99
0.65
0.03
47
0.94
0.24
0.03
1.025
0.51
0.001
48
0.71
0.1
0.73
80.18
0.42
0.004
49
0.96
0.3
0.8
126.78
0.34
0.0011
61
0.97
0.18
0.96
226.75
0.87
0.0034
Medias
0.7294 0.4281075
0.670175 79.895095
0.694 0.00597965
�Anexo 12: Rangos de errores permisibles de los análisis químicos realizados (Fuente :
Encuestas en Subdirecciones de Minas de las empresas ECG, PSA y RRL).
Red de Exploración (Realizados por empresas norteamericanas y por la Empresa de Geología
Santiago)
Tabla A12.1
Empresa
% Ni
% Fe
% Co
ECG
3%
5% para valor <30% 10% al 20 % relativos
0.7 a 0.8 para otros
valores
RRL
No tenemos datos
No tenemos datos
No tenemos datos
PSA
0.04
0.5
0.005
Red de Explotación (Realizados por los laboratorios centrales de cada empresa)
Empresa
% Ni
% Fe
% Co
ECG
0,03
0.08
0.01
RRL
6% para valor< 1%
6% para valor <12%
8% para valor < 0.1%
4% para valor 1% a 1.4%
4 para valor 12% - 35%
6% para valor ≥ 0.1%
3% para valor ≥ 1.4%
PSA
0.02
0.5
0.03
Nota : Las masas volumétricas se determinan a partir del material extraído de los pozos criollos
mediante dos métodos diferentes. En el primer caso se realiza atendiendo a los horizontes
tecnológicos promediándose la masa volumétrica para cada tipo y en el segundo caso se
determinan las masas volumétricas atendiendo a las características físicas tales como tipos de
rocas, granulometría, diferencias de color, compactación, textura, etc. que definen los
horizontes litológicos. El segundo método, que conlleva un gran volumen de trabajo, no
proporcionó diferencias significativas en el cálculo de reservas al compararla con los
resultados obtenidos por el primer método durante pruebas realizadas en Nicaro [153], por lo
que ha sido el primer método el mas usado. Un caso análogo se ha producido en la mina Moa.
En la literatura revisada no ha sido posible encontrar los errores permisibles o presuntamente
cometidos en el cálculo de las masas volumétricas.
�Anexo 13: Demostración de un teorema sobre Splines Bicúbicos (las referencias a
fórmulas son las vistas en el epígrafe 3.3)
Teorema: La función z=H(x,y) es interpoladora exacta, continua y con primeras y segundas
derivadas continuas.
Demostración.
La propiedad de que es interpoladora exacta es evidente teniendo en cuenta la expresión 1 del
anexo 35 y el resultado de sustituir en 5 un punto (xi,yj) de los datos.
La propiedad de la continuidad de H y sus primeras y segundas derivadas solo es necesario
probarlas en las uniones de dos parches. Se tienen dos casos; sin perder generalidad, cuando
n1=n2=3, donde tendremos 4 “parches”, a saber: P11, P12, P21 y P22. En este caso se obtienen
los splines verticales:
z=aij+bij(y-yj)+cij(y-yj)2+dij(y-yj)3 para j=1,2; i=1,2,3; y∈[yj,yjj+1]
A partir de las tablas (xi,ai1), (xi,bi1), (xi,ci1), (xi,di1), (xi,ai2), (xi,bi2), (xi,ci2) y (xi,di2) se obtienen splines
a1(x), b1(x), c1(x), d1(x), a2(x), b2(x), c2(x) y d2(x) respectivamente.
El primer caso es la unión de dos “parches” de una misma franja, por ejemplo de P21 y P22. Si
analizamos la continuidad de H(x,y) en esta unión veremos que, para y arbitrario, en el intervalo
correspondiente se cumple que:
lim
x → x−
2
H ( x, y)
H ( x, y)
lim
=
x → x+
2
ya que a1(x), b1(x), c1(x) y d1(x) son splines y por tanto son continuos para todo x.
El segundo caso es la unión de dos “parches” de una misma columna, por ejemplo P11 y P21.
lim
Calculando
y → y+
2
H ( x, y)
= a2(x)
que es un spline y pasa por los puntos (x1,a12), (x2,a22) y (x3,a32), pero ai2=z12, a22=z22 y a32=z32
por lo que a2(x) es el único (teorema de Carl De Boor [30]) spline que pasa por los puntos
(x1,z12), (x2,z22) y (x3,z32).
lim
Calculemos
y → y−
2
H ( x, y)
=a1(x)+b1(x)(y2-y1)+ c1(x)(y2-y1)2+ d1(x)(y2-y1)3.
Si evaluamos la expresión anterior para x=x1, x=x2 y x=x3 se obtienen, respectivamente, los
valores z12, z22 y z23, por tanto a1(x)+b1(x)(y2-y1)+ c1(x)(y2-y1)2+ d1(x)(y2-y1)3 pasa por los
puntos (x1,z12), (x2,z22) y (x3,z32) y al ser una combinación lineal de splines es interpolante,
continuo y con primera y segunda derivadas continuas, luego es un spline y al ser único,
coincide con a2(x). De modo que al ser iguales los valores de ambos límites se demuestra la
continuidad en la unión entre las dos franjas.
De manera análoga se puede demostrar la continuidad de las primeras y segundas derivadas.
LQQD.
�Anexo 14: Distribución porcentual de las muestras tomadas en un bloque a partir de las
capas tecnológicas.
Tabla A14.1
Bloque ???
Tipo
% de
Media Ni
Desv.
Media Fe Desv.
Media Co Desv.
muestras
Estand Ni
Estand Fe
Estand Co
FB
8.490000 0.457000 0.162000 41.900000 3.951000 0.036000 0.031000
FF
0.220000 0.540000 0.142000 26.740000 3.354000 0.065000 0.029000
LF
10.520000 0.809000 0.056000 47.297000 2.615000 0.066000 0.066000
LB
70.200000 1.333000 0.281000 48.342000 2.834000 0.122000 0.097000
SB
9.050000 1.850000 0.391000 21.450000 6.197000 0.054000 0.052000
LB+SB
79.260000 1.392000 0.339000 45.271000 9.202000 0.115000 0.095000
SD
0.520000 1.513000 0.420000 9.808000 1.379000 0.031000 0.021000
SF
0.350000 0.784000 0.072000 26.075000 7.861000 0.090000 0.052000
RE
0.560000 0.498000 0.186000 10.846000 5.176000 0.030000 0.019000
Otras
0.090000 0.770000 0.071000 9.950000 2.192000 0.019000 0.008000
General
2309.0000 1.242000 0.436000 44.682000 9.320000 0.102000 0.092000
0
�Anexo 15: Histograma del Ni según las muestras tomadas en un bloque.
Figura A15.1
�Anexo 16: Gráfico de perfiles tecnológicos de un bloque
Figura A16.1
�Anexo 17: Gráfico tridimensional del comportamiento tecnológico de un bloque.
Figura A17.1
�Anexo 18: Sección de una
tecnológico).
Tabla A18.1
Ord Poz Tipo Desd Hast
en o
de
e
a
Men
a
1
1
FB
0
1
tabla de cálculo de recursos de un bloque (por tipo
2
LF
1
2
1
3
LB
2
19
17
4
SB
19
21.8
2.8
FB
0
2
2
6
LF
2
5
3
7
LB
5
23
18
8
SB
23
25
2
LB
0
22
22
SB
22
22.5
0.5
LB
0
15
15
SB
15
17.3
2.3
FB
0
2
2
14
LF
2
3
1
15
LB
3
22
19
16
SB
22
27
5
5
9
2
3
10
11
4
12
13
5
Lon Volum Reser %Ni
g
.
va
1
17
6
LB
0
25
25
18
7
LF
0
3
3
19
LB
3
19
16
20
SB
19
22.9
3.9
FB
0
9
9
22
LF
9
10
1
23
LB
10
27
17
24
SB
27
28.3
1.3
FB
0
8
8
26
LF
8
11
3
27
LB
11
33
22
21
25
8
9
1111.
11
1111.
11
18888
.8
3111.
11
2222.
22
3333.
33
20000
1889
1489
21531
3297
3777
4466
22798
2222.
22
24444
.4
555.5
55
16666
.6
2555.
55
2222.
22
1111.
11
21111
.1
5555.
55
27777
.7
3333.
33
17777
.7
4333.
33
10000
2355
1111.
11
18888
.8
1444.
44
8888.
88
3333.
33
24444
1489
27864
589
18998
2709
3777
1489
24064
5888
31663
4466
20265
4593
16998
21531
1531
15110
4466
27864
%F
e
%C
o
Ton
Ni
Ton
Fe
Ton
Co
0.48 39.
25
0.83 49.
37
1.33 47.
91
2.22 24.
66
0.45 42.
84
0.78 47.
48
1.53 49.
21
2.23 19.
2
1.37 48.
84
2.23 24.
12
1.56 48.
25
1.89 24.
93
0.52 41.
74
0.82 46.
47
1.3
49
0.0
22
0.0
25
0.0
82
0.0
45
0.0
2
0.0
67
0.0
94
0.0
42
0.0
76
0.0
59
0.1
11
0.0
62
0.0
26
0.0
32
0.0
84
0.0
54
0.0
98
0.0
3
0.1
29
0.0
64
0.0
41
0.0
24
0.0
85
0.0
31
0.0
32
0.0
38
0.1
9.067
2
12.35
8
286.3
6
73.19
34
16.99
65
34.83
48
348.8
09
52.51
65
381.7
36
13.13
47
296.3
68
51.20
01
19.64
04
12.20
98
312.8
32
115.4
04
449.6
14
36.62
12
257.3
65
89.10
42
83.29
02
12.65
65
299.2
80
33.06
96
66.48
4
34.38
82
417.9
741.4
3
735.1
1
1031
5.5
813.0
40
1618.
06
2120.
45
1121
8.8
452.1
6
1360
8.7
142.0
66
9166.
53
675.3
53
1576.
51
691.9
38
1179
1.3
1449.
62
1411
2.1
2050.
34
1010
0.0
1117.
93
7499.
51
725.5
89
1059
5.4
236.2
33
6083.
28
2067.
31
1282
0.4155
8
0.3722
5
17.655
4
1.4836
5
0.7554
1.96 24.
62
1.42 44.
57
0.82 45.
91
1.27 49.
84
1.94 24.
34
0.49 44.
12
0.85 48.
73
1.39 49.
21
2.16 15.
43
0.44 40.
26
0.77 46.
29
1.5
46.
2.9922
2
21.430
12
0.9891
21.176
64
0.3475
1
21.087
78
1.6795
8
0.9820
2
0.4764
8
20.213
76
3.1795
2
31.029
74
1.3398
26.141
85
2.9395
2
6.9691
8
0.3573
6
18.301
35
0.4746
1
4.8352
1.6970
8
28.142
�28
SB
33
37
4
LF
0
1
1
30
LB
1
19
18
31
RE
19
20
1
LF
0
2
2
33
LB
2
24
22
34
SB
24
24.7
0.7
35
RE
24.7
25.7
1
LB
0
19
19
SB
19
21
2
FB
0
1
1
39
LB
1
25
24
40
SB
25
28
3
FB
0
1
1
42
LF
1
5
4
43
LB
5
23.8
44
SB
32.8
33.5
27.
8
0.7
29
32
36
11
12
13
37
38
41
14
15
.4
02
4444. 4711 1.44 25.
44
23
1111. 1489 0.72 45.
11
94
20000 22798 1.32 48.
34
1111. 1589 0.63 15.
11
35
2222. 2977 0.8
48.
22
48
24444 27864 1.27 49.
.4
4
777.7 824
2.17 25.
77
32
1111. 1589 0.22 5.9
11
3
21111 24064 1.44 48.
.1
82
2222. 2355 2.06 16.
22
83
1111. 1889 0.58 43.
11
76
26666 30397 1.49 48.
.6
45
3333. 3533 2.17 28.
33
3
1111. 1889 0.51 42.
11
16
4444. 5955 0.72 48.
44
31
30888 35218 1.34 47.
.8
34
777.7 824
2.2
19.
77
28
01
0.0
56
0.0
24
0.0
84
0.0
41
0.0
33
0.1
0.0
59
0.0
12
0.1
69
0.0
44
0.0
22
0.1
1
0.0
65
0.0
37
0.0
37
0.1
03
0.0
49
6
67.83
84
10.72
08
300.9
33
10.01
07
23.81
6
353.8
72
17.88
08
3.495
8
346.5
21
48.51
3
10.95
62
452.9
15
76.66
61
9.633
9
42.87
6
471.9
21
18.12
8
3.0
1188.
58
684.0
46
1102
0.5
243.9
11
1443.
24
1376
4.8
208.6
36
94.22
77
1174
8.0
396.3
46
826.6
26
1472
7.3
999.8
39
796.4
02
2876.
86
1667
2.2
158.8
67
64
2.6381
6
0.3573
6
19.150
32
0.6514
9
0.9824
1
27.864
0.4861
6
0.1906
8
40.668
16
1.0362
0.4155
8
33.436
7
2.2964
5
0.6989
3
2.2033
5
36.274
54
0.4037
6
�Anexo 19: Sección de una tabla de relación de las potencias de los escombros con las
del mineral y los contrastes en las zonas de contacto del escombro superior y el mineral.
Tabla A19.1
Pozo %ES /
%ES/(Min+ %EI /
%ES / EI Dif. Ni
Dif. Fe
Dif. Co
Min
EI)
Min
(ZCS)
(ZCS)
(ZCS)
1
10.101010 5.31914 200.0000
0.210000
0.000000
0.002000
10.63829
9
2
25.00000 25.000000 0.00000
0.510000
3.400000
-0.028000
0
3
0.000000 4.65116
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
3
0.000000
4
0.000000 0.00000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0
5
13.04347 12.500000 4.34782 300.0000
0.160000
1.900000
0.007000
6
6
0.000000 0.00000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0
7
15.87301 15.075377 5.29100 300.0000
0.150000
2.100000
0.008000
5
8
54.64480 54.644809 0.00000
0.060000
1.000000
-0.005000
0
9
44.00000 42.307692 4.00000 1100.000
0.200000
2.200000
0.015000
0
10
5.555556 0.00000
0.340000
4.700000
0.007000
5.555556
0
11
8.810573 0.00000
0.120000
0.500000
-0.005000
8.810573
0
12
0.000000 0.00000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0
13
3.703704 8.00000
50.0000
0.350000
4.900000
0.003000
4.000000
0
14
17.54386 17.543860 0.00000
0.230000
0.700000
-0.002000
0
15
5.555556 12.5000
0.400000
3.600000
-0.010000
6.250000
0
50.00000
16
10.34482
9.677419 6.89655 150.0000
0.180000
1.800000
-0.008000
2
17
21.81818 21.052632 3.63636 600.0000
0.160000
2.000000
-0.004000
4
18
45.00000 45.000000 0.00000
0.280000
2.800000
0.006000
0
19
43.75000 43.750000 0.00000
0.190000
2.600000
-0.024000
0
20
3.367003 0.00000
0.260000
4.100000
0.001000
3.367003
0
21
3.773585 23.2558 20.00000
0.730000
5.900000
-0.021000
4.651163
1
22
17.77777 16.326531 8.88888 200.0000
0.190000
-0.100000
0.000000
9
23
8.032129 0.00000
0.210000
4.100000
0.002000
8.032129
0
24
10.41666 10.416667 0.00000
0.350000
1.200000
-0.007000
0
25
3.300330 0.00000
0.340000
5.300000
-0.014000
3.300330
0
26
3.448276 11.5384 33.3333
0.390000
2.900000
0.070000
3.846154
6
27
16.94915 16.949153 0.00000
0.060000
4.100000
0.003000
0
�28
26.31578
29
30
25.000000
8.510638
8.510638
15.30612
31
14.563107
4.000000
32
4.000000
28.57142
25.000000
33
20.00000
19.047619
34
25.45454
25.454545
35
15.38461
15.384615
36
24.48979
23.529412
37
30.30303
28.571429
38
16.32653
15.686275
39
5.000000
5.263158
40
6.250000
41
6.250000
25.00000
23.809524
42
18.51851
17.241379
43
44
8.955224
9.230769
28.73563
45
25.773196
8.450704
8.450704
46
3.921569
3.921569
47
48
3.257329
3.367003
19.68503
49
19.685039
0.000000
0.000000
50
51
52
3.846154
3.846154
18.01801
15.62500
16.528926
15.151515
5.26315
8
0.00000
0
5.10204
1
0.00000
0
14.2857
1
5.00000
0
0.00000
0
0.00000
0
4.08163
3
6.06060
6
4.08163
3
5.26315
8
0.00000
0
5.00000
0
7.40740
7
3.07692
3
11.4942
5
0.00000
0
0.00000
0
3.36700
3
0.00000
0
0.00000
0
0.00000
0
9.00900
9
3.12500
0
500.000
0.730000
9.000000
-0.005000
0.120000
0.700000
-0.001000
0.230000
4.800000
0.031000
0.430000
7.000000
-0.009000
200.0000
0.500000
3.300000
-0.001000
400.0000
0.090000
3.300000
-0.006000
0.040000
0.000000
0.004000
0.140000
1.300000
0.006000
600.0000
0.100000
-0.500000
-0.020000
500.0000
0.250000
3.200000
-0.004000
400.0000
0.130000
0.400000
-0.003000
100.0000
0.680000
1.900000
-0.008000
0.450000
2.900000
0.184000
500.0000
0.210000
-1.500000
0.007000
250.0000
0.140000
6.600000
0.026000
300.0000
0.230000
2.300000
0.067000
250.0000
0.120000
2.200000
-0.001000
0.130000
2.500000
0.007000
0.390000
1.900000
-0.010000
0.390000
4.300000
0.062000
0.450000
2.100000
0.141000
0.000000
0.000000
0.000000
0.210000
2.000000
0.025000
0.110000
0.300000
-0.001000
0.370000
0.300000
-0.006000
300.0000
100.0000
200.0000
500.0000
�Anexo 20: Perfil de isofranjas del comportamiento tecnológico en una línea de pozos de
la red de exploración en un bloque (desarrollado mediante interpolación lineal).
Figura A20.1
�Anexo 21: Perfil de los datos de un pozo de la red de exploración (como puede
observarse falta en cada intervalo la clasificación litológica).
Figura A21.1
�Anexo 22: Perfiles de los comportamientos de Ni, Fe y Co en la columna de un pozo.
Figura A22.1
�Anexo 23: Gráficos tridimensionales y de isofranjas de los datos topográficos primarios.
Figura A23.1
Figura A23.2
�Anexo 24: Diálogo para el trabajo con los horizontes topográficos de los datos
primarios.
Figura A24.1
�Anexo 25: Ejemplo sobre la representatividad de muestras.
“En una muestra realizada por especialistas de la mina de Nicaro, en la serpentina
descompuesta, se midió y marcó sobre la pared vertical del corte un cuadrado de 0,50 x 0,50m.
Este cuadrado fue dividido posteriormente en decímetros cuadrados: El mineral
correspondiente a cada decímetro cuadrado fue considerado como una muestra y extraído
cuidadosamente en una profundidad de un decímetro, por lo que cada muestra consistía de un
decímetro cúbico.”
”El análisis químico de las distintas muestras, presentó una distribución irregular de los valores
del níquel. Aunque la prueba se realizó en mineral serpentinítico, pueden esperarse resultados
similares si se realiza en mineral laterítico, aunque, probablemente, las variaciones del
contenido entre las muestras, sean menos pronunciadas.”
Figura A25.1:Valores del Ni según los resultados del ejemplo de 2.3 inciso a. (Tomado de la
Figura 18, página 102 de [153]).
La media aritmética del % de Ni en el cuadrado es 1.68 y la desviación estándar es 0.24. Si la
muestra se toma en la cuadrícula 1a se tendría un error con respecto a la media mencionada
es de 0.53 y si se toma en la cuadrícula d4 se tendría -0.35 de diferencia. Además, si se
hubiese tomado el pozo de exploración según la columna a, se tendría una diferencia de 0.29
en el promedio de las columnas lo cual es también significativo. Puede destacarse que el 16%
de las mediciones tienen errores con valor absoluto mayores que 0.3, el 52% los tiene mayor
que 0.2 y el 84% mayor que 0.1 (compárese con los valores de la dilución del % de Ni en el
anexo 6). Este caso muestra claramente los peligros de no considerar la variabilidad del
fenómeno y la necesidad de corregir frecuentemente la posición y la técnica del muestreo en
función de los resultados que se van obteniendo.
�Anexo 26: Otras vías de analizar el problema de la modelación y posible estimación de
las masas volumétricas.
Para ilustrar la exposición que sigue veamos gráficamente la posición de los pozos criollos con
respecto al yacimiento Punta Gorda en el municipio Moa:
Figura A26.1
En primer lugar se probó el Método de los Mínimos Cuadrados para los datos de 45 pozos
criollos del yacimiento Punta Gorda y se obtuvieron los siguientes resultados:
Tabla A26.1 : Medidas Estadísticas en los pozos criollos.
Medidas
% de Ni
% de Fe
% de Co
Masa Volumétrica
Valor Mínimo
0.03
2.9
0.008
0.56
Valor Máximo
4.59
52.9
0.499
2.96
Media Aritmética
1.079
39.16
0.0758
1.243
Error Típico de la Media
0.0244
0.508
0.00258
0.0155
Desviación Estándar
0.586
12.192
0.0619
0.3719
Error Típico de la Desviación 0.01728
0.3595
0.00183
0.011
Desviación Media
0.478073 9.943
0.0458
0.3122
Coeficiente de Variación
0.543052 0.3113
0.817
0.2992
Para estos resultados queremos hacer la observación de que el coeficiente de variación de la
masa volumétrica es el menor de todos lo que indica que es el parámetro más estable, siendo
el Co el menos estable.
Tabla A26.2 : Coeficientes de Correlación Lineal
Parámetro % Ni
% Fe
% Co
Masa
% Ni
1
-0.3035 0.3024
-0.5526
% Fe
1
0.2824
0.2163
% Co
1
-0.3008
Masa
1
En esta tabla se observa que las relaciones lineales entre estos parámetros, tomados dos a
dos, son débiles y por tanto proponemos no usarlas.
Con respecto al ajuste multilineal se tienen los siguientes resultados:
Ecuación : M = 1.47932807 - 0.28511639 Ni + 0.00419151 Fe -1.22340875 Co
Tabla A26.3 : Análisis de varianza.
Variación
Valor
Grados
Libertad
Explicada
26.93974043
3
Residual
52.45442554
571
Total
79.39416597
574
de
�Error estándar de una estimación :
0.30335673
Error probable de una observación :
0.20443487
Coeficiente de correlación
:
0.58250869
Coeficientes de correlación parcial :
Para el Ni : -0.43044556
Para el Fe : 0.14521463
Para el Co : -0.21273205
Sin necesidad de realizar otros análisis y pruebas estadísticas se puede afirmar que en este
caso este método no es eficiente porque las relaciones globales entre los cuatro parámetros
son débiles.
Otra posibilidad que analizamos es la de obtener por el mismo método una ecuación que
reflejara la relación entre la masa volumétrica y las coordenadas geográficas por tipo de mena.
Los resultados que se obtuvieron también son insatisfactorios.
El segundo método que tuvimos en cuenta es el de estimación por Inverso de una Potencia de
la Distancia donde el valor de M, estimado para un pozo de la red de exploración, depende de
los valores de este parámetro para los pozos criollos teniendo más influencia aquellos que
estén más cercanos. En este caso no se tendrían en cuenta las relaciones entre los valores de
las componentes Ni, Fe y Co con la masa volumétrica y además habría que hacer un análisis
de anisotropía y si la red es irregular y escasa (como sucede en este caso) no proporcionaría
resultados confiables. Por otra parte, quedaría tomar la decisión de cual potencia de la
distancia tomar lo cual es un paso tan complejo como decisivo.
Una variante de este método podría ser considerar que la masa volumétrica por tipo de mena
depende del las coordenadas geográficas y de los componentes Ni, Fe y Co y trabajar con la
distancia euclidiana en el espacio R5. Es evidente que a las últimas dificultades planteadas se
le agregaría la complejidad y laboriosidad de los cálculos.
El último método que analizamos es el Estimación por Kriging a partir de un Análisis
Variógráfico considerando la variabilidad de la masa volumétrica en el contexto geométrico..
Las dificultades que se presentan en este caso están relacionadas, en primer lugar, con el
hecho de no tener en cuenta las relaciones entre los valores de las componentes Ni, Fe y Co
con la masa volumétrica.
En segundo lugar, tenemos que aunque las mediciones realizadas son regulares en el sentido
vertical (cada 1 m), son muy irregulares en el sentido horizontal lo que se deduce de:
a. La distancia entre ellas es como promedio de 1553.53 m siendo su valor mínimo 46.669 m y
su valor máximo es 3795.84 m.
b. Cuando analizamos la triangulización de los datos en el plano obtuvimos que el área según
la frontera exterior convexa es de 6669061 m2, el número de triángulos es 76, el área del
menor triángulo es de 1650 m2, y el área del mayor triángulo es 665100 m2. La media
aritmética de las áreas de los triángulos es 87750.8 m2 y su desviación standart 94204.48
m2.
c. La irregularidad de la red, junto a las diferencias entre las distancias verticales y las
distancias horizontales, dificultan de manera significativa el análisis variográfico.
En tercer lugar, al trabajar el análisis variográfico tridimensionalmente obtuvimos para un paso
básico de h=379.6 m, un modelo esférico sin efecto pepita, alcance de 380 m y meseta de
0.122; El cálculo del coeficiente IGF (Indicative Goodness to Fit o sea Indicador de Bondad de
Ajuste se realizó para todos los puntos del variograma experimental (0.0505) y para la primera
mitad de estos puntos (0.007816) lo cual indica un buen ajuste. Al definir la zona de influencia
nos decidimos por aceptar que el fenómeno fuera isotrópico y estacionario dentro de un
elipsoide de radios horizontales de 1100 m y de radio vertical de 8 m. Esto nos condujo a que
el proceso de estimación posterior (kriging) no tuviera en cuenta las características del
comportamiento de la masa volumétrica en el sentido vertical debido fundamentalemente a las
oscilaciones de la topografía del terreno y a las irregularidades espaciales de las capas
tecnológicas. Para resolver esto valoramos varias vías mediante artificios, estudios particulares
y cálculos laboriosos para cada zona y capa tecnológica por lo que llegamos a la conclusión de
que este método solo debemos utilizarlo en última instancia.
�Anexo 27: Fórmula de Cuadratura de Gauss tomado y traducido de [48]
Sea y= f(x) una función integrable en [a,b] y sean t1,...,tn los n ceros del polinomio de Legendre
Pn(x) (de grado n).
Sean además los valores de A1,A2,..., An llamados factores de ponderación, entonces:
n
b
∫ f(x) dx = (b-a)/2 Σ Ai f((b+a)/2 + ti(b-a)/2)
a
i=1
y el error cometido es:
(b-a)2n+1 (n!)4 f(2n) (l)
Rn = ----------------------------[(2n)!]3 (2n+1)
donde l e (a,b)
Nótese que esta fórmula tiene un alto nivel de precisión de modo que si por ejemplo n=8 se obtiene
un resultado exacto para polinomios de grado 16.
A continuación informamos:
Tabla A27.1: Valores aproximados de ti y Ai para n=8:
i
ti
Ai
1;8
-+ 0.96028986 0.10122854
2;7
-+ 0.79666648 0.22238104
3;6
-+ 0.52553242 0.31370664
4;5
-+ 0.18343464 0.36268378
�Anexo 28: Algoritmo para una Interpolación Optima, según Chebyshev, con Nodos
Arbitrarios. (tomado de [88])
El siguiente algoritmo es la aplicación de la transformada LL extendida y de extremos fijos
sobre f inyectiva.
La interpolación que se obtiene esta dada por y=Yt(W(x)).
A. Dados los n+1 puntos (xi,yi) ∈ RxR donde los xi son todos diferentes entre si, reordenamos
dichos puntos de manera que xi+1>xi , y=0,...,n-1.
B. Determinar el intervalo [a,b] donde x0 y xn son iguales a t0 y tn respectivamente. Esto se
logra resolviendo el sistema :
(1 − k )a + (1 + k )b = 2 xn
(1 − l )a + (1 + l )b = 2 x0
donde
pi
k = cos
2n + 2
(2n + 1) pi
l = cos
2n + 2
C. Hallar para i=0,...,n, los valores
tn-i =
[(b − a ) cos((2i + 1) pi / (2n + 2) + b + a ]
2
D. Aproximar la función t=W(x).
W(x) =
t −t
t = ti + i +1 i ( x − xi )
xi +1 − xi
para
x ∈[ xi , xi +1 ]
para i=0,...,n-1.
n
E. Hallar Yt(x) =
∑y
i =0
Qi ( x ) =
i
P( x )
( x − ti )
Qi ( x )
Qi (ti )
y
donde
P( x ) = ( x − t 0 )...( x − t n )
∈ [x0,xn] entonces calculamos
n
Qi (t c )
tc=W(xc) y después calculamos yc= ∑ yi
i =0
Qi (ti )
F. Si queremos interpolar el valor yc a partir de xc
El error que se comete es mínimo con respecto a la interpolación polinómica y para la función
W(x) puede ser disminuido en la medida que el intervalo [xi,xi+1] sea más pequeño.
�Anexo 29: Perfiles y Planchetas.
I. Sección de un Perfil Vertical Numérico donde se presentan datos de exploración y control
del trabajo por medio de líneas y barras:
Figura A29.1
II. Perfil Vertical de un bloque donde con Isofranjas donde se ilustra el comportamiento del Ni:
Figura A29.2
III. Plancheta con valores numéricos que representan las cotas topográficas de un bloque:
Figura A29.3
�IV. Plancheta donde mediante colores se representan los valores de III:
Figura A29.4
V. Zoom del pozo 1 de la plancheta vista en planta:
Figura A29.5
�VI. Zoom del pozo 1 de la plancheta vista en IV (los colores no son los mismos porque ha sido
de mayor interés mostrar los contrastes):
Figura A29.6
�Anexo 30: Pertenencia de un punto del plano al interior o a la frontera de una región
limitada por un polígono (Tomado de [97])
Es usual definir una región A del plano R2 mediante un conjunto de n puntos Q1,...,Qn , de
coordenadas (xi,yi) i=1,...,n en el sistema O X Y, ordenados, en general en sentido positivo
(contrario a las manecillas del reloj) y según la secuencia del dibujo, que forman un polígono al
cual se considera un modelo de la frontera de dicha región.
En muchas ocasiones es necesario determinar si un punto P de coordenadas (x,y) está en el
exterior o en el interior y frontera de A. Casos que se presentan, relacionados con la Geología
y la Minería son los de la densificación de una red en una región plana limitada por un polígono
y la búsqueda de la posición de un punto con respecto a una región en un mapa digitalizado.
Un caso menos conocido donde se plantea este problema es el relacionado con la fórmula de
G. Pick que plantea que si dividimos el plano en cuadrados de área 1 y denominamos al
conjunto de vértices de todos los cuadrados RETICULO PUNTUAL y a dichos vértice NODOS
del retículo y además tenemos un polígono tal que todos sus vértices pertenezcan al retículo (
a este polígono se le llama POLIGONO RETICULAR ), entonces el área de la región limitada
por el polígono está dada por Ap= i-1+b/2 donde i es el número de nodos que se encuentran
dentro del polígono y b el número de nodos que contiene la frontera. Estos resultados son
utilizados en varias ramas teóricas de la Matemática.
Se conocen varios algoritmos para resolver el problema planteado. Entre ellos son mas
conocidos el de la “Suma de Angulos Subtendidos”, el del “Saltos de una Línea a un Punto
Exterior”, el de “Segmentos de la Frontera a la Derecha de Punto” y el de Davis y David [45].
Los mismos presentan dificultades relacionadas con una gran complejidad o con un
considerable volumen de cálculo.
En este trabajo presentamos un variación del algoritmo de Suma de Angulos Subtendidos
donde se reduce el volumen de cálculo y la complejidad del mismo.
Sea un polígono de n vértices ordenados positivamente. En el vértice Qk, k∈{1,...,n} se tendrá
el ángulo interior αk (definido por tres vértices consecutivos) y se puede definir en este punto el
ángulo exterior βk=π-αk. Se conoce que :
n
∑α
k =1
k
= (n − 2)π
n
∑β
k =1
k
= 2π
Un polígono se dice CONVEXO si todos los ángulos interiores αk son menores o iguales que π.
El área de un polígono se calcula [26] por la fórmula clásica:
APC = [(x1-x2)*(y1+y2) + ... + (xn-1-xn)*(yn-1+yn) + (xn-x1)*(yn+y1]/2
En particular el área de un triángulo se puede calcular por :
AT = [(x1-x2)*(y1+y2) + (x2-x3)*(y2+y3) + (x3-x1)*(y3+y1]/2
Para determinar si un punto P pertenece al exterior o al interior y frontera de la región A
limitada por un polígono convexo (PC) hallamos APC y también hallamos las áreas ATi de los n
triángulos que forma el punto P al unirlo con cada pareja de vértices consecutivos de PC. Si
APC es igual a la suma de los valores ATi entonces se puede afirmar que P pertenece al interior
o a la frontera de A. Si además alguno de los valores ATi es 0 entonces P pertenece
estrictamente a la frontera de A.
Si el polígono que limita a la región A no es convexo (PNC) entonces proponemos el siguiente
algoritmo:
1. Buscar el polígono convexo PC ( que limita a una región B ), formado por el subconjunto de
puntos del PNC tal que todos los puntos de PNC pertenezcan al interior o a la frontera de
la región B. A la región B se le llama CAPSULA CONVEXA de los puntos del PNC. El
polígono PC puede obtenerse mediante el Algoritmo del Angulo Mínimo [82]
2. Si el punto P está en el exterior de B entonces también estará en el exterior de A y finaliza
este algoritmo. En caso de que P esté en el interior o en la frontera de B, entonces
continuamos ejecutando el paso 3.
3. Agregamos un nuevo punto Qn+1 al conjunto Q1, Q2, ..., Qn tal que todos sus componentes
son iguales a las del punto Q1. Podemos asumir en lo que sigue que n=n+1.
4. Trasladamos todos los puntos a un nuevo sistema de coordenadas con centro en P. Se
obtienen los puntos Q11, Q12, ..., Q1n en el sistema de coordenadas O X1 Y1 y se asume
que la SUMA de los ángulos con vértice en el punto P y subtendido a dos lados
consecutivos del polígono es 0.
5. Para j igual 1,2,3,..., n-1 hacer lo siguiente:
A. Hallar γ, ángulo que forma el segmento OQ1j con el eje OX1.
B. Rotar el punto Q1j+1 el ángulo γ y se obtiene el punto Q2j+1 en el sistema O X2 Y2.
C. Hallar α, ángulo entre Q2j+1 y OX2, α∈[-π,π].
D. Hallar SUMA=SUMA+α.
�6. Si SUMA=0° entonces el punto está fuera del polígono y si SUMA=360° entonces está
dentro.
Es obvio que el algoritmo solo se ejecuta totalmente para los puntos interiores o fronteras de B
por lo que el volumen de cálculo se hace menor.
Asimismo afirmamos que la complejidad del algoritmo y de los cálculos son pequeñas puesto
que solo intervienen operaciones sencillas y análisis elementales.
El algoritmo presentado ha sido programado y en la práctica se ha comprobado su eficiencia
cuando se analiza la pertenencia de un gran número de puntos al exterior o al interior y frontera
de una región limitada por un polígono arbitrario ordenado que tiene también un alto número de
puntos. Vale recordar que durante la programación deberán tenerse en cuenta los diferentes
errores de redondeo, operacionales, etc, que pudieran provocar tomas de decisiones
equivocadas.
�Anexo 31: Cálculos de recursos de LB+SB en un bloque del yacimiento Punta Gorda
mediante tres métodos diferentes.
Tabla A31.1
Pozo Método Método Z I 2
Mét1Error Abs. Mét1 - Error Abs. Mét2 - Error Abs.
1
2
Met2
Relativo ZI 2
Relativo ZI 2
Relativo
%
%
%
1 15627.7 13318.2 13425.7 2309.57
17.34 2202.01
16.53 -107.56
0.81
8
1
7
2 12655.5 10211.9 10419.5 2443.62
23.93 2236.05
21.90 -207.57
2.03
6
4
1
3 9355.56 7949.13 8101.53 1406.43
17.69 1254.03
15.78 -152.40
1.92
4 13427.7 11046.4 11123.9 2381.31
21.56 2303.80
20.86 -77.52
0.70
8
7
8
5 9688.89 10002.3 9961.55 -313.43
3.13 -272.66
2.73
40.77
0.41
2
6 9577.78 9778.46 9741.20 -200.68
2.05 -163.42
1.67
37.25
0.38
7 9027.78 11083.1 11170.1 -2055.40
18.55
19.33 -86.91
0.78
8
0
2142.32
8 13211.1 13898.4 14185.5 -687.35
4.95 -974.43
7.01 -287.08
2.07
1
6
4
9 13650.0 14930.8 15270.3 -1280.89
8.58
10.85 -339.50
2.27
0
9
9
1620.39
11 13977.7 15667.2 15652.3 -1689.47
10.78
10.69
14.92
0.10
8
5
3
1674.55
12 11777.7 11193.6 11141.9 584.17
5.22 635.84
5.68
51.67
0.46
8
1
4
13 8366.67 6362.92 6390.78 2003.75
31.49 1975.89
31.05 -27.85
0.44
14 9688.89 9611.75 9786.18
77.14
0.80 -97.29
1.01 -174.43
1.81
15 13211.1 11540.2 11817.1 1670.86
14.48 1393.94
12.08 -276.91
2.40
1
5
7
16 14775.5 12485.7 12689.7 2289.79
18.34 2085.84
16.71 -203.96
1.63
6
7
2
17 13564.4 12139.1 12170.2 1425.25
11.74 1394.23
11.49 -31.03
0.26
4
9
1
18 16294.4 16353.6 16277.6 -59.16
0.36
16.83
0.10
75.99
0.46
4
0
1
19 20003.3 19532.0 19553.2 471.26
2.41 450.04
2.30 -21.22
0.11
3
7
9
21 14533.3 13458.4 13780.1 1074.87
7.99 753.18
5.60 -321.68
2.39
3
6
5
22 9688.89 12562.7 12811.7 -2873.86
22.88
24.86 -248.99
1.98
5
4
3122.85
23 9688.89 9268.99 9328.80 419.90
4.53 360.09
3.88 -59.81
0.65
24 18055.5 12716.0 12668.7 5339.53
41.99 5386.81
42.36
47.28
0.37
6
3
5
25 12766.6 11825.5 11806.0 941.12
7.96 960.62
8.12
19.51
0.16
7
5
5
26 13100.0 13158.9 13302.0 -58.98
0.45 -202.06
1.54 -143.08
1.09
0
8
6
27 14583.3 13086.0 13381.7 1497.33
11.44 1201.59
9.18 -295.74
2.26
3
0
4
28 9027.78 10395.4 10628.8 -1367.65
13.16
15.40 -233.46
2.25
3
9
1601.11
29 12111.1 11926.8 12053.2 184.28
1.55
57.88
0.49 -126.40
1.06
1
3
3
31 2200.00 4807.90 4790.97 -2607.90
54.24
53.89
16.92
0.35
2590.97
�32 3522.22 7272.34 7322.42 -3750.12
52.26
-603.79
3800.20
13.43
1734.79
33.24
3233.33
4.79 -788.61
-50.08
0.69
15.45 -226.89
2.02
35.64 -217.95
2.40
6.26 -184.82
1.47
1286.13
8.61 1270.16
8.50
-15.97
0.11
-462.25
4.07 -412.78
3.63
49.47
0.44
4096.70
35.18 4060.08
34.87
-36.62
0.31
-11.17
-1614.91
0.12 -175.92
76.92
1653.44
1.81 -164.75
78.76 -38.53
1.70
1.84
33 9718.89 11226.7 11453.6 -1507.90
9
8
34 6055.56 9070.93 9288.89 -3015.37
35 12000.0
0
36 16228.8
9
37 10894.4
4
38 15741.1
1
39 9688.89
41 484.44
42
43 11888.8
9
44 17722.2
2
45 15300.0
0
46 12988.8
9
47 17722.2
2
48 21466.6
7
49 14311.1
1
51 5394.44
52 5611.11
53
54 17835.5
6
55 15633.3
3
56 10122.2
2
57 14744.4
4
58 15744.4
4
59 17722.2
2
61 6933.33
62 11227.7
8
63
64 18488.8
9
65 14750.0
0
66 16622.2
2
67 20366.6
7
12603.7
9
14942.7
6
11356.6
9
11644.4
1
9700.06
2099.35
12788.6
1
14958.7
3
11307.2
2
11681.0
3
9864.81
2137.88
13081.4
3
15698.8
8
14022.6
0
14295.9
3
15555.3
8
16778.4
0
13517.0
4
5520.15
6031.79
13027.7
7
15697.8
5
14207.5
5
14634.0
8
15887.9
5
16922.1
8
13479.8
3
5570.66
6162.98
-1192.54
14374.5
7
14678.2
5
12500.3
7
14486.0
7
14553.2
0
14721.8
6
5925.71
9978.30
14556.6
1
14672.1
6
12451.3
1
14561.4
2
14828.2
9
15082.2
7
5942.00
9935.56
16249.1
0
15391.5
5
16125.3
2
17531.7
3
51.57
2023.34
1138.88
12.89 2024.37
1277.40
9.11 1092.45
-1307.04
9.12
53.66
0.00
0.41
12.89
1.03
0.01
7.79 -184.95
1.32
11.51 -338.15
2.37
2166.84
1645.19
13.93 1834.27
11.79 -332.56
2.14
4688.27
27.94 4544.49
27.09 -143.78
0.86
794.07
5.87 831.28
6.15
37.22
0.28
-125.71
-420.68
2.28 -176.22
6.97 -551.87
3.19 -50.51
9.15 -131.20
0.92
2.18
3460.99
24.08 3278.95
22.81 -182.03
1.27
955.08
6.51 961.17
-2378.15
9.14
8.71
19.02
6.55
6.09
0.04
18.63
49.06
0.39
1.26
-75.35
0.52
258.37
2329.09
1.78 183.02
1191.24
8.19 916.15
6.30 -275.09
1.89
3000.36
20.38 2639.95
17.93 -360.41
2.45
1007.62
1249.48
17.00 991.33
12.52 1292.22
16.73
12.95
-16.29
42.75
0.27
0.43
16498.4 2239.79
2
15765.6 -641.55
1
16447.1 496.90
5
17645.7 2834.94
4
13.78 1990.47
12.25 -249.33
1.53
1015.61
3.08 175.07
6.60 -374.06
2.43
1.09 -321.82
2.00
16.17 2720.93
15.52 -114.01
0.65
4.17
�68 17611.1
1
69 19044.4
4
71
72 24104.4
4
73 15083.3
3
74 12880.0
0
75 7705.56
76 16622.2
2
77 17944.4
4
78 9797.78
79 8033.33
81 6711.11
82 19477.7
8
83 12322.2
2
84 15300.0
0
85 15411.1
1
86 7705.56
15570.0 15515.0 2041.11
0
8
15847.3 15827.7 3197.06
8
9
13.11 2096.03
13.46
54.91
0.35
20.17 3216.65
20.30
19.59
0.12
18152.3
0
14367.1
7
11890.9
1
11234.6
9
14596.5
2
14135.4
0
10375.4
4
8119.89
11056.7
9
17438.2
6
15672.4
8
15364.6
9
12688.4
8
9030.76
5952.14
32.79 5542.68
30.53 -409.46
2.26
716.16
4.98 564.51
3.93 -151.65
1.06
989.09
8.32 1009.45
8.49
20.37
0.17
31.09
18561.7
6
14518.8
2
11870.5
5
11198.4
0
14703.4
9
14426.3
0
10625.9
9
8238.37
11010.5
4
17499.5
4
15944.4
3
15742.5
5
12920.4
6
9071.36
-3529.13
36.29
0.32
2025.70
3492.84
13.88 1918.73
13.15 -106.97
0.73
3809.04
26.95 3518.14
24.89 -290.89
2.06
-577.66
5.57 -828.21
7.98 -250.55
2.41
-86.56
-4345.68
1.07 -205.04
39.30
4299.43
11.70 1978.24
2.53 -118.48
38.88
46.25
1.46
0.42
11.34
-61.29
0.35
21.38
23.11 -271.96
1.74
-64.69
3622.21
0.42 -442.55
2.88 -377.86
2.46
2722.63
21.46 2490.65
19.63 -231.98
1.83
14.67
2039.52
-3350.26
-1325.20
87 13322.2 10105.9 10065.2 3216.28
2
4
7
88 20255.5 14545.1 14548.6 5710.41
6
5
0
89 7155.56 10451.9 10593.6 -3296.39
5
6
Suma 997056. 951891. 961094.
6
3
7
31.41
1365.80
31.83 3256.95
15.12
-40.60
0.45
32.23
40.67
0.40
39.26 5706.96
39.24
-3.45
0.02
31.54
32.89 -141.71
1.36
3438.10
Nota: Los pozos que presentan sus datos en blanco, no aparecen desarrollados en las bases de
datos.
�Anexo 32: Validación de la modelación geoquímica del bloque O48 del yacimiento Punta
Gorda.
Los datos que se tienen inicialmente consisten están en un archivo de 6 columnas que
representan coordenadas Oeste - Este (OE), Sur - Norte (SN), Cota, % de Ni, % de Fe y % de
Co; y de 25265 filas (cada una representa una medición en un intervalo de alrededor de 1 m).
De este archivo, que contiene las mediciones en una red cuadrada de 8.1667 m de lado y que
llamaremos O48-8R3.TXT, se obtuvieron los archivos O48-16R3.TXT (que contiene la red
cuadrada de 16,67 m de lado y presenta en este caso 6122 filas) y O48-33R3.TXT (que
contiene la red cuadrada de 33,33 m de lado y contiene 1860 filas).
El análisis que se mostrará a continuación se ha dividido en dos partes, donde la segunda
depende en gran medida de la calidad de los resultados del primero:
1. Modelación del techo topográfico (TT) y de la capa mineral (TM) y del fondo de la capa
mineral (FM).
Se tomaron los datos de la red de O48-16R3.TXT (que incluye al archivo O48-33R3.TXT) y se
obtuvieron los valores del FM, TM y TT para cada pozo; a partir de estos resultados y de los
valores similares de los bloques vecinos, se estimaron mediante kriging puntual los valores
de la red cuadrada de 8.16 m de lado del TT, TM y FM, almacenándose los resultados en el
archivo O48-8E.PT3 (se tienen 5 columnas: OE, SN, FM, TM, TT y se tienen 1369 filas o
pozos).
Se obtuvieron valores de FM, TM y TT de cada pozo a partir del archivo O48-8R3.TXT,
almacenándose en el archivo O48-8R.PT3 que presenta en este caso 1263 filas o pozos. La
diferencia 1369-1263=106 dice cuantos pozos faltaron por desarrollar durante la
exploración.
Se creó el archivo O48-8D.PT3 que contiene las coordenadas planas de los pozos de la red
cuadrada de 8.16 m de lado y las diferencias entre los valores reales menos los valores
estimados de FM, TM y TT, almacenados en los archivos, como se explicó, O48-8R.PT3 y
O48-8E.PT3 respectivamente.
Se eliminaron en O48-8D.PT3 las filas que contengan coordenadas de la red de 16.67 m de
lado ya que se usó para realizar la estimación un interpolador exacto, quedando un total de
321 pozos realmente estimados.
Los resultados estadísticos que se obtuvieron para las diferencias de los errores en cada caso
se reflejan en la siguiente tabla:
Tabla A32.1:
Tipo Media
Error Típico deDesviación
Estándar D
Aritmética M M
FM
TM
TT
-0.201598
-0.045841
-0.124169
0.263481
0.176231
0.054868
4.720655
3.157439
0.983034
Error Típico
de D
Desviación
Media
0.186309
0.124614
0.038797
3.621966
2.405974
0.571349
Coeficiente
de
Variación
-23.416165
-68.877742
-7.916888
La estimación del techo topográfico puede considerarse de muy buena atendiendo a los
valores que se presentan.
Teniendo en cuenta que, según los valores medidos, la media de escombro superior del
bloque es 4.15 m con desviación estándar de 4.48 m y que la media de la capa mineral del
bloque es 14.7 m con desviación estándar 5.51 m y que según los valores estimados la
media de escombro superior del bloque es 14.18 m con desviación estándar de 2.65 m y
que la media de la capa mineral del bloque es 14.52 m con desviación estándar 4.72 m,
entonces puede observarse que la estimación a suavizado los contornos pero ha mantenido
los valores medios del bloque.
Según los valores de la tabla anterior el techo del mineral ha sido estimado de una manera
aceptable pero la estimación del fondo del mineral presenta fluctuaciones importantes y las
del techo del mineral presenta fluctuaciones menos significativas.
Veamos gráficamente como se comportan estas diferencias:
�Figura A32.1: Fondo del Mineral: (abundantes y muy significativas diferencias)
Figura A32.2: Techo del Mineral: (diferencias significativas en algunos sitios)
�Figura A32.3: Techo Topográfico: (muy escasas diferencias significativas)
2. Modelación tridimensional de los % de Ni, Fe y Co.
A partir del archivo O48-16R3.TXT se realizó la modelación geoquímica para el % de Ni, % de
Fe y % de Co de este bloque según los métodos propuestos en 3.4.A (página 52)
denominándose Método 1 cuando {k1=1 ; k2=0}, Método 2 cuando {k1=1 ; k2=1} y Método 3
cuando {k1=0 ; k2=1}. Para cada caso se estimaron los % de Ni, Fe y Co para la red de 8.16
m a partir de los techos y fondos del archivo O48-8R.PT3.
Se eliminaron los valores de la red de 16.67 m en ambos archivos ya que en los mismos
las interpolaciones son exactas. Para los datos que quedaron se determinaron los errores
absolutos porcentuales para las variable % de Ni, % de Fe y % de Co según la conocida
fórmula e = 100 (Valor Real - Valor Estimado) / Valor Real y a partir de los mismos se
determinaron los siguientes resultados estadísticos:
Tabla A32.2:
Error Típico Desviació Error Típico Desviació Coeficiente
Element Media
o
Aritmétic de la Media n
de la DE
n Media
de
a
Estándar
Variación
% Ni
32.7243
0.547397 43.46552
0.387068 24.483427 1.32823093
71
2
8
% Ni
19.8601
0.536076 32.56662
0.379063 23.35082 1.63979656
63
7
2
% Ni
30.5461
0.569546 45.22424
0.40273 23.469336 1.48051991
89
1
% Fe
15.5607
0.520435 31.32467
0.368003 25.150099 2.01305980
27
4
1
% Fe
25.9500
0.504761 40.08006
0.35692 24.67075 1.54450668
78
9
7
% Fe
23.6737
0.632018 50.18478
0.446904 23.907819 2.11984578
91
6
2
% Co
77.6832
1.636587 129.9515
1.157242 63.914619 1.67284006
16
96
4
% Co
55.9239
1.470828 86.78966
1.040032 58.834837 1.55192304
5
7
9
% Co
97.6491
2.336784 185.5500
1.652356 86.782798 1.90017123
31
7
7
Lo más significativo de estos resultados es que el Modelo 2 ha sido más efectivo para la
modelación del % de Ni y del % de Co y el modelo 1 ha sido más efectivo para el % de Fe;
esto tal vez se debe al comportamiento más estable del % de Fe tal como se expresa en la
siguiente tabla referida a los datos medidos según la red de 8.16 m:
�Tabla A32.3:
Variable Media
Aritmética
Ni
Fe
Co
1.112193
40.855007
0.078375
Error Típico Desviación
de la Media Estándar
Error Típico Desviación
de la DE
Media
0.002731
0.066165
0.000367
0.001931
0.046786
0.000259
0.434090
10.516933
0.058322
0.343001
7.970419
0.043281
Coeficiente
de
Variación
0.390301
0.257421
0.744138
Otro de los elementos a considerar para valorar la efectividad de estas modelaciones es el
asunto referido a las intercalaciones las cuales son abundantes y con gran variabilidad y por
tanto afectan a cualquier método de estimación que se utilice. Esto lo podemos ilustrar con
los siguientes gráficos:
Figura A32.4: Potencia de Intercalaciones Estimadas a partir de la red de lado 33.33 m
Figura A32.5: Potencia de Intercalaciones Medidas según la red cuadrada de lado
8.16.
�Analizando estos dos gráficos se observa que las intercalaciones que se deducen de la red
de exploración no han predicho las intercalaciones reales de la red cuadrada de lado 8.16 m
lo cual sucede por la falta de información sobre estas anomalías.
�Anexo 33: Aspectos Básicos de la Teoría de los Procesos Estocásticos y de la
Geoestadística Lineal. (Síntesis de las ideas de [3])
Sea U una población de infinitos valores X∈A⊂R, que miden el comportamiento de un
fenómeno F según varía el parámetro t∈B⊂Rn (t puede referirse al espacio y al tiempo). A la
variable X la consideraremos una variable aleatoria.
Si medimos a X para los valores t∈M=[t1,tm]⊂B entonces se tiene una realización que
denotamos X(t) y es una muestra del conjunto de todas las funciones posibles que representan
a F en el intervalo M.
Si obtenemos k realizaciones S={X1(t),…,Xk (t)} en M, las mismas, en general, serán distintas y
al conjunto S se le denomina Serie.
Gráficamente una serie de 4 funciones puede tener el siguiente aspecto:
Figura A33.1
Si fijamos el valor de t tomando t=t*, entonces para cada función posible X(t) se obtiene un
valor X=X(t*); puesto que es infinito el conjunto Q de estos valores entonces a el se le puede
asociar una función de distribución P[X(t*)]. Si los valores de X se obtienen de una serie
entonces el conjunto de valores {X1,…,Xk} es una muestra tal como la entendemos en la
estadística clásica.
Gráficamente se puede tener la siguiente interpretación:
Figura A33.2
Entonces, se define como proceso estocástico o aleatorio (PE) al conjunto ordenado de todas
las funciones {X(t)} para t∈B.
Un PE se denomina estacionario con respecto a la media si se cumple que E{X(t)}=C1 para
cualquier valor t∈B y se dice estacionario con respecto a la varianza si Var{X(t)}=C2 para
cualquier valor de t∈B.
Cuando un PE no es estacionario respecto a la media, entonces para cada valor de t se
obtienen, en general, diferentes valores de E{X(t)}, ellos son la imagen de una función T(t) que
se denomina tendencia del PE.
Un PE se denomina ergódico con respecto a la media cuando el valor medio en t de cualquier
realización X(t) es igual al valor medio de los valores de E{X(t)} donde t∈M=[t1,tm]⊂B.
Análogamente se puede definir un PE ergódico con respecto a la varianza.
Si un PE es ergódico con respecto a una variable estadística entonces basta una realización
para evaluar dicha característica para todo el proceso.
Cuando un PE es ergódico pero no es estacionario con respecto a la media entonces para una
realización X(t) y para la tendencia T(t) se define la realización residual R(t) = X(t) - T(t) y se
cumple que E{R(t)}=0.
�Un problema de primera importancia es evaluar el grado de aleatoriedad de una serie. Si
aceptamos que el PE es estacionario y ergódico con media 0 y se tiene una realización X(t)
entonces se define la función de autocovarianza:
lim 1
Rxx(τ) =
T → ∞ 2T
+
X
t
X
t
dt
τ
(
)
(
)
donde τ es un desplazamiento arbitrario de t.
∫
−T
T
Se cumple que Rxx(0) = σ2x y se define la función de autocorrelación Cxx(τ) = Rxx(τ) / σ2x.
Tiene especial interés para el desarrollo que veremos mas adelante mencionar un tipo de serie
estacionaria no autocorrelacionada llamada Ruido Blanco que cumple que Rxx(τ)=σo2 para τ=0
y Rxx(τ)=0 para τ≠0.
Una consecuencia de adicionar un ruido blanco S(t) a otra serie X(t) es la aparición de una
discontinuidad de la función de autocorrelación en el origen. En este caso se escribe:
1
Rxx (τ )
R
Cxx (τ ) =
=
ss (τ )
Rxx (0) R (0) + R (0)
xx
ss
para
τ =0
para
τ >0
La separación RC que debemos producir a partir de un punto arbitrario to para que los valores
de la realización observada X(t ± RC) sean estadísticamente independientes de X(to) se
denomina radio de correlación o de influencia de la realización. El radio de correlación puede
obtenerse teóricamente a partir de la función de autocovarianza pero en la práctica esto es una
tarea de grandes dificultades puesto que la función de autocovarianza debe determinarse a
partir de datos discretos; sin embargo se han estudiado varios casos que aparecen con
frecuencia en la práctica, entre ellos vale la pena destacar el caso en que la función está dada
por la adición de un ruido blanco (es un proceso no autocorrelacionado o sea el radio de
correlación es teóricamente nulo) mas otro proceso de otro tipo, que genera una discontinuidad
de la función de autocorrelación en el origen. El radio de correlación de un ruido blanco es
teóricamente 0 y en la práctica es menor que el intervalo utilizado en el muestreo.
Comentarios sobre los conceptos básicos de la Geoestadística Lineal.
La Geoestadística, surgió como aplicación de la teoría de los PE al estudio de fenómenos y
procesos geológicos y mineros.
La variable aleatoria X en este caso depende de coordenadas espaciales o sea t=(x,y,z) por lo
que se le llama variable aleatoria regionalizada; B⊂R3.
Otros conceptos básicos son los de campo y soporte geométricos y principalmente el
variograma (o función estructural) y la zona de influencia. El variograma (a veces llamado
semivariograma se define, generalmente, como γ(h)= γ (x i , x j ) =
var( X (t i ) − X (t j ))
2
donde
h es la distancia entre ti y tj y contiene junto con la zona de influencia (en este caso es una
región cerrada del plano o del espacio) la información necesaria sobre la parte estructural del
fenómeno estudiado.
Los fenómenos geológicos no siempre cumplen con los requerimientos generales que se
necesitan para aplicar la teoría de los PE, vale destacar que estos fenómenos no siempre son
estacionarios con respecto a la media y a la varianza, por otra parte la información que se
dispone sobre el fenómeno es, la mayoría de las veces, solo una de las infinitas realizaciones
teóricamente posibles por lo que es necesario admitir la ergodicidad del fenómeno.
Esto último generalmente se admite de forma implícita; en nuestra opinión la validez de esta
decisión no puede buscarse solo en la realidad del fenómeno estudiado sino también en la
disponibilidad de información que se tiene del mismo.
Las hipótesis de la Geoestadística mas conocidas que se refieren a la estacionaridad son las
de estacionaridad estricta, estacionaridad de segundo orden , condición intrínseca y la de los
procesos cuasiestacionarios. Expliquemos brevemente cada una de ellas:
1. Estacionaridad Estricta : Para todo t∈B se tiene que E{X(t)}=C1 y Var{X(t)}=C2 o sea las
funciones de distribución de probabilidades son iguales entre si, independientemente del
valor de t escogido.
2. Estacionaridad de Segundo Orden : En este caso E{X(t)}=C1 y además existe la función de
covarianza K(h)= E{X(t),X(t+h)}-C12 la cual es independiente de t.
�3. Condición Intrínseca : Se cumple que E{X(t)}=C1 y existe Var(X(t)-X(t+h))=2γ(h) que solo
depende de los valores de h. La estacionaridad de segundo orden implica la condición
intrínseca (también llamada de homogeneidad) pero lo contrario no se cumple. Se puede
demostrar que γ(h) = σ2 - K(h) donde σ2 es la varianza de los datos.
4. Cuasiestacionaridad : En este caso se cumple la estacionaridad de segundo orden o la
condición intrínseca para |h|<b, donde b representa las dimensiones de una región donde el
fenómeno conserva cierta homogeneidad estadística.
La zona de influencia tiene una enorme importancia práctica ya que define las distancias y
direcciones donde se mantiene la influencia de un dato respecto a otro. En R2 se acostumbra a
representarla mediante una elipse y en R3 mediante un elipsoide aunque no necesariamente
tienen que ser figuras de estas características. Desde el punto de vista geológico la zona de
influencia tiene una interpretación precisa para cada caso que se analiza.
�Anexo 34: Cuatro condiciones que deben cumplir los datos que expresan las mediciones
del fenómeno.
1. Puesto que los datos son los representan al fenómeno que se estudia, hay que garantizar
que existan la cantidad suficiente como para que se obtengan los resultados deseados.
Desde el punto de vista económico las mediciones son generalmente costosas y desde el
punto de vista de la precisión de los resultados buscados, generalmente esta aumenta junto
con el número de mediciones. Esta contradicción es bastante difícil de resolver y es, dentro
de la Geoestadística, un tema particular llamado Optimización de Redes de Exploración y
que exige el estudio particular de cada caso. El criterio general que recomendamos para
determinar la red mas adecuada es el siguiente:
a. Obtener, para una red poco densa de toda la región o para una red densa de una zona
especialmente representativa, el variograma experimental y ajustar el variograma teórico
(el como hacerlo será explicado mas adelante).
b. Obtener mediante estimación por Kriging puntual redes cada vez mas densas o
extendidas a toda la región y calcular la media aritmética y la desviación estándar de los
errores (estos errores solo dependen del variograma y de los datos conocidos).
Comparando estos valores (por ejemplo, mediante por cientos) con la media y la
desviación estándar de los datos usados podemos valorar la calidad de nuestro modelo
para cada nueva densidad de red. Nótese que mantenemos el modelo y se usan para la
próxima red las mediciones que se van estimando.
c. Calcular los costos que se tendrían al realizar mediciones en cada una de las redes mas
densas y mediante un gráfico, por ejemplo de % Error Medio contra Costo, o
auxiliándose de técnicas analíticas tales como la modelación de la relación entre las dos
variables, tomar una decisión.
Otro factor que debe tenerse en cuenta para una posible densificación de la red es la
presencia del efecto pepita, cuestión que analizaremos mas adelante.
Por otra parte, es posible que la mejor solución sea determinar en cuales subregiones se
presentan los mayores errores y solicitar la densificación de la red en estas zonas.
2. La representatividad de los datos es tan importante como el aspecto anterior y no solo debe
estar dada por el hecho de que incluya datos dentro de los rangos en que se manifiesta el
fenómeno (esto es deseable) sino que en nuestra opinión deben ser mediciones tomadas
en puntos geográficamente independientes de las características de la variable que se mide
ya que representan una realización cualquiera de un proceso estocástico. Esto,
generalmente, se considera resuelto definiendo una red espacial de muestreo lo mas
regular posible lo cual, además, garantiza que el error global de estimación (llamado
también Error de Cualidad) sea mínimo [58].
3. Uno de los problemas que se pueden presentar es que las mediciones se hayan
desarrollado sobre una red de dimensiones no uniformes o que se tengan dos o mas redes
diferentes de mediciones; en este caso deben distinguirse dos casos:
a. Se tienen dos o mas redes regulares de diferentes dimensiones. En este caso se
procede a determinar los variogramas en cada una de las redes y se realiza la
regularización de cada uno de ellos, que es un proceso que tiene como objetivo
convertir cada variograma correspondiente a una parte de los datos regulares
pertenecientes a una red (soporte), en un variograma de soporte común para todas las
mediciones. La regularización que se define como una integral estocástica conserva la
media pero produce cambios importantes en el variograma [32,44,58]; el variograma de
la variable regularizada se puede escribir como una función del variograma de la variable
original. El procedimiento de pasar del variograma regularizado al variograma original se
denomina desconvolución. Detalles sobre la práctica de la regularización pueden verse
en [58].
No obstante debemos aclarar que el término regularización puede emplearse en el sentido
de obtener una red regular estimada por diferentes métodos (incluyendo los de
interpolación); en este caso hablamos de regularizar la red.
b. Que la red utilizada sea muy irregular o que exista redundancia en los datos. Cuando
esto sucede se divide la región en subregiones regulares y se le asigna al punto central
de cada una de ellas un valor de la variable W que es una función de los valores Wi que
pertenecen a la subregión (puede usarse la media aritmética, inverso de una potencia de
la distancia, etc); a este proceso se le llama declustering [120]. En los casos de que
una subregión no contenga ningún valor Wi deben cambiarse las dimensiones de las
subregiones.
4. Para ciertos procesos de simulación y de geoestadística no lineal se hace necesario que los
datos se distribuyan normalmente; si esto se cumple o no debe comprobarse mediante los
�métodos conocidos de ajuste de distribuciones y en caso de que no suceda, pueden
tomarse una de los siguientes caminos:
a. Buscar una función de transformación de los datos (en ocasiones se le llama
anaformosis gausiana [32]. Las dos formas más conocidas para realizar estas
transformaciones son la Gráfica mediante el Método de Monte Carlo y la analítica
mediante los Polinomios Ortogonales de Hermite [32].
b. Generar, a partir de los datos dados, un conjunto de nuevos datos que conserven sus
principales parámetros estadísticos (media, varianza, etc), que se distribuyan
normalmente y que estén dentro de los rangos de los valores originales; a partir de estos
nuevos valores se realizan los análisis. El método más conocido para obtener los valores
simulados es el de Bandas Rotantes [32].
�Anexo 35: Elementos Básicos sobre el Spline Cúbico Natural según el algoritmo de
Cheney-Kincaid (Sintetizado de [30]) .
Sean m puntos (xk,yk) de R2 donde m≥2 y xk+1 ≠ xk para k=1,…,m-1 y donde se supone que
yk=g(xk) para la función desconocida g. Se define la función de interpolación por tramos Spline
Cúbico Natural :
y 2 − y1
( x − x1 ) que es la recta que une a los dos puntos (spline
y = y1 +
x 2 − x1
a. Para m=2 :
lineal).
b. Para m>2 :
y = a k + bk ( x − x k ) + ck ( x − x k ) + d k ( x − x k ) para x ∈ [xk,xk+1],
k=1,…,m-1. Los valores de ak,bk,ck y dk pueden obtenerse mediante algoritmos iterativos
para resolver sistemas de ecuaciones lineales tridiagonales.
Las expresiones de cada uno de los coeficientes es:
1. ak = y k
2
3
[ y"
− 2 y" ]( x
−x )
k
k
1
k k +1 k
+
−
2. bk =
6
x
−x
k +1 k
y
3. ck = y
k ¡1
−y
"
k
y"
− y"
k
+
k
1
4. dk =
x
−x
k +1 k
"
"
donde las incógnitas y k +1 y y k se evalúan usando la ecuación para los nodos interiores:
− x ) y"
+ 2( x
− x ) y" + ( x
− x ) y"
=
k k +1
k +1 k k
k ¡1 k k + 1
6
6
=
[y
−y
]+
[y
−y ]
k +2
k +1 x
k +1
k
−x
−x
x
k +2
k +1
k +1 k
(x
k +1
Y además, que en los extremos las segundas derivadas son nulas.
El error de interpolación depende fundamentalmente de la función y=g(x) que describe
exactamente el fenómeno y está dado en cada tramo por :
E(x)k =
g '' (ξ )
( x − x )2 ( x − x
) 2 donde ζ∈ [xk,xk+1]
k
k +1
2!
Cuando la función g es desconocida conocemos que en la medida en que m aumenta
tendremos mayor información sobre el fenómeno y por tanto el error disminuirá.
El spline cúbico natural tiene las características de ser una función interpoladora exacta,
continua y con primera y segunda derivada continuas . Además tiene la notable propiedad de
que entre todas las funciones f(x) interpoladoras de (xi,yi) de cualquier tipo, minimiza la
xm
expresión ∫ f
x1
' ' ( x ) 2 dx .
El algoritmo de Kincaid-Cheney proporciona la ecuación del spline en cada tramo en forma
sencilla puesto que el sistema de ecuaciones resultantes es tridiagonal.
Existen algoritmos análogos para el spline cuadrático y para el spline lineal se tienen las
conocidas fórmulas de interpolación lineal por tramos.
�Anexo 36: Cuatro formas de realizar el kriging puntual. (Tomado de [32])
1. W es una función aleatoria estacionaria de esperanza conocida:
Sea C(h) la covarianza, esperanza Ma y varianza σ2. Resolver el SEL cuadrado:
p
∑ C (hij )a i = C (h jo ) , donde j=1,…,p.
i =1
donde hij es la distancia entre Pi y Pj. Además hjo es la distancia entre Pj y P siendo este
último el punto donde se estima.
p
∑ a (W
W = Ma +
i
i =1
i
− Ma )
p
2
El error de estimación está dado por E = σ -
∑ a C (h
j =1
j
j0
)
2. W es una función aleatoria estacionaria de esperanza desconocida:
Sea C(h) la covarianza y varianza σ2. Resolver el SEL cuadrado:
p
∑ C (hij )a i + µ = C (h jo )
i =1
p
ai = 1
∑
i =1
donde µ es un multiplicador de Lagrange y a la última ecuación se le llama Condición de No
Sesgo.
p
W=
∑a W
i =1
i
i
p
2
El error de estimación está dado por E = σ -
∑ a C (h
j =1
j
j0
) +µ
3. W es una función aleatoria intrínseca y no existe covarianza:
Sea γ(h) el variograma. Resolver el SEL cuadrado:
p
∑ γ (hij )a i + µ = γ (h jo )
i =1
p
ai = 1
∑
i =1
p
y luego W =
∑a W
i =1
i
i
p
El error de estimación está dado por E =
∑ a γ (h
j =1
j
j0
) +µ
4. W es una función aleatoria no estacionaria:
Este es el caso mas complejo y sin dar los detalles diremos que se han dado dos
soluciones relacionadas con:
a. Búsqueda con el modelo de Kriging Universal que plantea una descomposición de la
variable W en dos componentes, una de ellas determinística, como combinación lineal
de funciones independientes, que representa la tendencia del fenómeno y la otra
aleatoria (parte residual). Entre varias críticas que se le han hecho a este método
sobresale la que plantea que el variograma de la parte residual es una estimación
sesgada del variograma verdadero.
b. El segundo método está relacionado con la Teoría de las Funciones Intrínsecas de
Orden K que resuelve de manera satisfactoria los problemas de inferencia estadística.
�Anexo 37: Aspectos comparativos entre un perfil de alteración laterítica maduro y otro
poco maduro de la corteza de intemperismo del yacimiento Moa (Tomado de [137]).
Tabla A37.1
Perfil Maduro
Perfil Inmaduro
1. Buena potencia de ocres (mayor de 10 m, 1. Baja potencia de ocres (menor de 10 m ,
como promedio.
como promedio).
2. Densidad del material laterítico superior a 2. Densidad del material laterítico inferior a
3.4 g/cm3.
3.4 g/cm3.
3. Fase de goethita en buena cantidad (mayor 3. Fase de goethita en mediana cantidad
de un 65%), con buena cristalinidad.
(58% a 62%), con baja cristalinidad.
4. Buena cantidad de minerales de óxidos de 4. Los minerales de Fe, Al y Mn no son
hierro (espinelas y hematites), Mn (asbolanas) significativos.
y de Al (gibsita).
5. Horizonte de concreciones ferruginosas 5. Horizonte de concreciones ferruginosas no
bien definido (3 m a 5 m de potencia).
bien definido (1 m a 2 m de potencia).
6. Poca cantidad de filosilicatos (serpentina, 6. Es significativa la presencia de los
nepouita, clorita) en el material laterítico.
filosilicatos en el material laterítico.
7. Presencia normal de cuarzo, serpentina y 7. Presencia normal de cuarzo, son
poca clorita.
significativas las fases de serpentina y clorita.
�Anexo 38: Estado actual de la información primaria del yacimiento Punta Gorda de la
empresa Ernesto Che Guevara.
a. Geográficas
La información geográfica puede considerarse completa y con la calidad suficiente para
realizar los trabajos mineros. Se tienen los mapas geográficos a diferentes escalas tanto
en coordenadas locales como en coordenadas nacionales; no se utilizan sistemas GIS
automatizados lo cuales garantizarían una excelente organización de esta información y
establecería una relación mas eficiente con otras esferas informativas. Sin embargo, en
estos momento se valora la introducción, a través de la oficina INTERFAZ del MES, de
estos sistemas en el trabajo de la Unión del Níquel.
b. Topografía
La información topográfica básica presentada en tablas y planchetas está completa y
actualizada gracias a diversos estudios realizados (1:10000; 1:5000, 1:2000, 1:500) [10,
153] y al trabajo diario que se realiza con estos fines, pero se presentan problemas con
la calidad de la misma ya que aparecen frecuentes errores en los registros de las bocas
de los pozos debido principalmente a deficiencias técnicas en el trabajo topográfico [10]
y al transcribir los datos; además en ocasiones se han producido pérdidas de las
señalizaciones, monumentos y de información. De cierta manera estos problemas son
resueltos debido a que se conservan registros de los techos y fondos de la minería
realizada en cada uno de los pozos. En las tres empresas en explotación se tienen
equipos modernos de topografía que permiten automatizar en gran medida este trabajo
(en el caso de la empresa Ernesto Che Guevara, no se está usando actualmente por
presentar defectos de fabricación); los topógrafos encargados están capacitados para
desarrollar sus labores pero precisan de actualización técnica [10]. En todos los casos
se realizan esfuerzos por automatizar la relación entre el trabajo topográfico y la
planificación y control de los trabajos de desbroce, destape, extracción y rehabilitación
pero se presentan dificultades con la disciplina en el cumplimiento del organigrama de
trabajo lo cual impide la imprescindible actualización constante de los datos topográficos.
Se han desarrollado exhaustivas investigaciones para disminuir los errores referentes a
las mediciones topográficas y se han propuesto metodologías para la práctica de estas
tareas [10]. No se utilizan sistemas automatizados GPS lo cual impide la implantación
de sistemas integrales en la planificación y controles de los procesos extractivos [110].
Los modelos de superficies topográficas que se obtienen se basan en interpolación lineal
por triangulización y en el método de inverso del cuadrado de la distancia (empleados
manualmente y mediante el software SURFER [147]) y en otros métodos aún mas
complejos [10] y en ninguno de los casos se hacen valoraciones prácticas de los errores
cometidos en las mediciones y estimaciones.
c. Físicas
No todas las propiedades físicas mas conocidas para los minerales (exfoliación, partición,
fractura, dureza o rayabilidad, tenacidad, peso específico, masa volumétrica, brillo, color,
luminiscencia, termoluminiscencia, triboluminiscencia, piezoelectricidad, piroelectricidad,
magnetismo, características organolépticas (sabor, olor, tacto y audición), transparencia,
elasticidad,
ductilidad,
radioactividad,
solubilidad,
fusibilidad,
fluorescencia,
opalescencia, iridiscencia, asterismo, refracción, conductividad, humedad natural,
granulometría, etc [21,41,119]), se han medido en las redes de exploración y explotación
y solo en casos de investigaciones aisladas se han determinado la humedad natural,
color, peso específico y granulometría y otras pocas propiedades que permiten definir el
horizonte litológico clásico de la corteza de intemperismo del cual hoy en día no se
tienen planos verticales u horizontales. La humedad, la masa volumétrica húmeda y
seca, el coeficiente de disgregación y la clase litológica son las propiedades medidas en
intervalos de 1 m en los pozos de exploración y en los pozos criollos las cuales se
presentan en las libretas de campos de los archivos. Sin embargo, en los archivos
oficiales en papel y computacionales que se tienen de los pozos de exploración no
se encuentran los datos de clasificación litológica por intervalo de medición.
Es indiscutible que tiene que existir Ni y Co en la materia prima que se procesa para la
extracción de estos elementos, pero hay que resaltar la importancia que revisten las
propiedades físicas en las actividades de preparación previa que se da al mineral antes
de enviarlo al proceso metalúrgico, a modo de ejemplos, se puede mencionar las
siguientes citas:
1. “Puede constituir una revolución para la industria del níquel la utilización del mineral
según fracciones granulométricas...” (Conclusión No 12, [132]).
�2. “Profundizar las investigaciones mineralógicas, experimentando el esquema óptimo
según clases granulométricas, intensidad del campo magnético, etc., y separar
fracciones monominerales...” (Recomendación No 5 [132]).
3. “El contraste en las propiedades físicas que se manifiesta en las menas lateríticas,
hace posible su beneficio. Con la inclusión de variantes de esquemas tecnológicos en
la preparación de la mena para la tecnología húmeda, que contemplen operaciones
de clasificación - separación magnética - beneficio gravimétrico, se garantiza la
calidad de la mena, al separar y/o concentrar componentes y fases minerales,
propiciando su uso más racional.” (Conclusión No 1, [66]).
4. “En la separación gravimétrica resulta como propiedad de separación fundamental el
diámetro de las partículas y no la densidad de estas, motivado por el gran contraste
en el tamaño de las partículas de las principales fases minerales ( goethita, gibsita,
serpentina, etc. ).” (Conclusión No 2, [66]).
5. “En la sedimentación de las pulpas de mineral laterítico de la Pedro Soto Alba, Moa
Nickel S.A influyen más de un factor, en particular la composición química,
granulométrica y mineralógica que actúan como un sistema mejorando las
condiciones de sedimentación...”(Conclusión No 2 [18]).
6. “En el trabajo, experimentalmente se determinó la velocidad crítica en función de la
densidad, las pérdidas específicas de presión en función de la concentración y la
velocidad media del flujo de las hidromezclas de serpentinita dura en tubería de 100
mm y concentraciones másicas de 20 %. Al mismo tiempo se obtuvieron las
características físico - mecánicas de la serpentinita dura y sus hidromezclas
indispensables para el cálculo de una instalación de hidrotransporte.”(Conclusión No
4 [145]).
En sentido general se conoce que [66] las principales fases mineralógicas que
constituyen las menas lateríticas son: Goethita que contiene del 58 al 78 % del níquel
presente en las lateritas , en la maghemita y magnetita se distribuye del 15 al 25 % y en
las asbolanas la presencia de níquel está entre 12 y 17 %. El cobalto se distribuye del 80
al 90 % en las asbolanas, del 10 al 20 % en la maghemita y magnetita, y en unidades de
% en la goethita. El aluminio se encuentra en gibbsita, goethita y las espinelas
fundamentalmente El magnesio se encuentra principalmente en la serpentina alterada y
en la serpentina dura caracterizadas por la presencia de serpentina junto a cual se
encuentran en menores cantidades goethita, olivino y enstatita. En cada uno de los dos
procesos que se utilizan actualmente en las tres plantas cubanas algunas de estas fases
minerales son consideradas, por sus propiedades y contenidos de los diferentes
elementos, como positivas, otras nocivas y otras inertes por lo que la mejoría de la
eficiencia del proceso metalúrgico depende en gran medida en estos momentos de los
procesos de transporte, mezcla, homogeneización y beneficio en general para la
separación del mineral en sus diferentes componentes de manera que al proceso
metalúrgico llegue una mezcla con la composición más adecuada posible.
Mención especial merecen los estudios geofísicos que se han realizado y se realizan
[33,62,67,146,152] sobre los cuales se cifran grandes esperanzas debido a que los
resultados de los trabajos realizados muestran que ya es una realidad la actividad
conjunta de geofísicos, geólogos y mineros para obtener modelos y metodologías de
aplicación directa a la producción sobre todo en problemas tan difíciles como la
determinación aproximada de planos del fondo del mineral y la determinación de
intercalaciones y espesores de diferentes estratos de la corteza de intemperismo.
d. Químicas
La composición química, humedad cristalográfica y el intercambio iónico son las tres
principales propiedades químicas que se han considerado en los materiales lateríticos
sin embargo la composición química y la interacción de los elementos positivos para los
procesos metalúrgicos actuales: Ni, Fe y Co y de los negativos Mg, Al, etc., han sido
históricamente las cuestiones mas estudiadas. Tal vez, la causa por la cual se
concentraron los mayores esfuerzos en los análisis químicos de los minerales haya sido
que, en cierto momento, no estaba bien estudiada la relación entre algunas propiedades
físicas de las partículas que facilitaban o obstruían la extracción del Ni y el Co en los
procesos metalúrgicos.
A continuación haremos un somero análisis crítico del modo en que se han obtenido los
resultados de los análisis químicos que hoy están disponibles como datos. Según [135],
entre los años 1980 y 1988 se procesaron 4000 muestras como promedio mensual,
alcanzándose hasta 7000 muestras en algunos de estos períodos. Las perforaciones se
realizaron con barrena helicoidal para la parte friable del material con diámetro no mayor
�de 135 mm y corona con tubo portatestigo para la roca del basamento, lo cual debió
garantizar una adecuada calidad de la toma de las muestras. No debe dejar de
considerarse que el volumen del trabajo realizado y la intensidad del mismo puede haber
introducido una cierta cantidad de errores en los resultados registrados, tal como se ha
opinado [135].
Las redes de exploración se determinaron empíricamente [135], en opinión de este autor
[135), página 41, ‘La suficiencia de estas redes para caracterizar el mineral lo ha
demostrado la práctica de más de 45 años de trabajo en estos yacimientos; aunque no
son en todos los casos las óptimas”.
Este tema ha sido estudiado desde diferentes puntos de vista [24,98] y aún en la actualidad
constituye un importante tema de investigación [79] y donde además se proyecta un
tema de investigación conjunto entre el ISMM de Moa y la Oficina Nacional de Recursos
Minerales.
Otras opiniones que podrían mencionarse sobre los detalles técnicos del desarrollo del
muestreo geoquímico realizado en estos yacimientos puede ser visto en [98,153].
e. Hidrológicas e hidrogeológicos.
Los estudios hidrológicos realizados en estos yacimientos se han desarrollado con gran
detalle y son bien conocidos los arroyos, ríos y depósitos de aguas superficiales.
Durante el desarrollo de la red de exploración y de la red de pozos criollos se estudiaron
la acuosidad de las rocas, la interacción de las aguas superficiales y subterráneas, las
características artesianas o freáticas del acuífero, niveles de agua subterránea de cada
pozo para la posible confección de mapas de hidroisohipsas y conocer el nivel de
inundación de las menas determinando las oscilaciones de los niveles mediante el
estudio del régimen de las aguas subterráneas. En el caso del yacimiento Punta Gorda
se desarrolló un estudio hidrogeológico y un proyecto ejecutivo de drenaje que mantiene
totalmente actualizada la información en este sentido [20,47].
f. Climáticas
Los estudios climáticos de la zona han dejado bien definidos las características de esta
zona y se presentan mediante descripciones. El clima de la región es tropical
caracterizado por una temperatura media anual de 25o C, y dos períodos de lluvias en el
año (Mayo - Junio y Octubre - Enero) y dos períodos de seca (Febrero - Abril y Julio Septiembre). La cantidad media anual de precipitaciones es de 2500 mm, teniendo en
verano un carácter de aguaceros y en invierno estas precipitaciones son más continuas,
en forma de lloviznas generalmente densas. La humedad relativa del aire como
promedio es de 79% y en los períodos lluviosos aumenta a 82-85%.
g. Biológicas
La vegetación y la fauna de la zona del nordeste de Holguín ha sido estudiada de
manera exhaustiva y también se presentan mediante descripciones como la que sigue.
La vegetación depende de la cubierta vegetal y de la orografía. En las superficies planas,
cubiertas por lateritas; crecen bosques de pinos poco tupidos. Para las montañas tanto en
las lomas como en las divisorias de las aguas son características las malezas tropicales
tupidas entrelazadas. Más cerca del litoral podemos observar grandes áreas cubiertas de
mangles y en los valles y arroyos crece la palma real que junto a la yagruma identifica la
región.
En sentido general esta vegetación la podemos dividir en cuatro formaciones, que se
disponen de la siguiente forma del mar hacia la tierra:
1. Manglares.
2. Matorral xeromorfo subespinoso (Charrascal).
3. Pinar.
4. Pluviselvas.
El manglar se encuentra en suelo cenagoso y el mismo se adentra hacia la tierra por las
márgenes de los ríos, es aparentemente uniforme con gran dominio del mangle rojo.
El matorral xeromorfo subespinoso (Charrascal) aparece en el suelo fisolítico pardo rojizo
(derivado de la serpentina). El mismo se caracteriza por presentar arbustos microjilicos,
espinosos, con árboles emergentes y herbacios emergentes.
La vegetación endémica resulta notable, calculándose más de 70 variedades de plantas
cuyos valores, tal vez, no han sido suficientemente explorados. Entre los principales
cultivos del hombre sobresalen los forestales, café y cacao. En la actualidad en el
territorio se adoptó la variante de zeopónicos y organopónicos como métodos modernos
de cosechar las hortalizas para el abastecimiento local.
La región de estudio presenta una mediana densidad de animales endémicos y dentro
de la distribución de especie de animales notables se pueden encontrar: el murciélago
�mariposa (natalus lepidus) y entre los insectos el papilo de gudianch (blatus
gudiachianus), la avellanada (phaelsis avellanada).
Además de estas especies notables se presentan los animales de los bosques claros y
de pequeños arbustos como son: hormigas, arañas, cucarachas, lagartos, escarabajos y
ciempiés. También se pueden encontrar especie de aves silvestres como zunzún y
paloma.
h. Ecológicas
“Geological indicators of rapid environmental change provide a conceptual framework for
assessing changes in the abiotic components of landscape and ecosystems resulting
from natural processes or human action. The application of geoindicators to monitoring of
landscape conditions, particularly in state-of-the-environment reporting and long-term
ecosystem research, can help earth scientists to contribute more effectively to these
interdisciplinary efforts. Geoindicators may also help to remind policymakers and the
general public of the reality of natural change and the common difficulty of distinguishing
it from human modifications.” [12].
O sea:
“Los indicadores geológicos de rápido cambio ambiental proveen de una armazón
conceptual para evaluar cambios en los componentes abióticos del paisaje y de los
ecosistemas, resultados de procesos naturales o de la acción humana. La aplicación de
geoindicadores para supervisar las condiciones del paisaje, particularmente en informes
del estado del ambiente y en la investigación a largo plazo del ecosistema, puede ayudar
a científicos que estudian las ciencias de la tierra a que contribuyan más efectivamente a
estos esfuerzos interdisciplinarios. Los geoindicadores ayudarían también a recordar
políticas y al público general, la realidad de los cambios naturales y la dificultad común
de distinguirlo de las modificaciones humanas.”
Esta debe ser la forma de precisar en la industria minera la información ecológica:
búsqueda de los indicadores y evaluación de los mismos. En este sentido puede verse el
anexo 2 que contiene las reflexiones de este autor según los detalles de las últimas
valoraciones realizadas sobre este tema en las industrias de Moa.
Un tipo de información ecológica que consideramos que debería estar incluido dentro de la
que se contempla en la industria minera es la relacionada con la Protección e Higiene
del Trabajo Minero, ya que debe considerarse al hombre como parte temporal (en el
sentido particular de una persona determinada) y permanente del ecosistema. Para los
detalles sobre este aspecto puede verse el anexo 1 que recoge el tratamiento que
actualmente se le da a esta información en la minería niquelífera.
i. Geológicas
El estudio geológico de la zona del yacimiento Punta Gorda es uno de los temas mas
controvertidos en estos momentos; esta afirmación se basa en el hecho de que
exploraciones de campo recientemente realizadas por parte de los Ingenieros Geólogos,
Dictinio De Dios Leyva, de la empresa Ernesto Che Guevara, el Dr.C. Roberto Díaz y el
Dr.C. Felix Quintas Caballeros (estos últimos del ISMM de Moa) han mostrado la
existencia de inexactitudes y omisiones en el plano geológico que se acepta de manera
oficial en la empresa [46]. Esto ya es en la actualidad el contenido de una propuesta de
proyecto de investigación que deberá subsanar las deficiencias detectadas.
Por otra parte la ausencia de la continuidad de un estudio sistemático de las características
litológicas de los yacimientos (tal como hemos mencionado en 1.3, página 9) y de las
propiedades físicas mencionadas en el inciso c de este anexo, ha provocado que la
actividad minera se base fundamentalmente en la información geoquímica y en un alto
nivel de operatividad que, queramos admitirlo o no, implica eventualmente un alto nivel
de improvisación.
Los archivos con los resultados del cálculo de recursos realizadas por la Empresa
Geominera de Oriente, hasta hace poco tiempo se han tenido solo en soporte de papel y
con formatos diferentes para libros diferentes lo cual hacía engorroso su manejo.
j. Mineras
La información minera disponible pudiera clasificarse en:
1. Relacionado con la ejecución y mantenimiento de los caminos.
2. Relacionada con la ejecución del desbroce y el destino del material removido.
3. Relacionada con la ejecución del destape, calidad del escombro y destino selectivo
de este material.
4. Relacionada con la extracción del mineral, calidad del mismo y destino selectivo del
mismo.
5. Control por pozos, bloques y zonas de la minería realizada.
�6.
7.
8.
9.
Control de la minería realizada por equipamiento de extracción y transporte.
Control de la minería realizada por períodos de tiempo.
Control del material almacenado en ‘jabas’ y almacenes.
Control de la aparición se situaciones anómalas no previstas en los sistemas de
pronósticos y planificación.
Esta información minera puede considerarse, en general, con una calidad sobresaliente
debido a que se conservan registros sistemáticos completos de los ocho primeros aspectos
mencionados a partir del año 1985, cuando comenzó la producción de la planta.
El problema más agudo se presenta con el hecho de que no se almacena sistemáticamente
la determinación de reservas que se realiza en la mina.
�Anexo 39: Consideraciones sobre la complejidad de la modelación de propiedades
geoquímicas en los yacimientos lateríticos.
Sin perder generalidad, tomemos para la discusión que sigue la propiedad ‘% de Ni del
mineral’, y abusando del lenguaje, para simplificar, le llamaremos ‘Ni’.
Si tomamos una zona de trabajo de medidas tales como las que usamos usualmente para un
pozo de exploración en el yacimiento Punta Gorda, observaremos que el Ni tiene un
comportamiento variable y desconocido pero que su distribución espacial es real. Si este
bloque tuviera 20 m de altura entonces se tendría un volumen de algo mas de 22222 m3, si se
realizan 9 perforaciones por el método usual, de cada metro vertical de muestra, después de
los procedimientos de preparación de muestras, para el análisis en el laboratorio se toma 1 g
para determinar el Ni promedio que contiene el mineral en ese metro [153] y de ese valor se
infiere el Ni promedio que tiene cierta zona cercana al sitio donde se tomó la muestra. O sea
que los análisis de 180 g determinan los datos para caracterizar la distribución espacial del Ni
en el pozo (esto reafirma una vez mas la importancia de la fiabilidad de los datos).
Si se perforó con barrenas de 135 mm de diámetro se tiene una muestra con un volumen total
de 0.2863 m3 por pozo y 2.5765 m3 para los 9 pozos que representa un 0.0116% del volumen
del pozo lo cual indica por si solo bastante poca representatividad.
Siguiendo las ideas de [153] si la masa volumétrica media del pozo fuera 1.15 t/m3, entonces el
pozo tendría una masa de aproximadamente 25550 t (de la cual 180 g representa un
porcentaje muy pequeño) y hay que tomar, a partir del modelo creado, decisiones sobre el
destino de diferentes partes del material del pozo, sobre la forma más racional de mezclar el
mineral de este pozo con los de otros pozos para lograr en períodos cortos de tiempo (8 horas)
flujos estables (por sus volúmenes y calidades) hacia la planta y además hacer todo esto
tratando de explotar al máximo el yacimiento y el equipamiento, preparados ante las
contingencias de la naturaleza y al mismo dañándola lo menos posible. No es difícil entender
la complejidad de acometer semejante modelación si además observamos que las tendencias
del comportamiento del Ni en un pozo pueden tener formas como la que sigue:
Figura A39.1
�Anexo 40: Ilustración de la esencia de los métodos de modelación
Figura A40.1
Veamos primero el caso de corteza considerada MADURA.
Nótese que hay intervalos de diferentes longitudes en los pozos por lo cual es conveniente
estimar valores de W para intervalos de la misma longitud que en este caso la tomaremos con
valor 1. Además nivelaremos todos los pozos a la altura Z=0 por lo cual, para cada pozo queda
establecida una ecuación de transformación, y los nuevos valores se tienen en la siguiente
tabla:
Tabla A40.1
Pozo Cota Pozo 1
Pozo 2 Pozo 3
1
0
1.23
1.02
1.15
2
-1
0.98
1.12
1.21 *
3
-2
1.19
1.26 *
1.36 *
...
...
...
...
...
Los valores con asteriscos han sido estimados.
Las ecuaciones para transformar las cotas en cada pozo han quedado establecidas según las
cotas de la boca del pozo, en este ejemplo:
Pozo 1 : Zn = Z - 59.8
Pozo 2 : Zn = Z - 59.6
Pozo 3 : Zn = Z - 59.45
Recordemos que los valores por debajo de piso real de cada pozo, si es necesario, se
extrapolan con valor 0.
A partir de esta nueva red se crea el spline tridimensional que permite las nuevas estimaciones
usando las ecuaciones de traslación.
Para las cortezas MEDIANAMENTE MADURAS, deberemos crear una red de nivelación a
partir del entero mayor o igual que la cota del pozo cuya boca esté a mayor altura y hasta el
menor valor de cota entre todos los pozos. Supongamos que en este caso es el pozo 1 el que
tiene mayor cota. El valor entero que es mayor o igual que 59.8 es 60, por tanto nivelaremos
según esta cota. Los valores de W para el pozo 1 se estiman por interpolación lineal para
60,59,58,... hasta el menor valor (recordemos que si hay que extrapolar entonces se asume el
valor 0). Guardamos la ecuación de traslación Zn = Z + 0.
En el pozo 2 estimamos previamente mediante interpolación lineal una red vertical cuyos
intervalos sean todos de la misma longitud y sobre valores enteros. Puesto que este pozo
comienza en la cota 59.6 entonces referimos la cota 60. Guardamos la ecuación de traslación
Zn = Z + 0.
Lo mismo hacemos para el pozo 3.
Supongamos que se tiene el pozo 4 el cual comienza en la cota 57.7; debemos estimar los
valores de un pozo con intervalos de la misma longitud pero en valores enteros, en este caso
sería 58,57,... y después de terminar trasladamos los valores a la cota de nivelación Z=60 y se
guarda la ecuación de traslación Zn = Z + 2.
�Con los nuevos datos, ilustrados en la siguiente tabla:
Tabla A40.2
Pozo Cota Pozo 1
Pozo 2 Pozo 3 Pozo 4
1
60
1.21 *
1.01 *
1.13 *
1.17 *
2
59
0.99 *
1.08 *
1.20 *
1.23 *
3
58
1.12 *
1.27 *
1.35 *
1.41 *
...
...
...
...
...
Se construye un spline tridimensional D y evaluando en él a los valores de las posiciones
originales de los puntos (recordando usar las ecuaciones de traslación) se obtienen valores
D(Xi,Yi,Zi). Ahora se crea la tabla de datos de los residuos Vi = Wi - D(Xi,Yi,Zi). Sobre los
valores (Xi,Yi,Zi,Vi) es que se analiza la componente aleatoria.
Recordemos que para evaluar el valor de W en un punto cualquiera (X,Y,Z) se calcula el valor
del spline tridimensional en dicho punto y el kriging puntual y luego se suman los resultados.
La esencia de los métodos de estimación en cada caso puede entenderse a partir del siguiente
gráfico que solo muestra dos dimensiones:
Figura A40.2
�Anexo 41: Relación entre la interpolación lineal y el kriging. (Tomado de [86])
Breve descripción de la Interpolación Lineal
Sean n puntos ( Pi , Yi ) de Rn donde se cumple para los n puntos Pi de Rn-1 .
X
11
...
X
1(n − 1)
1
... X
1
21
2(n − 1)
≠0
.
...
.
.
... X
1
X
n1
n(n − 1)
X
Entonces para cualquier punto P pertenecientes al interior o a la frontera del hipertetraedo de
Rn-1 cuyos vértices son los n puntos Pi se puede obtener el valor interpolado Y en el punto P=
(x1,…xn-1 ) resolviendo el sistema siguiente para obtener los únicos valores de a1,...,an-1,b:
n −1
n −1
∑ a x + b = yj ; j=1,...,n, donde entonces Y = ∑ a X + b
i ij
i
i =1
i =1
A continuación se mostrará que bajo ciertas condiciones, existe una relación entre la
Interpolación Lineal y el caso 3 de Kriging visto en el epígrafe 3.2 y con ello se obtiene también
una estimación del error de interpolación lineal.
Relación General entre el Kriging y la Interpolación Lineal
Consideremos el caso 3 de Kriging (ver anexo 35) para m=n-1, se tienen n puntos de Rn-1, y
tomemos el valor γ ( h ) = h pero asumiendo que h es la distancia definida por:
n −1
∑ x − x , de esta manera:
ik
jk
k =1
n −1
n −1
γ ij = ∑
x −x
y γ = ∑ X
−X .
j
ik
jk
k
jk
k =1
k =1
h ( Pi , Pj ) =
Entonces escribiendo el sistema correspondiente al Kriging para un punto P=(X1,..., Xn-1)
cualquiera, se tiene:
n n −1
n −1
∑ ∑ X − X a + µ = ∑ X − X
ik
jk i
k
jk
i = 1 k = 1
k =1
n
∑ a = 1 para j=1,...,n.
i
i =1
Nótese que el sistema es cuadrado y si tiene solución, por el método de Kramer se obtienen
las n soluciones ai =
D
i
D
Di es un determinante donde la columna de los términos independientes formada por
n −1
n −1
∑ X − X ,..., ∑ X
k
k
1k
k =1
k =1
n −1
∑ X −X
...
1k
1k
k =1
.
.
D = n −1
∑ X −X
...
nk
1k
k =1
....
1
−X
nk
sustituye a la columna i del determinante D.
n.−1
∑ X −X
nk
1k
k =1
.
n −1
∑ X −X
nk
nk
k =1
1
1
.
1
0
�Es significativo que Y=
n
∑ a Y es una función que depende linealmente de los módulos que
i i
i =1
contienen X1,... , Xk y si los módulos pueden ser eliminados, entonces se podrá escribir el
valor estimado como Y=
n −1
∑ C X +d .
i
i
i =1
Puesto que Kriging es un interpolador exacto entonces esta ecuación se satisface para los n
puntos, luego, es la misma que la que se obtiene por Interpolación Lineal.
2
Ilustremos con el caso R
Sean dos puntos de R2 : ( X1,Y1) y (X2,Y2) con X1 ≠ X2.
Kriging:
Y= a1Y1 +a2Y2
d11a1 + d12a2 + µ = d1
d21a1 + d22a2 + µ = d2
a1
a2 + 0u = 1
+
Solución por el método de Kramer (recordando que d11=d22=0):
d
d
1
11 12
D= d
d
1 = d12 + d21 =2d12
21 22
1
1 0
d
d
11 1
d
D2= d
21 2
1
1
1
1 = d1-d2+d12
0
d
1
D1= d
2
1
d
12
d
22
1
d
d
11 12
d
D3= d
21 22
1
1
1
1 = -d1+d2+d12
0
d
1
d = d2*d12+d1*d12-d122
2
1
= d12(d2+d1-d12)
y por tanto a1=
D
1
D
a2=
D
2
D
µ=
D
3
D
Si suponemos X2 > X1 se cumple que X1 ≤ X ≤ X2 y por tanto:
D = 2(X2-X1) D1 = 2(X2-X )
D2 = 2(X-X1 )
D3 = 0, de donde se deduce que
X2 − X
X − X1
y
a2 =
y la ecuación de estimación se escribe :
X 2 − X1
X 2 − X1
X2 − X
X − X1
Y1 +
Y2
Y=
X 2 − X1
X 2 − X1
a1 =
y esta es la ecuación de la recta que pasa por dos puntos que puede escribirse:
Y =
(Y2 − Y1 )
(Y X − Y X )
X + 1 2 2 1 que es la fórmula conocida para la interpolación lineal
( X 2 − X1 )
( X 2 − X1 )
para este caso.
El error de Kriging es σ2 = a1d1 + a2d2 + µ = 2
( X − X )( X − X )
2
1
(X − X )
2
1
Caso de R3
En R3 , aunque no es evidente, se tiene que este método es aplicable directamente para redes
rectangulares ya que las triangulaciones que resultan siempre tienen sus triángulos
rectángulos. Para redes arbitrarias podemos triangulizarlas y definir un variograma γ a partir del
módulo de las diferencias de los valores obtenidos al evaluar dos puntos en el plano dado por
los tres puntos determinados sobre cada triángulo. De esta manera se tiene para el caso que
nos interesa la equivalencia formal entre ambas teorías, lo cual puede extenderse para casos
mas generales con ciertas consideraciones y permitiría obtener fórmulas para estimar los
errores. Este caso reviste particular interés pues permite modelar de una manera sencilla una
superficie topográfica a través de las técnicas de kriging, tomando solo tres puntos y el
variograma mencionado lo cual también permite evaluar los errores de estimación.
�Anexo 42: Media aritmética y desviación estándar del Ni, Fe y Co en los bloques del
yacimiento Punta Gorda según la red de exploración.
Tabla A42.1: Para todo el muestro del Pozo
Bloque Media % Ni D. E. % Ni Media % Fe D. E. % Fe Media % Co D. E. % Co
1
1.31
0.17
43.36
3.4
0.09
0.01
2
1.29
0.3
44.02
6.78
0.12
0.07
3
1.12
0.28
43.48
7.52
0.15
0.08
4
0.99
0.17
46.68
3.27
0.1
0.03
5
1.02
0.2
45.49
5.33
0.14
0.08
6
0.99
0.27
44.26
5.44
0.11
0.08
7
1.18
0.32
44.07
6.74
0.12
0.07
8
1.25
0.48
40.03
13.32
0.09
0.07
9
1.22
0.39
38.69
12.01
0.09
0.06
10
1.23
0.17
37.65
6.68
0.09
0.02
11
1.01
0.28
41.85
8.42
0.11
0.07
12
1.23
0.37
39.87
10.41
0.1
0.06
13
1.15
0.43
39.01
14.24
0.09
0.08
14
1.24
0.41
44.73
8.94
0.1
0.08
15
1.19
0.4
41.79
10.93
0.1
0.08
16
1.21
0.36
38.25
12.24
0.09
0.07
17
0.8
0.17
42.84
6.76
0.1
0.05
18
0.85
0.29
35.96
11.43
0.07
0.05
19
0.7
0.32
30.45
11.61
0.06
0.04
20
0.54
0.27
19.31
7.28
0.04
0.02
21
0.87
0.25
34.29
8.59
0.06
0.02
22
1.33
0.38
38.49
11.33
0.1
0.06
23
1.3
0.49
38.77
12.17
0.09
0.07
24
1.36
0.38
34.02
14.19
0.08
0.05
25
1.18
0.48
36.78
12.95
0.07
0.06
26
1.21
0.46
42.11
10.05
0.08
0.05
27
1.1
0.43
43.09
9.61
0.08
0.05
28
1.15
0.47
39.2
12.13
0.08
0.07
29
0.88
0.45
42.18
8.71
0.08
0.06
30
0.67
0.36
40.27
9.89
0.07
0.06
31
0.71
0.33
40.46
7.94
0.07
0.05
32
0.76
0.35
33.01
9.94
0.07
0.04
33
0.73
0.22
32.23
8.98
0.07
0.03
34
1.23
0.29
36.14
9.52
0.08
0.03
35
1.22
0.51
37.66
12.07
0.08
0.07
36
1.46
0.52
29.1
13.64
0.06
0.05
37
1.06
0.44
32.21
13.16
0.06
0.05
38
0.96
0.39
35.98
11.92
0.08
0.05
39
0.99
0.39
42.53
8.7
0.09
0.06
40
1.12
0.53
35.54
13.85
0.08
0.06
41
0.99
0.54
39.07
11.73
0.08
0.06
42
0.62
0.43
37.06
11.49
0.06
0.05
43
0.69
0.47
37.1
10.29
0.08
0.05
44
0.76
0.27
32.51
10.46
0.07
0.04
45
0.69
0.2
34.97
8.59
0.07
0.04
46
1.11
0.44
36
10.07
0.07
0.05
47
1.07
0.52
38.75
9.74
0.08
0.06
48
1.13
0.39
36.28
10.4
0.07
0.04
49
1.08
0.47
38.04
10.28
0.07
0.05
50
1.03
0.52
39.41
10.84
0.08
0.04
�51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
Medias
1.01
1.04
0.94
0.58
0.46
0.43
0.65
0.91
0.92
1.02
1.11
1.02
1.03
1.08
1.04
0.55
0.61
0.55
0.84
0.89
1.03
1.05
1.04
0.97
1.01
0.95
0.86
0.88
1.14
1.09
0.89
0.76
0.6
1.05
1.11
0.64
0.65
0.52
0.965
0.43
0.48
0.48
0.45
0.4
0.23
0.28
0.42
0.47
0.39
0.46
0.48
0.46
0.57
0.6
0.38
0.48
0.31
0.33
0.43
0.43
0.46
0.44
0.48
0.62
0.55
0.44
0.39
0.5
0.46
0.49
0.42
0.35
0.58
0.54
0.35
0.32
0.27
0.398
39.86
41.41
41.1
35.08
31.63
22.45
32.92
40.12
39.42
37.44
37.48
36.89
39.43
40.42
37.08
31.8
33.5
33.16
38.64
39.73
35.86
28.39
36.5
36.91
36.77
34.69
37.64
32.63
37.06
41.51
30.96
30.56
29.04
33.59
34.1
27.75
33.65
31.39
36.973
9.46
10.26
10.9
9.83
10.7
10.39
10.71
8.8
9.13
10.55
10.2
10.76
10.09
9.89
11.84
9.55
9.01
7.79
8.17
9.09
11.36
14.59
12.01
11.55
10.21
9.31
9.01
12.54
11.25
10.04
12.55
11.88
10.8
13.57
11.79
11.64
9.72
9.58
10.188
0.08
0.09
0.09
0.07
0.05
0.04
0.07
0.06
0.07
0.08
0.08
0.08
0.09
0.08
0.08
0.06
0.06
0.06
0.05
0.07
0.07
0.06
0.09
0.07
0.07
0.06
0.05
0.05
0.07
0.09
0.06
0.06
0.04
0.06
0.07
0.05
0.06
0.05
0.077
0.04
0.05
0.06
0.05
0.04
0.03
0.04
0.04
0.05
0.05
0.06
0.05
0.05
0.04
0.04
0.04
0.04
0.03
0.02
0.04
0.05
0.06
0.06
0.04
0.03
0.02
0.03
0.04
0.06
0.06
0.03
0.03
0.02
0.06
0.05
0.03
0.04
0.03
0.049
�Tabla A42.2: Medias aritméticas para todo el LB+SB sin considerar las intercalaciones
Bloque Potencia % Ni
% Fe
% Co
1
1.95 1.4552 45.4244 0.102
2
8.09 1.4686 45.6063 0.1398
3
7.81 1.3565 44.6735 0.1584
4
2.01 1.144 47.8877 0.1256
5
5.05 1.1617 46.9838 0.1659
6
7 1.2487 46.1356 0.1384
7
7.86 1.4175 44.9703 0.1393
8
17.48 1.474 43.0038 0.1144
9
8.03 1.479 40.0212 0.1148
10
2.39 1.3587 39.4424 0.0879
11
6.56 1.2531 43.3425 0.1379
12
8.77 1.4618 40.9239 0.1215
13
13.66 1.4019 43.2132 0.1162
14
22.67 1.3902 45.3485 0.115
15
16.4 1.3686 44.0592 0.1164
16
12.03
1.39 42.2631 0.1046
17
1.62 1.0203 47.1666 0.1182
18
5.31 1.1965 38.9657 0.1129
19
4.03 1.1784 38.6323 0.1021
20
2.17 1.1703 28.4662 0.059
21
1.89 1.1659 36.4017 0.066
22
8.63 1.5166 38.8282 0.1167
23
14.7 1.538 40.8148 0.1144
24
9.55 1.5368 37.3888 0.0951
25
15 1.434 38.9072 0.094
26
16.45 1.4196 42.2562 0.0979
27
14.89 1.3529 43.4292 0.0974
28
17.06 1.4375 41.1572 0.1029
29
10.1 1.331 41.5045 0.1156
30
5.52 1.2452 39.2492 0.1188
31
5.57 1.2432 40.5811 0.1169
32
5.35 1.2197 37.9961 0.1002
33
2.32 1.1307 38.626
0.09
34
5.29 1.411 35.5109 0.0817
35
16.52 1.512 38.9582 0.1077
36
11.15 1.6747 33.5606 0.0867
37
10.34 1.3778 33.6973 0.0841
38
10.61 1.2774 34.7644 0.0853
39
10.66 1.2964 42.2544 0.1127
40
17.22 1.4889 36.598 0.0918
41
12.01 1.5076 37.213 0.0913
42
3.71 1.3916 34.7858 0.0955
43
5.98 1.4326 40.0481 0.1147
44
4.07 1.212 38.4155 0.1007
45
1.93 1.0478 39.7975 0.0905
46
10 1.4699 36.8759 0.1085
47
12 1.4507 38.3559 0.1117
48
7.14 1.3893 37.6885 0.0997
49
10.66 1.3757 39.392 0.0978
50
12.65 1.4212 39.3611 0.0969
51
10.6 1.3523 40.3779 0.0939
52
11.3 1.3785 41.1449 0.104
�53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
Media
D. E.
9.33
3.39
2.07
1.12
2.47
7.17
7.55
7.07
10.45
10.6
10.6
11.66
8.94
3
4.33
1.87
5.77
6.77
6.94
10.18
8.07
7.17
8.13
7.77
7.21
5.35
8.9
8.38
6.24
5.39
3.27
6.48
9.17
3.14
2.98
2.1
7.986
4.510
1.3833
1.4016
1.3759
1.054
1.124
1.3861
1.3926
1.3664
1.3826
1.3387
1.3472
1.4583
1.5507
1.3512
1.3518
1.165
1.2768
1.3488
1.4121
1.3962
1.3815
1.3739
1.5561
1.5299
1.409
1.3757
1.5142
1.4453
1.3987
1.2882
1.3051
1.6212
1.5407
1.2244
1.2413
1.1317
1.359
0.131
39.6468
34.7583
32.1492
34.3194
39.3784
36.6699
36.8533
37.1266
38.4848
39.0779
40.2475
39.9995
36.6626
29.0701
34.0677
34.3508
33.4223
37.2166
35.5018
34.1657
39.0563
36.8815
36.5562
35.0598
35.1879
31.7898
36.9699
40.607
32.6362
29.7901
25.7004
31.3625
35.0605
22.9122
29.2955
29.493
38.000
4.808
0.1022
0.0927
0.0879
0.0866
0.1054
0.1052
0.0988
0.1018
0.1038
0.0955
0.1028
0.0944
0.0872
0.0777
0.0806
0.0777
0.0613
0.0845
0.099
0.0809
0.1048
0.09
0.0742
0.0725
0.0644
0.076
0.0884
0.1082
0.0745
0.0724
0.0492
0.0941
0.0811
0.0487
0.0835
0.0781
0.098
0.021
�Anexo 43: Ejemplo de plan detallado para el desbroce y el destape.
Aclaraciones:
Las notaciones usadas son las siguientes:
O-E : Oeste - Este.
S-N : Sur - Norte
Pot.: Potencia.
Vol.: Volumen.
Esc-? : Escombrera número ?.
Los datos son ficticios y en este caso se está calculando el volumen por el método de zona de
influencia sobre una red de intervalos horizontales de 10 m y verticales de aproximadamente 1
m de longitud.
Area Coordenada Desbroce
Destape
_
O-E S-N Cota Pot. Vol. Destino Cota Pot. Vol %Ni %Fe %Co Destino Día Turno
1 5 5 62 1.2 1200 Esc-1 50.8 3 3000 0.7 40 0.06 Esc-3 3/12 1
5 15 - - - 52.6 2 2000 0.26 41.3 0.11 Dique
50.6 2 2000 0.63 37.8 0.09 Esc-3
..................................................................................
5 45 54 1 1000 Esc-1 53 3 3000 0.54 43.2 0.012 Esc-3 3/12 1
____________________________________________________________________________
______
Total del Turno
12300
18400
____________________________________________________________________________
_______
10 5 61 1 1000 Esc-1 50 3 3000 0.54 42.1 0.103 Esc-3 3/12
10 15 53.8 1 1000 Esc-1 52.8 3 3000 0.43 40.6 0.101 Esc-2
..................................................................................
10 45 52 1 1000 Esc-1 - - - - - - - 3/12 2
2
____________________________________________________________________________
______
Total del Turno
11800
18900
____________________________________________________________________________
_______
.
.
.
Resumen del Area
Volumen de Desbroce: 52700
Volumen de Destape : 103450
Nota Aclaratoria:
Las coordenadas, cotas y potencias se dan en m.
Los volúmenes se dan en m3.
El Día se da en la notación Día/Mes.
�Anexo 44: Diálogos para la determinación de las reservas de mena por pozos
Esta es una tarea esencial para lograr desarrollar la planificación de la minería pues se define
que parte del material se convertirá en escombro y cual en mineral. El diálogo es el siguiente:
Figura A44.1
Se comienza por escribir el nombre del bloque, buscar las masas volumétricas y precisar los
cut-off pedidos. A continuación se oprime COMENZAR EL CALCULO y aparece la ventana:
Figura A44.2
Con Click Derecho en uno de los pozos se marca o desmarca el pozo para el trabajo de
análisis de 7 variantes.
Si ejecutamos OBTENER 7 VARIANTES se presenta la siguiente ventana:
�Figura A44.3
El trabajo de SALVAR, GRAFICAR y EDITAR se realiza según la variante ACEPTAR la cual
se define en el 'radiogroup' superior. Al editar la variante aceptar se obtiene la variante 7 o sea
la variante MANUAL. Al editar la variante ACEPTAR se tiene el siguiente diálogo:
Figura A44.4
El botón SOBRE LAS AREAS describe el significado de Area1,...,Area9.
Si ejecutamos Click Izquierdo en uno de los pozos se obtiene información precisa del pozo en
la variante ACEPTAR:
Figura A44.5
�Con Click Derecho se pasa al diálogo de definición manual de las cotas:
Figura A44.6
Al salir veremos que el botón METAL POR VARIANTES informa la cantidad de Ni, Fe y Co que
se pueden obtener con cada una de las variantes.
�Anexo 45 : Sobre los conceptos de Recursos y Reservas
Estos dos conceptos han sido en el pasado reciente motivo de análisis mundial en aras de
lograr una unificación o al menos una equivalencia entre los diferentes modos de expresar la
cantidad y cantidad de mineral de un depósito y la cantidad y calidad del mineral del depósito
aprovechable industrialmente.
En Cuba, mediante la norma ramal NR 02 -55-75-1982 “Minerales Utiles y Sólidos:
Clasificación de Reservas” [98] se tienen las siguientes caracterizaciones:
La clasificación se hace en dos sentidos:
1. Por el grado de estudio del depósito:
a. De pronóstico (con tres subcategorías: P1,P2,P3).
b. C2 (error de hasta un 80%).
c. C1 (error de hasta un 40%).
d. B (error de hasta un 20%).
e. A (error de hasta un 10%).
2. Por el valor económico del mineral del depósito:
a. Balanceadas: Corresponden a las exigencias de las condiciones industriales y por tanto
la utilización de dichas reservas es económicamente racional.
b. No balanceadas
En [98] se muestra una tabla comparativa de estas clasificaciones por el grado de estudio con
las de otros países:
Tabla A45.1: (Tomada de Tabla 8.1, [98], Segunda Parte, página 72).
Países Socialistas EE.UU
Inglaterra
Francia
RFA
A
Medidas
Probadas
Ciertas
Seguras
(Measured)
(Proved)
(Certains)
(Sicher)
B
Deducidas
Probables
Probables
Probables
(Indicated)
(Probable)
(Probables)
(Wahrscheinlich)
C1
Señaladas
(Angedentet)
C2
Supuestas
Posibles
Posibles
Supuestas
(Inferred)
(Possibles)
(Possibles)
(Vermuted)
A mediados de la década de los 90 se realizaron estudios que determinaron ciertas
legislaciones que para grupos de países normaron [38] estas clasificaciones o buscaron un
sistema general de clasificación que pudiera servir de lenguaje común a todos los países [114].
En el caso del Código de Australasia para el Reporte de Recursos Minerales Identificados y
Reservas Minerales, se distinguen claramente dos conceptos: Recursos y Reservas Minerales
o de Mena; los Recursos Minerales identifican la presencia de mineral en un sitio, cuantificado
sobre la base de datos geológicos y solamente con un cut-off asumido. El término Reserva
Mineral solo se usa si se ha llevado a cabo un estudio técnico - económico, y los datos
relativos al Recurso Mineral indican la factibilidad potencial y debe establecerse en términos de
tonelaje y calidad minables. En este código se define que los informes de Recursos o Reservas
Minerales solo pueden ser realizados por Personas Competentes (se define quien puede ser
considerado como tal) y se enuncian los criterios para realizar estos informes.
Los Recursos Minerales los clasifican en Inferidos, Indicados y Medidos y presentan
definiciones descriptivas de estas categorías y concluyen que debe ser determinada por la
Persona Competente de acuerdo a los estudios realizados.
Las Reservas de Mena las clasifican en Probadas y Probables (según el documento esta
clasificación depende, desde el punto de vista científico, de que los recursos se consideren
medidos e indicados, respectivamente) y debe ser determinada por la Persona Competente de
acuerdo a los estudios realizados.
En el Marco Internacional de las Naciones Unidas para la Clasificación de Reservas/Recursos
se define Recurso Total como las concentraciones naturales de materias primas minerales de
interés económico que presentan un determinado grado de certidumbre geológica; una
Reserva es la parte económicamente explotable del recurso total, tal como ha sido puesto en
evidencia por la evaluación de la viabilidad minera y el recurso residual es el saldo del recurso
minero que no ha sido identificado como reserva. Se ha propuesto un sistema que tiene en
cuenta tres direcciones con diferentes grados de intensidad:
1. Estudios Geológicos (reconocimiento, prospección, exploración general y exploración
detallada)
2. Estudios de Viabilidad Minera (estudio geológico, estudio de previabilidad minera, estudio
de viabilidad minera con informe de explotación).
�3. Estudios Económicos (Económicamente indeterminado, intrínsecamente económico,
potencialmente económico, económico).
Una opinión muy interesante se da en [73] donde se hace un análisis crítico sobre el uso de la
Geoestadística para la evaluación de recursos y reservas.
A partir de estas direcciones se proponen mediante diferentes combinaciones las formas que
permiten determinar clasificaciones en Reserva Probada, Reserva Probable, Recurso puesto
en evidencia por un estudio de viabilidad minera, recurso puesto en evidencia por un estudio
de previabilidad minera, recurso medido, etc.
En este documento también se hace énfasis en la presencia de una Persona Competente para
realizar la clasificación así como los criterios a tener en cuenta para esto.
En el año 1993 [29] el Centro Nacional del Fondo Geológico define en Cuba por primera vez
las categorías de recursos y reservas, mediante la siguiente estructura:
Figura A45.1
En este caso los recursos económicos posibles se les identificaba como reservas
subeconómicas; los recursos indicados mas los recursos medidos se les llama reservas
demostradas y ya se plantea la relación que existe entre recursos indicados y medidos con
reservas marginalmente económicas y económicas respectivamente.
En Agosto del año 1996 entra en vigor una nueva reglamentación [115] que tiene la siguiente
estructura para los recursos y reservas minerales:
Figura A45.2
De los análisis realizados por la Oficina Nacional de Recursos Minerales, a partir de una
propuesta confeccionada en Mayo de 1998 y de una segunda versión de Septiembre de 1998,
se propuso en Diciembre de 1998 la siguiente “Clasificación de Recursos y Reservas Minerales
Utiles Sólidos” [116]:
Figura A45.3
En este documento se presenta una Guía General para la Clasificación, Cálculo, Estimación y
Control de los Recursos Minerales Sólidos y los Requisitos Generales de la Clasificación de las
Recursos Minerales ‘In Situ’ y de la Clasificación de las Reservas Minerales.
�Para esta investigación se seguirá una notación que atiende a la mencionada en la norma
ramal mencionada al principio de este anexo cuando se haga referencia a los cálculos
realizados en una época anterior a 1993. En estos casos el término Recurso Mineral (según
reconocimiento, prospección, exploración general y exploración detallada) será equivalente a
las Reservas Calculadas por el Grado de estudio del Depósito (tipos C2,C1,B,A,
respectivamente) y Reservas Minerales (con algún tipo de estudio de viabilidad minera y algún
tipo de estudio económico) definirán las Reservas Balanceadas y No Balanceadas.
El concepto de Confirmación de Reservas será entendido cuando se use en citas en el sentido
de la diferencia entre las recursos (antes llamadas reservas) pronosticados a partir de la red de
exploración, aceptados oficialmente por la Oficina Nacional de Recursos Minerales y los
recursos (sean o no sean reservas) enviados al cliente.
En esta investigación, para la época actual, se tendrán en cuenta los conceptos de Recursos
Minerales y Reservas Minerales tal como se expresan en la propuesta de Diciembre de 1998
aunque todavía no está aprobada. Se hará énfasis en que el nivel de estudio técnico económico de los datos relativos al Recurso Mineral que podrá indicar la factibilidad potencial
del minado del mismo y por tanto lo que define la Reserva Mineral, debe ser de tal profundidad
que a partir de él se puedan elaborar planes efectivos de minería de medianos (probables) y
cortos plazos (probadas).
Cuando se use el término Recursos Originales (se usa en la práctica), será equivalente a decir
Recursos Indicados (exploración general) y el término Recursos Recalculados (se usa en la
práctica) será equivalente a Recursos Medidos (exploración detallada).
�Anexo 46 : Tabla de escombros superior e intercalado por bloques en el yacimiento
Punta Gorda
Tabla A46.1
Bloque LB+SB ES
EINI EISI EI=EINI+EISI EI/(LB+SB)
1
1.95
0.2
0
0
0
0.000
2
8.09
0.9
1
0
1
0.124
3
7.81 1.23
1
2.6
3.6
0.461
4
2.01 0.96
1
0
1
0.498
5
5.05 1.46 1.14
2.5
3.64
0.721
6
7 2.75 1.11 2.73
3.84
0.549
7
7.86 1.84
1 3.25
4.25
0.541
8
17.48 4.02
1.6 3.86
5.46
0.312
9
8.03 1.96 1.14 2.93
4.07
0.507
10
2.39 0.12
0
2
2
0.837
11
6.56 1.73 1.13 2.44
3.57
0.544
12
8.77 1.92 1.17 3.92
5.09
0.580
13
13.66 2.11 1.32
5
6.32
0.463
14
22.67 3.81 1.36 3.15
4.51
0.199
15
16.4 3.81 1.44 3.08
4.52
0.276
16
12.03 2.64 1.38 2.58
3.96
0.329
17
1.62 1.19
0
0
0
0.000
18
5.31 3.25
1.5 3.71
5.21
0.981
19
4.03 4.13
1
4.9
5.9
1.464
20
2.17 2.67
1
0
1
0.461
21
1.89 1.47
0
0
0
0.000
22
8.63 1.78 1.08
3.1
4.18
0.484
23
14.7 3.39 1.27 2.73
4
0.272
24
9.55 0.86 1.23
2.3
3.53
0.370
25
15 4.39 1.81
3.9
5.71
0.381
26
16.45
4.8 1.38 2.64
4.02
0.244
27
14.89 5.86 1.26 3.39
4.65
0.312
28
17.06 5.06 1.42 6.47
7.89
0.462
29
10.1 11.04 1.54 3.39
4.93
0.488
30
5.52 10.24 1.05
4.5
5.55
1.005
31
5.57 10.14 1.18 4.81
5.99
1.075
32
5.35 5.15 1.09 4.07
5.16
0.964
33
2.32 2.12 1.14
3.2
4.34
1.871
34
5.29 0.91
1 4.57
5.57
1.053
35
16.52
5.2 1.29 3.13
4.42
0.268
36
11.15 1.61 1.28 4.03
5.31
0.476
37
10.34 4.57 1.52
4.8
6.32
0.611
38
10.61 6.16 1.34 3.45
4.79
0.451
39
10.66 6.58 1.31 3.26
4.57
0.429
40
17.22 6.57 2.03 7.95
9.98
0.580
41
12.01 8.87 1.16 5.65
6.81
0.567
42
3.71 9.17
1 3.63
4.63
1.248
43
5.98 9.96 1.19 2.33
3.52
0.589
44
4.07 3.67
1.1 3.87
4.97
1.221
45
1.93 1.67 1.06
2.8
3.86
2.000
46
10 5.42 1.32 3.25
4.57
0.457
47
12 7.77 1.21 3.29
4.5
0.375
48
7.14
2.5 1.06 2.71
3.77
0.528
49
10.66 4.18 1.39 3.55
4.94
0.463
50
12.65 8.37 1.37 3.09
4.46
0.353
�51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
Media
D. E.
10.6
11.3
9.33
3.39
2.07
1.12
2.47
7.17
7.55
7.07
10.45
10.6
10.6
11.66
8.94
3
4.33
1.87
5.77
6.77
6.94
10.18
8.07
7.17
8.13
7.77
7.21
5.35
8.9
8.38
6.24
5.39
3.27
6.48
9.17
3.14
2.98
2.1
7.986
4.510
6.82 1.44 3.94
5.54 1.26 2.85
8.1 1.09 2.75
10.02
1 2.25
7.8
1 2.25
2.77
1
4
3.47
1.2 2.33
9.41 1.07 6.31
8.57 1.11 4.85
3.7 1.01 3.11
3.65 1.14 3.16
5.63 1.32 3.05
4.98 1.38
2.4
5.69 1.15 3.49
6.85 1.33 4.53
10.85
1
3.5
10.79
1.2
4
2.6
0
3
7.84
1 4.67
6.01
1.1 5.74
4.28 1.08 3.08
3.05 1.25 3.72
3.25 1.13 3.22
5.64 1.26 2.44
8.05 0.98 4.22
9.4 1.05
6.5
8.39
1.1 4.96
5.65 1.18 2.29
4.97
1.2 3.83
5.37 1.11 2.75
5.44 1.28 3.58
8.47 1.19 4.12
11.26 1.25
11
6.67
1 3.33
5.43 1.23 5.39
6.08 1.33
2
6 1.43 3.14
11.48
1
6
5.138 1.139 3.480
3.008 0.337 1.662
5.38
4.11
3.84
3.25
3.25
5
3.53
7.38
5.96
4.12
4.3
4.37
3.78
4.64
5.86
4.5
5.2
3
5.67
6.84
4.16
4.97
4.35
3.7
5.2
7.55
6.06
3.47
5.03
3.86
4.86
5.31
12.25
4.33
6.62
3.33
4.57
7
4.619
1.828
0.508
0.364
0.412
0.959
1.570
4.464
1.429
1.029
0.789
0.583
0.411
0.412
0.357
0.398
0.655
1.500
1.201
1.604
0.983
1.010
0.599
0.488
0.539
0.516
0.640
0.972
0.840
0.649
0.565
0.461
0.779
0.985
3.746
0.668
0.722
1.061
1.534
3.333
0.786
0.713
�Anexo 47: Valoración del impacto socio - técnico - económico de la metodología
presentada
El impacto social de la implantación de esta metodología está dado por los siguientes factores:
1. Actualización y superación inmediata del personal de la mina en las ciencias geológicas,
mineras e informáticas.
2. Comprensión de toda la actividad minera como un sistema y por tanto se tiene conciencia
de la importancia de la tarea que desempeña cada persona en particular.
3. Humanización del trabajo de gabinete en la mina.
4. Aumento del nivel de confianza en los resultados que se obtienen.
Desde el punto de vista técnico esta metodología implica relacionarse directamente con
conocimiento y tecnología actualizada. En el área de la Matemática se presentan teorías
creadas en los últimos 30 años, incluso, algunos temas han sido creados especialmente para
este trabajo; estos aspectos se utilizan en relación directa con la solución de problemas
concretos de la actividad minera. La Informática se presenta como una herramienta necesaria
en la implementación de la metodología y se hace énfasis en su versatilidad, capacidad de
manejo rápido y fiable de la información y facilidades que se tienen actualmente para los
diálogos hombre - máquina. Desde el punto de vista de la Geología los esfuerzos se han
concentrado en dos aspectos de gran importancia en la actualidad: el problema de la definición
y estimación de recursos y reservas (lo cual se trata de manera indirecta durante todo el
trabajo y de manera directa en el anexo 45) y el problema de la modelación de estos
yacimientos lo cual es analizado en el capítulo 3 y donde se proponen soluciones novedosas
que pueden convertirse en las herramientas comunes para realizar el pronóstico en la actividad
minera del níquel. Esta investigación pertenece a las ciencias mineras y es por ello que en esta
área el impacto puede ser mayor debido principalmente a que en la actualidad la actividad
práctica minera en nuestros yacimientos de níquel se basa en conceptos organizativos que
evolucionaron de manera importante en los últimos 10 - 20 años; los vínculos de la Minería con
otras ciencias afines y con la tecnología ha aumentado; y una mayor matematización de la
Minería la ha convertido en una ciencia de desarrollo seguro y rápido a tenor con las
exigencias de nuestra época. Como puede deducirse de lo planteado en este párrafo, el
impacto técnico de esta metodología pudiera ser revolucionario.
Desde el punto de vista económico el impacto de la implementación de esta metodología
deberá ser importante ya que su objetivo es disminuir las pérdidas, el empobrecimiento, el no
cumplimiento del volumen y de la calidad del mineral enviado por unidad de tiempo al proceso
metalúrgico, el uso inadecuado del equipamiento y además permite lograr afectaciones
pequeñas al medio ambiente. Se distinguirán tres aspectos:
1. Un pronóstico eficiente debe garantizar la base de datos para una planificación eficiente y
esto tiene en sentido general un aporte económico indiscutible porque se sienta las bases
de la estabilización de un proceso de disminución de costos. En particular la estimación de
un pozo de explotación en sustitución de su excavación (sustitución que podrá realizarse a
menudo) aportará ahorros como los siguientes:
Tabla A47.1: Ofertas de precios de algunas actividades para la realización de un pozo de
explotación de 30 m. (calculado según de varias tablas de [99], los precios están dados en
USD )
Actividad
Precio por
Total de
Precio
Unidad
Unidades
Total
Amarre y cálculo de un pozo (topografía) 32.00
1
32.00
Trazado de líneas (topografía)
39.00
1
39.00
Trocha, marcación, remarcación y
49.83
1
49.83
nivelación
1 plataforma y 42 m de camino
35.00
1 plataforma
35.00
realizados con bulldozer Komatzu T-130
42 m de camino
Perforación de pozo por el método
40.62
30 m
1218.6
Hallow Auger (diámetro 76 mm;
recuperación 95%)
Secado y molienda de muestra de 2 a 5 4.00
30 muestras
120
kg.
Traslado de muestras (un viaje)
180.30
0.05 viaje
9.01
Conservación y almacenamiento
0.50
30 muestras
15.00
Ensayos físico - mecánico (humedad y
9.50
30 muestras
285.00
masa volumétrica)
Análisis químico de siete elementos
13.00
30 muestras
390.00
�Total
2193.44
Además se deberá considerar los salarios, impuesto y dietas de algunos especialistas, los
recargos y las bonificaciones. Como puede observarse un bloque de 300x300 con red de
exploración de 33.33x33.33 (81 pozos) contempla una red de explotación de 361 pozos por
lo que se tendrían que desarrollar 280 pozos los cuales costarían alrededor de $ 614000.00
USD.
2. La planificación es la llave del uso adecuado de los recursos y medios para su explotación
por tanto pueden ser importantes los aportes que puede tener una planificación de las
actividades, orientada hacia la obtención de resultados óptimos.
3. El control es quien garantiza la estabilidad del sistema y además aporta los datos para el
cálculo de los costos y ganancias. Un ejemplo conocido es que un control eficiente
garantiza que los obreros reciban como retribución a su trabajo el salario que realmente se
merecen.
En sentido general, no es posible dar en estos momentos un valor numérico que indique
cuantitativamente el aporte económico que pudiera obtenerse por la implementación de esta
metodología en una de nuestras minas pero si pensamos que esta mina tuviera planificados
enviar en un año 3000000 de toneladas de mineral con una ley de 1.31% de Ni (o sea 250000
mensuales) para que se produzcan 30000 toneladas de Ni (asumiendo que la dilución sea de 0.11 y que la eficiencia del proceso metalúrgico sea de 83.34%), necesitaría una adecuada
organización de los trabajos para lograr cumplir con el cliente teniendo pérdidas y
empobrecimiento mínimos y cumplir con las exigencias relacionadas con el uso del
equipamiento y la protección del medio ambiente. Si las pérdidas fueran en ese año del 6%
quiere decir que en el campo quedarían 180000 toneladas de mineral que con los parámetros
anteriores significan alrededor de 1800 toneladas de Ni; no es necesario dar más detalles para
comprender la importancia económica que tiene evitar las pérdidas. Un análisis análogo
pudiera realizarse para el empobrecimiento y los otros parámetros mencionados.
�Anexo 48: Aspectos que debe contener un proyecto minero (según las ideas generales de
[124])
I. Introducción y certificado técnico - económico.
Se señalan las particularidades geológicas y condiciones climáticas generales, las exigencias a
la calidad del mineral útil, indicaciones del contratista y otras particularidades que determinan la
metodología de proyección. El certificado técnico - económico representa un breve compendio
de las partes principales del proyecto presentadas en forma de memoria escrita; en ella se
plasman los siguientes testimonios:
a. Argumentación de la necesidad de construcción de la cantera, características de sus
parámetros, exigencias al mineral útil e índices de productividad por años.
b. Descripción de modelos y cantidad de unidades del equipamiento minero básico.
c. Indices técnico - económicos básicos y su valoración (cantidad de obreros y su
productividad, costo de producción, rentabilidad y ganancias).
d. Datos sobre gastos capitales dinámicos y sobre la efectividad económica de la construcción.
II. Parte geológica.
Incluye las características de la región y del yacimiento, el clima en detalle y orografía de la
región, características geológicas e hidrogeológicas, cantidad de cuerpos minerales y sus
dimensiones. Características mineralógicas de las rocas, potencia de las rocas, su estructura,
propiedades de los tipos de rocas estériles aprovechables para la rehabilitación. Tipos y clases
tecnológicas y litológicas de menas y sus propiedades geoquímicas, densidad, coeficiente de
fortaleza, coeficiente de esponjamiento de los tipos de rocas presentes, humedad, cantidad y
potencia de los horizontes acuíferos, coeficiente de filtración, flujo de aguas lluvias y
subterráneas. Características cualitativas del mineral útil y posibilidad de utilización de las rocas
estériles, propiedades físico - mecánicas del mineral útil y las rocas estériles. Reservas de
mineral útil, grado de exploración del yacimiento, perspectivas de aumento.
III. Parte minera (tecnológica). Contiene lo siguiente:
a. Argumentación de los contornos intermedios y finales de la mina en los yacimientos, división
del campo, establecimiento de las etapas de explotación.
b. Cálculo de reservas del mineral útil y volumen de estéril en los contornos de la cantera, en el
cuerpo, bloques geológicos, en tramos de explotación (en yacimientos inclinados y abruptos
las reservas y volúmenes se calculan por capas).
c. Reservas de suelos fértiles.
d. Principales aspectos del trabajo de organización (régimen calendario, esquema general de
mecanización compleja, tipo de equipamiento para perforación, arranque - carga, transporte
y escombreras, características de la producción).
e. Argumentación de la productividad de la mina, volúmenes promedios anuales de estéril,
plazo de servicio de la cantera, duración del período de asimilación de la productividad
nominal y otros.
f. Trabajos de excavación, argumentación de los tipos de excavadoras, cálculo de su
productividad y cantidad, cálculo de los parámetros de los frentes de excavación).
g. Transporte interior, es decir desde los frentes hasta las escombreras, las plantas de
beneficio, (argumentación de los tipos de transporte, determinación de su productividad y
cantidad, cálculo de los parámetros de las vías de comunicación).
h. Formación de escombreras (argumentación del método de formación de escombreras,
cálculo de los parámetros de las escombreras y cantidad de equipos, ubicación de la
escombrera, selección del método de rehabilitación).
i. Mecanización de los procesos auxiliares y traslado de materiales a la cantera.
j. Laboreo de trincheras (argumentación del método de laboreo, cálculo de los parámetros de
las trincheras, determinación de la velocidad de profundización de los trabajos mineros,
cálculo de los volúmenes de trabajos preparatorios).
k. Apertura ( argumentación del método de apertura y sus características, y de la ubicación de
la traza de la trinchera para el acceso a la cantera, determinación del volumen de trabajos
mineros y duración de su construcción, dinamismo de la apertura de la cantera en la medida
que avanza la explotación).
l. Sistema de explotación (argumentación y características del sistema de explotación, altura
del escalón, ancho de la banda de excavación y plazoleta de trabajo, ángulo de inclinación
del bordo, esquema de preparación de nuevos horizontes de trabajo, condiciones racionales
y métodos de arranque global y selectivo).
m. Plan calendario de la explotación (orden de ejecución de la explotación del yacimiento,
distribución de la extracción del mineral útil y contenido de elementos útiles y volúmenes de
�estéril en tiempo y espacio por años y horizontes; para los primeros 5 años se entrega el
plan detallado con distribución anual, para los siguientes períodos se da el plan aproximado
para cada 5 años ).
n. Drenaje y secado (métodos de protección de la mina de las aguas superficiales, drenaje de
las aguas subterráneas).
o. Medidas para el trabajo seguro en la mina (especialmente contra inundaciones y
deslizamientos).
p. Ventilación de la mina, lucha contra el polvo, incendios y gases nocivos.
q. Condiciones de trabajo y traslado de los obreros (aseguramiento de agua potable y
alimentos, puntos médicos, defensa contra el sol y el viento, etc.).
IV. Parte minero - mecánica (instalaciones de bombeo, compresores, ventilación y ascensos,
bandas transportadoras, organización de los trabajos de reparación y abastecimiento de piezas
de repuestos ).
V. Instalaciones de beneficio y fragmentación - clasificación, tolvas de recarga, depósitos auxiliares
de mineral, control de la calidad del mineral útil.
VI. Parte energética ( abastecimiento de energía eléctrica y térmica, líneas de transmisión,
equipamiento de iluminación ).
VII. Parte constructiva (edificios industriales e instalaciones de superficie).
VIII. Plano general y transporte (ubicación de edificios e instalaciones en áreas de montaje
industrial, trazado de las vías de comunicación, líneas de transmisión eléctrica y diferentes
redes, transporte exterior).
IX. Planes de protección del medio ambiente durante la actividad minera y sistemas de
rehabilitación propuestos..
X. Parte económica (cálculo y análisis de los índices técnico - económicos, cálculo de las
ganancias y rentabilidad de la empresa, argumentación de la efectividad económica de las
decisiones tomadas ).
Los principales índices técnico - económicos son los siguientes:
1. Productividad de la mina en masa minera, mena y concentrado.
2. Plazo de construcción de la mina hasta el momento en que se alcanza la productividad
proyectada.
3. Plazo de existencia de la mina.
4. Gastos capitales en la construcción industrial (sin considerar los gastos en objetos
exteriores).
5. Gastos capitales específicos ( para 1 t de mena, masa minera ).
6. Gastos de explotación anuales para el año nominal.
7. Cantidad de trabajadores.
8. Productividad de los obreros por turnos, en mena y masa minera.
9. Costo de extracción de la mena.
10. Gastos para la extracción de 1 m3 de estéril.
11. Rentabilidad.
12. Ganancia.
XI. Parte de presupuesto ( cálculo financiero de la construcción de la mina, materiales, cálculo del
financiamiento de los diferentes tipos de trabajo, en obtención y montaje de equipamiento;
cálculo del valor de los trabajos de investigación y otros ). El presupuesto total luego de la
aprobación sirve de argumento para financiar la construcción.
Proyecto de organización de la construcción de la mina ( comienzo y plazo general de
construcción, gastos capitales y su distribución por años, plan calendario de la construcción,
organización de los trabajos de construcción, ejecución de las vías de comunicación, trabajos
minero - capitales ).
�
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Metodología para el pronóstico, planificación y control integral de la minería en yacimientos lateríticos
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Arístides Alejandro Legrá Lobaina
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
1999
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/6d071467b9eaf5c1e78971dcbe8e0502.pdf
8ffd51677339558882d9c6abde3aba1d
PDF Text
Text
Tesis doctoral
VARIABLES PARA EL CONTROL DE LA CONCENTRACIÓN DE LOS SÓLIDOS
ALCANZABLE POR SEDIMENTACIÓN
GRAVITATORIA
Armín Mariño Pérez
�REPÚBLICA DE CUBA
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE METALURGIA Y ELECTROMECÁNICA
DEPARTAMENTO DE METALURGIA
TESIS PRESENTADA EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN
CIENCIAS TÉCNICAS
(RESUMEN)
Vari able s para el cont rol de la conc entr ació n de sóli dos alca nzab le
por sed ime nta ció n gra vita tor ia
Autor: MSc. Armín Mariño Pérez
Tutores: Dr. C. José Falcón Hernández
Dr. C. George Eduardo Sales Valadao
Moa, 2002
3
�SÍNTESIS
Se plantea como problema científico, el insuficiente conocimiento para confirmar que
existe relación estadística entre la concentración de sólidos obtenida por sedimentación
gravitatoria y la concentración de sólidos obtenida por otros métodos de separación
mecánica de sistemas líquido-sólido, así como para determinar las principales tendencias en
el comportamiento de esta relación, en función de las condiciones experimentales. Se define
como objeto de la investigación, la relación estadística entre la concentración de sólidos
obtenida por sedimentación gravitatoria y la concentración de sólidos obtenida por otros
métodos de separación mecánica de sistemas líquido-sólido.
Se plantea como objetivo, confirmar si la concentración de sólidos obtenida por
sedimentación gravitatoria, se relaciona estadísticamente con la concentración de sólidos
obtenida por otros métodos de separación mecánica de sistemas líquido-sólido y determinar
las principales tendencias en el comportamiento de esta relación, en función de las
condiciones experimentales. Se define como campo de acción, el mecanismo de la
separación mecánica de sistemas líquido-sólido.
Se formula como hipótesis que el estudio mediante el método lógico, de los fundamentos
teóricos y empíricos existentes acerca del mecanismo de los procesos de separación
mecánica de sistemas líquido-sólido, conjugado con métodos empíricos, permitirá saber si la
concentración de sólido obtenida por alguno de estos procesos se relaciona
estadísticamente con la concentración de sólidos obtenida por sedimentación gravitatoria;
así como determinar las principales tendencias en el comportamiento de esta relación, en
función de las condiciones experimentales.
Se obtiene como novedad científica, la predicción teórica y confirmación empírica de la
relación estadística entre la concentración de sólidos obtenida por sedimentación
gravitatoria y la obtenida por filtración sin escurrido, filtración con escurrido y sedimentación
centrífuga; así como de las principales tendencias en el comportamiento de esta relación, en
función de las condiciones experimentales.
�TABLA DE IDENTIFICADORES
Término o
Abreviatura
Sedimento
CPE
CTSE
CTE
CPC
VS
Concepto o denominación
convencional
Observaciones
En dependencia del proceso concreto, se
distingue el producto espesado, obtenido
por sedimentación gravitatoria; la torta sin
Lecho de sólidos relativamente
escurrir (totalmente saturada de humedad),
concentrado, obtenido como resultado
obtenida por filtración; la torta escurrida,
de cualquier proceso de separación
obtenida a partir de la torta sin escurrir
mecánica de sistemas líquido-sólido
mediante el soplado con aire y el producto
centrifugado, obtenido por sedimentación
centrífuga
Concentración de sólidos en el
producto espesado, ya sea en la
descarga del espesador industrial o al
final de la sedimentación periódica en
el laboratorio
Contextualmente se expresan en % en
Concentración de sólidos en la torta
volumen o % en masa
sin escurrir
Concentración de sólidos en la torta
escurrida
Concentración de sólidos en el
producto centrifugado
Velocidad de sedimentación
Se expresa en mm/h
4
�INTRODUCCIÓN
En la Empresa “Comandante Pedro Soto Alba”, el mineral se extrae en varios frentes de
explotación y se transporta mediante camiones hasta la planta de “Preparación de Pulpa”.
En esta planta se prepara por vía húmeda hasta obtener una suspensión cuya
concentración de sólidos se encuentra alrededor de 25 % en masa. Esta suspensión se
transporta por gravedad hasta la planta de “Espesadores”, donde se obtiene un producto
espesado, cuya concentración de sólidos debe encontrarse en niveles racionalmente
elevados.
Las dificultades para mantener en la planta de “Espesadores”, valores de CPE (ver tabla de
identificadores) suficientemente elevados y estables, pueden provocar las siguientes
consecuencias:
•
•
•
•
Incremento del costo unitario del producto final a medida que disminuye la CPE. Esto se
produce como resultado del incremento de los costos asociados a la obtención y
transporte de agua, ácido sulfúrico y coral, así como al calentamiento de la suspensión y
el transporte de suspensiones tecnológicas y residuales.
Intensificación de las acciones nocivas al medio ambiente y a la sustentabilidad de la
producción a medida que disminuye la CPE. Entre estas acciones nocivas se encuentran
la emisión de gases de combustión, humo y calor en la termoeléctrica; la extracción de
coral de la plataforma insular; la emisión del licor residual y la emisión de yeso con las
colas.
Complicaciones operativas, en la planta de “Lixiviación” como resultado de las
variaciones de la CPE.
Complicaciones operativas en la mina para obtener mezclas, que además de garantizar
la ley de Ni (Níquel), Fe (Hierro) y Mg (Magnesio), garanticen concentraciones de sólidos
en el producto espesado racionalmente elevadas.
De lo anterior se deriva la permanente necesidad de encontrar vías cada vez más eficientes,
para incrementar y/o estabilizar la CPE y garantizar con ello el incremento continuo de la
eficiencia y la eficacia de la planta de espesadores.
En la investigación bibliográfica realizada por el autor (1998), se puede apreciar que los
trabajos publicados hasta esa fecha, estuvieron orientados hacia el estudio de la influencia
que sobre la sedimentación, ejercen los siguientes factores:
1. Agentes de agregación.
2. Particularidades constructivas del espesador.
3. Características internas de la suspensión.
A continuación se refieren los trabajos más destacados en el estudio de la influencia de
cada grupo de factores y se resumen sus aportes y deficiencias esenciales.
La influencia de los agentes de agregación, específicamente los floculantes fue estudiada
por Martell (1969), Nebot (1969), Catasús (1971); Grave De Peralta (1970, 1971, 1971a), y
la Sherritt Gordon inc. (1974).
Se estudió también la influencia de la magnetización (Martell, 1969), sin lograr el incremento
de la CPE.
Falcón (1997), refiere que en dos oportunidades se realizaron pruebas industriales con
adición de silicato de sodio a la pulpa, con resultados favorables para la VS; pero
insignificantes para la CPE.
Falcón et al. (1997) han planteado que en la mayoría de los trabajos, a pesar de haberse
logrado el incremento de la VS, la CPE no se ha incrementado e incluso ha disminuido.
Sobre esto agregan: “... el aumento de la velocidad de sedimentación en la zona de caída libre, no
5
�determina el incremento del porcentaje de sólidos en el producto espesado, pues en ello también
influye la velocidad de compactación.”.
A pesar de que no se cuenta con información que se refiera a la realización de pruebas
exitosas en el nivel industrial hasta 1998, la contribución de estas investigaciones en la
acumulación de conocimientos es considerable.
La influencia del segundo grupo de factores: las particularidades constructivas del
espesador, fue estudiada por Kandukov (s.a), Grave de Peralta (1971) y Méndez (1969,
1973).
Novoa (1975) plantea que en la etapa de 1968 a 1974 se logró un incremento de la CPE de
aproximadamente 43,5 a 45,5, gracias al incremento de la potencia nominal del motor
eléctrico, en 5 %.
Beyrís (1997) plantea: “en los últimos años, con el reforzamiento de los mecanismos centrales de los
espesadores y la construcción del tercer espesador, se ha podido mejorar la operación de la planta,
aunque, en determinados períodos, se presentan dificultades en el proceso de sedimentación, lo que
indica que la eficiencia de este proceso está muy estrechamente relacionada con las características de
la pulpa alimentada y por consiguiente con el tipo de mineral laterítico minado ...”.
En estos trabajos se aprecia, que el estudio de la influencia de las particularidades
constructivas del espesador, permitió alcanzar un mayor grado de aprovechamiento de las
potencialidades de la suspensión alimentada. Sin embargo, por esta vía es imposible
estabilizar la CPE, porque la capacidad de compactación del mineral es variable.
En la determinación de la influencia del tercer grupo de factores: las características internas
de la suspensión, se destacan los trabajos de Beyrís (1985) y Falcón (1983, 1997), Silva y
Chaviano (1980), Palencia (1981), Rojas y Beyrís (1994), Almaguer (1995).
Se destaca particularmente el trabajo de Cerpa (1997), donde se presenta un amplio y
profundo estudio sobre la influencia de la mineralogía y de las características coloidales de
la pulpa cruda en la sedimentación. Para los ensayos de sedimentación, fueron utilizadas
suspensiones de concentraciones de sólidos igual a 1 %. Para el estudio del
comportamiento reológico de la suspensión, la concentración de sólidos no superó el 36 %
en masa.
Los principales factores cuya influencia ha sido considerada importante por estos autores
son los siguientes: tiempo de agitación durante el lavado, composición química,
mineralógica y granulométrica, así como la estructura morfológica del mineral, la
composición iónica de la fase líquida y las propiedades reológicas de la suspensión.
Es importante precisar que en la gran mayoría de las investigaciones dedicadas a
determinar la influencia de las características internas de la suspensión sobre la
sedimentación, la atención ha sido dirigida a descubrir la influencia de los referidos factores
sobre la VS. Dicho de otro modo, no se ha tenido en consideración que la CPE depende
esencialmente de las regularidades que rigen el proceso de estructuración, compactación o
apelmazamiento del sedimento.
Se ha previsto la posibilidad de pronosticar el comportamiento de la CPE, a partir de la
relación entre las propiedades de sedimentación de la suspensión y las características del
mineral. En este sentido, Beyrís (1997) ha propuesto una ecuación empírico-estadística que
describe la dependencia de la CPE, en función de la relación másica “metales
ligeros/metales pesados” (índice de sedimentación). En ese trabajo se aprecia como
insuficiencias, la falta de fundamentación teórica de la referida dependencia y la
determinación de la CPE a las 12 h; tiempo significativamente menor que el necesario para
alcanzar la CPE de equilibrio, que es el valor máximo de concentración de sólidos
alcanzable por sedimentación gravitatoria. Otra deficiencia de esta propuesta, es que para
conocer el índice de sedimentación es necesario conocer la composición química del
mineral.
6
�En resumen, las investigaciones publicadas hasta 1998, han contribuido considerablemente
al conocimiento sobre el tema y han servido de punto de partida para el perfeccionamiento
en la etapa siguiente. No obstante, resulta necesario señalar que en el orden científicometodológico, estas se caracterizan por las siguientes particularidades:
•
•
•
Han estudiado predominantemente la sedimentación, sin tener en consideración que la
CPE depende esencialmente de las regularidades que rigen el proceso de
compactación.
Han estudiado la posibilidad de predecir la CPE, únicamente mediante variables cuya
capacidad predictiva está dada por su influencia sobre la primera.
No han proporcionado dependencias científicamente fundamentadas, para la predicción
de la CPE.
Las investigaciones contribuyeron con la acumulación de experiencias y propiciaron que a
partir de 1998 se iniciara una etapa de intensa actividad experimental y transformadora en el
nivel industrial. En este marco, el 15 de agosto de 1999 se modificó la metodología de
predicción de la CPE y en septiembre del 2000 comenzó a operar un espesador de alta
productividad.
Para garantizar la CPE en los niveles requeridos, tanto en la mina como en la propia planta
de “Espesadores”, se realiza el control predictivo de la CPE. En calidad de variable
predictora se utiliza la VS de la suspensión, dejada en reposo durante dos horas en una
probeta. Para esta prueba la suspensión se diluye previamente hasta 12,5 % en masa.
Hasta el 15 de agosto de 1999, para realizar la dilución se suponía que la concentración de
sólidos en la alimentación era igual a 25 % en masa. Para garantizar los valores de CPE
deseados, se exigía que la altura leída debía ser igual o mayor que 90 mm (Reporte diario
de la Planta de “Espesadores”), que conceptualmente corresponde a una VS igual a 45
mm/h. A partir de esa fecha se pusieron en práctica dos modificaciones.
La primera modificación consiste, en considerar la concentración real de la suspensión
alimentada para realizar la dilución. Esto permite aumentar la precisión con que se establece
el valor de concentración inicial deseado para la prueba (12,5 % en masa). De ese modo
disminuye el efecto perturbador de las variaciones de la concentración de sólidos inicial,
sobre la VS. La segunda modificación consiste en incrementar la VS mínima admisible de 45
a 70 mm/h.
En la tabla que se muestra a continuación, aparecen los resultados del análisis de los datos
de producción correspondientes a los periodos enero-julio de 1999, enero-agosto de 2000 y
enero-mayo de 2001. Los datos sobre correlación entre la CPE y la VS, se refieren a los
espesadores convencionales. Los cálculos fueron realizados mediante el tabulador
“Microsoft Excel 2000”. Para ello se consideró el tiempo de residencia del mineral en los
espesadores.
Como se observa en esta tabla, en la etapa de enero-julio 1999 el coeficiente de correlación
estimado entre la VS y la CPE obtenida en los espesadores convencionales, es igual a 0,07
y la probabilidad de significación observada de la hipótesis nula que supone la igualdad a
cero del coeficiente de correlación (0,323), es mucho mayor que el nivel de significación
asumido como máximo admisible (0,05). Esto permite admitir que la correlación no es
significativa; sin embargo, en las siguientes etapas el coeficiente de correlación se
incrementó. Ya en el periodo de enero-mayo 2001 pasó a ser significativo con un valor igual
a 0,282, y una probabilidad de significación observada igual a 0,002.
El valor del coeficiente de correlación (0,282), a pesar de que es significativo puede ser
considerado demasiado pequeño, lo que quiere decir, que en la actualidad la predicción de
la CPE se realiza mediante una variable cuya capacidad predictiva en el nivel industrial, a
pesar de haber mejorado, es apreciablemente baja. Esto puede ser provocado por las
variaciones en las condiciones operacionales, por el pequeño valor del coeficiente de
correlación real entre ambas variables, o por ambos factores.
7
�Tabla. Resultados del análisis de los datos de producción de la planta de “Espesadores”.
No.
1
2
3
4
5
Indicadores
Número de pares ordenados (VS, CPE)
Estimador r, del coeficiente de correlación ρ entre la CPE y la
VS
Probabilidad de significación observada de la hipótesis nula que
supone la igualdad a cero del coeficiente de correlación
CPE promedio en los espesadores convencionales, % en masa
Promedio de la VS, mm/h
Enero-julio
EneroEnero1999
agosto 2000 mayo 2001
204
228
118
0,070
0,154
0,282
0,323
0,020
0,002
46,1
68,3
47,2
81,4
47,4
69,5
Otra deficiencia de la VS como variable predictora es su relativamente prolongado tiempo de
respuesta (igual a 2,3 h aproximadamente).
Luego, la situación actual en la planta de espesadores en la empresa “Comandante Pedro
Soto Alba”, se caracteriza por las siguientes deficiencias:
•
•
El coeficiente de correlación entre la CPE y la actual variable predictora: la VS, a pesar
de que es significativo, es bajo (alrededor de 0,3).
El tiempo de respuesta de la VS como variable predictora, es relativamente prolongado
(igual a 2,3 h aproximadamente).
A partir de estas deficiencias se declara como situación problémica actual, la baja
eficiencia en el control de la CPE en la planta de “Espesadores” de la Empresa “Cdte Pedro
Soto Alba”.
Para el diseño teórico de la investigación, se tiene en cuenta que la correlación estadística
entre dos variables es una interpretación matemática y no tiene que explicarse
necesariamente por la influencia de una sobre la otra, sino que estas pueden depender de
una tercera, cuya influencia común sobre ambas, es la causante de la correlación entre
ellas. Dicho de otro modo, si las variables y1 y y2 dependen de un mismo factor x, es posible
que exista una dependencia estadística entre y1 y y2, que por su naturaleza es indirecta y
que puede ser aprovechada para predecir aquella variable, cuya determinación es más
demorada, compleja y costosa.
Un ejemplo práctico del referido comportamiento, ubicado precisamente en el campo de la
separación mecánica de sistemas líquido-sólido, fue obtenido por Valadao et al. (1996),
quienes han verificado la existencia de correlación entre las condiciones óptimas de
sedimentación y de filtración.
Además de lo anterior, se cuenta con la información a priori de que muchos de los factores
que influyen sobre la CPE, deben influir también sobre la concentración de sólidos obtenida
por otros métodos de separación mecánica de sistemas líquido-sólido (filtración,
centrifugación y compresión mecánica). Esto permite suponer que la concentración de
sólidos obtenida por estos métodos debe correlacionar con la CPE. Resultados preliminares
fueron publicados por el autor y colaboradores (2001).
Para contribuir con la solución de la situación problémica se plantea como problema
científico, el insuficiente conocimiento para confirmar que existe relación estadística entre la
concentración de sólidos obtenida por sedimentación gravitatoria y la concentración de
sólidos obtenida por otros métodos de separación mecánica de sistemas líquido-sólido, así
como para determinar las principales tendencias en el comportamiento de esta relación, en
función de las condiciones experimentales.
Lo anterior permite definir como objeto de la investigación, la relación estadística entre la
concentración de sólidos obtenida por sedimentación gravitatoria y la concentración de
sólidos obtenida por otros métodos de separación mecánica de sistemas líquido-sólido.
8
�Se plantea como objetivo, confirmar si la concentración de sólidos obtenida por
sedimentación gravitatoria, se relaciona estadísticamente con la concentración de sólidos
obtenida por otros métodos de separación mecánica de sistemas líquido-sólido y determinar
las principales tendencias en el comportamiento de esta relación, en función de las
condiciones experimentales.
Para cumplir este objetivo se debe profundizar en el campo de acción, del mecanismo de la
separación mecánica de sistemas líquido-sólido.
La hipótesis queda formulada como sigue: El estudio mediante el método lógico, de los
fundamentos teóricos y empíricos existentes acerca del mecanismo de los procesos de
separación mecánica de sistemas líquido-sólido, conjugado con métodos empíricos,
permitirá saber si la concentración de sólido obtenida por alguno de estos procesos se
relaciona estadísticamente con la concentración de sólidos obtenida por sedimentación
gravitatoria; así como determinar las principales tendencias en el comportamiento de esta
relación, en función de las condiciones experimentales.
A partir de esta hipótesis se proyecta como novedad científica, la predicción teórica y
confirmación empírica de la relación estadística entre la concentración de sólidos obtenida
por sedimentación gravitatoria y la obtenida por otros métodos de separación mecánica de
sistemas líquido-sólido; así como de las principales tendencias en el comportamiento de
esta relación, en función de las condiciones experimentales.
Tareas:
1. A partir del estudio del estado del arte (la predicción de la CPE), mediante el método
histórico, determinar el alcance de la investigación (capítulo 1).
2. A partir de las regularidades conocidas de la separación mecánica de sistemas líquidosólido, mediante el método lógico, preseleccionar las variables que pueden correlacionar
con la CPE y prever la influencia de los factores más importantes, sobre el coeficiente
de correlación y los parámetros de la ecuación de regresión (capítulo 1).
3. A partir de los resultados de la tarea anterior, mediante el método lógico, diseñar los
experimentos para la comprobación empírica de los resultados teóricos (capítulo 2).
4. Comprobar en el nivel de laboratorio los resultados teóricos, mediante el método
experimental, el método estadístico y el método lógico (capítulo 3).
9
�CAPÍTULO 1
ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN Y RESULTADOS TEÓRICOS
A partir del estudio del estado del arte (la predicción de la CPE), mediante el método
histórico, se determina el alcance de la investigación. A partir de las regularidades conocidas
de la separación mecánica de sistemas líquido-sólido, mediante el método lógico, se
preseleccionan las variables que pueden correlacionar con la CPE y se prevé la influencia
de los factores más importantes, sobre el coeficiente de correlación y los parámetros de la
ecuación de regresión.
1.1 Alcance de la investigación
Se consideran los trabajos de Bürger et al. (2000); Concha et al. (1996); Bürger y Wendland
(1998); Bürger (2000); Bürger et al. (2000b); Bürger et al. (2000c); Garrido et al. (2000);
Bushell (2002); Stamatakis y Tien (1992); Bürger et al. (2001); Berres et al. (2002, 2002a y
2002b); Berres y Bürger (2002).
El estudio de los referidos trabajos permite resumir lo siguiente:
•
•
•
La predicción de la CPE ha sido realizada mediante modelos matemáticos, basados en
relaciones obtenidas mediante la idealización y simplificación de relaciones muy
complicadas. Esto provoca limitaciones en la predicción de la CPE cuando se trata de
suspensiones reales.
No ha sido posible evadir la necesidad de apoyarse en métodos experimentales, en gran
medida costosos y consumidores de tiempo.
No ha sido abordado el estudio de la posibilidad de predecir la CPE, mediante la
concentración de sólidos obtenida por otros métodos de separación mecánica de
sistemas líquido-sólido.
De lo anterior se deduce la conclusión número 1 de este capítulo.
1.2 Resultados teóricos
1.2.1 Caracterización de la humedad de materiales sólidos
La caracterización de la humedad, en cuanto a su posición relativa respecto al sólido, la
naturaleza de las fuerzas que participan en su estabilidad y los métodos capaces de
eliminarla, ha permitido obtener los siguientes resultados teóricos preliminares:
•
•
Es posible que la CPE, correlacione con la CTSE, la CTE, la CPC y la concentración de
sólidos obtenida por filtración centrífuga y compresión mecánica.
Existen premisas que indican la posibilidad de que el coeficiente de correlación entre la
CPE y la CTE, sea menor que entre la CPE y la CTSE.
1.2.2 Introducción teórica sobre sedimentación y filtración
Para examinar la sedimentación y la filtración gravitatorias, el autor considera el modelo
físico hipotético representado en la fig. 1.1, tomada de Smiles (1975).
Cuando las superficies del líquido en el recipiente y de la suspensión en el cilindro se
encuentran a la misma altura ( h = 0 ), ocurre solamente la caída de las partículas
(sedimentación), que en este caso se produce únicamente gracias a la acción de la fuerza
de gravedad. Si h > 0, también ocurre el movimiento del líquido a través del fondo poroso
(filtración).
10
�Fig. 1.1 Representación gráfica de la sedimentación y la filtración gravitatorias.
Büerger, Concha y Karlsen (2001) han propuesto un modelo físico hipotético de la filtración
a presión con sedimentación simultanea y la ulterior compresión mecánica. En su propuesta,
los referidos autores suponen que la presión se ejerce directamente sobre la suspensión
que se encuentra en la probeta, mediante un pistón que una vez terminada la filtración
propicia la compresión mecánica del sedimento. Sobre esta base, ilustran la distribución de
las concentraciones volumétricas del sólido φ en el sistema, en el instante inicial, en un
instante donde ocurre la filtración y en un instante donde ocurre la compresión mecánica.
Si de la situación explicada por Büerger, Concha y Karlsen (2001), se toma la suspensión en
la probeta y la distribución de concentraciones del sólido, y seguidamente se combina con la
situación representada en la fig. 1.1, donde se supone que h = 0, se obtiene la situación
representada en la fig. 1.2.
A partir de esta situación, se explica simplificadamente el mecanismo de sedimentaciónconsolidación periódica.
En la fig. 1.2 c) puede verse que al final de la sedimentación-consolidación, quedan dos
zonas: la zona de líquido clarificado y la zona del sedimento consolidado o comprimido por
la acción de la fuerza de gravedad.
Entre las fuerzas que se oponen tanto a la sedimentación como a la compactación, se
encuentra la fuerza de Arquímedes y la fuerza de arrastre Fa , provocada por la fricción del
líquido con el sólido. Esta última depende de la velocidad relativa del líquido respecto al
sólido v r conforme la siguiente ecuación:
Fa = C a
ρ l v r2
2
(1.1)
donde C a - coeficiente de arrastre o de fricción; ρ l - densidad del líquido.
11
�Fig. 1.2 Para explicar el transcurso de la sedimentación y la
a) Estado inicial; b) Formación del sedimento; c) Sedimento comprimido.
filtración
gravitatorias.
En la zona donde la concentración de sólidos es igual a la inicial, se supone que ocurre la
sedimentación contrariada. En estas condiciones, de acuerdo con Lu et al. (1998), en el
caso de suspensiones polidispersas, la velocidad de sedimentación gravitatoria puede ser
estimada por la fórmula
U = U 0 f (φ )
(1.2)
donde U 0 - velocidad de sedimentación de Stokes; f (φ ) - factor de velocidad contrariada,
que es una función creciente de la fracción volumétrica de las partículas, φ .
En esta ecuación, el factor f de sedimentación obstaculizada depende solo de la fracción
volumétrica total de las partículas φ , lo que constituye una simplificación de la realidad. En la
actualidad, Berres et al., (2002) han considerado la influencia de las concentraciones de
cada especie. No obstante, está ecuación resulta útil para un análisis cualitativo como el que
se realiza en este trabajo.
Si se supone que en la fig. 1.2, el desnivel entre la superficie libre del líquido en el recipiente
exterior y la superficie libre de la suspensión h, es mayor que cero, la fuerza de gravedad
además de provocar la caída de las partículas, provoca una corriente de líquido a través del
fondo poroso del cilindro.
En este caso, el flujo específico referido a la unidad de área de la sección transversal del
cilindro q ( m 3 (m 2 ⋅ s ), es equivalente a la velocidad lineal con que desciende el líquido
respecto a las paredes del cilindro. Este flujo descendente provoca el incremento de la
velocidad de sedimentación. En estas condiciones la velocidad de sedimentación resultante
u, es la suma de la velocidad de sedimentación contrariada U y la velocidad del líquido q
(Lu et al., 1998)). Lo anterior se expresa mediante la ecuación
u =U +q
(1.3)
La relación entre el flujo específico q a través del sedimento y las características del sólido
y de la fase líquida, se expresa a través de la ecuación de Kozeny (Carman, 1997), dada
12
�para el flujo específico de líquido a través de un lecho poroso arbitrario. La referida ecuación
es
q=
ε 3 ∆P ⋅ g
kµS 2 L
(1.4)
donde ε - volumen de los poros referido a la unidad de volumen del lecho (porosidad); k constante; µ - viscosidad dinámica del fluido; S - área de superficie de las partículas,
referida a la unidad de volumen del lecho; ∆P - diferencia entre la presión en la parte
posterior y anterior del lecho (fuerza motriz de la filtración), g - aceleración de la gravedad;
L – altura o espesor del lecho.
Durante la sedimentación-compresión, en la capa de sedimento la fuerza motriz de la
compresión es tan solo la fuerza de gravedad, mientras la fuerza de arrastre provocada por
la fricción entre las partículas y el líquido que se mueve hacia arriba, se opone a la
compresión. Sin embargo, en el caso de la filtración, la fuerza de arrastre actúa de arriba
hacia abajo y constituye una componente más de la fuerza motriz de la compresión. Esto
trae como resultado que la capa de sedimento tienda a compactarse hasta concentraciones
mayores, con respecto a las concentraciones alcanzadas sin la participación de la filtración.
1.2.3 Dependencia hipotética entre la concentración de sólidos en el producto
espesado y la concentración de sólidos en la torta sin escurrir
Para deducir la dependencia estadística entre la CPE y la CTSE, se considera que de
acuerdo con la ecuación (1.1) la fuerza de arrastre es proporcional al cuadrado de la
velocidad relativa entre el líquido y el sólido. Se sabe además, que esta velocidad se
incrementa con el incremento del flujo específico de líquido q , que a su vez, conforme la
ecuación (1.4), depende positivamente de la diferencia de presión ∆P , o fuerza motriz de la
filtración. De lo anterior se deduce que la fuerza motriz de la compresión se incrementa con
el incremento de la fuerza motriz de la filtración. En lo adelante, a la fuerza motriz de la
compresión se le denominará presión de compresión Pc .
Si a la razón de variación del espesor del sedimento, respecto a la variación infinitesimal de
la fuerza motriz de la compresión para una masa de sólidos constante, se le denomina factor
de compresibilidad, se puede afirmar que la diferencia (CTSE-CPE), ambas expresadas en
partes volumétricas de sólido respecto a la suspensión, se incrementa con el incremento del
factor de compresibilidad del sedimento y de la fuerza motriz de la filtración ∆P . Esta fuerza
motriz, es a su vez proporcional a h (ver fig. 1.1) y también puede estar dada por el
enrarecimiento en el recipiente exterior, la presión del aire comprimido suministrado al
cilindro, o la presión aplicada sobre la suspensión mediante un pistón.
A continuación se supone la siguiente situación hipotética:
Se cuenta con varias suspensiones que contienen sólidos diferentes, cualquiera sea el valor
del factor de compresibilidad de los sedimentos individuales γ i y de su desviación típica S γ ,
incluido el cero. Cada una de estas suspensiones son divididas en dos partes. Una de estas
partes, conforme se representa en la fig. 1.3 a) se somete a sedimentación con la obtención
de un producto espesado, cuya concentración de sólidos, es CPEi. La otra es sometida a
filtración con la obtención de una torta cuya concentración de sólidos es CTSEi.
13
�Fig. 1.3 Para la deducción de la dependencia estadística entre la CPE y la CTSE.
a) Producto espesado ( h = 0 ); b) Torta sin escurrir ( h > 0 ); c) Torta sin escurrir ( h → 0 ).
Si la fuerza motriz de la filtración es considerablemente mayor que cero como se representa
en la fig. 1.3 b), se obtiene una torta apreciablemente más comprimida que el producto
espesado, cuya concentración de sólidos CTSEi, es mayor que CPEi (en el gráfico, el efecto
de compresión ha sido ilustrativamente exagerado). Sin embargo, si la fuerza motriz de la
filtración se hace disminuir hasta que tienda a cero como se representa en la fig. 1.3 c) y se
desprecia la influencia de las perturbaciones, cualquiera sean las condiciones
experimentales, cada valor de CTSEi tiende al correspondiente valor de CPEi.
La situación anterior se encuentra ilustrada en la fig. 1.4 a), donde la escala en ambos ejes
es la misma. Esto en términos finitos equivale a decir, que si se realiza el análisis de
correlación-regresión entre la CPE y la CTSE, se obtiene una ecuación de regresión lineal
del tipo
CPE = b0 + b1 ⋅ CTSE
(1.5)
con intercepto b0 igual a cero, pendiente b igual a la unidad y coeficiente de correlación
igual a la unidad.
En caso de que las partículas en todas las suspensiones supuestamente sean esféricas;
pero en cada una la función de distribución de los tamaños sea distinta a la función de
distribución de tamaños en cualquier otra, cada valor de la CPEi será desigual a los demás;
pero el factor de compresibilidad teóricamente puede considerarse nulo. En este caso, si el
experimento se realiza con una fuerza motriz de la filtración considerable, cada valor de
CTSEi, como se muestra en la fig. 1.4 b), será igual al correspondiente valor de CPEi, por lo
que se mantiene la condición de que en la ecuación (1.5), b0 = 0, b1 = 1 y r = 1.
Si la fuerza motriz de la filtración es considerable, en el caso hipotético de sedimentos
igualmente compresibles, o sea cuando la desviación típica de los factores de
compresibilidad S γ tiende a cero, el incremento de la CTSEi, respecto al correspondiente
valor de la CPEi, obtenido a partir de la misma suspensión, será el mismo cualquiera sea la
suspensión y puede esperarse el comportamiento ilustrado en la fig. 1.4 c), donde se
observa que la recta se ha desplazado paralelamente hacia valores mayores de CTSE. En
14
�este caso, se mantiene la igualdad del coeficiente de correlación y la pendiente a la unidad,
pero el intercepto es negativo.
Fig. 1.4 Influencia hipotética de la fuerza motriz de la filtración y la compresibilidad de los sedimentos,
sobre el comportamiento de la CPE en función de la CTSE. a) ∆P → 0; γ ≥ 0; S γ ≥ 0 ;
b) ∆P ≥ 0; γ → 0 ; c) ∆P > 0; γ > 0; S γ → 0 ; d) ∆P > 0; S γ > 0 .
Por último, si como en la situación hipotética anterior la fuerza motriz de la filtración es
considerable; pero los sedimentos, como ocurre en la realidad, además de ser compresibles,
la desviación típica de los factores de compresibilidad Sγ es mayor que cero ( S γ > 0 ), el
incremento de la CTSEi respecto a la CPEi, no será el mismo en todos los sedimentos. Por
consiguiente, los puntos experimentales se dispersarán y el coeficiente de correlación lineal
será menor que la unidad. En este caso, la pendiente y el intercepto serán distintos de la
unidad y de cero respectivamente.
Los razonamientos expuestos hasta el momento permiten plantear lo siguiente
•
•
•
La CPE correlaciona positivamente con la CTSE.
La fuerza motriz de la filtración ∆P , influye sobre el coeficiente de correlación y ambos
parámetros de la ecuación de regresión;
Cuando al menos una de las variables, fuerza motriz de la filtración ∆P , factores de
compresibilidad individuales γ i de todos los sedimentos y desviación típica de estos
factores S γ tiende a cero, el coeficiente de correlación tiende a la unidad.
•
•
Cuando al menos una de las variables, fuerza motriz de la filtración ∆P y factores de
compresibilidad individuales γ i de todos los sedimentos tiende a cero, el intercepto
tiende a cero.
Cuando al menos una de las variables, fuerza motriz de la filtración ∆P , factores de
compresibilidad individuales γ i de todos los sedimentos y desviación típica de estos
factores S γ tienden a cero, la pendiente tiende a la unidad.
15
�Al incrementarse la fuerza motriz de la filtración se incrementa la fuerza de compresión y
con ello aumenta la dispersión de los incrementos de concentración (CTSEi-CPEi). A partir
de cierto valor de presión, puede ocurrir la deformación elástica y el quebrantamiento de las
partículas individuales (Tiller y Yeh, 1987). Este cambio en el mecanismo de compresión,
cuya manifestación tiene lugar principalmente a elevadas presiones de filtración, también
puede influir positivamente sobre la referida dispersión.
Lo anterior corrobora que la fuerza motriz de la filtración ∆P , influye negativamente sobre el
coeficiente de correlación lineal entre la CPE y la CTSE.
Por otra parte, a medida que mayor sea la desviación típica de los factores de
compresibilidad S γ , mayor será la desviación típica de los incrementos individuales de
concentración (CTSEi-CPEi). Con ello también se incrementará la dispersión de los puntos
experimentales y disminuirá el coeficiente de correlación lineal. Esto permite afirmar que la
desviación típica de los factores de compresibilidad influye negativamente sobre el
coeficiente de correlación lineal entre la CPE y la CTSE.
1.2.4 Otras dependencias hipotéticas y generalización
Para obtener la dependencia hipotética entre la concentración de sólidos en el producto
espesado y las variables no consideradas en el epígrafe anterior, se estudian las
particularidades de la sedimentación en la capa de concentración igual a la inicial (ver fig.
1.2 b), la sedimentación y la filtración centrífugas, el escurrido y la compresión mecánica. Se
llega a conclusiones sobre las particularidades de la correlación que puede haber entre la
CPE y las variables VS, CTE, CPC, la concentración de sólidos en el producto obtenido,
filtración centrífugas y la concentración de sólidos obtenida por compresión mecánica. Ver
conclusiones del capítulo.
Del párrafo que sigue a la ecuación (1.4), se deduce que el coeficiente de correlación y los
parámetros de la ecuación de regresión, dependen esencialmente de la presión de
compresión y esta a su vez se encuentra en dependencia de la fuerza motriz de la filtración
∆P y del coeficiente de separación. Luego, en las conclusiones acerca del comportamiento
del coeficiente de correlación y los parámetros de la ecuación de regresión, los términos
fuerza motriz de la filtración ∆P y coeficiente de separación Ks , pueden ser sustituidos por
el término general, presión de compresión Pc .
Conclusiones
1. El problema de la predicción de la CPE, no ha sido resuelto satisfactoriamente y el
estudio de la posibilidad de predecir esta variable mediante la concentración de sólidos
obtenida por otros métodos de separación mecánica de sistemas líquido-sólido,
contribuye a la solución de un problema global.
2. Como resultado del estudio de los fundamentos teóricos de la separación de sistemas
líquido-sólido, se obtiene la siguiente información a considerar durante el diseño
experimental.
•
Pueden correlacionar con la CPE, la CTSE, la CTE, la CPC, la concentración de
sólidos obtenida por filtración centrífuga y la obtenida por compresión mecánica.
•
Los factores que pueden influir sobre la correlación entre la CPE y las variables
referidas más arriba se dividen en tres grupos:
־
Factores que influyen sobre la filtración, el escurrido y la compresión
mecánica por separado o sobre todos estos procesos la vez (se asume que el
proceso se realiza con el medio filtrante colocado horizontalmente): fuerza
motriz de la filtración, fuerza motriz del escurrido, fuerza motriz de la
compresión mecánica, tiempo de espera antes de aplicar la fuerza motriz de
la filtración y tamaño de la muestra.
16
�Factores que pueden influir sobre la sedimentación o la filtración centrífugas:
coeficiente de separación Ks y tiempo de espera antes de iniciar la filtración
centrífuga.
־
Factores que influyen simultáneamente en todos los procesos: la superficie
específica del sólido, la diferencia efectiva entre la densidad de las partículas,
ya sean individuales o agregadas y la densidad de la suspensión, la
viscosidad del fluido, la concentración de sólidos inicial en la suspensión φ 0 ,
la función de distribución granulométrica, la forma de las partículas, la
presencia de floculantes. También todos los factores que inciden sobre el
potencial Z y el espesor de la doble capa eléctrica; tales como, la estructura y
composición de la superficie sólida, la composición iónica de la suspensión y
la afinidad de estos iones con la superficie sólida.
3. Como resultado del estudio de los fundamentos de la separación mecánica de sistemas
líquido-sólido, se predice el siguiente comportamiento de la relación estadística entre la
CPE y la concentración de sólidos obtenida por otros métodos de separación mecánica:
•
La CPE correlaciona positivamente con la CTSE, la CTE, la CPC, así como con la
concentración de sólidos en el producto obtenido por filtración centrífuga y en el
producto obtenido por compresión mecánica.
•
El coeficiente de correlación lineal entre la CPE y las variables explicativas, es
función decreciente de la fuerza motriz la compresión Pc y de la desviación típica
de los factores de compresibilidad.
•
Cuando al menos una de las variables, fuerza motriz de la compresión Pc , factor de
־
compresibilidad individuales γ i y desviación típica de estos factores S γ tiende a
•
cero, el coeficiente de correlación tiende a la unidad.
Cuando al menos una de las variables, fuerza motriz de la compresión Pc y
•
factores de compresibilidad individuales γ i tiende a cero, el intercepto tiende a
cero.
Cuando al menos una de las variables, fuerza motriz de la compresión Pc , factores
de compresibilidad individuales γ i y desviación típica de estos factores S γ tiende
•
•
•
•
a cero, la pendiente tiende a la unidad.
La influencia de la concentración de sólidos inicial φ 0 en la suspensión sobre la
CPE es positiva, sin embargo, esta influencia sobre la CTSE debe ser más
complicada.
El coeficiente de correlación entre la CPE y la CTE debe ser menor, que entre la
primera variable y la CTSE.
Si los valores de CPE son suficientemente elevados, la concentración de sólidos
obtenida por otros métodos, tiende a igualarse a la CPE.
Existen premisas teóricas sobre la posibilidad de que la VS correlacione con la CPE
y de que el coeficiente de correlación entre estas dos variables sea relativamente
bajo.
17
�CAPÍTULO 2
MATERIALES Y MÉTODOS
Una vez determinado el alcance de la investigación, preseleccionadas las variables que
pueden correlacionar con la CPE y prevista la influencia de los factores más importantes,
sobre el coeficiente de correlación y los parámetros de la ecuación de regresión, mediante el
método lógico se fundamenta el diseño de los experimentos para la comprobación empírica
de los resultados teóricos. También se explica la metodología general para el análisis de
correlación y regresión.
2.1 Obtención de las muestras de trabajo y diseño experimental general.
2.1.1 Obtención de las muestras de trabajo
A partir del mineral que era extraído en los frentes de explotación, se tomaron 10 muestras
representativas, de aproximadamente 25 kg cada una. En lo adelante, estas se denominan
muestras puras.
La obtención de las muestras de trabajo se resume en los siguientes pasos:
1.
2.
3.
4.
Obtención de las muestras puras a partir de los yacimientos en explotación.
Preparación de las muestras puras.
Cálculos preliminares.
Homogenización y muestreo.
2.1.2 Selección de las variables explicativas y los factores a considerar en el plan
experimental
De las variables que de acuerdo con las conclusiones del capítulo anterior, pueden
correlacionar con la CPE, para el estudio experimental son seleccionadas las de más fácil
determinación: la CTSE, la CTE y la CPC.
En la fig. 2.1 se presenta el diagrama que muestra cuáles son los factores cuya influencia
sobre el coeficiente de correlación se estudia y a través de cuáles de las variables
intermedias (CTE, CTSE, CPE, VS y CPC), puede manifestarse esta influencia. En este
diagrama se observa que la fuerza motriz de la filtración, puede influir sobre la correlación
entre la CPE y la CTSE, a través de la CTSE. La influencia de la intensidad de agitación I a
sobre todos los coeficientes de correlación, puede manifestarse a través de todas las
variables intermedias. La influencia de la concentración de sólidos inicial φ 0 sobre todos los
coeficientes de correlación, puede manifestarse a través de todas las variables intermedias,
excepto la VS, pues esta variable fue determinada en un nivel único de concentración de
sólidos inicial φ 0 .
18
�Fig 2.1 Factores cuya influencia sobre el coeficiente de correlación, se estudia.
2.1.3 Matriz experimental y metodología general de la investigación
Para determinar la CTSE se tuvieron en consideración dos niveles de presión ∆P. El nivel
inferior corresponde a la filtración bajo la fuerza de gravedad y el superior a la filtración al
vacío con una diferencia de presión igual a 29,4 kPa (0,3 at). En calidad de nivel inferior se
asumió la filtración gravitatoria.
La CTE se obtuvo solamente por filtración al vacío.
Para determinar la CPC, el nivel superior del coeficiente de separación se asumió igual a
2000 y el inferior igual a 1000.
Fueron considerados dos niveles de intensidad de agitación I a . El inferior corresponde al
lavado del mineral mediante el removido manual, seguido por la homogeneización y
muestreo bajo un criterio de Reynolds Re = 2,4 ⋅ 10 4. El superior corresponde al lavado bajo
un criterio de Reynolds Re = 1,0 ⋅ 10 5 , seguido por la homogeneización y el muestreo bajo el
mismo criterio de Reynolds.
Fueron utilizados dos niveles de concentración de sólidos inicial: 3,95 y 8,58 % en volumen,
que corresponden aproximadamente a las concentraciones másicas 12,5 % y 25 %, bajo el
supuesto de que la densidad del mineral es igual a 3,55 g/cm3.
En el diseño experimental, la VS inicial fue determinada únicamente en el nivel mínimo de
concentración de sólidos inicial φ 0 , que es similar al utilizado para el mismo propósito en el
nivel industrial.
En la tabla 2.1 se muestran los valores asignados a cada factor en sus dos niveles.
Tabla 2.1. Factores considerados y sus niveles reales
No.
Factor
Nivel inferior
Nivel superior
1
φ 0 , % vol.
3,95
8,58
2
I ag
3
∆P
Ks
4
El correspondiente al lavado manual y
Re = 2,4 ⋅ 10 4
durante el muestreo
0,392 kPa (4 cm de H2O)
1000
Re = 1,0 ⋅ 10 5
29,43 kPa (0,3
at)
2000
19
�En la tabla 2.2, se muestran las combinaciones de condiciones experimentales codificadas.
El nivel inferior y superior asignado a cada factor, se representa con los signos ( - ) y ( + )
respectivamente.
Tabla 2.2 Matriz experimental codificada
CPE, CTSE, CTE, CPC CTSE
No. Serie
1
2
3
4
A
B
C
D
φ0
Ia
∆P
+
+
-
+
+
-
CTE
CPC
VS
∆P Ks φ 0 I a
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
-
+
+
En esta tabla se muestra que en la serie A, cuando en calidad de variable explicativa se
asumió la concentración de sólidos en la torta sin escurrir CTSE, se aplicaron
combinaciones de tratamiento de tres factores: la concentración de sólidos inicial φ0 , la
intensidad de agitación I a durante la preparación de la suspensión y la presión ∆P durante
la filtración. Cuando la variable explicativa es la CPC, en calidad de tercer factor se
consideró el coeficiente de separación Ks. Cuando en calidad de variable predictora se
tomó la CTE, conforme ha sido fundamentado anteriormente, esta variable se tomó
solamente en el nivel superior de presión ∆P.
Cada serie experimental está compuesta de 13 corridas. El esquema de una corrida
experimental se resume en la primera conclusión de este capítulo.
El orden en que serían realizadas las corridas experimentales, se decidió parcialmente al
azar. En la tabla 2.3 aparecen los intervalos en que varían la desviación típica S n −1 , y el
error relativo δx = ∆x ⋅ 100 x , donde ∆x es el error absoluto de estimación y x es el
promedio. El error absoluto de estimación se calculó con un nivel de confianza α = 0,05 .
Tabla 2.3 Intervalos de variación de la desviación típica y el error relativo
Variable
CPC
CTSE
VS
CTE
0,1
0,5
0,6
1,0
Sn-1
0,3
0,8
1,1
1,3
δx
0,2
1,2
1,4
2,5
0,7
2,0
2,7
3,2
La limpieza de errores graves se realizó mediante el criterio de Student.
2.2 Procedimientos experimentales particulares
2.2.1 Preparación y muestreo de la suspensión
Una vez que se obtuvieron las muestras de trabajo, se lavó a la intensidad de agitación I a
preestablecida y seguidamente se agitó durante 40 min mientras se reajustaba la
concentración de sólidos en la suspensión y se practicaba el muestreo.
Las muestras de suspensión se tomaron manualmente de diferentes partes del volumen de
la suspensión mientras se agitaba y se vertieron de forma intercalada en las probetas para
la sedimentación gravitatoria y en los frascos destinados a almacenar las muestras para la
filtración y la sedimentación centrífuga. Dicho de otro modo, el contenido del tomamuestras
20
�se tomó unas veces para la centrifugación, otras para la filtración y otras para la
sedimentación. Así sucesivamente, hasta completar el volumen deseado para cada prueba.
La calidad del muestreo se comprobó mediante una prueba de control, que permitió concluir
que ha sido garantizada la homogeneidad de las muestras.
2.2.2 Pruebas de sedimentación gravitatoria
Las pruebas de sedimentación gravitatoria para determinar la CPE y la VS, se realizaron en
probetas de 1000 cm3. Para dar por terminada la prueba de sedimentación destinada a
determinar la CPE, se asumió como condición que la altura de la capa de sedimento o
producto espesado se mantuviese constante en el transcurso de tres días.
La densidad de las muestras de mineral se determinó mediante el pignómetro a gas modelo
SPY-3, serie 467 fabricado por “Quantachrome Corporation”. En calidad de gas
pignométrico se utilizó Helio.
La concentración de sólidos final se determinó por la ecuación
C s, f =
M sol
M sol
=
M p ,e M s ,i − (Vs ,i − V p ,e )
donde M sol - masa de sólidos, g; M p ,e - masa del producto espesado, g; M s ,i - masa de
suspensión al inicio del experimento, g; Vs ,i - volumen de suspensión al inicio del
experimento, cm3; V p ,e - volumen del producto espesado, cm3.
En esta ecuación se admite que la densidad del agua es igual a 1 g/cm3.
La masa de sólidos se determinó por diferencia, después de filtrar el producto espesado y
secarlo.
2.2.3 Prueba de sedimentación centrífuga
Las pruebas de sedimentación centrífuga se realizaron en una centrífuga de laboratorio
modelo TDL-5-A, fabricada por “Shanghai Scientific Instrument Factory”, dotada de control
electrónico de frecuencia de rotación. Después de programar la centrífuga para las
frecuencias de rotación deseadas, se comprobó que este parámetro se mantenía
prácticamente constante.
El tiempo de centrifugación garantiza la obtención de la CPC de equilibrio.
El volumen de las muestras tomadas para realizar la prueba de centrifugación garantiza un
error menor que el asumido en calidad de máximo admisible en la determinación de la CPC.
La concentración de sólidos se determinó por diferencia de masas, después de secar el
sedimento.
2.2.4 Prueba de filtración
La prueba de filtración se realizó en la instalación representada en la fig. 2.3, formada por el
embudo de porcelana (1), en el cual se coloca un filtro de papel de filtración rápida. El
embudo (1) se comunica con el quitasato (2), que realiza la función de colector de filtrado. El
enrarecimiento se garantiza mediante la bomba de vacío (3) y puede ser regulado por medio
de la válvula (4), que comunica al tanque compensador de oscilaciones de presión (5) con la
atmósfera. El enrarecimiento es indicado por el vacuómetro metálico (6). La válvula de tres
vías (7), garantiza el enrarecimiento y la despresurización del matraz de succión (2) y del
filtro (1).
21
�En este caso, también es valido lo escrito en el último párrafo del epígrafe anterior para la
CPC.
Fig. 2.3 Esquema de la instalación experimental para la prueba de filtración
2.3 Correlación y regresión
Como medida de la capacidad predictiva de las variables consideradas en calidad de
explicativas, se utilizó el coeficiente de correlación muestral r.
Para ello se asume que la CPE como variable respuesta o dependiente Y , puede ser una
función lineal tanto en las variables como en los parámetros, de cada una de las variables
explicativas o regresoras consideradas (CTSE, CTE, CPC y VS). Luego, debe cumplirse la
función
Y = β 0 + β1 X + ε
(2.9)
donde X - variable explicativa; ε - error (se conoce además como perturbación
estocástica); β 0 , β 1 - parámetros de la ecuación de regresión.
Los estimadores de β 0 y β 1 , se representan por b0 y b1 respectivamente.
El cálculo del coeficiente de correlación y el ajuste de la recta de regresión, se realizó
mediante la herramienta “Regresión” del tabulador “Microsoft Excel 2000”.
Para establecer la significación del coeficiente de correlación, se registró la probabilidad de
significación de la hipótesis nula que supone la igualdad a cero del coeficiente de
correlación, ofrecido por la referida herramienta y se comparó con el nivel de significación
máximo admisible (0,05). También se registraron los límites del intervalo de confianza del
coeficiente de correlación. Para el control de los supuestos en que se basa el cálculo de
regresión lineal por el método de los mínimos cuadrados ordinarios, se previo la posibilidad
de que puedan cumplirse las ecuaciones de regresión
Y = β 0 + β1 X 1 + β 2 X 2
(2.9a)
y
Y = β0 + β2 X 2
donde
(2.9b)
X 1 es la variable asumida en calidad de explicativa y X 2 = X 12 .
22
�Conclusiones
1. El diseño experimental está constituido por cuatro series experimentales, que incluyen
13 corridas. En cada corrida se preparó una suspensión a partir de una muestra de
trabajo. De esta suspensión se tomaron las muestras para realizar las pruebas de
sedimentación gravitatoria, filtración y centrifugación, para determinar las variables CPE,
CTSE, CTE y VS en los niveles previamente seleccionados de los factores intensidad de
agitación I a durante el lavado, concentración de sólidos inicial en la suspensión φ 0 , así
2.
3.
4.
5.
como de la presión durante la filtración ∆P y el coeficiente de separación durante la
centrifugación Ks .
El esquema general de trabajo en el laboratorio, consistió en la selección de la muestra
de trabajo, seguida de la realización de la correspondiente corrida experimental como se
muestra en la fig. 2.1. Cada variable se determinó a partir de tres mediciones. Ante la
presencia de errores groseros, la determinación de la variable se repitió hasta obtener
como mínimo tres mediciones confiables. Estos pasos se repitieron hasta completar la
totalidad de las corridas.
Los mayores errores relativos, fueron observados en la determinación de la CTE. Estos
se encuentran en el intervalo de (2,5 – 3,2 %).
El volumen de las muestras tomadas para realizar la pruebas de centrifugación y
filtración, garantiza un error menor que el asumido en calidad de máximo admisible en la
determinación de la CPC.
El tiempo de centrifugación garantiza la obtención de la CPC de equilibrio.
23
�CAPÍTULO 3
COMPROBACIÓN EMPÍRICA DE LOS RESULTADOS TEÓRICOS
La comprobación empírica de los resultados teóricos, se realiza mediante el método
experimental en el nivel de laboratorio, el método estadístico y el método lógico.
3.1 Resultados experimentales
Los resultados del tratamiento previo de los datos experimentales ejemplificados en el caso
de las series experimentales A, aparecen en la tabla 3.1.
Tabla. 3.1 Resultados del tratamiento previo de los datos experimentales
Variable
ExperiNo. mento
CPE
CPE
% más. % vol.
CTSE
CTSE
CTSE
CTSE
CTE
% más. % vol. % más. % vol. % más.
Presión inferior
Presión superior
CPC
CPC
% más.
% más.
Ks inferior Ks superior
VS
mm/h
1
A1
41,6
16,0
43,3
17,0
57,5
26,6
64,2
58,3
62,3
53,5
2
A2
28,9
9,7
31,1
10,6
39,7
14,8
56,4
51,5
56,3
33,0
3
A3
39,1
14,6
41,4
15,8
52,2
22,5
63,8
59,0
62,1
57,5
4
A4
37,5
14,0
40,6
15,6
50,3
21,5
60,8
54,1
58,1
35,0
5
A5
37,0
13,7
40,3
15,5
48,7
20,5
59,2
52,9
57,0
27,0
6
A6
36,5
13,9
39,0
15,2
50,2
22,0
60,4
51,0
56,1
49,5
7
A7
38,7
15,1
40,1
15,8
51,9
23,3
59,8
53,5
57,3
72,5
8
A8
32,4
11,3
34,7
12,3
45,6
18,2
58,9
52,8
57,6
26,5
9
A9
40,9
15,5
43,6
17,1
53,6
23,5
63,6
58,7
62,0
66,0
10
A10
37,6
14,3
39,2
15,1
51,9
23,0
60,3
51,7
55,3
60,0
11
A11
38,9
14,6
41,9
16,2
51,7
22,3
58,4
52,4
55,5
48,5
12
A12
35,9
12,9
37,3
13,6
47,2
19,1
60,9
55,7
59,9
55,0
13
A13
36,2
13,3
38,4
14,5
50,0
21,3
60,6
54,9
58,6
67,5
3.1.1 Resultados del cálculo de correlación y regresión
Los resultados del cálculo de correlación y regresión bajo el supuesto de regresión lineal,
realizado como se explica en el epígrafe 2.3, se muestran en la tabla 3.2, donde aparece el
coeficiente de correlación lineal r, la probabilidad de significación observada de su igualdad
a cero α r , los límites inferior y superior de su intervalo de confianza rinf y rsup, el error típico
de estimación E , así como los valores de la pendiente b1 y del intercepto b0, y los límites de
sus respectivos intervalos de confianza.
Tabla 3.2 Resultados del análisis de correlación y regresión
No.
Serie
r
αr
rinf
rsup
E
b1
b1,inf
b1,sup
b0
b0,inf
b0,sup
-0,9
-0,5
-5,6
-6,0
3,9
5,0
CPE, % más. vs CTSE, % más. (Presión inferior)
1
2
A
B
0,983 0,000
0,980 0,000
0,942
0,932
0,995
0,994
0,65
0,70
0,9636
0,9648
0,8439
0,8345
1,0833
1,0951
24
�r
αr
No.
Serie
3
4
C
D
0,979 0,000
0,986 0,000
5
6
7
8
A
B
C
D
0,968
0,965
0,971
0,969
0,000
0,000
0,000
9
10
11
12
A
B
C
D
0,781
0,862
0,860
0,763
0,002
0,000
0,000
0,002
13
14
15
16
A
B
C
D
0,567
0,606
0,623
0,559
0,043
0,028
0,023
0,047
17
18
19
20
A
B
C
D
0,601
0,636
0,650
0,577
0,030
0,019
0,016
0,039
21
22
23
24
A
B
C
D
0,494
0,605
0,611
0,464
0,086
0,029
0,027
0,111
0,000
rinf
rsup
E
b1
b1,inf
b1,sup
0,931 0,994 0,69
0,9859
0,8512 1,1207
0,951 0,996 0,54
0,9700
0,8596 1,0803
CPE, % más. vs CTSE, % más. (Presión superior)
0,892 0,991 0,89
0,7642
0,6319 0,8965
0,884 0,990 0,92
0,7860
0,6442 0,9277
0,904 0,992 0,81
0,7570
0,6341 0,8800
0,897 0,991 0,80
0,6225
0,8757
0,7491
CPE, % más. vs CTE, % más. (Presión superior)
0,404 0,931 2,20
1,1749
0,5512 1,7986
0,593 0,958 1,78
1,1161
0,6811 1,5510
0,588 0,957 1,75
1,0899
0,6611 1,5187
0,366 0,925 2,08
0,9895
0,4333 1,5458
CPE, % más. vs VS, mm/2h
0,024 0,852
2,90
0,1240
0,0045 0,2436
0,082 0,867 2,80
0,0878
0,0113 0,1643
0,109 0,874 2,68
0,1092
0,0182 0,2002
0,011 0,849 2,67
0,1134
0,0018 0,2250
CPE, % más. vs CPC, % más. (Ks inferior)
0,074 0,865 2,82
0,7255
0,0846 1,3664
0,132 0,879 2,72
0,7888
0,1544 1,4231
0,155 0,884 2,60
0,7638
0,1715 1,3562
0,038 0,856 2,63
0,6584
0,0399 1,2769
CPE, % más. vs CMPC, % más. (Ks superior)
-0,079 0,821 3,07
0,6642
-0,1123 1,4407
0,080 0,867 2,80
0,7924
0,0994 1,4853
0,090 0,869 2,71
0,7330
0,1019 1,3641
-0,117 0,808 2,86
0,5451
-0,1462 1,2365
b0
b0,inf
b0,sup
-1,0
0,1
-6,3
-3,8
4,4
4,1
-1,2
-0,5
-0,9
-2,5
-7,9
-7,8
-7,3
-8,8
5,4
6,8
5,4
3,8
-34,1
-27,2
-27,3
-24,3
-71,9
-53,5
-53,0
-57,6
3,7
-1,0
-1,6
9,0
30,8
31,0
27,2
29,1
24,6
23,0
17,9
23,2
37,0
39,1
36,4
35,0
-2,4
-3,1
-1,9
0,5
-37,3
-37,8
-32,9
-31,7
32,5
31,6
29,1
32,8
-1,7
-6,4
-2,7
4,8
-47,0
-47,0
-37,8
-33,4
43,6
34,3
32,4
42,9
3.1.2 Control de observaciones anómalas
En el caso de la regresión lineal de la CPE sobre la CTE, los residuos estándares en los
puntos A11, C11 y D11 son mayores que 2. Lo mismo ocurre con los puntos A2, B2, C2 y
D2, en el caso de la regresión lineal de la CPE sobre la CPC en ambos niveles del
coeficiente de separación. Esto quiere decir, que las anomalías observadas son
sistemáticas, por lo que se decide aceptarlas y se recomienda considerar en estudios
posteriores, la posibilidad de que la divergencia de las referidas observaciones, se
encuentre condicionada por las particularidades del mineral.
3.2 Análisis de los resultados
3.2.1 Comportamiento del coeficiente de correlación y los parámetros en la ecuación
de regresión
En la tabla 3.2 (filas 1-12), se observa que la correlación lineal bivariada entre la CPE y las
variables CTSE y CTE, es positiva y significativa, pues en todas las condiciones
experimentales la probabilidad de significación observada es mucho menor que 0,05. Lo
mismo ocurre con la correlación entre la CPE y la CPC (filas 17-20, 22 y 23). De esta
manera ha quedado confirmado empíricamente, que la CPE correlaciona positivamente con
la CTSE, la CTE, la CPC. Esto permite recomendar que en futuras investigaciones sean
incluidas en el estudio experimental, la concentración de sólidos obtenida por filtración
centrífuga y la obtenida por compresión mecánica, cuya capacidad explicativa de la CPE ha
sido fundamentada teóricamente; pero no ha sido realizado el estudio de confirmación
empírica.
25
�Solamente en dos combinaciones de condiciones experimentales (filas 21 y 24), la
probabilidad de significación observada es mayor que 0,05 (0,086 y 0,111 respectivamente).
En correspondencia con esto, el límite inferior del intervalo de confianza del coeficiente de
correlación, en ambos casos es menor que cero (-0,079 y -0,117 respectivamente). Esto
sucede, cuando la CPC se obtiene en el nivel superior del coeficiente de separación Ks ,
cuando la intensidad de agitación I a se encuentra en el nivel superior y la concentración de
sólidos inicial φ 0 en cualquier nivel. Esto constituye una premisa acerca de la influencia
negativa del coeficiente de separación Ks y la intensidad de agitación I a sobre el
coeficiente de correlación entre la CPE y la CPC.
En las filas 13-16, se observa que la correlación entre la CPE y la VS es positiva y
significativa. Esto se encuentra en correspondencia con la conclusión teórica del capítulo 1,
sobre la existencia de premisas teóricas acerca de la posibilidad de que la VS correlacione
con la CPE.
En la fig. 3.1 se presentan los intervalos de confianza de los coeficientes de correlación
obtenidos en la serie A. El comportamiento en las demás series es similar. En esta figura se
confirma que la CTSE garantiza un coeficiente de correlación muestral, mayor que el
garantizado por la VS. Esto se encuentra en correspondencia con lo expuesto en las
conclusiones del capítulo 1, acerca de la existencia de premisas teóricas sobre la posibilidad
de que la VS correlacione con la CPE y de que el coeficiente de correlación entre estas dos
variables sea relativamente bajo.
En la fig. 3.1, no es posible confirmar diferencia significativa entre el coeficiente de
correlación cuando la variable explicativa es la CTSE, obtenida en le nivel superior de fuerza
motriz de la filtración y el coeficiente de correlación cuando la variable explicativa es la CTE,
obtenida en el mismo nivel de fuerza motriz. No obstante, la tendencia observada
corresponde con la conclusión teórica del capítulo 1, referente a que el coeficiente de
correlación entre la CPE y la CTE, debe ser menor que entre la primera variable y la CTSE.
Tampoco es posible confirmar la influencia del coeficiente de separación Ks sobre el
coeficiente de correlación entre la CPE y la CPC, ni la influencia de la fuerza motriz de la
filtración sobre el coeficiente de correlación entre la CPE y la CTSE. Sin embargo, las
tendencias observadas, se encuentran en correspondencia con la conclusión teórica,
referente a que el coeficiente de correlación lineal entre la CPE y las variables explicativas,
es función decreciente de la fuerza motriz de la compresión.
26
�Fig. 3.1 Intervalos de confianza de los coeficientes de correlación entre la CPE y cada variable
explicativa en la serie A.
Para confirmar la afirmación anterior se considera que en el caso de la filtración, la presión
de compresión es la suma de la presión de arrastre y de la presión provocada por el peso de
las capas que se encuentran por encima de la capa analizada. Como resultado de la
acumulación de pérdidas por fricción, la presión de arrastre y por ende la presión de
compresión, se incrementa aguas abajo respecto al flujo de filtrado. En la misma medida
diminuye la presión hidrostática (Tiller y Yeh, 1987).
Para un estudio cualitativo acerca de la influencia de la presión de compresión sobre el
coeficiente de correlación y los parámetros de la ecuación de regresión, se toma como
referencia la presión de compresión soportada por la capa de sedimento que se encuentra
en contacto directo con el medio filtrante, una vez que todo el sólido se ha depositado.
Esta presión de compresión, si se desprecia la resistencia del medio filtrante y el peso del
sólido, se puede considerar aproximadamente igual a la fuerza motriz de la filtración.
Luego, los valores de la presión de compresión al final de la formación del sedimento, en la
capa que se encuentra en contacto con el medio filtrante, en los niveles inferior y superior se
conocen y de acuerdo con la tabla 2.1 son iguales a 0,392 y 29,43 kPa respectivamente.
En el caso de la centrifugación, la presión de compresión viene dada por la ecuación
Pc =
m ⋅ g ⋅ Ks
0,785d 2
donde m – masa de sólidos, kg; g – aceleración gravitatoria, m/s2; d – diámetro del
sedimento; m
El comportamiento del coeficiente de correlación r y la pendiente b1 en función de la presión
de compresión se encuentra representado en la fig. 3.4 y 3.5 respectivamente.
A partir de la fig. 3.2 es posible confirmar que el coeficiente de correlación lineal entre la
CPE y las variables explicativas CTSE y CPC, es función decreciente de la presión de
compresión y además, que el límite del coeficiente de correlación cuando la presión de
compresión Pc tiende a cero, es igual a la unidad.
27
�Fig. 3.2 Líneas de tendencia del coeficiente de correlación r, en función de la presión de compresión
Pc .
Fig. 3.3 Líneas de tendencia de la pendiente b1 en función de la presión de compresión Pc .
A partir de la fig 3.3 se confirma experimentalmente que el límite de la pendiente, cuando la
presión de compresión tiende a cero, es igual a la unidad.
El menor valor observado de las variables CTSE y CPC, es mucho mayor que cero (igual a
28,9, de acuerdo con la tabla 3.1, fila 41). Esto equivale a decir que el intercepto ha sido
estimado por extrapolación, por lo que resulta improcedente realizar el análisis de su
tendencia cuando la presión de compresión tiende a cero.
No obstante, para obtener un criterio valorativo, en la fig. 3.4 se grafica el comportamiento
del intercepto en función de la presión de compresión. En esta figura se observa que a pesar
de las limitaciones expuestas en el párrafo anterior, las líneas de tendencia muestran la
disminución del módulo del intercepto con la disminución de la presión de compresión Pc y
convergen en valores cercanos a cero. Lo anterior, a pesar de que por las razones ya
expuestas, se considera insuficiente para confirmar la conclusión teórica de que el intercepto
tiende a cero cuando la presión de compresión Pc tiende a cero, se encuentra en
correspondencia con el referido resultado teórico.
28
�Fig. 3.4 Líneas de tendencia del intercepto b0 en función de la presión de compresión Pc .
El control de los supuestos relativos a la correcta especificación de la regresión lineal, la
falta de autocorrelación entre la perturbaciones, la homocedasticidad de las varianzas y la
distribución normal de las perturbaciones, permitió aceptar los cuatro supuestos en todas la
regresiones excepto en tres. Esta situación fue considerada aceptable sin necesidad de
darle un tratamiento más profundo; pues en caso de excluir estas regresiones del análisis,
se puede arribar a las mismas conclusiones a las que se arriba con ellas incluidas a pesar
de las referidas violaciones.
3.2.2 Influencia de la concentración de sólidos inicial y la intensidad de agitación
sobre las variables explicativas
Si la concentración de sólidos inicial en la suspensión para la prueba de sedimentación, es
cercana al 25 % en masa, la altura recorrida por la interfase agua-suspensión en el
transcurso de 2 h, es tan pequeña que los errores relativos cometidos en su lectura, resultan
inadmisibles. Es por ello que en el nivel industrial y en esta investigación, para determinar la
velocidad de sedimentación la suspensión se diluye hasta 12,5 %.
Sin embargo, las variables explicativas estudiadas, en caso de ser utilizadas para la
predicción de la CPE, tienen como ventaja que para su determinación, la suspensión no
tiene que ser diluida obligatoriamente. Tan solo se exige, que para obtener un error absoluto
menor que el máximo admisible en la determinación de la concentración de sólidos, se tome
una muestra de sedimento homogenizado, igual a la exigida por el método experimental
utilizado. Por ejemplo, en esta etapa, se justifica que tanto para la prueba de centrifugación
como para la prueba de filtración, la muestra de sedimento debe contener una masa mínima
de sólidos igual a 6 g. En caso de que la determinación de la concentración de sólidos se
realice por un método especializado y por consiguiente más exacto, esa masa podrá ser
menor.
Lo anterior constituye una ventaja de las variables aportadas por este trabajo.
Para contar con una valoración, sobre la necesidad de realizar el referido control, durante la
determinación de las nuevas variables explicativas, se estudió la influencia de la
concentración de sólidos inicial φ 0 y la intensidad de agitación I a , sobre estas variables.
Para enriquecer el análisis, se incluyó el estudio de estos factores sobre la CPE. Los
resultados forman parte del resumen general.
29
�Resumen general
El estudio del estado del arte permitió llegar a la conclusión, de que el problema abordado
no ha sido resuelto satisfactoriamente y el estudio de la posibilidad de predecir la CPE
mediante la concentración de sólidos obtenida por otros métodos de separación mecánica
de sistemas líquido-sólido, contribuye a la solución de un problema global.
El estudio teórico de las regularidades conocidas de la separación mecánica de sistemas
líquido-sólido, permitió preseleccionar las variables que pueden correlacionar con la CPE y
prever la influencia de los factores más importantes, sobre esta correlación.
La comprobación empírica en el nivel de laboratorio de las conclusiones teóricas, permitió
obtener los siguientes resultados y recomendaciones.
1. La CPE correlaciona positivamente con la CTSE, la CTE y la CPC;
2. Si en calidad de variables explicativas se asumen la CTSE y la CPC, se cumplen las
siguientes regularidades:
•
El coeficiente de correlación lineal, es una función decreciente de la presión de
compresión del sedimento.
•
Cuando la presión de compresión del sedimento tiende a cero, el coeficiente de
correlación lineal y la pendiente tienden a la unidad.
•
La influencia de las condiciones experimentales sobre el coeficiente de correlación,
y la pendiente de la ecuación de regresión lineal, disminuye con la disminución de
la presión de compresión del sedimento.
3. El módulo del intercepto de la ecuación de regresión con una variable independiente, de
la CPE sobre la CTSE y la CPC, disminuye con la disminución de la presión de
compresión Pc y converge en valores cercanos a cero. Lo anterior se encuentra en
correspondencia con el resultado teórico que predice la tendencia a cero del intercepto,
cuando la presión de compresión tiende a cero.
4. La correlación entre la CPE y la VS es positiva y significativa; pero la CTSE garantiza un
coeficiente de correlación muestral, mayor que el garantizado por la VS. Esto se
encuentra en correspondencia con las premisas teóricas que prevén la posibilidad de
que la VS correlacione con la CPE y que el coeficiente de correlación entre estas dos
variables sea relativamente bajo.
5. La intensidad de agitación influye negativamente sobre la CTSE, la CPE y la VS, sin
embargo, sobre la CTE y la CPC, no influye o influye negativamente; pero en menor
grado que sobre la CPE y la CTSE. La influencia observada de la intensidad de
agitación, sobre la CPE y la VS, confirma los resultados experimentales de otros autores.
En el caso de la CTE y la CPC, se recomienda continuar el estudio hasta dilucidar si la
influencia de la intensidad de agitación sobre estas variables, a pesar de ser pequeña,
exige el control de este factor, durante determinaciones con fines predictivos.
6. La concentración de sólidos inicial influye positivamente sobre CPE, la CTSE en el nivel
inferior de presión, la CTE y la CPC. Sin embargo, la influencia de este factor sobre la
CTSE en el nivel superior de presión, se considera técnicamente despreciable. Esto
confirma la predicción teórica referente a que la influencia de la concentración de sólidos
inicial en la suspensión, sobre la CPE es positiva, sin embargo, esta influencia sobre la
CTSE, debe ser más complicada.
7. Del punto anterior se deduce, que si la determinación de la CTSE con fines predictivos,
se realiza con una fuerza motriz igual a la del nivel superior utilizado en este trabajo
(29,43 kPa), no será necesario nivelar la concentración de sólidos inicial en un valor
constante, como en el caso de la VS. No obstante, es necesario continuar estudios, para
conocer la influencia de la concentración de sólidos inicial sobre la CTSE, en otros
niveles de fuerza motriz.
30
�8. Las variables explicativas estudiadas, en caso de ser utilizadas en calidad de variables
predictoras de la CPE, tienen como ventaja que para su determinación, la suspensión no
tiene que ser diluida obligatoriamente como ocurre en el caso de utilizar la VS como
variable predictora.
Ha quedado pendiente la confirmación de los siguientes aspectos:
1. La tendencia de la concentración de sólidos obtenida por otros métodos, a igualarse a la
CPE, si los valores de esta última variable son suficientemente elevados.
2. La posibilidad de que la concentración de sólidos obtenida por filtración centrífuga y la
obtenida por compresión mecánica, también correlacionen con la CPE.
3. La influencia de los factores de compresibilidad individuales y su desviación típica, sobre
el coeficiente de correlación y los parámetros de la ecuación de regresión.
4. El límite del intercepto, cuando la presión de compresión Pc , tiende a cero, es igual a
cero y la influencia de las condiciones experimentales sobre el intercepto, disminuye con
la disminución de la presión de compresión.
5. El coeficiente de correlación entre la CPE y la CTE, es menor que entre la primera
variable y la CTSE. Tener en cuenta que a pesar de que este resultado no se confirma
estadísticamente, la tendencia observada coincide con lo previsto.
CONCLUSIONES
1. La novedad científica consiste en la predicción teórica y confirmación empírica de la
relación estadística entre la concentración de sólidos obtenida por sedimentación
gravitatoria y la obtenida por filtración sin escurrido, filtración con escurrido y
sedimentación centrífuga; así como de las principales tendencias en el comportamiento
de esta relación, en función de las condiciones experimentales. Esto se desglosa en los
siguientes resultados:
a) La concentración de sólidos en el producto espesado correlaciona positivamente con
la concentración de sólidos en la torta sin escurrir, la concentración de sólidos en la
torta escurrida y la concentración de sólidos en el producto obtenido por
sedimentación centrífuga.
b) Si en calidad de variables explicativas se asumen la concentración de sólidos en la
torta sin escurrir y la concentración de sólidos en el producto obtenido por
sedimentación centrífuga, se cumplen las siguientes regularidades:
• El coeficiente de correlación lineal, es una función decreciente de la presión de
compresión del sedimento.
• Cuando la presión de compresión del sedimento tiende a cero, el coeficiente de
correlación lineal y la pendiente tienden a la unidad.
2. La correlación muestral entre la concentración de sólidos en el producto espesado y la
velocidad de sedimentación es positiva y significativa; pero la concentración de sólidos
en la torta sin escurrir, garantiza un coeficiente de correlación, mayor que el garantizado
por la velocidad de sedimentación.
3. Para realizar pruebas predictivas mediante las nuevas variables estudiadas, no es
necesario diluir la suspensión como sí lo es en el caso de la variable predictora actual (la
velocidad de sedimentación). Si la determinación de la concentración de sólidos en la
torta sin escurrir con fines predictivos, se realiza con una fuerza motriz igual a la del nivel
superior utilizado en este trabajo (29,43 kPa), tampoco será necesario nivelar la
concentración de sólidos inicial en un valor constante.
RECOMENDACIONES
1. Realizar el estudio de confirmación empírica de las predicciones teóricas aún no
confirmadas, que aparecen en el resumen general.
31
�2. Completar el estudio para la selección de la variable predictora, las condiciones
experimentales y el cálculo de los parámetros en la ecuación de regresión, para la
predicción de la concentración de sólidos en el producto espesado en espesadores de
descarga continua. Esta recomendación se encuentra enriquecida en el anexo.
3. Realizar los estudios necesarios para la aplicación de los resultados en la predicción de
la concentración de sólidos en el producto espesado en el caso de materiales no
lateríticos.
REFERENCIAS
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período de crisis de sedimentación. Revista Minería y Geología, 13(1): 27–31.
Arzola, R. J. 2000. Sistemas de Ingeniería. Ed. Felix Varela, La Habana, 482 pp.
Balandin, C. M. 1988. Filtrovanie grubodispersnij materialov. Ed. Nedra, Moskva, 104 pp
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ANEXO
1.
Con vista a la aplicación práctica del resultado, llevar a cabo las siguientes acciones:
• Estudiar la influencia de la concentración de sólidos inicial φ 0 sobre la CTSE, en otros niveles
de fuerza motriz.
• Seleccionar el nivel de fuerza motriz recomendable para realizar las pruebas de filtración y
centrifugación. Para ello tener en consideración los resultados del punto anterior, así como el
efecto negativo de la presión de compresión sobre el coeficiente de correlación y el tiempo
necesario para la prueba. Tener en cuenta además, que con la disminución del volumen de la
muestra, disminuye el tiempo necesario para la prueba predictiva.
• Estudiar la posibilidad de reducir el tiempo de centrifugación.
• Encontrar las ecuaciones de regresión bivariada de la CPE obtenida en un espesador de
operación continua, sobre la CTSE, la CTE y la CPC.
• Dilucidar experimentalmente, si la influencia de la intensidad de agitación sobre la CTE y la
CPC, a pesar de ser pequeña, exige el control de este factor durante determinaciones con
fines predictivos.
• Seleccionar la variable que complemente o sustituya a la VS en la predicción de la CPE, en el
nivel industrial.
Para seleccionar la variable que puede ser utilizada en calidad de predictora de la CPE, es necesario
tener en cuenta un compromiso entre sus ventajas y desventajas en cuanto a los siguientes acápites:
• Valor del coeficiente de correlación de la variable explicativa con la CPE.
• Tiempo necesario para llevar a cabo la predicción y grado de complejidad en la realización de la
predicción.
• Error con que se determina la variable explicativa.
• Costos necesarios para realizar la predicción.
Sobre esto, se recomienda considerar los siguientes aspectos:
• En este trabajo se concluye que el coeficiente de correlación muestral, garantizado por la CTSE
en el nivel de presión superior es mayor que el garantizado por la VS;
• A pesar de que no se demuestra estadísticamente la superioridad del coeficiente de correlación
entre la CPE y la CTE respecto al coeficiente de correlación entre la CPE y la VS, tampoco se
demuestra lo contrario.
• Para las pruebas de sedimentación es necesario diluir la suspensión y mantener un nivel de
concentración de sólidos inicial φ 0 constante; sin embargo, en caso de utilizar como predictora
cualquiera de las nuevas variables, no es necesario diluir la suspensión. En el caso particular de la
CTSE, tampoco es necesario mantener un nivel constante de concentración de sólidos inicial.
• El tiempo de respuesta total de la metodología de predicción actual, basada en la VS como
variable predictora, constituye aproximadamente 2,3 h (incluye el tiempo necesario para tarar la
probeta, tomar la muestra, determinar su densidad, decidir cual es el volumen de suspensión que
debe ser añadido, controlar la masa final, agitar y dejar en reposo). En el caso de la metodología a
la que puede dar lugar la CTSE en el nivel superior de presión, sería necesario esencialmente
tomar la muestra, filtrarla en aproximadamente (10-15) min y determinar la concentración de
sólidos en la torta en aproximadamente 30 min. De modo que, si se cuenta con una reserva, el
tiempo de respuesta no excederá 1 h.
• El error con que se determinan las variables explicativas se encuentra en la tabla 2.3.
• Es necesario calcular en cuanto se incrementa el costo de las pruebas predictivas al utilizar para
ello las nuevas variables.
36
�
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Variables para el control de la concentración de sólidos alcanzable por sedimentación gravitatoria
Creator
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Armín Mariño Pérez
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
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2002
Type
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Tesis doctoral
-
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TESIS
Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa
Edad Eoceno, en las Arenas Superiores del
Bloque III, Yacimiento URD-01
Lago de Maracaibo
Carideli Katriana Villalobos González
�Página legal
Título de la obra: Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno, en las
Arenas Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo, 77pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN:
1. Autor: Carideli Katriana Villalobos González
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 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:
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Instituto Superior Minero Metalúrgico
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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: Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad
Eoceno,
en las Arenas Superiores del Bloque III,
Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
(Tesis en opción al título académico de Máster en Geología)
Autor: Carideli Katriana Villalobos González.
Tutor: Dr. Rafael Guardado Lacaba
Msc. Yolimar García García
Moa, 2015
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
Arenas Superiores del Bloque III,
en las
Yacimiento URD-01. Lago de
Maracaibo
ÍNDICE
Introducción……………………………………………………………………...…
1
Capítulo I. Fundamentos teóricos……………………………………………….
1.1. Cuenca petrolífera del lago de Maracaibo………………………………..
1.1.1. Configuración tectónica………………………………………………..
1.1.2 Evolución Geológica de la Cuenca del Lago de Maracaibo……...
1.1.2.1. Secuencia Tectónica 1: Fracturamiento o Agrietamiento del
Jurásico……………………………………………………………...
1.1.2.2. Secuencia Tectónica 2: Margen Pasivo del Cretáceo………
1.1.2.3. Secuencia Tectónica 3: Cuenca de Antepaís Campaniense
– Mestrichtiense.…………………………………………….....
1.1.2.4. Secuencia Tectónica 4: Fase de la Cuenca de Antepaís
Paleoceno – Oligoceno………………………………………...….
1.1.2.5. Secuencia Tectónica 5: Levantamiento de la Sierra de
Perijá en el Oligoceno………………………………….………..
1.1.3. Geología local del área de estudio…………………………………..
1.1.3.1. Descripción del Bloque III…………………………………….
8
8
8
14
Capítulo II. Metodología de la Investigación…………………………………....
2.1. Metodología a utilizar ………………………………………………............
2.1.1. Búsqueda de información…………………………………………….
2.1.2. Validación de datos de pozos.
2.1.3. Análisis e interpretación de registros convencionales y especiales
2.1.4. Elaboración del Mapa Base…………………………………………….
2.1.5. Definición y Correlación de los Marcadores Estratigráficos…...……
2.1.6. Elaboración de Secciones Estratigráficas…………………………….
2.1.7. Elaboración de Mapas de Isopropiedades……………………………
27
27
28
28
30
31
32
33
35
Capítulo III. Análisis y evaluación de los modelos estratigráficos del
yacimiento URD 01 en las arenas superiores del Bloque III………………….
3.1. Introducción.............................................................................................
3.1.1 Los topes de las diferentes subunidades presentes en las arenas
superiores de Formación Misoa de Edad Eoceno.............................
3.1.2. Cambios de facies, continuidad y tendencia de las arenas en el
área de estudio...................................................................................
3.1.3. Mapas estructurales a nivel de las sub unidades B31, B46 y B45
de la Formación Misoa.....................................................................
3.1.4. Análisis e interpretación de los Mapas de Isopropiedades a nivel
de las sub- unidades B31, B46 y B45 de la Formación Misoa.........
16
16
18
20
21
22
24
36
36
36
45
50
52
57
VI
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
Arenas Superiores del Bloque III,
en las
Yacimiento URD-01. Lago de
Maracaibo
Conclusiones .................................................................................................
Recomendaciones..........................................................................................
58
Bibliografía.....................................................................................................
59
Anexos...........................................................................................................
61
VII
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
Arenas Superiores del Bloque III,
en las
Yacimiento URD-01. Lago de
Maracaibo
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Mapa de ubicación.........................................................................
Figura. 1.1. Distribución actual de los afloramientos y cortes del subsuelo
en el área de la Cuenca Maracaibo..............................................................
Figura 1.2. Columna de las formaciones Mesozoicas y Cenozoicas y sus
características sedimentarias de la Cuenca del Lago de Maracaibo junto a
la línea de traza de
la sección
mostrada en el
mapa..............................................................................................................
Figura 1.3. Columna estratigráfica regional de la Cuenca de
Maracaibo......................................................................................................
Figura 1.4. Distribución y tipos de crudos presentes en la cuenca del Lago
de Maracaibo..................................................................................................
Figura 1.5. Mapa de distribución de terrenos alóctonos durante el
Ordovícico-Silúrico (Orogénesis Herciniana) y desde finales del Mesozoico
hasta el presente…………………………………………………………………
Figura 1.6. Mapa de distribución de facies sedimentarias dominantes
Cretácico Tardío............................................................................................
Figura 1.7. Ubicación del Yacimiento Urdaneta 01........................................
Figura 1.8. Columna estratigráfica URD-01...................................................
Figura 1.9. Bloque III del Yacimiento Urdaneta 01........................................
1
Figura 2.1. Diagrama de flujo utilizado para el análisis estratigráfico............
Figura 2.2. Mapa Base Bloque III..................................................................
Figura 2.3. Sección Tipo del área de estudio................................................
Figura 2.4. Mapa Base con el Mallado de Secciones Estratigráficas. De
color Azul las correlaciones en dirección SE-NO y de color Verde las
correlaciones en dirección SO-NE................................................................
27
31
33
Figura 3.1 Nomenclatura Estratigráfica Actual.............................................
Figura 3.2. Registro Tipo del Pozo UD-208. Definición de los marcadores
estratigráficos.................................................................................................
Figura. 3.3. Patrones de Electrofacies...........................................................
Figura 3.4. Mapa de ANT de la subunidad B31 del Bloque III. Yacimiento
UD 01……………………………………………………………………………….
Figura 3.5. Mapa de ANT de la subunidad B46 del Bloque III. Yacimiento
UD 01.......………………………………………………………………………….
Figura 3.6. Mapa de ANT de la subunidad B45 del Bloque III. Yacimiento
UD 01.......
Figura 3.7. Mapas Estructurales de las subunidades superiores del Bloque
III. Yacimiento URD 01...................................................................................
Figura 3.8. Mapas de Isopropiedades de las subunidades superiores del
Bloque III. Yacimiento URD 01.....................................................................
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VIII
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
Arenas Superiores del Bloque III,
en las
Yacimiento URD-01. Lago de
Maracaibo
Figura 3.9. Mapas de Isopropiedades de las subunidades superiores del
Bloque III. Yacimiento URD 01. a) ANP. b) Vsh. c) Permeabilidad. d)
Porosidad.........…………………………………………………………………… 53
Figura 3.10. Mapas de Isopropiedades de las subunidades superiores del
Bloque III. Yacimiento URD 01. a) ANP. b) Vsh. c) Permeabilidad. d)
Porosidad.…………………………………………………………………………. 54
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Listado de Pozos empleados.........................................................
Tabla 3.1. Topes interpretados vs topes originales........................................
29
38
IX
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
Arenas Superiores del Bloque III,
Maracaibo
en las
Yacimiento URD-01. Lago de
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo A. Secciones Estratigráficas Dirección NE-SO....................................... 61
Anexo B. Continuación Secciones Estratigráficas Dirección NE-SO................. 62
Anexo C. Secciones Estratigráficas Dirección SE-NO....................................... 63
X
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
Arenas Superiores del Bloque III,
en las
Yacimiento URD-01. Lago de
Maracaibo
Anexo D. Mapa Arena Neta Petrolífera de la subunidad B31 del Bloque III.
Yacimiento URD 01..........................................................................................
Anexo E Mapa de Volumen de Arcilla de la subunidad B31 del Bloque III.
Yacimiento URD 01............................................................................................
Anexo F. Mapa de Permeabilidad de la subunidad B31 del Bloque III.
Yacimiento URD 01...........................................................................................
Anexo G. Mapa de Porosidad de la subunidad B31 del Bloque III. Yacimiento
URD 01..............................................................................................................
Anexo H. Mapa de Arena Neta Petrolífera de la subunidad B46 del Bloque III.
Yacimiento URD 01............................................................................................
Anexo I. Mapa de Volumen de Arcilla de la subunidad B46 del Bloque III.
Yacimiento URD 01............................................................................................
Anexo J. Mapa de Permeabilidad de la subunidad B31 del Bloque III.
Yacimiento URD 01............................................................................................
Anexo K. Mapa de Porosidad de la subunidad B46 del Bloque III. Yacimiento
URD 01.............................................................................................................
Anexo L. Mapa de Arena Neta Petrolífera de la subunidad B45 del Bloque III.
Yacimiento URD 01...........................................................................................
Anexo M. Mapa de Volumen de Arcilla de la subunidad B45 del Bloque III.
Yacimiento URD 01............................................................................................
Anexo N. Mapa de Permeabilidad de la subunidad B45 del Bloque III.
Yacimiento URD 01............................................................................................
Anexo O. Mapa de Porosidad de la subunidad B45 del Bloque III. Yacimiento
URD 01...............................................................................................................
64
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65
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66
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69
XI
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
INTRODUCCIÓN
La Cuenca Petrolífera del Lago de Maracaibo está ubicada al noroeste de Venezuela.
Se extiende sobre toda el área ocupada por las aguas del lago y los terrenos planos o
suavemente ondulados que la circundan, pueden delimitarse como sigue: al oestenoreste por el piedemonte de la Sierra de Perijá, al oeste-suroeste por la frontera
colombiana hasta un punto sobre el río Guarumito, 12,5 km al oeste de la población de
La Fría; al sureste por el piedemonte andino desde el punto mencionado hacia el río
Motatán, ligeramente al este del cruce de Agua Viva; al este-noreste por la zona de
piedemonte occidental de la Serranía de Trujillo y una línea imaginaria dirigida al norte
hasta encontrar la frontera de los estados Zulia y Falcón, donde puede observarse un
pequeño saliente hacia el este en la región de Quirós y en su parte norte, por la línea
geológica de la falla de Oca.
1
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 1. Mapa de ubicación. (PDVSA 2014)
La extensión de este trapezoide, de aproximadamente 50.000 km 2, corresponde
políticamente en su mayor parte al Estado Zulia y extensiones menores a los estados
Táchira, Mérida y Trujillo. Las líneas mencionadas anteriormente son bastante
arbitrarias en sentido fisiográfico y geológico, pero corresponden en realidad al carácter
geo-económico de la cuenca petrolífera como tal. Geográficamente, está incluida en su
totalidad dentro de la cuenca hidrográfica del Lago de Maracaibo (Brenneman, 1960;
Talukdar et al., 1985).
Tomando como necesidad de confeccionar un modelo estratigráfico de la Formación
Misoa edad Eoceno, en las arenas superiores del bloque III, Yacimiento URD-01,
lago de Maracaibo para la predicción de producción de los pozos perforados desde
1983, este modelo estratigráfico tiene como finalidad desarrollar una interpretación
estratigráfica secuencial del área de estudio que permita una nueva visión y
actualización más completa. Con el propósito de este de conocer, entender y predecir
de las unidades definidas una mejor perspectiva en la explotación de crudos en el
yacimiento. El modelado estratigráfico se utiliza para modelar superficies y mantos
subhorizontales y, en general, se emplea en yacimientos sedimentarios petrolíferos. En
el mundo, muchas operaciones de prospección petrolíferas utilizan esta herramienta
estratigráfica.
Situación Problemica
El Bloque III del Yacimiento URD-01, adolece de un modelo que permita optimizar el
plan de explotación del yacimiento URD-01.
Objeto
Estratigrafía de la Formación Misoa en el Bloque III, del yacimiento URD-01.
2
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Objetivo general
Caracterizar estratigráficamente la Formación Misoa, en el Bloque III, del yacimiento
URD-01.
Objetivos específicos
•
Revisión de los topes de las diferentes subunidades presentes en las arenas
superiores de Formación Misoa de Edad Eoceno.
•
Determinar los cambios de facies, continuidad y tendencia de las arenas en el
área de estudio.
•
Elaboración de mapas estructurales a nivel de las sub unidades B31, B46 y B45
de la Formación Misoa.
•
Interpretación de los mapas de isopropiedades a nivel de las sub- unidades B31,
B46 y B45 de la Formación Misoa.
Hipótesis
Si se logra integrar las características estratigráficas, se podrá optimizar el plan de
explotación del Bloque.
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.
Métodos empíricos: en la presente investigación se aplican:
3
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Las entrevistas a técnicos y especialistas: para comprobar la existencia de
investigaciones y antecedentes relacionados con el tema.
Procesamiento para la elaboración de mapas por medio del simulador Discovery.
La generación del modelo estratigráfico tiene el propósito de identificar las diversas
unidades estratigráficas y ciclos sedimentarios que conforman y describen la secuencia
estratigráfica en estudio, así como su extensión areal y su incidencia en la
caracterización de los yacimientos asociados. El yacimiento URDANETA-01 representa
para la División Occidente de Exploración y Producción de Petróleos de Venezuela, la
acumulación de mayor cantidad de petróleo pesado original en sitio, lo que se traduce
en la mayor cantidad de reservas remanentes, de allí la importancia de generar un plan
de explotación que garantice el recobro optimo y racional de dichas reservas.
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.
Fundamentos Teóricos. Capítulo II. Metodología a utilizar. Capítulo III. Caracterización
Estratigráfica del área.
Estado del arte
Los modelos estratigráficos de los campos petrolíferos en los últimos años han tenido
una gran importancia en la prospección del petróleo en Venezuela y en particular en la
cuenca de Maracaibo. En el trabajo ERRORES COMUNES QUE INFLUYEN EN LA
CUANTIFICACIÓN DE RESERVAS DE PETRÓLEO EN YACIMIENTOS DE ROCAS
CLÁSTICAS. LABRADOR Tomás U. E. Lagomar. PDVSA. Cabimas. 2007, expone: En
el cálculo volumétrico de reservas es común encontrar errores que tendrán un impacto
al momento de hacer la contabilidad del recurso. El error cometido más comúnmente es
la no corrección por buzamiento de las capas; aunado a esto, podemos obtener un error
mayor al no considerar las desviaciones y el desplazamiento de los pozos en dichas
4
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
capas inclinadas, razón ésta por la que debe realizarse una corrección (no confundir
con verticalizar pozo o TVD), en función a los cambios de ángulo y azimut con respecto
al tope del intervalo de interés. Los cambios de facies son el problema con un mayor
grado de incertidumbre por lo complejo que puede ser definir los límites de los
subambientes sedimentarios, aunado al hecho de que dentro de una misma facies se
pueden presentar cambios en las propiedades físicas de la roca. Argumentando más
adelante: No existe técnica exacta para el cálculo de hidrocarburos en el subsuelo, no
obstante, la aplicación de nuevos software de modelaje y visualización, estudios
sedimentológicos, sismoestratigráficos, de atributos sísmicos, geoquímicos, petrofísicos
y petrográficos, junto a las nuevas tecnologías en adquisición de información, fungen
como herramientas imprescindibles para sincerar las reservas en rocas clásticas,
actualizando los números que permitirán tomar decisiones pertinentes y a tiempo en
todo lo referente al futuro de un campo petrolero.
LABRADOR Tomás U. E. Lagomar. PDVSA. Cabimas 2007 en su trabajo: MODELO
GEOLOGICO-ESTRUCTURAL DEL FLANCO OESTE (ATICO) DEL AREA VLA-0008
EN EL BLOQUE I DE LA U. E. LAGOMAR. LAGO DE MARACAIBO, VENEZUELA. El
entrampamiento de hidrocarburos en el subsuelo del Lago de Maracaibo es producto de
la combinación de factores estratigráficos y estructurales, razón por la conviene
introducir un nuevo modelo geológico-estructural para el miembro informal C-7 de la
Formación Misoa, en el Ático del área VLA-0008 del Bloque I, limitada por una
superficie erosiva en la base y verticalmente por un contacto de falla con la secuencia
superior de Misoa del área VLA-0031 del mismo Bloque. La sección basal de la
Formación Misoa (Eoceno Temprano), posee un espesor promedio de 700 pies, y está
conformada por areniscas, limolitas y lutitas producto de secuencias progradacionales y
retrogradacionales sucesivas, características de un ambiente fluvio - deltáico con
predominio de mareas. Finalmente, el resultado se ajustó no sólo a los modelos de
tectónica regional actuales, sino también al comportamiento de producción de los
5
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
pozos, razón por la que nuevos pozos permiten actualmente drenar las reservas
remanentes, corroborando así el modelo, el comportamiento de Lama-Icotea y el nivel
de corte para C-7, el plano de falla como sello lateral, para continuar un estratégico plan
de explotación a lo largo del sistema de fallas dentro del Bloque I.
PORRAS Jesús, CASTILLO Carla., MACHADO Vanessa & CHIRINOS Nelson.
Petrobras Energía.. Petrowayuu 2007; en su trabajo BASAMENTO EN LA
CONCEPCIÓN, CUENCA DE MARACAIBO: OPORTUNIDAD DE EXPLOTACIÓN DE
UN YACIMIENTO NO CONVENCIONAL. Plantean un esbozo histórico de la
prospección y explotación de hidrocarburos del basamento naturalmente fracturado del
occidente venezolano,
AUDEMARD Franck, SINGER André, ACOSTA Luis. & GONZÁLEZ Rogelio FUNVISIS.
Dpto. Ciencias de la Tierra. Caracas. 2007 en su trabajo: LA FALLA DE BURBUSAY
(BLOQUE DE MARACAIBO, VENEZUELA OCCIDENTAL) ACCIDENTE ACTIVO
SINESTRAL SUBMERIDIANO: demuestra, entre las que cabe también mencionar de
oeste a este, y en posición relativa más occidental: Icotea, Pueblo Viejo y Valera, que
disocian el bloque triangular de Maracaibo en bloques menores elongados norte-sur,
que responden a un modelo de rotación en estantería de libros (“Bookshelf rotation”),
generado por la cupla cizallante dextral impuesta por las fallas activas de Oca-Ancón de
orientación este-oeste y la falla de Boconó de orientación NE-SW, ubicadas al norte y
sureste respectivamente. Al igual que las otras fallas que conforman esta familia, la falla
de Burbusay muestra indicios contundentes de actividad tectónica reciente.
Gerencia de exploración estudios estratégicos de producción. Caracas 1995. SINTESIS
GEOLÓGICA, MARCO SECUENCIAL Y PERSPECTIVAS EXPLORATORIAS DEL
EOCENO DE LA CUENCA DE MARACAIBO: realiza un estudio de la Cuenca de
Maracaibo con el fin de madurar y densificar el estudio de BP/PDVSA. A través de este
estudio se establecieron 15 límites de secuencias, se definen nueve (9) conceptos
exploratorios, un marco secuencial-cronoestratigráfico uniforme para la cuenca basado
6
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
en 24 transectos sísmicos, 40 transectos de pozos y 65 mapas (estructurales, isópacos,
de velocidad, porcentaje de arena, paleoambientes, distribución de recursos de
hidrocarburos, modelado geoquímico y otros), se estableció un modelo integrado de
paleofacies/paleogeografía para las secuencias eocena, se documentó las fases de
generación, expulsión y acumulación y finalmente la creación de una base de datos
computarizada, multidisciplinaria, interactiva e integrada para su uso futuro.
System Technology Associates, Inc. Agosto 2001. INFORME DE LA FASE IIIC
ESTUDIO DE SIMULACIÓN PARA LOS YACIMIENTOS MISOA E ICOTEA,
URDANETA-01 CUENCA DE MARACAIBO: La necesidad de probar nuevos métodos
de recuperación a través de la simulación numérica proporcionó el estímulo para
conducir este nuevo estudio de Urdaneta-01, lográndose así un mejor entendimiento del
yacimiento de Urdaneta-01. Se encontró que probablemente hay fallas adicionales en
el yacimiento que se encuentran por fuera del volumen sísmico 3D. Un estimado de
reservas aún no drenadas indica que el más alto potencial sobrante se encuentra a lo
largo del lado oriental de la Falla de Urdaneta Oeste, y a lo largo del lado occidental de
la Falla Flower.
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS TEORICOS.
1.1. Cuenca petrolífera del lago de Maracaibo
1.1.1. Configuración tectónica
La roca madre por excelencia en la zona es la formación La Luna, de edad Cretáceo
Tardío, cuyas facies se extendieron por toda Venezuela occidental hasta Colombia. Sin
embargo, se han encontrado rocas madre de importancia secundaria en el Miembro
Machiques de la formación Apón perteneciente al Grupo Cogollo y en la formación Los
Cuervos del Grupo Orocué (Talukdar et al., 1985). El petróleo fue generado, migrado y
7
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
acumulado en diversos pulsos, siendo el más importante el ocurrido durante el
levantamiento andino. Las principales rocas yacimiento clásticas son las Formaciones
Río Negro y Aguardiente de edad Cretáceo, grupo Orocué y las formaciones Marcelina
del Paleoceno, Mirador-Misoa del Eoceno, Lagunillas y La Rosa del Mioceno (WEC,
1997).
Las calizas fracturadas del Grupo Cogollo Cretáceo temprano, constituyen los
yacimientos carbonáticos más relevantes, mientras que los sellos regionales son las
formaciones Colón y Paují. Localmente, constituyen sellos importantes el Miembro
Machiques de la formación Apón y las lutitas espesas dentro de las formaciones
ubicadas hacia el centro del Lago de Maracaibo, como Misoa, Lagunillas y La Rosa, e
incluso secuencias cercanas a los frentes de deformación, como la formación León y los
Grupos Guayabo ubicado en Los Andes y El Fausto en la Sierra de Perijá (WEC, 1997).
En la figura 1.1 se muestra la distribución actual de los afloramientos y cortes del
subsuelo en el área de la Cuenca del Lago de Maracaibo. Los datos de afloramientos
son de Maze (1984) y Borges (1984). (A) Afloramientos áreas en naranja y cortes del
subsuelo áreas marrones relacionados a las capas rojas de la formación La Quinta del
periodo de deformación tectónica del jurásico tardío inferior. Las fallas conocidas o
deducidas que han estado activas durante la fase de la fractura están indicadas. (B)
Afloramiento áreas en verde oscuro y cortes áreas punteadas de verde oscuro de rocas
carbonáticas de variadas formaciones del cretáceo relacionadas al margen pasivo.
Están indicadas las fallas conocidas o deducidas que han estado activas durante la fase
del margen pasivo. El arco de Mérida de Salvador (1986) está mostrado con una línea
roja punteada. (C) Afloramiento y cortes áreas en azul de rocas del Paleógeno de
varias formaciones de la cuenca de antepaís. Están indicadas las fallas conocidas o
deducidas que han estado activas durante la fase de esta cuenca. (D) Afloramientos
áreas amarillas y cortes áreas amarillas punteadas de rocas de varias formaciones de la
cuenca del neógeno relacionadas al levantamiento de los Andes y al desplazamiento
8
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
del bloque Maracaibo, mostrando las fallas conocidas o deducidas que han estado
activas durante la fase del margen pasivo.
Figura. 1.1. Distribución actual de los afloramientos y cortes del subsuelo en el área de
la Cuenca Maracaibo.
En la figura 1.2, las formaciones a la izquierda de la carta se encuentran en la Sierra de
Perijá, las formaciones del medio se ubican en la Cuenca del Lago de Maracaibo, y las
formaciones a la derecha se presentan en los Andes de Mérida. Se identificaron seis
discordancias en el límite de la secuencia tectónica en la Cuenca del Lago de
Maracaibo que están numeradas sobre la parte izquierda de la carta limitando las
siguientes discordancias del Pre-Cretáceo, Paleoceno, Eoceno, y Mioceno Superior.
Las seis secuencias tectónicas están relacionadas a las cuatro fases tectónicas
importantes identificadas como I – IV en la parte izquierda de la carta. Estas fases
9
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
tectónicas incluyen: I =La fase de la fractura del Pre-Cretáceo (Jurásico Tardío), II = El
Cretáceo (Fase del margen pasivo Neocomiense a Mestrichtiense), III = La fase de la
cuenca de antepaís en el Paelogeno; y IV = La fase del levantamiento, desplazamiento,
y reducción de los Andes en el Oligoceno Superior-Holoceno. Además se muestra en el
mapa los espesores totales de sedimentos en kilómetros, en el tope del basamento
acústico del Paleozoico. Modificado por Parnaud et al. (1995)
Figura 1.2. Columna de las formaciones Mesozoicas y Cenozoicas y sus características
sedimentarias de la Cuenca del Lago de Maracaibo junto a la línea de traza de la
sección mostrada en el mapa (modificado por Parnaud, 1995).
10
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
La figura 1.2 muestra una columna estratigráfica regional modificada por Parnaud
(1995) y Castillo (2001) resumiendo las principales secuencias tectónicas, nombres de
formaciones y paleoambientes de la cuenca Maracaibo. Una columna con mejores
detalles, se incluye en la figura 1.3.
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�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 1.3. Columna estratigráfica regional de la Cuenca de Maracaibo (Generalización
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�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
de archivos de PDVSA 2001)
Las secuencias tectónicas están rodeadas por discordancias presentes en la cuenca,
incluyendo las discordancias del sub-Cretáceo, Paleoceno, Eoceno y el Mioceno Inferior
(Fig. 1.2). Las discordancias están designadas por la edad estratigráfica de sus hiatos
(Ej.: discordancia del Eoceno).
Los principales campos petroleros se encuentran en la costa oriental del Lago de
Maracaibo, los que proceden principalmente de yacimientos terciarios, como por
ejemplo: Cabimas, Tía Juana, Lagunillas, Bachaquero, Mene Grande y Motatán. En la
costa oeste se encuentran campos con producción importante en el cretácico, además
del terciario; entre los que se encuentran el campo de Urdaneta del Lago de Maracaibo
y los del Flanco Perijanero, que son, de norte a sur: La Concepción, Mara, La Paz,
Boscán y Alturitas. En el centro, los campos se ubican a lo largo de la estructura del
sistema de fallas de Lama-Icotea; entre ellos se cuentan: Lago, Centro, Lama y Lamar
(WEC, 1997).
CO
LO
MB
IA
Tipo de Petróleo
N
Marino Alterado
Marino Inmaduro
Marino Maduro
Marino Muy Maduro
Terrestre Maduro
Mixto Marino-Terrestre
LAGO DE
MARACAIBO
Edad del Yacimiento
Mioceno
Paleoceno
Eoceno
Cretácico
Figura 1.4. Distribución y tipos de crudos presentes en la cuenca del Lago de Maracaibo.
(Modificado de Talukdar et al., 1985)
13
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Los crudos de la Cuenca del Lago de Maracaibo presentan diferentes grados de
madurez y de alteración (Gallango et al., 1985) (Figura 1.4). En general, los crudos más
livianos ocurren en yacimientos cretácicos profundos y se van haciendo más pesados a
medida que se acercan a los yacimientos terciarios más someros.
1.1.2. Evolución Geologica de la Cuenca del Lago de Maracaibo
Los terrenos que constituyen el Basamento Pre-Cámbrico de la Cuenca del Lago de
Maracaibo son alóctonos adosados a la Placa Suramericana durante el Paleozoico
temprano (Orogénesis Caledoniana: 570- 385 Ma.); posteriormente ocurrió la sutura del
alóctono al Paleozoico, durante la Orogénesis Herciniana (385-245 Ma); dicho alóctono
incluyó terrenos precámbricos, entre los cuales sólo se ha determinado la edad de las
rocas graníticas de la Sierra Nevada de Santa Marta en Colombia. La última colisión
tuvo su inicio a finales del Mesozoico del Cretáceo (González de Juana et al., 1980).
La Figura 1.5 muestra la distribución de los terrenos alóctonos que se soldaron al
autóctono del Paleozoico temprano, durante el período Ordovícico - Silúrico. Aquellos
donde hay rocas paleozoicas y que se adosaron en el Paleozoico temprano, se
reconocen ahora como parte del basamento de los terrenos incorporados durante la
historia tectónica del Caribe, como el constituyente del cinturón orogénico del
Paleozoico temprano al norte de la Falla de Apure y como parte del basamento de los
Andes y de la Cuenca del Lago de Maracaibo. En el subsuelo del Lago de Maracaibo
este terreno está representado por rocas metasedimentarias ordovícicas, que también
14
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
afloran en los Andes. Los terrenos alóctonos de edad devónica, que se adosaron a
Suramérica en el Paleozoico tardío, están ahora aflorando en la Sierra de Perijá. Como
parte de la historia de la acreción del alóctono del Paleozoico tardío contra el temprano
(previamente suturado), se reconocen rocas graníticas producto de la subducción por
debajo del borde norte de la Placa Suramericana (WEC, 1997).
Figura 1.5. Mapa de distribución de terrenos alóctonos durante el OrdovícicoSilúrico (Orogénesis Herciniana) y desde finales del Mesozoico hasta el presente.
(Tomado de WEC, 1997)
En Venezuela, la rotura o “rifting” de Pangea (super-continente que reunía las masas
continentales de América, Europa y África actuales) produjo varias estructuras
15
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
importantes que posteriormente influyeron en la evolución de las cuencas sedimentarias
venezolanas. Dentro de Venezuela Continental, la apertura del Proto-Caribe indujo el
desarrollo de valles de extensión o grábenes con una tendencia noreste, en los que se
incluyen los grábenes de Apure-Mantecal y Espino, así como también los grábenes de
los Andes y Perijá en Machiques Uribante, y el ubicado en el Lago de Maracaibo
(WEC, 1997).
1.1.2.1. Secuencia Tectónica 1: Fracturamiento o Agrietamiento del Jurásico
Tardío
La secuencias tectónica 1 representa el basamento acústico de la Cuenca del Lago de
Maracaibo en el límite inferior de la imagen de la sísmica y la exploración profunda
dentro de la cuenca (Lugo y Mann 1995) (Fig. 1.2). La secuencia consiste en las rocas
sedimentarias del Paleozoico tardío de la formación Mucuchachí y las capas rojas
superpuestas de la formación La Quinta del Jurásico, derivados de la erosión de los
bloques metamórficos fracturados del Paleozoico, expuestos durante la separación de
Pangea (Schubert 1979, Maze 1984). Las capas rojas relacionadas a la fractura son
producto del material piroclástico del grupo La Gé depositado en grábenes o valles
elongados (Lugo y Mann 1995; Parnaud 1995) que comprenden las rocas Jurásicas que
rodean la Cuenca del Lago de Maracaibo (Audemard, 1991; Lugo y Mann, 1995)
(Figura 1.1.A).
Durante el Cretácico Temprano, la sedimentación fue controlada en su inicio por el
sistema de fallas de los grábenes jurásicos. A continuación, la subsidencia se estabilizó
y el Grupo Cogollo (carbonático) se depositó en un extenso mar epicontinental
transgresivo sobre Venezuela Occidental (WEC, 1997).
16
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
1.1.2.2. Secuencia Tectónica 2: Margen Pasivo del Cretáceo
La secuencia tectónica 2 fue depositada sobre un margen pasivo (Figura 1.1. A), que
incluyó las unidades carbonaticas y clásticas del Cretáceo temprano y está rodeada por
la discordancia basal del Cretáceo, la cual separa la plataforma carbonatica del
Cretáceo subyacente en la roca fracturada, del basamento metamórfico descrito
anteriormente. La configuración estructural de la cuenca durante este período se
caracterizó por los levantamientos, las micro-cuencas y la actividad tectónica en el
oeste de la Cuenca del Lago de Maracaibo, las cuales se relacionan en muchos
trabajos al levantamiento de la Cordillera Central de Colombia (Erlich 1999; Macsotay
2005), Renz (1981), utilizando secciones trazadas desde los afloramientos a lo largo del
área de la montaña que rodea la cuenca de Maracaibo, interpretaron un levantamiento
del basamento del arco de Mérida. Lugo y Mann (1995) dedujeron la continuación del
Arco de Mérida dentro de la terminación sur del Lago de Maracaibo, la cual afectó el
espesor de las rocas en el margen pasivo del Cretáceo (Figura 1.1.A). El tope de la
secuencia tectónica está definida por el Miembro Socuy de la Formación Colón (Fig.
1.2). La secuencia tectónica del Miembro Socuy, y el margen pasivo del Cretáceo
incluye las siguientes formaciones que se muestran en la figura 1.2 y la descripción
detallada de los estudios de afloramientos en los bordes de la cuenca por los siguientes
autores: Río Negro (Hedberg 1931), Apón (Sutton 1946), Lisure (Rod y Maync, 1954),
Aguardiente (Notestein 1944), La Luna (Garner, 1926), y el Miembro Socuy de la
Formación Colón (Sutton 1946, González de Juana et al., 1980).
Las formaciones Apón, Lisure, Aguardiente y Maraca conforman el Grupo Cogollo
(González de Juana et al., 1980). Todas las rocas carbonaticas del Grupo Cogollo se
depositaron en una plataforma carbonatica superficial (Azpiritxaga, 1991). La formación
La Luna en el Cretáceo suprayacente al Grupo Cogollo forma una roca madre única en
su clase en el mundo la cual es la responsable del más del 98% de los hidrocarburos
generados en la Cuenca del Lago de Maracaibo (Talukdar y Marcano, 1994; Nelson
17
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
2000; Escalona y Mann 2006c) (Fig. 1.1.B). El tope de La formación La Luna rica en
material orgánico está definido por las rocas carbonaticas del miembro Socuy. Este
contacto está caracterizado sobre los datos provenientes de la sísmica por un continuo
reflector producido por la impedancia acústica entre la arcilla subyacente de la
formación La Luna y las rocas carbonaticas suprayacente del miembro Socuy.
En la figura 1.6 se indica conceptualmente la distribución de paleoambientes y unidades
estratigráficas principales durante el Cretáceo tardío en el norte de la Placa
Suramericana. A partir del final del Albiense, se inicia desde el este de Venezuela y de
manera diacrónica hacia el oeste, la invasión marina que llegó a cubrir extensas zonas
hacia el sur del país, las cuales se mantenían como áreas expuestas a la erosión desde
finales del Jurásico o incluso desde finales del Paleozoico. Esta invasión marina
coincide con el pulso mundial transgresivo del Cretáceo tardío, responsable de la
sedimentación de calizas, lutitas y ftanitas ricas en materia orgánica tanto en América
como en Europa. Estas rocas se conocen en Venezuela como las Formaciones
Querecual-San Antonio (Grupo Guayuta), Mucaria, Navay y La Luna (WEC, 1997).
Hacia finales del Cretáceo y comienzos del Paleoceno, Venezuela Occidental sufrió
finalmente el efecto de la colisión entre la Placa de Nazca (Océano Pacífico) y el
Occidente Colombiano.
1.1.2.3.
Secuencia
Tectónica
3:
Cuenca
de
Antepaís
Campaniense
-
Mestrichtiense
La secuencia tectónica 3 fue formada por los efectos prematuros de la colisión oblicua
entre el Gran Arco del Caribe y el noroeste de América del Sur (Figura 1.1..B, C), y
delimitada en su base por la formación Socuy y en su tope por la discordancia del
Paleoceno. La secuencia tectónica fue depositada en una cuenca de antepaís y está
compuesta de rocas sedimentarias clásticas de la formación Colón (Liddle 1928) y Mito
18
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Juan (Garner 1926) del Cretáceo, junto con la formación Guasare del Paleoceno (Lugo
y Mann 1995; Parnaud 1995) (Figura 1.2). Las rocas pelágicas y clásticas de la
formación Colón se dedujeron que se depositaron en la región distal de una cuenca de
antepaís que resultó de la colisión del Arco Caribeño con el Noroeste de América del
Sur. (Cooper 1995, Parnaud 1995) (Figura 1.1..A). La formación Colón es transicional
dentro de la suprayacente Formación Mito Juan que fue depositada en un ambiente
salobre a marino (Sutton 1946). Las rocas del Paleoceno consisten de una sección de
plataforma superficial mixta de sedimentos clásticos y carbonaticos. En el tope de esta
sección se produce un reflector sísmico extenso y continuo debajo del área del Lago de
Maracaibo (Lugo y Mann 1995; Castillo y Mann 2006).
Las areniscas de la formación Colón en el Cretáceo, exhiben un cambio importante en
la litología a partir de la subyacencia del Jurasico y el Cretáceo derivada de las
unidades ricas en cuarzo y de la estratigrafía continental. La aparición de un cinturón de
arcilitas grises a oscuras en la formación Colón en el oeste y suroeste de la permitió
concluir la acreción de un arco hacia el oeste y suroeste de la Cuenca del Lago de
Maracaibo (Van Andel, 1958). Audemard (1991) y Marcha (2004), deduciendo los datos
de la sísmica 2-D y 3-D, interpretaron la presencia de clinoformas buzando hacia el este
y noreste en la parte noroeste de la cuenca para sostener el evento de acreción
mencionado por Marcha (2004) y concluyeron que la formación Guasare subyacente al
Paleoceno fue depositada sobre una topografía relativamente plana ya que no fue
influenciada por la colisión temprana y el evento hacia el oeste. Lugo (1991) sugirió
que la relativa regresión marina durante el Cretáceo-Paleoceno es la responsable
debido a la naturaleza regresiva, de las características particulares de la formación
Colón observadas en la Cuenca del Lago de Maracaibo en ése momento. Sin embargo,
se mantiene la controversia sobre la existencia de una cuenca de Antepaís en el
Cretáceo–Paleoceno al este.
19
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Existen evidencias de que la sedimentación del Grupo Orocué y posiblemente las
formaciones Guasare y Marcelina, estuviesen controladas por los frentes de
deformación de la citada colisión; éstos generaron sucesivos depocentros de edades
cada vez más jóvenes hacia el este de lo que hoy en día es la Sierra de Perijá. Al norte
y oeste de la Cuenca del Lago de Maracaibo al inicio del Paleoceno, la formación
Guasare en cambio, representa ambientes más someros y que reflejan una mayor
lejanía de los frentes de deformación, previamente a la instalación de los ambientes
paludales costeros de la formación Marcelina (WEC, 1997).
Figura 1.6. Mapa de distribución de facies sedimentarias dominantes Cretácico
Tardío. (Tomado de WEC, 1997)
20
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
1.1.2.4. Secuencia Tectónica 4: Fase de la Cuenca de Antepaís Paleoceno Oligoceno
La secuencia tectónica 4 está compuesta por las rocas lacustres a fluvio-deltaicas
definidas por la discordancia del Paleoceno en su base y la discordancia Oligoceno –
Mioceno en su tope (Fig. 1.2). Las unidades sedimentarias en esta secuencia tectónica
registran una transición sedimentaria del margen pasivo. Esta transición coincide con el
esfuerzo emplazante hacia el sur de las napas de Lara en el Eoceno medio (Stephan
1985, Audemard 1991; Lugo 1991; Parnaud 1995) (Figura 1.1.C, D).
Las formaciones contenidas en esta secuencia tectónica incluyen la muy estudiada
Formación fluvio – deltáica Misoa. (Marguregui, 1990; Lugo y Mann, 1995; Escalona y
Mann 2006b); la formación Trujillo (lo más distal de rocas sedimentarias de aguas
profundas; Mathieu, 1989) y la superficial-marina Formación Paují (Sutton 1946;
González de Juana et al., 1980; Mathieu 1989) (Fig. 1.2). La secuencia tectónica 4 está
caracterizada por un carácter regresivo definido por facies fluviales. La sucesión del
Eoceno está compuesta principalmente por areniscas cuarzosas de grano fino a medio,
subangular a redondo, con subordinaciones de arcilla (Lugo y Mann 1995). La
formación Misoa es la roca almacenadora más importante que se formó en los campos
petroleros de la Cuenca del Lago de Maracaibo y es discutida en detalle por Escalona y
Mann (2006b, c).
1.1.2.5. Secuencia Tectónica 5: Levantamiento de la Sierra de Perijá en el
Oligoceno
La secuencia tectónica 5 está limitada por la discordancia del Eoceno en su base y la
del Mioceno superior en su tope (Figura 1.2). En esta secuencia tectónica dominan los
depósitos clásticos marinos superficiales e incluyen las arenas transgresivas de la
formación Icotea en el Oligoceno superior. La cuña clástica del Oligoceno fue
21
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
depositada durante el levantamiento principal de la Sierra de Perijá, el cual controló la
subsidencia al igual que la dispersión del sedimento (Audemard, 1991; Castillo; 2001).
El Neógeno en Venezuela está signado por importantes períodos de formación de
montañas, los cuales son una consecuencia directa de la interacción de las placas del
Caribe y Suramérica. En el Plioceno, la orogénesis en todo el norte de Venezuela
terminó de definir las cuencas petrolíferas actuales y levantó extensas zonas
constituyendo el Sistema de Montañas del Caribe y el ramal de los Andes Venezolanos,
el cual separa a las cuencas del Lago de Maracaibo y Barinas-Apure. En la Sierra de
Perijá, el Grupo El Fausto es una unidad molásica, relacionada con las montañas de
los frentes de deformación en el límite occidental de la Cuenca del Lago de Maracaibo
(WEC, 1997).
1.1.3. Geología local del área de estudio.
El campo Urdaneta Oeste se ubica al Noroeste en la Cuenca de Maracaibo (Figura 1.7).
Presenta como principal yacimiento de explotación, el denominado Yacimiento
Urdaneta – 01 (URD – 01), perteneciente a la Segregación de Urdaneta Pesado (10° 12° API); tiene una extensión aproximada de 19 Km. de largo por 6 Km. de ancho. Está
representado, estructuralmente, por un anticlinal fallado, de buzamiento muy suave, de
eje noreste - suroeste con declive al sur, el cual ocupa el área central y norte del
campo. El mismo ha sido dividido en 6 grandes bloques en base a la interpretación de
un conjunto de fallas sellantes (Intevep, 1999). Cada bloque tiene un comportamiento
de producción diferente, aunque el crudo producido es de igual gravedad API.
El Campo Urdaneta Oeste fue descubierto en el año 1952 con la perforación del pozo
URD-01, no obstante es a partir de 1982 cuando se inicia su explotación a gran escala
como resultado del aumento de la demanda energética a nivel mundial.
22
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 1.7. Ubicación del Yacimiento Urdaneta 01.(PDVSA, 2012)
El Yacimiento URD – 01 presenta gran heterogeneidad (discontinuidades laterales en
los lentes estratigráficos ya correlacionados y grandes cambios de facies entre pozos
distantes 300 m entre sí). Presenta un lente lutítico de 5 a 30 pies de espesor
aproximado el cual se ha denominado informalmente “lutita guía” ya que es útil para
correlacionar y se observa persistente en todo el yacimiento. Además, el mismo ha
permitido dividir operacionalmente a la Formación Misoa en dos (2) secciones: B-X-S/D
Superior y B-X-S/D Inferior.
En el Yacimiento URD – 01 se han cortado, hasta la fecha, nueve (9) núcleos de los
siguientes pozos: UD–165, UD–199, UD–204, UD–313, UD–319, UD-552, UD-577, UD588 y UD-747. Estudios realizados a estos núcleos muestran facies de frente deltaico
hacia el tope de la sección eocena e infrayacente a la misma se presentan canales
distributarios y llanuras de marea. La descripción petrográfica, para la formación Misoa
23
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
en el Yacimiento URD – 01, indica areniscas con altos porcentajes de cuarzo mono y
policristalino, muy bajos porcentajes de feldespatos y como minerales accesorios, la
moscovita y la glaucomita.
En el Yacimiento URD – 01 dominan dos (2) patrones de fallas: un patrón de fallas
normales de dirección Nor-Noroeste con buzamiento hacia el Norte y otro de dirección
Nor-Noreste constituido por una falla de tipo inversa llamada “Falla Principal de
Urdaneta”. Además, existen fallas normales semi paralelas a la falla principal
localizadas hacia la zona norte del yacimiento las cuales fueron formadas durante la
evolución de la falla principal.
La parte basal de la sección eocena corresponde a areniscas completamente saturadas
de agua. La determinación del tope estructural de éstas areniscas se tomó como
referencia para establecer la profundidad final de las nuevas localizaciones a perforar
en el área. Estructuralmente, ésta parte basal se presenta de forma escalonada dentro
de los bloques, y no cumple estrictamente con el concepto del Contacto Agua–Petróleo
(C.A.P.). Desde el punto de vista petrofísico se le denominó como “zona de saturación
de agua movible”.
El Yacimiento URD – 01 se encuentra produciendo oficialmente de las arenas del
Oligoceno (Formación Icotea) y Eoceno (Formación Misoa – miembro B-X-S/D),
situadas supra e infrayacentes a la discordancia del Eoceno, respectivamente. Se ha
comprobado comunicación entre ambas unidades, razón por la cual se le considera un
solo yacimiento.(Figura 1.8)
24
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 1.8. Columna estratigráfica URD-01 (PDVSA, 2014)
1.1.3.1. Descripción del Bloque III
El Bloque III está ubicado en la parte central del Yacimiento Urdaneta 01. Se encuentra
limitado al Norte por una falla normal de aproximadamente 50 pies de salto que separa
los Bloques II y III y al Sur una falla normal de aproximadamente 100 pies de salto que
separa los Bloques III y IV. Cuenta con un área de 3493 Acres.
Para este Bloque se calculó, un POES volumétrico de 1720 MMBls, factor de recobro
de 11.8% con un recobro acumulado de 5.81%, reservas recuperables de 128.77
MMBls, producción acumulada de 50.10 MMBls, reservas remanentes totales de 146.6
25
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
MMBls y agotamiento de 2.91%. El mecanismo de producción predominante es la
compresibilidad del volumen poroso y la expansión de los fluidos.
Como características principales del Bloque se tiene, presión inicial de 3700 Lpc @
7550 pies, presión actual de 1800 a 2700 Lpc al datum de 7550 pies y temperatura de
fondo de 180°F porosidad de 26%, permeabilidad de 700 a 1800 md, viscosidades
entre 180 y 220 Cps a condiciones de yacimiento, espesor de arena bruto de 400 a 700
pies, espesor de arena neto de 100 a 380 pies, saturación de agua inicial de 20 a 36% y
C.A.P.O a 7850 pies aproximadamente.
El potencial actual del Bloque III es 5773 BNPD y la producción 235 BNPD; Para el
momento del estudio se encontraban 31 pozos activos y 36 pozos inactivos. El cálculo
de declinaciones para cada pozo perteneciente al Bloque III mostro rangos de
declinación por pozo entre 4% y 12% anual.
Los pozos productores en este bloque presentan diferentes tipos de completación.
Entre los años 1983-1989, se completaban con revestimiento cementado y se
cañoneaba la formación Misoa en sus diferentes lentes, en algunos casos se
cañoneaban también la formación Icotea obteniendo una producción de hasta 400
BNPD en Gas Lift. Desde el año 1994, se completaron algunos pozos verticales en
hoyo abierto con liner empacado logrando aumentar la producción hasta 600 BNPD y
posteriormente en 1996, se instalaron BES aumentando la producción hasta 1000
BNPD. Entre 1997 y 1998, se perforaron pozos, con diferente producción con BES. Los
pozos verticales completados en hueco abierto reducen un promedio de 700 BNPD. A
partir
del
año
1998
se
comenzó
a
perforar
pozos
altamente
inclinados
aproximadamente de 85° de inclinación empacados.
26
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 1.9. Bloque III del Yacimiento Urdaneta 01. (PDVSA 2013)
CONCLUSIÓN DEL CAPITULO I
Las fallas normales que limitan el Bloque III al Norte y Sur, son producto de la evolución
tectónica de la cuenca del Lago de Maracaibo, que permitió la formación de la
estructura geológica y entrampamiento de los hidrocarburos en el subsuelo. Hoy día el
yacimiento ha sido drenado en gran parte, sin embargo existen zonas prospectivas que
aun manejan importante cantidad de reservas, es por ello se requiere la aplicación de
herramientas y procedimientos que serán útiles para el desarrollo de esta investigación
27
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
para obtener una visión más a fondo que facilite estrategias para el mejoramiento del
plan de explotación.
CAPITULO II. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACION
2.1 Metodología a utilizar
Para llevar a cabo este estudio se realiza una serie de pasos, con el fin de alcanzar los
objetivos planteados; la secuencia de estos se describe a continuación:
FASE I
Búsqueda de información
Revisión bibliográfica
Validación de datos
e informes técnicos
de pozos
Análisis
de los datos
disponibles
FASE II
Elaboración
de Mapas
Elaboración de
Mapa Base
Definición y
Correlación de los
Marcadores
Elaboración de
Secciones
Estratigráficas
Elaboración de
Mapas de
Isopropiedades
Estratigráficos
FASE III
Interpretación
Determinar los cambios
de facies, continuidad y
tendencia
Revisión de mapas
estructurales
Interpretación
depositacional
28
Modelo Estratigráfico
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 2.1. Diagrama de flujo utilizado para el análisis estratigráfico (Villalobos, 2015).
2.1.1 Búsqueda de información
La revisión Bibliográfica consistió en la búsqueda de toda la información disponible que
permitió conocer detalladamente el área de estudio y desarrollar el presente trabajo.
Este se llevo a cabo de la siguiente manera:
Consultas
bibliohemerográficas a través de material escrito (libros, informes
técnicos, tesis, etc.).
Revisión de Mapas Estructurales e Isópacos del área de estudio.
Recopilación de registros eléctricos y Rayos Gama (GR) de los pozos ubicados en el
área de estudio.
Migración de toda la data recopilada (coordenadas UTM de los pozos, desviaciones,
topes estratigráficos, profundidades, etc) al paquete computarizado Geography
Discovery. de la plataforma Landmark.
Para la realización de la caracterización Estratigráfica se contó con la ayuda del
paquete computarizado
Geography Discovery de la plataforma Landmark, utilizado
para el modelado de yacimientos, por medio de los módulos X- Section, PrizM y
Geotlas.
2.1.2. Validación de datos de pozos.
29
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Los pozos utilizados para el desarrollo de este estudio disponen de registros
convencionales registros especiales, tales como Registros de Gamma Ray Espectral,
Resonancia Magnética, Registros de Imagen, representando esto una gran ventaja para
su evaluación, al permitir analizar, interpretar e integrar eficazmente la información,
logrando así una acertada caracterización de los yacimientos asociados.
Para el desarrollo del estudio se utilizaron 76 pozos perforados, de los cuales
permanecen activos 69 en el área de Bloque III, para la elaboración de las secciones
litoestratigráficas y estructurales con la finalidad de obtener una visión más clara de la
continuidad y comportamiento en el subsuelo de las unidades sedimentarias, así como de
los rasgos y patrones estructurales que determinan la configuración actual de la zona. En
la Tabla 2.1, se presenta el listado de los pozos empleados, puntualizando sus
respectivas coordenadas UTM.
En la actualidad el Bloque III no cuenta con el estudio de núcleo que constituye
la
infor
maci
ón
más
apro
xima
da a
las
condi
cione
s
30
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
reales de las diferentes formaciones y su disposición en la secuencia sedimentaria, sin
embargo se correlaciona con núcleos de los Bloques vecinos para obtener un resultado
más acertado.
.
Tabla 2.1. Listado de Pozos empleados. (Villalobos, 2015)
2.1.3. Análisis e interpretación de registros convencionales y especiales
Para la realización del presente trabajo se emplearon registros convencionales, como los
registros GR y SP, de resistividad, densidad neutrón, registros de buzamiento y caliper;
31
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en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
así como registros especiales, entre ellos registros de Gamma Ray Espectral, Registros
de Imagen y de Resonancia Magnética.
El análisis de estos registros especiales junto a la información que puede extraerse de los
registros convencionales, representa una excelente herramienta para el desarrollo del
trabajo, permitiendo validar y mejorar la calidad de la interpretación efectuada en la
descripción de núcleo y correlaciones estratigráficas.
2.1.4. Elaboración del Mapa Base
Con los datos de los pozos coordenadas (X, Y) en UTM, se dispuso a cargar esta
información en la aplicación “WELL BASE” del software DISCOVERY, se elaboró el
mapa base a escala 1:30.000, en donde se observa la distribución espacial de los
pozos (Figura 2.2), y sobre el cual se realizará el mallado de las secciones
estratigráficas y estructurales, además de toda la información resultante del estudio,
para finalmente elaborar los mapas estructurales, de facies y de isopropiedades. La
tabla 1 muestra el listado de los 76 pozos estudiados en el Bloque III.
32
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura
2.2.
Mapa
Base
Bloque III.
(Villalobos, 2015)
2.1.5. Definición y Correlación de los Marcadores Estratigráficos
En el área de Urdaneta se tienen establecido los topes oficiales que corresponden a las
formaciones Misoa (BXS/D) e Icotea, que han sido denominados como parte del
yacimiento Urdaneta 01, dichos topes están basados en criterios litoestratigráficos
Partiendo de la información conocida, se seleccionaron varios pozos, se procedió a
dividir la secuencia sedimentaria en varias zonas a partir de la identificación de los
marcadores estratigráficos mas distintivos, en este caso un lente lutítico (“lutita mn87
33
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
guía”), precisando así los límites entre las secciones: B-X-S/D Superior y B-X-S/D
Inferior, y subdividiéndolas en varias subunidades (B-31, B-46, B-45), las cuales fueron
correlacionados a partir del análisis de los patrones de electrofacies evidenciados por los
registros Gamma Ray o Potencial Espontáneo según el caso, con la intención de
reconocer y agrupar las unidades equivalentes tanto en tiempo, como en edad y posición
estratigráfica.
2.1.6. Elaboración de Secciones Estratigráficas
Con la interpretación de los marcadores y la correlación de los pozos se procede a
realizar las secciones litoestratigráficas que permiten observar la disposición, variación
y continuidad lateral y vertical de la secuencia en el subsuelo teniendo como resultado
la sección tipo que incluye los pozos UD-208, UD-206, UD-166, UD352, UD-162 y UD205, en virtud de ser considerados representativos del área, en la Formación Misoa. En
la Figura 2.3 se muestra la sección tipo seleccionada, señalando los marcadores
estratigráficos definidos para el estudio.
A partir de las correlaciones estratigráficas se procedió a la identificación de unidades
sedimentarias (zonas), las cuales están separadas por marcadores estratigráficos los
cuales representan esencialmente líneas de tiempo.
.
34
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 2.3. Sección Tipo del área de estudio. (Villalobos, 2015)
Luego de seleccionar los pozos de interés y establecer los marcadores estratigráficos, se
trazó sobre el mapa base un mallado constituido por seis (6)
líneas de sección en
dirección SO-NE y tres (3) en dirección NO-SE, definidas de acuerdo a la distribución
espacial de los pozos, con el propósito de evaluar la continuidad de las facies y unidades
litológicas, y así tener una visión global del comportamiento y disposición de las mismas
en el subsuelo. En la Figura 2.4 se muestra el mallado de secciones estratigráficas
establecido.
Las secciones fueron elaboradas mediante la aplicación Xsection de la Plataforma
Discovery GeoGraphix, a partir de la cual se adquiere la información digital de cada pozo
(curvas, profundidades, desviaciones, intervalos cañoneados, etc.), logrando obtener una
representación gráfica final de cada sección planteada en el mallado
35
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en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 2.4. Mapa Base con el Mallado de Secciones Estratigráficas. De color Azul las
correlaciones en dirección SE-NO y de color Verde las correlaciones en dirección SONE. (Villalobos, 2015)
2.1.7. Elaboración de Mapas de Isopropiedades
Para generar los mapas de isopropropiedades se utilizo el programa GeoGraphix
Discovery específicamente la aplicación Geoatlas. Estos mapas fueron elaborados con
los datos provenientes de las evaluaciones realizadas en el área de estudio (sumarios),
tales como los espesores de Arena Neta Total (ANT), Arena Neta Petrolífera (ANP),
Porosidad (Φ), Permeabilidad (K), Volumen de Arcilla (V ) y Saturación de Agua (S ).
sh
w
36
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Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
La eficiente definición de las parasecuencias que conforman un yacimiento es de gran
importancia en la determinación de la geometría y arquitectura interna del mismo, y esto
a su vez es clave en la comprensión del grado de heterogeneidad del yacimiento,
definiendo las zonas de mayor o menor prospectividad.
37
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
CAPÍTULO III
ANALISIS Y EVALUACION DE LOS MODELOS ESTRATIGRAFICOS
YACIMIENTO URD 01 EN LAS ARENAS SUPERIORES DEL BLOQUE III.
DEL
3.1. Introducción.
En el siguiente capítulo se brinda un análisis y evaluación de los modelos estratigráficos
del yacimiento URD 01 donde confecciona los mapas estructurales, de isopropiedades
de las arenas superiores del bloque III
Los mapas anteriormente señalados nos brindan información acerca de la estructura,
los cambios de facies y depositación, permitiendo conocer las arenas mas prospectiva
en la extracción del crudo.
3.1.1.
Los topes de las diferentes subunidades presentes en las arenas
superiores de Formación Misoa de Edad Eoceno.
La revisión de los topes de las diferentes subunidades presentes en las arenas
superiores de la formación Misoa B indican que es un intervalo rico en arena altamente
heterogénea, esta heterogeneidad compleja se debe principalmente a los cambios de
facies verticales y laterales.
Generalmente, la arenisca de la formación Icotea del
Oligoceno onlaps una superficie erosional mayor, la Discordancia Eoceno, y se
engruesa gradualmente hacia el suroeste a través del campo. La Misoa B3 (el intervalo
más elevado, preservado localmente en la unidad de la Misoa B), a la inversa, se
adelgaza hacia el suroeste debido a la truncación erosional por debajo de la
Discordancia Eoceno.
38
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
La STA (System Technology Associates, Inc) diseñó una nomenclatura estratigráfica la
cual está estrechamente ligada a la nomenclatura que ha sido usada históricamente en
la Cuenca de Maracaibo por PDVSA. La actual nomenclatura estratigráfica según lo
define STA puede ser vista en la Figura 3.1.
Los intervalos mayores de la Misoa B, desde la cima hasta la base, son nombrados B3
hasta B8. La base de B8 se considera como la base de la Misoa B. STA interpretó
hasta 20 superficies (17 dentro del intervalo de la Misoa B, MFS La Rosa, Icotea y
Disc. Eoceno) en todos los pozos en el campo que tenían registros utilizables.
Figura 3.1 Nomenclatura Estratigráfica Actual.
39
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
En contraste, las correlaciones estratigráficas dentro del intervalo de la Misoa B
realizadas en la presente investigación son marcadamente diferentes de aquellas en el
estudio la STA. Se reinterpretó la estratigrafía de la Misoa B a desde la Discordancia
Eoceno, tomando en cuenta solo la subunidades superiores: B32, B31, B46 y B45.
Cabe destacar que el intervalo B32 se encuentra parcialmente erosionado y no es
representativo por sí solo, por lo tanto se unió a la subunidad B31.
TOPES INTERPRETADOS POR Carideli Villalobos
TOPES ORIGINALES DE LA STA
POZOS
UD
TOPES
CARIDELI
FUENTE
MD
TVD
Subsea
TOPES
STA
ORIG.
5
5
5
5
46
46
46
46
47
47
47
47
48
48
48
105
105
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
B31
B46
B45
MISOA
B31
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
7271
7353
7432
7527
7241
7330
7403
7519
7261
7333
7411
7504
7391
7447
7545
7500
7576
7270
7353
7431
7527
7241
7330
7403
7519
7259
7331
7409
7501
7386
7442
7541
7500
7576
-7237
-7320
-7398
-7494
-7224
-7313
-7386
-7502
-7242
-7314
-7392
-7484
-7369
-7425
-7524
-7467
-7543
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
B31
B46
B45
MISOA
B31
DIFERENCIA
EN
ESPESOR
MD
TVD
SUBSEA
MD
7426
7512
7585
7426
7512
7585
-7393
-7479
-7552
-73
-80
-58
7389
7489
7554
7389
7489
7554
-7372
-7472
-7537
-60
-86
-35
7402
7501
7564
7400
7499
7562
-7383
-7482
-7545
-69
-90
-60
7631
7631
-7598
-55
40
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
105
105
123
123
123
123
124
124
124
124
127
127
127
127
127A
127A
162
162
162
162
166
166
166
166
181
181
181
181
186
186
186
186
192
192
192
192
194
194
194
194
196
196
196
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
B31
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B31
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B31
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STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
7636
7731
7489
7611
7668
7767
7683
7747
7811
7927
7409
7503
7572
7638
7507
7596
7382
7446
7515
7598
7375
7459
7530
7605
7318
7409
7470
7543
7323
7435
7518
7614
7207
7261
7314
7396
7299
7420
7514
7601
7293
7376
7429
7636
7731
7489
7611
7668
7767
7683
7747
7811
7927
7401
7488
7552
7612
7499
7579
7382
7446
7515
7598
7375
7459
7530
7605
7318
7409
7470
7543
7323
7435
7518
7614
7207
7261
7314
7396
7299
7420
7514
7601
7293
7376
7429
-7603
-7698
-7456
-7578
-7635
-7734
-7650
-7714
-7778
-7894
-7368
-7455
-7519
-7579
-7466
-7546
-7349
-7413
-7482
-7565
-7342
-7426
-7497
-7572
-7285
-7376
-7437
-7510
-7290
-7402
-7485
-7581
-7174
-7228
-7281
-7363
-7266
-7387
-7481
-7568
-7260
-7343
-7396
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
B31
B46
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
7732
7795
7732
7795
-7699
-7762
-96
-64
7607
7704
7778
7607
7704
7778
-7574
-7671
-7745
5
-36
-11
7807
7900
7965
7807
7900
7965
-7774
-7867
-7932
-60
-90
-38
7552
7651
7713
7533
7624
7681
-7500
-7591
-7648
-49
-78
-75
7513
7613
7676
7513
7613
7676
-7480
-7580
-7643
-67
-97
-79
7506
7604
7669
7506
7604
7669
-7473
-7571
-7636
-47
-73
-64
7435
7546
7614
7435
7546
7614
-7402
-7513
-7581
-26
-76
-71
7443
7537
7608
7443
7537
7608
-7410
-7504
-7575
-8
-19
6
7334
7446
7530
7334
7446
7530
-7301
-7413
-7497
-72
-132
-134
7421
7524
7594
7421
7524
7594
-7388
-7491
-7561
0
-10
7
7419
7523
7419
7523
-7386
-7490
-43
-94
41
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
196
200
200
200
200A
200A
200A
200A
201
201
201
201_1
201_1
201_1
201_1
204
204
204
205
205
205
205
206
206
206
206
207
207
207
207
208
208
208
208
254
254
254
254
257
257
257
257
259
B45
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
B31
B46
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MISOA
B46
B31
B45
B31
B46
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MISOA
B31
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MISOA
B31
B46
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MISOA
B31
B46
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MISOA
B31
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MISOA
B31
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MISOA
B31
B46
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MISOA
STA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
7501
7371
7433
7503
7262
7377
7440
7511
7268
7284
7376
7196
7296
7309
7391
7440
7512
7605
7543
7607
7690
7794
7476
7596
7661
7746
7158
7251
7324
7398
7392
7510
7626
7702
7306
7381
7456
7527
7580
7705
7764
7838
7523
7501
7371
7433
7503
7260
7375
7438
7509
7268
7284
7376
7196
7295
7308
7391
7440
7512
7605
7543
7607
7690
7794
7476
7596
7661
7746
7158
7251
7324
7398
7392
7510
7626
7702
7306
7381
7456
7527
7580
7705
7764
7838
7523
-7468
-7338
-7400
-7470
-7227
-7342
-7405
-7476
-7235
-7251
-7343
-7151
-7250
-7263
-7346
-7407
-7479
-7572
-7510
-7574
-7657
-7761
-7443
-7563
-7628
-7713
-7125
-7218
-7291
-7365
-7359
-7477
-7593
-7669
-7273
-7348
-7423
-7494
-7547
-7672
-7731
-7805
-7490
B45
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
B31
B46
B45
MISOA
B46
B31
B45
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
7586
7586
-7553
-84
7400
7502
7573
7398
7500
7571
-7365
-7467
-7538
-23
-62
-62
7328
7418
7482
7328
7418
7482
-7283
-7373
-7437
-32
-110
-91
7668
7764
7835
7668
7764
7835
-7635
-7731
-7802
-60
-74
-41
7587
7686
7757
7587
7686
7757
-7554
-7653
-7724
9
-25
-11
7275
7377
7448
7275
7377
7448
-7242
-7344
-7415
-24
-53
-50
7511
7614
7684
7511
7614
7684
-7478
-7581
-7651
-1
12
18
7415
7512
7587
7415
7512
7587
-7382
-7479
-7554
-34
-55
-60
7704
7800
7856
7704
7800
7856
-7671
-7767
-7823
1
-37
-17
42
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
259
259
259
286
286
286
286
352
352
352
352
477
477
477
477
479
479
479
479
480
480
480
480
521
521
521
521
539
539
539
539
562
562
562
562
566
566
566
566
567
567
567
567
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
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MISOA
B31
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B45
MISOA
B31
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MISOA
B31
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STA
STA
STA
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STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
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7731
7795
7188
7323
7390
7436
7354
7453
7477
7568
7225
7294
7358
7415
7220
7336
7420
7510
7438
7537
7593
7667
7216
7300
7377
7450
7559
7681
7753
7835
7257
7341
7404
7464
7577
7676
7757
7827
7150
7250
7334
7401
7657
7731
7795
7188
7323
7390
7436
7354
7453
7477
7568
7225
7294
7358
7415
7220
7336
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7438
7537
7593
7667
7216
7300
7377
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7681
7753
7835
7257
7341
7404
7464
7533
7632
7713
7783
7150
7250
7334
7401
-7624
-7698
-7762
-7155
-7290
-7357
-7403
-7321
-7420
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-7192
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-7648
-7720
-7802
-7224
-7308
-7371
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-7611
-7692
-7762
-7117
-7217
-7301
-7368
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
B46
B45
MISOA
B31
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B45
MISOA
B31
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13
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7586
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-45
43
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
569
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570
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606RD
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607
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STA
STA
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STA
PDVSA
STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
STA
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STA
STA
STA
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STA
STA
STA
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STA
STA
STA
PDVSA
STA
STA
STA
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7989
8325
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7638
7784
7966
7613
7903
8112
8499
7544
7802
8005
8300
8863
9427
7147
7256
7318
7397
7163
7276
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7422
7663
7823
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7368
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7502
7221
7276
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7423
7196
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7391
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7324
7393
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7545
7613
7504
7598
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7253
7315
7394
7160
7271
7326
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7242
7333
7397
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7286
7368
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-7163
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-38
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9032
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-7418
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8462
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-7399
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7993
8317
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7616
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12
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7357
7430
7252
7353
7427
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-7320
-7394
1
-38
-33
7269
7372
7447
7264
7366
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-7321
-7394
7
-40
-33
7710
7931
8099
7351
7441
7510
-7305
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-7464
-47
-109
-92
7401
7526
7611
7401
7526
7611
-7368
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-7578
-32
-79
-80
44
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
614
614
614
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624
624
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685
685
685
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686
686
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711
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711
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739
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STA
STA
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STA
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STA
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STA
STA
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7395
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7370
7444
7504
7590
7677
7747
7800
7912
7451
7554
7624
7693
7222
7321
7394
7468
7213
7336
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7275
7346
7628
7958
8170
7151
7245
7595
7668
7753
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7455
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7642
7236
7330
7395
7476
7368
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7502
7588
7669
7739
7793
7904
7449
7552
7622
7691
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7387
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7211
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7217
7273
7345
7292
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7496
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-7696
-7348
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-7609
-7190
-7284
-7349
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-7456
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-7623
-7693
-7747
-7858
-7403
-7506
-7576
-7645
-7183
-7282
-7354
-7428
-7178
-7301
-7363
-7462
-7104
-7184
-7240
-7312
-7258
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8403
7586
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-82
-84
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-59
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-86
7800
7886
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7878
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-7746
-7832
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-53
-85
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7686
7751
7587
7683
7749
-7541
-7637
-7703
-35
-61
-58
7364
7468
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7358
7461
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-7490
-43
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-7288
-7395
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13
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7264
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-47
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-96
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8190
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7274
-7229
-31
45
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
739
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743
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753
753
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759
759
759
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760
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STA
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STA
STA
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STA
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PDVSA
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7398
8008
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7360
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7487
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7305
7398
7464
7534
8468
9061
7292
7365
7159
7252
7333
7410
7198
7294
7341
7398
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7355
7322
7340
7407
7467
7560
7304
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7533
7363
7423
-7247
-7320
-7114
-7207
-7288
-7365
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B31
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B31
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7286
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7283
7389
7458
-7238
-7344
-7413
-31
-55
-49
7321
7431
7493
7321
7430
7493
-7288
-7397
-7460
-26
-89
-96
7472
7571
7636
7452
7551
7616
-7419
-7518
-7583
-45
-84
-56
7442
7555
7613
7440
7553
7612
-7404
-7517
-7576
-43
-91
-79
Tabla 3.1. Topes interpretados vs topes originales.(Villalobos, 2015)
Con el propósito de determinar los topes estratigráficos de las unidades sedimentarias,
así como los marcadores que pueden ser correlacionados a lo largo de todo el área, se
procedió a definir inicialmente en el registro del pozo UD-208 las unidades sedimentaria
mayores, delimitadas por los cuellos lutíticos representativos y que pueden ser
correlacionados con el resto de los pozos. De las nueve secciones litoestratigráficas
elaboradas, seis se realizaron en dirección SO-NE, tres con dirección NO-SE.
46
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figur
a 3.2.
Regis
tro
Tipo
del
Pozo
UD208.
Defini
ción
de
los
marc
adore
s
estrat
igráfi
cos.
(Villal
obos,
2015)
3.1.2. Cambios de facies, continuidad y tendencia de las arenas en el área de
estudio.
47
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
En el presente, se reconocieron cuales son las respuestas de los perfiles eléctricos y de
resistividad en la secuencia de interés, esto es, la identificación de electrofacies. Cada
perfil de pozo da en mayor o menor grado alguna información acerca de la composición
mineralógica, la textura y las estructuras sedimentarias, aún cuando esta información
esté algunas veces implícita.
Los patrones de las curvas se ajustan a distintos medios sedimentarios, por lo que, no
son exclusivos de un ambiente sedimentario en particular, sin embargo el empleo de
estas en conjunción con un modelo de facies resulta en la obtención de una acertada
interpretación de sucesiones de facies y por ende de los eventos asociados a estas.
(Figura 3.3)
Figura. 3.3. Patrones de Electrofacies. (Modificado de Walter y James, 1992).
48
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
La formación Misoa B fue depositada principalmente por deltas fluvialmente dominados.
Esta interpretación fue basada primariamente en los estudios de núcleo de nueve pozos
dentro del Campo de Urdaneta, y es apoyada por las relaciones de facies y la compleja
heterogeneidad del yacimiento observada durante los análisis de la STA. Misoa B en el
Campo Urdaneta está compuesta de una serie de secuencias deltaicas, fluvialmente
dominadas, amontonadas, producidas por múltiples episodios de avance y retiro
deltaico. Este modelo de depósito explica la naturaleza de alta heterogeneidad de la
esta formación.
Cada delta comprende tres tipos de ambientes: la llanura deltaica, el frente deltaico y el
prodelta, con características propias, representadas por la integración de evidencias
como estructuras sedimentarias, litología, asociaciones de facies, de icnofósiles.
Actualmente se reconocen tres tipos de deltas principalmente. El intervalo de interés de
este estudio se sitúa ambientalmente en el intervalo comprendido entre el frente
deltaico y la llanura de inundación.
Por medio de la interpretación de los mapas de electrofacies en conjunto con el proceso
de correlación de pozos, se observa hacia las zonas NE y S la presencia de Barras de
desembocaduras y canales distributarios que son asociados a frentes deltaicos.
Las formas y espesores de las barras son variables ya que estos dependen de las olas
del frente deltaico y de la energía de la corriente en los distributarios. La secuencia es
vertical de contacto abrupto en el tope y pendiente hacia la base que indica el
incremento de la granulometría y disminución de la arcillosidad hacia el tope. Las
características petrofísicas mejoran hacia el tope del cuerpo de arena.
Mientras que en los canales se observa superposición de secuencia de canal, con
conglomerados y arenas. La base de estos cuerpos es erosiva y en la sección vertical
muestran estructuras de afinamiento de granos. (Figuras 3.4, 3.5 y 3.6)
49
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
En dirección E y pequeñas zonas en el área central se observan contactos
gradacionales característicos a llanuras de inundación, donde que se depositan de
sedimentos finos formándose así las lutitas.
Estas características se observan en las tres subunidades evaluadas del Bloque III a
nivel de la formación Misoa, siendo esta un área que presenta zonas favorables para la
explotación y recuperación de crudo.
50
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 3.4. Mapa de ANT de la subunidad B31 del Bloque III. Yacimiento UD 01.
(Villalobos, 2015)
51
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 3.5. Mapa de ANT de la subunidad B46 del Bloque III. Yacimiento UD 01.
(Villalobos, 2015)
52
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 3.6. Mapa de ANT de la subunidad B45 del Bloque III. Yacimiento UD 01.
(Villalobos, 2015)
3.1.3. Mapas estructurales a nivel de las sub unidades B31, B46 y B45 de la
Formación Misoa.
Los mapas de contornos estructurales se elaboran una vez realizada las correlaciones
de todos los pozos del área, se toma como base los topes obtenidos de dicha
correlaciones, y se despliegan mediante la aplicación Discovery GeoGraphix y se
procede a generar los mapas de contornos estructurales por cada subunidad para
obtener una mejor visión de la estructura según la interpretación geológica. (Figura 3.7
).
La elaboración de los mapas estructurales en las sub unidades B31, B46 y B45 de la
formación Misoa indica una estructura anticlinal asimétrica, donde la Falla Urdaneta
Oeste, es la falla principal de este sistema, en las unidades aparecen un conjunto de
fallas secundarias que que responden a las deformaciones que se manifiestan a lo largo
53
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
de la falla principal. Es importante señalar como estos elementos geoestructurales
conservan la tectónica del yacimiento Urdaneta 01 en un sentido longitudinal.
En los mapas estructurales B31, B46 y B45 aparecen diferentes intersecciones de
fallas, que pueden generar cierres locales dentro del bloque, los que pueden
catalogarse de posibles entrampamiento de hidrocarburos.
La zona 1 (tope de Misoa y base B31) comprende una estructura anticlinal, dividida
principalmente en 3 áreas por una serie de fallas que forman una cresta en dirección
S64W, con un buzamiento de 45 grados, en los flancos del norte de la zona las capas
posen una dirección N45E y buzan 34 grados, al sur poseen la misma dirección con un
buzamiento más inclinado de 75. Las zonas 2 y 3 son áreas subyacentes y tienden a
ser similares a la zona 1, como se puede observar en la Figura 3.7.
54
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
55
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 3.7. Mapas Estructurales de las subunidades superiores del Bloque III.
Yacimiento URD 01. (Villalobos, 2015)..........................................................................
...........................................................................................
56
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
3.1.4. Análisis e interpretación de los Mapas de Isopropiedades a nivel de las subunidades B31, B46 y B45 de la Formación Misoa.
Interpretación de Zona 1 (Subunidad Tope Misoa - B31)
Fig
ura
3.8
.
Ma
pa
s
de
Iso
pro
pie
dades de las subunidades superiores del Bloque III. Yacimiento URD 01. a) ANP. b)
Vsh. c) Permeabilidad. d) Porosidad. (Villalobos, 2015)
En el mapa de ANP (Figura 3.8) para la Zona 1 se puede apreciar hacia el NNE valores
de 94´ de arenas netas petrolíferas, y al SSE de 109´, con un espesor promedio de 48´.
Ubicándose estas como las aéreas más prospectivas y favorables.
La distribución de volumen de arcilla va desde 0.03 a 0.13, teniendo como valor
promedio 0.09. Se observa un mayor volumen de arcilla hacia el NO y la zona central, y
las áreas de menor contenido de arcilla se ubican hacia NNE y SSO, lo cual coincide
con el valor de ANP.
57
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
La porosidad efectiva para la Zona 1, tiene valores que van desde 25% hasta 32%,
siendo 26% el valor promedio de la misma. El mapa de porosidad efectiva para la
formación en estudio, presenta una configuración similar al mapa de volumen de arcilla,
en general hacia el NNE y SSO del Bloque se localiza la zona más favorable desde el
punto de vista de porosidad.
El promedio de permeabilidad para la Zona 1 en el Bloque 3, es de 498mD, se observa
al NNE y SSO áreas de mayor movilidad de fluido presentando un sistema conectado
de espacios porosos favorables.
Interpretación de Zona 2 (Subunidad B31 - B46)
58
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Figura 3.9. Mapas de Isopropiedades de las subunidades superiores del Bloque III.
Yacimiento URD 01. a) ANP. b) Vsh. c) Permeabilidad. d) Porosidad. (Villalobos, 2015)
En el mapa de ANP (Figura 3.9) las áreas más prospectivas se observan hacia el NNE
y S con valores de 85´ y 73´ respectivamente, con un espesor promedio de 42´.
El volumen de arcilla en esta zona va desde 0.07 a 0.15, con un valor promedio 0.09.
Hacia el NO y la zona central existe un mayor volumen de arcilla y las áreas de menor
contenido de arcilla se ubican hacia NNE y al S.
La porosidad efectiva, tiene valores que van desde 25% hasta 31%, siendo 26% el valor
promedio de la misma, la zona más favorable desde el punto de vista de porosidad se
localizan hacia el NNE y al S del Bloque.
Se observa al NNE y al S áreas de mayor movilidad de fluido presentando un sistema
conectado de espacios porosos favorables, con un valor promedio de permeabilidad de
528mD,
Interpretación de Zona 3 (Subunidad B46 - B45)
Fig
ura
3.1
0.
Ma
pa
s
de
Iso
pro
59
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
piedades de las subunidades superiores del Bloque III. Yacimiento URD 01. a) ANP. b)
Vsh. c) Permeabilidad. d) Porosidad. (Villalobos, 2015)
En todas las subunidades los mapas (Figura 3.10) presentan una configuración similar,
hacia el NE se observan arenas prospectivas con valores de 56´ de arenas netas
petrolíferas, y al SSO de 52´, con un espesor promedio de 23´. Es importante destacar
la presencia de un pequeño paquete de arenas hacia SE con espesores de 53´.
La distribución de volumen de arcilla va desde 0.08 a 0.13, con un valor promedio 0.1.
Se observa un mayor volumen de arcilla hacia el NNO y NO, y las áreas de menor
contenido de arcilla se ubican hacia NE y SSO, lo cual coincide con el valor de ANP.
La porosidad efectiva tiene valores que van desde 26% hasta 31%, siendo 26% el valor
promedio de la misma. El mapa de porosidad efectiva para la formación en estudio,
presenta una configuración similar al mapa de volumen de arcilla, en general hacia el
NE, SSO y SE del Bloque se localiza la zona más favorable desde el punto de vista de
porosidad.
El promedio de permeabilidad es de 487mD, se observa áreas al NE, SSO y un
pequeño paquete de arenas hacia SE con mayor movilidad de fluido presentando un
sistema conectado de espacios porosos favorables.
60
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Conclusiones del capítulo III
El análisis y evaluación de los modelos estratigráficos del yacimiento URD 01 dio como
resultado una estructura anticlinal fallada, un ambiente depositacional característico
Fluvial Deltaico y al relacionar los mapas de porosidad efectiva y permeabilidad en
todas las subunidades, se observó que la relación es proporcional y los mismos
sustentan que las zonas más prospectivas para el Bloque III se encuentran ubicadas
principalmente hacia el NE y el área SO, con paquetes de areniscas en la zona central.
CONCLUSIONES
De la interpretación de la estratigrafía de la Formación Misoa edad Eoceno según
los
topes de los diferentes sub unidades se concluye que existe diferencia en los
espesores de los paquetes de los estratos de arenas en contraste con las
correlaciones estratigráficas realizadas por el estudio de la STA.
De los mapas de electrofacies en conjunto con el proceso de correlación de pozos,
se observa hacia las zonas NE y S la presencia de Barras de desembocaduras y
canales distributarios que son asociados a un ambiente depositacional
Fluvial
Deltaico el cual es favorable para la formación de hidrocarburos
61
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
La elaboración de los mapas estructurales en las sub unidades B31, B46 y B45 de la
formación Misoa indica una estructura anticlinal asimétrica, donde la Falla Urdaneta
Oeste, es la falla principal de este sistema, en las unidades aparecen un conjunto
de fallas secundarias que responden a las deformaciones que se manifiestan a lo
largo de la falla principal. Es
importante señalar como estos elementos
geoestructurales permiten el entrampamiento y acumulación de hidrocarburos, lo
que hace que la zona sea de gran interés económico y prospectivo.
Al relacionar los mapas de Isopropiedades: Arena neta petrolífera, Volumen de
arcilla, porosidad efectiva y permeabilidad en todas las subunidades, se observó que
la relación es proporcional y los mismos sustentan que las zonas más prospectivas
para el Bloque III se encuentran ubicadas principalmente hacia el NE y el área SO,
con paquetes de estratos de areniscas en la zona central.
RECOMENDACIONES
Adquisición de data, toma de núcleo, muestras de canal, a fin de realizar un modelo
estratigráfico – sedimentológico integrado en el bloque III del Yacimiento Urdaneta
01, que comprendan la secuencia estratigráfica de la Formación Misoa.
BIBLIOGRAFÍA
62
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
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64
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
1
Tal
uk
dar
S.
C.,
De
To
ni
B.,
Ma
rca
no
F.,
Sw
ee
ne
y,
an
d
Ra
ng
el
A.
(19
93)
.
Up
per Cretaceous Source Rocks of Northern South America. Abstract: American
Association of Petroleum Geologists Bulletin., Vol. 77, pp. 351.
65
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
2
A
NE
X
O
S
3
Anexo A. Secciones Estratigráficas Dirección NE-SO
66
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
4
5
67
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
6
Anexo B. Secciones Estratigráficas Dirección NE-SO
1
68
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
2
3
Anexo C. Secciones Estratigráficas Dirección SE-NO
69
�en las Arenas
Superiores
del Bloque
III, Yacimiento URD-01.
Lago 1de Maracaibo
BLOQUE
1
BLOQUE
-71.48.0
-71.49.0
-71.48.0
-71.49.0
192000
192000
BLOQUE 2
192000
BLOQUE 2
192000
10.15.0
1134000
10.15.0
1134000
1134000
1134000
1134000
1134000
1134000
1134000
M a p a d e C o n t o rn o s V s h <B L O Q U E 3 >
Mapa Contorno ANP_ Z1 <BLOQUE 3>
C o lo r F ille d C o n t o u r
Color Filled Contour
E n t it y
Entity
AGUA 462
AGUA 462
AGUA 461
AGUA 461
10.14.0
10.14.0
10.14.0
10.14.0
UD 254
UD 254
41
0.012
UD 597
UD 597
UD 714
77
UD 685
UD 714
0.110
UD 607
UD 685
UD 607
UD 186
UD 186
81
0.110
UD 286
UD 286
94
0.090
UD 208
UD 208
UD 567
73
0.110
UD 567
UD 743
UD 743
UD 593
50
73
UD 755
UD 194
UD 593
0.080
0.080
UD 755
UD 194
46
0.110
UD 477
UD 477
52
1131000
1131000
0.100
UD 207
1131000
1131000
UD 257
AGUA 464
89
47
1131000
1131000
10.13.0
UD 590
UD 569
BLOQUE 4
UD 479
UD 539
0
87
UD 259
0.100
0.000
UD 259
UD 192
0.030
0.100
UD 711
UD 562
0.110
UD 606RD
UD 606
9
UD 606
UD 200A
0.110
UD 739
UD 200
UD 663
40
UD 686
0.080
0.110
0.080
UD 576
UD 661
UD 661
UD 576
UD 686
UD 201_1
UD 123
38
UD 123
UD 612
0.090
UD 753
34
7
UD 592
UD 480
UD 201_1
0.100
UD 201
28
UD 612
21
UD 606RD
0.080
UD 760
UD 622
UD 614
0.000
UD 739
UD 200
37
34
UD 521
UD 166
0.000
46
UD 200A
UD 663
0.080
0.100
UD 521
UDUD
622
760
UD 711
UD 566
48
32
44
0
10.13.0
UD 479
UD 539
91
UD 562
UD 166
UD 614
UD 590
UD 569
UD 204
UD 192
1
0.110
0.120
10.13.0
UD 204
UD 566
5
1131000
AGUA 465
UD 206
60
61
BLOQUE 4
1131000
0.120
0.100
UD 206
10.13.0
UD 207
UD 257
AGUA 464
AGUA 465
5
0.110
68
0.110
UD 592
UD 480
UD 201
UD 753
0.130
0.090
0.110
UD 352
UD 156
UD 156
UD 352
UD 196
UD 46
75
31
UD 196
UD 46
0.110
0.110
UD 657
UD 657
UD 624
UD 624
UD
5
24
5
64
UD
UD 47
0.090
5
0.130
0.120
UD 759
UD 48
UD 47
UD 759
UD 48
109
0.090
UD 584RD
0.110
UD 584RD
64
UD 181
AGUA 468
UD 181
56
AGUA 468
AGUA 469
UD
UD127A
127
0.090
UD 127
UD 584ELIMINO
AGUA 469
UD 127A
UD 105
UD 105
42
0.090
10.12.0
10.12.0
10.12.0
10.12.0
UD 162
42
UD 162
0.110
UD 570
UD 570
UD 205
UD 205
30
0.110
UD 780
UD 780
UD 662
UD 662
UD 124
42
1128000
1128000
UD 124
BLOQUE 5
0.100
32
1128000
1128000
0.110
1128000
1128000
AGUA 470
1128000
1128000
AGUA 470
AGUA 471
AGUA 471
10.11.0
10.11.0
10.11.0
10.11.0
1250
0
1250
-71.48.0
192000
192000
-71.49.0
192000
-71.48.0
192000
-71.49.0
E 5
Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
2500
3750
m
1250
0
1250
LEYENDA
UD-657
POZO
BLOQUE 6
2500
3750
m
LEYENDA
UD-657
POZO
HOYO DE SUPERFICIE
HOYO DE SUPERFICIE
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
Anexo D. Mapa Arena Neta Petrolífera Anexo E. Mapa de Volumen de Arcilla
de la subunidad B31 del Bloque III. de la subunidad B31 del Bloque III.
Yacimiento URD 01.
Yacimiento URD 01
70
�en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
BLOQUE 1
BLOQUE 1
-71.48.0
-71.49.0
-71.48.0
-71.49.0
192000
192000
BLOQUE 2
192000
BLOQUE 2
192000
10.15.0
1134000
1134000
10.15.0
1134000
1134000
1134000
1134000
1134000
1134000
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Color Filled Contour
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Entity
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AGUA 462
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AGUA 461
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10.14.0
10.14.0
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UD 254
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UD 597
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UD 607
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UD 186
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UD 286
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UD 208
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UD 743
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1131000
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UD 569
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UD 259
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UD 661
UD 576
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UD 686
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200
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UD 755
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0.27
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201
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UD 592
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UD 352
UD 156
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UD 657
UD
UD 196
5
0.32
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UD 47
UD 759
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UD 181
AGUA 468
0.28
UD 657
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UD
5
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UD 48
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UD 46
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UD 624
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AGUA 468
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UD
UD127A
127
0.28
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UD 127A
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UD 105
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10.12.0
10.12.0
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10.12.0
UD 162
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UD 570
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UD 205
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UD 780
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UD 662
UD 124
UD 124
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1128000
1128000
BLOQUE 5
0.27
1128000
1128000
0.27
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1128000
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1128000
AGUA 470
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AGUA 471
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10.11.0
10.11.0
10.11.0
1250
0
1250
-71.48.0
192000
192000
-71.49.0
192000
-71.48.0
192000
-71.49.0
E 5
Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
2500
3750
m
1250
0
1250
LEYENDA
UD-657
POZO
BLOQUE 6
2500
3750
m
LEYENDA
UD-657
POZO
HOYO DE SUPERFICIE
HOYO DE SUPERFICIE
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
Anexo F. Mapa de Permeabilidad de la Anexo G. Mapa de Porosidad de la
subunidad B31 del Bloque III. Yacimiento subunidad B31 del Bloque III.
URD 01.
Yacimiento URD 01.
71
�en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
BLOQUE 1
BLOQUE 1
BLOQUE 2
10.15.0
-71.48.0
192000
192000
-71.49.0
-71.48.0
-71.49.0
192000
BLOQUE 2
192000
10.15.0
1134000
1134000
1134000
1134000
Mapa Contorno ANP_Z2 <BLOQUE 3>
1134000
1134000
1134000
1134000
Mapa C ont orno Vs h_Z 2 <BLOQU E 3>
Color Filled Contour
C olor F illed C ont our
Entity
Ent it y
AGUA 462
AGUA 462
AGUA 461
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AGUA 461
10.14.0
10.14.0
10.14.0
UD 254
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UD 254
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UD 597
UD 714
UD 597
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UD 714
UD 685
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UD 607
UD 607
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UD 186
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UD 286
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UD 286
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UD 208
UD 567
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UD 208
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UD 593
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UD 567
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UD 593
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0.080
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1131000
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11
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AGUA 464
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UD 590
UD 569
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BLOQUE 4
UD 477
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BLOQUE 4
UD 479
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26
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UD 739
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UD 123
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3
10.13.0
UD 569
UD 204
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UD 711
UD 521
UD 166
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1131000
AGUA 465
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UD 614
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0.120
UD 204
UD 566
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UD 207
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UD 257
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1131000
UD 206
UD 480
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UD 657
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UD 201_1
UD 753
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44
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UD 156
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UD
5
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UD
UD 48
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5
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UD 759
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UD 127A
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UD 181
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UD 127A
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AGUA 469
UD 127
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10.12.0
UD 162
UD 105
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10.12.0
UD 162
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UD 780
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UD 570
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UD 205
UD 780
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UD 662
UD 124
81
UD 662
20
UD 124
0.080
BLOQUE 5
1128000
1128000
0.130
1128000
1128000
1128000
1128000
1128000
1128000
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AGUA 471
AGUA 470
AGUA 471
10.11.0
10.11.0
10.11.0
10.11.0
192000
-71.48.0
192000
0
1250
-71.49.0
2500
3750
192000
1250
192000
-71.48.0
-71.49.0
E 5
Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
m
1250
0
1250
2500
3750
m
LEYENDA
LEYENDA
UD-657
POZO
BLOQUE 6
HOYO DE SUPERFICIE
UD-657
POZO
HOYO DE SUPERFICIE
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
72
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
Anexo H. Mapa de Arena Neta Anexo I. Mapa de Volumen de Arcilla
Petrolífera de la subunidad B46 del de la subunidad B46 del Bloque III.
Bloque III. Yacimiento URD 01.
Yacimiento URD 01
73
�BLOQUE 1
Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
BLOQUE 2
192000
-71.48.0
192000
-71.49.0
-71.48.0
-71.49.0
192000
BLOQUE 2
192000
10.15.0
1134000
1134000
10.15.0
1134000
1134000
Mapa
C ontorno KLago_Z 2 <BLOQU E 3>
1134000
1134000
1134000
1134000
Color Filled Contour
M apa
C o n t o rn o
P H IE _Z 2
<B LO Q U E
3>
C o lo r F ille d C o n t o u r
Entity
E n t it y
AGUA 462
AGUA 462
AGUA 461
AGUA 461
10.14.0
10.14.0
10.14.0
10.14.0
UD 254
UD 254
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UD 597
UD 597
UD 714
UD 685
UD 714
UD 685
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UD 607
UD 607
UD 186
UD 186
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UD 286
UD 286
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UD 208
UD 208
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UD 755
UD 593
UD 743
UD 593
UD 755
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UD 194
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UD 477
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AGUA 464
UD 207
UD 257
UD 207
UD 257
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1131000
1131000
1131000
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1131000
AGUA 464
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1131000
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0.26
AGUA 465
UD 206
UD 206
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10.13.0
UD 590
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10.13.0
BLOQUE 4
UD 479
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495.000
UD 259
UD 192
UD 479
UD 539
UD 259
UD 192
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0.26
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UD 612
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0.29
UD 592
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0.28
UD 480
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UD 739
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UD 686
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UD 480
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UD 201_1
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UD 200A
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UD 622
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UD 711
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UD 204
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UD 569
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BLOQUE 4
UD 204
UD 539
0.28
10.13.0
UD 569
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0.27
UD 156
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UD 156
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UD 196
UD 196
UD 352
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UD 46
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UD 657
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0.27
UD 624
UD
UD
5
5
UD 47
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UD 47
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AGUA 468
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UD 127A
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UD 181
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UD 584RD
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0.27
UD 48
UD 759
UD 48
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AGUA 468
AGUA 469
UD 127
AGUA 469
0.29
UD 127A
UD 127
UD 105
UD 105
600.000
0.28
10.12.0
10.12.0
UD 162
10.12.0
UD 162
10.12.0
UD 570
UD 570
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0.28
UD 205
UD 205
UD 780
380.000
UD 780
0.25
UD 662
UD 662
UD 124
UD 124
743.000
1128000
1128000
BLOQUE 5
379.000
0.31
1128000
1128000
0.26
1128000
1128000
AGUA 470
1128000
1128000
AGUA 470
AGUA 471
AGUA 471
10.11.0
10.11.0
10.11.0
10.11.0
192000
1250
0
-71.48.0
192000
192000
-71.49.0
-71.48.0
192000
-71.49.0
E 5
BLOQUE 1
1250
2500
3750
m
1250
0
1250
LEYENDA
UD-657
POZO
BLOQUE 6
2500
3750 m
LEYENDA
UD-657
POZO
HOYO DE SUPERFICIE
HOYO DE SUPERFICIE
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
Anexo J. Mapa de Permeabilidad de la Anexo K. Mapa de Porosidad de la
subunidad B46 del Bloque III. subunidad
B46
del
Bloque
III.
Yacimiento URD 01.
Yacimiento URD 01.
.
74
�en las Arenas
Superiores
del Bloque III, Yacimiento URD-01.
Lago de Maracaibo
BLOQUE 1
BLOQUE 1
BLOQUE 2
-71.48.0
192000
192000
-71.49.0
-71.48.0
-71.49.0
192000
BLOQUE 2
192000
10.15.0
10.15.0
Mapa Contorno ANP_Z3 <BLOQUE 3>
M a p a
Color Filled Contour
V s h _ Z 3
< B L O Q U E
3 >
C ontour
E n t it y
1134000
1134000
C o n to rn o
C o lo r F ille d
Entity
1134000
1134000
1134000
1134000
1134000
1134000
AGUA 462
AGUA 462
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AGUA 461
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10.14.0
10.14.0
10.14.0
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UD 254
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UD 597
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UD 714
UD 685
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UD 607
UD 186
UD 186
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UD 286
UD 286
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UD 208
UD 208
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UD 567
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UD 593
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3
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UD 755
22
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UD 477
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22
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UD 207
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1131000
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1131000
1131000
0.100
0.100
AGUA 465
UD 206
55
10.13.0
UD 206
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UD 569
6
10.13.0
0.110
10.13.0
UD 590
UD 569
0.120
BLOQUE 4
UD 204
5
BLOQUE 4
UD 479
UD 539
UD 259
38
11
UD 192
UD 562
56
16
UD 622
UD 166
UD 479
UD 259
0.100
0.110
UD 606RD
10
UD 614
UD 739
UD 686
0.120
UD 576
UD 612
UD 592
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UD 201
13
UD 753
UD 156
52
UD 711
0.100
UD 606RD
UD 606
UD 739
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UD 123
35
UD 480
0.100
0.120
UD 200
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UD 201_1
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30
UD 521
UD
UD622
760
0.120
UD 200A
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30
UD 123
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0.110
UD 200A
13
UD 663
UD 562
UD 566
UD 606
13
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15
7
UD 192
UD 711
10
UD 521
18
UD 614
10.13.0
UD 204
UD 539
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UD 566
UD 612
UD 576
UD 686
UD 201_1
0.110
UD 201
UD 753
0.090
17
4
0.090
UD 592
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UD 480
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0.130
UD 352
10
UD 352
UD 196
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UD 46
46
UD 657
UD 156
UD 196
UD 46
18
UD 624
0.090
UD
UD 657
0.100
UD 624
5
25
UD 47
UD
5
UD 759
UD 47
UD 48
0.110
UD 759
UD 48
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22
UD 181
53
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UD 181
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AGUA 469
24
UD 127A
UD 127
AGUA 468
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UD 127A
UD 105
50
0.090
10.12.0
10.12.0
10.12.0
UD 162
10.12.0
UD 162
UD 570
33
UD 570
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UD 205
UD 205
UD 780
10
UD 780
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UD 662
UD 662
UD 124
UD 124
41
1128000
1128000
BLOQUE 5
0.080
1128000
1128000
1128000
1128000
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1128000
1128000
AGUA 470
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AGUA 471
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10.11.0
10.11.0
10.11.0
192000
1250
0
192000
-71.48.0
-71.49.0
-71.48.0
192000
192000
-71.49.0
E 5
Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
1250
2500
3750
m
1250
0
1250
LEYENDA
UD-657
POZO
BLOQUE 6
HOYO DE SUPERFICIE
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
2500
3750 m
LEYENDA
UD-657
POZO
HOYO DE SUPERFICIE
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
Anexo L. Mapa de Arena Neta Anexo M. Mapa de Volumen de Arcilla
Petrolífera de la subunidad B45 del de la subunidad B45 del Bloque III.
Bloque III. Yacimiento URD 01.
Yacimiento URD 01
75
�en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
BLOQUE 1
BLOQUE 1
-71.48.0
-71.49.0
-71.48.0
-71.49.0
192000
192000
BLOQUE 2
192000
BLOQUE 2
192000
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10.15.0
Mapa Contorno PHIE_Z3 <BLOQUE 3>
Mapa KLago_Z3 <BLOQUE 3>
Color Filled Contour
Color Filled Contour
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1134000
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AGUA 462
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UD 207
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BLOQUE 4
UD 204
UD 590
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AGUA 464
AGUA 465
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BLOQUE 4
1131000
1131000
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UD 207
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UD 562
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UD 711
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UD 200
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UD 661
UD 201_1
476.000
UD 612
UD 686
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UD 612
0.26
UD 201
UD 753
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UD 201_1
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0.26
0.26
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0.27
UD 606RD
UD 760
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UD 606
UD 200A
UD 200
602.000
UD 123
UD 521
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UD 622
380.000
UD 663
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UD 606RD
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529.000
UD 521
UD 166
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0.28
0.27
0.28
0.26
0.26
UD 156
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UD 156
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UD 46
566.000
UD
UD 196
UD 352
UD 46
UD 657
533.000
UD 657
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UD 624
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0.28
UD
5
532.000
5
UD 47
UD 47
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0.26
UD 759
UD 48
UD 48
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UD 181
AGUA 468
600.000
UD 127A
UD 181
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644.000
UD 584RD
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UD 127
UD 127
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AGUA 469
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UD 105
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10.12.0
10.12.0
UD 162
10.12.0
UD 162
10.12.0
UD 570
UD 570
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UD 205
UD 205
UD 780
UD 780
375.000
0.26
UD 662
UD 662
UD 124
UD 124
BLOQUE 5
723.000
1128000
1128000
0.31
1128000
1128000
1128000
1128000
AGUA 470
1128000
1128000
AGUA 470
AGUA 471
AGUA 471
10.11.0
10.11.0
10.11.0
10.11.0
1250
0
-71.48.0
192000
192000
-71.49.0
192000
-71.48.0
192000
-71.49.0
E 5
Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
1250
2500
3750
m
1250
0
1250
LEYENDA
UD-657
POZO
BLOQUE 6
2500
3750
m
LEYENDA
UD-657
POZO
HOYO DE SUPERFICIE
HOYO DE SUPERFICIE
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
FALLAS A NIVEL DE LA DISCORDANCIA
Anexo N. Mapa de Permeabilidad de la Anexo O. Mapa de Porosidad de la
subunidad B45 del Bloque III. subunidad
B45
del
Bloque
III.
Yacimiento URD 01..
Yacimiento URD 01.
76
�Modelo Estratigráfico de la Formación Misoa Edad Eoceno,
en las Arenas
Superiores del Bloque III, Yacimiento URD-01. Lago de Maracaibo
77
�
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
Modelo estratigráfico de la formación Misoa edad Eoceno, en las arenas superiores del Bloque III, yacimiento URD-01
lago de Maracaibo
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Carideli Katriana Villalobos González
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/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.)
Modelos del cambio social
Modelos de suministros
Modelos de orientación sistemática
Modelos de apoyo social
Modelos de objetivos
Modelos ecológicos
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
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Tesis
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El riesgo de desastres: una reflexión filosófica
Creator
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Carmen Delia Almaguer Riverón
Publisher
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
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2008
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The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
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9c04c3737cddafb425362fb5da0503ca
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�Umbral
(Poemario)
Cecilia Irene Pérez Roque
Alexey Igort Reyes Gómez
Editorial Digital Universitaria, Moa
Las Coloradas s/n Moa, Holguín, Cuba
�Página legal
Título de la obra: Umbral (poemario) 22 pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2013 – ISBN: 978-959-16-2133-7
1. Autores: Cecilia Irene Pérez Roque
Alexey Igort Reyes Gómez
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez
Jiménez”
Edición: M. Sc. Niurbis La Ó Lobaina
Corrección: Lic. Yelenny Molina Jiménez
Diseño de cubierta: Wilkie Villalón Sánchez
Institución del autor: ISMM “Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Editorial Digital Universitaria, Moa, año 2013
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
Las Coloradas s/n, Moa, Holguín, Cuba
CP: 83329
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�A quien comparte mis días, mi alegría, mi nostalgia,
A quien se entrega todo a cambio de nada,
A ese ser imperfecto que me hace perfecta,
A mi alma gemela,
Gracias!!!
�Umbral
Poemario
TU IMAGEN
LA MISMA SUERTE
En mi temblorosa mirada retoza
Cuando la huella macabra del destino
Como los niños en el parque.
Se pierda en la tupida hierba,
El día es la mañana
Cuando la mortal herida
La noche es la tarde
En tu corazón se cure,
Y noche y día están en mí.
Cuando la noche para ti
No hay oscuridad que esconda
Vuelva a ser como la sonrisa
Tu sonrisa salvaje
Que una vez fue llanto amargo,
Te regodeas en tus gestos
Estaré a tu lado
Para decirme NO.
Para arrepentirme yo
Te admiro todo
Y cuestionar mis pecados.
De los pies a la cabeza
Aún cuando tu mirada me condene al
destierro
Despertando en mis entrañas
Y exija venganza
Una guerra al corazón.
Estaré aquí donde te dejé, esperando
No por ti,
Por tu amor de hombre,
Cecilia Irene
¡Ese lo dejé escapar!
Estaré esperando la misma suerte que
corriste.
Cecilia Irene
1
�Umbral
Poemario
EMBRIAGUEZ
DAME TIEMPO
En copas de vino
Dame tiempo para poder crecer.
He puesto tu vida y la mía:
Si ese es el problema,
La copa grande para tu alma grande
La pared que nos divide,
Y la pequeña para tu alma vacía.
Demora entonces el tiempo.
Probemos embriagarnos
Detenlo y espérame,
Con el dulce néctar del éxtasis del placer
Yo trataré de crecer y alcanzarte lo más
pronto.
Y naufraguemos en nuestras miradas
Desde el crepúsculo hasta el amanecer.
Miremos nuestros corazones
Y comparemos nuestras vidas;
Veamos si nos hemos llenado de amor
O si aún no tiene cura mi herida;
Y si la luz del sol nos sorprende
Con las almas fundidas,
Regálame una noche primero
Y prueba lo que de niña tengo.
Mas, cuando lo hagas,
Medita entonces lo que de niña o mujer
encontraste.
Y al final de la noche,
Cuando por fin sepas quién soy
Júzgame como quieras,
Hagamos fiesta,
Seamos entonces uno solo
Bebamos el vino con placer.
Como niño o como hombre.
Tómame después como lo que deseas que
sea yo.
Cecilia Irene
Cecilia Irene
2
�Umbral
Poemario
¿QUÉ BUSCAS?
ANSIAS DE MUJER
No busques por favor
Deja que me atormente mirándote desnudo.
(No lo hagas en mí)
Deja recorrer tu cuerpo,
La codicia y el lujo
Besar deseo cada parte de ti.
Y el dinero escondido de otro.
Transportarme quiero contigo a pasear por
todo el universo
No trates de encontrar en mis bolsillos
A través de los dulces espasmos del placer;
Pues tu afán será en vano.
No permitamos que amanezca;
Mas, si tratas, encontrarás,
Vivamos esta noche la ilusión de nunca.
Si buscas,
Amor, cariño, compasión y ternura,
Si no tienes vestidos, compartiremos los
míos.
Me pondré tus pantalones que aunque
anchos
Calientan como tus abrazos,
Permite que tus asesinos besos me
aniquilen;
Será un placer morir entre tus brazos.
Que en mi memoria a través de tus ojos
Se quede en mi alma el recuerdo de esta
noche
Y se esculpe tu silueta danzando sobre mí.
Y mis sábanas, si te sirven,
Puedes usarlas.
Quiero ayudarte.
Da un salto definitivo de esa vida absurda
Cecilia Irene
Y súmate a mi vida sana y llena de lo bello.
Quítate la máscara de hombre fácil.
Te convertiré
En el más inaccesible de todos.
Cecilia Irene
3
�Umbral
Poemario
¡AY DE MÍ!
PASIONES
¿Dónde estoy?
Otra madrugada y no alcanzo el sueño
Metida en un mundo
Pensando en ti.
Donde la sonrisa cuesta perder la vida,
Sueño despierta contigo,
Donde un dulce beso se vuelve amargo,
Me muevo en torno a tu pecho,
Donde un cálido abrazo se torna frío y se
pierde la voz.
Tu boca,
Al pronunciar la palabra amor
En este extraño mundo,
Tu cuello;
Mi mente baja despacio
Contemplando
Es delito amar con grandeza,
Entregarse al placer es alta traición.
El día es una pesadilla y la noche
Se convierte en bullicioso insomnio
Que hunde en la distancia
Y recorro cada punto sensible.
Sin reparo, me detengo a mitad del camino
Ahí
Donde el éxtasis del placer te arrastra,
Donde sientes más,
A toda mente que piensa en rebelión.
En este insípido mundo estoy,
A este mundo noche tras noche me
transporto,
Huyendo a la tortura cruel del monstruo
Que con apetito voraz asesina los “te
quiero”.
Donde se nubla el cielo,
Se torna la noche más oscura y quiero
amarte.
Me abrazas y en un susurro dices sí,
De súbito te alcanzo y te arranco un beso,
Un fuego extraño desciende por mi espalda;
Hirviente la sangre
Cae a torrentes sobre mi cabeza.
Cecilia Irene
Despierto del letargo de sueños otra vez.
Cecilia Irene
4
�Umbral
Poemario
CONSTELACIÓN
RECUERDOS
Esa estrella que ilumina mi camino
Cuando el día se ha ido
Centro de una extraña constelación
Y cerca está la noche, yo pienso en ti.
Se parece a ti.
Aquella noche ebria de celos
Y no dejo de mirarla en las noches.
En que la mano te tomé
Es una fuerza la que de ella se respira
Y la mía surcó el aire cual violento destello,
Que invita al viaje
Y clavose tu mirada en la mía,
Hasta la más lejana de las galaxias,
No sé si culpable,
Escondida quién sabe dónde,
No sé si inocente,
Quizás cautiva.
Tu mirada tierna y amable
Las pequeñas que titilan son los lunares de
tu cuerpo.
Tornóse ajena y fría.
Las más grandes tus ojos.
Bastó solo ese golpe del destino
Para ser juzgada.
Tu boca,
Todo el espacio reservado en el infinito para
ti.
Cada noche en mi nave de sueños para
encontrarte
Cecilia Irene
¿Cuán lejos estás?
Es tanta la distancia entre nosotros…
¿Pero es acaso distancia sinónimo de
imposible?
Esta loca cosmonauta te ama tanto
Que es una estrella más
En tu universo perdido.
Cecilia Irene
5
�Umbral
Poemario
ÁMAME
DESESPERANZA
Hazlo con fuerza tal
Solitaria y presa en un mundo hostil,
Que de mí borres el cruel pasado.
Donde la sonrisa
Bésame,
Se convierte en lágrimas candentes
Abrázame,
Que emanan de un volcán de tristezas,
Si quieres ódiame mañana,
Lava negra que destruye sin piedad
Pero no ahora cuando más te necesito.
Toda una vida de esperanzas.
Hundirme quiero contigo
Caminando por un mundo macabro y frío,
Hasta las mismas entrañas del éxtasis del
placer.
Donde la soledad aúlla en la pendiente filosa
Transportarme deseo esta noche,
De un abismo insondable
A través del tiempo, al más lejano futuro
Que encierra en su fondo misteriosas
sombras,
Donde nadie ha ido jamás.
Donde apacibles
Después de esta noche,
Reposan a toda hora
Piénsalo.
Inimaginables fieras
Mañana
Que odian la dulzura, el cariño y el amor,
Si deseas
Me siento inerte como las piedras,
No me busques más.
Al ver, sin remedio, un inevitable fin
Donde la tierra se abre y cubre
Con mortal abrazo
Todo sacrificio, la esperanza, el amor.
Cecilia Irene
Cecilia Irene
6
�Umbral
Poemario
ARREPENTIMIENTO
RESURRECCIÓN
Serás la estúpida borrasca
Perecer
Que tratará de acallar mi voz cada mañana,
Han de verse las cosas viejas
Pero yo seré la guadaña presta a cegar tu
vida
Como algo nuevo;
Cuando intentes florecer.
Como un gastado corazón rejuvenecer
Con el hechizo de un beso.
Serás el fuego que querrá cerrarme el paso
Al caminar por la vida
Y yo seré la luz del sol que secará tu
maldad.
Querrás un día cualquiera,
No hay vida nueva sin un baúl de recuerdos
viejos,
Buenos y malos.
Con la experiencia de la vida pasada
Para saborear el placer de vivir el presente
Ser la cárcel que me vea morir,
La cadena que me aprisione,
No hay como un viejo amor
Convertido en amor nuevo;
Pero nada lograrás pues,
No hay como un libro viejo
Eres ya muy poco y yo al contrario
Soy demasiada luz.
Que empolvado y destruido es aún
Filoso e interesante.
Cecilia Irene
Cecilia Irene
7
�Umbral
Poemario
OBSESIÓN
DONDE SOLO YO…
Digo te tengo porque miro al mar.
Estás donde nadie puede tocarte,
Te toco
Donde nadie puede verte.
Porque cuento las estrellas.
Tan alto
Digo te adoro
Que solo yo puedo llegar.
Porque te tengo en mí presente,
Tan escondido
Porque estás metido en mi mente,
Que solo yo domino la manera de
encontrarte.
En mi alma,
Eres simplemente,
En mi cuerpo.
Te veo porque eres mi alucinación
Y tan infinitamente bello,
Que aún lleno de siglos
De noche,
Te admiro y te amo.
Mi sombra de día.
Eres mi fantasía perpetua,
Digo te amo
Porque sin ti me mata la vida.
Cecilia Irene
Así solo yo te llamo.
Cecilia Irene
8
�Umbral
Poemario
DULCE Y AMARGO
AÑORANZAS
Un día como otro cualquiera conocí el amor,
Me siento en las noches a mirar el mar
El viento conmigo conversaba
Y mi mente navega
Y el reloj de mi alma, viejo y empolvado,
Meciéndose al compás de las olas.
Echó a andar mágicamente.
Adormecida,
Un día sin saber por qué mi vida cambió,
Jugando a nadar con los delfines
Comencé a ver las cosas diferentes.
A intervalos se sumerge en el negro-azul de
sus entrañas,
Mi corazón palpitaba de manera extraña,
Buscando compañía
La sangre hervía y su color
O sirenas que con dulce voz invitan al amor;
Tornóse púrpura de repente
Y mis brazos y manos perdieron sus fuerzas
Y blancos veleros al pasar saludan,
Y como gaviotas revolotea y se posa
Repentinamente
Presintiendo que el destino provocaría en mí
El desvelo de manera inminente.
En el alto mástil
Del barco de mi imaginación.
Pero una noche,
Sin entender,
Cecilia Irene
Todo
Se
Derrumbó.
El viento entonces como un lobo aullaba,
Sobre mi cabeza volaban aves negras
Y el reloj de mi vida
Se detuvo
Roto.
Ese día conocí el lado bueno de la vida,
Esa noche el lado oscuro del amor.
Cecilia Irene
9
�Umbral
Poemario
MANANTIAL
UN BESO…
He decidido quedarme aquí
No mates, por favor,
En medio de este mundo salvaje
La sed que me embriaga de tus besos,
Donde las tempestades
Pues,
Son de agua pura
Un beso no es el fin de la vida
Y no de murmuraciones,
Sino el preludio de un comienzo.
Donde la vida es sana
Si un beso cruel disparas
Y no banal y sin sentido.
Haz que sea certero,
En cambio en aquel, donde vivimos,
Pero no amargues mis labios
Es un mundo falso y hostil
Para saborear mi deseo.
En el que paso a paso
Si desangras mis venas
Inevitablemente
Con tus asesinos besos
Morimos.
Moriría con placer,
Pues serían eternos.
Permíteme morder la fina copa de tus labios
Y romperla y tragar sus fragmentos.
Cecilia Irene
Quiero hacerme daño al probarlos
Y hacer muy mío ese momento.
Cecilia Irene
10
�Umbral
Poemario
A TI
RENDIDOR
A ti
Te espero en el momento preciso,
Que tanto amor a cambio de nada profesas
De noche o de día
Deja dedicar este poema
Cuando quieras hablar
Húmedo de ternura.
O simplemente una mirada quieras
estrechar.
A ti
Que día y noche has regalado tus labios
Yo te espero
Cuando la melancolía aflore en tu jardín
A quien no los merece
Permite adentrarme en tu sensibilidad
Y no quieras ver a tu amante jardinero.
Solo mírame
Y hurgar tus secretos
Que yo con la mirada te daré consuelo
Como si fuera tu dueña.
Para rociar tus labios de ternuras cálidas.
A ti
Que necesitas ese amor de tanto afán
Búscame
Para besar tu cuerpo y darte amor,
Escribiré días y noches
No más piénsame
Aquí en este mundo,
Y en el más allá, reservados estarán
Para decirte lo que tanto anhelas escuchar.
Cecilia Irene
Y si deseas rendirte en mis brazos aquí
están,
Solo estréchalos.
Cecilia Irene
11
�Umbral
Poemario
CANCIÓN PARA UNA PRINCESA
Vive el silencio que se le otorga.
Desnuda sus ojos pero no puede.
Miente,
Miente otra vez y se le escapan
Penélope miente
Deseos y sueños que nunca vuelven.
Porque se siente vacía.
Se queda sola, busca refugio.
Sola, con sus mentiras,
Siente la misma soledad de ayer,
Se siente llena.
Se queda quieta.
A veces no tiene qué mentir
Murmura a la luna
Y se inventa un espejo.
Se toma los lirios y guarda en un bolsillo
Transcurren para ella las sílabas
Su espejo de luna.
Del tiempo en un banco de palma.
Miente ahora porque no puede
Recordar el mañana.
Cecilia Irene
Teme volver atrás,
Seguir adelante,
Tropezar ahora.
Irrita sus labios porque quiere besos.
No los deja, miente por prejuicios
Y miente sin beneficios.
Busca un corazón gemelo
Al menos hermano que sienta.
Acaricia una mariposa de viento
Y mira la espuma como un ala triste.
El agua le llega a la memoria
Porque no se moja las manos.
Endulza el disfraz de mentiras
Para ver, si al menos,
Las hormigas duermen a su lado cuando
está sola.
Busca aves, busca sol, busca agua…
12
�Umbral
Poemario
ESPEJOS
ENSUEÑOS
Eres mi síntoma de locura.
Qué inquietante los minutos que pasan sin
verte,
Tu silueta
Dibujada en las paredes de mi memoria
Perfila tus caderas,
Tu cuello, tus senos, tu boca,
Todo un mundo de lugares y cosas
Aún por descubrir.
Tu virgen aspecto reflejado en mi cabeza
Hacen de mí un sediento loco
Saturado de deseos de besarte,
De tenerte
Y acabar muriendo de locura y miedo.
Prefiéreme loco,
Sin escucharte, sin tocarte.
Todo el breve espacio que llenas con un
beso,
Una caricia,
Se arraiga al silencio mortal de tu sombra.
En mis ojos
Cuando no estás
La cama
Tan pequeña cuando estamos juntos
Es tan extensa como el océano,
Tan inhóspita como el Sahara.
Ya se me hace vital observar como duermes,
Descabezado y absurdo,
Oír como respiras,
Así traspaso mis sueños
Y te hago mía cuando quiera.
Si soy normal
Descubrir tu cuerpo a través de la oscuridad
Y saber cuando despierto
Que estás conmigo.
Te pierdo.
Cecilia Irene
Cecilia Irene
13
�Umbral
Poemario
PASIÓN EFÍMERA
DESAFÍOS
Lo tengo en mis brazos
Hay muchas cosas que desafían:
Es lo que importa.
El vivir a diario,
¿Mañana?
El cansancio y el trabajo.
No existe, porque cuando despierto
La tensión de hacerlo todo mal o bien,
Es nuevamente hoy.
El pensar demasiado o simplemente
Aunque sé que para un nuevo despertar
junto a él
No pensar en nada,
Debo cambiar cosas urgentes.
Eliminar posibles síntomas de catástrofes.
Por ahora está ahí
Pero más terrible se vuelve
El sabernos envueltos
En el lúgubre manto de la soledad.
Donde se encierra mi alma a pensar
Ahora me mezclo en este tormentoso vivir
diario
En lo más hondo de mi cuerpo.
Y no me cansa el trabajo,
Lo amo
No pienso en cosas vacías
En mi tormento
Y no estoy sola.
Y eso basta para vivir hoy.
Estoy dentro de alguien especial,
Mañana veremos qué pasa.
Alguien hechizante y dueño ya de mí.
¡Saber que pudiera perderlo! Lo sé,
Todo es riesgo.
Dolerá, quizás lloraré,
Cecilia Irene
Pero por ahora nada de lo que padece la
vida diaria
Me preocupa ni me contagia,
Ni el recio viento
Que haga zozobrar la barca
En la que navego.
Cecilia Irene
14
�Umbral
Poemario
TODO TÚ Y MÁS…
APARICIÓN
Un fuego que quema por dentro,
Una luciérnaga gigante
Un dolor punzante que paraliza,
Me trajo la luz,
Una luz cegadora que detiene al instante,
Con ella la alegría
Una flor que jamás se marchita.
Las ganas de vivir.
Un arroyo que no se seca,
Me trajo la sensatez de habitar
Un mar azul que no se enfurece
Donde hay rincones llenos de secretos,
Porque al amar todo en ti enciende
Donde buscar y encontrar lo que se quiere.
La lava de tu volcán interior.
Fantásticas cosas…
¡Te apegas tanto y haces uno solo
Se convierte en necesidad.
El dolor de tener que terminar!
El haz de luces de tus adentros penetra en
los ojos
Cecilia Irene
Que aunque se cierran
No dejan de ver tu intenso resplandor.
Te alimentas del rocío de besos
Constantes que emanan de mi boca
Aunque pequeño riachuelo corres
Por donde otra agua no puede pasar
Porque tu agua es menos densa, más dulce
Y la más refrescante.
Yo que navego en tu mar,
Vivo confiando en que no habrá tormenta
Ni ola gigante
Que me obligue a naufragar.
Cecilia Irene
15
�Umbral
Poemario
HASTA LA SACIEDAD
ENTRE LAS MONTAÑAS…
Quiero embriagarme de tus besos.
Sé de un lugar lindo solo para dos,
Si un beso te bastó para arrancarme el alma
Acogedor,
¡Qué más da otro que aniquile mi vida!
Mirando al mar
Haz que se desangre mi cuerpo,
Donde el ocaso se cansa a la vista de todos
Lentamente,
Y la luna no deja huellas.
Para así, ver
Sé de un lugar que no contamina el aire
Cómo tu mirada criminal atraviesa las
paredes.
Y el susurro que se escucha
Quiero mirarte a los ojos una y otra vez
Y descubrir en ellos una sonrisa terrible,
Tu sonrisa henchida de placer.
Quiero sentir la puñalada
Es el del arroyo que pasa y salpica.
El lugar ideal para pasarla bien,
Los árboles que cantan
Y la hierba que invita a descansar,
El viento que aúlla alegre
Certera de tu boca,
Y que acaricia el cuerpo.
El filo de tus labios cortándome las venas,
Sé de un lugar entre las montañas.
Ver que la paz arrolladora que colma mi
paciencia
Se convierta en guerra a través del sexo.
Ver que la locura que desanda en mi interior
Se amasa con el látigo de tu lengua.
Cecilia Irene
Después de eso,
Si vuelves a besarme de esa forma,
Regálame la eternidad.
Cecilia Irene
16
�Umbral
Poemario
FUGA
A CARMITA
Pasaste fugaz como estrella viajera
Son cosas del destino
Por mi universo gris.
¡Ya no estás!
No preguntaste si era el ocaso
Nos miras desde tu morada,
O la noche oscura
Te alegras, te desquitas
Aquella en que pasaste
Y sientes quizás los mismos sentimientos de
un día
Ideal para dejar tu huella.
Olvidado en el pasado.
Pasaste fugaz,
Estrella que concedes los deseos
Alumbrando el camino inesperado
Y sin darnos cuenta nos damos de la mano.
Creo que no debe ser lo mismo hablar
Y no ser escuchado
Estar aquí y pasar desapercibido
Con solo allanar un sueño
Tú, estrella fugaz.
¿Todo cambia?
Yo, cielo nublado.
Antes te peleaba
Por ese camino imaginario
Porque te quería;
Pasaste fugaz
Ahora que no estás te sigo queriendo.
Y yo
Sigo mirando mi universo intacto.
No sabes que lloro a escondidas
Cuando llegas a mi mente;
No sabes que a veces maldigo a la vida
Que sigue sin ti.
Cecilia Irene
Se sabe que pasará mañana y no hay
resignación,
No hay olvido si se está preparado para el
golpe.
Pasa el tiempo pero no
el recuerdo.
Prometí no llorar.
Solo escríbeme.
Alexey Igort
17
�Umbral
Poemario
EL TIEMPO NOS VE PASAR
VERSOS
Todo el vacío lo llenas tú,
Un poema que versa
Querido amigo.
Bajo el cielo que miras
Fiel de mirada
Sobre el suelo que pisas.
Quien no conoce qué es traición,
Versos que navegan en el mar de tu sonrisa,
Que te animas cuando río
Que naufragan en las islas de tus senos.
Y te tornas triste al verme triste.
Rimas que danzan
Mi gran compañero de la soledad
Al compás de la música de tu voz.
Nos está pasando el tiempo.
Un papel escrito que vuela
Yo ya peino canas
Como un pájaro cuando busca cobija
Y tú
Con un lápiz
¡Has mudado tantas veces el pelo!
Que marca el camino recorrido
Ya no nos quedan dientes
En cada pedacito de tu cuerpo
Solo carapachos de ellos.
Escribo…
Ya solo vivo del recuerdo
Y te envidio.
Todavía tienes olfato para el olor femenino
Cecilia Irene
Corres tras él y te vanaglorias de las
fechorías,
¡Bribón!
Pero sé que no abandonas al viejo socio;
Tarde o temprano vuelves a contarme la
historia
Y hacerme reír….
Cecilia Irene
18
�Umbral
Poemario
DESAFUERO
DICEN
No es
Aun, después de alcanzar el sueño profundo
De masoquista
Reinas en mi subconsciente travieso
Adorar tus mordidas.
Que no duerme.
Con mi sudor te contagias
Dicen
Con mi dolor te engrandeces.
Vuelas sin alas al viento
Que no existe y respiras con rabia;
Penetras en mí tatuando una sonrisa.
Te desbocas, cabalgas, pruebo
fuerzas;
Me atas, devoramos el silencio
Blasfemando una llegada.
Tus manos son pequeñas, no sostienen mis
ansias.
Que al dormir todo se olvida
Menos lo puro.
No hay hombre que respire
Cuando falta el aliento de la bien amada
Ni alma que soporte prescindir de ella
Que embruja con una caricia,
Que hace de lo amargo,
Miel…
Cecilia Irene
Cecilia Irene
19
�Umbral
Poemario
PENSANDO EN USTED
DICEN POR AHÍ
Cada noche,
Dicen por ahí que vendí mi alma al diablo
Señora,
Que ya no soy de este mundo, ya no más.
Pienso en usted.
Dicen por ahí que mi mente vaga sabe Dios
Sueño sus labios,
A qué lugar, a hacer sabe Dios qué.
Sus besos, su cuerpo, su desnudez.
Dicen por ahí que estoy loco.
Sueño sus sueños y me siento al revés.
Dicen por ahí que no saben lo que dicen de
mí
Cada noche, señora, me acompaña usted.
Y me alegro de pensarla mi propiedad
privada.
No dejo de pensarla mía, mía hasta el
corazón.
Cada noche, señora, será otro nuevo
amanecer.
Despertar con el aroma de su piel,
Mirando su silueta en la pared,
Y los labios resecos de la sed.
Y seguiré mojando de sudor las sábanas
Pensando en usted.
Porque no saben qué es de mí.
Dicen por ahí, y me reí
o, que estoy loco sin estarlo,
Pero nadie sabe por qué me llaman loco.
Lo que no dicen por ahí es que sí,
Vendí mi alma al diablo porque la tuya vale
mucho más e hice el cambio.
Lo que no dicen por ahí es que sí, mi mente
vaga lejos,
Tan lejos como puedas ir porque vuela hacia
ti.
Lo que no saben es que no pueden saber de
mí porque
Cecilia Irene
Estoy hechizado, y es magia negra, brujería,
vudú.
Por eso me río
Porque nadie sabe de lo que soy capaz
Por tenerte conmigo.
Dicen por ahí que estoy loco…
¡Síiiiiiiiiiiiiiiii, loco, loco, ah!
Loco por ti!
Alexey Igort
20
�Umbral
Poemario
DUELE
¡Me duele el momento en que no te conocí
antes
En el fragor de la batalla, el olor a pólvora y
a sentimientos magros.
Me duele cada día en que no te tengo en mi
día
Para saberme vivo, respirando,
Me duele tener sangre si no es tu sangre,
No ser adicto a tu mágico tamaño o tu
sagrada inteligencia.
Me duele el dolor que te ataca y te duele.
Me duele todo,
Todo menos lo que significas tú!
Haciendo y deshaciendo cosas.
Me duelen los días de decisiones no
compartidas en los que dices NO
Alexey Igort
Y yo digo SÍ.
Porque no hay ideas compartidas sin ti.
Me duele cada momento del día en que el sol
me quema
Y no corro a ti para contarte cómo sucedió.
Me duelen, sí…, han dolido estos miles de
kilométricos segundos fuera del bosque de
tu pelo,
Sin recorrer la pradera entre tus piernas y
beber del vino de tus labios.
Me duele cada microsegundo en que mi
mente vuela sin hilos
Y estos no corren en tus manos.
Me duele sentir el alcohólico absurdo
acariciándome y no son tus manos
Porque las conozco.
Me duele todo lo que no me acerca a ti, todo
lo que no se parece a ti.
Me duele todo lo que no lleva tu olor, lo que
no tiene tu sabor,
Lo que no se parece a ti, amada mía.
Me duele no ser sordo, ciego y mudo
Si no te escucho, te veo o te hablo.
21
�Umbral
Poemario
LA MERA PASIÓN
Quiero saber de la mera pasión que me
ataca,
La mera pasión que controla la pluma, el
papel, la tinta.
Todo lo que me hace apegarme a lo que te
rodea.
Quiero analizar cada momento de lucidez y
cada momento de locura
Para saber quién, si el loco o el cuerdo que
tengo dentro,
Te quiere más.
Quiero saber de la mera pasión de mi cuerpo
por tu cuerpo,
De mi aliento por tu aliento,
De mi pasión por tu pasión.
Quiero saber de lo que hay en mí que no te
lleva en sí,
De lo que llevo en cada bolsillo que no me
hace quererte
O del veneno que no me mata si no te hace
vivir.
Quiero saberlo para enterrarlo.
Quiero saberlo para matarlo.
Quiero saberlo para no tener que llevar nada
conmigo
Que no se alimente de ti,
Para revisarme los bolsillos y solo sacar
besos tuyos, abrazos tuyos,
Caricia tuya, el aliento tuyo, la pasión tuya,
Y saber que simplemente soy el loco o el
cuerdo
Que te quiere más.
Alexey Igort
22
�Umbral
Poemario
Índice
Dedicatoria……………………………………………………..
Tu imagen………………………………………………………. 1
La misma suerte………………………………………. 1
Embriaguez……………………………………….. 2
Dame tiempo…………………………….... 2
¿Qué buscas?....................... 3
Ansias de mujer…………… 3
¡Ay de mí!.............. 4
Pasiones…………. 4
Constelación..5
Recuerdos..5
Ámame.. 6
Desesperanza… 6
Arrepentimiento… 7
Resurrección…….. 7
Obsesión………. 8
Donde solo yo…… 8
Dulce y amargo………. 9
Añoranzas………… 9
Manantial… 10
Un beso… 10
A ti…. 11
Rendidor….. 11
�Umbral
Poemario
Canción para una princesa……………………………………….. 12
Espejo………………………………………………………………….. 13
Ensueños …………………………………………………………. 13
Pasión efímera……………………………………………. 14
Desafíos ………………………………………………… 14
Todo tú y más …………………………………. 15
Aparición………………………………………. 15
Hasta la saciedad………………….. 16
Entre las montañas…………. 16
Fuga.…………………………… 17
A Carmita……………….. 17
El tiempo nos ve pasar…… 18
Versos……………………….. 18
Desafuero……………… 19
Dicen………………. 19
Pensando en usted... 20
Dicen por ahí……… 20
Duele ………….. 21
La mera pasión…………… 22
�
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Umbral
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Cecilia Irene Pérez Roque
Alexey Igort Reyes Gómez
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Poemario
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2013
-
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9c04c3737cddafb425362fb5da0503ca
PDF Text
Text
�Umbral
(Poemario)
Cecilia Irene Pérez Roque
Alexey Igort Reyes Gómez
Editorial Digital Universitaria, Moa
Las Coloradas s/n Moa, Holguín, Cuba
�Página legal
Título de la obra: Umbral (poemario) 22 pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2013 – ISBN: 978-959-16-2133-7
1. Autores: Cecilia Irene Pérez Roque
Alexey Igort Reyes Gómez
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez
Jiménez”
Edición: M. Sc. Niurbis La Ó Lobaina
Corrección: Lic. Yelenny Molina Jiménez
Diseño de cubierta: Wilkie Villalón Sánchez
Institución del autor: ISMM “Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Editorial Digital Universitaria, Moa, año 2013
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
Las Coloradas s/n, Moa, Holguín, Cuba
CP: 83329
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�A quien comparte mis días, mi alegría, mi nostalgia,
A quien se entrega todo a cambio de nada,
A ese ser imperfecto que me hace perfecta,
A mi alma gemela,
Gracias!!!
�Umbral
Poemario
TU IMAGEN
LA MISMA SUERTE
En mi temblorosa mirada retoza
Cuando la huella macabra del destino
Como los niños en el parque.
Se pierda en la tupida hierba,
El día es la mañana
Cuando la mortal herida
La noche es la tarde
En tu corazón se cure,
Y noche y día están en mí.
Cuando la noche para ti
No hay oscuridad que esconda
Vuelva a ser como la sonrisa
Tu sonrisa salvaje
Que una vez fue llanto amargo,
Te regodeas en tus gestos
Estaré a tu lado
Para decirme NO.
Para arrepentirme yo
Te admiro todo
Y cuestionar mis pecados.
De los pies a la cabeza
Aún cuando tu mirada me condene al
destierro
Despertando en mis entrañas
Y exija venganza
Una guerra al corazón.
Estaré aquí donde te dejé, esperando
No por ti,
Por tu amor de hombre,
Cecilia Irene
¡Ese lo dejé escapar!
Estaré esperando la misma suerte que
corriste.
Cecilia Irene
1
�Umbral
Poemario
EMBRIAGUEZ
DAME TIEMPO
En copas de vino
Dame tiempo para poder crecer.
He puesto tu vida y la mía:
Si ese es el problema,
La copa grande para tu alma grande
La pared que nos divide,
Y la pequeña para tu alma vacía.
Demora entonces el tiempo.
Probemos embriagarnos
Detenlo y espérame,
Con el dulce néctar del éxtasis del placer
Yo trataré de crecer y alcanzarte lo más
pronto.
Y naufraguemos en nuestras miradas
Desde el crepúsculo hasta el amanecer.
Miremos nuestros corazones
Y comparemos nuestras vidas;
Veamos si nos hemos llenado de amor
O si aún no tiene cura mi herida;
Y si la luz del sol nos sorprende
Con las almas fundidas,
Regálame una noche primero
Y prueba lo que de niña tengo.
Mas, cuando lo hagas,
Medita entonces lo que de niña o mujer
encontraste.
Y al final de la noche,
Cuando por fin sepas quién soy
Júzgame como quieras,
Hagamos fiesta,
Seamos entonces uno solo
Bebamos el vino con placer.
Como niño o como hombre.
Tómame después como lo que deseas que
sea yo.
Cecilia Irene
Cecilia Irene
2
�Umbral
Poemario
¿QUÉ BUSCAS?
ANSIAS DE MUJER
No busques por favor
Deja que me atormente mirándote desnudo.
(No lo hagas en mí)
Deja recorrer tu cuerpo,
La codicia y el lujo
Besar deseo cada parte de ti.
Y el dinero escondido de otro.
Transportarme quiero contigo a pasear por
todo el universo
No trates de encontrar en mis bolsillos
A través de los dulces espasmos del placer;
Pues tu afán será en vano.
No permitamos que amanezca;
Mas, si tratas, encontrarás,
Vivamos esta noche la ilusión de nunca.
Si buscas,
Amor, cariño, compasión y ternura,
Si no tienes vestidos, compartiremos los
míos.
Me pondré tus pantalones que aunque
anchos
Calientan como tus abrazos,
Permite que tus asesinos besos me
aniquilen;
Será un placer morir entre tus brazos.
Que en mi memoria a través de tus ojos
Se quede en mi alma el recuerdo de esta
noche
Y se esculpe tu silueta danzando sobre mí.
Y mis sábanas, si te sirven,
Puedes usarlas.
Quiero ayudarte.
Da un salto definitivo de esa vida absurda
Cecilia Irene
Y súmate a mi vida sana y llena de lo bello.
Quítate la máscara de hombre fácil.
Te convertiré
En el más inaccesible de todos.
Cecilia Irene
3
�Umbral
Poemario
¡AY DE MÍ!
PASIONES
¿Dónde estoy?
Otra madrugada y no alcanzo el sueño
Metida en un mundo
Pensando en ti.
Donde la sonrisa cuesta perder la vida,
Sueño despierta contigo,
Donde un dulce beso se vuelve amargo,
Me muevo en torno a tu pecho,
Donde un cálido abrazo se torna frío y se
pierde la voz.
Tu boca,
Al pronunciar la palabra amor
En este extraño mundo,
Tu cuello;
Mi mente baja despacio
Contemplando
Es delito amar con grandeza,
Entregarse al placer es alta traición.
El día es una pesadilla y la noche
Se convierte en bullicioso insomnio
Que hunde en la distancia
Y recorro cada punto sensible.
Sin reparo, me detengo a mitad del camino
Ahí
Donde el éxtasis del placer te arrastra,
Donde sientes más,
A toda mente que piensa en rebelión.
En este insípido mundo estoy,
A este mundo noche tras noche me
transporto,
Huyendo a la tortura cruel del monstruo
Que con apetito voraz asesina los “te
quiero”.
Donde se nubla el cielo,
Se torna la noche más oscura y quiero
amarte.
Me abrazas y en un susurro dices sí,
De súbito te alcanzo y te arranco un beso,
Un fuego extraño desciende por mi espalda;
Hirviente la sangre
Cae a torrentes sobre mi cabeza.
Cecilia Irene
Despierto del letargo de sueños otra vez.
Cecilia Irene
4
�Umbral
Poemario
CONSTELACIÓN
RECUERDOS
Esa estrella que ilumina mi camino
Cuando el día se ha ido
Centro de una extraña constelación
Y cerca está la noche, yo pienso en ti.
Se parece a ti.
Aquella noche ebria de celos
Y no dejo de mirarla en las noches.
En que la mano te tomé
Es una fuerza la que de ella se respira
Y la mía surcó el aire cual violento destello,
Que invita al viaje
Y clavose tu mirada en la mía,
Hasta la más lejana de las galaxias,
No sé si culpable,
Escondida quién sabe dónde,
No sé si inocente,
Quizás cautiva.
Tu mirada tierna y amable
Las pequeñas que titilan son los lunares de
tu cuerpo.
Tornóse ajena y fría.
Las más grandes tus ojos.
Bastó solo ese golpe del destino
Para ser juzgada.
Tu boca,
Todo el espacio reservado en el infinito para
ti.
Cada noche en mi nave de sueños para
encontrarte
Cecilia Irene
¿Cuán lejos estás?
Es tanta la distancia entre nosotros…
¿Pero es acaso distancia sinónimo de
imposible?
Esta loca cosmonauta te ama tanto
Que es una estrella más
En tu universo perdido.
Cecilia Irene
5
�Umbral
Poemario
ÁMAME
DESESPERANZA
Hazlo con fuerza tal
Solitaria y presa en un mundo hostil,
Que de mí borres el cruel pasado.
Donde la sonrisa
Bésame,
Se convierte en lágrimas candentes
Abrázame,
Que emanan de un volcán de tristezas,
Si quieres ódiame mañana,
Lava negra que destruye sin piedad
Pero no ahora cuando más te necesito.
Toda una vida de esperanzas.
Hundirme quiero contigo
Caminando por un mundo macabro y frío,
Hasta las mismas entrañas del éxtasis del
placer.
Donde la soledad aúlla en la pendiente filosa
Transportarme deseo esta noche,
De un abismo insondable
A través del tiempo, al más lejano futuro
Que encierra en su fondo misteriosas
sombras,
Donde nadie ha ido jamás.
Donde apacibles
Después de esta noche,
Reposan a toda hora
Piénsalo.
Inimaginables fieras
Mañana
Que odian la dulzura, el cariño y el amor,
Si deseas
Me siento inerte como las piedras,
No me busques más.
Al ver, sin remedio, un inevitable fin
Donde la tierra se abre y cubre
Con mortal abrazo
Todo sacrificio, la esperanza, el amor.
Cecilia Irene
Cecilia Irene
6
�Umbral
Poemario
ARREPENTIMIENTO
RESURRECCIÓN
Serás la estúpida borrasca
Perecer
Que tratará de acallar mi voz cada mañana,
Han de verse las cosas viejas
Pero yo seré la guadaña presta a cegar tu
vida
Como algo nuevo;
Cuando intentes florecer.
Como un gastado corazón rejuvenecer
Con el hechizo de un beso.
Serás el fuego que querrá cerrarme el paso
Al caminar por la vida
Y yo seré la luz del sol que secará tu
maldad.
Querrás un día cualquiera,
No hay vida nueva sin un baúl de recuerdos
viejos,
Buenos y malos.
Con la experiencia de la vida pasada
Para saborear el placer de vivir el presente
Ser la cárcel que me vea morir,
La cadena que me aprisione,
No hay como un viejo amor
Convertido en amor nuevo;
Pero nada lograrás pues,
No hay como un libro viejo
Eres ya muy poco y yo al contrario
Soy demasiada luz.
Que empolvado y destruido es aún
Filoso e interesante.
Cecilia Irene
Cecilia Irene
7
�Umbral
Poemario
OBSESIÓN
DONDE SOLO YO…
Digo te tengo porque miro al mar.
Estás donde nadie puede tocarte,
Te toco
Donde nadie puede verte.
Porque cuento las estrellas.
Tan alto
Digo te adoro
Que solo yo puedo llegar.
Porque te tengo en mí presente,
Tan escondido
Porque estás metido en mi mente,
Que solo yo domino la manera de
encontrarte.
En mi alma,
Eres simplemente,
En mi cuerpo.
Te veo porque eres mi alucinación
Y tan infinitamente bello,
Que aún lleno de siglos
De noche,
Te admiro y te amo.
Mi sombra de día.
Eres mi fantasía perpetua,
Digo te amo
Porque sin ti me mata la vida.
Cecilia Irene
Así solo yo te llamo.
Cecilia Irene
8
�Umbral
Poemario
DULCE Y AMARGO
AÑORANZAS
Un día como otro cualquiera conocí el amor,
Me siento en las noches a mirar el mar
El viento conmigo conversaba
Y mi mente navega
Y el reloj de mi alma, viejo y empolvado,
Meciéndose al compás de las olas.
Echó a andar mágicamente.
Adormecida,
Un día sin saber por qué mi vida cambió,
Jugando a nadar con los delfines
Comencé a ver las cosas diferentes.
A intervalos se sumerge en el negro-azul de
sus entrañas,
Mi corazón palpitaba de manera extraña,
Buscando compañía
La sangre hervía y su color
O sirenas que con dulce voz invitan al amor;
Tornóse púrpura de repente
Y mis brazos y manos perdieron sus fuerzas
Y blancos veleros al pasar saludan,
Y como gaviotas revolotea y se posa
Repentinamente
Presintiendo que el destino provocaría en mí
El desvelo de manera inminente.
En el alto mástil
Del barco de mi imaginación.
Pero una noche,
Sin entender,
Cecilia Irene
Todo
Se
Derrumbó.
El viento entonces como un lobo aullaba,
Sobre mi cabeza volaban aves negras
Y el reloj de mi vida
Se detuvo
Roto.
Ese día conocí el lado bueno de la vida,
Esa noche el lado oscuro del amor.
Cecilia Irene
9
�Umbral
Poemario
MANANTIAL
UN BESO…
He decidido quedarme aquí
No mates, por favor,
En medio de este mundo salvaje
La sed que me embriaga de tus besos,
Donde las tempestades
Pues,
Son de agua pura
Un beso no es el fin de la vida
Y no de murmuraciones,
Sino el preludio de un comienzo.
Donde la vida es sana
Si un beso cruel disparas
Y no banal y sin sentido.
Haz que sea certero,
En cambio en aquel, donde vivimos,
Pero no amargues mis labios
Es un mundo falso y hostil
Para saborear mi deseo.
En el que paso a paso
Si desangras mis venas
Inevitablemente
Con tus asesinos besos
Morimos.
Moriría con placer,
Pues serían eternos.
Permíteme morder la fina copa de tus labios
Y romperla y tragar sus fragmentos.
Cecilia Irene
Quiero hacerme daño al probarlos
Y hacer muy mío ese momento.
Cecilia Irene
10
�Umbral
Poemario
A TI
RENDIDOR
A ti
Te espero en el momento preciso,
Que tanto amor a cambio de nada profesas
De noche o de día
Deja dedicar este poema
Cuando quieras hablar
Húmedo de ternura.
O simplemente una mirada quieras
estrechar.
A ti
Que día y noche has regalado tus labios
Yo te espero
Cuando la melancolía aflore en tu jardín
A quien no los merece
Permite adentrarme en tu sensibilidad
Y no quieras ver a tu amante jardinero.
Solo mírame
Y hurgar tus secretos
Que yo con la mirada te daré consuelo
Como si fuera tu dueña.
Para rociar tus labios de ternuras cálidas.
A ti
Que necesitas ese amor de tanto afán
Búscame
Para besar tu cuerpo y darte amor,
Escribiré días y noches
No más piénsame
Aquí en este mundo,
Y en el más allá, reservados estarán
Para decirte lo que tanto anhelas escuchar.
Cecilia Irene
Y si deseas rendirte en mis brazos aquí
están,
Solo estréchalos.
Cecilia Irene
11
�Umbral
Poemario
CANCIÓN PARA UNA PRINCESA
Vive el silencio que se le otorga.
Desnuda sus ojos pero no puede.
Miente,
Miente otra vez y se le escapan
Penélope miente
Deseos y sueños que nunca vuelven.
Porque se siente vacía.
Se queda sola, busca refugio.
Sola, con sus mentiras,
Siente la misma soledad de ayer,
Se siente llena.
Se queda quieta.
A veces no tiene qué mentir
Murmura a la luna
Y se inventa un espejo.
Se toma los lirios y guarda en un bolsillo
Transcurren para ella las sílabas
Su espejo de luna.
Del tiempo en un banco de palma.
Miente ahora porque no puede
Recordar el mañana.
Cecilia Irene
Teme volver atrás,
Seguir adelante,
Tropezar ahora.
Irrita sus labios porque quiere besos.
No los deja, miente por prejuicios
Y miente sin beneficios.
Busca un corazón gemelo
Al menos hermano que sienta.
Acaricia una mariposa de viento
Y mira la espuma como un ala triste.
El agua le llega a la memoria
Porque no se moja las manos.
Endulza el disfraz de mentiras
Para ver, si al menos,
Las hormigas duermen a su lado cuando
está sola.
Busca aves, busca sol, busca agua…
12
�Umbral
Poemario
ESPEJOS
ENSUEÑOS
Eres mi síntoma de locura.
Qué inquietante los minutos que pasan sin
verte,
Tu silueta
Dibujada en las paredes de mi memoria
Perfila tus caderas,
Tu cuello, tus senos, tu boca,
Todo un mundo de lugares y cosas
Aún por descubrir.
Tu virgen aspecto reflejado en mi cabeza
Hacen de mí un sediento loco
Saturado de deseos de besarte,
De tenerte
Y acabar muriendo de locura y miedo.
Prefiéreme loco,
Sin escucharte, sin tocarte.
Todo el breve espacio que llenas con un
beso,
Una caricia,
Se arraiga al silencio mortal de tu sombra.
En mis ojos
Cuando no estás
La cama
Tan pequeña cuando estamos juntos
Es tan extensa como el océano,
Tan inhóspita como el Sahara.
Ya se me hace vital observar como duermes,
Descabezado y absurdo,
Oír como respiras,
Así traspaso mis sueños
Y te hago mía cuando quiera.
Si soy normal
Descubrir tu cuerpo a través de la oscuridad
Y saber cuando despierto
Que estás conmigo.
Te pierdo.
Cecilia Irene
Cecilia Irene
13
�Umbral
Poemario
PASIÓN EFÍMERA
DESAFÍOS
Lo tengo en mis brazos
Hay muchas cosas que desafían:
Es lo que importa.
El vivir a diario,
¿Mañana?
El cansancio y el trabajo.
No existe, porque cuando despierto
La tensión de hacerlo todo mal o bien,
Es nuevamente hoy.
El pensar demasiado o simplemente
Aunque sé que para un nuevo despertar
junto a él
No pensar en nada,
Debo cambiar cosas urgentes.
Eliminar posibles síntomas de catástrofes.
Por ahora está ahí
Pero más terrible se vuelve
El sabernos envueltos
En el lúgubre manto de la soledad.
Donde se encierra mi alma a pensar
Ahora me mezclo en este tormentoso vivir
diario
En lo más hondo de mi cuerpo.
Y no me cansa el trabajo,
Lo amo
No pienso en cosas vacías
En mi tormento
Y no estoy sola.
Y eso basta para vivir hoy.
Estoy dentro de alguien especial,
Mañana veremos qué pasa.
Alguien hechizante y dueño ya de mí.
¡Saber que pudiera perderlo! Lo sé,
Todo es riesgo.
Dolerá, quizás lloraré,
Cecilia Irene
Pero por ahora nada de lo que padece la
vida diaria
Me preocupa ni me contagia,
Ni el recio viento
Que haga zozobrar la barca
En la que navego.
Cecilia Irene
14
�Umbral
Poemario
TODO TÚ Y MÁS…
APARICIÓN
Un fuego que quema por dentro,
Una luciérnaga gigante
Un dolor punzante que paraliza,
Me trajo la luz,
Una luz cegadora que detiene al instante,
Con ella la alegría
Una flor que jamás se marchita.
Las ganas de vivir.
Un arroyo que no se seca,
Me trajo la sensatez de habitar
Un mar azul que no se enfurece
Donde hay rincones llenos de secretos,
Porque al amar todo en ti enciende
Donde buscar y encontrar lo que se quiere.
La lava de tu volcán interior.
Fantásticas cosas…
¡Te apegas tanto y haces uno solo
Se convierte en necesidad.
El dolor de tener que terminar!
El haz de luces de tus adentros penetra en
los ojos
Cecilia Irene
Que aunque se cierran
No dejan de ver tu intenso resplandor.
Te alimentas del rocío de besos
Constantes que emanan de mi boca
Aunque pequeño riachuelo corres
Por donde otra agua no puede pasar
Porque tu agua es menos densa, más dulce
Y la más refrescante.
Yo que navego en tu mar,
Vivo confiando en que no habrá tormenta
Ni ola gigante
Que me obligue a naufragar.
Cecilia Irene
15
�Umbral
Poemario
HASTA LA SACIEDAD
ENTRE LAS MONTAÑAS…
Quiero embriagarme de tus besos.
Sé de un lugar lindo solo para dos,
Si un beso te bastó para arrancarme el alma
Acogedor,
¡Qué más da otro que aniquile mi vida!
Mirando al mar
Haz que se desangre mi cuerpo,
Donde el ocaso se cansa a la vista de todos
Lentamente,
Y la luna no deja huellas.
Para así, ver
Sé de un lugar que no contamina el aire
Cómo tu mirada criminal atraviesa las
paredes.
Y el susurro que se escucha
Quiero mirarte a los ojos una y otra vez
Y descubrir en ellos una sonrisa terrible,
Tu sonrisa henchida de placer.
Quiero sentir la puñalada
Es el del arroyo que pasa y salpica.
El lugar ideal para pasarla bien,
Los árboles que cantan
Y la hierba que invita a descansar,
El viento que aúlla alegre
Certera de tu boca,
Y que acaricia el cuerpo.
El filo de tus labios cortándome las venas,
Sé de un lugar entre las montañas.
Ver que la paz arrolladora que colma mi
paciencia
Se convierta en guerra a través del sexo.
Ver que la locura que desanda en mi interior
Se amasa con el látigo de tu lengua.
Cecilia Irene
Después de eso,
Si vuelves a besarme de esa forma,
Regálame la eternidad.
Cecilia Irene
16
�Umbral
Poemario
FUGA
A CARMITA
Pasaste fugaz como estrella viajera
Son cosas del destino
Por mi universo gris.
¡Ya no estás!
No preguntaste si era el ocaso
Nos miras desde tu morada,
O la noche oscura
Te alegras, te desquitas
Aquella en que pasaste
Y sientes quizás los mismos sentimientos de
un día
Ideal para dejar tu huella.
Olvidado en el pasado.
Pasaste fugaz,
Estrella que concedes los deseos
Alumbrando el camino inesperado
Y sin darnos cuenta nos damos de la mano.
Creo que no debe ser lo mismo hablar
Y no ser escuchado
Estar aquí y pasar desapercibido
Con solo allanar un sueño
Tú, estrella fugaz.
¿Todo cambia?
Yo, cielo nublado.
Antes te peleaba
Por ese camino imaginario
Porque te quería;
Pasaste fugaz
Ahora que no estás te sigo queriendo.
Y yo
Sigo mirando mi universo intacto.
No sabes que lloro a escondidas
Cuando llegas a mi mente;
No sabes que a veces maldigo a la vida
Que sigue sin ti.
Cecilia Irene
Se sabe que pasará mañana y no hay
resignación,
No hay olvido si se está preparado para el
golpe.
Pasa el tiempo pero no
el recuerdo.
Prometí no llorar.
Solo escríbeme.
Alexey Igort
17
�Umbral
Poemario
EL TIEMPO NOS VE PASAR
VERSOS
Todo el vacío lo llenas tú,
Un poema que versa
Querido amigo.
Bajo el cielo que miras
Fiel de mirada
Sobre el suelo que pisas.
Quien no conoce qué es traición,
Versos que navegan en el mar de tu sonrisa,
Que te animas cuando río
Que naufragan en las islas de tus senos.
Y te tornas triste al verme triste.
Rimas que danzan
Mi gran compañero de la soledad
Al compás de la música de tu voz.
Nos está pasando el tiempo.
Un papel escrito que vuela
Yo ya peino canas
Como un pájaro cuando busca cobija
Y tú
Con un lápiz
¡Has mudado tantas veces el pelo!
Que marca el camino recorrido
Ya no nos quedan dientes
En cada pedacito de tu cuerpo
Solo carapachos de ellos.
Escribo…
Ya solo vivo del recuerdo
Y te envidio.
Todavía tienes olfato para el olor femenino
Cecilia Irene
Corres tras él y te vanaglorias de las
fechorías,
¡Bribón!
Pero sé que no abandonas al viejo socio;
Tarde o temprano vuelves a contarme la
historia
Y hacerme reír….
Cecilia Irene
18
�Umbral
Poemario
DESAFUERO
DICEN
No es
Aun, después de alcanzar el sueño profundo
De masoquista
Reinas en mi subconsciente travieso
Adorar tus mordidas.
Que no duerme.
Con mi sudor te contagias
Dicen
Con mi dolor te engrandeces.
Vuelas sin alas al viento
Que no existe y respiras con rabia;
Penetras en mí tatuando una sonrisa.
Te desbocas, cabalgas, pruebo
fuerzas;
Me atas, devoramos el silencio
Blasfemando una llegada.
Tus manos son pequeñas, no sostienen mis
ansias.
Que al dormir todo se olvida
Menos lo puro.
No hay hombre que respire
Cuando falta el aliento de la bien amada
Ni alma que soporte prescindir de ella
Que embruja con una caricia,
Que hace de lo amargo,
Miel…
Cecilia Irene
Cecilia Irene
19
�Umbral
Poemario
PENSANDO EN USTED
DICEN POR AHÍ
Cada noche,
Dicen por ahí que vendí mi alma al diablo
Señora,
Que ya no soy de este mundo, ya no más.
Pienso en usted.
Dicen por ahí que mi mente vaga sabe Dios
Sueño sus labios,
A qué lugar, a hacer sabe Dios qué.
Sus besos, su cuerpo, su desnudez.
Dicen por ahí que estoy loco.
Sueño sus sueños y me siento al revés.
Dicen por ahí que no saben lo que dicen de
mí
Cada noche, señora, me acompaña usted.
Y me alegro de pensarla mi propiedad
privada.
No dejo de pensarla mía, mía hasta el
corazón.
Cada noche, señora, será otro nuevo
amanecer.
Despertar con el aroma de su piel,
Mirando su silueta en la pared,
Y los labios resecos de la sed.
Y seguiré mojando de sudor las sábanas
Pensando en usted.
Porque no saben qué es de mí.
Dicen por ahí, y me reí
o, que estoy loco sin estarlo,
Pero nadie sabe por qué me llaman loco.
Lo que no dicen por ahí es que sí,
Vendí mi alma al diablo porque la tuya vale
mucho más e hice el cambio.
Lo que no dicen por ahí es que sí, mi mente
vaga lejos,
Tan lejos como puedas ir porque vuela hacia
ti.
Lo que no saben es que no pueden saber de
mí porque
Cecilia Irene
Estoy hechizado, y es magia negra, brujería,
vudú.
Por eso me río
Porque nadie sabe de lo que soy capaz
Por tenerte conmigo.
Dicen por ahí que estoy loco…
¡Síiiiiiiiiiiiiiiii, loco, loco, ah!
Loco por ti!
Alexey Igort
20
�Umbral
Poemario
DUELE
¡Me duele el momento en que no te conocí
antes
En el fragor de la batalla, el olor a pólvora y
a sentimientos magros.
Me duele cada día en que no te tengo en mi
día
Para saberme vivo, respirando,
Me duele tener sangre si no es tu sangre,
No ser adicto a tu mágico tamaño o tu
sagrada inteligencia.
Me duele el dolor que te ataca y te duele.
Me duele todo,
Todo menos lo que significas tú!
Haciendo y deshaciendo cosas.
Me duelen los días de decisiones no
compartidas en los que dices NO
Alexey Igort
Y yo digo SÍ.
Porque no hay ideas compartidas sin ti.
Me duele cada momento del día en que el sol
me quema
Y no corro a ti para contarte cómo sucedió.
Me duelen, sí…, han dolido estos miles de
kilométricos segundos fuera del bosque de
tu pelo,
Sin recorrer la pradera entre tus piernas y
beber del vino de tus labios.
Me duele cada microsegundo en que mi
mente vuela sin hilos
Y estos no corren en tus manos.
Me duele sentir el alcohólico absurdo
acariciándome y no son tus manos
Porque las conozco.
Me duele todo lo que no me acerca a ti, todo
lo que no se parece a ti.
Me duele todo lo que no lleva tu olor, lo que
no tiene tu sabor,
Lo que no se parece a ti, amada mía.
Me duele no ser sordo, ciego y mudo
Si no te escucho, te veo o te hablo.
21
�Umbral
Poemario
LA MERA PASIÓN
Quiero saber de la mera pasión que me
ataca,
La mera pasión que controla la pluma, el
papel, la tinta.
Todo lo que me hace apegarme a lo que te
rodea.
Quiero analizar cada momento de lucidez y
cada momento de locura
Para saber quién, si el loco o el cuerdo que
tengo dentro,
Te quiere más.
Quiero saber de la mera pasión de mi cuerpo
por tu cuerpo,
De mi aliento por tu aliento,
De mi pasión por tu pasión.
Quiero saber de lo que hay en mí que no te
lleva en sí,
De lo que llevo en cada bolsillo que no me
hace quererte
O del veneno que no me mata si no te hace
vivir.
Quiero saberlo para enterrarlo.
Quiero saberlo para matarlo.
Quiero saberlo para no tener que llevar nada
conmigo
Que no se alimente de ti,
Para revisarme los bolsillos y solo sacar
besos tuyos, abrazos tuyos,
Caricia tuya, el aliento tuyo, la pasión tuya,
Y saber que simplemente soy el loco o el
cuerdo
Que te quiere más.
Alexey Igort
22
�Umbral
Poemario
Índice
Dedicatoria……………………………………………………..
Tu imagen………………………………………………………. 1
La misma suerte………………………………………. 1
Embriaguez……………………………………….. 2
Dame tiempo…………………………….... 2
¿Qué buscas?....................... 3
Ansias de mujer…………… 3
¡Ay de mí!.............. 4
Pasiones…………. 4
Constelación..5
Recuerdos..5
Ámame.. 6
Desesperanza… 6
Arrepentimiento… 7
Resurrección…….. 7
Obsesión………. 8
Donde solo yo…… 8
Dulce y amargo………. 9
Añoranzas………… 9
Manantial… 10
Un beso… 10
A ti…. 11
Rendidor….. 11
�Umbral
Poemario
Canción para una princesa……………………………………….. 12
Espejo………………………………………………………………….. 13
Ensueños …………………………………………………………. 13
Pasión efímera……………………………………………. 14
Desafíos ………………………………………………… 14
Todo tú y más …………………………………. 15
Aparición………………………………………. 15
Hasta la saciedad………………….. 16
Entre las montañas…………. 16
Fuga.…………………………… 17
A Carmita……………….. 17
El tiempo nos ve pasar…… 18
Versos……………………….. 18
Desafuero……………… 19
Dicen………………. 19
Pensando en usted... 20
Dicen por ahí……… 20
Duele ………….. 21
La mera pasión…………… 22
�
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Cecilia Irene Pérez Roque
Alexey Igort Reyes Gómez
Publisher
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
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Poemario
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2013
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/80bd65ec4c9722e4c723cbb43b6b27b4.pdf
52ebefb4b3ba2a614cb0381f2c201e00
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TESIS
Procedimiento para la valoración
económica y ambiental
en la actividad minera de níquel
Clara Luz Reynaldo Arguelles
�Página legal
Título de la obra. Procedimiento para la valoración económica y ambiental en la
actividad minera de níquel-- 88 pág
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2013 -1. Autor: Clara Luz Reynaldo Argüelles
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico” Antonio Núñez Jiménez”
Edición: Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización: Miguel Ángel Barrera Fernández
Institución del autor: ISMM “Antonio Núñez Jiménez”
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2013
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
Las coloradas s/n, Moa 83329, Holguín
Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�UNIVERSIDAD DE ORIENTE
FACULTAD DE CIENCIAS ECONÓMICAS Y EMPRESARIALES
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EMPRESARIALES
PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN ECONÓMICA Y AMBIENTAL EN
LA ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en
Ciencias Económicas.
CLARA LUZ REYNALDO ARGÜELLES
Santiago de Cuba
2013
�UNIVERSIDAD DE ORIENTE
FACULTAD DE CIENCIAS ECONÓMICAS Y EMPRESARIALES
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EMPRESARIALES
PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN ECONÓMICA Y AMBIENTAL EN
LA ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias
Económicas.
Autor (a): Lic. CLARA LUZ REYNALDO ARGÜELLES
Tutores: Prof. Tit., Ing. Rafael Guardado Lacaba, Dr. C.
Prof. Tit., Lic. Hugo Pons Duarte, Dr. Cs.
Santiago de Cuba
2013
�ÍNDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN ------------------------------------------------------------------------------------- 1
CAPÍTULO I FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Y CONCEPTUAL DE LA ECONOMÍA
AMBIENTAL Y LA MINERÍA ------------------------------------------------------- 9
I.1 Introducción --------------------------------------------------------------------- 9
I.2 Economía y medio ambiente -------------------------------------------------- 9
I.2.1 Economía Ambiental --------------------------------------------------- 10
I.2.2 Corrientes del pensamiento económico convencional ------------- 12
I.3 Valoraciones económicas y ambientales ---------------------------------- 14
1.3.1 Valoraciones de políticas económicas ambientales internacionales
----------------------------------------------------------------------------------- 17
I.3.2 Los indicadores ambientales ------------------------------------------ 18
I.3.3 Los sistemas de indicadores en la gestión ambiental empresarial 20
I.3.4 La contabilidad ambiental en la actividad empresarial ------------ 22
I.4 La minería como actividad económica. Desafíos ambientales --------- 23
I.4.1 Relación costo-ingreso en la oferta y la demanda de níquel ------ 25
I.4.2 La minería de níquel en el desarrollo económico de Cuba ------- 27
I.4.3 Necesidad de indicadores para la valoración económica y
ambiental de la actividad minera de níquel -------------------------------- 27
I.5 Conclusiones parciales ------------------------------------------------------- 28
CAPÍTULO II PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN ECONÓMICA Y
AMBIENTAL EN LA ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL ------------------ 39
II.1 Introducción ------------------------------------------------------------------ 39
II.2 Nociones teóricas del procedimiento para la valoración económica y
ambiental en la actividad minera de níquel ----------------------------------- 39
II.2.1 Cálculo de la decisión de extracción del mineral------------------ 41
II.2.2 Caracterización del proceso minero de níquel --------------------- 42
II.2.3 Identificación de impactos ambientales ---------------------------- 43
II.2.4 Diseño de indicadores técnicos de gestión ambiental ------------ 46
II.2.5 Diseño de indicadores económicos y ambientales ---------------- 49
II.2.6 Información minera y ambiental en los estados financieros ----- 52
�II.2.7 Factibilidad económica de inversiones ambientales -------------- 55
II.3 Conclusiones parciales ------------------------------------------------------ 57
CAPÍTULO III VALORACIÓN ECONÓMICA Y AMBIENTAL EN LA ACTIVIDAD
MINERA DE NÍQUEL DE LA EMPRESA COMANDANTE ERNESTO CHE
GUEVARA ------------------------------------------------------------------------------ 64
III.1 Introducción ----------------------------------------------------------------- 64
III.2 Características de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara --- 64
III.3 Aplicación del procedimiento para la valoración económica y
ambiental en la actividad minera de níquel de la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara ------------------------------------------------------------- 66
III.3.1 Cálculo de la decisión de extracción del mineral ----------------- 67
III.3.2 Caracterización del proceso minero de níquel -------------------- 67
III.3.3 Identificación de impactos ambientales --------------------------- 70
III.3.4 Diseño de indicadores técnicos de gestión ambiental ----------- 72
III.3.5 Diseño de indicadores económicos y ambientales --------------- 72
III.3.6 Información minera y ambiental en los estados financieros.
Elementos a considerar para el registro contable de aspectos
ambientales en la actividad minera de níquel ----------------------------- 75
III.3.7 Factibilidad económica de inversiones ambientales ------------- 78
III.4 Conclusiones parciales ----------------------------------------------------- 79
CONCLUSIONES GENERALES ----------------------------------------------------------------- 80
RECOMENDACIONES ---------------------------------------------------------------------------- 81
REFERENCIAS BILIOGRÁFICAS -------------------------------------------------------------- 81
ANEXOS
88
�SÍNTESIS
Los indicadores de eficiencia económica de la actividad minera de níquel en Cuba
responden más a exigencias técnicas y productivas que al análisis
necesario de los
problemas relacionados con el medio ambiente. En la investigación se realiza un estudio de
la economía ambiental con el objetivo de diseñar un procedimiento que permite la
valoración económica y ambiental de los procesos que tienen lugar en la minería de níquel.
El procedimiento propuesto ha sido aplicado en la empresa Comandante Ernesto Che
Guevara del municipio Moa y se fundamenta en la valoración de la eficiencia económica
del desarrollo minero y la capacidad de internalizar y externalizar las afectaciones
ambientales propias de la actividad. El procedimiento permite la caracterización de los
indicadores económicos actuales de la actividad minera de níquel, la identificación de
impactos ambientales, el cálculo de decisiones para la extracción de minerales, el diseño de
indicadores técnicos, económicos y ambientales, el análisis de nuevos conceptos para su
consideración en el registro de cuentas ambientales y la propuesta del cálculo de la
factibilidad económica de realizar inversiones mineras, a través de una fórmula que
introduce, por primera vez, la estimación de costos ambientales.
1
�INTRODUCCIÓN
En las modernas sociedades industrializadas y en países menos desarrollados como Cuba,
tiene connotada importancia el hecho de que una gran parte de la actividad económica
depende de la extracción y utilización de los recursos minerales.
Uno de los minerales de mayor importancia económica por su alta cotización en el
mercado internacional es el níquel, cuyo precio oscila entre 17.300,00 y 22.000,00
USD/Ton (Información Económica. Banco Central de Cuba. 2012).
En Cuba, la extracción de níquel se realiza en minas a cielo abierto, situación que genera
impactos negativos sobre el medio ambiente. Esto, unido a las deficientes condiciones
tecnológicas que acompañan el procesamiento del mineral, provoca el encarecimiento de
los costos de la minería y en igual proporción, un incremento en los costos de producción,
de ahí la necesidad de establecer una relación entre economía, minería y medio ambiente
que proporcione alternativas para medir costos en la actividad minera, y en la misma
medida, contribuir con el logro de la eficiencia y eficacia en este sector. En medio de esta
realidad emerge la necesidad
de diseñar un procedimiento basado en indicadores
económicos y ambientales para alcanzar un desarrollo minero sostenible.
La presente investigación pretende dar respuesta a aspectos relacionados con la minería
que constituyen preocupaciones en el ámbito académico, científico y empresarial y que
obedecen a las siguientes interrogantes: ¿cuándo es rentable extraer un recurso no
renovable como el níquel? ¿cómo relacionar criterios ambientales con la eficiencia
económica y la eficacia empresarial? ¿cómo las ciencias económicas pueden contribuir con
mejorar las decisiones empresariales para la protección del medio ambiente en el desarrollo
de la minería?
Cuba posee el 34,4% de las reservas mundiales de níquel. Este sector aporta cada año más
de dos mil millones de dólares al Producto Interno Bruto cubano (PIB), cifra que lo
convierte en el segundo rubro de exportaciones de bienes del país (Anuarios Estadísticos de
Cuba. 2011).
Estudios realizados en el período 2008-2009 por la Comisión Económica para América
Latina y el Caribe (CEPAL) muestran que el valor de las exportaciones de bienes en Cuba
en el año 2008 se redujo 0,6% a pesar del incremento del volumen exportado (12,2%). La
determinante primordial de esta evolución fue la notable reducción del precio internacional
del níquel, principal producto de exportación. Mientras que en sus niveles más altos
2
�durante el año 2007, una tonelada (Ton) se vendía en 50.000,00 USD, en los inicios del
año 2009 disminuyó a 9.000,00 USD/Ton.
El níquel ha logrado alcanzar valores de hasta 21.864,68 USD/Ton, pero el análisis
económico evolutivo del mercado mundial en los últimos meses no vislumbra un ambiente
favorable (Principales indicadores económicos 2007-2011. Banco Mundial. 2011).
El Estado cubano necesita concentrar sus esfuerzos en alternativas económicas que
permitan estabilizar los costos productivos para compensar las pérdidas económicas que
traen consigo las disminuciones de los precios del níquel.
La industria niquelífera en Cuba cuenta con las plantas mineras Comandante René Ramos
Latour, en Nicaro; Comandante Pedro Soto Alba y Comandante Ernesto Che Guevara, en
el municipio Moa. La investigación utilizó como objeto de estudio la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara.
Ante la alarmante situación mostrada por la disminución del precio de níquel en el
mercado, los costos totales de producción de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
no alcanzaron estabilidad y actualmente muestran valores entre 11.000,00 USD/Ton
y 14.000,00 USD/Ton; de ellos el 40% corresponde a la actividad minera (Análisis
económicos financieros. 2012).
En el intento de dilucidar los factores causales del comportamiento ascendente de los
costos en la minería, se realizó un análisis económico de la actividad, el que reflejó dos
contradicciones económicas: primero, los indicadores actuales de eficiencia económica
(costo unitario de la masa minera y costo unitario de níquel) ofrecen poca información a la
administración relacionada con el costo de producción; segundo, la contabilidad
empresarial refleja pocos aspectos mineros y ambientales, sólo se registra como provisión
la Repoblación forestal (Cuba. Ley 81∕1997) y como impuestos, el Resarcimiento
geológico y el Canon minero, estos últimos constituyen obligaciones económicas con el
presupuesto del Estado por la utilización de los recursos minerales (Cuba. Ley 76∕1995).
La actividad minera necesita de un conjunto de indicadores que integre elementos
relacionados con la dimensión económica, la dimensión ambiental, la eficiencia, la eficacia
y la productividad para que la administración cuente con información económica que le
permita utilizar de forma adecuada los recursos naturales, mejorar la tecnología en la
actividad minera y trabajar en la disminución de los costos de producción.
3
�El objeto de estudio teórico se centró en la Economía Ambiental como una rama de las
ciencias económicas que permite analizar la relación entre las ciencias económicas y la
utilización de los recursos naturales, específicamente, los minerales.
Se seleccionó como objeto de estudio práctico, la actividad minera de la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara, por la necesidad de potenciar la eficiencia económica
en la minería de níquel como uno de los sectores fundamentales de la economía cubana.
La situación descrita anteriormente permitió declarar el problema científico siguiente:
Las insuficiencias económicas y ambientales en los indicadores técnicos-productivos de la
actividad minera de níquel en la empresa Comandante Ernesto Che Guevara no garantizan
la información ambiental requerida para elevar la eficiencia económica y contribuir con la
toma de decisiones empresariales.
Ante esta situación se plantea como hipótesis:
La propuesta de un procedimiento para realizar valoraciones económicas y ambientales en
la actividad minera de níquel, soportado en la aplicación de herramientas económicas para
el diseño de indicadores, contribuirá con la solución de las dificultades teóricas,
metodológicas y prácticas presentes en los indicadores actuales de eficiencia económica.
Para dar solución al problema identificado, se esboza como objetivo general: proponer un
procedimiento para la valoración económica y ambiental de la actividad minera de níquel
de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara del municipio Moa, que permita la
incorporación de la dimensión ambiental al análisis económico y el incremento de la
eficiencia económica del proceso minero.
Para lograr el cumplimiento del objetivo general, se concibieron los objetivos específicos
siguientes:
1. Establecer la fundamentación teórica de la relación economía-medio ambiente-minería
para el desarrollo del análisis conceptual de los elementos fundamentales de la actividad
minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara de Moa.
2. Diseñar indicadores técnicos de gestión ambiental e indicadores económicos
y ambientales considerando criterios de medida adecuados al entorno de la minería de
níquel, que permita la proyección y desarrollo eficaces de la actividad minera.
4
�3. Validar el procedimiento propuesto mediante su aplicación en la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara.
La tesis se ha estructurado en tres capítulos que responden a los objetivos específicos
planteados. En el primero se destacan los fundamentos teóricos y conceptuales de la
relación economía-medio ambiente-minería. En el segundo capítulo se propone el
procedimiento para la valoración económica y ambiental de la actividad minera de níquel.
En el capítulo tercero se valida el procedimiento propuesto mediante su aplicación en la
empresa Comandante Ernesto Che Guevara. El trabajo finaliza con un cuerpo de
conclusiones y recomendaciones derivadas de la investigación.
El carácter multidisciplinario de la Economía Ambiental, conlleva a la necesidad de apoyar
la tesis en un amplio elenco de referencias bibliográficas y anexos.
La novedad científica se manifiesta en la elaboración de:
Una expresión cuantitativa de la Economía Ambiental en la actividad minera de la
industria cubana de níquel.
Un procedimiento para la valoración económica y ambiental en la actividad minera
de níquel con posibilidad de generalización a otras actividades mineras.
Un conjunto de indicadores técnicos, mineros, económicos y ambientales que le
permite a la empresa Comandante Ernesto Che Guevara proyectarse en la solución
de los problemas mineros y ambientales de una forma eficiente y sostenible.
Elementos a considerar para el registro contable de aspectos ambientales en la
actividad minera de níquel
Un cálculo de factibilidad económica de realizar inversiones mineras con la
estimación de costos ambientales.
Los resultados alcanzados están relacionados con:
1. El perfeccionamiento de los indicadores de eficiencia económica de la actividad
minera en la empresa Comandante Ernesto Che Guevara.
2. El cálculo de las pérdidas económicas por el uso inadecuado de los recursos
minerales y el uso de tecnología deficiente para la transportación del mineral.
3. La valoración del impacto ambiental y el cálculo de indicadores económicos
y ambientales.
4. El cálculo de la factibilidad económica de inversiones mineras.
5
�5. La propuesta de nuevos elementos y conceptos para la contabilización de de
actividades mineras y ambientales.
Se utilizaron métodos teóricos y empíricos, así como técnicas y herramientas de las
ciencias económicas los cuales contribuyeron con el cumplimiento del objetivo planteado:
Métodos Teóricos:
- Análisis y síntesis de la información obtenida a partir de la revisión de literatura
y documentación especializada y el intercambio con especialistas y trabajadores.
- Inductivo - deductivo: en el diseño y aplicación del procedimiento para la valoración
económica y ambiental de la actividad minera de níquel.
- Sistémico estructural: para abordar el carácter sistémico de la empresa y de los
indicadores propuestos.
- Analítico - sintético: para desarrollar el análisis teórico y práctico del objeto de estudio,
a través de su descomposición en los elementos que lo integran, determinando las
variables con mayor incidencia en la investigación y su interrelación como resultado de
un proceso de síntesis.
Métodos empíricos:
- Encuestas, entrevistas, cuestionarios, observación directa, consulta de documentos para
la recopilación de la información.
- Estadístico-matemático: en la utilización del método Delphi para identificar expertos
y evaluar sus criterios. En la elaboración de tablas, gráficos y el cálculo del valor
económico ambiental.
El impacto económico es la mayor contribución de la investigación a la actividad minera
de níquel, pues se diseñan indicadores económicos y ambientales, se propone el análisis de
nuevos conceptos para su consideración en el registro de cuentas ambientales y se aporta
una fórmula para calcular la factibilidad económica de realizar inversiones mineras con la
estimación de los costos ambientales, cuyo análisis permite elevar la eficiencia y eficacia
tecnológicas en pos de minimizar los impactos ambientales en la minería de níquel.
El impacto social obedece a que la valoración económica y ambiental aportada por el
procedimiento propuesto, permite a los directivos de la empresa Comandante Ernesto Che
Guevara y a la administración pública, tomar decisiones para la prevención, control
6
�y disminución de los impactos sociales ocasionados por la minería de níquel, lo que
redundará en beneficios para la salud y la calidad de vida de la sociedad.
El impacto ambiental está relacionado con los métodos que ofrece el procedimiento
propuesto para el análisis, identificación y caracterización de impactos ambientales en la
actividad minera de níquel y su contribución con el proceso de toma de decisiones en pos
de minimizar los riesgos ambientales.
7
�CAPÍTULO I FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Y CONCEPTUAL DE LA
ECONOMÍA AMBIENTAL Y LA MINERÍA
�CAPÍTULO I FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Y CONCEPTUAL DE LA
ECONOMÍA AMBIENTAL Y LA MINERÍA
I.1 Introducción
La necesidad de valorar la dimensión ambiental en la actividad minera como parte
indisoluble de la eficiencia empresarial, ha cobrado singular importancia en Cuba; y así
quedó reflejado en los Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la
Revolución donde se plantea: “Prestar atención prioritaria al impacto ambiental asociado al
desarrollo industrial existente y proyectado, en particular, en las ramas de la química; la
industria del petróleo y la petroquímica; la minería, en especial el níquel” (Lineamientos de
la Política Económica y Social del Partido y la Revolución. 2011).
Diversos han sido los enfoques que desde la economía clásica (Adam Smith, David
Ricardo, John Stuart Mill), la economía marxista (Carlos Marx), la economía neoclásica
y hasta la actualidad, han intentado explicar la influencia del desarrollo económico sobre el
medio ambiente (Aguilera, K. et al, 1994). A ellos se han sumado un número de científicos
e investigadores de la teoría económica que marcaron pautas en la Economía Ambiental,
también conocida como economía de los recursos naturales o sostenibilidad débil
(Azqueta, D. 1994; Pearce, D. et al, 1995; Field, B. et al, 2010); en la economía ecológica
o sostenibilidad fuerte (Berger, R. 1998; Daly, H. 1999; Martínez, J. 1999) y en el
desarrollo sostenible (Ayala–Carcedo, F. 2000; Betancourt, L. 2002; Álvarez, V. 2003;
Leal, J. 2005; Quiroga, R. 2009).
Es por ello que la construcción del marco teórico-referencial de la investigación que se
resume en esta tesis doctoral, se estructuró de la forma siguiente:
– La Economía Ambiental en el pensamiento convencional; métodos de valoraciones
económicas y ambientales; sistemas de indicadores ambientales.
– Análisis macroeconómico del níquel como recurso no renovable; desafíos ambientales
en su extracción.
– Necesidad de indicadores económicos y ambientales en la actividad minera de níquel
I.2 Economía y medio ambiente
La Economía es una ciencia cuyo objeto de estudio difiere en la interpretación de varios
autores. Para Adam Smith, la economía es la naturaleza y la causa de la riqueza de las
naciones; David Ricardo entiende por economía la distribución de la riqueza entre las
9
�clases sociales; para Alfred Marshall es la maximización de la satisfacción individual con
objetivos múltiples y recursos escasos (Castellanos, M. 1996).
Una tesis más completa es aportada por Carlos Marx el que manifiesta que “la economía es
la disciplina científica que analiza las relaciones sociales entre agentes económicos
y factores de producción en el desarrollo de la sociedad”. Carlos Marx fundamenta su
concepto de Economía en la necesidad del estudio de las relaciones que se establecen
entre el hombre, la empresa y el medio ambiente, para la comprensión de la evolución de
las relaciones de producción y la sociedad, de ahí la importancia y vigencia de su
conceptualización de Economía en el contexto de la presente investigación.
De acuerdo con la teoría económica tradicional, la sociedad dispone de diversos factores de
producción que se clasifican en las categorías: trabajo, capital y recursos naturales, incluida
la tierra. En la actualidad esta visión tradicional se ha modificado respecto de la noción del
capital y finalmente son consideradas tres categorías: capital real, capital humano y capital
natural, este último constituido por el medio ambiente y los recursos naturales.
El medio ambiente ha sido definido por numerosos autores con enfoques filosóficos,
físicos, ecologistas, sin considerar con suficiente fuerza su compatibilidad con la
economía; hasta el surgimiento de la Economía Ambiental.
En la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente celebrada en Estocolmo
en 1972, se definió al medio ambiente como el conjunto de componentes físicos, químicos,
biológicos y sociales capaces de causar efectos directos o indirectos, en un plazo corto
o largo, sobre los seres vivos y las actividades humanas (Quiroga, R. 2009).
La creación del concepto de medio ambiente, que desde el punto de vista gramatical,
constituye un pleonasmo, ha resultado ser un concepto revolucionario aceptado por
individuos, la comunidad internacional y los estados. En esencia se refiere a sujetos
y hechos que la legislación ambientalista cubana e internacional, han reflejado con un
término u otro con anterioridad: entorno, hábitat, ecología y naturaleza.
La economía y el medio ambiente se consideran elementos mutuamente dependientes. La
economía precisa de los procesos naturales que proveen los ecosistemas para el
sostenimiento de la vida; a su vez, las condiciones del entorno y del uso de los recursos
naturales dependen del desarrollo económico.
I.2.1 Economía Ambiental
10
�La crisis ambiental contemporánea trajo consigo que se analizara la Economía Ambiental
como una de las corrientes dentro de la economía que estudia vías sustentables para
demostrar el uso racional, en sentido económico, de los recursos naturales, sean estos
renovables o no renovables, procurando obtener el mayor bienestar o beneficio en las
decisiones sociales y empresariales (Field, B.; Field, M. 2010).
La Economía Ambiental surge del modelo de Pearce-Atkinson basado en la formulación de
Hartwick y Solow (Pearce, D. et al, 1995). La idea principal desarrollada por el primero es
el requerimiento de reinvertir las rentas obtenidas del capital natural en el país donde se
extraen, para mantener el consumo real constante a lo largo del tiempo. Sollow desarrolla
esta premisa y la reinterpreta como el mantenimiento de la disponibilidad de capital
constante. Con este fin subdivide el capital (K) en sus tres posibles formas: capital
manufacturero (Km) haciendo alusión a las máquinas e infraestructuras, capital humano
(Kh) que es la disponibilidad de conocimientos y habilidades, y el capital natural (Kn) que
son los recursos naturales renovables y recursos no renovables valorados en términos
económicos (Pearce, D. et al, 1995).
Este es el modelo base de la sostenibilidad débil de inspiración neoclásica donde se asume
la sustentabilidad de las formas de capital con el fin de mantener constante el capital en
general. Las críticas son varias y procedentes en su mayoría de la economía ecológica.
La Economía Ambiental aborda los problemas ambientales con la perspectiva e ideas
analíticas de una economía que hasta el año 1990 excluyó al medio ambiente como
proveedor de activos (recursos naturales) para la satisfacción de las demandas de las
sociedades. Analiza la Teoría de las externalidades como herramienta fundamental para
determinar el nivel de degradación ambiental, la cual se interpreta como la utilización
gratuita de los bienes y servicios del medio ambiente, sin considerar el costo social.
Surge una externalidad siempre que la producción o el consumo de un bien tiene efectos de
difusión que afectan a agentes que no son los consumidores o los productores que actúan
en el mercado y esos efectos no se reflejan totalmente en los precios de mercado. La Teoría
de las externalidades estudia la relación entre la asignación adecuada de los recursos no
renovables o agotables y el comportamiento de los precios y de esta forma determinar la
senda óptima a seguir para extraer la unidad del recurso en cuestión (Fischer, S. et al,
1988).
11
�En Economía Ambiental se definen como costos ambientales los costos asociados al
deterioro de los recursos naturales que carecen de un precio que regule su utilización. En
esta clasificación se incluye: el costo de las actividades preventivas, el costo de actividades
de restauración por daños ambientales, las multas y las sanciones (Iturria, D. 2006).
La opción de incorporar instrumentos económicos a la gestión de la Economía Ambiental
para complementar los esquemas tradicionales de regulación directa ha ganado aceptación
a escala mundial durante los años 1990-2010.
Los instrumentos económicos forman parte del mecanismo estatal de los gobiernos
y constituyen las herramientas principales para la protección global del medio ambiente.
Sus pretensiones son, por un lado, regular la estructura de precios, los niveles de
rentabilidad y competitividad empresarial; y por otro, controlar a productores
y consumidores, pretendiendo modificar sus conductas negativas para con el entorno.
Algunos ejemplos de instrumentos económicos utilizados en países donde se extraen
minerales son las subvenciones, impuestos, tarifas, tasas, cánones y regalías. La idea es
compensar parte de los costos incurridos por la utilización de recursos naturales y penalizar
monetariamente a instituciones u organismos que perjudiquen el medio ambiente con sus
actividades económicas.
I.2.2 Corrientes del pensamiento económico convencional
La toma de conciencia de los problemas derivados de la utilización inadecuada de los
recursos naturales se manifiesta en la evolución del pensamiento económico al analizarse
la relación hombre-medio ambiente. Antes del siglo XIX los paradigmas imperantes en
Europa fueron el mercantilismo y el movimiento fisiocrático.
La doctrina mercantilista de los siglos XVI al XVIII, defendió la acumulación de recursos
naturales no renovables como principal exponente de la riqueza de una nación. Los
fisiócratas, corriente desarrollada en la segunda mitad del siglo XVIII, consideraban a la
tierra como principal fuente de riqueza; el objetivo económico se centraba en aumentar la
producción y el rendimiento agrícola. No existía ninguna preocupación por la naturaleza.
Se creía que la tierra constituía una fuente inagotable de recursos al servicio del hombre.
Los economistas clásicos, escuela iniciada con Adam Smith, David Ricardo y que culmina
con John Stuart Mill, defendían la propiedad privada, los mercados y la competencia como
instrumentos para alcanzar el bienestar social, desconfiando de la intervención del
12
�gobierno en la regulación de la actividad económica. Bajo esta teoría, el trabajo pasó a ser
considerado la principal fuente de riqueza. David Ricardo introduce el concepto de
rendimientos decrecientes, según el cual, al aumentar los factores capital y trabajo,
disminuyen los rendimientos.
Desde un punto de vista microeconómico la cuestión ambiental se ha centrado en las
denominadas “externalidades”, surgidas de los planteamientos originarios de John Stuart
Mill, quien predijo que el crecimiento económico continuado tendría efectos negativos
para el medio natural (Riera, P. 1992).
Uno de los principales inconvenientes de la teoría clásica es que no toma en consideración
las interdependencias entre el sistema natural y económico y la necesidad de un desarrollo
equilibrado del medio ambiente debido, fundamentalmente, a que no existía una
percepción de las dimensiones del problema ambiental generado por la actividad del
hombre.
La oposición a la escuela clásica vino de la mano de las teorías económicas enunciadas
a finales del siglo XIX por Carlos Marx y Federico Engels, los cuales consideraron que el
progreso es el resultado de la explotación incontrolada de la naturaleza y deberá llevar al
fracaso del capitalismo.
Según Carlos Marx, el punto de partida para el análisis de la crisis ambiental
contemporánea está en la propia producción mercantil. Mientras la producción
precapitalista de valores de uso tiene su límite en la satisfacción de las necesidades, la
producción mercantil, para incrementar la ganancia, no tiene límite alguno. Esta diferencia
tiene sus bases en el agotamiento de los recursos naturales a un ritmo nunca sospechado en
la historia de la humanidad y en la generación ilimitada de desechos (polución) (Marx, C.
1973).
Federico Engels en su obra Dialéctica de la naturaleza, muestra que las ciencias de la
naturaleza se rigen por las mismas leyes que dominan la historia (Engels, F. 1979). El
aspecto filosófico de esta obra, constituye un elemento fundamental para encuadrar
e interpretar los conocimientos fragmentados de todas las ciencias, fundamentalmente las
ciencias económicas y naturales.
Es a partir del siglo XIX que la acción del hombre sobre la naturaleza se torna cada vez
más ofensiva y depredadora, con un predominio del interés económico y comercial unido
13
�a la ausencia, durante siglos, de leyes o formas proteccionistas que atenuaran los fuertes
impactos ambientales negativos que se producían ante la indiferencia de los hombres.
La
Teoría del Comercio Internacional otorga especial importancia al mecanismo de
precios para la asignación eficiente de los recursos y bienes naturales. Las propuestas
desarrolladas por
Pigou y Hicks entre 1920 y 1939, establecen métodos dirigidos
a introducir en el análisis de los costos de producción, los gastos necesarios para la
protección del medio ambiente y los relacionados con el uso de los recursos naturales,
denominado internalización de las externalidades de los costos ambientales (Castellanos,
M. 2007).
El uso racional y prudente de los recursos naturales sintetiza la máxima acogida del
desarrollo sostenible, cimentada en cánones de eficiencia y actividad económica coherente
con el nivel técnico y conocimiento científico vigente y adecuado.
Existió un enfoque neoclásico sobre el desarrollo sostenible planteado por Hartwick-Solow
basado en que la escasez de los recursos provoca un aumento en su precio relativo, lo que
favorece la conservación del medio ambiente mediante la búsqueda de alternativas de
sustitución de recursos y el desarrollo de nuevas tecnologías que emplean menor cantidad
de insumos por unidad de producto elaborado. La demostración de esta teoría se debe
a Hartwick quien propuso una regla para garantizar el consumo de bienes no declinante
a través del tiempo en una economía que usa un recurso natural no renovable. Hartwick
demuestra que si el capital no es decreciente en el tiempo entonces el consumo tampoco lo
es (Pearce, D. et al, 1995).
Se puede considerar superada una concepción antropocéntrica del universo, defendida por
el enfoque económico clásico, despreocupado por los problemas ambientales, que suponía
a muchos de los bienes que provee la naturaleza como una fuente inagotable de recursos al
servicio del hombre y la inexistencia de límites para el crecimiento económico. La
necesidad de perfilar las corrientes de pensamiento anteriores, sentaron las bases para
iniciar la incorporación del medio ambiente entre los temas de estudio de la economía.
I.3 Valoraciones económicas y ambientales
“Valorar consiste en obtener un valor; evaluar, en cambio, es emitir un juicio de valor
sobre la deseabilidad de algo” (Riera, P. et al, 2011). La valoración económica de
recursos naturales se desarrolló inicialmente mediante el análisis de los índices financieros
o económicos, lo que permitió establecer la bondad de una actividad económica.
14
�En correspondencia con los avances de los análisis estratégicos, en la actualidad se plantea
realizar la valoración por medio de inventarios, balances del patrimonio natural y la
comparación de proyectos alternativos como un mecanismo de planificación. Este último
análisis es comúnmente utilizado en las técnicas de Evaluación de Impacto Ambiental, en
las que se comparan dos o más alternativas para el desarrollo de un proyecto en diferentes
condiciones o varios proyectos alternativos.
El concepto pionero de Valoración Económica Total (VET) fue propuesto por Krutilla
(1967), quien la define como la suma de los valores de uso y no uso (Tabla I.1):
Tabla I.1 Categorías del valor económico atribuible a recursos naturales
Valor de uso
Uso Directo
Productos
directamente
consumibles.
Uso indirecto
Beneficios
derivados de
funciones eco
sistémicas.
Alimento,
Control de
biomasa,
clima, de suelos,
recreación,
reciclaje, de
salud.
nutrientes.
Valor de no uso
Valor de opción
Valores futuros
directos e
indirectos.
Bioprospección,
conservación de
hábitats.
Valor de
Valor de
Legado
Existencia
Valores de uso
y no uso del
legado
ambiental.
Prevención de
hábitats, de
cambios
irreversibles.
Valor de
conocer la
existencia de un
componente del
medio ambiente.
Hábitat,
especies, genes,
ecosistemas.
Fuente: Pearce, D. et al, 1995. Economía de los recursos naturales y del medio ambiente.
Colegio de Economistas de Madrid.
El valor de uso se deriva de la utilización real de los recursos naturales. Se caracteriza por
establecer una relación directa de causalidad con el bienestar del individuo. Cualquier
cambio en materia de calidad y cantidad de los recursos naturales puede repercutir
directamente sobre las personas que interactúan alrededor de dichos recursos.
El valor de no uso se deriva de la existencia de ámbitos o escenarios naturales y de sus
atributos. No necesariamente implica la utilización o la opción de utilizarlos. No se
15
�establece una interacción entre los individuos y su medio ambiente, su valoración no surge
de una asignación por parte de aquellos. Se plantea que el valor de no uso, si bien no está
relacionado con los individuos, es un valor que se capta, proyecta efectos y es expresable
a través de sus preferencias.
Aunque la valoración económica del medio ambiente no es la respuesta última a los
procesos de degradación y sobre explotación de la naturaleza, es una herramienta útil
y complementaria en la formulación de políticas hacia al desarrollo sustentable (Azqueta,
D. 1994).
La valoración ambiental puede definirse como un conjunto de técnicas y métodos que
permiten medir las expectativas de beneficios y costos derivados de acciones tales como:
uso de activos ambientales, realización de mejoras ambientales, generación de un daño
ambiental (Azqueta, D. 1994).
El tema de la valoración económica y ambiental es aún complejo, pues no sólo implica
evaluar los costos generados por los efectos de la degradación ambiental que afecta la
cantidad y calidad de los recursos naturales, sino atribuirle un valor monetario que permita
evaluarlo en el presente y en el futuro (Alfageme, A. 2006).
El análisis económico convencional se basa en los estudios costos-beneficios desde los
niveles macroeconómicos internacionales, los niveles nacionales, los niveles regionales,
subregionales y de proyectos. En este contexto, la valoración económica y ambiental
resulta necesaria porque permite la incorporación de aspectos ambientales al marco de la
sociedad humana. Aunque los límites y utilidad de cada metodología, técnica o modelo
pudieran no estar consolidados, la valoración económica y ambiental es la herramienta con
mayores posibilidades de aportaciones significativas a la toma de decisiones empresariales
(Castellanos, M. 2007).
La valoración económica y ambiental en la gestión ambiental empresarial, tiene un rol
específico en el desempeño eficaz de la administración, pues aporta objetividad al proceso
de toma de decisiones, al posibilitar la conversión, en valores numéricos, de criterios de
medidas asociados a la utilización de los recursos naturales. De esta manera las decisiones
que hasta ahora se han tomado a partir de argumentos cualitativos pueden contar con una
base cuantitativa.
En Economía se han desarrollado distintos métodos para valorar los bienes ambientales:
los métodos indirectos o de preferencias reveladas y los métodos directos o de preferencias
16
�declaradas. La aplicación de los métodos indirectos o de preferencias reveladas permite
estimar el comportamiento de un bien ambiental a través de funciones de oferta
y demanda, donde los valores reflejan los gastos incurridos en bienes cuyo precio es
observable en el mercado. Algunos ejemplos son, el método de los precios hedónicos y el
método del costo de viaje.
Los métodos directos o de preferencias declaradas no se basan en gastos indirectos, sino en
la simulación de mercado mediante un cuestionario que describe la provisión del bien, se
pueden citar los modelos de elección y la valoración contingente.
Los métodos mencionados anteriormente muestran al menos tres limitaciones que afectan
la valoración económica y ambiental de la actividad minera:
1. Los criterios de mercado no alcanzan a valorar los recursos no renovables como
bienes ambientales.
2. La simulación de mercado mediante cuestionarios sólo ofrece información
cualitativa y no facilita variables cuantitativas que hagan eficiente la actividad.
3. El costo de oportunidad no aporta elementos sustanciales para trabajar la eficiencia
y racionalidad en actividades productivas, transformadoras de bienes.
1.3.1 Valoraciones de políticas económicas ambientales internacionales
Los países con desarrollo de la minería han utilizado regímenes tributarios y sistemas de
indicadores ambientales como mecanismo de intervención del Estado para hacer cumplir la
política ambiental.
El régimen tributario para la actividad minera está recogido en la normativa jurídica
establecida por el Estado cubano y aprobado en la Asamblea Nacional (Cuba. Ley 76∕1995;
Cuba. Ley 81∕1997).
Los sistemas de indicadores ambientales constituyen instrumentos de jerarquía nacional,
sectorial, empresarial o local que permiten evaluar la influencia de las actividades humanas
sobre el medio ambiente y facilitan el desarrollo de políticas ambientales.
A continuación se mencionan algunas experiencias internacionales:
En Argentina se exige el pago de un canon minero anual por pertenencia en el
orden administrativo o judicial.
En Brasil no hay disposiciones tributarias en el Código Minero, las actividades
mineras están sujetas a impuestos sobre operaciones de circulación y mercaderías.
17
�
En Colombia, el Estado recibe regalías como contraprestaciones económicas
obligatorias por la extracción de recursos naturales no renovables.
En Australia se fijan impuestos mineros.
El gobierno canadiense estableció la Ley Ambiental de Canadá con indicadores
cualitativos de valoración para otorgar los permisos de extracción de minerales.
La Agencia de Protección Ambiental de Rusia ha puesto en marcha un sistema de
indicadores ambientales que ofrece una visión global del estado de los ecosistemas.
En Cuba, la Ley 81/1997 establece las obligaciones económicas con el presupuesto
del Estado por la extracción de recursos minerales a través de las cuentas:
Repoblación forestal, Canon minero y Resarcimiento geológico.
Aunque se ha avanzado en la incorporación de la dimensión ambiental en las políticas
económicas internacionales y en la definición de indicadores, el alcance de los estudios
hacia la minería aún es insuficiente y quedan brechas donde la responsabilidad empresarial
se diluye en la relación medio ambiente y eficiencia económica.
Existen distintos métodos de valoración de políticas ambientales relacionadas con las
decisiones de emprender proyectos o inversiones, se pueden mencionar: el análisis
multicriterio, el análisis de decisión y el análisis costo–beneficio. Otros métodos han
surgido en acuerdos internacionales adoptados para establecer las obligaciones de las
naciones y las empresas en la protección del medio ambiente.
El análisis costo–beneficio ha sido reconocido por numerosos autores como un instrumento
de ayuda para tomar decisiones públicas. Es utilizado en la definición de políticas
o programas que salvaguarden los intereses ambientales de la sociedad y se considera la
herramienta principal para la evaluación económica de proyectos públicos destinados al
consumo de recursos naturales. El análisis costo-beneficio forma parte importante del
análisis de impacto ambiental, su aplicación en los países en desarrollo aún es incipiente,
pues no existe el respaldo de un marco legal debidamente constituido y enfocado a la
conservación de los recursos naturales.
El análisis comparativo de las ventajas que ofrecen los anteriores métodos de valoración de
políticas ambientales demuestran la utilidad del análisis de decisión, el análisis costoeficiencia y los criterios del VAN, para llegar al diseño de los indicadores económicos
y ambientales propuestos para la actividad minera de níquel.
I.3.2 Los indicadores ambientales
18
�La definición de indicadores desde el siglo XIX hasta la actualidad, se aproxima cada vez
más a la información que deban brindar. Un indicador ambiental es una variable que ha
sido socialmente dotada de un significado añadido al derivado de su propia configuración
científica, con el fin de reflejar de forma sintética una preocupación social respecto del
medio ambiente e insertarla coherentemente en el proceso de toma de decisiones (Berger,
R. 1998).
Los indicadores ambientales son variables nominales, ordinales o cardinales, cualitativas
o cuantitativas, seleccionadas para transmitir información sobre la condición o tendencias
de un atributo de un sistema. Pueden describir de forma objetiva, verificable y certera,
características del ecosistema o de los sistemas sociales y económicos asociados (Gallopín,
G. 2003).
Sobre la base de lo anterior, se define que un indicador ambiental es un signo, típicamente
medible, que puede reflejar una característica cuantitativa o cualitativa importante para
hacer juicios sobre condiciones de un sistema pasado, actual o hacia el futuro.
El empleo de los indicadores ambientales obedece a dos razones: la necesidad de contar
con la información adecuada para tomar decisiones referidas a la protección del medio
ambiente y el seguimiento correspondiente a los intereses del desarrollo sostenible y la
necesidad de reducir la gran cantidad de información científica del medio ambiente a un
número manejable de parámetros, apropiado para los procesos de toma de decisiones y de
información pública (Quiroga, R. 2009).
El significado añadido de un indicador precisa de una definición clara de su función, de ahí
que exista diversidad de indicadores para el desarrollo de la política ambiental agrupados
de la manera siguiente:
1. Indicadores de valoración ambiental: reflejan el estado del medio ambiente en
relación con una preocupación ambiental, la presión que este soporta y su respuesta
social. Estos indicadores suelen organizarse en un marco temático entendido como
preocupación ambiental (cambio climático, eutrofización, pérdida de biodiversidad)
o por grandes sistemas ecológicos (agua, atmósfera, suelo).
2. Indicadores de integración sectorial: ofrecen información sobre la interrelación
entre los efectos ambientales sectoriales (agricultura, turismo, minería, transporte).
3. Indicadores de integración económica: ofrecen información sobre el costo
ambiental asociado a la actividad económica.
19
�Los indicadores ambientales deben cumplir determinados requisitos: validez científica,
representatividad en el marco de la preocupación ambiental, fácil interpretación, respuesta
a cambios, comparabilidad en el marco regional, nacional, sectorial y empresarial (Medina,
E. 2003). Estas condicionantes y la calidad de las estadísticas marcan las propias
limitaciones de los indicadores ambientales actuales.
El uso de indicadores en el marco de desarrollo de la política ambiental precisa de una
revisión permanente, en la que se vayan integrando los cambios en las metas políticas, los
avances en el conocimiento de las preocupaciones ambientales y los resultados de los
debates técnico científicos sobre la estructura de los indicadores de acuerdo con la
actividad económica que se analice.
No existe un modelo único de indicadores. Los indicadores ambientales están destinados
a proveer una visión del estado del medio ambiente de un país, coherente con los intereses
económicos y sociales dominantes en el ámbito nacional, sectorial, institucional y local.
Una visión sintética y actualizada de la experiencia internacional y del trabajo de las
agencias de cooperación en materia de indicadores ambientales se puede encontrar
en Quiroga, R. (2009) y un diagnóstico de las estadísticas ambientales aparece reflejado
en las investigaciones desarrolladas por la CEPAL en el año 2009.
I.3.3 Los sistemas de indicadores en la gestión ambiental empresarial
En la relación empresa-medio ambiente es necesario tener en cuenta el enfoque
multidimensional ambiental, económico y social para lograr la gestión ambiental. La
empresa como agente económico desempeña un papel protagónico en la búsqueda y aporte
de soluciones económicas a los problemas ambientales. Para la empresa, el medio
ambiente constituye, además del sustrato biofísico de la actividad económica, la fuente de
obtención de beneficios. La calidad de la interacción empresa-medio ambiente demuestra
los criterios de preservación ambiental en los procesos de decisión económica.
Entre las responsabilidades de la empresa además de maximizarse los beneficios, se
deberán: disminuir o eliminar los residuos que son perjudiciales para el medio ambiente,
minimizar los riesgos ambientales generados por su actividad, reducir el consumo de
recursos naturales, priorizar la utilización de recursos renovables como materias primas
y materiales, racionalizar el uso de los recursos no renovables y proyectar estrategias de
conservación que conlleven a la sustentabilidad, destinar recursos financieros que permitan
20
�restaurar y preservar el entorno donde opera, invertir en tecnologías limpias y minimizar
los impactos sociales negativos de la actividad productiva (Morales, M.; Elena, V. 2011).
Todo lo anterior explica la importancia de diseñar sistemas de indicadores que aporten
información económica para elevar la calidad de la gestión ambiental empresarial en la
utilización correcta de los recursos naturales utilizados en el proceso de producción. Desde
el año 1997 la CEPAL ha organizado conferencias sobre economía, minería y medio
ambiente con aportes investigativos donde se formulan enfoques e indicadores para medir
la sustentabilidad en el sector minero (Garrido, R. 2003), (Gallopín, G. 2003), (Leal, J.
2005), (Polo, C. 2005), (Quiroga, R. 2009).
En América y Europa se han propuesto metodologías para evaluar indicadores cualitativos
de sustentabilidad en la minería (Carvajal, D.; González, A. 2002; Vale, E. 2002; Molina, J.
2002; Cornejo, M. et al, 2002; Álvarez, V. 2003); se han diseñado sistemas de indicadores
que constituyen una versión ampliada del modelo Presión-Estado-Respuesta (Valencia,
J. 2002).
Algunas experiencias muestran la necesidad de diseñar indicadores económicos que
respondan al contexto nacional, elaborados desde el territorio, teniendo en cuenta las
singularidades de cada comunidad con una expresión económica o cuantificable de la
dimensión ambiental de la minería (Castillo, A. 2002; Betancourt, L. 2002).
En Cuba se han desarrollado investigaciones que llegan hasta el planteamiento de aspectos
muy específicos de la minería, la mayoría de los cuales quedan en lo ambiental y lo
geológico. Valdés, M. (2002) analiza la materialización de los principios de la
sustentabilidad en Cuba; Guardado, R. et al, (2002) proponen un sistema de indicadores
geoambientales
dentro
del
modelo Presión-Estado-Respuesta (PER) e indicadores
sectoriales para el territorio de Moa basados en indicadores de tendencia, de impacto
e indicadores económicos; Guerrero, D. (2003) diseña un sistema de indicadores de
sostenibilidad
(SIS)
que
relaciona
el
potencial
geológico,
ambiental,
minero
y socioeconómico. Pero se precisa de una información ambiental que refleje la
identificación de los costos ambientales para que la elaboración de indicadores financieros
ambientales sea confiable (Garrido, R. 2003).
Castellanos, M. (2007) realiza una fundamentación teórica de los métodos de valoración
económica-ambiental y propone la modificación del sistema de cuentas nacionales con la
21
�integración del sistema económico y el sistema ambiental, tomando como experiencia la
región de Magallanes, Chile.
Rodríguez, R. (2008) en sus estudios sobre la economía y los recursos naturales en el
contexto de la minería, valora las distintas vías de regulación económica para internalizar
las externalidades, manifiesta la necesidad de otorgar un carácter económico al impacto
ambiental e incluirlo como parte de los costos de producción en caso de producirse un
daño ambiental y toma como ejemplo una ficha de costo de la empresa niquelífera René
Ramos Latour en Nicaro, para demostrar la repercusión económica del costo de
rehabilitación de zonas minadas en la productividad minera.
Lamorú, P. (2011), propone un procedimiento contable para el registro de las variables
ambientales en la industria del níquel de Cuba y toma como estudio de caso la empresa
comandante René Ramos Latour. Esta investigación aporta elementos sustanciales para la
creación de una norma contable ambiental específica en la actividad minera de níquel.
Los autores anteriores y otros estudios realizados por la academia cubana patentizan una
preocupación por el problema entre la economía, el medio ambiente y la minería que aún
no tiene solución definitiva. Los sistemas de indicadores analizados pueden ser
perfeccionados hasta incorporar la dimensión ambiental en la eficiencia empresarial.
En este contexto se acomete una investigación con sensible relevancia en Cuba, en una
etapa histórica decisiva de avances en las inversiones dentro de la minería, un sector cada
día más estratégico para el desarrollo nacional.
I.3.4 La contabilidad ambiental en la actividad empresarial
Autores como Abella, P. (2005) e Iturria, D. (2006) se refirieron a la contabilidad
ambiental como “un instrumento que trata de incorporar en el sistema tradicional el valor
de los recursos ambientales. Trata de medir el patrimonio natural que se consume
y degrada en la actividad económica, con el fin de lograr la sostenibilidad a largo plazo. La
información contable debería reflejar las consecuencias de las decisiones que la empresa
adopta en materia ambiental, a fin de permitir un análisis económico de estas decisiones”.
Los avances en materia de contabilidad ambiental en Cuba aún son incipientes, pues
a pesar de los esfuerzos desarrollados en el campo de la investigación científica y las
iniciativas de organismos vinculados a estrategias y políticas ambientales, los resultados
22
�son limitados. No se ha logrado un consenso para obtener una normativa contable
ambiental, en ello han incidido factores entre los que pueden mencionarse:
Heterogeneidad de criterios por sectores y empresas.
Falta de cultura empresarial en materia de información financiera ambiental.
Falta de una norma ambiental en las Normas Contables Cubanas (Pelegrín, A.;
Lamorú, P. 2011).
En la actividad empresarial minera la contabilidad ambiental puede resumirse en dos
contextos:
1) La contabilidad ambiental como un aspecto de la contabilidad de gestión que contribuya
con elevar la gestión de las empresas en la determinación de costos ambientales, evaluar
proyectos sobre inversiones de capital con carácter ambiental y ayudar en la toma de
decisiones por la creciente interacción empresa-economía-medio ambiente.
2) La contabilidad ambiental en el contexto de la contabilidad financiera, que se refiere
a la preparación de los estados financieros para los usuarios externos. La contabilidad
financiera asume el papel de estimar y publicar información sobre costos, pasivos,
contingencias y cuanta información de carácter ambiental sea necesaria registrar.
En actividades económicas vitales para el desarrollo de un país como la minería de níquel en
Cuba, la contabilidad empresarial es la fuente de información básica utilizada en muchas de
las decisiones de política económica y social, y sus indicadores son la forma principal para
juzgar el desempeño económico empresarial y nacional.
En el procedimiento para la valoración económica y ambiental en la minería de níquel, se
propone el tratamiento contable de indicadores mineros y ambientales para destacar la
importancia de los estados financieros como portadores de información ambiental
relacionada con los costos ambientales, pasivos ambientales y contingencias ambientales
para contribuir con una efectiva toma de decisiones empresariales.
I.4 La minería como actividad económica. Desafíos ambientales
La minería se ha convertido en una actividad económica determinante en el desarrollo de la
sociedad. Los minerales componen el 80% de los recursos naturales utilizados a escala
mundial para la satisfacción de las necesidades humanas y constituyen la base de la materia
prima para la industria metalúrgica y para la producción de buena parte de los bienes
materiales que hoy se utilizan.
23
�Existen dos formas para desarrollar la minería, subterránea y a cielo abierto. La minería
a cielo abierto es menos costosa y más productiva que la minería subterránea. La
construcción de caminos mineros es de bajo costo y se produce en un tiempo
razonablemente corto, lo que minimiza los costos finales de extracción. La minería a cielo
abierto facilita las labores de mantenimiento de equipos y la introducción de nuevas
tecnologías. Esta minería es más agresiva pues ocasiona importantes afectaciones
ambientales y sociales de necesaria consideración para el diseño de políticas ambientales
y en la elaboración de indicadores. La minería precisa la creación de una infraestructura
que facilite la extracción de minerales lo que obliga a la construcción de objetos mineros,
administrativos, sociales y de otra índole que ocupan espacios vitales con pocas
posibilidades de utilización en otras actividades (Montero, J. 2006).
La actividad minera mantiene una relación dimensional con el entorno; por un lado
favorece el progreso económico de la comunidad y por otro, afecta el bienestar social. La
minería a cielo abierto desbasta la superficie, modifica severamente la morfología del
terreno, apila y deja descubiertas grandes cantidades de material estéril resultante, produce
la destrucción de áreas cultivadas y de otros patrimonios superficiales y altera la calidad de
las aguas. El desarrollo de las operaciones mineras implica la eliminación de la vegetación,
la destrucción parcial de la flora en el área circunvecina y la perturbación de la fauna por el
ruido, la polución del aire y del agua. La tabla I.3 muestra un resumen de impactos
ambientales generados por la minería de níquel.
Tabla I.3 Impactos ambientales de las actividades mineras e indicadores asociados
Impactos ambientales
Contaminación atmosférica
Definición
Indicadores
Emisión de gases nocivos y Emisiones
polvo a la atmósfera.
contaminantes
(SO2, SO3)
Polvo
Afectación a la vegetación
Afectación a la flora.
Hectáreas
de
bosques
taladas para la minería
Afectación a la fauna
Muerte
y migración de Cantidad
de
especies
especies como consecuencia vulnerables y en peligro de
de la pérdida de los hábitats
Producción
de
extinción
residuos Acumulación de residuos Toneladas
de
colas/
24
�sólidos
sólidos contaminantes
Producción
de
toneladas de minerales
residuos Vertimiento de sustancias Toneladas de WL/ toneladas
líquidos
tóxicas nocivas en los suelos de minerales
y las aguas.
(WL: licor ácido)
Afectación a la calidad de Desvío de cauces de los ríos Cantidad
de
acuíferos
las aguas superficiales y y arrastre de sedimentos.
contaminados por sulfatos,
subterráneas.
cloruros, metales pesados
Fuente: Vallejo, O.; Guardado, R.
2000. “Propuesta de Indicadores Ambientales
Sectoriales para el Territorio de Moa”. Revista Minería y Geología 17(3-4): 33-37.
I.4.1 Relación costo-ingreso en la oferta y la demanda de níquel
Los depósitos de níquel a nivel mundial se encuentran en grandes proporciones,
principalmente en las minas de Canadá, Australia, Rusia, Estados Unidos, Indonesia,
Nueva Caledonia, China y Cuba.
La demanda de níquel está determinada por la presencia o ausencia de recursos sustituibles
por productos que lo utilizan como materia prima, un ejemplo es la utilización de níquel
para la producción de acero inoxidable. Mientras no existan otros recursos que cumplan la
misma función que el acero inoxidable, la demanda para su producción se puede considerar
inelástica. Un alza del precio del níquel pudiera reducir el consumo de acero inoxidable.
La figura I.2 constituye una simplificación que permite ilustrar cómo las cantidades
demandadas de níquel varían poco ante cambios en los precios (p: precio, O: oferta, D:
demanda, x: cantidad).
Si el precio del níquel aumenta y el costo operativo se considera constante, la renta
aumentaría en el tiempo. La figura I.3 refleja los costos relevantes para una empresa. Los
costos operativos de extracción y la renta de escasez son crecientes en relación con el nivel
de extracción (p: precio, x: cantidad, CMg: costo marginal).
25
�€
€
O’(T1)
CMg de extracción
CMg operativo
de extracción
p*’
pt
p*
CMg del usuario
D
x*’
D
X
x*
X1
X0
X
Figura I.2 Demanda y oferta de níquel
Figura I.3 La renta de escasez y la
con encarecimiento del
extracción óptima de níquel
proceso
de
extracción
Una disminución de los costos de extracción de níquel no maximizaría los beneficios de la
empresa. Las rentas previsibles del níquel que todavía está por extraer son inferiores a los
rendimientos del recurso extraído y vendido. Si bajan los costos operativos de extracción,
a la empresa le es más rentable la extracción y venta de níquel a corto plazo y de esta
forma aumentará su oferta (Figura I.4) (p: precio, T: tiempo, C: costos operativos de
extracción).
€
c’< c
p’
P(t,c’)
P(t,c)
p0
c
p 0`
C
c’
C’
0
T’
T
Tiempo
Figura I.4 Efectos de un descenso de los costos operativos de extracción
La actividad minera genera externalidades que hacen que el equilibrio del mercado no sea
socialmente óptimo. Como se reflejó en la tabla I.3 estas molestias o impactos pueden ser
percibidos en forma de ruido, polvo, degradación del paisaje, entre otros. Si estas molestias
26
�llegaran a ser significativas, las tasas de extracción elegidas por las empresas serían
excesivas desde el punto de vista social. En este caso, las categorías e indicadores
derivados del análisis económico efectuado requerirán de un estudio que permita
identificar el mejor escenario de utilización del recurso mineral.
I.4.2 La minería de níquel en el desarrollo económico de Cuba
La fabricación de material bélico convirtió a los Estados Unidos de América en los primeros
consumidores de níquel durante la Primera Guerra Mundial. Las fortalezas físicas en la
resistencia y durabilidad de los productos mostraron los beneficios económicos que traían
consigo la importación militar y estratégica de este mineral.
En los años 1940 un grupo de investigadores norteamericanos realizó un estudio sobre el
níquel de Cuba. El resultado operativo de esta etapa (1939 - 1940) fue la exploración del
área de las 30 minas de la cuenca del río Levisa. La prospección resultó ser de unos 10
millones de toneladas de níquel en las inmediaciones de la Bahía de Moa y se encontraron
depósitos mayores en Nicaro con la existencia de unos 30 millones de toneladas.
En Marzo de 1942, durante la Segunda Guerra Mundial, una empresa de Estados Unidos
construyó en Nicaro, al este de la bahía de Nipe, la primera planta de níquel en Cuba,
actualmente nombrada Comandante René Ramos Latour. El 22 de enero de 1957, la
Freeport Sulphur Corporation, inició en Moa la construcción de la segunda planta para la
extracción de níquel. Con el triunfo de la Revolución, los técnicos y especialistas
estadounidenses abandonaron este combinado, único en el mundo por su forma de
operación, y llevaron consigo la documentación sobre la tecnología. La industria se
concluyó el 23 de julio de 1961 y fue nombrada Comandante Pedro Sotto Alba. En 1971 se
emprendió en Moa la construcción de otra fábrica con capacidad productiva de 30 mil
toneladas de níquel anuales, denominada Comandante Ernesto Che Guevara.
Se conocen en el territorio cubano 43 yacimientos de níquel, ubicados en su mayoría al
norte de las provincias orientales, con recursos minerales que ascienden a 1 130 millones
de toneladas, cifra que ubica a Cuba entre los siete países con mayores reservas de níquel.
En la actualidad la industria niquelífera cubana cuenta con las empresas mineras
Comandante René Ramos Latour, en Nicaro; Comandante Pedro Soto Alba y Comandante
Ernesto Che Guevara, en Moa.
I.4.3 Necesidad de indicadores para la valoración económica y ambiental de la
actividad minera de níquel
27
�El Estado cubano se ha caracterizado por una gran labor ambientalista acentuada por la
introducción de políticas ambientales surgidas a la luz de la Cumbre de Río celebrada en el
año 1992. En sectores como el turístico, el forestal y los servicios, la cantidad de datos
ambientales disponibles ha facilitado la aplicación de las ciencias económicas en la
administración y eficiencia empresarial para iniciar el trabajo con los costos ambientales.
En el sector minero de níquel la realidad es diferente. Hasta hoy, los datos de la
trascendencia ambiental, económica, tecnológica y social son insuficientes para aplicar las
herramientas de las ciencias económicas al análisis de dimensión ambiental en el ámbito
empresarial. Las razones pueden ser muchas: la falta de perspicacia en el análisis del
mercado internacional del producto, el desconocimiento de la magnitud de las
externalidades negativas; la despreocupación por el agotamiento de los minerales o la
existencia de criterios dogmáticos de eficiencia empresarial.
La importancia económica y estratégica de la extracción de níquel ha demostrado que la
exigencia de patrones de calidad ambiental como criterios valorativos de la eficiencia
empresarial y como garantía de la protección ambiental en la actividad minera, es tan
importante como cualquier estándar de calidad para definir la competencia del propio
producto.
Los aportes realizados al trabajo con indicadores ambientales en la minería de níquel
muestran la preocupación y el interés de algunos investigadores por incorporar el análisis
económico a la problemática ambiental del sector. En este sano intento se han propuesto
indicadores ambientales sectoriales para el territorio de Moa basados en indicadores de
tendencia, de impacto e indicadores económicos (Vallejo, O.; Guardado, R. 2000); se han
diseñado sistemas de indicadores de sostenibilidad (SIS) que relacionan el potencial
geológico, ambiental, minero y socioeconómico (Guerrero, D. 2003).
Para la minería de níquel es adecuado proponer un sistema de indicadores económicos
y ambientales que contribuyan con la eficiencia económica y posibiliten la formulación de
decisiones en relación con la economía, la minería, el medio ambiente, la tecnología y el
hombre. Este tipo de indicadores constituye un campo de trabajo relativamente nuevo,
donde las herramientas de las ciencias económicas apoyarán el éxito de su implementación.
I.5 Conclusiones parciales
El conocimiento universal referido con la temática de investigación, soportada en los
fundamentos teóricos y conceptuales existentes y los estudios empíricos realizados en esta
28
�tesis doctoral permiten desarrollar una perspectiva teórica y metodológica que contribuye
con dar respuesta al problema científico planteado.
Hasta el presente, los indicadores ambientales demuestran los impactos de las acciones
humanas sobre el medio ambiente; de ahí la necesidad de aplicar las ciencias económicas
para el logro de la eficiencia en la gestión ambiental empresarial.
El grado de avance en materia de contabilidad ambiental en Cuba es aún incipiente
motivado por diferentes factores, entre ellos, la limitada cultura contable ambiental. La
contabilidad empresarial deberá ser la portadora fundamental de la información de los
sistemas de indicadores ambientales como instrumento imprescindible para la toma de
decisiones.
La Economía Ambiental ofrece las herramientas económicas necesarias para lograr la
utilización adecuada del níquel como recurso no renovable y contribuir con la eficiencia
económica en la gestión ambiental empresarial.
29
�CAPÍTULO II PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN ECONÓMICA
Y AMBIENTAL EN LA ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL
�CAPÍTULO II PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN ECONÓMICA Y
AMBIENTAL EN LA ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL
II.1 Introducción
Con la finalidad de contribuir con la solución del problema científico planteado en la
investigación y sobre la base de las conclusiones parciales resultantes de la construcción
del marco teórico-referencial, en este capítulo se expone un procedimiento para la
valoración económica y ambiental en la actividad minera de níquel.
El procedimiento se fundamenta en un enfoque interdisciplinario donde se aplican las
herramientas de las ciencias económicas al contexto de la minería de níquel en su relación
con el medio ambiente. La heterogeneidad de los impactos ambientales asociados a la
actividad minera y la disponibilidad de indicadores técnicos y de eficiencia empresarial
facilita la adaptación de cada uno de los pasos lógicos del procedimiento en la obtención
de información económica relevante para decisiones presentes y futuras.
II.2 Nociones teóricas del procedimiento para la valoración económica y ambiental en
la actividad minera de níquel
El marco contextual que sentó las bases teóricas para el diseño de los indicadores para
la valoración económica y ambiental en la actividad minera de níquel fue el modelo
Presión-Estado-Respuesta (PER)
desarrollado
por
la
Organización
para
la
Cooperación y el Desarrollo Económico en el año 1991 (Guerrero, D. 2003). Este es un
modelo secuencial donde una presión ejercida en el ambiente, por ejemplo la emisión de
elementos contaminantes a la atmósfera, ocasiona un cambio en la calidad de vida de uno
o varios componentes ambientales, originando una respuesta por parte de los actores
involucrados, que puede ser el diseño y construcción de sistemas de filtros para lograr
eficiencia en el funcionamiento de las chimeneas (Figura II.1).
39
�Figura II.1 Esquema del modelo Presión-Estado-Respuesta. Organización
para
la
Cooperación y el Desarrollo Económico. 1991.
La adopción del procedimiento para la valoración económica y ambiental en la actividad
minera de níquel cumple esencialmente con las acciones siguientes:
1. Cálculo de las decisiones de extracción de níquel en condiciones de mercado.
2. Recopilación y valoración de información de carácter ambiental y económico en el
desarrollo de la actividad minera de níquel.
3. Diseño de indicadores económicos y ambientales a partir de la relación entre los
factores ambientales, el consumo de recursos naturales y el costo ambiental.
4. Propuesta de elementos a considerar para el registro contable de aspectos
ambientales en la actividad minera de níquel.
5. Cálculo de la factibilidad económica de inversiones tecnológicas y ambientales.
La Figura II.2 muestra el procedimiento para lograr la valoración económica y ambiental
en la actividad minera de níquel. El lado izquierdo muestra los siete pasos lógicos y en el
lado derecho aparecen los métodos y técnicas sugeridos para el desarrollo de cada paso.
40
�Figura II.2 Procedimiento para la valoración económica y ambiental en la actividad minera
de níquel
II.2.1 Cálculo de la decisión de extracción del mineral
La extracción de níquel lleva implícita una decisión de carácter empresarial que está sujeta
a tres variables: el costo marginal o costo de oportunidad (costo de renunciar a un bien por
preservarlo), el ingreso marginal (ingreso generado por la venta del producto final) y el
costo marginal de extracción también conocido en la literatura como costo de escasez
o costo operativo (retribuciones de los factores de producción que sean necesarios utilizar,
como la tecnología).
La aplicación de ecuaciones matemáticas permite estimar el comportamiento de las
variables en los criterios de decisión de extracción de níquel y la incidencia de unas en
relación con las otras.
La alta cotización del níquel en el mercado mundial, desde los inicios de su extracción
hasta la actualidad, ha situado a Cuba en una posición internacional económicamente
41
�favorable en cuanto a las reservas nacionales declaradas y el procesamiento del
mencionado mineral. Esto ha constituido una causa determinante para no haber
considerado hasta hoy, la conveniencia o no de la extracción de níquel y se ha decidido
producir a toda costa, por los importantes ingresos que genera esta actividad, su influencia
en el sostenimiento de sectores presupuestados como la salud pública y en el subsidio de
recursos como los alimentos de la canasta básica.
Sobre la base de las reservas de minerales valiosos con las que cuenta actualmente Cuba
y considerando su extracción futura y venta en condiciones reales del mercado
internacional, a continuación se explica cómo procedería la decisión de extracción de
níquel:
La empresa obtiene un ingreso por cada tonelada de níquel vendida hoy (po) el que puede
decidir invertir y obtener un cierto rendimiento, o renunciar a ingresos futuros (p1) si
dedica un mayor monto a los costos marginales de extracción (c). Si el tipo de interés del
mercado es r, entonces, asumir hoy (t=0) un costo de c unidades monetarias impide a la
empresa disponer de cr unidades monetarias adicionales en caso de que se decida aguardar
o preservar un período para la venta de níquel (t=1). Si se comparan los ingresos
marginales y los costos marginales de extracción en t=1, convendrá extraer hoy el níquel
siempre que el ingreso marginal de extraer la unidad del recurso en el presente po (1+ r),
supere el costo marginal de extracción en el que se incurre (p1+ cr):
Si po (1+ r) > (p1+ cr), o si (p1- c) < (po – c) (1+ r), entonces conviene extraer en t=1.
Una vez tomada la decisión empresarial de extraer el níquel se procede a caracterizar el
proceso minero.
II.2.2 Caracterización del proceso minero de níquel
En esta etapa del procedimiento se describen las fases por las que transita la minería de
níquel y las características técnicas y tecnológicas de la actividad. Posteriormente se valora
la información económico-financiera de la empresa y de la minería con el objetivo de
analizar los aspectos siguientes:
Costos del proceso minero y su incidencia en el costo total de la empresa
Indicadores técnico-productivos e indicadores de eficiencia económica
Planificación de provisiones y obligaciones ambientales
Para viabilizar la aplicación exitosa del procedimiento y recolectar de manera efectiva los
datos anteriores, se requerirán los estados financieros de la empresa, los informes de
42
�análisis técnico-productivos, los planes económicos anuales y las informaciones que se
necesiten procedentes de la dirección económica, la dirección minera y el departamento de
medio ambiente.
II.2.3 Identificación de impactos ambientales
Para la identificación de los impactos ambientales provocados por la minería de níquel se
propone la aplicación del método Delphi
El método Delphi es considerado uno de los métodos subjetivos de pronósticos más
confiables y permite contar con la evolución estadística de opiniones de expertos
o usuarios en un tema tratado.
La esencia del método Delphi está en la organización de una comunicación anónima entre
expertos consultados individualmente con el objetivo de obtener un consenso general. La
confrontación de las opiniones se realiza mediante una sucesión de encuestas donde la
información es sometida a un procesamiento estadístico.
La aplicación del método tiene una secuencia lógica ordenada en dos fases: fase preliminar
y fase exploratoria, según muestra la figura II.4:
Figura II.4 Secuencia lógica del método Delphi
43
�
Fase preliminar: se determinan los expertos y se establecen los elementos básicos
que serán sometidos a consulta. Posteriormente se aplica la primera ronda de la
encuesta.
Fase exploratoria: se retroalimentan los expertos consultados
La aplicación del método debe considerar algunos aspectos metodológicos en cuanto a:
La elaboración de las encuestas
La selección de expertos
La elaboración de las encuestas debe cumplir con los principios de la teoría de la
comunicación. La encuesta mostrará preguntas abiertas que permitan mostrar la capacidad
de valoración del tema al experto consultado. Esto constituye un elemento importante para
derivar posteriores conclusiones sobre lo indagado y eliminar, incluir o cambiar la
denominación de algún aspecto analizado.
El tamaño de una muestra representativa que reúna las características de la población de
expertos para aplicar las encuestas responde a la fórmula estadística:
___ N____
n= __1+ d2 (N-1) __
S2 p x q
Donde:
S2 = nivel de confianza
p y q = varianza poblacional p=50 y q=50
d2 = margen de error
N = tamaño de la población o universo
El investigador es quien elige el margen de error con el que desea trabajar.
Selección de los expertos: se entiende por experto al individuo con conocimientos
y competencias probadas para ofrecer valoraciones conclusivas de un problema y hacer
recomendaciones útiles en su solución.
La competencia de los expertos se determina a través de una encuesta (Anexo 1). A los
resultados de las preguntas 1 y 2 de la encuesta se les aplica la fórmula:
Kcm = ½ (kc + ka)
Donde,
Kcm: coeficiente de competencia.
44
�kc: coeficiente de conocimiento. (Anexo 1 pregunta 1). Es la información que tiene el
experto acerca del problema. Se calcula multiplicando por 0,1 el conocimiento que el
propio experto manifiesta (en una escala de 0 a 10).
ka: coeficiente de argumentación. Está relacionado con las fuentes que le permiten
argumentar sus criterios (Anexo 1 pregunta 2). El grado de influencia alto (A) tendrá
valores entre 0,8 y 1; el grado de influencia medio (M) oscilará entre 0,5 y 0,7; el grado de
influencia bajo (B) será evaluado de 0 a de 0,4. Los valores serán promediados por grado
de influencia y el valor mayor será utilizado en la fórmula para determinar el coeficiente de
competencia
Los expertos seleccionados serán aquellos que obtengan como coeficiente de competencia
un valor igual o superior a 0,85: (Kcm > 0,85) y serán sometidos a la aplicación de una
encuesta con tres preguntas (Anexo 2)
En la pregunta uno se evaluará de: muy relevante, relevante, poco relevante y no relevante,
los impactos ambientales de la actividad minera asociados a los 13 factores ambientales
siguientes: microclima, calidad del aire, suelos, relieve, hidrología y calidad del agua
superficial y subterránea, vegetación y flora terrestre, fauna terrestre, estética del paisaje,
uso de la tierra, viales y tráfico terrestre, población, infraestructura económica, recursos
naturales y energéticos (Estudio de impacto ambiental del proyecto de expansión de la
empresa Comandante Ernesto Che Guevara. 2004).
En la pregunta dos cada experto mencionará la fase de la actividad minera que ocasiona
cada impacto ambiental y en la pregunta tres el experto listará aquellos impactos
ambientales no considerados en la elaboración de la encuesta y que deben ser incluidos
o eliminados de la propuesta.
Una vez aplicada la encuesta se procesa cada una de las preguntas y se valoran los
impactos ambientales provocados por la actividad minera de níquel. Con la ayuda de la
técnica de tarjado, se confecciona una tabla de doble entrada donde se refleje el total de
respuestas por aspectos consultados y se conforma una segunda tabla que muestre los
factores ambientales e impactos de mayor ponderación de acuerdo con las encuestas
aplicadas. A esta relación de impactos se suman los impactos propuestos por los expertos
(los de mayor ponderación) que no fueron considerados en el diseño de las encuestas.
Las conclusiones del procesamiento de las encuestas proporcionará el total de impactos
ambientales de la actividad minera de níquel. Este resultado puede expresarse en tablas,
45
�gráficos o matrices de impacto ambiental. La identificación de los impactos ambientales
contribuye con la definición de los costos ambientales por el análisis del factor ambiental
utilizado o consumido.
II.2.4 Diseño de indicadores técnicos de gestión ambiental
La valoración económica y ambiental propuesta para la actividad minera de níquel puede
aportar nuevos elementos al esquema tradicional de evaluar la eficiencia empresarial sólo
por los beneficios económicos o dificultades técnicas que implica el desarrollo de la propia
actividad. Un problema en el diseño de los indicadores ambientales y de sustentabilidad
estudiados en el contexto internacional es la escasa posibilidad de lograr una expresión
cuantitativa de las relaciones causa-efecto.
Los indicadores como elementos del sistema de información en la gestión ambiental
empresarial, proporcionan las herramientas para el eficiente desempeño de la
administración y permiten el seguimiento y control de la actuación del hombre en relación
con el medio ambiente.
Los indicadores también ofrecen información a terceros relacionada con la calidad de la
actividad minera en toda la extensión del término, por lo que en su definición se requiere
del cumplimiento de los requisitos cualitativos: relevancia, fiabilidad, medibilidad,
verificabilidad, confiabilidad y seguridad.
El diseño de indicadores para la actividad minera de níquel responde metodológicamente a
una serie de criterios que normalizan su definición, determinan la eficacia de su empleo
y la utilidad de la información proporcionada:
Nombre del indicador: se debe utilizar un nombre claro, conciso y asequible al usuario
(cliente interno o externo) que defina exactamente lo que muestra el indicador.
Descripción corta del indicador: se debe realizar una descripción corta de lo que muestra el
indicador, sobre todo cuando éste recibe un nombre más bien científico o técnico.
Relevancia o pertinencia del indicador: se debe especificar la importancia del indicador
propuesto en la valoración sobre el medio ambiente. Se necesita relacionar el
contenido económico del indicador con los factores ambientales.
Gráfico o representación, con frase de tendencia: se debe elaborar una representación
gráfica del indicador. A menudo se descubren errores y potencias no previstas
desde el análisis de los gráficos.
46
�Tendencia y desafíos: debajo del gráfico se puede elaborar un breve párrafo donde se
transmita al usuario la tendencia y los desafíos que muestra el comportamiento del
indicador.
Alcance (qué mide el indicador): se debe especificar las dinámicas que muestra el
indicador.
Limitaciones (qué no mide el indicador): se deben aclarar las dimensiones y dinámicas que
no pueden ser capturadas o vistas a partir del indicador.
Fórmula de cálculo del indicador: debe especificar las operaciones y procesamientos de las
variables que son necesarios para obtener el valor del indicador y la unidad de
medida.
Definición de las variables: cada variable que compone el indicador debe ser definida con
detalle, de forma que no quede lugar para posibles interpretaciones erradas.
Comúnmente se adopta la definición de la institución que proporciona los datos.
Fuente de los datos: la fuente del dato debe quedar estipulada para cada una de las
variables. En forma detallada se debe especificar la institución, el departamento
u oficina, la publicación física o electrónica donde se encuentra disponible y el
nombre y correo electrónico de contacto de la persona a cargo.
Periodicidad de los datos: se debe especificar la periodicidad para cada variable que
compone el indicador o el período de tiempo de actualización del dato. Puede ser
cada cuatro años, anual, bimensual.
Período de la serie: especificar el período de tiempo que comprende la serie actualmente
disponible, por ejemplo: período 2000-2010.
Periodicidad de actualización del indicador: recomendación del grupo de cada cuánto
tiempo tiene sentido y es posible recalcular el indicador para actualizar su valor.
Tabla de datos: los datos estadísticos básicos para calcular el indicador permiten el análisis
y la exploración de la representación gráfica. Se puede incluir un cuadro Excel con
las series históricas requeridas para calcular cada indicador.
En esta etapa del procedimiento se diseñan indicadores técnicos de gestión ambiental, los
cuales aportarán información necesaria para la conformación de indicadores económicos
y ambientales.
Los indicadores técnicos de gestión ambiental permiten analizar y regular las interacciones
físicas de la actividad minera de níquel con el entorno desde dos perspectivas mutuamente
47
�dependientes: primero, la minería como consumidora de recursos naturales y generadora de
residuos; segundo, la relación entre el consumo de los recursos naturales y las unidades
producidas.
Como alternativa de análisis de la primera perspectiva de los indicadores técnicos de
gestión ambiental, la tabla II.1 muestra la relación entre la utilización o consumo del factor
ambiental y el alcance de impactos seleccionados, con las unidades de medida (UM)
correspondientes.
Tabla II.1 El impacto como indicador físico de consumo del factor ambiental
Factor ambiental
Suelo
Impacto
U/M
Terreno erosionado
Metros cuadrados
(m2)
Recursos naturales y
energéticos
Agentes sociales
Consumo de agua
Litros (m3)
Consumo de energía
Kilowatt(Kw)
Deterioro de las condiciones higiénicas
(emisión de polvo por cantidad de
terreno minado)
Miligramos por
metros
cuadrados(mg/m2)
La relación entre la utilización o consumo de los factores ambientales y las unidades de
níquel producidas, expresadas en razones o índices, posibilitan el diseño de indicadores
técnicos de gestión ambiental (Tabla II.2).
Tabla II.2 Indicadores técnicos de gestión ambiental
Factores
Impactos
ambientales
Suelo
Indicadores técnicos de
gestión ambiental
Erosión
RE
Consumo de Aguas
RCA
Recursos naturales
Contaminación de aguas
REC
Recursos
Consumo Energético
RCE
Deterioro de las condiciones
RRG
energéticos
Agentes sociales
higiénicas
Donde:
48
�RE: razón de erosión
EC: elemento contaminante
TE: terreno erosionado
RCE: razón de consumo de energía
UP: unidades producidas
CE: consumo de energía
RCA: razón de consumo de agua
RRG: razón de residuos generados
CA: consumo de agua
RG: residuos generados
REC: razón de elemento contaminante
El incremento en el consumo de los factores ambientales con un comportamiento constante
de las unidades producidas es el reflejo de la ineficiencia en la actividad minera de níquel.
La sistematicidad en el cálculo de los indicadores técnicos de gestión ambiental permite
regular el consumo, utilización y contaminación del trabajo en este sector. La expresión
cuantitativa de los indicadores mencionados posibilita su incorporación en los análisis
técnicos, productivos y de eficiencia económica.
II.2.5 Diseño de indicadores económicos y ambientales
Los estados financieros establecen los costos y los ingresos entre los elementos que
determinan el rendimiento empresarial y los resultados de la administración en la gestión
de los recursos que les han sido confiados (Cuba. Resolución 235/2005).
Sobre la base de estos argumentos y con una expresión más específica, los costos y los
ingresos serán utilizados para significar el valor de los factores ambientales consumidos
o afectados en el desarrollo de la actividad minera de níquel, a la vez que constituyen las
bases para el diseño de los indicadores económicos y ambientales.
El uso de la información estadística relacionada con la minería es fundamental para el
cálculo de estos indicadores. El costo ambiental de la minería de níquel tiene implícitos
dos componentes con características propias. Por una parte, el componente físico que es la
porción utilizada de factor ambiental o previsto consumir, y por otra, el componente
monetario es decir, el valor utilizado o previsto utilizar en la situación ambiental generada.
La minería de níquel es una actividad económica con alta responsabilidad empresarial,
donde los administrativos desempeñan un papel fundamental en la gestión ambiental. La
eficiencia de esta tarea no reside en medir las consecuencias económicas de las
afectaciones ambientales, sino en la labor preventiva que permite desarrollar una minería
ambientalmente responsable y rentable.
Teniendo en cuenta que el proceso de contabilización de las empresas mineras no
considera la gestión de costos ambientales, los indicadores económicos y ambientales
49
�fueron diseñados sobre la base de nuevos criterios de medida formulados para el desarrollo
de esta investigación:
Responsabilidad ambiental: compromiso y capacidad administrativa para prevenir el daño
ambiental generado por la actividad minera.
Factibilidad ambiental: disponibilidad de recursos financieros para transformar la fuerza
productiva con inversiones tecnológicas que minimicen los efectos negativos sobre
el medio ambiente.
Gestión residual: habilidad para aprovechar o desechar los residuos de la actividad minera
y así evitar afectaciones ambientales.
Racionalidad energética: aprovechamiento adecuado en el uso de portadores energéticos.
Formalidad ambiental: capacidad de honrar las deudas y obligaciones contraídas.
Rentabilidad ambiental: capacidad para disminuir las pérdidas de mineral y generar
ingresos que incrementan los beneficios económicos y ambientales.
Los indicadores económicos y ambientales se pueden definir de acuerdo con la
información que ofrecen:
Costos de prevención: sumatoria de los costos incurridos en actividades de control
e información sobre los riesgos asociados a la actividad minera, por ejemplo: costos
de capacitación del personal para la educación ambiental, cursos de seguridad
industrial, compra de medios de seguridad para la prevención.
Costos ambientales: totalización de los costos de todas las acciones con fines ecológicos
y ambientales que se realicen antes, durante y después de la minería de níquel.
Inversiones en tecnologías limpias: monto planificado y destinado a la adquisición de
equipamiento, útiles y herramientas para hacer menos agresiva la minería.
Pérdida por escombros: valor económico de los minerales útiles no aprovechados en la
actividad minera y que pasan a las colas pero su precio es cotizable en el mercado.
Costo de almacenamiento residual: costo incurrido en el depósito para acumular los
residuos, incluirá los gastos de manipulación.
Costo de transportación residual: costo de los equipos utilizados para trasladar los residuos.
Incluirá combustible y mantenimiento.
Obligaciones ambientales: sumatoria de todas las deudas contraídas (pasivos) para realizar
cualquier acción ambiental en la minería.
50
�Pérdida de mineral: beneficio dejado de percibir por la aplicación de tecnología deficiente
que no permite aprovechar la profundidad y extensión del escenario minero.
Pérdida por tecnología de transportación: cantidad de mineral dejada de transportar por las
deficiencias tecnológicas en el transporte: poca capacidad de carga, mantenimientos
por roturas.
Valor de las provisiones para contingencias y riesgos ambientales: importe requerido para
solventar vulnerabilidades en la minería, incluye la pérdida de mineral.
Valor de las reservas probadas: monto correspondiente al mineral planificado no procesado
pero cotizable en el mercado.
La tabla II.3 muestra la definición de indicadores económicos y ambientales para la
minería de níquel como expresión cuantitativa de los criterios de medida expuestos.
Tabla II.3 Indicadores económicos y ambientales
Criterios de medida
Indicadores económicos
UM
y ambientales
Responsabilidad ambiental
CP: costos de prevención
USD
CA: costos ambientales
USD
PTT: pérdida por tecnología de transportación
Factibilidad ambiental
Gestión residual
Racionalidad energética
Formalidad ambiental
USD
ITL: inversiones en tecnología limpias
USD
PE: pérdida por escombros
USD
CAR: costo de almacenamiento residual
USD
CTR: costo de transportación residual
USD
CE: costo del consumo de energía
USD
OA: obligaciones ambientales
USD
PM: pérdida de minerales
USD
PRA: provisión para contingencias y riesgos
USD
ambientales
Rentabilidad
VRP: valor de las reservas probadas
USD
ambiental
51
�Una alternativa para valorar la incidencia y proporcionalidad de unos indicadores en
relación con otros, es el cálculo de las razones económicas y ambientales. Las razones
permiten determinar el nivel de costos y pérdidas específicas de acuerdo con sus valores
totales, y posibilita el análisis de la efectividad y eficiencia de la administración en el
cumplimiento de las obligaciones ambientales. Su importancia radica en que si el cálculo
refleja que los costos o las obligaciones particulares mantienen un valor que excede al
propio indicador global, la empresa necesita tomar decisiones inmediatas para disminuir
los costos, pues atentan contra la efectividad de las operaciones.
II.2.6 Información minera y ambiental en los estados financieros
Es conveniente ampliar el contenido informativo de los estados financieros para ofrecer
una mayor información sobre la dimensión ambiental en la actividad minera y la
proyección de sus activos, pasivos, costos, ingresos y gastos. De esta forma se propone al
Comité de Normas Contables Cubanas la consideración de una serie de conceptos
y elementos contables a incorporar en los estados financieros empresariales de la actividad
minera, conocidos como Estado de situación o Balance general y Estado de resultado
o Estado de ganancias y pérdidas.
El enfoque contable obedece a la ecuación ampliada de la Contabilidad:
Activo + Gastos = Pasivo + Capital + Ingresos
A+G=P+C+I
Información a incorporar en el Estado de situación o Balance general
El Balance general, como estado contable estático, muestra la realidad económicofinanciera de la empresa en un momento determinado. Por un lado registra la
materialización de los recursos obtenidos por la empresa (activo) y por otro, el origen de
los mencionados recursos (pasivo). Se propone incluir en las cuentas elementos
relacionados con el consumo de factores ambientales:
Activo fijo: dentro de esta categoría se propone incorporar:
Inversiones en infraestructura y equipos mineros que de acuerdo con la legislación
ambiental, deban ser sustituidos o reformados por desgaste u obsolescencia.
Activos intangibles: son los proyectos de investigación y desarrollo relacionados con el
medio ambiente y el uso eficiente de los recursos dentro del proceso minero.
Por ejemplo:
Los gastos de investigación y desarrollo en tecnologías más respetuosas con el
entorno, así como las patentes y otros derechos asociados a los mismos.
52
�Activos circulantes: se referirá a los activos circulantes de carácter ambiental:
Las ventas de materias primas y de productos ecológicos fabricados por la empresa.
Las ventas de los subproductos y residuos objeto de reciclado.
En la medida en que estos activos pierdan o vean disminuida su capacidad de contribuir
con la obtención de beneficios o con el objetivo de conservar el medio ambiente, deberán
reconocerse las pérdidas o correcciones valorativas pertinentes que, al estar relacionadas
con los activos de carácter ambiental, tendrían la misma consideración.
Es posible que determinados factores ambientales, como la contaminación, disminuyan la
capacidad de los activos para obtener rendimientos o prestar servicios; en estos casos, la
corrección valorativa pertinente podría ser catalogada como ambiental.
Pasivos ambientales: serían aquellas obligaciones de pago de la actividad minera que
financian activos ambientales:
Los acreedores por prestaciones de servicios ambientales, como las auditorías
ecológicas o los derivados de la implantación de sistemas de gestión ambiental.
Las deudas por adquisición de tecnologías limpias.
Los compromisos asumidos tácita o legalmente por la empresa respecto de la
preservación del medio ambiente.
Las subvenciones de capital para financiar activos ambientales.
Las deudas pendientes por multas, impuestos o sanciones de tipo ambiental.
Provisiones para contingencias y riesgos ambientales: Serían las reservas económicas
de riesgos ambientales asumidos por la empresa. En este sentido, es posible analizar las
situaciones de riesgo que constituyen provisión o contingencia ambiental en los estados
financieros:
Pérdidas por obsolescencia de los equipos motivada por la adaptación a la
reglamentación ambiental.
Pérdidas de valor de terrenos por contaminación.
Pérdida de minerales.
Obsolescencia en materias primas o productos terminados.
Costos previstos en la eliminación de residuos (costos de almacenamiento y de
transportación residual).
53
�
Sanciones o multas derivadas de incumplimientos de la normativa legal en materia
de medio ambiente.
Sanciones por riesgos ecológicos no asegurados.
Todos estos riesgos tendrían el tratamiento contable de contingencias en el caso de que
exista imposibilidad de estimación o se trate de hechos meramente probables.
Información a incorporar en el Estado de resultado o Estado de ganancias y pérdidas
El Estado de ganancias y pérdidas como estado contable dinámico, muestra el resultado de
un ejercicio con las cuentas que lo han generado. Este estado contable comprende con la
debida separación, los ingresos y los gastos, y por diferencia, el resultado del mismo.
En el Estado de ganancias y pérdidas se reflejarían anualmente los gastos e ingresos de
carácter ambiental relacionados con la actividad minera de níquel que influyen en el
resultado de la empresa.
Gastos ambientales: disminuciones de los beneficios económicos producidos a lo largo
del período contable, en forma de salidas o disminuciones del valor de los activos o el
surgimiento de obligaciones que provocan disminuciones del capital o el patrimonio neto
de la empresa. Se deben identificar como gastos todos los costos de mano de obra,
servicios, amortizaciones, que se encuentren relacionados con el proceso minero.
Los gastos que pueden aparecer identificados como de naturaleza ambiental en el Estado
de resultado son:
Los consumos de materias primas en la ejecución de actividades para la protección
del medio ambiente.
Las primas de seguro por riesgos ambientales cubiertos.
Las autorizaciones, licencias, cánones y permisos relacionados con el medio
ambiente.
Derechos por uso de tecnología externa, tarifas de vertederos.
Costos de rehabilitación y mantenimiento de áreas minadas.
Costos de mantenimiento de tecnologías ambientales (inspección, limpieza,
lubricación, comprobación, reemplazo de piezas).
Costo de gestión de escombros generados, emisión de polvo y vertido de residuos.
Multas y sanciones administrativas y penales por incumplimiento de la legislación
minera y ambiental.
54
�
Gastos de investigación y desarrollo en proyectos relacionados con la conservación
del medio ambiente.
Gastos de información y formación ambiental.
Servicios de auditorías, evaluaciones e implantación de sistemas de gestión
ambiental.
Costos de gestión de inversiones relacionadas con el medio ambiente, depuradoras
de agua, medios de seguridad y tecnologías para evitar ruidos, emisiones de polvo.
Planes de emergencia.
Costos de almacenamientos especiales.
Tributos ambientales.
Ingresos ambientales: constituyen los incrementos en los beneficios económicos,
producidos a lo largo del período contable, en forma de entradas o incrementos de valor de
los activos ambientales, o bien como decrementos de las obligaciones que dan como
resultado aumentos del patrimonio neto, por ejemplo:
Subvenciones por motivos relacionados con el medio ambiente
II.2.7 Factibilidad económica de inversiones ambientales
Entre los análisis cuantitativos de selección y evaluación de proyectos de inversión más
utilizados están los métodos simples y los actualizados (Weston, J.; Copeland, T. 1995).
Los métodos simples se basan en el período de amortización y en la tasa de rendimiento
simple. Se denominan simples porque no tienen en cuenta toda la vida útil del proyecto,
sino solo períodos breves de un año. Los datos anuales se toman respecto del valor real
y no del valor actualizado. Los más conocidos son:
a) Tasa de rendimiento simple: es la relación entre todas las utilidades netas, en un año
normal de producción plena, respecto del costo total de inversión y tiene como
desventaja que resulta difícil determinar cuál es el año más representativo del proyecto.
b) Período de recuperación o de amortización de la inversión: este criterio mide el número
de años necesarios para recuperar el capital invertido en el proyecto.
55
�El mayor mérito del período de amortización como criterio para seleccionar proyectos es la
facilidad para el cálculo. Su aplicación es muy útil en los análisis de inversiones donde la
obsolescencia tecnológica es muy rápida.
p
PRA=
Utilidades (t) + Depreciación (t) + Intereses (t)
t=1
Los métodos actualizados o descontados son muy empleados, permiten deducir los costos
del proyecto de sus beneficios. Ambos componentes se presentan en diferentes puntos en el
tiempo, por consiguiente, es necesario actualizar los costos y los beneficios en una fecha
común. Para comparar los impactos en diferentes períodos se debe aplicar el cálculo del
valor presente o valor actualizado.
c) La técnica del valor presente consiste en estimar el valor a precios de hoy, lo que
representa un costo o un beneficio que se realizará en otro tiempo futuro. Y se calcula
a través de la fórmula:
Donde:
Bt = beneficios en el año “t”;
Ct = costos en el año “t”;
r = tasa de descuento;
n = horizonte de evaluación en años.
Por las características de la actividad minera de níquel se decidió estudiar el modelo
económico de Sartoris-Hill, el que, basado en el trabajo precedente de los investigadores
Kim-Atkins, Hill-Riener formula un enfoque de valor presente neto de flujo de efectivo
para el análisis de las políticas alternativas de crédito. El modelo de decisión se sustenta en
el cálculo de las ganancias o pérdidas netas resultantes de un cambio en la política de
crédito. Su línea de tiempo de flujo de efectivo es una herramienta útil para ilustrar el
impacto del cambio en la política de crédito sobre el nivel de los flujos de efectivo
(Weston, J.; Copeland, T. 1995).
El cálculo propuesto está centrado en las perspectivas económicas empresariales
resultantes de estimar un valor de costos ambientales generados por la actividad minera de
56
�níquel. Su utilización permitirá proyectar el impacto de los costos ambientales sobre el
nivel de utilidades o pérdidas de la empresa. La esencia consiste en comparar los
resultados que proporcionará a la empresa una política económica y ambiental en dos
períodos de tiempo. La fórmula propuesta tiene como punto de decisión precedente los
criterios del Valor Actual Neto (VAN) del flujo de efectivo adaptado a un indicador
denominado Valor Económico Ambiental (VEA):
La tabla II.5 muestra las variables que integran la fórmula propuesta para calcular el Valor
Económico Ambiental con las unidades de medida (UM) correspondientes.
Tabla II.5 Variables que intervienen en el cálculo del Valor Económico Ambiental
Variable
Significado
UM
P
Precio por unidad de níquel vendida
USD/Ton
C
Costo por unidad de níquel producida
USD/Ton
W
Producción total
Ton
Q
Otros ingresos
USD
b
Razón de costos ambientales en la actividad minera de níquel
%
Coeficiente de costos ambientales
%
T
período promedio de cobro de las ventas
días
K
Tasa diaria de interés o descuento
%
Valor Económico Ambiental
USD
1-b
VEA
Si el VEA es negativo, significa que los costos ambientales proyectados por la empresa
afectan la eficiencia y la rentabilidad de la actividad minera, se necesitará entonces,
realizar inversiones tecnológicas para minimizar los costos ambientales. Si el VEA es
positivo, demuestra que los ingresos cubren todos los gastos, y los costos ambientales no
afectan la eficiencia y la rentabilidad empresarial. Las decisiones de planificación
e inversión ambiental realizadas han sido efectivas.
II.3 Conclusiones parciales
El procedimiento para la valoración económica y ambiental en la actividad minera de
níquel constituye una herramienta metodológica que facilita a los agentes económicos de la
minería (administrativos y trabajadores) un sistema de indicadores que puede contribuir
con la incorporación de la dimensión ambiental a la eficiencia empresarial y con la
definición de prioridades en las decisiones de inversión.
57
�Los métodos y técnicas de las ciencias económicas constituyen la plataforma para la
valoración económica de la dimensión ambiental en la actividad minera de níquel. La
secuencia lógica en la aplicación de ecuaciones matemáticas, el método Delphi, las técnicas
de registro contable y las técnicas de presupuesto de capital, demuestran la posibilidad de
perfeccionar la Economía Ambiental.
El procedimiento propuesto no constituye un manual con técnicas y métodos para ser
archivado, es una guía metodológica que permite a los interesados, la adaptación apropiada
de valoraciones económicas y ambientales a las circunstancias, recursos, institucionalidad y
propósitos que la actividad minera de níquel impone.
58
�CAPÍTULO
III
VALORACIÓN
ECONÓMICA
Y
AMBIENTAL
EN
LA
ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL DE LA EMPRESA COMANDANTE
ERNESTO CHE GUEVARA
�CAPÍTULO
III
VALORACIÓN
ECONÓMICA
Y
AMBIENTAL
EN
LA
ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL DE LA EMPRESA COMANDANTE
ERNESTO CHE GUEVARA
III.1 Introducción
Con la finalidad de validar la hipótesis formulada en esta investigación y dar solución al
problema científico, en el presente capítulo se exponen los resultados de la implementación
del procedimiento propuesto para la valoración económica y ambiental en la actividad
minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara, ubicada en el
municipio Moa de la región oriental de Cuba. Los datos utilizados en la aplicación del
procedimiento corresponden al período 2007-2011.
III.2 Características de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara, se ubica en el macizo montañoso MoaBaracoa, a cinco kilómetros (km) de la ciudad de Moa, a 177 km de la ciudad de Holguín
y a unos 950 km de la capital del país (Figura III.1).
Figura III.1 Ubicación geográfica de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
Su actividad fundamental, basada en la Resolución 246/2006 del Ministerio de Economía
y Planificación (MEP), es la producción y comercialización de níquel más cobalto y otros
productos afines e inherentes al proceso minero.
La actividad productiva de níquel inicia con la extracción y transportación de minerales en
la Unidad Básica Minera; posteriormente tiene lugar el proceso de preparación del mineral,
el que es conducido por cinco plantas principales y tres plantas auxiliares, hasta totalizar
los 10 procesos que intervienen en la obtención de los productos finales de níquel.
Constituyen plantas principales: Hornos de reducción, Lixiviación y lavado, Sulfuro,
64
�Recuperación de amoníaco, Calcinación y Sínter. Las plantas auxiliares son:
Termoeléctrica, Servicios termoenergéticos y Potabilizadora de agua.
En la empresa objeto de estudio, el valor fundamental de los minerales consiste en que se
localizan próximos a la superficie y pueden extraerse en minas a cielo abierto, con un costo
menor al de su extracción en profundidades subterráneas, pero con un impacto mayor sobre
el medio ambiente.
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara fue diseñada con una capacidad productiva
de 30 000 Ton de níquel al año, meta que ha sido cumplida esporádicamente en
correspondencia con las deficiencias en la tecnología de extracción y la evolución de los
precios de las materias primas en el mercado, fundamentalmente, el petróleo.
En el quinquenio 2007-2011 la producción de níquel de la empresa osciló entre 28 000 Ton
y 29 000 Ton. En igual período los precios de níquel disminuyeron drásticamente en el
mercado internacional de 30.000,00 USD/Ton a 20.000,00 USD/Ton (Principales
indicadores económicos 2007-2011. Banco Mundial. 2011).
En el presente, la producción de níquel de la empresa mantiene una cotización en el
mercado internacional de 16.128,41 USD/Ton (Principales indicadores económicos 20072011. Banco Mundial. 2011), con un aporte al PIB cubano de $510.000.000,00 USD
(Información Económica. Banco Central de Cuba. 2012).
La figura III.2 muestra la evolución descendiente de los precios del níquel en el mercado
internacional en los meses febrero-julio del año 2011.
Figura III.2 Cotización del níquel en la Bolsa de Metales de Londres.
Período febrero-julio del año 2011
65
�El análisis de la información económica de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
en el período 2007-2011 reflejó que los costos totales de producción ascendieron de
12.856,05 USD/Ton a 14.065,87 USD/Ton (Anexo5).
Una observación a priori pudiera justificar esta situación con el alza de los precios del
combustible, como el petróleo. Pero el análisis económico del funcionamiento de la
Unidad Básica Minera demostró que los indicadores de eficiencia económica (costo
unitario de la masa minera y costo unitario de níquel) no permiten identificar las causas del
incremento de los costos de producción que atentan contra la eficiencia empresarial.
De los 10 procesos que intervienen en la producción de níquel, la actividad minera ocupa
el cuarto lugar con mayor incidencia en el costo total de la empresa y así lo muestra la
figura III.3, tercera fila correspondiente a los costos totales de producción, expresados en la
unidad medida ($/Ton).
En el período 2007-2011, el costo de las actividades mineras en la Unidad Básica Minera,
tuvo una incidencia ascendente en el costo total de la empresa Comandante Ernesto Che
Guevara con oscilaciones entre 1.079,87 $/Ton y 1.307,34 $/Ton (Figura III.4).
Figura III.4 Costo de las actividades mineras. Período 2007-2011
(U/M: USD/Ton).
III.3 Aplicación del procedimiento para la valoración económica y ambiental en la
actividad minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
Con el objetivo de analizar las causas que determinaron el incremento de los costos
mineros y estudiar los indicadores actuales de eficiencia económica, se decide
66
�experimentar el procedimiento para la valoración económica y ambiental en la actividad
minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara y aplicar las
herramientas de las ciencias económicas, con el fin de lograr una valoración económica
enriquecedora de los criterios de decisión de los costos productivos y ambientales para una
mejor gestión ambiental empresarial.
III.3.1 Cálculo de la decisión de extracción del mineral
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara obtiene un precio (po) de 16.128,41 USD
por cada tonelada de níquel vendida hoy (t=0), con costos marginales de extracción (c) de
14.065,87 USD/Ton (Análisis Técnico Económico. 2011).
La tasa de interés del mercado (r) es 10%, por tanto el rendimiento de los costos de
extracción es de 1.406,59 USD/Ton. Si se considera una tendencia positiva del precio de
níquel en el mercado internacional que permita a la empresa un precio futuro de 16.300,00
USD/Ton (p1) para comercializar el mencionado mineral, entonces el ingreso marginal
(IMg) derivado de extraer níquel hoy es:
IMg = 2.268, 79 USD/Ton
El costo marginal (CMg) sería:
(CMg) = 2.234,13 USD/Ton
Como el ingreso marginal supera al costo marginal, aún cuando se proyecta un precio de
níquel superior en el mercado internacional, lo más conveniente para la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara es extraer el mineral en el presente.
Una vez tomada la decisión de extraer níquel se procede a caracterizar el proceso minero.
III.3.2 Caracterización del proceso minero de níquel
El proceso productivo de la empresa es continuo y se realiza en las condiciones de presión
atmosférica, para ello cuenta con una mina, con yacimientos a cielo abierto, muy cercanos
a la fábrica, lo que implica un bajo costo de minería.
La Ley 76/1995 Ley de Minas establece que la actividad minera se divide en cinco fases:
reconocimiento, investigación geológica, explotación, procesamiento y comercialización;
de ellas, sólo las tres primeras responden directamente al proceso minero y cumplen con la
descripción siguiente (Cuba. Ley 76∕1995):
67
�1. Reconocimiento: se realizan trabajos preliminares en determinadas áreas, definiendo
zonas de interés para la prospección.
2. Investigación geológica: está compuesta por dos subfases, la prospección y la
exploración.
Prospección: conjunto de trabajos con empleo de técnicas cuyo objetivo es la búsqueda de
concentraciones minerales que pueden constituir yacimiento.
Exploración: conjunto de operaciones, trabajos y labores mineras realizados para
determinar la estructura del yacimiento, el contenido y calidad de los minerales existentes
en el mismo, así como el cálculo de las reservas que servirá de base para la planificación
de la extracción y su procesamiento industrial.
Las labores mineras realizadas en la sub fase de exploración son las siguientes:
Desbroce: consiste en la eliminación de la vegetación y la modelación del terreno para
posibilitar la entrada de los equipos que realizan el destape.
Destape: es la labor que requiere de un mayor volumen de trabajo y consiste en el corte
y traslado del horizonte superior (escombro) del cuerpo mineral que por su bajo contenido
de níquel y cobalto, no resulta económico enviarlo al proceso.
Drenaje: por
las condiciones hidrogeológicas difíciles de los yacimientos, se hace
necesario drenar para reducir la humedad y evitar las pérdidas de mineral. La efectividad
del drenaje depende de factores naturales como: el relieve y el régimen de lluvia.
Construcción de caminos mineros: Viales construidos para garantizar la transportación del
mineral hasta el punto de recepción de minería (depósitos) y luego hasta la fábrica.
3. Explotación: conjunto de operaciones, obras, trabajos y labores mineras destinadas a la
extracción y transportación de los minerales.
El sistema de extracción empleado en la minería de níquel de la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara es a través del transporte automotor, con excavadoras de arrastre
y retroexcavadoras hidráulicas, las cuales extraen y depositan la masa minera en camiones
con una capacidad de 40 Ton, según muestra la figura III.5. Los camiones realizan entre 10
y 12 viajes diarios para la transportación del mineral hasta los depósitos.
68
�Figura III.5 Sistema de extracción de níquel
La Unidad Básica Minera cuenta con 1025 trabajadores dedicados a darle cumplimiento
a cada una de las fases del proceso minero. En este conjunto existe un grupo económico
cuyo objetivo es garantizar el uso racional de los recursos económicos y financieros con
las exigencias siguientes:
Cumplir el costo unitario planificado de la masa minera
Realizar los análisis económicos
Ejecutar debidamente el presupuesto
La valoración de los análisis económicos realizados sistemáticamente por la Unidad Básica
Minera permitió concluir que la eficiencia del proceso minero se determina por dos
indicadores globales incluidos en los elementos de gastos:
Costo unitario de masa minera ($/Ton)=Totaldegastos/Masaminera
Costounitarioporcadalibradeníquelminado($/Lb)=Totaldegastos/Producciónde
Ni/2204,6
La estructura y el cálculo de los indicadores mencionados no provee la información
suficiente para:
Valorar la efectividad del trabajo en cada fase del proceso minero.
Identificar costos específicos que pudieran ocasionar un incremento de los costos de
producción.
69
�
Declarar costos ambientales por la utilización inadecuada y el consumo de recursos
ambientales, que con igual o mayor intensidad que otros costos, pudieran afectar el
cumplimiento de los planes de producción y el costo de producción.
Otro estudio realizado durante la investigación a la composición de los estados financieros
mostró que en la empresa Comandante Ernesto Che Guevara no se detallan aspectos
fundamentales del desarrollo minero para contribuir con la toma de decisiones; sólo se
registran, y se cargan a gastos por la utilización de los recursos minerales las cuentas:
Resarcimiento geológico, Repoblación forestal y Canon minero.
III.3.3 Identificación de impactos ambientales
Con el objetivo de identificar los impactos ambientales provocados por la actividad minera
de níquel se aplicó el método Delphi según establece el procedimiento.
La muestra representativa que reunía las características de una población con dominio de
los temas ambientales en la minería de níquel, dio como resultado 42 personas a encuestar
para determinar los expertos. De ellas, 12 tuvieron un coeficiente de conocimiento igual a
1 (Kc = 1) y 19 personas entre 0,8 y 0,9 (0,8 Kc 0,9). En relación con el coeficiente de
argumentación, 10 personas no poseían criterios sustanciales sobre el medio ambiente y la
minería, sus trabajos de investigación fueron realizados en otro perfil.
De los 42
especialistas encuestados, 30 fueron evaluados como expertos con un
coeficiente de competencia alto (0,8 Kcm 1). El criterio de los expertos en las encuestas
aplicadas coincidió en 17 impactos ambientales y ocho a incluir para un total de 25
impactos ambientales provocados.
Con la ayuda del criterio de expertos en la aplicación del método Delphi, se elaboró la
Matriz de identificación de impactos ambientales ocasionados por la minería.
Los 25 impactos ambientales reflejan 165 interacciones en cada fase y subfase del proceso
minero, de ellas, 60 correspondieron al medio físico, 50 al medio socioeconómico, 41 al
medio biótico y 14 al medio perceptual.
Las afectaciones de mayor trascendencia fueron, en el medio físico, la alteración en el
funcionamiento de los recursos hídricos y el aumento de la sedimentación en los ríos
(Figura III.7-A); en el medio socioeconómico, el deterioro de las condiciones higiénicas
y la salud de la población por aumento de polvo (Figura III.7-B); y en el medio biótico, la
eliminación de la cobertura vegetal, destrucción de los hábitats de la fauna silvestre
y pérdida de especies (Figura III.7-C)
70
�Figura III.7-A Alteración en el funcionamiento de los recursos hídricos
Figura III.7-B Deterioro de las condiciones higiénicas de la población por el polvo
71
�Figura III.7-C Eliminación de la cobertura vegetal, destrucción de hábitats y pérdida de
especies
III.3.4 Diseño de indicadores técnicos de gestión ambiental
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara solicita eventualmente al Centro de
Investigación del Níquel (CEINNIQ) y a la empresa de Rehabilitación Minera (REMIN),
servicios relacionados con estudios sobre la contaminación de las aguas y la utilización del
terreno por la actividad minera de níquel. Estas labores son remuneradas en la cuantía del
presupuesto aprobado en el año para estos fines.
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara cuenta con la información necesaria para
incorporar indicadores técnicos de gestión ambiental a sus indicadores de eficiencia
económica y de esta forma actuar, de manera inmediata, en relación con la sobreutilización
o consumo de los factores ambientales durante la actividad minera.
Los indicadores técnicos de gestión ambiental propuestos en la presente investigación
fueron calculados sobre la base de cinco impactos significativos resultantes de la matriz de
impacto ambiental del epígrafe anterior: el aumento de la erosión, la contaminación de las
aguas, el consumo de agua para el desarrollo del proceso minero, el consumo de recursos
energéticos y el deterioro de las condiciones higiénicas de la población por la emisión
constante de polvo.
El análisis de los resultados obtenidos refleja la agravante situación ambiental que genera
la actividad minera de níquel. En el medio físico, el alto consumo de recursos energéticos
es proporcional al costo que deberá pagarse por los combustibles. En el medio
socioeconómico, las condiciones de salud de la población serán cada vez menores por la
emisión continua de polvo y partículas contaminantes.
Los resultados en los indicadores técnicos de gestión ambiental reflejan la agravante
situación ambiental que genera la producción de cada tonelada de níquel, en estrecha
relación con: la contaminación de las aguas, del aire y el consumo elevado de recursos
energéticos. La última columna de la tabla muestra los valores máximos permisibles, que
según el criterio de expertos, la administración empresarial deberá gestionar para contribuir
con la eficiencia del desarrollo minero y a avanzar en el logro de la calidad ambiental.
III.3.5 Diseño de indicadores económicos y ambientales
Los elementos económicos y ambientales propuestos en la presente investigación y su
consideración en el presupuesto económico empresarial y en los estados financieros,
72
�posibilitará evaluar los criterios de medida: formalidad ambiental, gestión residual,
racionalidad energética y rentabilidad ambiental.
Sobre la base del criterio de expertos en el análisis de la influencia de cada indicador
económico y ambiental en el comportamiento económico de la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara, se decidió seleccionar los criterios de medida: gestión residual,
responsabilidad ambiental y rentabilidad ambiental en el cálculo de tres indicadores
específicos: pérdida por escombros, pérdida por la tecnología de transportación y valor de
las reservas probadas.
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara utiliza redes de perforación de 23mx23m,
para realizar la extracción del mineral, por lo que se utilizó el valor de 529 m2 para
significar el área de perforación.
Los indicadores calculados permiten concluir lo siguiente:
PE: Como resultado del área perforada (529 m2) para la producción de una tonelada de
níquel, se generan 95.231 Ton de escombros, con la presencia de minerales útiles no
aprovechados que representarían una pérdida de 3.060.353,50 USD.
PTT: Por las deficiencias en la tecnología de transportación, en el año 2011 la Unidad
Básica Minera sólo dispuso del 78,57 % de equipos para transportar el mineral
extraído, lo que trae consigo que 19.932,50 Ton listas para procesar, pudieron ser
dejadas de llevar al depósito; esta situación representaría una pérdida de
338.852.500,00 USD.
VRP: Para el año 2011, el proceso de investigación geológica brinda como resultado la
existencia de 18.756,00 toneladas superiores a la cantidad finalmente procesada. Esta
reserva identificada y no procesada tiene un valor ascendente a 315.792.000,00 USD
que pudo convertirse en ingresos para la empresa.
Los indicadores económicos y ambientales propuestos se calculan para los años 20072011, con la intención de valorar su evolución en relación con el comportamiento de los
precios del níquel en el mercado y el cumplimiento de la producción anual.
Los resultados de los indicadores calculados para cada año reflejan un comportamiento
ascendente de las pérdidas económicas generadas por los escombros, con un ligero
descenso en el año 2010 y con un rápido aumento de 1.178.737,34 USD en el año 2011
(PE
2011
- PE
2007),
cifra que casi duplica las pérdidas económicas del año 2007 (Figura
III.8).
73
�Figura III.8 Indicador Pérdida por escombros. Período 2007-2011
La inversión en tecnologías para elevar la eficiencia de la transportación del mineral es un
punto vulnerable en el éxito del desarrollo minero. Las pérdidas por las fallas técnicas
e insuficiencias de la transportación minera se han incrementado en 130.513.711,50 USD,
(PTT 2011-PTT 2007) (Figura III.9).
Figura III.9 Indicador Pérdida por tecnología de transportación. Período 2007-2011
No se trata solamente de comprar mayor cantidad de equipos, sino de invertir en mejores
teconologías de transportación que logren trasladar hacia los depósitos, cantidades de
mineral superiores a las actuales y contribuyan a disminuir el consumo de combustible.
Los países exportadores de níquel a los cuales se hizo alusión en el Capítulo I de la
presente investigación (Rusia, Canadá, Australia), emplean camiones con capacidad para
transportar hasta 200 Ton de masa minera. Los camiones utilizados en la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara solo pueden transportar de 40 a 60 Ton de mineral. Un
viaje realizado para la trasnportación de mineral en el proceso minero de Canadá, Australia
74
�o Rusia, es equivalente a cinco trayectos realizados en Cuba para tansportar la misma
cantidad de mineral
Similar situación económica ocurre con el indicador reservas probadas. Desde el año 2007
hasta el año 2011 existe un incremento de 121.631.642,04 USD, que pudieron representar
ingresos para la empresa. La falta de tecnología para la separación y el procesamiento de
minerales ricos como el cobalto, el hierro y el cromo, presentes en estas reservas probadas,
obstruyó probables fuentes de ingreso (Figura III.10).
Figura III.10 Indicador Valor de las reservas probadas. Período 2007-2011
Con esta información económica y ambiental, los administrativos de la actividad minera
de níquel pueden trabajar en el análisis de costos ambientales específicos que influyen en
los costos de producción lo que contribuirá con elevar la competitividad.
III.3.6 Información minera y ambiental en los estados financieros. Elementos a
considerar para el registro contable de aspectos ambientales en la actividad minera
de níquel
Una primera aproximación a la propuesta de cuentas ambientales en la actividad minera
fue aportada por la autora de la presente investigación en el trabajo Tratamiento contable
para las afectaciones ambientales provocadas por la explotación de yacimientos minerales
en la empresa de níquel Comandante Ernesto Che Guevara, obra registrada en el año 2009
en el Centro Nacional de Derecho de Autor (Anexo 3).
Dos años más tarde el profesor Ms. C Pablo Lamorú Torres, en su tesis en opción al grado
científico de Doctor en Ciencias Contables y Financieras, propone un procedimiento
contable para el registro de las variables ambientales en la industria del níquel de Cuba
Comandante René Ramos Latour (Lamorú, P. 2011) que si bien constituye un aporte al
estudio de las Normas Contables Cubanas, pudo ampliar en el análisis de la repercusión
75
�ambiental y económica de la actividad minera en el contexto económico de la empresa y de
la economía nacional.
A tenor de la revisión realizada a las Normas Contables Cubanas y sobre la base del
estudio de las investigaciones mencionadas anteriormente, se considera que el contenido
inclusivo de las normas contables actuales pudiera ser enriquecedor en el análisis de la
repercusión económica de los criterios ambientales relacionados con la minería de níquel.
La ausencia de elementos mineros y ambientales de la actividad minera de níquel en el
Estado de situación y en el Estado de resultados, dificulta el análisis e interpretación
sistemática de la norma contable en relación con la responsabilidad ambiental empresarial.
En la aplicación de la presente etapa del procedimiento se proponen elementos a considerar
para el registro contable de aspectos ambientales en la actividad minera de níquel, con el
objetivo de mostrar la información económica y ambiental en los estados financieros de la
empresa Comandante Ernesto Che Guevara y con el ánimo de generalizar estos conceptos
contables a otras empresas mineras de Cuba.
La propuesta está encaminada a diferenciar entre activos, pasivos, ingresos y gastos, los
enfoques utilizados en el diseño de los indicadores económicos y ambientales, así como
otras que aporten información ambiental a los estados financieros. De esta forma se
contribuye con el uso eficiente y el control de los recursos naturales y se enriquece el
proceso de toma de decisiones referido con la disminución de los costos operativos en la
minería.
Para expresar de la manera más acertada y coherente posible el registro de la información
económica y ambiental que se sugiere incorporar, se utilizó el Nomenclador de
Actividades Económicas (NAE) establecido por la Oficina Nacional de Estadística (Figura
III.11) .
Figura III.11 Clasificación de la actividad minera de níquel según el Nomenclador de
Actividades Económicas.
76
�La propuesta de elementos a considerar para el registro contable de aspectos ambientales
en la actividad minera de níquel quedaría como sigue:
GRUPO DE ACTIVOS
ACTIVO FIJO
Código
Nombre de la cuenta
157
Terrenos para comercializar
Se propone incluir la subcuenta: Terrenos minados para comercializar
183 a 210
Inventarios
Se propone incluir la subcuenta: Inventario minero-ambiental
ACTIVO A LARGO PLAZO
Código
Nombre de la cuenta
225 a 234
Inversiones a Largo Plazo o Permanentes
Se propone incluir la subcuenta: Inversiones en infraestructura y equipos
mineros.
ACTIVOS FIJOS
Código
Nombre de la cuenta
240 a 254
Activos Fijos Tangibles
Se propone incluir la subcuenta: Activos fijos tangibles mineros
CUENTAS REGULADORAS DE ACTIVOS
Código
Nombre de la cuenta
375 a 389 Depreciación de activos fijos tangibles
Se propone incluir la subcuenta: Depreciación de activos fijos tangibles
mineros
GRUPO DE PASIVOS
PASIVOS CIRCULANTES
Código
Nombre de la cuenta
493 a 500
Otras Provisiones Operacionales
GRUPO DE GASTOS DE PRODUCCIÓN
Código
Nombre de la cuenta
700 a 730
Producción en Proceso
GRUPO DE CUENTAS NOMINALES
CUENTAS NOMINALES DEUDORAS
Código
Nombre de la cuenta
77
�845 a 849
Gastos por Pérdidas
Se propone incluir las subcuentas: Gastos por pérdida de mineral y Valor de
las reservas probadas
CUENTAS NOMINALES ACREEDORAS (excepto empresas de Seguros)
Código
Nombre de la cuenta
950 a 954
Otros Ingresos
Se propone incluir la subcuenta: Subvenciones de motivos relacionados con
la minería y el medio ambiente.
III.3.7 Factibilidad económica de inversiones ambientales
La aplicación de alternativas financieras que permitan valorar la inversión en tecnologías
para minimizar los costos de producción en la actividad minera de níquel y mitigar
impactos ambientales, constituye una herramienta económica importante en la
planificación empresarial. Una alternativa en el logro de este empeño es el cálculo del
Valor Económico Ambiental (VEA), indicador diseñado y propuesto en la presente
investigación.
La información de las variables que integran la fórmula para el cálculo del VEA, con
excepción de la razón de costos ambientales (b) y el coeficiente de costos ambientales
(1-b), es suministrada por el departamento económico de la empresa Comandante Ernesto
Che Guevara y aparece en los análisis económicos anuales. La razón de costos ambientales
en la actividad minera de níquel es el porciento estimado de los costos ambientales de la
minería en relación con los costos totales. Se pronostica según criterio de expertos.
VEA- Valor Económico Ambiental del período deseado.
P - Precio por unidad de níquel vendida.
C - Costo por unidad de níquel producida
W- Producción total
Q - Otros ingresos (Fuente: Análisis económicos financieros. 2011).
b - Razón de costos ambientales en la actividad minera de níquel
1-b Coeficiente de costos ambientales.
K-Tasa diaria de interés o descuento. La tasa de descuento no se calcula, se utiliza el
valor de la tasa diaria de mayor frecuencia que aparezca en los registros históricos de
la empresa. Para este caso, el valor K de mayor periodicidad es 0,018%.
T - Período promedio de cobro de las ventas de Níquel (Fuente: Análisis económicos
financieros. 2011)
78
�A continuación se procede a efectuar el cálculo del VEA
Para el año 2010
VEA2010 249.272.135, 45
Para el año propuesto (2011)
VEA2011 50.063.128,16
El cálculo del Valor Económico Ambiental en ambos períodos (VEA2010 y VEA2011) es
positivo, significa que los costos ambientales proyectados no afectan la eficiencia y la
rentabilidad de la actividad minera ni de la empresa; los ingresos son capaces de cubrir los
gastos, incluso, los costos ambientales. El decremento experimentado en la Razón de
costos ambientales de la actividad minera de níquel para el año 2011(b = 18%), condujo
a una menor afectación de los ingresos, con una disminución de 199.209.007,29 USD
(VEA2011 - VEA2010) en relación con el año anterior. Aunque en la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara se avizoran decisiones de planificación empresarial relacionadas con
inversiones mineras, se deben incrementar las inversiones de carácter tecnológico para
hacer más eficiente y menos agresiva la minería. Con ello se logrará la reducción paulatina
de los costos ambientales identificados y calculados en el desarrollo del procedimiento
propuesto para la valoración económica y ambiental de la actividad minera de níquel.
III.4 Conclusiones parciales
La aplicación del procedimiento para la valoración económica y ambiental de la actividad
minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara posibilitó constatar su
factibilidad y conveniente utilización como instrumento metodológico efectivo para
perfeccionar los indicadores de eficiencia económica.
79
�CONCLUSIONES GENERALES
1. El análisis del pensamiento económico precursor de las teorías relacionadas con la
Economía Ambiental, el estudio de metodologías, procedimientos e indicadores
ambientales propuestos por autores nacionales e internacionales y la observación de las
normativas contable, ambiental y minera vigente en Cuba, constituyeron las bases de la
elaboración de un procedimiento que aporta elementos para la valoración económica
y ambiental de la actividad minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che
Guevara de Moa.
2. Los indicadores técnicos de gestión ambiental y los indicadores económicos y
ambientales propuestos en este trabajo para la actividad minera de níquel, aportan
información relevante y oportuna para tomar decisiones en aras de disminuir la
incidencia de los costos de producción de la minería en el costo total de la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara.
3. El procedimiento para la valoración económica y ambiental de la actividad minera de
níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara posibilitó constatar su
factibilidad y conveniente utilización como instrumento metodológico para enriquecer
los indicadores de eficiencia económica en la empresa objeto de estudio y su posibilidad
de generalización a otras actividades mineras a cielo abierto, con el análisis de las
adaptaciones necesarias.
Los cálculos desarrollados en cada una de las etapas del
procedimiento propuesto demostró la capacidad de descripción, explicación, predicción,
consistencia lógica, flexibilidad, perspectiva y pertinencia en la investigación.
80
�RECOMENDACIONES
Al Comité de Normas Contables Cubanas
1. Estudiar los elementos propuestos para el registro contable de aspectos ambientales
en la actividad minera de níquel, para ser considerados en el proceso de
actualización de las Normas Contables Cubanas.
Al Consejo de Dirección de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara:
2. Incorporar los indicadores técnicos de gestión ambiental y los indicadores
económicos y ambientales propuestos, para enriquecer los criterios de eficiencia
económica en la empresa.
3. Continuar los estudios de factibilidad de inclusión de los costos ambientales en la
planificación económica empresarial, para viabilizar el desarrollo de inversiones
tecnológicas y ambientales en la minería, sobre la base de la fórmula propuesta con
este fin, el Valor Económico Ambiental (VEA)
A la Oficina Nacional de Recursos Minerales
4. Estudiar el procedimiento para la valoración económica y ambiental propuesta en la
presente investigación, para ser generalizado al resto de las actividades mineras del
país.
A investigadores ambientalistas de las ciencias económicas.
5. Perfeccionar la disciplina Economía Ambiental con la aplicación de las
herramientas de las ciencias económicas fundamentalmente en aquellas actividades
económicas, cuyo desarrollo implica el consumo, utilización y afectación del medio
ambiente.
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85
�GLOSARIO DE TÉRMINOS Y DEFINICIONES
Colas: residuos no aprovechables resultante del procesamiento minero con contenido útil
de mineral (Cuba. Ley 76∕1995).
Depósitos minerales: acumulaciones de minerales o rocas, que por su calidad y
cantidad, pudieran ser explotados como fuente de materias primas o de energía. Su
cantidad se da en recursos. Cuando se habla de depósitos minerales no se trata de una
acumulación cualquiera de rocas o minerales, sino de aquellos que son útiles al
hombre para uno u otro fin.
Eficacia: influencia de tomar decisiones oportunas para el logro de propósitos y metas.
Significa, hacer las cosas correctas (Drucker, P. 1992).
Eficiencia: empleo de métodos que posibilitan la utilización adecuada de los recursos, en
otras palabras, hacer correctamente las cosas (Drucker, P. 1992).
Escombros: conjunto de sobrantes originados como consecuencia del laboreo minero
que será aprovechable con el desarrollo de una tecnología consecuente.
Homogeneización: uniformización de la composición y la estructura de los elementos
de un compuesto, obtenida mediante procedimientos físicos o químicos.
Indicador: es una variable, un parámetro, una medida, un valor, para una medida, un
instrumento de medida, una fracción que compara una cantidad, un índice, una
pieza de información, una cantidad única derivada de una variable y utilizada para
reflejar un atributo, un modelo empírico de indicadores como variables.
Laboreos: arte de explotar las minas, haciendo las labores o excavaciones
necesarias, fortificándolas, disponiendo el tránsito por ellas y, extrayendo las menas
aprovechables.
Laterita niquelífera: suelo de las regiones tropicales, caracterizado por la presencia
de grandes porciones de níquel.
Mena: porción útil de un mineral metalífero.
86
�Mina: obra resultante del conjunto de excavaciones e instalaciones superficiales y
subterráneas que se realizan para la investigación y explotación de un yacimiento
mineral.
Minería o laboreo de minas: operación consistente en obtener de las minas los minerales en
estado natural. Incluye las labores de reconocimiento, exploración, análisis químico de
muestras, instalaciones accesorias de toda índole, labores preparatorias, extracción,
ventilación y seguridad (Calvache, A. 1944).
Recursos naturales: bienes que provee la naturaleza y que son utilizados por las personas,
bien para consumirlos directamente, para ser utilizados en algún proceso de
producción o para la producción de otros bienes. Los recursos naturales se clasifican
en renovables y no renovables (Riera, P. et al, 2011).
Recursos renovables: recursos naturales, cuya disponibilidad no es fija, puede aumentar o
disminuir de acuerdo con la utilización que se haga de ellos y son capaces de
reproducirse o regenerarse, por ejemplo: los bosques, los peces.
Recursos no renovables: recursos naturales que no se regeneran y el ritmo de su utilización
puede provocar su agotamiento, por ejemplo: el petróleo y los minerales. (Riera, P. et
al, 2011)
Reservas probadas: cantidad de mineral geológicamente extraíble y pendiente de
explotación minera (Cuba. Ley 76∕1995).
Yacimiento: cualquier acumulación natural de sustancias minerales en el suelo o en
el subsuelo, que pueda ser utilizado y explotado como fuente de materia prima y como
fuente de energía, y las concentraciones de piedras preciosas y semipreciosas y
de cualquier otra sustancia mineral, cuya extracción tenga importancia económica. El
monto de sus recursos se expresa en reservas.
87
�ANEXOS
Anexo 1
Encuesta para determinar el coeficiente de competencia del experto.
Nombre y apellidos: _____________________________________________
Usted ha sido seleccionado como posible experto para ser consultado respecto del grado de
relevancia sobre el tema: impactos ambientales de la actividad minera de níquel.
Antes de realizarle la consulta correspondiente y como parte del método empírico de
investigación “consulta a expertos”, se necesita determinar su coeficiente de competencia
�en este tema, a los efectos de reforzar la validez del resultado de la consulta que
realizaremos. Por esta razón se le pide que responda las siguientes preguntas de la forma
más objetiva que le sea posible.
1.- Marque con una cruz (X), en la tabla siguiente, el valor que se corresponde con el grado
de conocimientos que usted posee sobre el tema: impactos ambientales de la actividad
minera de níquel. Considere que la escala que se presenta es ascendente, es decir, el
conocimiento sobre el tema referido va creciendo desde 0 hasta 10.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2.- Realice una autovaloración del grado de influencia que cada una de las fuentes que se
presentan a continuación, ha tenido en su conocimiento y criterio sobre el tema“…”. Para
ello marque con una cruz (X), según corresponda, en A (alto), M (medio) o B (bajo).
Grado de influencia de cada una de las fuentes.
Fuentes de argumentación.
A (alto)
M (medio)
Análisis teórico realizado
Su experiencia obtenida
Trabajo de autores nacionales.
Trabajo de autores extranjeros.
Su propio conocimiento del estado del
problema en el extranjero.
Su intuición
Anexo 2
Encuesta a expertos.
Nombre y apellidos: ______________________________________________.
Institución a la que pertenece: ______________________________________.
Cargo actual: ____________________________________________________.
Calificación profesional, grado científico o académico:
Profesor: _____.
Licenciado: _____.
Ingeniero: _____.
B (bajo)
�Especialista: _____.
Máster: _____.
Doctor: _____.
Años de experiencia en la profesión: ________________.
Años de experiencia docente y en la investigación: ________________.
Como parte del tema de Tesis “Procedimiento para la valoración económica y ambiental en
la actividad minera de níquel”, en opción al grado científico de Doctor en Ciencias
Económicas, se está elaborando un procedimiento que permita perfeccionar los indicadores
de eficiencia económica actuales en la minería de níquel.
A continuación se presenta una tabla que relaciona los factores ambientales y el impacto
correspondiente al proceso minero. A la derecha aparece la escala:
MR: Muy relevante.
PR: Poco relevante
1.
R: Relevante.
NR: No relevante.
Marque con una cruz (X) el grado de relevancia que usted otorga a cada impacto
ambiental.
Encuesta a expertos, continuación.
IMPACTOS AMBIENTALES PROVOCADOS POR LA ACTIVIDAD
MINERA DE NÍQUEL
MR R
I.
Microclima
Cambios locales del microclima por la eliminación de
la cubierta vegetal y los suelos
II.
Calidad del aire
Emisiones continuas de polvo a la atmósfera
III.
Suelo
Erosión
IV.
Relieve
Ocurrencia de deslizamientos
V.
Hidrología (agua superficial y subterránea)
Acumulación de sedimentos
VI.
Viales y tráfico terrestre
PR NR
�Incremento del tráfico terrestre
VII.
Recursos naturales y energéticos
Aumento del consumo de agua y combustible
VIII.
Vegetación y flora terrestre
Eliminación de la cobertura vegetal
IX.
Fauna terrestre
Pérdida de especies
X.
Ente ecológico
Afectación de ecosistemas
XI.
Paisaje
Alteración de la calidad estética-visual del paisaje
XII.
Agentes sociales (Población)
Deterioro de las condiciones higiénicas
XIII.
Agentes económicos (Infraestructura económica)
Relocalización de la infraestructura
2.
Mencione la o las fases de la actividad minera que provocan impactos ambientales.
Puede relacionar la fase de la actividad minera con el número del factor ambiental que
parece en la tabla anterior.
Por ejemplo: R/ El impacto ambiental del factor II ocurre fundamentalmente en la fase
transportación del mineral.
3.
Escriba a continuación los impactos ambientales que usted considera deban ser
incluidos o eliminados en esta propuesta:
Impactos que se proponen ser incluidos
1.
2.
3.
Anexo 3
Registro de obra Literaria en el Centro Nacional de Derecho Autor (CENDA)
Título: Tratamiento contable para las afectaciones ambientales provocada por la
explotación de yacimientos minerales en la empresa de níquel Comandante Ernesto Che
Guevara
�Autor: Lic. Clara Luz Reynaldo Argüelles
Fecha: 26 de febrero del año 2009
�
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
Procedimiento para la valoración económica y ambiental
en la actividad minera de níquel
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Clara Luz Reynaldo Arguelles
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2013
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/7af848e28090e3a5274c8531c8999f59.pdf
21d6d524f487eaae7f93841dd945b220
PDF Text
Text
Folleto
Formulario práctico hidrogeológico
Constantino de Miguel Fernández
Kambwa Moses Angula T
Nghilinganye Lipuleni
�Formulario práctico hidrogeológico
Autores: Constantino de Miguel Fernández
Kambwa Moses Angula T.
Nghilinganye Lipuleni
Editorial Digital Universitaria, Moa
Las Coloradas s/n Moa, Holguín, Cuba
�Página legal
Título de la obra. Formulario práctico hidrogeológico, 51 pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2013 -- ISBN: 978- 959- 16- 2134- 4
1. Autor: Constantino de Miguel Fernández
Kambwa Moses Angula T
Nghilinganye Lipuleni
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Edición: MSc. Niurbis La Ó Lobaina
Corrección: Lic. Yelenny Molina Jiménez
Diseño de cubierta: Carlos Fuentes Hierrezuelo
Institución de los autores: ISMM “Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2013
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
Las Coloradas s/n, Moa 83329, Holguín
Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�Tabla de contenidos
Introducción .........................................................................................................................................................1
I.
CÁLCULOS DE PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS ......................................................................2
1.
1.1.
Bombeos ................................................................................................................................................2
Pozos perfectos: con movimiento de las aguas subterráneas durante el
bombeo con régimen estacionario ..........................................................................................................2
1.2. Pozos imperfectos: con movimiento de las aguas subterráneas durante el
bombeo con régimen estacionario ..........................................................................................................6
1.3. Cálculo del radio de influencia de bombeo en pozos .............................................................8
1.4. Otros métodos de cálculo del coeficiente de filtración en pozos imperfectos ..............8
1.5. Cálculo de parámetros hidrogeológicos en condiciones de régimen no
estacionario del movimiento de las aguas durante el bombeo ...................................................9
1.6. Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de bombeo en pozos
desarrollados .................................................................................................................................................14
1.7. Cálculos del coeficiente de filtración por datos de cubeteo y bombeos
instantáneos (métodos expresos).........................................................................................................16
1.8. Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de vertimientos en
pozos ................................................................................................................................................................17
1.9. Vertimiento en calicatas ..................................................................................................................21
II. EVALUACIÓN DE RESERVAS Y RECURSOS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS .............................26
2.1. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el
método hidrodinámico ...............................................................................................................................26
2.2. Evaluación de las reservas de explotación por distintos esquemas de cálculos
del método hidrodinámico........................................................................................................................30
2.3. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el
método hidráulico ........................................................................................................................................43
2.4.
Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el......46
método de balance .....................................................................................................................................46
BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................................................51
�Introducción
La elaboración de este formulario está fundamentada en la necesidad de contar con
una literatura que permita el desarrollo de Clases Prácticas en la asignatura de
Hidrogeología Aplicada, dada la no existencia de suficientes ejemplares del texto
básico de esta asignatura.
Con la elaboración y publicación de este formulario los estudiantes de 5to año de
Geología, estudiantes de la carrera de Minería que cursan la asignatura Hidrogeología,
así como cursantes de la Maestría en Geología del Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa, Cuba y de Venezuela, podrán tener un texto que les permita
desarrollar clases prácticas a partir de la solución de ejercicios en las aulas o de forma
independiente.
En el formulario están consideradas las temáticas que se imparten en la asignatura y
cuenta con 125 fórmulas aplicables en una gran variedad de condiciones naturales
existentes en acuíferos y diseños de pozos para la determinación de los parámetros
hidrogeológicos de acuíferos, así como fórmulas que permiten evaluar las reservas de
explotación y recursos de estos: sus reservas y recursos naturales y otros elementos
que en su conjunto forman las reservas de explotación de los mismos, lo que permite
definir caudales de explotación con vista a garantizar una explotación sostenible; por
tal motivo, el presente formulario es aplicable también en otros centros docentes
donde se impartan asignaturas asociadas con la hidrogeología y en entidades de
investigación y producción que desarrollen sus funciones relacionadas con el estudio y
la explotación de los recursos hídricos subterráneos.
En el contenido del formulario se incluyen 48 esquemas de cálculos simplificados de
condiciones naturales de una gran variedad de casos, algunos de alta complejidad,
también contiene 4 tablas y nomogramas que aportan parámetros contenidos en las
fórmulas de cálculos.
1
�I. CÁLCULOS DE PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS
1. Bombeos
Cálculos de parámetros hidrogeológicos en condiciones de régimen estacionario
del movimiento de las aguas durante el bombeo;
Cálculos de parámetros hidrogeológicos en horizontes acuíferos homogéneos.
1.1.
Pozos perfectos: con movimiento de las aguas subterráneas durante
el bombeo con régimen estacionario
Bombeos unitarios según Dupuit (todas las observaciones se ejecutan solamente en el
pozo que se bombea)
1. Acuíferos artesianos:
0,366Q log
K=
R
r0
MS0
Figura 1. Pozo en acuífero artesiano, perfecto, unitario.
2. Acuíferos freáticos:
R
r0
S 0 )S 0
0,73Q log
K=
(2 H
2
�Figura 2. Pozo en acuífero freático, perfecto, unitario.
De las fórmulas:
K: Coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m/día
S0: Abatimiento del nivel, m
Q: Caudal estabilizado de bombeo, m3/día
R: Radio de influencia del bombeo, m
R: Radio del pozo que se bombea, m
M: Espesor del acuífero artesiano, m
H: Espesor de acuífero freático, m
Determinación del radio de influencia de bombeo en función del abatimiento específico
(Se)
Donde Se es abatimiento específico:
R= f (Se)
Se=
Donde S: abatimiento del bombeo; m
Q: Caudal de bombeo; l/s
R se determina por la Tabla 1:
Se ( m/l. s)
0,5
1,0
2,0
3,0
0,5
- 1,0
- 2,0
- 3,0
- 5,0
0,5
R (m)
300
100 - 300
50 - 100
25 - 50
10 - 25
10
Pozo ubicado próximo a fuente de alimentación (río, etc.)
3
�0,366 Q log
3. Acuíferos artesianos:
K=
2L
r0
MS0
2L
r0
S 0 )S 0
0,73 Q log
4. Acuíferos freáticos:
K=
(2 H
Donde:
L: distancia desde el centro del pozo hasta la fuente de alimentación, m
Figura 3. Pozo próximo a fuente de alimentación, (río).
Bombeo con un pozo de observación
r1
r0
S1 )
0,366 Q log
5. Acuífero artesiano:
K=
M (S 0
Figura 4. Pozo en acuífero artesiano, perfecto, con un pozo de observación.
r1
r0
S1 )(S 0
0,73 Q log
6. Acuífero freático:
K=
(2 H
S0
S1 )
4
�Figura 5. Pozo freático, perfecto, con un pozo de observación.
Donde:
r1: Distancia desde el pozo central hasta el pozo de observación, m;
S1: Abatimiento estabilizado en el pozo de observación, m.
Bombeo con dos pozos de observación (pozo central en bombeo, con dos pozos de
observación de niveles)
r2
r1
S2 )
0,366Q log
7. Acuíferos artesianos:
K=
M ( S1
Figura 6. Pozo en acuífero artesiano, perfecto, con dos pozos de observación.
r2
r1
S 2 )(S1
0,73 Q log
8. Acuíferos freáticos:
K=
(2 H
S1
S2 )
5
�Figura 7. Pozo perfecto, en acuífero freático, con dos pozos de observación.
Donde:
r1: distancia hasta el pozo de observación más próximo; m
S1: abatimiento de nivel en el pozo de observación más próximo; m
r2: distancia hasta el pozo de observación más distante; m
S2: abatimiento de nivel en el pozo de observación más distante; m
1.2. Pozos Imperfectos: con movimiento de las aguas subterráneas durante
el bombeo con régimen estacionario
0,366 Q log
1. Acuífero artesiano:
K=
R
r0
0,217
0
MS0
Figura 8. Pozo en acuífero artesiano, unitario, imperfecto.
0,73 Q log
2. Acuífero freático:
K=
(2 H
R
r0
0,217
0
S0 ) S0
ξ0. Coeficiente de imperfección del pozo
6
�Figura 9. Pozo en acuífero freático, imperfecto.
Con un pozo de observación:
r1
r0
0,217(
M (S 0
S1 )
0,366Q log
3. Acuíferos artesianos:
K=
r1
r0
0,217(
S0
S1 )(S 0
0,73Q log
4. Acuíferos freáticos:
K=
(2 H
0
0
1
1
)
2
)
)
S1 )
ξ0: Coeficiente de imperfección del pozo bombeado
ξ1: Coeficiente de imperfección del pozo de observasión
Con dos pozos de observación:
0,366Q log
5. Acuíferos artesianas:
K=
M ( S1
S2 )
r2
r1
0,217(
S1
S 2 )(S1
0,73Q log
6. Acuíferos freáticos:
K=
(2 H
r2
),217(
r1
1
1
2
)
S2 )
ξ 1 : Coeficiente de imperfección del pozo de observación más próximo
ξ 2 : Coeficiente de imperfección del pozo de observación más distante
7
�Tabla 2. Valores del coeficiente de imperfección ξ
l/M
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
0,5
0,00391
0,00297
0,00165
0,000546
0,000048
1,0
0,122
0,0907
0,0494
0,0167
0,0015
3,0
2,04
1,29
0,656
0,237
0,025
10,0
10,4
4,79
2,26
0,879
0,128
M/r
30,0
24,3
9,2
4,21
1,69
0,3
100,0
42,8
14,5
6,5
2,07
0,528
200,0
53,8
17,7
7,86
3,24
0,664
500,0
69,5
21,5
9,64
4,01
0,846
1000,0
79,6
24,9
11,0
4,58
0,983
2000,0
90,9
28,2
12,4
5,19
1,12
l: longitud del filtro o del tramo de captación del pozo si no está encamisado; m
M: espesor acuífero total; m
r: radio del pozo; m
1.3. Cálculo del radio de influencia de bombeo en pozos
1. Acuíferos artesianos:
Con un pozo se observación:
Con dos pozos de observación:
log R =
log R =
S 0 log r1
S0
S1 log r2
S1
S1 log r0
S1
S 2 log r1
S2
2. Acuíferos freáticos:
Con un pozo de observación:
log R =
Con dos pozos de observación:
log R =
(2 H
S0 ) S0 log r1
( S0
(2 H
S1 )(2 H
(2 H
S0
S1 ) S1 log r0
S1 )
S1 ) S1 log r2 (2 H S 2 ) log r1
( S1 S 2 )( 2 H S1 S 2 )
1.4. Otros métodos de cálculo del coeficiente de filtración en pozos
imperfectos
Pozo unitario:
0,366Q log
1. Acuíferos artesianos:
K=
1,47l
r0
lS 0
l. longitud del filtro
8
�1,47l
r0
S0 S0
0,73Q log
2. Acuíferos freáticos:
K=
2l
Con ubicación de los filtros en el centro del horizonte acuífero:
3. Acuíferos artesianos:
0,366Q log
K=
0,73l
r0
lS 0
4. Acuífero freático:
0,73l
r0
S0 S0
0,73Q log
K=
2l
Con ubicación del filtro próxima al techo o lecho del acuífero:
0,366Q log
5. Acuífero artesiano:
K=
1,32l
r0
lS 0
1,32l
r0
S 0 )S 0
0,73Q log
6. Acuífero freático:
K=
(2l
Con filtro ubicado en el centro del acuífero:
0,366Q log
7. Acuífero artesiano:
K=
0,66l
r0
lS 0
0,66l
r0
S 0 )S 0
0,73Q log
8. Acuífero freático:
K=
(2l
1.5. Cálculo de parámetros hidrogeológicos en condiciones de régimen no
estacionario del movimiento de las aguas durante el bombeo
Método grafo-analítico:
Este método puede ser aplicable en tres casos:
1er Caso: por seguimiento del comportamiento de los niveles en tiempo S = f
(log t), los niveles se observan solamente en el pozo que se bombea;
9
�2do Caso: por seguimiento de los niveles en área S = f (log r), por observación
de los niveles en determinados tiempos, en pozos de observación de niveles a
determinadas distancias del pozo que se bombea;
3er Caso: por seguimiento de los niveles de forma combinada S = f (log
observándose los niveles en función del tiempo y de la distancia.
t
)
r2
En los casos que se trabaja con el tiempo de bombeo en los gráficos a elaborar, el
tiempo se considera en minutos para mayor detallamiento de la curva a obtener.
1er Caso. Seguimiento de niveles en tiempo: S= f (log. t)
1. Acuífero artesiano:
Trasmisividad, T.
Piezoconductividad a:
T = KM =
0,183Q
C
log a = 2 log r - 0,35 +
A
C
Donde:
K: Coeficiente de filtración, m/día
M: Espesor acuífero, m
Q: Caudal de bombeo m3/día
C: Coeficiente angular (representa la tangente de línea recta que se construye en el
gráfico)
A : Magnitud en la escala de abatimiento desde cero (0) hasta la intercepción de la
línea recta trazada con la escala de abatimiento, m
Para determinar (a) al log a se le determina el antilogaritmo y se multiplica por 1 440
para convertir (a) en m2/día ya que en el gráfico se trabaja con minutos.
Para acuíferos freáticos el gráfico que se construye es (2H-S) S = f (log. t), siempre y
cuando el abatimiento final medido represente un abatimiento del acuífero superior al
20 % de su espesor total, cuando ese abatimiento del nivel es menor del 20 % el
régimen de las aguas freáticas puede analizarse gráficamente igual que en caso de
aguas artesianas y se construye el gráfico S = f (log.t).
El coeficiente angular C se determina por datos del gráfico, aplicando las fórmulas
siguientes:
2. Acuífero artesiano:
C=
S2
log .t 2
S1
log .t1
S2; S1: mayor y menor abatimientos respectivamente tomados del gráfico, m
t2 , t1 : mayor y menor tiempo coincidentes con los abatimientos seleccionados
10
�(Valores de los extremos del tramo de línea recta seleccionados de la trazada sobre
puntos del abatimiento en gráfico).
3. Acuífero freático:
C=
S 2 2H
S2
S1 2 H
log .t 2
log .t1
S1
Figura 10. Gráfico de abatimiento en función del tiempo S = f (log.t).
El coeficiente de permeabilidad K para acuíferos freáticos se determinará por la
expresión:
K=
2
do
0,366Q
C
Caso. Método de seguimiento de los niveles en área: S = f (log. r)
Este método se aplica cuando se tiene puntos de observación de los niveles ubicados
a determinadas distancias del pozo que se bombea, los puntos (dos) a plotear en el
gráfico corresponden a niveles tomados en el mismo tiempo del inicio del bombeo, en
el pozo que se bombea y un pozo de observación o en dos pozos de observación en
m.
4. Acuífero artesiano:
5. Acuífero freático:
C=
C=
S1
log r2
S 2 2H
S2
log r1
S2
S1 2 H
log .r2
log .r1
S1
Donde:
S1 y S2: abatimientos registrados en determinado tiempo a partir del inicio del
bombeo en los puntos de observación más próximos y más distantes
respectivamente, m
r1 y r2: distancias desde el pozo que se bombea hasta los puntos de observación más
próximos y más distantes respectivamente, m.
El abatimiento S1 y la distancia r1 son del pozo de bombeo cuando solo se ejecuta el
bombeo con un pozo de observación.
11
�6. Acuífero artesiano:
Trasmisividad, T:
T = KM =
0,366Q
C
Y para acuífero freático el coeficiente de filtración por la fórmula:
K=
0,73Q
C
La piezoconductividad de acuíferos artesianos y conductividad de nivel de acuíferos
freáticos se determinan por la fórmula:
Donde:
log a =
2A
0,35 log t
C
T: tiempo en que fueron tomados los niveles de cálculo desde el inicio del bombeo.
Si en el gráfico se trabajó con tiempo en minutos entonces al resultado de la ecuación
anterior se multiplica por 1 440.
Figura 11. Gráfico de abatimiento en función de la distancia S = f (log r).
3er Caso. Método combinado de seguimiento de niveles en tiempo y distancia.
S = f (log t/r2)
Este método responde al seguimiento de los niveles durante los bombeos con la
construcción y procesamiento del gráfico S = f (log
t
). En este caso la ecuación lineal
r2
de la recta que se obtiene en el gráfico responde a la expresión:
S = A + C log
t
r2
12
�S2
C=
log
t
r2
S1
log
2
t
r2
1
Cálculo de Trasmisividad
T = KM =
0,183Q
C
7.
Acuífero artesiano:
8.
Acuíferos freáticos (se determina el coeficiente de filtración):
K=
0,366Q
C
Y la piezoconductividad de acuíferos artesianos o conductividad de nivel para acuíferos
freáticos por la fórmula:
log a =
A
0,35
C
Figura. 12. Gráfico de seguimiento combinado de los niveles, S = f (log
t
).
r2
En todos los casos presentados el radio de influencia del bombeo para todo el tiempo
en que este se desarrolló pudo ser determinado por la expresión:
Donde:
R = 1,5
at
a: piezoconductividad para acuíferos artesianos o conductividad de nivel para
acuíferos freáticos, m2 /día.
En todos los casos de bombeos con régimen estacionario y no estacionario analizados
el coeficiente de entrega de agua de las rocas (µ) se determina por la fórmula
siguiente:
Donde:
µ=
13
�T- Trasmisividad m2/día
a: piezoconductividad en aguas artesianas (con presión) o conductividad de
nivel en aguas freáticas (sin presión; m2/día).
1.6. Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de bombeo en
pozos desarrollados
Bombeos en acuíferos formados por sedimentos friables
1er Caso. Cuando el espesor de los filtros utilizados es mucho menor que el espesor
del acuífero
K=
sen Q
hS
Donde:
: ángulo formado por el talud de la caverna sobre un plano horizontal
Q: caudal de bombeo, m3/día
h: profundidad de la caverna en los sedimentos friables, m
S: abatimiento con nivel estabilizado durante el bombeo, m
Figura 13. Pozo desarrollado en sedimentos friables sin filtros o con longitud muy pequeña
de los filtros en relación con el espesor del acuífero.
2do Caso. Cuando el espesor del acuífero perforado sin filtros es aproximadamente
igual a 0,75 H
Qsen ln
Donde:
K=
R
r
hS
R: radio de influencia del bombeo (se determina igual que en pozos normales), m
r : radios del techo de la caverna, m
Los demás parámetros idénticos que en el caso anterior.
14
�r
h
Figura 14. Pozo desarrollado en sedimentos friables sin filtros, con penetración en el acuífero
igual al 75 % de su espesor.
3er Caso. Cuando en todo el espesor del acuífero de sedimentos friables se forma una
caverna con desarrollo de su fondo en el lecho del acuífero
2R
r1 r2
MS
Qsen ln
Donde:
K=
M: espesor del acuífero artesiano (H freático), m
r1: radio del techo de la caverna, m
r2: radio de la base de la caverna, m
Los demás parámetros idénticos a los casos anteriores.
El radio de influencia del bombeo se considera 1,5 veces mayor al que se presenta en
pozos no desarrollados con filtros en el mismo tipo de sedimentos.
r1
m
h
r2
Figura 15. Pozo desarrollado en sedimentos friables acuíferos con pequeños espesores
sin filtros.
Q
Donde:
K=
M
n
ln 1,5
R
M
1
2 SM
15
�n=
La fórmula anterior es efectiva cuando
Q
M
S
R
M
10
1.7. Cálculos del coeficiente de filtración
instantáneos (Métodos Expresos)
por datos de cubeteo y bombeos
Durante bombeos intensivos de corta duración o cubeteos sin estabilización del nivel
del agua (régimen no estacionario).
1er Caso. Por datos de la recuperación del nivel, según A. P. Erkin
3,5r 2U
K=
L 2r
Donde:
K: coeficiente de filtración, m/día
r: radio del pozo, cm
L: profundidad del nivel antes de iniciado el bombeo o cubeteo, cm
U: coeficiente
U=
log Y0 log Yn
t1 t 2 .......... t n
Y0: abatimiento al finalizar el bombeo o cubeteo, cm
Yn: último abatimiento tomado en tiempo tn (en segundo) a partir del instante en que
se detuvo el bombeo o cubeteo; cm
; sumatoria de los tiempos de cada medición de nivel a partir del
instante en que se detuvo el bombeo o cubeteo (Figura 16).
El resultado obtenido es en cm/s por lo que se multiplica por 864 para llevarlo a m/día
Figura 16. Esquema de recuperación de niveles a partir de suspensión de cubeteo o
bombeo.
16
�2do Caso. Por columna de agua en el pozo durante el bombeo o cubeteo, según F. M.
Bochevier
Donde:
K=
Q
h12
2H
ln t2
h22
ln t1
K: coeficiente de filtración, m
Q: caudal de bombeo o cubeteo, m3/día
h1 y h2: columnas de agua en el pozo (en m) en los tiempos t1 y t2 (en días)
respectivamente a partir del inicio del bombeo o cubeteo
H: columna de agua en el pozo, m
3er Caso. Por recuperación del nivel (En este caso debe considerarse la forma de
entrada del agua al pozo)
1. Entrada de agua por el fondo del pozo cuando el mismo se encuentre
encamisado.
Donde:
K = 1,8
r
S
log 1
t
S2
K: coeficiente de filtración, cm/s (* 864 en m/día)
r: radio del pozo, cm
t: período de tiempo entre las mediciones del ascenso del nivel S1 y S2
Cuando el pozo es imperfecto y al mismo se le ubican filtros en todo el espesor
acuífero o en algún intervalo del mismo.
Donde:
r 2 ( S1 S2 )
K=
( S1 S2 )t ld
K: coeficiente de filtración, m/día
r: radio del filtro, m
S1 y S2: ascensos del nivel a partir del inicio de la recuperación, m
t: tiempo transcurrido entre los ascensos S1 y S2, m
l: largo del filtro, m
d: diámetro del filtro, m
1.8. Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de vertimientos
en pozos
Vertimientos en pozos en zona de saturación (acuífero)
1er Caso. Acuíferos con espesor menor de 5 m
17
�0,733Q lg
Donde:
K=
h2
R
r0
H2
K: coeficiente de filtración, m / día
Q: caudal estabilizado del vertimiento, m3/día
R: radio del cono de vertimiento (m) puede calcularse sobre la base del descenso
específico del nivel de la Tabla 1 o por pozos de observación
r0: radio del pozo, m
h: columna de agua con nivel estabilizado en el pozo, m
H: espesor acuífero, m
Figura 17. Esquema de vertimiento en estrato freático de poco espesor.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
2
Pozo;
Horizonte acuífero;
Filtros;
Envase de agua;
Regla graduada;
Manguera con llave reguladora.
do
Caso. Acuífero con espesor considerable (
Donde:
K = 0,525 q log
5 m)
0,66 l0
r0
K: coeficiente de filtración, m/día
Q: absorción específica, m/día, m
q=
Q
l0 H 0
Q: caudal estabilizado de vertimiento
l0: largo del tramo en prueba (largo de filtro), m
H0: carga hidrostática sobre el nivel del agua natural (al finalizar el vertimiento), m
18
�Figura 18. Esquema de vertimiento en estratos acuíferos de espesores considerables.
Vertimiento en pozo en zona no saturada
1er Caso. Cuando se desconoce la profundidad de yacencia de las aguas subterráneas
Donde:
K = 0,423
Q
2l
log 0
2
r0
l0
K: coeficiente de filtración, m/día
Q: caudal estabilizado de vertimiento, m3/día
l0: columna de agua en el pozo, m
r0: radio del pozo, m
Figura 19. Esquema de vertimiento en zona no saturada donde se desconoce la
profundidad de yacencia del nivel del agua subterránea.
2 do Caso. Cuando se conoce la profundidad de yacencia del nivel de las aguas
subterráneas
19
�Figura 20. Esquema de vertimiento en zona no saturada en pozos donde se conoce la
profundidad de yacencia del nivel de las aguas subterráneas.
Figura 21. Gráfico para determinar la fórmula a emplear.
1ra Variante de cálculo (fórmula 1):
K=
2da Variante de cálculo (fórmula 2):
K=
Q
C1rh
r (C2
2Q
4)(T
h l)
Donde:
K: coeficiente de filtración, m/día
Q: caudal estabilizado de vertimiento, m3/día
R: radio del pozo, m
h: columna de agua sobre el extremo inferior del filtro o pozo, con nivel estabilizado
en el pozo, m
T: columna de agua desde el nivel estabilizado en el pozo hasta el nivel del agua
subterránea, m
l: longitud de filtros, m
C1; C2: coeficientes que se determinan por los gráficos siguientes:
20
�Figura 22. Gráfico para determinar C1.
C2
1000
100
10
10
100
1000
l
r
Figura 23. Gráfico para determinar C2.
1.9. Vertimiento en calicatas
Se ejecuta para la determinación del coeficiente de filtración en la zona no saturada
hasta profundidades no mayores de 3 hasta 5 m.
Método de A, K. Bóldiriev
Donde:
Q=KYF
Q: caudal estabilizado de vertimiento, m3/día
F: área de la sección del orificio, m2
Y: gradiente de la carga
Y=
H0 l
l
H0
l
1
H0: altura del nivel del agua sobre el fondo del orificio (10 – 12 cm)
l: profundidad de penetración del agua al finalizar la prueba, m
Cuando el vertimiento se realiza por un tiempo relativamente prolongado (más de 2
horas) la infiltración del agua se considera vertical, de donde el gradiente Y = 1.
K=
Q
F
21
�Figura 24. Esquema de instalación para vertimiento en calicatas por el método de K
Bóldiriev.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Envase de agua;
Regla para el control del nivel del agua;
Manguera con llave para regular el caudal de vertimiento;
Pared de la calicata;
Orificio en el fondo de la calicata;
Nivel del agua en el orificio;
Regla con marca para mantener el nivel del agua estabilizado.
Figura 25. Gráfico característico de Q = f (t).
Método de G. N. Kamiénsky
El coeficiente de filtración se calcula por la fórmula:
Donde:
K=
Qe
K: coeficiente de filtración, m/día
: coeficiente de correlación de N. K. Guirínsky, se determina por Tabla 4
=f
(H0
H c ); d
H0: lámina de agua en el orificio, m
Hc: ascenso capilar (puede tomarse de Tabla 2.8 según litología), m
D: diámetro del anillo, cm
22
�Qe: volumen de agua que se vierte al envase regulador (1) en períodos de
tiempo, t.
Figura 26. Esquema de instalaciones para vertimientos en calicatas por el método de G. N.
Kamienski.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Envase de agua;
Regla para control del nivel del agua;
Manguera con llave reguladora;
Pared de la calicata;
Anillo metálico;
Nivel estabilizado del agua dentro del anillo;
Material arcilloso vertido alrededor del anillo (débilmente compactado).
Tabla 3. Valores del ascenso capilar Hc según N. N. Bíndeman (en pruebas de
corta duración)
Sedimentos
Arcilla poco arenosa
Arcilla arenosa
Arena muy arcillosa
Arena arcillosa
Arena fina poco arcillosa
Ascenso capilar Hc, m
1,0
0,8
0,6
0,4
0,3
23
�Tabla 4. Coeficiente de corrección de N. K. Guirínsky
H0 + Hc
m
1,00
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
30
1,08
1,12
1,18
1,25
1,33
1,41
1,51
1,62
1,75
1,90
2,08
2,28
2,53
2,84
3,22
3,74
4,42
5,38
6,03
32
1,00
1,05
1,11
1,17
1,24
1,32
1,41
1,52
1,64
1,78
1,93
2,12
2,36
2,60
2,99
3,44
4,07
4,94
6,30
34
0,94
0,99
1,04
1,10
1,17
1,24
1,33
1,42
1,54
1,66
1,80
1,98
2,20
2,45
2,78
3,19
3,78
4,56
5, 78
36
0,88
0,93
0,98
1,04
1,10
1,17
1,25
1,34
1,44
1,58
1,70
1,87
2,00
2,29
2,59
2,97
3,50
4,24
5,33
Diámetro del anillo, cm.
38
40
42
44
0,84 0,80 0,76 0,72
0,88 0,84 0,79 0,76
0,93 0,88 0,84 0,80
0,98 0,93 0,88 0,84
1,04 0,99 0,94 0,89
1,10 1,05 1,00 0,95
1,18 1,12 1,06 1,00
1,26 1,19 1,21 1,15
1,36 1,28 1,31 1,25
1,46 1,38 1,43 1,35
1,60 1,51 1,45 1,35
1,75 1,64 1,55 1,47
1,92 1,81 1,71 1,62
2,14 2,02 1,90 1,80
2,42 2,27 2,13 2,01
2,77 2,96 2,45 2,21
3,24 3,03 2,84 2,67
3,94 3,67 3,41 3,18
4,94 4,60 4,28 3,90
46
0,89
0,72
0,76
0,80
0,85
0,90
0,96
1,10
1,18
1,28
1,28
1,40
1,54
1,70
1,91
2,17
2,52
2,99
3,71
48
0,66
0,69
0,73
0,77
0,81
0,86
0,91
1,05
1,13
1,22
1,22
1,33
1,46
1,61
1,81
2,05
2,38
2,91
3,47
50
0,63
0,68
0,70
0,73
0,77
0,82
0,87
0,93
1,00
1,07
1,16
1,27
1,38
1,53
1,72
1,94
2,26
2,65
3,25
Método de N. K. Guirínsky
Los cálculos del coeficiente de filtración igual al primer caso se ejecutan por la fórmula
siguiente:
K=
Q
F
Figura 27. Esquema del envase de Mariott.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Tubo de aire;
Junta de ajuste;
Tapa con rosca;
Envase cilíndrico con regla graduada;
Tubo de agua;
Llave reguladora;
Anilla para traslado del equipo.
24
�Figura 28. Esquema de instalación para vertimiento en calicatas por el método de N. K.
Guirínsky.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Pared de la calicata;
Orificio en el fondo de la calicata;
Anillo;
Nivel del agua estabilizado;
Envase de Mariott;
Relleno arcilloso.
Método de N. S. Nesteróv
Los cálculos del coeficiente de filtración, igual al primer caso, se ejecutan por la
fórmula siguiente:
K=
Q
F
Figura 29. Esquema de instalación por vertimiento en calicatas por el método de N. S.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Nesteróv.
Pared de la calicata;
Orificio en el centro de la calicata;
Anillo exterior;
Anillo interior;
Nivel del agua dentro de los anillos;
Envases de Mariott;
Relleno arcilloso.
25
�II. EVALUACIÓN DE RESERVAS Y RECURSOS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
Reservas de explotación de las aguas subterráneas: m3/día o m3/año
Qe =
1
QN +
2
Qn +
3
Qa +
4
Qa + Qat
Donde:
Qe: reservas de explotación;
1,
2,
3,
4 : coeficientes que determinan el % de utilización de las distintas
reservas y recursos;
QN: recursos naturales;
Qn: reservas naturales;
QA: recursos artificiales;
Qa: reservas artificiales;
Qat: recursos atraíbles.
2.1. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por
el método hidrodinámico
Conversión de los horizontes acuíferos heterogéneos y anisotrópicos en homogéneos.
Coeficiente de filtración efectivo.
Ke =
n
Kimi
1
n
mi
1
Donde:
Ke: coeficiente efectivo de filtración, m/día
Ki, mi: coeficiente de filtración y espesor acuífero de los estratos, m
n: número de estratos
Coeficiente de conductividad de nivel o piezoconductividad efectiva
n
Kimi
ae =
1
n
1
Kmi
ai
Donde:
ae: piezoconductividad o conductividad de nivel efectiva, m2/día
ai : piezoconductividad o conductividad de nivel de los distintos estratos, m2/día
Durante los cálculos en coeficientes freáticos se introduce la función de N. K.
Guirínsky
26
�n
Kimi (h
Zi )
1
Donde:
H: espesor del flujo subterráneo sin presión en punto analizado (espesor acuífero
total), m
Zi: distancia desde el centro de cada estrato hasta el lecho impermeable, m
Figura 30. Horizonte acuífero estratificado.
a) Artesiano (con presión);
b) Freático (sin presión).
La trasmisividad efectiva será:
Te =
n
1
Ti
n
El coeficiente de piezoconductividad efectiva será:
n
Ti log ai
log ae =
1
n
Ti
1
Donde:
Ti, a: trasmisividad y piezoconductividad de los distintos estratos, m 2/día
Te = T;
superior.
e
=
; para un tiempo t
2,5 5 s ms
; ms y Ks: parámetros del estrato
Ks
27
� Transformación de límites imperfectos a perfectos
En los cálculos de evaluación de las reservas de explotación cerca de límites
imperfectos, cuando el cuace de la fuente de alimentación del acuífero presenta
sedimentos con permeabilidad inferior a la del acuífero, la distancia a considerar, L
deberá ser aumentada en la magnitud
L , la que se determina de la siguiente
forma:
Donde:
L=
KMA0 .cth.
A0 =
m0
K0
2b
KMA0
2b: ancho del río;
m0 y K0: espesor y coeficiente de filtración de los sedimentos colmatados del cauce
La magnitud
L representa un componente de resistencia a la filtración.
Cuando se evalúan las reservas de un sistema de pozos (gran pozo), entonces se
considerará el radio de la figura que en planta represente el sistema de pozos.
El radio de los mismos será:
- Batería de pozos lineal
- Sistemas de pozos en área
- Sistema de pozos en círculo
r = 0,2 l
r = 0,1 P
r = 0,565
F
Donde:
l: longitud de la batería de pozos
P: perímetro del área que ocupan los pozos
F: área del gran pozo circular
Para una mayor efectividad de los grandes pozos, las dependencias del radio de los
mismos deberá ser menor de 0,2 veces la distancia hasta el límite de alimentación
más próximo.
Donde:
r
0,2 L
L: distancia hasta el límite de alimentación más próximo
Si el límite es imperfecto: ejemplo un río con cauce colmatado, entonces:
r
0,2 (L +
L)
28
�Acuíferos ilimitados se consideran con esas características cuando la distancia hasta el
límite más próximo es más de tres veces mayor que el radio de influencia de la
explotación < se determinará por la expresión:
Donde:
L ≥ 3 R ≥ 3 (1,5
at )
R: radio de influencia del gran pozo durante su explotación en tiempo, t
a: piezoconductividad o conductividad de nivel para acuíferos artesianos o freáticos,
respectivamente
t: período de cálculo considerado para la explotación de las aguas subterráneas
I
a)
p)
b)
p
p
c)
d)
e)
Figura 31. Esquema de sistemas de pozos más utilizados.
a) Batería lineal de pozos;
b) Distribución de pozos en área con variada configuración en planta;
c) Sistema de pozos con pozos solo en la periferia;
d) Sistema de pozos, con pozos en periferia y centro;
e) Sistema de pozos formando un círculo.
29
�2.2. Evaluación de las reservas de explotación por distintos esquemas de
cálculos del método hidrodinámico
Se exponen los métodos para evaluar las reservas de explotación en función del
abatimiento que producirá determinado caudal de explotación. Si al contrario se
requiere determinar el caudal de explotación de un pozo o sistema de pozos, entonces
se despeja el caudal Q de las fórmulas que se exponen y en todos los casos, por
conversión para acuíferos freáticos, el contenido de la expresión en el nominador será
constante y solo variará el denominador según el caso con las magnitudes que
correspondan bajo el signo de logaritmo. Ejemplo:
Q
KS (2 H S )
ln .....
Donde:
Q: Caudal de explotación buscado; m3/día
: Coeficiente = 3.1416
K: Coeficiente de filtración (o conductividad hidráulica); m/día
S: Abatimiento de explotación asumido o calculado; m
H: Espesor del acuífero freático, m
1er Caso. Acuíferos ilimitados
1. Acuíferos artesianos
S
Q
R
ln
4 KM
r
Donde:
Se: abatimiento de explotación de cálculo, m
Q: caudal de explotación asumido, m3/día
K: coeficiente de filtración, m/día
M: potencia acuífera del estrato artesiano, m
R: radio de influencia calculado para el período de explotación, m
(R = 1,5
at )
a- piezoconductividad de nivel, m2/día
t- tiempo asumido para la explotación, días
r- radio del pozo o del gran pozo, m
30
�2. Acuíferos freáticos
S=H-
H
2
Q
R
ln
K
r
H: potencia del acuífero freático, m
2do Caso. Acuíferos semilimitados
Acuífero con un límite de alimentación permanente
Figura 32. Esquema de cálculo de acuífero semilimitado con un límite de alimentación.
1. Acuífero artesiano
S=
Q
2L
ln
2 KM
r
L: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite de alimentación; m.
2. Acuífero freático
S=H-
H2
Q
2L
ln
K
r
Acuífero con un límite que puede ser considerado impermeable
Figura 33. Esquema de cálculo de acuífero semilimitado con un límite impermeable o de
drenaje.
31
�1. Acuífero artesiano
S=
Q
1,13at
ln
2 KM
rL
L: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite impermeable, m
2. Acuífero freático
S=H-
H2
Q
1,13 at
ln
K
rL
3er Caso. Acuífero limitado en lenta (o banda)
Acuíferos con dos límites de alimentación
Figura 34. Esquema de cálculo de acuífero en banda o lenta con dos límites de
alimentación.
1. Acuíferos artesianos
S=
Q
ln
2 KM
0,64 L0 sin
L1
L0
r
L1: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite de alimentación más
próximo, m
L0: ancho de la lenta o banda acuífera en trazado por el centro del pozo o gran pozo
32
�2. Acuífero freático
S=H-
Q
ln
K
H2
0,64 L0 sin
L1
L0
r
Acuífero con un límite de alimentación y uno impermeable
Figura 35. Esquema de cálculo de acuífero en banda o lenta con dos límites, uno de
alimentación y otro impermeable o de drenaje.
1. Acuífero artesiano
S=
Q
ln
2 KM
1,27 ctg.
L1
2 L0
r
L1: distancia hasta el límite de alimentación, m
2. Acuífero freático
S=H-
H2
Q
ln
K
1,27ctg
L1
2 L0
r
33
� Acuífero con dos límites impermeables
Figura 36. Esquema de cálculo de acuífero limitado en banda o lenta con dos límites
Impermeables.
1. Acuífero artesiano
S=
Q
7,1 at
ln
4 KM
L0
2 ln
0,16L0
L1
r sin
L2
L1 , L2: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite impermeable
más cercano y más distante respectivamente, m.
2. Acuífero freático
S=H-
H2
Q
7,1 at
ln
2 K
L0
2 ln
0,16 L0
L1
r sin
L2
4to Caso. Acuífero limitado en cuadrante
Son los acuíferos que se encuentran limitados por dos límites que se cortan entre sí
formando un ángulo próximo a 900.
34
� Acuífero cuadrante con dos límites de alimentación
Figura 37. Esquema de cálculo de acuífero limitado en cuadrante con dos límites de
alimentación.
1. Acuífero artesiano
S=
Q
2 L1L2
ln
2 KM r L12 L22
L1, L2: distancias en perpendicular desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite
más próximo y más distante, respectivamente, m
2. Acuífero freático
S=H-
H2
Q
2 L1L2
ln
K r L12 L22
Acuífero cuadrante con un límite de alimentación y uno impermeable
Figura 38. Esquema de cálculo de acuífero limitado en cuadrante, con dos límites, uno de
alimentación y otro impermeable o de drenaje.
35
�1. Acuífero artesiano
S=
2 L1 L12 L22
Q
ln
KM
rL2
L1, L2: distancias desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite de alimentación
y hasta el límite impermeable respectivamente, m.
2. Acuífero freático
S=H-
H
2
2
2
Q 2 L1 L1 L2
ln
K
rL2
Acuífero cuadrante con dos límites impermeables o de drenaje
Figura 39. Esquema de cálculo de acuífero limitado en cuadrante, con dos límites
impermeables o de drenaje.
1. Acuífero artesiano
S=
Q
ln
KM
0.7955at
rL1 L2
L12
L2 2
36
�2. Acuífero freático
S=H-
H2
Q
ln
K
0.7955at
rL1 L2
L12
L22
5to Caso. Acuífero limitado en forma de cuña
Son los acuíferos limitados por dos límites en planta que se cortan formando un
ángulo agudo ( 900).
Acuíferos limitados en cuña con dos límites de alimentación
1. Acuífero artesiano
S=
0,111L
Q
ln
2 KM
r0
0
sin
0
L: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el punto de intersección de los
dos límites, m
0 : ángulo entre los dos límites
: ángulo formado entre la línea recta que une el centro del pozo o del gran pozo con
el punto de intersección de los límites y el límite de alimentación más próximo, m
2. Acuífero freático
S=H-
H2
0,111 L
Q
ln
K
r
0
sin
0
37
� Acuífero limitado en cuña con un límite de alimentación y otro límite
impermeable
1. Acuífero artesiano
S=
Q
0,022 0 L
1,57
ln
ctg
2 KM
r
0
: ángulo entre línea recta con distancia, L que une el punto de intersección de los
dos límites con el centro del pozo o gran pozo y el límite impermeable.
2. Acuífero freático
S=H-
H2
Q
0,022
ln
K
r
0
L
ctg
1,57
0
Acuífero limitado en cuña con dos límites impermeables
1. Acuífero artesiano
S=
Q
4 KM
4,73R
L
2 ln
0,16 L
L
r sin 1
L
2. Acuífero freático
S=H-
H2
Q
K
4,73 R
L
2 ln
0,16 L
L
r sin 1
L
R: radio de influencia calculado para el período de explotación, m
L: ancho del acuífero por el centro del pozo o gran pozo, m
L1: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite impermeable más
próximo, m
38
�6to Caso. Acuífero en forma de círculo
Son los acuíferos que se encuentran rodeados por un límite con tal configuración en
planta que puede asumirse en forma de círculo.
Acuífero circular con un límite de alimentación y el pozo o gran pozo se
encuentra ubicado en el centro del acuífero
Figura 40. Esquema de cálculo de acuífero limitado en círculo, con un límite de alimentación,
con pozo o gran pozo ubicado en el centro del acuífero.
1. Acuífero artesiano
S=
R
Q
ln c
2 KM
r
R c: radio del acuífero circular, m
2. Acuífero freático
S=H-
H2
R
Q
ln c
K
r
39
� Acuífero circular con un límite de alimentación y el pozo o gran pozo se
encuentran ubicados fuera del centro del acuífero
Figura 41. Esquema de cálculo de acuífero limitado en círculo, con un límite de alimentación
y pozo o gran pozo ubicado a distancia L del centro del acuífero.
1. Acuífero artesiano
2
S=
Q
Rc L2
ln
2 KM
rRc
L: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el centro del acuífero, m
2. Acuífero freático
2
S=H-
H
2
Q
Rc L2
ln
K
rRc
Acuífero circular con un límite impermeable y pozo o gran pozo ubicado
en el centro del acuífero
Figura 42. Esquema de cálculo de acuífero limitado en círculo, con un límite de impermeable
o de drenaje.
40
�1. Acuífero artesiano
S=
Q
R
ln c
2 KM
r
2at
2
Rc
0,75
En períodos pronosticados de tiempo muy prolongados (mayor de 20 años) la fórmula
anterior puede utilizarse en la siguiente forma:
S=
Q
KM
at
2
Rc
2. Acuífero freático
S=H-
H2
Q
R
ln c
K
r
2at
Rc2
0,75
Y para períodos de tiempo muy prolongados (mayor de 20 años):
S=H-
H2
Q
K
at
Rc2
7mo Caso. Acuíferos con un límite que puede considerarse lineal, en planta de rocas
con menor trasmisividad a las existentes donde están los pozos que se explotarán
Acuífero con un límite de rocas de menor trasmisividad ubicado en
lateral al pozo o gran pozo y que por su configuración en planta puede
considerarse un límite en línea recta
1. Acuífero artesiano
S=
Q
1,13 a1t
ln
4 Tm
rL
ln
2L
r
1
2
41
�Donde:
Tm: trasmisividad media entre los dos acuíferos, m2/día
T1 T2
2
Tm =
T2
T1
y
T1, a1: trasmisividad y piezoconductividad en áreas donde está ubicado el pozo o gran
pozo, m2/día
T2: trasmisividad de las rocas acuíferas del otro lado del límite, m2/día
2. Acuífero freático
H2
S=H-
Q
1,13a1t
ln
Km
rL
ln
2L 1
r
2
Donde:
H: potencia acuífera del acuífero donde está ubicado el pozo o gran pozo, m
Km=
K1
K2
2
y
K2
K1
K1, K2: coeficientes de filtración de las rocas acuíferas donde están ubicados el
pozo o gran pozo y de las rocas que limitan con ellas, respectivamente, m
Acuífero con un límite de rocas de menor trasmisividad también
acuíferas ubicado bordeando a las rocas donde está ubicado el pozo o
gran pozo, que por su configuración en planta puede considerarse como
un límite en círculo
1. Acuífero artesiano
S=
Q 1 Rc
ln
2 T1
r
1 1,5 a2t
ln
T2
Rc
Donde:
R c: radio del círculo formado por las rocas donde está ubicado el pozo o gran pozo, m
42
�2. Acuífero freático
S=H-
H2
Q 1 Rc
ln
K1 r
1 1,5 a2t
ln
K2
Rc
2.3. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por
el método hidráulico
1. Acuíferos artesianos
Desarrollo del método hidráulico por las curvas de dependencia S = f (Q).
Se =
Qe
S
Q
Donde:
Se: abatimiento de explotación, m
Qe: caudal de explotación, l/seg. o m3/día
Q: caudal del bombeo de prueba, m
S: abatimiento estabilizado del bombeo de prueba, m
En condiciones de acuíferos freáticos (sin presión), el caudal de explotación se
determina por la fórmula de N. N. Bíndeman:
Q = m S – n S2
Por datos de bombeo con dos abatimientos en bombeos experimentales, con caudal y
abatimientos estabilizados de donde:
Q1 Q2
q q2
S1 S 2
n=
= 1
S 2 S1
S 2 S1
m=
Q1
+ n S1 = q1 – nS1
S1
q1 y q2: caudales específicos del primer y segundo abatimiento, respectivamente, con
dependencia directa del abatimiento.
43
�Figura 43. Gráfico q = f (S).
Para un caudal de explotación determinado, resolviendo la ecuación anterior, el
abatimiento de explotación será:
Se =
m2
m
4nQe
2n
Para acuíferos artesianos, según Dupuit:
Qe = q Se
El caudal específico (q) para acuíferos artesianos con bombeos de dos o tres
abatimientos estabilizados debe confirmarse y si se obtienen valores menores de
0,03, podrán asumirse como artesianos puros.
q q1
q
0,03
Donde:
q=
;
q
n
q q2
q
0,03
y
Se
;
q q3
q
0,03
1,5 – 1,75 Smax
n: número de abatimientos
Se: abatimiento de explotación
Smax: abatimiento máximo del bombeo experimental
Para acuíferos freáticos, según M. E. Altóvsky: Aplicable cuando Se
bombeo experimental).
(2 – 3 Smax del
Q = a + b log Se
Donde:
b=
Q2
log S 2
Q1
log S1
a = Q1 – b log S1
44
�Para acuíferos con presión y sin presión, Smreker propone una fórmula original
aplicable a ambos casos, con buenos resultados en la práctica hidrogeológica:
m
Qe = n
Se
Donde:
S1
S2
m=
Q
log 2
Q1
log
log n = log Q1 – log S1
Aplicable cuando Se
1,75 – 2,25 Smax del bombeo experimental.
Los cálculos del abatimiento en sistemas de pozos se ejecutan por la dependencia:
Se = Sp +
n
Si
1
Donde:
Se: abatimiento de explotación en el pozo central, de mayor carga; m
Sp: abatimiento de explotación del pozo central provocado por su explotación
individual; m
Si: abatimiento complementario provocado por la influencia de los demás pozos que
forman el sistema; m
n: número de pozos
Por datos de bombeos unitarios de los pozos del sistema:
n
Donde:
Si =
1
n
S1
1
Qe.1
Qb.1
........
Sn
Qe.n
Qb.n
S1..... Sn : abatimientos provocados en el pozo central por los pozos del sistema,
respectivamente, durante el bombeo experimental de los mismos.
Q b.1......Q b.n: caudal del bombeo experimental de los pozos del sistema,
respectivamente.
Por datos de bombeo experimental de explotación de todos los pozos del sistema:
n
1
n
Se =
Sb
1
Qe
Qb
45
�Se : abatimiento provocado en el pozo central por el bombeo del sistema
Q e: caudal de explotación total de los restantes pozos del sistema
Q b: caudal del bombeo experimental de los restantes pozos del sistema
2.4. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterránea
por el método de balance
Reservas de explotación de las aguas subterráneas: m3/día o m3/año
Qe =
1
Qn +
2
QN +
3
Qa +
4
Qa + Qat
a) Reservas naturales - Qn.
En acuíferos artesianos y freáticos:
Donde:
Qn =
V
=
t
1
.H.F
t
m3/día
V: Volumen de agua almacenado en las rocas, m3
1:
Coeficiente que representa el porciento de espesor acuífero a desecar con la
explotación (caracteriza al abatimiento de explotación)
: Entrega de agua de las rocas
H: Potencia acuífera, m
F-: Área de extensión del acuífero, km2
t-: Tiempo previsto de explotación, días
b) Recursos naturales -QN.
1er Caso. Por magnitud del flujo subterráneo que transita en el área de evaluación
Flujo homogéneo: Cuando el flujo de las aguas subterráneas presenta condiciones
homogéneas que se definen por la configuración de las isolíneas de mapas de
hidroisohipas o hidroisopiezas en una sección normal al flujo en límite inicial del área
de evaluación.
Figura 44. Acuífero con flujo homogéneo en toda su área de desarrollo.
Donde:
QN = K H I B
K – Coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m/día
46
�H - Potencia acuífera, m
I-Gradiente hidráulico. Se determina por mapas de hidroisohipsas en sección normal
al flujo subterráneo en el límite de entrada al área que se evalúa
B- Ancho de la sección normal al flujo subterráneo en el límite de entrada al área que
se
evalúa, m.
2do Caso. Cuando el lecho del acuífero es inclinado:
QN = B H K sin
Donde
al flujo.
: ángulo entre plano horizontal y lecho impermeable en sección transversal
3er. Caso. Flujo heterogéneo: por bandas o lentas del flujo subterráneo
QN =
n
1
Qb
Qb: Recursos subterráneos correspondientes a las bandas del flujo subterráneo
definidas por mapa de hidroisohipsas, m3/día
n: Número de bandas del flujo
Figura 45. Acuífero con flujo heterogéneo por bandas.
4to Caso. Por infiltración de las precipitaciones atmosféricas y niveles en perfil de tres
pozos a distintas distancias entre sí, paralelo a la dirección de escurrimiento del flujo
subterráneo y la permeabilidad puede considerarse constante en todo el trazado del
perfil
47
�Figura 46. Perfil con tres pozos en dirección longitudinal al flujo subterráneo, con
permeabilidad homogénea.
m3 /día
QN = F W
W: infiltración de las precipitaciones atmosféricas, m/día
F: área del acuífero en evaluación, m2
K = const. , m/día
X
W=
L
, m
2
h22
K
L
X
h12
X
h32
h12
L
K: Coeficiente de filtración a lo largo del perfil formado por los tres puntos de
observación
X: Distancia entre el primer y segundo punto de observación (parte baja del perfil), m
L: Distancia entre los dos puntos extremos del perfil formado por los tres puntos de
observación, m
h1, h2, h3: Columnas de agua en las calas de observación, respectivamente, a partir de
un lecho impermeable o plano horizontal, hasta el nivel medio de las aguas
subterráneas en el perfil, m
5to Caso. Por infiltración de precipitaciones cuando los 3 puntos de observación de
niveles se encuentran ubicados a iguales distancias y la permeabilidad es constante en
el perfil
K = const.
X=
L
2
W=
K
2
(2 h2
2
2X
h12
h32 ) m/día
X: Distancia entre puntos de observación, m
6to Caso. Por infiltración de precipitaciones, cuando en el perfil formado por tres
puntos de observación existe diferente permeabilidad entre las secciones formadas
por los puntos 1-2 y 2-3, (K1
K2), en este caso los cálculos se ejecutan por datos de
ascensos de los niveles en magnitud
h en tiempo t
48
�Figura 47. Perfil con tres pozos en dirección longitudinal al flujo subterráneo, con
permeabilidad heterogénea en su trazado.
QN= F W
h
W=
t
h22 h12
1
K1
X
2X
h32 h22
K2
2X
m/día
: Entrega de agua de las rocas (valor medio)
h : Ascenso de los niveles (m) en tiempo t (días)
t.: Tiempo desde el inicio considerado para el ascenso del nivel h, días
X: Distancia entre los centros de las secciones 1-2 y 2-3, m
K1: Coeficiente de filtración del acuífero en la sección 1-2, m/día
K2: Coeficiente de filtración del acuífero en la sección 2-3, m/día
h1, h2, h3: Columna de agua en las calas (puntos) de observación, m
7mo Caso. Por cálculo de la infiltración, por datos de limnigramas (Gráfico de niveles
en tiempo) de puntos de observación
49
�Figura 48. Limnigrama con oscilación anual de los niveles.
QN = F W
m3 /día
h
W=
Z
t
, m/día
h : representa el ascenso de los niveles por la alimentación del acuífero (m)
en tiempo
t (días)
Z: representa el descenso de los niveles (m) que habría ocurrido por el drenaje del
acuífero, de no haberse producido alimentación del mismo, en tiempo
t (días).
En caso que se quiera determinar la infiltración media anual o de una serie de años,
entonces en lugar de
t se utiliza t -tiempo total en que se observaron los niveles
representados en el limnigrama.
W=
h
Z
m /día
t
8vo Caso. Evaluación de los recursos naturales por el módulo del escurrimiento
subterráneo, M0
QN = F M0
m3/día
M0 = 0,0317 Y
l/s.km2
50
�Y: Lámina de agua infiltrada en el acuífero, mm
Y = 1000
( h
Z)
mm
h; Z : Parámetros que se determinan de los limnigramas de observación de niveles
entiempo, m
BIBLIOGRAFÍA
Bindeman, N. N. 1969: Búsqueda y exploración de aguas subterráneas para grandes
acueductos. Editorial Niedra, Moscú.
De Miguel, F. C. 2008: Hidrogeología Aplicada. 2da. Edición. Editorial Félix Varela, La
Habana.
51
�
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Formulario práctico hidrogeológico
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Publisher
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Folleto
Date
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2013
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/337b19f14e05e3f524b563c09e43901b.pdf
f7069464a8d845d91619e78649e91679
PDF Text
Text
�HIDROGEOLOGÍA APLICADA CON ASPECTOS AMBIENTALES
�HIDROGEOLOGÍA APLICADA CON ASPECTOS AMBIENTALES
AUTOR: Dr. Constantino de Miguel Fernández
Editorial Digital Universitaria Moa
Ave. sin número. Las Coloradas,
Moa, Holguín, Cuba.
�Página legal
Título de la obra. Hidrogeología aplicada con aspectos ambientales
384 pág.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2012 ‐‐ ISBN – 978‐959‐16‐139‐5‐0
1. Autor: De Miguel‐Fernández Constantino
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Digitalización: Niurbis La Ó Lobaina
Corrección: Yelenny Molina Jiménez
Diseño: Wilkie Villalón Sánchez
Institución del autor: ISMM “Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2012
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 Moa
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Las Coloradas s/n, Moa 83329, Holguín
Cuba
e‐mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
Editorial Digital Universitaria Moa
�PREFACIO ................................................................................................................... I
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 1
Capítulo 1 ASPECTOS GENERALES .................................................................................. 2
1.1 Conceptos fundamentales ..................................................................................... 2
1.2 Ciclo hidrológico en la naturaleza ........................................................................... 4
1.2.1 Cálculos hidrológicos aplicados en la Hidrogeología........................................... 11
1.3 Breve introducción a la Paleohidrogeología ............................................................ 14
1.4 Principales estructuras hidrogeológicas ................................................................. 18
Capítulo 2 PROPIEDADES FÍSICAS Y ACUÍFERAS DE LAS ROCAS....................................... 22
2.1 Composición granulométrica ............................................................................... 22
2.2 Porosidad y agrietamiento .................................................................................. 24
2.3 Permeabilidad ................................................................................................... 26
2.4 Piezoconductividad y conductividad de nivel .......................................................... 29
2.5 Capacidad acuífera y entrega de agua .................................................................. 30
2.6 Humedad de las rocas ........................................................................................ 34
2.7 Capilaridad ....................................................................................................... 35
Capítulo 3 PROPIEDADES FÍSICAS, QUIMISMO Y CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS
SUBTERRÁNEAS......................................................................................................... 38
3.1 Propiedades físicas ............................................................................................ 38
3.2 Factores naturales y artificiales de formación de la composición química de las aguas
subterráneas .......................................................................................................... 40
3.3 Composición química de las aguas subterráneas .................................................... 43
3.4 Contaminación de acuíferos ................................................................................ 46
3.4.1 Contaminación por hidrocarburos................................................................... 53
3.4.2 Contaminación por nitratos (NO3) y nitritos (NO2) ............................................ 57
3.5 Tipos de análisis químicos de las aguas................................................................. 66
3.5.1 Formas más usuales para la representación de los resultados de los análisis
químicos de las aguas .......................................................................................... 67
3.6 Clasificación de las aguas por su composición química ............................................ 69
3.7 Clasificación de las aguas por su posible utilización en la agricultura ......................... 82
3.8 Agresividad de las aguas .................................................................................... 88
3.9 Representación gráfica de la composición química de las aguas................................ 89
3.10 Clasificación de las aguas por su composición bacteriológica .................................. 91
3.11 Normas de la composición química para las aguas potables ................................... 92
Capítulo 4 CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS POR SU ORIGEN, FORMAS Y
CARACTERÍSTICAS DE YACENCIA ................................................................................. 94
4.1 Clasificación de las aguas subterráneas por su origen ............................................. 94
4.2 Aguas de la zona no saturada.............................................................................. 95
4.3 Aguas freáticas ................................................................................................. 97
4.4 Aguas artesianas ............................................................................................. 101
4.5 Aguas de fisuras: freáticas y con presión ............................................................ 104
�4.6 Aguas cársicas ................................................................................................ 104
4.7 Manantiales: características principales y su clasificación....................................... 110
4.8 Aguas minero-medicinales ................................................................................ 114
Capítulo 5 INTRODUCCIÓN A LA DINÁMICA DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS .................... 119
5.1 Leyes de filtración ........................................................................................... 119
5.2 Tipificación hidrogeológica de los flujos de las aguas subterráneas y condiciones de
límites................................................................................................................. 126
Capítulo 6 DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS................................. 135
6.1 Caracterización de los principales métodos para determinación de los principales
parámetros hidrogeológicos.................................................................................... 136
6.2 Bombeos y principales características de los mismos ............................................ 137
6.3 Bombeos experimentales.................................................................................. 141
6.3.1 Cálculos de parámetros hidrogeológicos en condiciones de régimen estacionario del
movimiento de las aguas durante el bombeo ......................................................... 142
6.3.2 Cálculo de parámetros hidrogeológicos en condiciones de régimen no estacionario
del movimiento de las aguas durante el bombeo .................................................... 156
6.4 Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de bombeo en pozos
desarrollados ....................................................................................................... 166
6.4.1 Determinación de parámetros hidrogeológicos por desarrollo de pozos mediante
bombeos en acuíferos formados por sedimentos friables ......................................... 166
6.4.2 Determinación de parámetros hidrogeológicos por bombeo en pozos desarrollados
con uso de explosivos ........................................................................................ 169
6.5 Determinación de parámetros hidrogeológicos por bombeos de pozos imperfectos de
grandes diámetros ................................................................................................ 172
6.6 Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de bombeos de prueba (de
corta duración)..................................................................................................... 175
6.6.1 Generalidades ........................................................................................... 175
6.6.2 Determinación de parámetros hidrogeológicos ............................................... 177
6.7 Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de vertimientos en pozos y
calicatas .............................................................................................................. 190
6.7.1 Vertimientos en pozos................................................................................ 190
6.7.2 Vertimiento en calicatas ............................................................................. 195
6.7.3 Cálculo del coeficiente de filtración por datos de compresión (inyección) en pozos
...................................................................................................................... 201
Capítulo 7 EVALUACIÓN DE RESERVAS Y RECURSOS DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS........ 207
7.1 Consideraciones generales ................................................................................ 207
7.2 Clasificación de las reservas y recursos de las aguas subterráneas.......................... 208
7.3 Categorías de las reservas de explotación de las aguas subterráneas y métodos de
evaluación ........................................................................................................... 212
7.4 Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el método
hidrodinámico ...................................................................................................... 215
7.4.1 Evaluación de las reservas de explotación por distintos esquemas de cálculos del
método hidrodinámico ........................................................................................ 222
7.5 Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el método
hidráulico ............................................................................................................ 233
�7.6 Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el método de
balance ............................................................................................................... 240
7.7 Pronóstico de reservas de explotación de las aguas subterráneas por grado de
extraibilidad ......................................................................................................... 253
7.8 Categorías y etapas de los estudios hidrogeológicos para la evaluación de las reservas
de explotación de las aguas subterráneas................................................................. 257
Capítulo 8 PROTECCIÓN Y CONSERVACIÓN DE ACUÍFEROS EN EXPLOTACIÓN .................. 261
8.1 Aspectos generales .......................................................................................... 261
8.2 Pronóstico de captación de aguas no condicionales o contaminadas durante la
explotación de aguas subterráneas .......................................................................... 262
8.2.1 Yacencia de aguas no condicionales bajo las aguas condicionales ..................... 262
8.2.2 Existencia de aguas no condicionales en posición lateral a la ubicación de las aguas
condicionales .................................................................................................... 264
8.3 Principales medidas para contrarrestar la captación de aguas no condicionales ......... 269
8.4 Zonas de protección sanitaria de las obras de toma en aguas subterráneas.............. 272
Capítulo 9 REPOSICIÓN ARTIFICIAL DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS............................... 273
9.1 Clasificación de los métodos de reposición artificial............................................... 274
9.2 Métodos generales de cálculos de los sistemas de reposición artificial ..................... 275
Capítulo 10 CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS POR TOMAS HORIZONTALES ............. 281
10.1 Trincheras de grandes longitudes ..................................................................... 281
10.2 Trincheras de pequeñas longitudes................................................................... 285
Capítulo 11 CÁLCULOS HIDROGEOLÓGICOS EN OBRAS HIDROTÉCNICAS......................... 288
11.1 Cálculos relacionados con la filtración en presas ................................................. 288
11.1.1 Filtración bajo presas ubicadas en estratos homogéneos sin dentellón en la base
...................................................................................................................... 289
11.1.2 Determinación de la presión bajo la base de la cortina de la presa .................. 290
11.1.3 Determinación de las velocidades reales del flujo subterráneo por el fondo del
cauce aguas abajo de la presa ............................................................................. 291
11.1.4 Determinación del caudal de filtración bajo la presa con dentellón sobre un estrato
permeable homogéneo ....................................................................................... 292
11.1.5 Determinación de la filtración bajo una presa sin dentellón ubicada sobre un
espesor permeable heterogéneo .......................................................................... 293
11.1.6 Determinación de la filtración por los bordes laterales de la presa (embalse) .... 295
11.1.7 Determinación de la filtración desde el embalse sin la influencia del río debajo de la
presa ............................................................................................................... 298
11.2 Cálculos del pronóstico de ascenso de los niveles de las aguas subterráneas en
territorios aledaños a las presas (embalses) ............................................................. 303
11.2.1 Determinación de los ascensos estacionarios del nivel de las aguas subterráneas en
estratos homogéneos con lecho impermeable horizontal.......................................... 304
11.2.2 Determinación de los ascensos estabilizados del nivel de las aguas subterráneas en
estratos homogéneos con lecho impermeable con pendiente .................................... 306
11.2.3 Determinación de los ascensos estacionarios del nivel de las aguas subterráneas en
espesores permeables estratificados..................................................................... 307
11.2.4 Determinación del ascenso de los niveles de las aguas subterráneas entre
secciones en un valle entre dos ríos ..................................................................... 309
�11.2.5 Determinación del ascenso no estacionario de los niveles de las aguas
subterráneas en horizontes relativamente homogéneos........................................... 310
11.3 Cálculo de pérdidas por filtración desde canales ................................................. 313
11.3.1 Pérdidas por la filtración no estacionaria desde canales ................................. 314
11.3.2 Pérdidas por filtración estacionaria desde canales ......................................... 316
11.3.3 Pronóstico de ascenso de los niveles de las aguas subterráneas en las áreas bajo
riego................................................................................................................ 321
Capítulo 12 METODOLOGÍAS PARA EVALUACIÓN Y ZONIFICACIÓN DE LA POTENCIALIDAD
(FACTIBILIDAD) DE SALINIZACION DE SUELOS ........................................................... 325
12.1 Introducción ................................................................................................. 325
12.2 Características generales de las formaciones arcillosas de origen marino ............... 326
12.3 Metodología para el pronóstico de la potencialidad de salinización de los suelos por
condiciones hidrogeológicas existentes..................................................................... 328
12.4 Metodología para pronóstico de afectaciones y potencialidad de salinización de suelos
por embalses de agua construidos en territorios llanos ............................................... 334
12.4.1 Definición de las áreas con afectaciones de suelos en territorios aledaños a los
embalses.......................................................................................................... 335
Capítulo 13 IMPACTOS AMBIENTALES SOBRE LOS ACUÍFEROS Y SU EVALUACIÓN............. 338
13.1 Términos y conceptos generales ...................................................................... 338
13.2 Impactos ambientales sobre los acuíferos- IASA................................................. 340
13.3 Métodos de estudio de impactos ambientales y su aplicación a los acuíferos ........... 342
13.4 Valoración de los factores impactantes en los acuíferos y evaluación de los impactos345
13.5 Definición del tipo de matriz para evaluar los impactos sobre acuíferos.................. 349
Capítulo 14 PRINCIPALES MÉTODOS QUE SE APLICAN EN LAS INVESTIGACIONES
HIDROGEOLÓGICAS ................................................................................................. 352
14.1 Perforación de pozos ...................................................................................... 352
14.2 Investigaciones geofísicas ............................................................................... 356
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 371
�PREFACIO
El desarrollo de la humanidad ha traído como consecuencia una mayor e intensiva
explotación de las aguas subterráneas y suelos agrícolas, por ello se hace necesario
desarrollar conocimientos relacionados con medidas profilácticas que puedan ser
aplicadas para lograr la explotación sostenible de estos recursos.
En la actualidad, a nivel internacional se toman diversas medidas para la creación de
una conciencia ambientalista universal que preserve el medio ambiente, en el que
están incluidos los recursos, aguas subterráneas y suelos. Paralelo a ello, el adelanto
científico–técnico alcanzado en muchos países permite obtener los resultados
necesarios en este objetivo común de la humanidad, sin embargo, este desarrollo
alcanzado en los denominados países del 1er mundo está muy distanciado de los del
3er mundo, en los que los recursos hídricos subterráneos y suelos se explotan en
muchos casos de forma indiscriminada, sin una argumentación científico-técnica
adecuada, por lo que los mismos constantemente se degradan y contaminan,
creándose las condiciones para la aparición de procesos desertificantes que pueden
llegar a convertir los territorios en desiertos si no se toman medidas que eviten la
aparición y desarrollo de esos procesos.
Relacionado con lo anteriormente expuesto, hemos creado este libro que constituye
una literatura de docencia para estudiantes en carreras de Geología, Hidráulica y Civil,
así como de otras vinculadas con las aguas subterráneas y suelos o que abarquen
disciplinas como Hidrogeología, Hidrología; también sirve de material de consulta a
profesionales que desempeñan sus funciones en centros docentes, de producción y de
investigación relacionadas con los recursos mencionados, en los campos de la minería,
petróleo, selvicultura, salud pública, derecho, medio ambiente y otros.
Este libro no es un texto completo ya que carece de los métodos modernos de
aplicación computarizada, pero no deja de ser una literatura de amplia utilización,
tanto para aquellos que dominan la tecnología computarizada como para los que no la
dominan, este último caso es muy común en los países del tercer mundo y a los que
está dedicado el mismo, con vista a colaborar en la creación de una conciencia
ambientalista y en la divulgación de métodos prácticos que permitan garantizar la
aplicación de herramientas para la ejecución de estudios hidrogeológicos y
ambientales, que aseguren una explotación racional y sostenible de los recursos
hídricos subterráneos y suelos agrícolas.
En el libro, los cuatro primeros capítulos abordan aspectos hidrogeológicos e
hidroquímicos generales, incluyendo la contaminación de acuíferos de las aguas por
nitratos e hidrocarburos, procesos con gran desarrollo en la actualidad a nivel
internacional.
Los capítulos del 5 al 10 relacionan aspectos de la dinámica de las aguas
subterráneas, distintos métodos para la determinación de parámetros hidrogeológicos
y para la evaluación de reservas y recursos de las aguas subterráneas, con fines de
garantizar una explotación sostenible de los mismos.
En el capítulo 11 se desarrollan diferentes esquemas y fórmulas de cálculos
relacionados con obras hidrotécnicas, que aunque en la práctica está poco
desarrollada por hidrogeólogos, hidráulicos y civiles, representa una herramienta de
gran valor y utilidad para una racional proyección de presas, canales y sistemas de
riego y en muchos casos garantizan la estabilidad de estas obras.
I
�En el capítulo 12 se ofrecen pronósticos de potencialidad de salinización de suelos
agrícolas, aspecto novedoso y muy necesario, dadas las condiciones geológicas
existentes en gran parte de los territorios agrícolas de muchos países y la cultura y
desarrollo actual de explotación de los suelos.
El capítulo 13 aborda, de forma general, los impactos ambientales sobre acuíferos,
mayormente degradantes, que se desarrollan en la actualidad, los métodos típicos
para sus estudios y propuestas de evaluación de los mismos. En el capítulo 14 y final
se describen los métodos clásicos de investigación con perforación y geofísica
aplicados a la hidrogeología.
Como autor de este libro no puedo pasar por alto, reconocer y agradecer la
instrucción hidrogeológica recibida de mis profesores en períodos de estudiante y en
doctorado, y en especial de los científicos rusos: Tolstíxin, Makcímov (ya fallecidos),
Antónov y Kiriúxin. También a los técnicos y especialistas del Instituto Nacional de
Recursos Hidráulicos de Cuba, con los que trabajé durante 27 años, período durante el
cual, comprendí la importancia de la Hidrogeología, su vinculación con otras ciencias y
con elementos del medio ambiente.
También quiero expresar mi agradecimiento a todos aquellos que han contribuido de
una forma u otra a la confección y publicación de este libro, en especial a mi esposa e
hija que me han apoyado en la constancia necesaria para que este fuera terminado.
II
�INTRODUCCIÓN
La utilización de las aguas subterráneas data de tiempos muy antiguos, ya en el
Antiguo Testamento aparecían plasmadas numerosas referencias sobre el agua
subterránea, manantiales y pozos. Tolman describió los grandes túneles para la
captación de agua subterránea en Persia y Egipto que datan de 800 años antes de
nuestra era.
Los primeros filósofos griegos como Platón, Homero y Tales formularon la hipótesis de
que los manantiales se formaban a partir de la conducción de las aguas de mar a
través de canales subterráneos por debajo de las montañas. Los filósofos romanos,
incluyendo Séneca y Plinio, siguieron las ideas griegas. Vitruvios fue el primero que
argumentó la teoría de la infiltración, planteando que las aguas de lluvia se infiltraban
desde las montañas a través de estratos de rocas y emergían en su base para formar
las corrientes superficiales. Al término del Renacimiento, finales de 1580, Bernard
Palissy expuso la teoría de la infiltración, aunque la misma fue ignorada. René
Descartes (1596-1650) reforzó la teoría griega, planteando la vaporización y
condensación de las aguas de mar dentro de la tierra.
En la segunda mitad del siglo XVII Pierre Perrault midió la pluviométrica durante tres
años y estimó el escurrimiento superficial del río Sena. Él demostró que las
precipitaciones en la cuenca del río eran unas seis veces mayor que la descarga del
río, con lo cual quedó demostrado la infiltración de las aguas de lluvia. El físico francés
Edme Mariotte realizó mediciones del Sena en París y confirmó el trabajo de Perrault.
Otra gran contribución al estudio de las aguas subterráneas la desarrolló el astrónomo
inglés Edmund Halley (1656-1742), quien hizo un reporte en 1693 de medidas de
evaporación, demostrando que la evaporación del mar era suficiente para responder
por todos los manantiales y flujos de cursos de aguas superficiales.
Ya en el siglo XIX el hidráulico francés Henry Darcy (1803-1858) estudió el
movimiento del agua a través de la arena. Su tratado de 1856 definió una relación
conocida ahora como Ley de Darcy, que rige el flujo de las aguas subterráneas en la
mayoría de las formaciones aluviales sedimentarias y en muchas rocas agrietadas en
función del grado y características de agrietamiento de las mismas.
Contribuciones europeas del siglo XIX dieron énfasis a la hidráulica del
aprovechamiento del agua subterránea; los principales investigadores en este aspecto
fueron: J. Boussinesq, G. A. Daubres, J. Dupuit, P. Forchheimer y A. Thiem. Ya en el
siglo XX investigadores franceses, rusos, norteamericanos y de otros países
establecieron tratados válidos sobre las aguas subterráneas; son muchos y tratan
temáticas muy variadas, con lo que se logró el conocimiento actual de las distintas
temáticas de la Hidrogeología, aunque existen aspectos, aún poco estudiados, como la
relación de las condiciones hidrogeológicas con los procesos de salinización y
desertificación de suelos y otros relacionados con el medio ambiente.
La Hidrogeología es una ciencia muy amplia que, como ciencia independiente de la
Geología, a nivel internacional comenzó a ser considerada en la década del cincuenta,
teniendo su mayor desarrollo a finales del sesenta del pasado siglo XX. Las aguas
subterráneas son analizadas, aún erróneamente, por muchos autores, desde el punto
de vista hidráulico, en ocasiones, enfocando sus leyes y particularidades,
independientemente de los procesos geológicos que existieron y se producen en los
territorios de desarrollo de dichas aguas. Este análisis de la hidrogeología es erróneo,
pues el agua subterránea es un mineral más de composición simple que se diferencia
de los demás minerales existentes en la naturaleza por sus propiedades de movilidad
y reposición y debe su origen y composición química a procesos de diversos orígenes.
1
�Capítulo 1 ASPECTOS GENERALES
1.1 Conceptos fundamentales
La Hidrogeología es la ciencia que se ocupa del estudio de las aguas subterráneas.
Este estudio no puede ni debe ser de forma unilateral, analizando solamente las
características físicas y químicas de estas aguas, de las rocas donde se almacenan y
por las cuales, a su vez, transitan. Para poder conocer el origen de las aguas
subterráneas, su quimismo, composición y estructura de los horizontes y yacimientos
acuíferos y cuencas subterráneas, es imprescindible definir los procesos que existieron
en distintas épocas geológicas, es decir, esclarecer la Paleohidrogeología del territorio
de estudio, lo que nos puede definir, conjuntamente con la hidrológica superficial,
climatología, la participación de las aguas subterráneas en el intercambio hídrico en la
naturaleza; para ello se requiere, además, el estudio de las condiciones geológicas,
hidrográficas y climáticas locales o regionales, en dependencia de la magnitud del
área a investigar; para ello la Hidrogeología también se apoya en otras ciencias que
pueden proporcionar datos necesarios.
Los tipos de aguas subterráneas que existen en la naturaleza los podemos definir de
acuerdo con la clasificación del científico ruso Serguéiev (1959), basado en toda una
gama establecidas y cuya clasificación es la siguiente:
Aguas en forma de vapor
- Aguas fuertemente adheridas o absorbidas
- Aguas débilmente adheridas
Aguas libres
- Agua capilar (capilar inmóvil y capilar con movimiento)
- Agua gravitacional (agua de infiltración y del flujo subterráneo)
Agua en fase sólida
- Agua cristalizada, zeolítica y de constitución
Las aguas en forma de vapor se encuentran en el aire en rocas secas o parcialmente
saturadas, en poros, grietas, cavernas, etc. Las aguas libres se encuentran en los
poros o grietas en el área de acción de la capilaridad efectiva de las distintas rocas o
sedimentos, y como agua subterránea que bajo la acción de la fuerza de gravedad
tienen movimiento a través de las cavidades en comunicación dentro de las rocas
acuíferas con distintas formas de yacencia.
Las aguas zeolíticas y constitucionales se encuentran formando parte de algunos
minerales y rocas que en su contenido mineralógico contienen moléculas de H2O que
pueden oscilar en un amplio diapasón. Las aguas cristalizadas forman parte de la
composición de toda una serie de minerales como por ejemplo: el yeso (CaSO4·2H2O),
la mirabilita (Na2SO4·10H2O), la carnalita (KCl·MgCl·6H2O) y otros.
La hidrogeología estudia todos los tipos de aguas y principalmente, las aguas
gravitacionales contenidas en distintas rocas, por su edad geológica, composición,
origen y permeabilidad, que participan en la composición y estructura de la corteza
terrestre con un espesor aproximado de 16 000 m, en las que según Vernadsky
contienen cerca de 400·106 km3 de aguas libres y adheridas.
Las aguas subterráneas se encuentran relacionadas con otras aguas del sistema
terrestre mediante el intercambio hídrico (con la atmósfera y biosfera). Es necesario
señalar que el intercambio hídrico en la naturaleza no es invariable desde el punto de
vista cuantitativo y cualitativo, su comportamiento depende de diversos factores tanto
2
�geológicos, antrópicos, como cósmicos que influyen en las características de la corteza
terrestre, debido a ello, las aguas subterráneas presentan también características
cuantitativas y cualitativas variables en tiempo y espacio.
Las aguas subterráneas representan un mineral de composición simple, que a
diferencia de otros minerales, es renovable debido a las leyes del intercambio hídrico
e hidrodinámicas que rigen su comportamiento dentro de las rocas acuíferas, en
dependencia de las propiedades físicas de estas. Como todo mineral, las aguas
subterráneas tienen la propiedad de ocupar una posición determinada en el espacio
geológico, es decir, las mismas se encuentran relacionadas con determinadas
estructuras geológicas. Independientemente de las propiedades de movimiento y
reposición de las aguas subterráneas, estas ocupan zonas determinadas en la
litosfera.
Se determinan yacimientos de cualquier mineral útil aquellos que su extracción es
económicamente necesaria y racional debido a la gran importancia de las aguas
subterráneas para satisfacer las necesidades de la sociedad, un factor de gran
importancia lo representa la definición de los yacimientos de ellas. Uno de los
primeros que determinó correctamente el sentido de los yacimientos de aguas
subterráneas fue el científico ruso Kamíensky en 1947, definiendo los mismos de la
siguiente forma: “...los lugares donde se encuentran recursos considerables de aguas
subterráneas útiles para el abastecimiento de grandes poblaciones e industrias o que
puedan servir como base hidromineral para la construcción de zonas turísticas y
medicinales y para la rama de la industria química, pueden ser denominados
yacimientos acuíferos, introduciendo en el sentido del mismo un contenido especial
que refleje no sólo la forma de yacencia de las rocas acuíferas, sino también la
dinámica y régimen de las aguas...”
En la definición de yacimientos de las aguas subterráneas tuvieron también gran
influencia los trabajos de Pasójov y Tolstíjin. Considerando las distintas definiciones de
yacimientos de aguas subterráneas y conocimientos de las mismas, en 1983 el
científico ruso Antónov propuso la siguiente definición de yacimiento de aguas
subterráneas que entendemos es la más correcta en la actualidad: “...yacimiento de
aguas subterráneas lo representa el almacenamiento (natural o artificial) de aguas
subterráneas que tanto desde el punto de vista cuantitativo como cualitativo puede
ser utilizado en determinadas condiciones de la técnica y determinadas condiciones
económicas...”
Los yacimientos de las aguas subterráneas representan la siguiente clasificación:
1. Yacimientos de aguas subterráneas dulces, útiles para el abasto potable, en la
agricultura y otros.
2. Yacimientos de aguas subterráneas útiles para abastos tecnológicos.
3. Yacimientos de aguas subterráneas minerales, medicinales y balneológicas.
4. Yacimientos de aguas subterráneas industriales.
5. Yacimientos de aguas subterráneas energéticas (termales).
Como yacimientos de aguas subterráneas dulces, asumimos la clasificación de
Plótnikov que subdivide los mismos en yacimientos sin presión (freáticos) y con
presión (artesianos). Con los yacimientos freáticos se relacionan los depósitos areno
guijarrosos de valles, ríos y rocas agrietadas y cársticas. Con los yacimientos
artesianos se relacionan las cuencas artesianas en plataformas y geosinclinales,
depósitos areno-guijarrosos de conos de deyección (en algunos casos estos últimos
pueden ser freáticos), yacimientos en zonas de dislocaciones tectónicas y otros en
depósitos cuaternarios de origen glacial. Los yacimientos de aguas subterráneas,
útiles para abasto tecnológico, se relacionan con los antes señalados, aunque por sus
3
�características hidrogeoquímicas no pueden ser utilizados en abasto potable, en la
agricultura, etc.
Con las aguas minerales, medicinales y balneológicas se relacionan los yacimientos en
macizos agrietados, yacimientos de cuencas artesianas en plataformas, yacimientos
intramontanos, en zonas premontañosas de cuencas artesianas; también se asocian
con esta agua yacimientos relacionados con zonas volcánicas. Los yacimientos de
aguas industriales y termales generalmente se relacionan con cuencas artesianas en
plataformas y depresiones entre montañas, con zonas premontañosas y zonas de
vulcanismo actual o reciente.
En estudios regionales los yacimientos de aguas subterráneas pueden ser
considerados en algunos casos como microestructuras que forman parte de una
estructura regional cuyos límites y composición geológica no define las cuencas
subterráneas, que en algunos casos están formadas por varios tipos de yacimientos
en dependencia de la tectónica y estructuras geológicas existentes, incidiendo en ello
la Paleohidrogeología del territorio.
1.2 Ciclo hidrológico en la naturaleza
Con las zonas de tierra firme y superficie acuática del globo terrestre se relaciona
directamente el ciclo hidrológico de la naturaleza, el cual representa un proceso muy
complejo, formado por varios elementos, evaporación, traslado del vapor de agua por
los flujos de aire, formación de nubes, precipitaciones atmosféricas y flujo de agua
superficial y subterráneo hacia los océanos.
El agua en todas las esferas de la tierra, atmósfera, hidrosfera y criosfera, se
interrelaciona con las condiciones existentes formadas por los cambios de
temperaturas y presiones, transpiración, deshidratación, condensación e infiltración.
Las aguas pueden pasar de una esfera a otra, a la vez que cambian su estado físico y
químico.
Anualmente, la superficie de la tierra recibe del sol alrededor de 13,4·1020 kcal de
calor. De ellos, 3·1020 kcal (22 %) se gasta en la evaporación desde la superficie
acuática, tierra, suelos, vegetación y otras superficies de evaporación. Los vapores
que se forman durante la evaporación se dirigen a la atmósfera, donde al encontrar
otras condiciones termodinámicas con la existencia de partículas que cuentan con
propiedades higroscópicas (absorben y desprenden humedad), se condensan y de
nuevo caen a la superficie terrestre en forma de precipitaciones atmosféricas que
pueden estar representadas en distintas latitudes por lluvias, granizos, nieve y otras.
Las precipitaciones se evaporan nuevamente desde la superficie terrestre, acuática y
suelos, una parte escurre a los ríos, mares y océanos, otra parte se infiltra a través de
rocas permeables formando los horizontes acuíferos o reponiendo los mismos,
cambiando en ellos sus niveles, reservas de aguas subterráneas, composición
química, temperatura y otras propiedades.
Los procesos del paso del agua, de una esfera a otra, forma el ciclo hidrológico en la
naturaleza y sus fases las podemos observar en el esquema siguiente:
4
�FIGURA 1.1. Ciclo hidrológico en la naturaleza.
Pt – Precipitaciones sobre la superficie sólida de la tierra
E.T – Evaporación desde la superficie sólida de la tierra
Po – Precipitaciones sobre los mares y océanos
Eo – Evaporación desde la superficie de los mares y océanos
F0– Flujo de humedad atmosférica desde los mares y océanos hacia la tierra
firme
Ft – Flujo de humedad atmosférica desde la tierra firme hacia los mares y
océanos
Q – Escurrimiento desde tierra firme hacia los mares y océanos
Q= Er + Es
(1.1)
(Er– Escurrimiento de ríos Es – Escurrimiento subterráneo)
Debe señalarse que el ciclo hidrológico en la naturaleza, cualitativa y
cuantitativamente, no es invariable en tiempo y espacio, por ello las ecuaciones que
se presentan del ciclo hidrológico representan sólo la relación actual entre las
precipitaciones atmosféricas, evaporación y escurrimiento. Es decir, la existencia de
tierra firme y océanos en distintas etapas geológicas, ha variado considerablemente
debido a las transformaciones geólogo–tectónicas y climáticas ocurridas en toda la
historia de la tierra, desde el inicio de su existencia hasta la actualidad, por lo que en
distintas etapas geológicas las condiciones cualitativas y cuantitativas de los
elementos del ciclo hidrológico variaron, también considerablemente.
Sobre la superficie del globo terrestre en distintas etapas geológicas variaron las
condiciones de tierra firme: temperaturas, nubosidad y cantidad de precipitaciones
atmosféricas, lo cual ha sido definido por científicos que han estudiado estas
condiciones y sobre las cuales presentamos la versión de Borísov en la Tabla 1.1.
El ciclo hidrológico en la naturaleza, como proceso formador de clima, tiene gran
significado actual, el cual genéticamente está relacionado con los climas anteriores. En
la actualidad, en relación con los procesos del paso del agua de una esfera a otra, se
diferencian tres ciclos hidrológicos: 1ro: pequeño, 2do: grande y como parte de este
último un 3ro: interno continental.
5
�En el ciclo pequeño, la humedad que se evapora desde la superficie de mares y
océanos no es trasladada por el flujo de aire hacia la tierra firme, sino que se precipita
sobre la misma superficie acuática. Este ciclo, por datos de muchos años, responde a
la siguiente ecuación de equilibrio:
Em = Pm
(1.2)
Em- Evaporación anual desde la superficie acuática
Pm- Precipitación anual sobre la superficie acuática
En el ciclo grande, parte de los vapores de agua son trasladados desde los océanos
hacia la tierra firme y caen en forma de precipitaciones que posteriormente escurren
hacia los mares y océanos. Por datos de muchos años, a este ciclo corresponde la
siguiente ecuación de equilibrio:
Et = Pt – Q
(1.3)
Et – Evaporación anual desde la superficie de tierra firme
Pt – Precipitación anual sobre tierra firme
Q – Escurrimiento anual desde tierra firme hacia océanos y mares
Para el océano mundial, la ecuación del ciclo grande se expresa por la siguiente
fórmula:
Em = Pm + Q
(1.4)
Igualando las ecuaciones 2 y 3 tenemos:
Em + Et = Pm + Pt
(1.5)
Es decir: la suma de la evaporación del agua desde la superficie de los océanos y
tierra firme es igual a la suma de la precipitación sobre la misma superficie. Utilizando
la ecuación 1 para territorios sin escurrimiento superficial tenemos:
Et.s.c = Pt.s.c.
(1.6)
Et.s.c.- Evaporación anual en territorios sin escurrimiento
Pt.s.e. – Precipitaciones en territorios sin escurrimiento
Sumando las ecuaciones 4 y 5 obtenemos la ecuación del ciclo hidrológico para todo el
globo terrestre:
Em + Et + Et.e.s. = Pm + Pt + Pt.s.e
(1.7)
6
�En la Tabla 1.2 se presentan los valores de elementos del ciclo hidrológico para todo
el Globo Terrestre y en la Tabla 1.3 valores de elementos del ciclo hidrológico en la
Tierra.
Tabla 1. 1 Características del clima en distintas etapas geológicas
Periodo
geológico
Área de
tierra
firme
km2
6
Relación Temperatura
Nubosidad
Precipitaciones
anual
con área media
%
Anuales (mm)
actual de del aire- C0
tierra
firme-%
Latitudes Geográficas
45
60
75
45
60
75
45
60
75
Argeozoa
2,96·10
18
34
33
32
Neblina Total
1800
1500
1200
Proterozoa
4,5·106
26
30
15
5
¨
1800
1000
600
6
25
20
14
10
62
72
92
600
600
1000
Ordovicio
6
4,5·10
26
20
12
6
58
68
88
600
400
400
Debónico
4,5·106
26
18
14
10
53
63
83
700
300
400
6
32
18
10
6
60
70
90
800
600
400
6
Cámbrico
Carbono
4,2·10
5,4·10
Pérmico
5,8·10
34
14
8
4
58
68
88
600
400
300
Triásico
13,6·106
Jurásico
80
16
12
6
55
65
85
800
600
400
6
49
16
4
2
60
70
90
800
600
300
6
53
16
10
4
55
65
85
800
600
400
8,4·10
Cretácico
9,0·10
Paleógeno
13,4·106
79
14
3
0
-
-
-
600
400
300
6
88
20
10
-2
48
58
78
600
600
400
6
Mioceno
15,0·10
Plioceno
16,8·10
99
12
3
-15
-
-
-
400
400
200
Holoceno
17,0·106
100
10
5
0
50
60
80
500
600
200
7
�Tabla 1.2. Valores de elementos del ciclo hidrológico en el Globo Terrestre
Superficie
Área
km
Precipitaciones Evaporación
2
km3
mm
km3
mm
Escurrimiento hacia océanos y
mares
Superficial
Subterráneo
mm
km
mm
km3
-
Total
mm km3
Globo
terrestre
510·106
1130
577
000
1130
577
000
-
-
-
Océano
Mundial
361·106
1270
458
000
1400
505
000
124
44
700
6
2 200 130
47
000
924
110
000
529
63
000
376
44
700
19
2 200 395
47
000
Escurrimiento 119·106
externo en
tierra firme
Escurrimiento
interno en
tierra firme
30·106
300
9 000
300
9 000
-
-
-
Tierra firme
149·106
800
119
000
485
72
000
300
44
700
15
-
-
-
-
-
2 200 315
47
000
Tabla 1.3. El balance hídrico en la naturaleza según datos del Decenio Hidrológico
Internacional con cierre en 1975 (UNICEF)
Tipo de Agua
Distribución
2
km *10
Océanos
6
Volumen
km
3
Lámina
M
Porciento de las
reservas-%
De las totales
De las
potables
361,3
1338,0
3700,0
96,5
-
Total
134,8
25,4
174,0
1,7
-
Potable
134,8
11,53
78,o
0,76
32,0
Humedad del suelo
82,0
0,0165
0,2
0,001
0,0045
Glaciales-nieves
eternas
16,2
24,064
1463,0
1,74
66,78
Hielos subterráneos
21,0
0,3
14,0
0,022
0,83
Total
2,0587
0,1764
85,7
0,013
-
Potable
1,2364
0,091
73,6
0,007
0,25
2,6826
0,115
4,28
0,008
0,03
Ríos
148,8
0,00212
0,014
0,0002
0,006
Agua Biológica
510,0
0,00112
0,002
0,0001
0,003
Agua en la atmósfera
510,0
0,129
0,025
0,001
0,036
Reservas Totales
512,0
1388,1916
5441,22
100,0
-
Aguas Potables
148,0
36,0292
235,0
2,59
100,0
Aguas
Subterráneas
Lagos
Pantanos
8
�Como ya se mencionó, además de los ciclos pequeño y grande, en la hidrología existe
y se estudia el ciclo continental interno, el cual forma parte del ciclo hidrológico
grande y tiene lugar en cada territorio o tramo de la tierra firme de los continentes.
En este ciclo, tiene importancia principal la formación de precipitaciones adicionales o
locales, debido a la evaporación desde el área de estos territorios o tramos de tierra
firme. Con esta evaporación, en la suma de las precipitaciones atmosféricas que
llegan desde el exterior (desde los océanos), generalmente se adicionan pequeñas
cantidades de precipitaciones locales, lo cual se refleja en la ecuación para el Globo
Terrestre, según Budiko.
K=
K=
Em + Et
(Pm + Et ) + Pt − Q
=
Em
Em + Q
(1270 + 130) + (800 − 395) 1805
=
= 1,14
1270 + 315
1585
Como puede observarse, del valor obtenido en K, el papel principal en la formación de
las precipitaciones atmosféricas en los continentes, lo representa la humedad
procedente de los océanos, ya que a la evaporación que ocurre en los continentes
corresponde solamente un 14 % de las precipitaciones totales que ocurren en los
mismos.
Para cuencas hidrográficas en territorios donde están desarrolladas aguas
subterráneas con intercambio hídrico intenso y que son drenadas por ríos, el balance
hídrico de las cuencas, según Kudelín, se expresa por la ecuación:
X0 = Y0 + Z0
Donde: X0 =
Y0 =
Z0 =
∑Y
n
∑ Z
n
-
(1.8)
∑ X
- Norma de precipitaciones para una cuenca determinada, mm/año
n
- Norma del escurrimiento de los ríos para una cuenca determinada
incluyendo el escurrimiento subterráneo relacionado con el, mm/año
Norma de evaporación para una cuenca determinada, mm/año
∑ X ,∑Y , ∑ Z : Suma de precipitaciones, escurrimiento y evaporación de la cuenca que
se analiza, mm
n-
Número de años que se analiza (serie preferiblemente mayor de 50 años)
Para la aplicación de la fórmula 7, es requisito que el área de alimentación de las
aguas subterráneas se desarrolle dentro del área de la cuenca hidrográfica que se
analiza y que a la cuenca no lleguen aguas subterráneas de cuencas hidrográficas
vecinas, así como que de la cuenca que se analiza no ocurra flujo de las aguas
subterráneas, freáticas o artesianas con alimentación en la cuenca, hacia cuencas
hidrográficas vecinas, por lo cual deben ser detalladas las condiciones de estructuras
geológicas y litología presentes.
9
�Cuando las cuencas hidrográficas son pequeñas y se encuentran ocupando distintas
partes de cuencas artesianas (tramos de cuencas), las ecuaciones del balance se
diferencian.
1- Cuando la cuenca hidrográfica, o parte de ella, se encuentra en zona de
alimentación de una cuenca subterránea artesiana:
X0 = Y0 Z0 I0
(1.9)
I0- Infiltración media hiperanual en zona de alimentación de la cuenca artesiana.
2- Cuando la cuenca hidrográfica, o parte de ella, se encuentra en zona de
descarga de cuenca subterránea artesiana:
X0 = Y0 – V0
(1.10)
V0- Escurrimiento subterráneo medio hiperanual de descarga del acuífero en la
cuenca, mm/año.
3- Cuando la cuenca hidrográfica, o parte de ella, se encuentra en zonas de
alimentación y descarga de una cuenca subterránea artesiana:
X0 = Y0 + Z0 + I0 V0
(1.11)
4- Cuando la cuenca hidrográfica se encuentra en zona de presión (tránsito) de
aguas artesianas se aplica la fórmula 7.
De forma general, para las cuencas hidrográficas, en un perfil anual por datos de
muchos años de observación, la ecuación del balance hídrico responde a la
siguiente expresión:
X0 = Y0 + Z0 ± W0
(1.12)
Donde W0- Infiltración o escurrimiento medio hiperanual, hacia o desde horizontes
profundos o la diferencia entre ellos-mm/año (en zonas de presión de aguas
subterráneas W0 = 0).
Si en la fórmula 11 se considera Y0 = 0 tenemos la ecuación del balance hídrico
para cuencas sin escurrimiento superficial:
X0 = Z0 + W0
(1.13)
Donde W0 – Infiltración media hiperanual hacia acuíferos profundos- mm/año.
La fórmula 12 se aplica en Hidrogeología para la evaluación de los recursos
naturales de los acuíferos que forman parte de cuencas artesianas, mediante la
transformación de la fórmula, de donde:
W0 = X0 – Z0
(1.14)
La resolución de las ecuaciones del balance hídrico presentado se lleva a cabo
mediante la utilización de datos de muchos años de observación sobre los
elementos: precipitación, evaporación e infiltración. La base de obtención de los
datos necesarios la representan las redes de observación sistemática compuestas
por:
10
�1- Red pluviométrica de control de las precitaciones por pluviómetros y otros
equipos.
2- Red hidrométrica de control del escurrimiento superficial de los ríos por
estaciones.
3- Red meteorológica de estaciones climatológicas en las que se incluye el control
de la evaporación mediante evaporímetros.
4- Red hidrogeológica de puntos de observación (calas, pozos, calicatas, etc.) del
régimen de las aguas subterráneas (nivel, temperatura y otros).
1.2.1 Cálculos hidrológicos aplicados en la Hidrogeología
La Hidrogeología, ciencia que entre sus funciones se ocupa del estudio de las aguas
subterráneas que participan en el ciclo hidrológico de la naturaleza, necesita estudiar
los restantes elementos de este ciclo, ya que la cantidad y calidad de las aguas
subterráneas en gran medida depende del comportamiento de esos elementos del
ciclo hidrológico, sobre todo cuando se ejecutan estudios hidrogeológicos relacionados
con la evaluación de las reservas de explotación de aguas subterráneas,
mejoramiento de suelos agrícolas y otros.
De los elementos necesarios para la definición de los balances hídricos, el más
complejo a determinar, lo representa la evaporación, en muchos casos por falta de
datos de observaciones. En tal caso, puede determinarse de forma analítica aplicando
la fórmula de Poliakóv, donde:
Z=
RX LX
R
R
(1 − ch
+ Sh
th
L
R
LX
LX
(1.15)
Z- Evaporación media hiperanual -mm
Th, ch, sh – Tangente, coseno y seno hiperbólicos
R- Flujo de radiación de calor -kcal
X- Precipitación media anual -mm
L- Calor encubierto en la evaporación (L = 0,6 kcal.)
La evaporación media anual puede ser determinada por expresión de Tiurk donde:
Zt =
X
X2
0,9 +
Z t . max
(1.16)
Zt –Evaporación media anual desde la superficie del terreno -mm
X- Precipitación media anual -mm
Zt.max.- Evaporación máxima anual -mm
Zt.max. = 300+25 (t) + 0, 05 t3
(1.17)
t- Temperatura media anual- 0 C
11
�En los procesos de evaporación es necesario diferenciar la evaporación propiamente
de la evaporabilidad:
-
Evaporación- es el volumen de agua que se evapora de determinado territorio
por condiciones climáticas existentes en determinado periodo de tiempo.
-
Evaporabilidad- Es la posibilidad de evaporación máxima existente en
determinados territorios por condiciones físicas, geográficas y climáticas
presentes.
-
La evaporabilidad, según Ivanóv, se puede determinar por la expresión
siguiente:
Z* = 0,0018 (2+ t) (100- r)
(1.18)
t- Temperatura media mensual del aire- 0 C
r- Humedad relativa media mensual del aire- %
t, r – se determinan por datos de observaciones de varios años
Tabla 1.4. Valores de evaporabilidad y evaporación según Borísov
Zonas
Evaporabilidad –
mm/año
Evaporación – mm/año
Tundra
200 – 300
70 – 120
Taigá
300 – 600
200 – 300
Zonas boscosas
400 – 850
250 – 430
Estepa
600 – 1 100
240 – 550
Semidesiertos
900 – 1 000
180 – 200
Desiertos
1 500 – 2 000
50 – 100
Subtrópico
800 – 1 300
300 – 750
Determinación de precipitaciones medias anuales
El método que más detalle aporta en la determinación de las precipitaciones está
basado en el mapa de Isoyetas. Este mapa se elabora por datos de una red
pluviométrica por observaciones realizadas en un periodo de tiempo no menor de 30 –
50 años, mientras mayor sea el periodo de observación, mayor será la
representatividad y veracidad del mapa que se obtenga.
Las isoyetas representan líneas de iguales valores de las precipitaciones,
fundamentadas en el concepto de la existencia de un carácter discreto de las
ocurrencias de estas, es decir, cuando ocurren las precipitaciones su distribución no es
homogénea en área, ni ocurren las mismas en todo el territorio, ya que siempre
existen áreas dentro del territorio de precipitaciones donde estas no ocurren.
Las precipitaciones medias anuales o mensuales pueden ser determinadas también y
de forma aproximada por la siguiente fórmula:
X=
1
(X1 F1 + X2 F2+.Xn Fn)
F
(1.19)
12
�Donde: F - Área total del territorio - km2
X1, X2, Xn; F1, F2, Fn – Valores medios de precipitaciones (mm) entre isoyetas vecinas
y áreas (km2) correspondientes a territorios entre isoyetas.
Determinación de escurrimiento superficial
En el escurrimiento superficial (fluvial-escurrimientos de ríos) influyen varios factores,
como son: la intensidad y extensión de las precipitaciones, relieve del terreno en la
cuenca hidrográfica colectora, densidad, área y sinuosidad de la red hidrográfica,
infiltración de las precipitaciones (por permeabilidad del suelo), evaporación,
vegetación y otros de menos relevancia.
El escurrimiento medio anual de ríos, en la práctica, generalmente se determina por
datos concretos de observaciones en estaciones hidrométricas, siendo las más
características las ubicadas próximas a la desembocadura de los ríos. También por
fórmulas analíticas que consideran los parámetros representantes de los factores
antes mencionados que influyen en el escurrimiento de los ríos.
Para la determinación del escurrimiento medio anual en estaciones hidrométricas los
cálculos se basan en la lámina de agua en el cauce y valle de los ríos en distintos
períodos del año, con cálculos del escurrimiento por mediciones en el transcurso del
año, para lo cual la fórmula más usual es:
Q = kq1b1 +
q1 + q2
q + qn
b2 + ...... + n−1
bn + kqnbn+1
2
2
(1.20)
Donde: q1, q2,.....qn- Caudal de agua en las verticales
B1, b2,......bn+1- Distancia entre verticales
k- Coeficiente de velocidades en las verticales de orilla. (k = 0,7- con lámina
de agua h = 0, k = 0,8- con orilla del río muy sinuosa, k = 0,9- con orilla
totalmente lisa).
Q = vh
(1.21)
v- Velocidad media en las verticales
h- Lámina de agua en la vertical
Las velocidades medias por verticales se determinan utilizando los denominados
molinetes eléctricos u otros instrumentos de medición de velocidad a distintas
profundidades.
En aplicaciones hidrogeológicas prácticas es de gran importancia conocer el módulo
del escurrimiento superficial, es decir, el caudal de agua por km2 que aporta la cuenca
hidrográfica y se determina por la fórmula:
M0 =
Q
F
(1.22)
Donde: Q- Caudal medio hiperanual del escurrimiento del río- l/ s, este módulo puede
ser determinado también para distintos periodos del año, según
conveniencia.
F- Área de la cuenca hidrográfica- km2
La lámina de agua media hiperanual en los ríos se determina por la fórmula:
h0 = 3,15 M0
(1.23)
13
�En la práctica es de gran interés conocer el volumen medio hiperanual del
escurrimiento superficial, el cual puede ser determinado por la fórmula:
Q0 = h 0 F
(1.24)
En los estudios hidrogeológicos es de gran importancia también conocer el volumen
de agua que se infiltra de las precipitaciones atmosféricas que ocurren en las cuencas
hidrográficas, para lo cual se determina el coeficiente del escurrimiento subterráneo:
Ms =
KM 0
100
(1.25)
K- Coeficiente modular, caracteriza la parte que corresponde al escurrimiento
subterráneo, por él se define la acuosidad y permeabilidad de las rocas presentes
en las cuencas hidrográficas y los recursos de aguas subterráneas por infiltración
de las aguas de escurrimiento superficial.
K=
Mmin-
M min
M0
(1.26)
módulo del escurrimiento superficial mínimo por km2 de las cuencas
hidrográficas para periodos de escurrimientos mínimos que coinciden con los
periodos en que los ríos se alimentan de las aguas subterráneas (Período de
estiaje)- l/s·km2.
M0- Módulo del escurrimiento superficial de las cuencas hidrográficas- l/seg·km2.
100- Coeficiente correlacional.
1.3 Breve introducción a la Paleohidrogeología
La Paleohidrogeología, parte integral de la Hidrogeología que se dedica al estudio del
desarrollo hidrogeológico en distintas épocas geológicas, constituye un factor
primordial para la comprensión de las condiciones hidrodinámicas e hidroquímicas
actuales. En cualquier investigación hidrogeológica que se ejecute, para mayor
comprensión de las características presentes en el territorio de estudio deben
establecerse las condiciones paleohidrogeológicas, ya que del establecimiento de estas
condiciones depende en gran parte el enfoque que se dé a las investigaciones y a los
fenómenos de distinta índole, geológicos e hidrogeológicos que puedan existir en
determinados territorios.
Aunque esta temática no concuerda totalmente con el objetivo central del presente
libro, además que requiere de investigaciones especializadas, sí queremos hacer una
breve referencia a la Paleohidrogeología en general, pues ella contribuye a la
aplicación de los conocimientos que aquí trasmitimos.
En la actualidad se tiene, en general, poco conocimiento sobre la Paleohidrogeología
de los distintos países, a pesar de que a nivel internacional se profundice en el tema
cada vez más. Por tal motivo, a continuación presentamos, de forma abreviada y
esquemática, una breve introducción sobre dicha temática.
Las principales cuencas subterráneas y acuíferos pertenecen a formaciones geológicas
de edades posteriores al Eoceno Medio (P 22 ) ya que en este período, y anterior al
mismo, las estructuras formadas son las más complejas, presentando las mismas
manifestaciones magmáticas de amplias proporciones.
Los procesos de sedimentación en ambiente marino se desarrollaron ampliamente
desde el Paleógeno hasta el Mioceno (N1) debido a la estabilidad tectónica y a las
sucesivas transgresiones y regresiones del mar que caracterizan a la
14
�Peleohidrogeología a nivel internacional. A partir del Mioceno los procesos de
sedimentación fueron muy variados, produciéndose la sedimentación de material,
tanto de origen marino como terrígeno, que originó la formación de sedimentos
mayormente carbonatados y friables de génesis muy variada.
En la Tabla 1.5 presentamos las características de procesos más influyentes en la
sedimentación de materiales que posteriormente constituyeron las distintas
formaciones geológicas que en la actualidad mantienen esas características, formando
los principales acuíferos.
En el desarrollo paleohidrogeológico, a partir del Eoceno, existen tres etapas
principales que influyeron sobre las condiciones hidrogeológicas actuales:
1. Etapa eocénica: vulcanogeno-marina
2. Oligoceno-miocénica: predominantemente marina.
3. Plioceno–cuaternario: innumerables sucesiones de transgresiones y regresiones
del mar.
Según la clasificación de Stráxov, las rocas formadas durante estas etapas se
relacionan con los siguientes complejos dinámicos de procesos evolutivos de
sedimentación en la historia de la Tierra.
•
Etapa eocénica: cuarto complejo
•
Etapa oligoceno-miocénica: tercer complejo
•
Etapa plioceno-cuaternaria: segundo y primer complejo
Etapa eocénica: Gran parte de los continentes e islas se encontraba cubierta por el
mar, en muchos de ellos, al igual que en territorios de tierra firme, predominaban
macizos montañosos; existió un vulcanismo intrusivo y a menudo se efectuaban
erupciones submarinas. Al mismo tiempo, se desarrollaba la denudación de los
macizos montañosos bajo la acción del intemperismo y los productos de la misma
eran arrastrados por los ríos hacia el mar. De tal forma, en el lecho marino se
depositaron tanto sedimentos carbonatados como efusivos. Los componentes
principales del complejo marino-efusivo sedimentario lo representan las calizas,
areniscas polimíxticas, aleurolitas y rocas arcillosas, formadas por la reelaboración de
los materiales efusivos.
Debido a lo anteriormente expuesto, en la etapa vulcanógeno-marina se formaron,
con preponderancia, sedimentos poco arcillosos, conteniendo en la fase inicial aguas
marinas.
Etapa oligoceno-miocénica: Esta etapa se relaciona con un periodo de trasgresión
del mar predominantemente estable y prolongada; dicha estabilidad fue relativa ya
que la línea de costa del mar constantemente cambiaba su configuración,
retrocediendo o avanzando en tierra firme.
Las rocas que se formaron en esta etapa están representadas principalmente por
calizas, margas y arcillas carbonatadas. Por las condiciones de sedimentación de las
rocas en toda una serie de casos, indudablemente es de mares poco profundos, como
por ejemplo las calizas organogenas que contienen corales. En esta etapa se formaron
rocas que durante su aparición en la superficie terrestre pasaron a ser permeables
(calizas, areniscas, etc.), otras relativamente impermeables (arcillas y margas).
Etapa plioceno-cuaternaria: Durante esta etapa ocurrieron varios cambios
provocadas por transgresiones y regresiones del mar; las condiciones de
sedimentación fueron tanto marina como continentales (de tierra firme); predominó la
sedimentación desde arenas gravosas hasta arenas finas y arcillas; su deposición
ocurrió de forma muy variada, tanto en área como en perfil, debido a los cambios en
15
�la posición de la línea de costa, la intensidad de la denudación y acumulación de
sedimentos; por esta razón en esa etapa, predominantemente, no se formaron
estratos con potencias uniformes en grandes extensiones de territorios.
La característica principal de esta etapa fue la deposición de sedimentos en ambos
lados de la línea de costa del mar; en territorio del mar la sedimentación se desarrolló
en zonas de playas, lagunas costeras, en las terrazas; en tierra firme en terrazas,
valles y taludes de macizos montañosos, sobre todo donde los ríos escurrían desde las
regiones montañosas. Los cambios de la línea de costa provocaron la mezcla de todos
los sedimentos arrastrados hacia esta línea.
Mientras ocurrían las regresiones del mar el área de tierra firme se ampliaba, en estas
condiciones se desarrollaba el área de intemperismo de las rocas, principalmente de
las calizas y arcillas; en muchos territorios con calizas del Mioceno se originaron
procesos de lixiviación, dando origen a un amplio desarrollo del carso; paralelo a ello,
se desarrollaba el intemperismo de los macizos montañosos, lo que favoreció el
incremento de la deposición de material friable en los valles de los ríos. Los cauces de
los ríos durante el ascenso del territorio se profundizaron y llenaron con estos
materiales, a la vez que cambiaban sus posiciones.
Durante el proceso de sedimentación y posterior emersión de las rocas, las mismas se
encontraban saturadas con aguas saladas de origen marino y en muchos lugares se
formaron lagos salinos que durante su evaporación, al paso del tiempo, formaron las
rocas evaporitas y sus sales. Posteriormente, debido a distintos procesos geológicos
ocurridos y bajo la influencia de aguas de origen fluvial y atmosférico, se ejecutó el
desplazamiento de las aguas saladas por las aguas dulces de infiltración. Este
proceso, en distintos lugares, se desarrolló a ritmos distintos en función de las
litologías de las rocas y sedimentos saturados con aguas saladas. En amplios
territorios, en la actualidad, aún existen acuíferos saturados con estas aguas y el
proceso de lavado de las rocas aún se encuentra en desarrollo, sobre todo en
formaciones con composición arcillosa independientemente de la posición que ocupan
sobre el nivel del mar.
16
�Tabla 1.5. Características paleohidrogeológicas por períodos geológicos
Pisos
Periodo
(Edad *106
años)
Índice
Características paleohidrogeológicas
Q
Sucesivas transgresiones y regresiones
del mar con formación de terrazas
marinas y ciénagas. Formación de
depósitos
proluviales,
eluviales
y
deluviales-proluviales en tierra firme.
Desarrollo
de
calizas
biohérmicas,
coralinas, calcarenitas, etc., en mares
someros. Acuíferos e impermeables
actuales.
N2
Ascenso de gran parte de territorios
continentales e islas. Formación en el mar
de calizas, areniscas, conglomerados,
etc., plegamiento suave de las rocas.
Acuíferos actuales.
N1
Trasgresión en el Mioceno inferior y
regresión paulatina de los mares que
culmina con la emersión de gran número
de islas a finales del Mioceno medio y
Mioceno
superior.
Deposición
de
sedimentos marinos profundos (margas y
calizas) neríticos carbonatados-terrígenos
(calizas, dolomitas, arcillas, areniscas,
conglomerados,
etc.).
Acuíferos
e
impermeables actuales.
6
(Edad *10
años)
Holoceno
(0,5)
Cuaternario
Pleistoceno
(1,5)
(1,0)
Plioceno
(9)
Neógeno
Mioceno
(24,0)
(15,0)
Los procesos de lavado más prolongados están presentes en aquellos territorios
formados por estratos arcillosos de origen marino, en los cuales los procesos de
lavado dependen de las características del intercambio hídrico existente entre las
aguas subterráneas y las atmosféricas y superficiales de infiltración. En relación con
esto, la zonalidad hidroquímica de las aguas subterráneas responde a esquemas
similares al que a continuación se presenta:
17
�Tabla 1.6. Zonalidad hidroquímica de las aguas subterráneas
Mineralización
p 0,3
Iones predominantes
⇓
(Cl )- HCO3
Ca- (Na)
Tipos de aguas
Aguas predominantemente de
precipitaciones atmosféricas
0,3-1,0
(Cl)- HCO3
⇓
Ca-Mg- (Na)
Intercambio hídrico intensivo
⇓ Na- Ca- (Mg ) Intercambio hídrico débil
1,0-2,0
(SO4)-Cl- HCO3
2,0- 3,0
(SO4)-HCO3 – Cl
⇓
3,0- 15,0
(HCO3)- SO4- Cl
⇓
Na- Ca- (Mg)
Na- Mg- (Ca)
Intercambio hídrico dificultoso
Intercambio hídrico sumamente
dificultoso
f 15,0
(SO4 – Cl)
⇓
Na- Mg- (Ca)
Aguas relícticas y de zonas con mezcla
de agua de mar y aguas marinas.
1.4 Principales estructuras hidrogeológicas
En estudios de las aguas subterráneas para distintos usos o en estudios de índole
ambiental que se ejecutan en cuencas de aguas subterráneas o acuíferos, es de gran
importancia saber qué estructura hidrogeológica está presente y sus dimensiones, ya
que la explotación y protección de las aguas subterráneas debe de estar argumentada
no sólo por las condiciones locales de un acuífero o cuenca, sino que debe
considerarse tanto el área de estudio como la que la rodea, por ello la importancia de
conocer el tipo de estructura que se estudia, sus dimensiones y contornos.
En la actualidad, por el desarrollo de las ciencias hidrogeológicas, se tiene una
clasificación de las estructuras hidrogeológicas muy variada, en dependencia de la
finalidad con que se establezcan las mismas. Teniendo como finalidad la distribución,
almacenamiento y leyes que rigen el movimiento de las aguas subterráneas, las
estructuras hidrogeológicas se dividen en estructuras de Primer Grado y estructuras
de Segundo Grado.
Una correcta definición de las estructuras hidrogeológicas permite, de forma
fundamentada, realizar la regionalización hidrogeológica y determinar las leyes que
rigen la existencia y desarrollo de las aguas subterráneas, sus recursos y quimismo de
las mismas. Esta regionalización debe ejecutarse con base en las estructuras
geológicas que se encuentren presentes en los territorios para los cuales se ejecuta la
regionalización hidrogeológica.
Con las estructuras de Primer Grado se relacionan las Macro Estructuras,
caracterizándose las principales por: Macizos Hidrogeológicos (MH), Cuencas
Artesianas (CA) y Cuencas Vulcanógenas (CV). Los Macizos Hidrogeológicos
representan la salida de las rocas del basamento a la superficie del terreno, las
mismas pueden estar cubiertas por rocas del Cuaternario y generalmente se
encuentran presentes formando cordilleras montañosas. Para los MH es característico
el desarrollo de distintos tipos de grietas (aguas de grietas) que forman, en el sistema
de reservorios, las vías del escurrimiento de las aguas subterráneas, no pocas veces
relacionado con las aguas freáticas de rocas cuaternarias. Dentro de los límites de los
MH, a menudo existen rocas carbonatadas, agrietadas y carsificadas, con las que se
relacionan las aguas cársticas, en estos casos los macizos de calizas carsificadas
presentan una gran variedad de formas y dimensiones. Como regla, el nivel de las
aguas cársticas se encuentra a menores cotas (mayores profundidades) que en las
18
�rocas que las rodean. Los macizos cársticos, a menudo, contienen grandes recursos
de aguas subterráneas, que en gran número de casos, fungen como fuentes de
alimentación de las redes hidrográficas presentes en zonas montañosas y representan
la principal alimentación de los ríos en periodos de estiaje (sequía), ya que grandes
volúmenes son almacenados durante el periodo húmedo (de lluvias) y durante el
período de estiaje son drenados, paulatinamente, por los cauces de ríos presentes,
generalmente, en zonas de dislocaciones tectónicas (fallas).
Las Cuencas Artesianas: Según el Diccionario Hidrogeológico e Ingeniero–Geológico,
son estructuras que están formadas por un basamento de rocas cristalinas y por una
cubierta sedimentaria, en la que se encuentra un complejo de capas acuíferas dentro
de una estructura de tipo sinclinal que cubre al basamento. En la cubierta de las CA se
encuentran desarrolladas aguas de estratos, freáticas, tanto en rocas porosas como
agrietadas y en muchos casos relacionadas con fallas que ocupan la parte superior del
corte de la cubierta. A mayores profundidades generalmente están presentes también
aguas artesianas (con presión).
En la cubierta de las CA existen horizontes compuestos por uno o varios estratos
acuíferos (o complejos acuíferos). Los complejos acuíferos pueden estar formados por
estratos de distinta composición litológica, de distintas o una misma edad geológica,
así como pueden existir estratificaciones compuestas por estratos permeables
(acuíferos) y relativamente impermeables (Seudo acuíferos o acuitardos).
Los estratos acuíferos pueden estar formados por rocas agrietadas, agrietado
cársticas, agrietado-cársticas porosas, agrietado porosa o porosa, por lo que dentro
de un mismo complejo acuífero pueden existir estratos con diferentes características
hidrodinámicas. Las CA, en función de las estructuras geológicas donde se encuentran
desarrolladas, se dividen en: CA de plataformas, CA de zonas montañosas plegadas
(entre estas últimas se diferencian las CA intermontanas) y CA de taludes. Cada tipo
de CA nombrada se caracteriza por tener sus propias características hidrogeológicas,
hidrodinámicas e hidroquímicas. Las CA de Plataformas son las de mayores
dimensiones y alcanzan hasta más de 1 000 000 km2. La edad de las CA se determina
por la edad del complejo acuífero (o estrato) inferior de la cubierta.
Con las CV se relacionan las CA cuyos acuíferos están formados por rocas
vulcanógenas. Las formaciones vulcanógenas de las CV generalmente yacen sobre
superficies tectónico-erosionadas que cubren los MH. Las CV se dividen en CV
terrestres, CV de mares y océanos y CV de transición (desarrolladas entre tierra firme
y mar).
Con las estructuras de Segundo Grado se relacionan los yacimientos de aguas
subterráneas, los cuales presentan una clasificación muy variada, la misma responde
a determinadas condiciones geológicas, litológicas y de quimismo en determinadas
estructuras a escala local o zonal, por lo que en una misma cuenca o macizo pueden
existir varios yacimientos, incluso, con diferentes génesis entre sí.
Según clasificación de Yázvin y Boriévski, que consideramos presenta la definición
más correcta para definir las áreas , tramos o zonas perspectivas para la explotación
de las aguas subterráneas, se considera como yacimiento de aguas subterráneas
aquellos tramos de horizontes, o estratos, o complejos acuíferos, dentro de los límites
de los cuales, por la influencia de factores naturales, (pueden ser artificiales), se han
formado condiciones favorables para la explotación de las aguas subterráneas de
determinada composición química que responden a determinadas condiciones, en
cuanto a calidad y cantidad para su utilización racional y económica para el objetivo
requerido.
Por las condiciones geólogo-hidrogeológicas a determinadas escalas, los yacimientos
de las aguas subterráneas útiles para su explotación se dividen en:
19
�-
Yacimientos de Valles de ríos (actuales y antiguos)
-
Yacimientos en conos de deyección en zonas premontañosas
-
Yacimientos en valles intermontanos
-
Yacimientos en macizos arenosos
-
Yacimientos en estructuras y macizos de rocas agrietadas, agrietado-cársticas y
de dislocaciones tectónicas en las CA, MH y en las CV.
Cada tipo de yacimiento tiene sus propias características y en cada caso pueden ser
específicas, no obstante a esto, al estudiar los distintos yacimientos, además del
esclarecimiento de las características propias de los mismos, deben ser estudiadas
también, las condiciones que rodean al yacimiento y la interrelación con las mismas.
Tabla 1.7 Clasificación de yacimientos de aguas subterráneas
NO.
YACIMIENTOS
TIPOS Y CARACTERÍSTICAS
I
Valles de ríos
I.1- Valles de gran desarrollo
I.2- Valles pequeños
I.3- Valles de cauces antiguos
II
Macizos rocosos
II.1- En cuencas
dimensiones
cerradas
de
pequeñas
II.2- En cuencas abiertas
III
IV
Macizos intemperizados de
rocas de distinta composición
III.1- En zonas llanas
Conos de deyección
IV.1- Periféricos
III.2- En zonas premontañosas y montañosas.
IV.2- Intermontanos
V
Agrietado-filoneanos
V.1- Zonas periféricas de sistemas tectónicos
V.2- Zonas internas de sistemas tectónicos
Los yacimientos son las estructuras hidrogeológicas donde se desarrollan las
condiciones propicias para la explotación de las aguas subterráneas, los mismos
pueden estar representados por la existencia de aguas freáticas (sin presión) o aguas
artesianas (sin presión), las cuales, en correspondencia con sus posibilidades de uso
por propiedades hidroquímicas, de tecnologías necesarias para la explotación y
necesidad de explotación, se denominarán en correspondencia con el uso de las
aguas.
Los yacimientos de aguas subterráneas, independientemente para el uso que sean
aptos, están formados por rocas acuíferas que no son más que estratos, lentes u otras
formas de yacencia de las rocas permeables en las que los poros, grietas u otras
cavidades están saturadas con agua gravitacional -aguas que fluyen libremente bajo
la acción de la gravedad (aguas freáticas), o bajo la diferencia de presiones
hidrostáticas (aguas artesianas).
Las rocas acuíferas ocupan determinado espacio en el macizo rocoso que forma el
yacimiento, las mismas pueden estar formando horizontes acuíferos o complejos
acuíferos.
Horizonte acuífero: Parte de un estrato o estrato saturado con agua compuesto por
uno o varios tipos de rocas permeables, hidrodinámicamente relacionados entre sí y
20
�conteniendo una misma superficie hidráulica (aguas freáticas) o piezométrica (aguas
artesianas).
Complejo acuífero: Complejo de horizontes acuíferos iguales o distintos por su
composición litológica y porosidad, formados por rocas de cualquier formación
estratigráfica, en las que en consecuencia con su variable composición petrográfica,
complejidad tectónica y otras causas, no se puede distinguir la existencia de
horizontes acuíferos independientes o con la existencia de dos o varios horizontes
acuíferos bien definidos formados por rocas de distinta litología y edades.
Los horizontes y complejos acuíferos pueden también ser definidos por edades
geológicas para relacionarlos con esas edades y sus rocas.
21
�Capítulo 2 PROPIEDADES FÍSICAS Y ACUÍFERAS DE LAS ROCAS
Como rocas acuíferas puede considerarse la totalidad de las rocas y sedimentos
existentes, independientemente del origen de estas; no obstante la acuosidad de las
rocas es muy variable en dependencia de la situación de las mismas en el espacio y
grado de desarrollo de los distintos fenómenos ocurridos en el proceso de
sedimentación y posterior a ello, de tal forma, un mismo tipo de roca puede ser, en
algunos casos, acuífera (presentando alta permeabilidad) y en otros casos puede ser
considerada impermeable (presentando muy baja permeabilidad). De acuerdo con los
procesos de sedimentación y otros procesos ocurridos posteriormente a este, los
acuíferos pueden ser formados por rocas porosas, poroso-agrietadas, poroso
agrietado-cársticas y agrietado-cársticas.
Las rocas porosas predominantemente están representadas por sedimentos areno
guijarrosos y arcillosos, denominados: sedimentos friables, aunque también se
encuentran rocas sedimentarias compactadas como las areniscas, aleurolitas, margas
y algunos tipos de calizas en las que predomina una estructura porosa, pudiendo
presentar grietas y cavernas. En algunos casos y sobre todo en las rocas
carbonatadas, por factores que influyen sobre las mismas, como el intemperismo y la
acción de algunos tipos de aguas subterráneas (en dependencia de su composición
química) se origina un amplio desarrollo del carso, con presencia de cavernas que en
ocasiones alcanzan proporciones descomunales; como ejemplo de estas rocas
podemos citar las calizas del Mioceno, que presentan un amplio desarrollo en gran
número de países, generalmente en estas rocas las cavernas de mayores
proporciones pueden alcanzar hasta varios kilómetros de longitud y formar una
enmarañada red de cavernas y canales, las cuales se encuentran ubicadas en la
actualidad, predominantemente, en zonas montañosas sobre la base actual de
erosión.
2.1 Composición granulométrica
En la composición de las rocas sedimentarias friables y débilmente cementadas, con
las que están relacionadas las aguas subterráneas, se encuentran fracciones gravosas,
arenosas, limosas, arcillosas y coloidales. Estas últimas presentan una participación
insignificante en comparación con las restantes, pero su contenido es muy superior en
las arcillas y rocas arcillosas que forman los estratos impermeables.
La determinación de las dimensiones de los granos y partículas que forman las rocas
permeables e impermeables tiene un gran significado en distintos tipos de
investigaciones hidrogeológicas, ya que de la composición granulométrica de las rocas
dependen muchas propiedades como la permeabilidad, porosidad, entrega de agua,
capilaridad, etc. El estudio de la composición granulométrica nos permite esclarecer
las condiciones geológicas y paleohidrogeológicas de formación de los horizontes
acuíferos. Los datos sobre la granulometría nos permiten ejecutar correctamente la
solución del tipo de filtro a utilizar en los pozos de explotación de las aguas
subterráneas.
Las dimensiones de las partículas de sedimentos friables varían en un amplio rango,
desde ≤ 0,001 mm (partículas arcillosas y coloidales) hasta cientos de milímetros
(cantos y bloques). La determinación de las dimensiones de las partículas de
sedimentos friables se ejecuta por el análisis granulométrico; las fracciones mayores
de 10 mm se determinan visualmente, mientras que las partículas con dimensiones
entre 0,1 y 10 mm se determinan aplicando tamices así como las fracciones menores
de 0,1 mm por el método de sedimentación. El resultado del análisis granulométrico
22
�se expresa en la Tabla 2.1 y en los gráficos logarítmicos de contenido granulométrico
(Figura 2.1).
Tabla 2.1. Contenido granulométrico
Contenido de fracciones en la forma habitual Contenido de fracciones en su conjunto
de expresión
Diámetro
de
partículas, mm
las Contenido %
Diámetro mayor de Por ciento sumatorio,
las partículas en la %
suma
de
las
fracciones, mm
Por el gráfico logarítmico se determina el diámetro de las partículas, que corresponden
al 10 y 60 % del contenido de la suma de todas las partículas. Las del 10 %
representan el diámetro efectivo, las del 60 % se utilizan para determinar el
coeficiente de heterogeneidad de las rocas por la fórmula:
Kh =
d 60
d10
(2.1)
Cuando Kh 〈 5 la roca es homogénea, con Kh 〉 5 la roca es heterogénea.
FIGURA 2.1. Gráfico logarítmico del contenido granulométrico. %; por ciento del
peso de la muestra analizada por diámetro de partículas; lg d,
logaritmo del diámetro de las partículas.
Los resultados de un gran número de análisis granulométricos de las rocas
sedimentarias friables sirvieron de base para la clasificación de las rocas por su
contenido granulométrico; esta se expone en la Tabla 2.2.
23
�Tabla 2.2. Clasificación general de las rocas sedimentarias por su contenido
granulométrico, según Priklonsky
Fracciones
Dimensiones
Tamaño de las partículas,
mm
Bloques (rodados y angulares)
Grandes
〉 800
Medianos
800-400
Pequeños
400-200
Muy grandes
200-100
Grandes
100-60
Medianos
60-40
Pequeños
40-20
Gruesas
20-10
Medianas
10-4
Pequeñas
4-2
Muy gruesas
2-1
Gruesas
1-0,5
Finas
0,5-0,25
Muy finas
0,25-0,1
Pequeñas
0,1-0,05
Grueso
0,05-0,01
Fino
0,01-0,005
Gruesa
0,005-0,001
Fina
〈 0,001
Cantos rodados y guijarros
(angulares)
Gravas (rodadas) y gravillas
(angulares)
Arenas
Limo
Arcilla
2.2 Porosidad y agrietamiento
Las rocas, por su origen y debido a procesos secundarios (intemperismo), lixiviación,
movimientos tectónicos, cementación y otros), generalmente no son monolíticas, sino
que contienen poros, cavidades y grietas de las más distintas formas y dimensiones
(Figura 2.2).
La porosidad de las rocas se presenta por intervalos entre fracciones de la roca. La
porosidad, conjuntamente con el agrietamiento y características litológicas,
determinan las propiedades hidrogeológicas de las rocas en área y profundidad; con la
profundidad la porosidad de las rocas disminuye, lo que se explica por el aumento de
la presión sobre las mismas y cementación de los poros. La porosidad de las rocas, en
dependencia del tipo y dimensiones de los poros, cavidades y grietas, se diferencian
en:
-
Porosidad no capilar (mayores de 1 mm).
-
Porosidad capilar, cuando en las rocas se encuentran poros con diámetros
menores de 1 mm y grietas con ancho menor de 0,25 mm.
Por sus dimensiones los poros y grietas se dividen en los tres grupos siguientes:
24
�1. Supercapilares (poros con dimensiones mayores de 0,5 mm, grietas con ancho
mayor de 0,254 mm).
2. Capilares (poros de 0,5 a 0,02 mm, grietas con ancho 0,254 a 0,001 mm).
3. Subcapilares (poros menores de 0,002 mm, grietas con ancho menor de 0,0001
mm).
FIGURA 2.2 Distintos tipos de poros en las rocas. 1. Rocas madres con aislados poros
y grietas estructurales; 2. Rocas madres con porosidad y agrietamiento
desarrollados por la acción del intemperismo; 3. Rocas cavernosas con
grandes cavidades originadas por la acción de la lixiviación y disolución
de las mismas; 4. Roca arenosa con granulometría homogénea, con poca
porosidad por la cementación de los poros o rellenos de arcilla; 5. Roca
arenosa friable con poca porosidad debido a la heterogeneidad de sus
granos; 6. Roca arenosa friable con alta porosidad debido a la
homogeneidad de sus granos; 7. Roca con macro y micro poros; 8. Roca
arcillosa microporosa; 9. Roca arcillosa con poca porosidad debido a su
compactación.
La determinación de los tipos de poros y grietas es importante para la evaluación de
las condiciones de movimiento de las aguas subterráneas. En los poros y grietas
supercapilares ocurre el movimiento libre de las aguas subterráneas; en los capilares
el movimiento de esta agua solo ocurre bajo la influencia de grandes fuerzas
capilares. Las rocas con poros y grietas subcapilares son prácticamente
impermeables; en ellas no ocurre el movimiento de las aguas (arcillas plásticas,
compactadas, esquistos arcillosos y otras rocas similares).
La magnitud de la porosidad de las rocas se caracteriza por el coeficiente de porosidad
de la fórmula siguiente:
n=
Vp
Vr
. 100
(2.2)
Donde: n: coeficiente de porosidad, %
Vp: volumen de los poros
Vr: volumen de la roca
25
�El coeficiente de porosidad puede ser calculado por el peso específico y volumétrico de
las rocas:
⎛
δ ⎞
n = ⎜ ⎜1 − ⎟ ⎟ . 100
⎝ β ⎠
(2.3)
Donde:
n: coeficiente de porosidad, %
δ : peso volumétrico de la roca, g/cm3
β : peso específico del esqueleto de la roca, g/cm3
La porosidad en las rocas, como se ha manifestado, depende de muchos factores, los
que en cada tipo de roca que se analice se reflejarán de distintas formas en
dependencia del tipo de litología de las rocas.
A continuación se expone la porosidad media de algunas rocas de distinto tipo de
génesis.
Tabla 2.3. Valores medios de porosidad de las rocas (Según Churinova) en %
Rocas y sedimentos
Porosidad en %
Granito
0,63
Gabros y diabasas
0,32
Porfiros cuarcíferos
5,9
Porfiros cuarcíferos muy agrietados
8,7
Porfiritas de composición ácida y media
2,0
Porfiritas metamorfizadas
4,7
Lavas de porfiros cuarcíferos
7,2
Areniscas volcánicas
9,3
Tobas de composición ácida
11,0
Cuarcitas
0,41
Mármoles
0,65
Areniscas cuarcíferas
1,24
Areniscas
3,17
Calizas marmolizada
1,43
Calizas organógenas
12,17
Calizas detríticas
21,18
2.3 Permeabilidad
Como permeabilidad se denomina la propiedad de las rocas de permitir el paso de
líquidos, gases y sus mezclas a través de ellas en presencia de cambios de presión o
cargas hidráulicas. La permeabilidad depende de las dimensiones de los poros y
grietas que se comunican entre sí en las rocas y se caracterizan por el coeficiente de
filtración en unidades de velocidad (cm/s; m/día).
26
�De acuerdo con la Ley de Darcy, el caudal de las aguas de filtración Q en la unidad de
tiempo es proporcional al coeficiente de filtración K, al área de filtración F y al
gradiente hidráulico I, es decir:
Q = K.F.I
(2.4)
Dividiendo ambas partes de la ecuación (2.4) por F y representando Q/F por V,
tenemos:
V = K.I
(2.5)
Donde:
V: velocidad de filtración, m
En la fórmula 2.4 el parámetro F, área de la sección de filtración, la podemos
representar como H*B, donde en estratos acuíferos H es el espesor acuífero y B es la
longitud de la sección de filtración transversal al flujo subterráneo. A su vez KH
representa la trasmisividad acuífera y caracteriza la propiedad del acuífero de dejar
pasar el agua a través de una sección transversal a la dirección del flujo del agua
subterránea, en la unidad de tiempo y bajo determinadas condiciones del gradiente
hidráulico I, de donde, la trasmisividad será:
T = KH
(2.6)
De tal forma la expresión 2.4 se transforma en:
Q=TBI
(2.7)
Donde:
Q: Caudal del flujo subterráneo a través de una sección transversal a la dirección
del flujo, m3/día
T: Trasmisividad acuífera, m2/día
I: Gradiente hidráulico, (adimensional)
El gradiente hidráulico I representa la pendiente del nivel del agua en acuíferos
freáticos, y en acuíferos artesianos, la pendiente de las presiones en el acuífero. En
ambos casos referenciados a dos puntos con datos de la posición del nivel, ubicados
en perfil paralelo a la dirección del flujo subterráneo.
I=
H1 − H 2
L
Donde:
H1 y H2: Mayor y menor cota del nivel del agua (referidas al nivel medio del
mar) en dos puntos ubicados en perfil paralelo a la dirección del flujo
subterráneo, m
L: distancia entre los dos puntos con determinación de H1 y H2, m.
De la fórmula 2.5 tenemos que el coeficiente de filtración es igual a la velocidad de
filtración cuando el gradiente hidráulico es igual a la unidad, K = V cuando I = 1.
Permeabilidad absoluta: Por ella se entiende la permeabilidad de las rocas estando
éstas totalmente saturadas por líquido y gases, y la ausencia de la interacción físico
química entre el líquido y los gases con la roca.
Permeabilidad efectiva: Por ella se entiende la permeabilidad de las rocas solo para
gases o líquidos, durante el movimiento en ellos, de otros fluidos, líquidos o gaseosos.
En condiciones naturales en los estratos productivos, a menudo, tienen lugar
27
�movimientos tri y bidimensionales de agua, petróleo y gas; agua y petróleo; agua y
gas.
Permeabilidad relativa: Con ella se caracteriza la relación de la permeabilidad
efectiva con la absoluta, y se expresa con unidades adimensionales, por lo general
siempre presenta valores menores que la unidad.
La permeabilidad de las rocas para un líquido químico e inerte (agua, querosín,
petróleo) en condiciones de laboratorio se calcula por la fórmula:
Kp =
Qlγ
F∆ p
(2.8)
Donde:
Kp: coeficiente de permeabilidad, Darcy
Q: caudal del líquido, cm3 / s
l: largo de la muestra de roca en prueba, cm
γ : viscosidad del líquido, sp
F: área de la sección de la muestra, cm2
∆ p: cambio de la presión, atm
En la práctica hidrogeológica la permeabilidad se representa por el coeficiente de
filtración K (denominado por algunos autores como conductividad hidráulica), el que
directamente caracteriza la propiedad de las rocas de permitir pasar a través de ellas
el flujo subterráneo, este coeficiente representa un vector de velocidad del agua
subterránea, el mismo se relaciona con la permeabilidad de Darcy por la siguiente
fórmula:
K =
η
Kp
γ
Donde:
η : es la densidad del agua, g / cm3
28
�Tabla 2.4. Valores medios del coeficiente de filtración K y permeabilidad Kp de
algunas rocas (para condiciones de agua dulce en movimiento con temperatura
de 20 oC)
Características de la roca
Grupo
I
Rocas muy permeables: guijarros y gravas con
arena gruesa, calizas carsificadas y rocas muy
agrietadas.
II
Rocas permeables: guijarros y gravas con arena
fina, gruesas y media limpia, rocas carsificadas y
agrietadas.
III
Rocas permeables: guijarros y gravas rellenas con
arena fina y algo arcillosa, arena de grano medio a
fino, rocas poco carsificadas.
IV
K
Kp
m/día.
Darcy.
100-1000
1160-116
y más
10-100
116-11,6
1-10
11,6-1,16
Rocas poco permeables: arenas menudas, arena
arcillosa, rocas poco agrietadas.
0,1-1,0
1,16-0,12
V
Rocas muy poco permeables: arcillas arenosas y
rocas débilmente agrietadas.
0,001-0,1
VI
Rocas prácticamente impermeables: arcillas,
margas compactas y otras rocas masivas.
0,12
0,0012
〈 0,001
〈 0,0012
2.4 Piezoconductividad y conductividad de nivel
Piezoconductividad: Coeficiente que representa la velocidad de distribución del
cambio de presión por el estrato acuífero artesiano (con presión).
Para los estratos acuíferos con los cuales están relacionadas las aguas dulces con
viscosidad γ = 1 el coeficiente de piezoconductividad se determina por la fórmula:
a=
K
K
=
nβ a + β p β e
(2.9)
Donde:
a: coeficiente de piezoconductividad, m2/día
K: coeficiente de filtración, m/día
n: coeficiente de porosidad
β a : coeficiente de compresibilidad del agua, 1/atm
β p : coeficiente de compresibilidad de las rocas, 1/atm
β e : coeficiente de capacidad elástica del estrato acuífero, 1/atm
El coeficiente de compresibilidad del agua crece con el aumento del contenido de
gases disueltos en ella y con el aumento de su mineralización y oscila en los
siguientes valores:
29
�β a = 2,7*10-5- 5*10-5, 1/atm
El coeficiente de compresibilidad de las rocas oscila entre los siguientes valores:
β p = 0,3*10-5 – 1,7*10-5, 1 / atm
En la fórmula 2.7 se ve que si el agua y la roca que forman el estrato acuífero fueran
incomprensibles, entonces β a y β p serían igual a cero y el coeficiente de
piezoconductividad sería infinito.
Conductividad de nivel: coeficiente que representa la velocidad de distribución de
los cambios de las cargas hidráulicas en los estratos acuíferos freáticos (sin presión).
Este coeficiente se calcula por la fórmula:
ay =
Khm
(2.10)
µ
Donde:
ay : coeficiente de conductividad de nivel, m2/día
K: coeficiente de filtración, m/día
hm : espesor medio del estrato acuífero dentro de los límites de influencia del
bombeo en un momento de tiempo determinado, m
µ : coeficiente de entrega de agua de las rocas (adimensional), también
denominado porosidad activa y coeficiente de almacenamiento
De la fórmula 2.8 se desprende que en los estratos acuíferos la redistribución del nivel
del agua en tiempo y área ocurre con más intensidad mientras mayores sean las
propiedades de filtración de las rocas, mayor espesor del acuífero y menor entrega de
agua.
2.5 Capacidad acuífera y entrega de agua
Capacidad acuífera de las rocas:
Se denomina a la capacidad de estas de recibir, almacenar y retener un determinado
volumen de agua. La misma se caracteriza por el coeficiente de capacidad acuífera, el
cual se expresa en porciento de peso o volumen. En el primer caso es igual a la
relación del peso del agua retenida con el peso de la muestra de roca en estado seco,
en el segundo caso es la relación del volumen del agua con el volumen de la muestra
de la roca. La interrelación entre la capacidad acuífera de peso y volumétrica se
representa por la fórmula:
Wv = Wp δ
(2.11)
Donde:
Wv : coeficiente de la capacidad acuífera volumétrica, %
Wp : coeficiente de la capacidad acuífera de peso, %
δ : peso volumétrico de la roca seca, g / cm3
De acuerdo con el tipo de agua contenida en las rocas se tienen las siguientes
capacidades acuíferas: higroscópicas, molecular, capilar y total.
30
�-
La capacidad acuífera higroscópica y molecular corresponde a la cantidad de
agua higroscópica y pelicular retenidas en la superficie de las rocas por fuerzas
electro- moleculares.
-
La capacidad acuífera capilar corresponde a la saturación con agua de los poros
capilares.
-
La capacidad acuífera total corresponde a la total saturación de las rocas con
agua.
Gran importancia tiene la capacidad acuífera molecular máxima que representa la
cantidad máxima de agua reticular contenida en las rocas acuíferas. La capacidad
acuífera de las rocas depende del tipo de roca y características de su agrietamiento;
en función de ello será el volumen de agua que podrá ser almacenado en las rocas.
En la Tabla 2.5 se presentan algunos valores de la capacidad acuífera media de
algunos sedimentos.
Tabla 2.5. Capacidad acuífera media de algunos sedimentos (según Priklónsky)
Sedimentos
Capacidad
%
Arena gruesa
1,57
Arena media
1,6
Arena fina
2,73
Limo
4,75
Arcilla
acuífera,
44,85
Entrega de agua de las rocas: Es la propiedad de las rocas saturadas hasta su
capacidad acuífera total, de entregar parte del agua almacenada a través de un
escurrimiento libre bajo la fuerza de gravedad. Algunos investigadores denominan
esta propiedad de las rocas porosidad activa, otros, coeficiente de almacenamiento.
La entrega de agua de las rocas se caracteriza con el coeficiente de Entrega de Agua,
representado por partes de la unidad o en por ciento.
La determinación del coeficiente de entrega de agua de las rocas es de suma
importancia en cálculos hidrogeológicos relacionados con la evaluación de reservas de
las aguas subterráneas, cálculos para pronóstico de obras hidrotécnicas, de
mejoramiento de suelos y otros.
La entrega de agua de las rocas puede ser determinada por ensayos de laboratorio,
por datos de observación del régimen de niveles de las aguas subterráneas y por
datos de bombeos experimentales. Según datos de ensayos de laboratorios, el
coeficiente de entrega de agua puede obtenerse por la fórmula:
µ = Wc.t– W c. m
(2.12)
Donde:
µ : coeficiente de entrega de agua, adimensional, %
Wc.t: capacidad acuífera total, %
Wc.m: capacidad acuífera molecular, %
Por datos de observaciones sistemáticas del régimen de las aguas subterráneas el
coeficiente de entrega de agua puede ser calculado por la fórmula:
31
�µ =
Qt
∆V
(2.13)
Donde:
Qt: caudal medio del flujo subterráneo en la zona de descarga del estrato
acuífero en el tiempo t, m3/día
∆V : volumen del estrato acuífero desecado en el tiempo t, m3
En estratos acuíferos freáticos el valor de Q, en dependencia de la profundidad de
yacencia del lecho impermeable, se determina de distintas formas. Este caudal puede
coincidir con el caudal total de un manantial que surja en los taludes de las márgenes
de ríos (con la yacencia del impermeable sobre el nivel del agua en el río); puede
determinarse también considerando Q igual a la magnitud de la alimentación
subterránea de los ríos, determinada en un tramo del río entre dos estaciones
hidrométricas.
La magnitud ∆V se determina por los datos de observaciones sistemáticas en puntos
distintos en el área limitada por los parteaguas del acuífero, los cuales se determinan
por los mapas de hidroisohipsas.
Según datos de bombeos experimentales, tomando los descensos de dos puntos de
observación de niveles (pozos satélites de observación) o por medida de la
recuperación de los niveles en estos puntos, el coeficiente de entrega de agua se
determina por la fórmula:
µ = β
Q.t
r (S1 − S 2 )
(2.14)
2
1
⎛r ⎞
β = 0,824 ⎜⎜ 1 ⎟⎟
⎝ r2 ⎠
2 S1
S1 − S 2
.log
r2
r1
(2.15)
Donde:
Q: caudal estabilizado de bombeo, m3 /día
t: duración del bombeo, días
r1 y r2: distancias de los puntos de observación más próximo y más distante
hasta el pozo de bombeo, m
S1 y S2: abatimientos estabilizados del nivel del agua en los puntos de
observación más próximos y más distantes respectivamente, m
Por recomendaciones de Bindeman (1963), con bombeos prolongados (mayores de 48
horas) los puntos de observación deben situarse en forma de radio, el punto de mayor
distancia a unos 25-30 m del pozo de bombeo en acuíferos friables arenosos y 50-70 m en rocas
agrietadas; el punto más próximo al pozo de bombeo se ubicará a la mitad de la
distancia desde éste hasta el punto más distante. En rocas agrietadas o agrietadas
cársticas se recomienda ubicar un perfil paralelo al agrietamiento predominante y otro
normal a este.
Además de los métodos y fórmulas antes relacionados, existen otros métodos para
determinar el coeficiente de entrega de agua de las rocas, que exponemos a
continuación:
1. Por despeje de la fórmula 2.8
32
�µ =
Khm
a
o
µ =
Khm
ay
(2.16)
Donde:
a: coeficiente de piezoconductividad cuando se trata de acuíferos artesianos,
m2/día
ay: coeficiente de conductividad de nivel cuando se trata de acuíferos freáticos,
m2/día
2. Cuando se tiene certeza de que µ es mayor de 0,15 puede utilizarse la expresión
recomendada por Beltzínsky:
µ = 0,17
7
(2.17)
K
3. Cuando por la litología perforada no se puede tener una idea aproximada del valor
de µ , Lundin y Daml proponen para valores aproximados la expresión:
µ = 0,13 + 0,07 log. K
(2.18)
Las expresiones 2.17 y 2.18 deben ser utilizados para valores aproximados con datos
del caudal y abatimiento del bombeo constantes. Es necesario aclarar que en
dependencia del tipo de estrato acuífero que se analice, artesiano o freático, la
entrega de agua de las rocas se encontrará influenciada por distintos factores.
En acuíferos artesianos tendremos que µ será la entrega de agua elástica y en
acuíferos freáticos será la entrega de agua gravitacional. En la entrega de agua
elástica influyen las presiones existentes en los acuíferos artesianos, provocados por
los estratos impermeables que sobreyacen a los mismos. En la entrega de agua
gravitacional solo influye la presión atmosférica, debido a que estos acuíferos tienen
una superficie libre del nivel de sus aguas, por lo que el mismo está relacionado
directamente con la presión atmosférica, a través de los poros y otras cavidades
presentes en la zona no saturada.
Tabla 2.6. Valores medios de la entrega de agua
Sedimentos y rocas
Arena limosa
µ
en distintos sedimentos y rocas
Valores medios de
0,1
Arena muy fina
0,1-0,15
Arena fina
0,15-0,2
Arena mediana
0,2-0,25
Arena gruesa
0,25-0,3
Arena muy gruesa
0,3-0,35
Gravas pequeñas
0,3-0,35
Gravas medianas
0,35
Gravas gruesas
0,35
Guijarros pequeños
0,3
Guijarros grandes
0,3
Rocas poco agrietadas
Rocas agrietadas
µ
0,002
0,002-0,08
33
�Rocas muy agrietadas
0,08-0,1
Rocas agrietadas con poco Carso
0,05- 0,08
Rocas agrietadas cársicas
0,05-0,08
Rocas agrietadas muy carsificadas
0,05- 0,15
Los sedimentos areno-gravosos con relleno de arcillas presentan una entrega de agua
disminuida aproximadamente en 0,05 con respecto a los valores dados en la tabla
anterior.
2.6 Humedad de las rocas
En condiciones naturales, las rocas siempre contienen una mayor o menor cantidad de
agua. En los suelos y rocas que yacen sobre el nivel de las aguas subterráneas el
contenido del agua en el transcurso de un año varía en dependencia de las
temperaturas, presiones atmosféricas, humedad del aire, evaporación, precipitaciones
atmosféricas, etc. Bajo el nivel del agua subterránea, la humedad de las rocas es
constante y representa la máxima admisible para estas rocas, que poseen una
determinada porosidad.
La humedad natural se determina por muestras de rocas con estructura inalterada
(monolíticas), tomadas de calicatas, pozos y calas, entre otros. Para conservar la
humedad natural el monolito se protege con parafina, en el momento de ser tomado.
La magnitud de la humedad natural se determina en laboratorio mediante el secado
de la muestra de roca, tomada hasta obtener un peso constante, con esto la humedad
se representa como humedad de peso y volumétrica.
Humedad de peso: Es la relación del peso del agua con el peso de la roca seca.
Wp =
qh − qs
. 100
qs
(2.19)
Donde:
Wp: humedad de peso, %
qh: peso de la muestra de roca con su humedad natural
qs: peso de la muestra de roca después del secado (generalmente el secado de
la muestra se efectúa en estufa, manteniendo una temperatura de 105-100 oC )
Humedad volumétrica: se representa por el volumen de agua contenido en un 1 cm3
de la roca húmeda y se determina por la fórmula.
Wv = Wp. δ
(2.20)
Donde:
Wv: humedad volumétrica, %
Wp: humedad de peso, %
δ
: peso volumétrico de la roca seca, g/cm3
En las investigaciones hidrogeológicas, en ocasiones es de interés la determinación de
los coeficientes de saturación de las rocas (Ks) que representan la relación de la
humedad volumétrica de la roca con el coeficiente de porosidad n.
34
�Ks =
Wv
= Wp.
n
δ
n
(2.21)
De la fórmula 2.21 se desprende que para rocas absolutamente secas Ks = 0 y con
una total saturación de la roca Ks = 1.
Por el coeficiente de saturación las rocas se dividen en tres grupos:
1- Secas 0 〈 Ks 〈 o,33
2- Húmedas 0,33 〈 Ks 〈 0,67
3- Mojadas hasta su saturación 0,67 〈 Ks 〈1
Déficit de saturación de las rocas se denomina a la diferencia entre la capacidad
acuífera y la humedad de las rocas.
ds = Wc.t – Wv
(2.22)
Donde:
ds: déficit de saturación de las rocas, %
Wc.t: capacidad acuífera total de las rocas, %
Wv: humedad natural, %
2.7 Capilaridad
Como ya ha sido mencionado, las rocas contienen poros, grietas y otras cavidades de
distintas formas y dimensiones. Los poros pequeños presentan propiedades similares
a los tubos capilares corrientes, diferenciándose de ellos solo por la forma de su
sección y orientación en el espacio. Los poros capilares pueden estar comunicados
entre sí o independientes unos de otros, formando en una sección del espacio una
compleja red capilar.
En la zona de aireación (zona no saturada), ubicada sobre el nivel de las aguas
freáticas, se desarrollan presiones capilares, las cuales originan aguas capilares, estas
en una estructura homogénea de la zona de aireación, generalmente están
fuertemente unidas con el nivel de las aguas freáticas; en una estructura heterogénea
formada en perfil por lentes y estratos arcillosos, la unión con el nivel de las aguas
freáticas puede no existir o tener un carácter sumamente complejo.
En los poros capilares de las rocas la superficie del agua toma una forma cóncava en
dirección al agua (Figura 2.3). Las fuerzas de la tensión superficial están dirigidas en
forma de tangentes a la superficie cóncava; las fuerzas verticales de la tensión
superficial están dirigidas en una dirección y forma la fuerza (P), bajo la acción de la
cual el agua asciende hasta la altura Hc (altura de ascenso capilar). Esta altura sirve
de medida a las capilaridades de las rocas.
La altura de los ascensos capilares depende de las dimensiones de los poros capilares,
granulometría de las rocas de la zona de aireación, forma de las partículas, densidad y
homogeneidad de su deposición, del peso específico, temperatura, mineralización y
composición salina de las aguas.
Con el aumento de la temperatura disminuye la tensión superficial, con el aumento de
la mineralización de las aguas aumenta la tensión superficial. Por ejemplo, las aguas
clóricas presentan un ascenso capilar mayor que las aguas sulfatado-sódicas con la
misma mineralización y todas las demás condiciones iguales.
35
�En rocas areno-arcillosas la altura del ascenso capilar puede ser determinada por la
fórmula de Kozeni:
Hc = 0,446
1− n 1
.
n de
(2.23)
Donde:
Hc: altura del ascenso capilar, cm
n: coeficiente de porosidad
de: diámetro efectivo de las partículas (diámetro del 10 % de contenido de
partículas por análisis granulométrico), cm
FIGURA 2.3. Esquema del ascenso capilar.
Tabla 2.7. Valores de las alturas máximas del ascenso capilar de algunos sedimentos
(según Skabalanóvich y Cedénko-l980)
Litología
Ascenso Capilar Máximo (Hc), en m.
Arena
Arena
Arena
Arena
0,12-0,15
0,40-0,50
0,90-1,10
1,75-2,0
gruesa
media
fina
arcillosa
Arcilla arenosa ligera
Arcilla arenosa pesada
Arcilla ligera o pesada
2,25-2,50
3,50-6,50
hasta 12,0 y mayores
La capilaridad reflejada en los ascensos capilares, en gran número de casos, es uno
de los principales procesos de formación y enriquecimiento secundario de yacimientos
minerales sólidos en cortezas de intemperismo formadas por sedimentos arcillo
limosos, como por ejemplo, en la corteza de intemperismo de los macizos ofiolíticos
donde se desarrollan las lateritas por meteorización de peridotitas creándose los
yacimientos de níquel, cobalto y hierro. En este caso las aguas que circulan por las
peridotitas agrietadas que subyacen en las lateritas contienen, generalmente,
presiones que pueden ser considerables en dependencia del espesor de las lateritas;
36
�las aguas en las peridotitas contienen elementos químicos como el níquel, cobalto,
hierro y otros muchos que circulan por ascensos capilares a través de las lateritas
durante millones de años con caudales que pueden superar los 2 l/día por m2 del
perfil laterítico, depositando estos elementos en él, donde por distintos procesos físico
químicos, de oxidación-reducción y otros, se han formado los minerales y sus
contenidos actuales existentes.
Estos mismos procesos se desarrollan en territorios donde la zona no saturada está
formada por sedimentos arcillosos de origen marino y marino-aluvial, depositados en
distintas épocas geológicas y principalmente desde el Mioceno hasta el Cuaternario,
cuando ocurrieron a escala universal gran número de transgresiones marinas, dejando
acumulados en esos sedimentos sales marinas. En estos casos, los ascensos capilares
se han desarrollado a través de la zona no saturada transportando hasta la superficie
del terreno las aguas que subyacen en esta zona y que contienen elementos como el
sodio, cloruros y otros de origen marino, al igual que en el perfil por donde las aguas
transitan, llegando a la superficie del suelo el agua donde se evapora y estos
elementos se depositan sobre el suelo, proceso que a largo plazo (cientos y miles de
años) llega a acumular tal cantidad de estos elementos que provocan la salinización
de los suelos.
Estos procesos se han incrementado en los últimos siglos y sobre todo en las décadas
más recientes, provocado por el intensivo desarrollo de la explotación de los suelos
agrícolas con introducción de equipos agrícolas muy pesados, los que provocan la
compactación de los suelos hasta profundidades superiores a los 10 m; con esta
compactación se reducen las dimensiones de los poros en la zona no saturada y con
ello se aceleran los procesos de ascensos capilares, provocando la aceleración de la
salinización de los suelos hasta hacerlos improductivos y en muchos casos hasta
convertirse en suelos áridos, semi-desérticos y desérticos, en los que influyen también
otros procesos como los climáticos, en dependencia de la posición geográfica de los
distintos territorios.
37
�Capítulo 3 PROPIEDADES FÍSICAS, QUIMISMO Y CONTAMINACIÓN DE LAS
AGUAS SUBTERRÁNEAS
Las aguas subterráneas, en dependencia de
propiedades físicas y químicas de las rocas
provocados principalmente por el hombre,
propiedades físicas y químicas, las que deben
que se ejecutan en cada caso en particular.
su origen, fuentes de alimentación,
acuíferas y por factores artificiales,
presentan una amplia variedad de
ser estudiadas en las investigaciones
3.1 Propiedades físicas
Como principales propiedades físicas de las aguas subterráneas podemos relacionar
las siguientes: temperatura, transparencia de sólidos en suspensión, color, sabor,
olor, peso específico y conductividad eléctrica.
Temperatura: La temperatura del agua en acuíferos freáticos depende
principalmente de la temperatura ambiental; en el caso de acuíferos artesianos, está
influenciada también por la temperatura ambiental, aunque en menor grado; en
estratos artesianos profundos influye de forma considerable el gradiente térmico de
las rocas, el cual aumenta aproximadamente 1 0 C por cada 100 m de profundidad.
Para la determinación de la temperatura deben utilizarse termómetros ambientales
con escala de 0,1 0 C ; en caso de pozos profundos, a los termómetros se les adiciona
un dispositivo especial de material refractario que permite la transportación del agua
desde grandes profundidades hasta la superficie del terreno, manteniendo su
temperatura original. Por su temperatura, las aguas subterráneas se dividen en:
Frías con temperaturas ≤ 20
0
C
Tibias con temperaturas entre 20 y 37 0C
Calientes con temperaturas entre 37 y 42
0
C
Muy calientes (Termales) con temperaturas ≥ 42
0
C
Transparencia o turbidez: es la dificultad del agua para trasmitir la luz debido a
materias insolubles en suspensión, coloidales o muy finos e incluso microorganismos,
que se presentan en las aguas, depende de muchos factores relacionados con las
propiedades físicas de las rocas acuíferas y composición química de las aguas, así
como de algunas reacciones químicas que pueden producirse por reacciones de
elementos del agua con el oxígeno de la atmósfera, este último principalmente en
aguas artesianas; la transparencia del agua puede ser afectada también por agentes
artificiales, contaminantes de las mismas.
Por su transparencia (o turbidez) las aguas se clasifican en:
-
Transparentes
-
Débilmente opacadas
-
Opacadas
-
Algo turbias
-
Turbias
-
Muy turbias
38
�Sólidos en suspensión: En la mayoría de los casos estos provienen de las rocas
acuíferas, representados por partículas coloidales; también pueden estar presentes
por causas artificiales.
Color: El agua subterránea natural es incolora, puede presentar cierta tonalidad de
colores motivada por turbiedad de las mismas, existencia de sólidos en suspensión o
por algún tipo de contaminación.
Olor: El agua subterránea puede presentar olores en dependencia de su origen y
composiciones químicas y gaseosas presentes; el olor se clasifica, según la Tabla 3.1,
mediante el calentamiento del agua hasta 50-60 0C .
Tabla 3.1. Escala de olores
Graduación
Intensidad
Características dominantes
0
Inodoro
Ausencia de olor
1
Muy débil
El olor solo
experimentado
2
Débil
Se detecta presentando atención durante la determinación
3
Detectable
Se detecta fácilmente y puede provocar una evaluación
insatisfactoria del agua
4
Determinable
Olor que provoca la atención al mismo
5
Muy fuerte
Cuando presenta un olor tan fuerte que hace que el agua
no sea potable
puede
detectarse
por
un
observador
Sabor: El sabor del agua subterránea depende de la composición química de la
misma; en algunos casos puede estar relacionado con elementos contaminantes. En
estado natural las aguas subterráneas pueden tener los siguientes sabores: ácido,
dulce, amargo, salado. En dependencia de la influencia de otros factores puede tener
sabor metálico, clórico, etc.
Peso específico: Depende de la composición química y salina de las aguas. La
determinación del peso específico se ejecuta en condiciones de laboratorio a
temperatura ambiente: el cálculo del mismo se efectúa por la fórmula:
D=
(a − c )
(b − c )
(3.1)
Donde:
D: peso específico del agua, g
a: peso del envase con agua en prueba, g
c: peso del envase vacío, g
b: peso del envase con agua destilada, g
Tanto la pipeta con el agua de prueba como con agua destilada se pesarán con
idéntico volumen.
39
�Conductividad eléctrica: es la capacidad del agua para conducir la electricidad,
depende del grado de mineralización de las aguas; con el aumento de la
mineralización aumenta también la conductividad eléctrica. Las aguas presentan una
baja conductividad eléctrica, la cual oscila entre 33*10-5-1,3*10-3 ohm.m.
3.2 Factores naturales y artificiales de formación de la composición química
de las aguas subterráneas
Factores naturales: Los principales factores naturales que dan lugar a la formación
de la composición química de las aguas subterráneas están representados por las
condiciones físico-geográficas, geológicas, hidrogeológicas y biológicas presentes en
distintos territorios.
Una de las principales condiciones de formación de la composición química de las
aguas subterráneas lo representa el clima. La cantidad, composición y régimen de las
precipitaciones atmosféricas en el transcurso del año influye directamente en la
composición química, no solo de las aguas freáticas que son las primeras que se
encuentran a partir de la superficie del terreno, sino también en horizontes acuíferos
de yacencia más profunda; la parte de las precipitaciones atmosféricas que participa
en la alimentación o reposición de las aguas subterráneas depende directamente de la
litología de las rocas de cubierta (zona no saturada y estratos superiores), de la
temperatura ambiental y de la magnitud de la evaporación.
En la zona no saturada y corteza de intemperismo la interacción del agua infiltrada
con las rocas provoca reacciones químicas; el resultado de las mismas es arrastrado
hasta las aguas subterráneas. La velocidad de infiltración del agua en las rocas de la
zona no saturada y zona de saturación influye sobre la composición y concentración
de los componentes diluidos en el agua y los cambios químicos de las rocas durante
su intemperismo. De tal forma, la intensidad del intercambio hídrico representa el
factor principal de formación de la composición química de las aguas subterráneas y
de las rocas. Este proceso es de gran importancia debido a que las principales rocas
acuíferas, por su capacidad de almacenamiento de aguas subterráneas,
predominantemente están representadas por rocas de origen marino y marino aluvial,
por lo que, en las rocas, durante su emersión y desplazamiento de las aguas saladas
primarias, por aguas dulces de infiltración, quedaron residuos de sales, y en
dependencia de la intensidad del intercambio hídrico de las distintas regiones se ha
tenido un mayor o menor grado de lavado de las rocas.
La influencia de los factores hidrológicos sobre las aguas subterráneas depende de las
características de las redes hidrográficas; la presencia de una red hidrográfica densa y
de cortes profundos, facilita el drenaje de los horizontes acuíferos freáticos y en
muchos casos de acuíferos artesianos. En los periodos de crecida, las aguas de los ríos
reponen los acuíferos en las zonas aledañas a las márgenes, disminuyendo la
mineralización de las aguas subterráneas y presentándose cambios en su composición
química. Las aguas subterráneas y superficiales forman la relación hidráulica que en
algunos casos puede ser directa, en otros más compleja, en dependencia de la
litología de las rocas acuíferas y rocas de los taludes y cauces de los ríos; la ruptura
del equilibrio existente en este sistema, en una de sus partes, se refleja en el estado
de la otra.
La relación entre el relieve, por una parte, y los niveles piezométricos de las aguas
subterráneas, así como su composición química, por otra parte, han sido definidos por
Súlin y Behchúrin. En los límites de zonas elevadas y parteaguas la disminución de las
presiones de los horizontes acuíferos ocurre en direcciones no coincidentes; en estos
40
�territorios, por lo general, están desarrolladas aguas dulces del tipo bicarbonatadas
cálcicas. En los valles de ríos y zonas aledañas a los mismos y en otras formas
negativas del terreno, las presiones hidrodinámicas aumentan desde los horizontes
superiores hasta los inferiores. En las cuencas artesianas de plataformas (en las
partes altas de las mismas) ocurre la reposición de los recursos hídricos subterráneos
y las zonas bajas representan áreas de drenaje subterráneo.
Dentro de los límites de los valles, las aguas subterráneas tienen, generalmente, una
mineralización alta y son del tipo sulfatado-bicarbonatadas magnésico–cálcicas;
además, en las grandes zonas de drenaje de las aguas artesianas a menudo se
forman anomalías hidroquímicas, es decir, bajo los valles de los ríos se forman
“cúpulas” de aguas salobres hasta rasoles del tipo clóricas sódicas.
En un gran número de territorios se ha demostrado que el papel principal en la
composición química de las aguas subterráneas lo representan factores tectónicos,
que provocan cambios estructurales en planta, acompañados con el cambio de la base
de erosión y desplazamiento de las bases de los ríos. La estructura geológica,
condiciones de yacencia, origen, composición mineralógica y las materias orgánicas de
las rocas ejercen una influencia en la formación de la composición química de las
aguas subterráneas.
Uno de los principales factores de formación de la composición química de las aguas
subterráneas lo es el régimen dinámico de los horizontes acuíferos, interrelación de
los mismos y relación con las aguas superficiales. La composición mineralógica de las
rocas acuíferas constituye otro factor de importancia primordial en la composición
química de las aguas subterráneas, influencia que depende de las condiciones de
intercambio hídrico y de la termodinámica. La intensidad del intercambio hídrico en la
corteza de intemperismo representa uno de los factores principales de los cambios
químicos de las rocas y de las soluciones hídricas que se forman.
Las altas velocidades de filtración de las aguas y un drenaje intensivo propician un
breve contacto de las soluciones con las rocas, y por ello la concentración de
elementos solubles será pequeña. Durante un régimen hidrodinámico dificultoso en la
zona de intemperismo se forman soluciones hídricas con alto contenido de elementos
solubles. La acción de factores biológicos se expresa en el cambio de la composición
de las aguas bajo la acción de las bacterias y productos de la transformación de la
materia orgánica; esta en mayor o menor cantidad está presente en todas las rocas
sedimentarias.
Los principales elementos que forman parte de la materia orgánica lo son el carbono,
el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno; gran parte de dicha materia se encuentra en
las rocas de forma disgregada, y su mayor cantidad está en la capa vegetal,
directamente relacionada con la vegetación.
Los ácidos orgánicos aceleran el proceso de destrucción de las rocas. El ácido
carbónico formado como resultado de la oxidación de la materia orgánica se disuelve
en las aguas subterráneas, se incorpora a la reacción con componentes mineralógicos
de las rocas y es uno de los agentes más agresivos en las disoluciones de las mismas.
La evaluación de la forma de migración de los elementos tiene gran significado
durante el estudio del equilibrio entre las aguas subterráneas y las rocas; la utilización
en los cálculos de concentración de elementos determinados de forma analítica
conduce a evaluaciones incorrectas del estado de este equilibrio; esto está
fundamentado por la presencia en las aguas subterráneas de elementos que no se
encuentran solamente en forma de iones simples, sino también formando
combinaciones complejas. Otro factor natural que influye en gran medida en el cambio
de la composición química de las aguas subterráneas y también de los suelos está
representado por los procesos eólicos, sobre todo en zonas costeras; estos procesos
41
�están motivados por la transportación de sales del agua de mar, por el aire,
penetrando en tierra firme, en ocasiones hasta varias decenas de kilómetros.
Las sales transportadas por el agua son depositadas en los suelos de territorios
costeros y durante los períodos de lluvia son disueltas e infiltradas junto con las aguas
hasta los acuíferos, provocando procesos y reacciones a su paso, a través de la zona
no saturada que alteran el normal desarrollo de los mismos, intensificando la
acumulación de sales en los acuíferos, y con ello influyen en la variación de la
composición química de las aguas subterráneas. En general, estos procesos están
poco estudiados, a pesar de que existen condiciones muy favorables al desarrollo de
los mismos y que pueden influir mucho en la salinización de acuíferos y suelos
agrícolas, conjuntamente con la despoblación forestal de los territorios costeros.
La presencia de la acción de los factores antes relacionados no es constante, ellos
están sujetos a cambios dinámicos en el tiempo y espacio, propiciados por condiciones
físico-geográficas y por el desarrollo de la historia geológica (por la
Paleohidrogeología). Por ello, es necesario analizar y considerar sus cambios no solo
en los límites del territorio de estudio, sino también en los aledaños o en territorios
más alejados, los cuales, en las etapas iniciales de la historia geológica, pudieron ser
zonas de alimentación o drenaje de las aguas subterráneas. Un estudio detallado de
las condiciones naturales en su desarrollo histórico, posibilita la definición de las
causas que dieron origen a la formación de las aguas subterráneas y su composición
química dentro de los límites del territorio de estudio.
Factores artificiales: Las acciones artificiales sobre la naturaleza están relacionadas
con el desarrollo de la humanidad. La cubierta vegetal fue el primer componente de la
naturaleza que recibió la influencia del hombre. Los bosques fueron destruidos desde
los tiempos más remotos de formación de la sociedad humana. Las consecuencias
más notables fueron los cambios en la atmósfera, con un calentamiento del clima y
contaminación de la misma. La alteración de algunos factores naturales tiene tanto
carácter regional como local, en la actualidad también continental.
Las redes hidrográficas se transformaron con la aparición de embalses, canales,
derivadoras, rectificaciones de ríos, etc. Algunos ríos, lagos, pantanos y otras
depresiones naturales del relieve se utilizan para el vertimiento de aguas residuales y
otros desechos contaminantes.
La red artificial creada para el tránsito de aguas superficiales para el desarrollo
agrícola se crea en territorios de humedad insuficiente; esto, paralelo a las medidas
de mejoramiento, es acompañado de cambios significativos de las condiciones de
alimentación o drenaje de las aguas subterráneas freáticas y provoca cambios
radicales en su composición química y física. Los cambios de la red hidrográfica
conllevan al rompimiento de las condiciones naturales de escurrimiento de las aguas
superficiales.
Existen otros factores de gran desarrollo en las últimas décadas; los mismos están
relacionados con la explotación de yacimientos minerales, en muchos casos por el
método denominado a “cielo abierto”, lo que ha provocado una impetuosa denudación
y erosión, principalmente en zonas montañosas, ocasionando el arrastre de gran
cantidad de sedimentos arcillosos y coloidales por escurrimientos superficiales de los
ríos y por escurrimiento de las precipitaciones atmosféricas. La alteración de los
procesos naturales, de traslado de las materias sólidas y diluidas, pueden provocar
cambios sustanciales de las condiciones naturales en las aguas subterráneas, sobre
todo, esto se relaciona con el vertimiento de productos líquidos o diluidos, los que
pueden producir una contaminación en magnitudes considerables; en esto último
juega también un papel importante el amplio desarrollo industrial y poblacional actual
y el desarrollo de nuevas técnicas agrícolas, en las que de forma intensiva se utilizan
42
�fertilizantes y otros productos químicos que favorecen la contaminación en las aguas
subterráneas y sobre todo de las aguas freáticas.
3.3 Composición química de las aguas subterráneas
La composición de las aguas subterráneas puede contemplarse desde distintos tipos
de vista: químico, físico, bacteriológico, isotópico y otros. Básicamente nos vamos a
centrar en la composición química, entendiendo por ello el conjunto de sustancias
(generalmente inorgánicas) incorporadas al agua por procesos naturales. Las
sustancias orgánicas incorporadas al agua, aunque son frecuentes, aparecen en
concentraciones generalmente menores que las inorgánicas. La incorporación de los
constituyentes al agua es debido a su elevado poder disolvente y propiedades de
combinación. Esta disolución comienza, incluso mucho antes de que se incorpore al
acuífero (al flujo subterráneo).
Gases, aerosoles, polvo y sales diversas, presentes en la atmósfera, reaccionan con el
agua marcando el primer esbozo del quimismo del agua que, al precipitarse sobre la
superficie del terreno, se infiltrará. La interacción con el suelo (capa edáfica), zona no
saturada y el acuífero aportará al agua su contenido iónico. Los iones disueltos en las
aguas subterráneas se suelen dividir en mayoritarios, minoritarios y trazas. Los iones
mayoritarios son cloruro, bicarbonato, sulfato, calcio, magnesio, sodio y potasio.
Eventualmente el nitrato puede ser mayoritario, aunque muy raramente, es de origen
natural. Los iones minoritarios son aquellos que se encuentran habitualmente
formando menos del 1 % del contenido iónico total. Los más importantes son:
bromuro, yoduro, sílice, litio, estroncio, fosfato, nitrito, hierro, manganeso, aluminio,
amonio y sulfuro. Los elementos trazas son los que se encuentran en cantidades
inferiores y que requieren técnicas muy resolutivas para su determinación; son los
metales pesados y otros.
En condiciones alteradas de la composición química de las aguas subterráneas (por
contaminación) pueden encontrarse plaguicidas, fenoles, hidrocarburos, detergentes,
nitritos, amonio y otros en concentraciones superiores a las que se encuentran en
condiciones naturales. También por condiciones naturales o artificiales en la
composición del agua tendremos gases disueltos como el anhídrido carbónico,
oxígeno, etc.
Los iones mayoritarios en las aguas subterráneas generalmente son aportados por las
rocas por donde estas circulan, en el ambiente acuífero, con las características que a
continuación describimos.
Ión Cloruro (Cl): Si se exceptúan las evaporitas y rocas de origen marino, o
intrusiones marinas, las rocas por lo común, presentan escasa proporción de cloruros.
Sin embargo, dada la elevada solubilidad de sus sales, estos pasan rápidamente a la
fase acuosa pudiendo alcanzar concentraciones muy altas.
El agua de lluvia puede ser una fuente importante de ión cloruro, especialmente en
zonas próximas a la costa, disminuyendo rápidamente tierra adentro. El ión cloruro no
forma sales de baja solubilidad, no se oxida ni se reduce en aguas naturales, no es
absorbido significativamente, ni entra a formar parte de procesos bioquímicos, lo que
le da un carácter de trazador casi ideal.
La concentración de cloruros en aguas subterráneas es muy variable, desde menos de
10 mg/l a más de 3 000, en salmueras naturales, próxima a la saturación de ClNa,
puede alcanzar los 200 000 mg/l. El agua de mar contiene concentraciones próximas
a los 20 000 mg/l. En laboratorio se determina por volumetría con AgNO3 o
cromatografía iónica.
43
�Ión Sulfato (SO4): El ión sulfato procede del lavado de terrenos formados en
ambiente marino, de la oxidación de sulfuros que se encuentran ampliamente
distribuidos en rocas ígneas y sedimentarias, de la descomposición de sustancias
orgánicas, etc. Sin embargo, la disolución de sales sulfatadas (yeso y anhidrita
fundamentalmente) representa el aporte cuantitativamente más importante de este
ión a las aguas subterráneas.
El comportamiento del ión sulfato puede desviarse significativamente del teórico
predecible en base a los principios de su disolución, por su tendencia a formar iones
complejos con Na y Ca y a incorporarse a procesos biológicos. El ión sulfato está
sujeto a procesos de reducción, especialmente en presencia de bacterias y materia
orgánica. En ambientes reductores, a pH menor que 7, la forma reducida estable es el
H2S, mientras que en soluciones alcalinas predomina el HS.
En aguas dulces, la concentración normal de sulfatos puede variar entre 1 y 150 mg/l.
En aguas salinas, asociado al Ca, puede llegar a 5 000 mg/l; asociado al Mg y Na, en
salmueras, puede alcanzar hasta 200 000 mg/l. Se determina por gravimetría,
turbidimetría o cromatografía iónica.
Iones: Bicarbonato (HCO3 Carbonato- CO3 y CO2): El anhídrido carbónico disuelto
en agua y los diversos compuestos que forma en ella juegan un importante papel en
la química del agua. Se disuelve en el agua en función de su presión parcial (pco2).
Una parte permanece en disolución en forma de gas, mientras otra reacciona con el
agua para dar ácido carbónico, que se disocia parcialmente formando iones carbonato
y bicarbonato. El CO2 disuelto en agua procede fundamentalmente de la zona edáfica
en la que alcanza presiones parciales del orden de 10-1 a 10-3 bar (0,0003 bar en la
atmósfera exterior).
La disolución de calizas y dolomías, potenciada por el aporte de CO2 y/o ácidos
orgánicos o inorgánicos, es otra de las fuentes principales de carbonatos y
bicarbonatos. Aunque con velocidades de incorporación al agua mucho menores, la
hidrólisis de silicatos es otro de los mecanismos que da lugar a la formación de estos
iones.
En aguas con pH inferior a 8,3 (en la mayoría de las aguas subterráneas naturales) la
especie carbonatada dominante es el ión bicarbonato. En esta agua la concentración
suele variar entre 50 y 400 mg/l, aunque pueden encontrarse valores hasta 800 mg/l.
Concentraciones de hasta 1 000 mg/l pueden encontrarse en aguas pobres en Ca y
Mg o en las que se producen fenómenos de liberación de CO2 (reducción de sulfatos)
en el acuífero.
Ión Calcio (Ca): Suele ser el catión principal en la mayoría de las aguas naturales
debido a su amplia difusión en rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. En rocas
sedimentarias aparece fundamentalmente en forma de carbonatos, calcita, aragonito
y dolomita o sulfatos (yeso y anhidrita). El intercambio iónico entre calcio y otros
cationes (sodio fundamentalmente), retenidos en la superficie de minerales con los
que entra en contacto el agua, se potencia notablemente en terrenos arcillosos de
baja permeabilidad.
La concentración de Ca varía ampliamente en las aguas subterráneas.
Concentraciones entre 10 y 250 mg/l son frecuentes en aguas dulces mientras que en
aguas de terrenos yesíferos pueden llegar a 600 mg/l, y en salmueras hasta 50 000 mg/l.
Ión Magnesio (Mg): Menos abundante que el calcio en aguas naturales, procede de
la disolución de rocas carbonatadas (dolomías y calizas magnesianas), evaporitas y de
la alteración de silicatos ferro magnesianos, así como de aguas marinas.
La solubilidad de la magnesita (MgCO3), en las aguas subterráneas naturales, es
mayor que la de la calcita por lo que, en condiciones normales, el MgCO3 no precipita
44
�directamente de la disolución de modo que, para un periodo dilatado de tiempo puede
producirse cierto grado de sobresaturación respecto a los diferentes carbonatos
magnésicos.
Los procesos de intercambio iónico influyen también en las concentraciones de
magnesio en aguas subterráneas. En ellas el magnesio es retenido con preferencia al
calcio en suelos y rocas. En aguas naturales el contenido del ión magnesio no suele
sobrepasar los 40 mg/l. En terrenos calcáreos pueden rebasarse los 100 mg/l y en
terrenos evaporíticos pueden alcanzarse valores de 1 000 mg/l.
Ión Sodio (Na): El sodio es liberado por la meteorización de silicatos tipo albita y la
disolución de rocas sedimentarias de origen marino y depósitos evaporíticos en que se
presenta fundamentalmente como ClNa. Una fuente importante de sodio lo
constituyen los aportes de aguas marinas en regiones costeras, tanto por intrusión
marina como por infiltración del agua de lluvia proveniente del mar.
Las sales de sodio son altamente solubles y tienden a permanecer en solución ya que
no se produce entre ellas reacciones de precipitación, como ocurre en el caso del
calcio. Sin embargo el sodio puede ser adsorbido en arcillas de elevadas capacidades
de cambio catiónico y puede ser intercambiado con calcio provocando una disminución
de dureza de las aguas. La presencia de sodio en aguas naturales es muy variable
pudiendo alcanzar hasta 120 000 mg/l en zonas evaporíticas, sin embargo, raramente
sobrepasa 150 mg/l en aguas dulces normales.
Ión Potasio (K): Procede de la meteorización de los feldespatos y ocasionalmente de
la solubilización de depósitos de evaporitas, en particular de sales tipo silvina (KCl) o
carnalita (KMgCl2). El potasio tiende a ser fijado irreversiblemente en procesos de
formación de arcillas y de adsorción en la superficie de minerales con alta capacidad
de intercambio iónico. En aguas subterráneas su contenido no suele sobrepasar los 10 mg/l, a
excepción de algunas salmueras. En ocasiones, concentraciones más altas pueden ser
indicio de contaminación por vertidos de aguas residuales.
Sílice (SiO2): El origen fundamental de la sílice en las aguas subterráneas son los
procesos de hidrólisis de feldespatos y silicatos en general. El cuarzo y la sílice
amorfa, por su baja solubilidad, fuertemente dependiente de la temperatura, no son
fuentes significativas de SiO2 del agua subterránea.
Aunque la sílice disuelta suele representarse como SiO2, en la mayoría de las aguas
naturales aparece como H4SiO4 monomérico que no comienza a disociarse hasta
valores de pH superiores a 9, siendo su solubilidad prácticamente independiente del
pH hasta dicho valor. Por lo general, el contenido de SiO2 en las aguas subterráneas
no sobrepasa los 8 mg/l.
Oxígeno disuelto (O2): Su importancia deriva del hecho de su capacidad de
oxidación de diferentes tipos de constituyentes que se encuentran en forma reducida
y de modificar, en consecuencia, la solubilidad de los mismos. En último término, la
fuente de oxígeno disuelto en aguas en contacto con el aire es la atmósfera. Una
fuente indirecta es también el proceso de fotosíntesis.
Aunque el oxígeno disuelto se puede consumir en procesos de oxidación de materia
orgánica en la parte superior de la zona no saturada, su contenido en aguas
subterráneas profundas puede ser notable. El contenido de oxígeno disuelto puede
llegar incluso a valores de saturación de 13,3 mg/l a 10 0C y 7,6 a 30 0C. Sin
embargo, las aguas anóxicas son frecuentes.
Iones (Nitrato- NO3, Nitrito- NO2 y Amonio- NH4): En estos iones, y
principalmente en el ión nitrito (NO2), queremos detenernos más detalladamente,
debido a que los mismos se encuentran frecuentemente en las aguas subterráneas y
presentan acciones altamente nocivas al organismo humano.
45
�El nitrógeno puede aparecer en forma de NH3 (ácido nítrico), NH4 (amonio) y por
oxidación de estas formas puede transformarse en NO2 (nitrito), y finalmente en NO3,
(nitrato) que es la forma más usual y estable. Los procesos de oxidación-reducción de
las especies nitrogenadas en el agua están influenciados por fenómenos biológicos y
en consecuencia, los productos finales dependerán del número y tipo de organismos
que intervengan en ellos.
Generalmente, el NH4, o el amoniaco libre, aparecen solo como trazas en aguas
subterráneas, aumentando su concentración cuando el medio es fuertemente
reductor. Este compuesto es el producto final de la reducción de sustancias orgánicas
o inorgánicas nitrogenadas que naturalmente se incorporan al agua subterránea. Dado
que la presencia de amonio favorece la multiplicación microbiana, su detección en
cantidad significativa en el agua se considera como indicación de contaminación
reciente probable.
3.4 Contaminación de acuíferos
Contaminación: Introducción de una serie de sustancias o energías en unas
concentraciones tales que pueden ocasionar, por un lado, daños directos a la salud
humana y al medio y por otro, efectos a largo plazo. Es decir, cualquier tipo de
alteración con respecto a “aquello” que sucede naturalmente (Lozano).
Las aguas subterráneas son expensas a su degradación por muy diversas causas, una
de las más difundidas es la contaminación. La contaminación de las aguas
subterráneas se presenta con características muy variadas, ya que la misma puede
ser de tipo natural o artificial, de origen antrópico, y la misma puede tener
características químicas, bacteriológicas, físicas (turbidez, olor, sabor, etc.).
En las aguas la singularidad de la contaminación es debido a que las mismas
presentan una disposición plegada de sus moléculas, lo que le da una gran capacidad
de disolución, siendo esta propiedad precisamente que su calidad sea mas vulnerable.
Otras de las características singulares del agua es su gran estabilidad, incluso a altas
temperaturas, de esto se deriva que la cantidad de agua en la tierra permanece
constante durante largos períodos de tiempo, si bien su estado y su situación varía,
formando lo que se ha dado en llamar el ciclo hidrológico en la naturaleza. En
determinadas circunstancias el vapor de agua existente en la atmósfera se precipita
en forma de lluvia o nieve.
A lo largo del ciclo hidrológico, el agua, que al pasar a la atmósfera por evaporación
es agua destilada de máxima pureza, se va cargando de otras sustancias que
determinan, en el momento de su utilización, las características de calidad. Aunque ya
en la atmósfera el agua de lluvia recibe impurezas por gases, aerosoles, polvo y sales,
si nos limitamos al ciclo natural, en el sentido de no considerar causas de
contaminación debidas de una u otra forma a la actividad humana, la mayor parte de
las impurezas provienen de las formaciones geológicas por las que discurre o en las
que se almacena y que, en mayor grado, va disolviendo. Por ello, la geología es un
factor determinante en la composición del agua, y en definitiva de su calidad.
La composición química y biológica que las aguas llegan a tener de forma natural se
modifica por la recepción de efluentes, de muy diferentes características, originados
por la actividad humana. Esta composición final es la que determina la calidad del
agua en un determinado momento. Los problemas de calidad más habituales en las
aguas subterráneas son la presencia de elevadas concentraciones de compuestos
nitrogenados en áreas de desarrollo agrícolas y de cloruros y sodio, asociados a la
intrusión marina en los acuíferos costeros.
46
�Los mecanismos por los que un agente contaminante puede alcanzar un acuífero y
propagarse en él son múltiples y en ocasiones muy complejos. La contaminación de
un acuífero desde la superficie del terreno se puede deber a los residuos o líquidos
vertidos en cauces secos, a la existencia de vertederos incontrolados o a la
acumulación de sustancias contaminantes. No obstante, las aguas subterráneas
cuentan con el poder depurador del terreno, en especial en determinados tipos de
acuíferos (detríticos con porosidad ínter granular y elevado contenido en minerales de
arcilla o materia orgánica en la zona no saturada) que pueden atenuar o reducir a
niveles aceptables el deterioro de la calidad de las aguas. La magnitud del problema
va a depender de numerosos factores entre los que destacan el tamaño de la zona
afectada, la cantidad de contaminante implicado, su solubilidad, toxicidad y densidad,
así como la composición mineral y de las características hidrogeológicas del terreno
por el cual se mueve.
Las aguas subterráneas pueden sufrir:
-
Contaminación directa: El contaminante alcanza la zona saturada sin haber
atravesado otro medio físico. Ejemplo: contaminación de un pozo de extracción
de aguas subterráneas por efecto de una fosa séptica.
-
Contaminación difusa: El contaminante alcanza la zona saturada tras haber
circulado por la zona no saturada.
-
Penacho contaminante: puede ser en un vertedero con fugas de lixiviado con
izo contenidos de amonio (NH4+) en mg/l.
Los mecanismos de propagación de la contaminación en el acuífero más frecuentes
son:
•
Mecanismos de propagación desde la superficie: Contaminación de un acuífero
por lixiviados de residuos depositados en superficie. Contaminación por
actividades agrícolas (fertilizantes, pesticidas, etc.). Contaminación por flujo
inducido de aguas superficiales contaminadas hacia un pozo.
•
Mecanismos de propagación desde la zona no saturada, contaminación por
aguas residuales domésticas (fosas sépticas...), contaminación por
embalsamiento superficial de residuos (balsas de infiltración de industrias,
depósitos en excavaciones naturales o artificiales...)
•
Mecanismos de propagación originados en la Zona no Saturada, pozos de
inyección (pozos utilizados para inyección directa y eliminación de aguas
residuales, industriales, procedentes de actividades mineras...) Progresión de
intrusión marina por alteración del régimen de flujo (avance de la cuña de agua
salada tierra adentro, al disminuir el flujo de agua dulce hacia el mar).
En función del tipo de contaminante se pueden diferenciar:
Contaminantes conservativos: Su estructura química se mantiene a lo largo del
tiempo a pesar de su interacción con los materiales del medio. Como ejemplo, están
los metales pesados (Hg, Pb, Zn, Ag, Fe, Ni, Co, etc.). A pesar de no verse alterados,
no siempre son capaces de llegar al agua subterránea, pues procesos tales como la
adsorción en la superficie de arcillas o materia orgánica o la formación de complejos
insolubles pueden fijarlos o retrasar su avance.
Contaminantes no conservativos: Son aquellos cuya estructura química se modifica al
interaccionar con el medio o por auto degradación como en el caso de los
contaminantes orgánicos o biológicos.
El principal problema que afecta a las aguas subterráneas es la elevada concentración
de nitratos procedentes mayoritariamente del empleo de fertilizantes inorgánicos. El
uso de fertilizantes puede afectar a las aguas subterráneas de la siguiente manera:
47
�•
Al proliferar las bacterias del suelo que consumen el nitrógeno disponible
aumentan las necesidades de fertilizantes nitrogenados.
•
La aplicación de dosis excesivas de fertilizantes con un alto contenido en agua
afecta a las propiedades físicas del suelo, lo que causa un incremento de la
lixiviación de sustancias nitrogenadas y un deterioro en la calidad del humus.
•
La aplicación de fertilizantes líquidos que contengan nitrógeno amoniacal puede
afectar directamente a la calidad de las aguas subterráneas.
•
Los microorganismos presentes en los fertilizantes orgánicos naturales pueden
contaminar las aguas.
•
Los compuestos nitrogenados orgánicos antes de que puedan ser empleados
por las plantas o arrastrados hacia el agua subterránea han de pasar por las
etapas de mineralización.
•
Los compuestos de fósforo presentan una movilidad muy reducida y son
rápidamente fijados o absorbidos por los compuestos del suelo y de la zona no
saturada.
Contaminantes del agua
Contaminantes físicos:
Son como su denominación
propiedades físicas del agua.
los
caracteriza,
elementos
que
contaminan
las
Aspecto: es una de las características principales que incide sobre el uso o rechazo
del agua como potable. Esta debería ser incolora y sin sustancias en suspensión a
simple vista.
El aspecto se refiere, por tanto, a la presencia de color, turbidez, sólidos en
suspensión, sedimentos o partículas similares, detectables a simple vista. Dada la
subjetividad de la interpretación de este parámetro, siempre que sea posible debe de
ir acompañado de valores numéricos sobre color, turbidez, etc.
Color: el color no se puede atribuir a ningún constituyente en exclusivo, aunque en
ciertos colores en aguas naturales son indicativos de la presencia de determinados
contaminantes. La coloración del agua natural no contaminada está causada
principalmente por la presencia de sustancias húmicas que le proporcionan al agua el
color amarillo; compuestos de hierro le dan color rojizo así como tonalidades oscuras
(negras) son debidas a la presencia de manganeso.
Turbidez: la transparencia del agua es un factor decisivo para la calidad y
productividad de los ecosistemas que contienen, ya que las aguas turbias impiden la
penetración de la luz, y con ello disminuye la incorporación de oxígeno disuelto para la
fotosíntesis que realizan los productores primarios.
Olor: un agua destinada a la alimentación debe de ser completamente inodora. En
efecto, todo olor es signo inequívoco de contaminación o de la presencia de materias
orgánicas en descomposición.
Sabor: es otra determinación organoléptica y no suele emplearse como indicador de
identificación de contaminación, ya que suele ser común el desconocimiento del origen
potencial de la contaminación si se desconoce las propiedades físico-químicas y
biológicas mínimas para ello. El agua potable debe ser insípida.
Temperatura: la temperatura es una de las constantes físicas que tiene más
importancia en el desarrollo de diversos fenómenos que se realizan en el agua, y
48
�determina la evolución o tendencia de sus propiedades, ya sean físicas, químicas o
biológicas.
Conductividad eléctrica: por las propiedades que nos define es por tanto, indicativa
de la materia ionizable total presente en el agua.
PH: se debe a la composición de los terrenos atravesados por el agua, de tal forma, si
tenemos valores del pH alcalino, indica que las rocas son carbonatadas, y un pH
ácido, que las rocas son silíceas. Los valores de pH compatible con la vida de las
especies acuáticas están comprendidos entre 5 y 9, situándose los más favorables
entre 6 y 7,2.
Sólidos en suspensión: los sólidos pueden afectar negativamente la calidad del
agua. Las aguas con abundantes sólidos disueltos suelen ser de inferior palatabilidad,
y pueden inducir una reacción fisiológica desfavorable en el organismo.
Contaminantes químicos:
Un número importante de elementos, compuestos y sustancias que, dependiendo de
las condiciones físico-químicas del medio hídrico, pueden llegar a convertirse en
contaminantes químicos del mismo, son miembros integrados en algunas de las
etapas que estructuran el desarrollo de los ciclos biogeoquímicos principales.
Anhídrido carbónico (CO2): disuelto en agua tiene su origen principalmente en la
respiración (consumo de O2) de los organismos y microorganismos que se encuentran
en los sedimentos y en el agua, así como en la descomposición de la materia
orgánica. En el agua existe un incremento de CO2 por la noche debido a que por falta
de luz no se realiza la función clorofílica, no aportándose oxígeno al medio.
El anhídrido carbónico es uno de los elementos causantes de la agresividad o de las
incrustaciones en el agua. Desde el punto de vista industrial, el empleo de un agua
exige una buena evaluación del equilibrio carbónico, en particular para las tuberías
conductoras y los generadores de vapor.
Ácidos carbónicos: Para el estudio del sistema agua-ácido carbónico (H2 CO3)
bicarbonato (HCO3)- carbonatos (CO3) hay que tener en cuenta el pH del medio. Con
pH entre 4,3 y 12,6 la especie predominante de carbono son los bicarbonatos. Con pH
inferiores a 4,3 en disolución existirá ácido carbónico. Con pH superior a 8,3 existirán
los carbonatos. Los carbonatos precipitan fácilmente en presencia de iones de calcio.
Estos iones contribuyen fundamentalmente a la alcalinidad del agua, que es una
medida de la capacidad para neutralizar ácidos.
Sulfuros: el sulfuro de hidrógeno (H2S) proviene de la educción de sulfatos en
condiciones anaerobias, es un gas muy soluble en agua, con un olor característico a
huevo podrido y muy venenoso. Las aguas que contienen sulfuro de hidrógeno son
muy tóxicas con pH ácidos, incluso para las bacterias. La toxicidad disminuye con pH
básicos.
Sulfatos: el ión sulfato (SO4) se forma principalmente mediante la oxidación del
sulfuro de hidrógeno en condiciones aerobias. Es uno de los iones que contribuye a la
salinidad de las aguas y se encuentra presente en la mayoría de las aguas naturales.
El ión sulfato tiende a formar sales con los metales pesados disueltos en el agua, y
debido a que el producto de solubilidad de dichas sales es muy bajo, contribuye muy
eficazmente a su toxicidad. Un incremento de sulfatos presentes en el medio hídrico
es indicador de un vertido próximo.
Compuestos nitrogenados: el nitrógeno se encuentra en el agua en tres formas:
gas disuelto, combinaciones orgánicas y combinaciones inorgánicas. Las algas
cianofíceas y las bacterias, transforman el nitrógeno molecular en nitrógeno orgánico.
49
�El nitrógeno inorgánico no gaseoso se halla en forma de nitratos (NO3), nitritos (NO2)
y amoniaco (NH4). Es natural encontrar la mayor composición en forma de nitrato,
que es la forma más oxidada. La proporción entre las distintas formas es consecuencia
de los procesos biológicos. La concentración entre el amonio y nitrito es relativamente
mayor en aquellos momentos en que los procesos de descomposición revisten
particular importancia. Los factores ambientales que influyen en la actividad de los
organismos nitrificantes y desnitrificantes son: la temperatura, la concentración de
oxígeno, las fuentes de carbono, el pH, las sustancias tóxicas, etc.
Nitrógeno amoniacal (ión NH4): es considerado como una prueba química de
contaminación reciente y peligrosa. A pH elevado el amonio pasa a estado de
amoniaco, considerándose este en aguas aptas para la vida acuática, con valores
inferiores a 0,025 mg/l. Si el medio es aerobio, el nitrógeno amoniacal se transforma
en nitritos.
Nitrógeno nitroso (ión nitrito NO2): Los nitritos pueden estar en el agua bien por
la oxidación del amoniaco o por la reducción de los nitratos. En el primer caso, es casi
seguro que su presencia se deba a una contaminación reciente, aunque haya
desaparecido el amoniaco. En las aguas subterráneas, sobre todo las de origen
profundo, se pueden encontrar nitritos como consecuencia de un medio reductor.
Igualmente, cuando el agua que contiene nitratos está en contacto con metales
fácilmente atacables, ya sea a pH ácido o alcalino, se pueden presentar nitritos. Desde
el punto de vista de potabilidad del agua, la presencia de nitritos la impotabiliza,
debido a que su presencia indica una contaminación con la consiguiente aparición de
organismos patógenos.
Nitrógeno nítrico (ión nitrato NO3): en las aguas la concentración de nitratos
tiende a aumentar hoy en día, principalmente como consecuencia del incremento del
uso de fertilizantes en grandes áreas agrícolas y por el incremento de la población.
Compuestos de fósforo: el fósforo disuelto en el agua puede proceder o bien de
ciertas rocas o del lavado de suelos, en cuyo caso puede tener su origen en un pozo
negro o un estercolero. La concentración de fósforo depende generalmente de la
densidad de población, ganadería, uso de abonos, etc. El fósforo se encuentra en el
agua como fósforo orgánico e inorgánico, disuelto o en suspensión. Uno de los
principales efectos que producen los fosfatos es que favorecen la eutrofización, lo cual
trae como consecuencia el aumento de materia orgánica, bacterias heterótrofas, que
modifican el carácter fisicoquímico del agua y hacen que disminuya el oxígeno
disuelto.
Contaminación inorgánica:
Además de los compuestos inorgánicos que intervienen en los ciclos biogeoquímicos
ya comentados debemos señalar los siguientes:
Oxígeno disuelto: el oxígeno disuelto en el agua es debido a las turbulencias de este
medio en la interfase aire-agua, y a la producción fotosintética. La solubilidad del
oxígeno en el agua depende de la temperatura, la presión atmosférica y la salinidad.
Cuando la temperatura se eleva, el contenido de oxígeno disuelto disminuye en razón
de su pequeña solubilidad, pero también a causa del consumo aumentado por los
seres vivos y las bacterias que se multiplican. Estas modificaciones pueden ocasionar
sabor y olor desagradables en el agua.
Cloruros: Los contenidos de cloruro en las aguas subterráneas son extremadamente
variables y se deben principalmente, a la naturaleza de las rocas por donde circula el
agua y existencia o no de mezcla con aguas marinas. El gran inconveniente de los
cloruros en las aguas es el sabor desagradable que los mismos le aportan. También
50
�pueden corroer las tuberías y depósitos. Además, para el uso del agua en la
agricultura los contenidos en cloruros pueden limitar el uso del agua en ciertos
cultivos y a partir de determinadas concentraciones en aguas que se utilizan en riego
contribuyen a la salinización de los suelos agrícolas. En determinadas circunstancias o
condiciones, al comprobarse que existe un incremento de cloruros en las aguas, debe
pensarse que existe contaminación de origen humano.
Contaminación orgánica:
La contaminación orgánica en la mayoría de los casos representa ser la más
importante magnitud y sus principales fuentes son de origen doméstico, industrial,
agrícola y ganadero. Existen tres índices para medir la contaminación orgánica en las
aguas:
Demanda química de oxígeno (DQO): es la cantidad de oxígeno consumido por las
materias existentes en el agua, oxidables en unas condiciones determinadas. En el
ensayo se emplea un agente químico fuertemente oxidante en medio ácido para la
determinación del equivalente de oxígeno de la materia orgánica que puede oxidarse.
Esta medida es una estimación de las materias oxidables presentes en el agua,
cualquiera que sea su origen, orgánico y mineral.
Demanda biológica de oxígeno: representa la cantidad de oxígeno consumido para
la degradación bioquímica de la materia orgánica mediante procesos aerobios. La
determinación que se ejecuta habitualmente es la DBO5, es decir, se deposita la
muestra de agua en la oscuridad y a una temperatura de 20 0C durante 5 días. Las
aguas subterráneas suelen tener menos de 1 mg/l (ppm), si en este tiempo su
concentración aumenta esto significa contaminación. La relación entre DBO y DQO es
significativa de la biodegradabilidad de la materia orgánica. En aguas residuales un
valor de la elación DBO/DQO menor de 0,2 se interpreta como un vertido de tipo
inorgánico (difícilmente biodegradable) y orgánico si es mayor de 0,6 (fácilmente
biodegradable).
Carbono orgánico total (TOC): este parámetro, como su nombre lo indica, es la
medida del contenido total en carbono de los compuestos orgánicos presentes en las
aguas. Se refiere tanto a compuestos orgánicos fijos como volátiles, naturales o
sintéticos. Es la expresión más correcta del contenido orgánico total. Sirve para
estimar el contenido total de materia orgánica presente en el agua.
Microcontaminantes:
Se define como microcontaminantes, aquellas sustancias que se encuentran en el
agua en pequeñas concentraciones, pero cuyos efectos en el medio son considerables.
Microcontaminantes inorgánicos: (metales traza), son biorrefractarios, es decir,
tienden a persistir en el medio ambiente indefinidamente, por lo que presentan una
amenaza más seria que los compuestos orgánicos, que pueden ser más o menos
persistentes. Un metal pesado en el agua, el mayor problema que presenta es que
tiene la posibilidad de que sufra bioconcentración.
Microcontaminantes orgánicos: la principal característica de los contaminantes
orgánicos son su complejidad y su variedad. Suelen estar ligados a fenómenos de
toxicidad, posibilidad de acumulación, modificación de los caracteres organolépticos
de las aguas, y presentan dificultades para su determinación analítica. Al igual que los
metales pesados, entran en la cadena alimentaria produciendo una sucesiva
bioconcentración.
La contaminación por estos grupos de compuestos se deriva de actividades
domésticas, industriales y agrícolas. Entre los grupos más característicos de este
grupo de contaminantes pueden señalarse los siguientes:
51
�Plaguicidas: cualitativa y cuantitativamente, los plaguicidas presentan la más seria
amenaza al medio ambiente de los compuestos orgánicos: Insecticidas, acaricidas,
herbicidas, nematoridas, rodenticidas. Los principales grupos son: organoclorados,
organofosforados, carbamatos, triazinas y fenoxiácidos. Los más resistentes a la
biodegradación son los organoclorados, aunque también los más tolerables para los
animales superiores. En la mayor parte se degradan, pero los productos resultantes
poseen casi la misma toxicidad.
Detergentes: los detergentes aniónicos son los más empleados, los primeros fueron
los alquilbencenosulfatanos (ABS), muy resistentes a la degradación microbiana y
tóxica para la vida acuática. Ahora se están sustituyendo por los llamados
alquilsulfonatos (LAS), estos son fácilmente degradables por las bacterias, lo que
quiere decir que no poseen mucha toxicidad.
Fenoles: exceptuando las sustancias húmicas, la contribución natural a las aguas es
insignificante y bastante biodegradable. Su procedencia es principalmente industrial
(industria química, del carbón, celulosa, petroquímica), aunque también hay que
mencionar la degradación de algunos plaguicidas.
Hidrocarburos: en las aguas continentales están presentes por fugas de oleoductos y
vertidos industriales. Dan al agua un sabor y un olor desagradables, lo que permite
detectarlos en cantidades incluso de ppb. La película superficial que forman en las
aguas impide el intercambio gaseoso agua-aire, con el consiguiente trastorno para la
vida acuática.
Bifenilos policlorados (PCB, s): por su fórmula, son muy parecidos a los
plaguicidas organoclorados; poseen núcleos aromáticos muy sustituibles por cloro. Se
emplean en la fabricación de plásticos, aislantes dieléctricos (retardan eficazmente su
combustión debido a su alta resistencia a ella), etc. Son los microcontaminantes
orgánicos más persistentes que se conocen, más incluso que el DDT.
Sustancias húmicas: este tipo de sustancia es la menos nociva para el medio
ambiente, de hecho procede de él. Lo constituye un número determinado de
sustancias, muchas de ellas desconocidas, que resultan de la lixiviación de la capa
orgánica del suelo, constituida por los restos más o menos transformados de las
plantas (hojas y fracciones leñosas, fundamentalmente).
Contaminantes biológicos: los microorganismos constituyen la parte biológica de la
contaminación del agua y han sido las causas de las grandes epidemias que se han
producido a lo largo de la historia de la humanidad. A pesar de ello no todos los
microorganismos son igualmente nocivos (patógenos); algunos son inocuos y otros
son de gran utilidad para la autodepuración de los ríos.
A continuación analizaremos dos de los tipos o elementos de contaminación que a
partir del siglo pasado se han ido presentando con más frecuencia, en grandes
territorios y que es muy degradante de los acuíferos: la contaminación por
hidrocarburos, que generalmente es provocada por el hombre, tanto en territorios de
desarrollo de yacimientos petrolíferos, como fuera de ellos por diversas causas, siendo
los más frecuentes los derrames. También analizaremos, con algo más de detalle, la
contaminación de las aguas subterráneas por compuestos nitrogenados de origen,
tanto natural como artificial, siendo esta última la más frecuente en la actualidad, por
desarrollo de la humanidad y su actuar cotidiano.
52
�3.4.1 Contaminación por hidrocarburos
Los hidrocarburos representan uno de los contaminantes más difíciles de eliminar de
los acuíferos y aunque esta contaminación no se encuentra con mucha frecuencia y su
origen es generalmente provocado por el hombre, cuando ocurre puede degradar
(contaminar) amplias extensiones de acuíferos y sobre todo la producida por el
petróleo.
El petróleo representa un material mineral de origen orgánico de composición muy
compleja. Por su composición química, está formado predominantemente por distintas
uniones de carbono (C) e hidrógeno (H), de distintos pesos moleculares. Intervienen
en su composición también el oxígeno (O), el nitrógeno (N) y el azufre (S). En la
mayoría de los casos, el contenido de carbono en el petróleo oscila entre 80 y 87 % y
el contenido de hidrógeno entre 12 y 14 %, lo que representa un 97–99 % de toda su
composición.
El contenido de oxígeno, nitrógeno y azufre en el petróleo representa como máximo
un 1–2 % y en casos muy específicos puede alcanzar 3 hasta 5 % y principalmente
por contenido de azufre. El contenido de oxígeno y nitrógeno muy rara vez alcanza el
1-1,5 %. El nitrógeno está presente en forma de compuestos orgánicos y el oxígeno
en forma de ácidos nafténicos.
La representación química de los compuestos de carbono e hidrógeno en el petróleo
es muy variada y su notificación química responde igualmente a una amplia variedad
de expresiones, como por ejemplo:
CnH2n + 2; CnH2n; CnH2n – 2; CnH2n – 4 y otras.
Cada una de estas combinaciones presenta determinadas propiedades de reacción,
unas pueden formar otros compuestos, otras no. Existen series con combinaciones
que son muy activas en la formación de otros compuestos por unión iónica
denominados no saturados, como por ejemplo: C2H4 (etileno) y otras series
denominadas saturadas por contenido de carbono e hidrógeno como el CH4 (metano).
Cuando ocurren derrames de petróleo o sus derivados, por sus propiedades físicas e
intrínsecas y en dependencia de la litología de cubierta o zona no saturada, estos
pueden infiltrarse hasta las aguas subterráneas y en la mayoría de los casos no son
diluidos en el agua. Por el bajo peso específico, (0,8–0,93 gr/cm3) y otras propiedades
el petróleo y sus derivados “flotan” sobre las aguas. Paralelo a esto ocurrirá la
filtración de estos compuestos y además la difusión de los mismos sobre las aguas
subterráneas y a través de las rocas acuíferas y en la zona no saturada totalmente.
La difusión de los hidrocarburos, y principalmente del petróleo, ocurre gracias a la
movilidad de las moléculas de CH, las cuales, incluso, pueden difundirse a través de
las arcillas saturadas a velocidades que pueden alcanzar hasta 4,8 * 10- 6 cm/seg, en
presencia de gases y hasta 4 * 10- 8 con ausencia de gases en las rocas.
Estas características de los hidrocarburos y sobre todo del petróleo, así como su
adherencia a las rocas por su alta viscosidad (hasta más de 230 spuaz), hacen que la
propagación de la contaminación de acuíferos, por estos elementos, sea muy difícil de
contrarrestar después de contaminadas las aguas en los acuíferos. Los hidrocarburos
son elementos muy tóxicos, una contaminación de las aguas con contenidos
relativamente bajos de hidrocarburos (menor de 100 mg/l) puede provocar
afectaciones graves en el organismo humano por intoxicación y principalmente en la
población infantil.
53
�Tabla 3.2. Propiedades físicas de hidrocarburos en estado líquido
Denominación
Fórmula química
Temperatura de
ebullición
0
C
Densidad
gr/cm3 (a
0
C)
Series saturadas
Etileno
C2H4
-104
0,5699
(a-104)
Propileno
C3H6
-47
0,6095
(a–47)
Butileno
C4H4
-6,1
0,6261
(a-6,9)
Amileno
C5H10
+32,5
0,644
(a+20)
Exileno
C7H4
+94
0,705
(a+20)
0,415
(a-164)
Series no saturadas
Metano
CH4
-164
Etano
C2H6
-88,6
0,446
(a 0)
Propano
C3H8
-42
0,535
(a 0)
Butano
C4H10
-135
0,6
(a 0)
Pentano
C5H12
+36
0,648
(a 0)
Hexano
C6H14
+69,7
0,677
(a 0)
Heptano
C7H16
+98,4
0,6838
(a 0)
Decano
C10H12
+173
0,746
(a 0)
En los casos de contaminación de las aguas subterráneas por hidrocarburos pueden
ser aplicados diversos métodos para contrarrestar (disminuir o eliminar) esa
contaminación. Generalmente la contaminación se presenta en dos fases, una del
hidrocarburo que flota y se desplaza sobre las aguas subterráneas (fluido) y otra que
se adhiere (es absorbido) a las rocas por sus propiedades de viscosidad, etc. De tal
forma, no todos los métodos que se aplican para la extracción de estos contaminantes
son efectivos en su totalidad.
Para la extracción y captación del hidrocarburo fluido existen varios métodos
mecánicos, de los cuales los más desarrollados son los siguientes:
•
Bombeo de pozos en centro de área contaminada, con toma de las bombas en
la superficie de las aguas subterráneas, con expulsión del contaminante hacia la
superficie del terreno donde descargará a un sistema de trampas para la
captación en superficie de los hidrocarburos.
•
Bombeo de pozos ubicados en el centro del área contaminada, con toma en la
superficie de las aguas subterráneas y recarga artificial del acuífero en pozos
ubicados por la periferia del área afectada. Principalmente, la ubicación de los
pozos deberá coincidir con los límites del área afectada que se encuentra aguas
abajo en relación con la dirección del flujo subterráneo.
•
Extracción (o succión) mediante Skimmers en pozos. Este método representa
un sistema de extracción de hidrocarburos, en este caso, por flotadores sobre
las aguas subterráneas, ubicados dentro de pozos. Estos flotadores presentan
una boya calibrada, según la densidad del hidrocarburo y acoplada a la misma
está la toma de las bombas (neumáticas) que succionan el contaminante y lo
impulsan hacia la superficie del terreno, donde igualmente será vertido a un
sistema de trampas para su captación y recogida.
54
�•
Extracción mediante sistemas de Vacuun o Alto Vacío. Este método está
compuesto por bombas de succión, conectadas a la boca de pozos o
piezómetros, totalmente hermetizados, del que sale la tubería de succión.
Para la eliminación o degradación de los hidrocarburos, contaminantes absorbidos por
rocas acuíferas y de la zona no saturada y parte también de los fluidos, desde hace ya
algunas décadas, se aplican también los métodos Biocorrectores o Biodegradantes.
Los métodos Biocorrectores o Biodegradantes consisten, principalmente, en el uso de
microorganismos naturales (levaduras, hongos o bacterias) existentes en el medio
para descomponer o degradar sustancias peligrosas a sustancias menos tóxicas o
inocuas al medio ambiente o salud humana.
Estas técnicas biológicas pueden ser de tipo aerobio (presencia de un medio oxidante)
o bien de tipo anaerobio (presencia de un medio reductor). Su aplicación está basada
en distintos métodos, de los cuales uno de los más desarrollados es la ventilación
forzada -inyección de aire a presión en la zona no saturada a través de pozos o
piezómetros (bioventing).
La biodegradación de contaminantes hidrocarburos se basa en que, en la cadena
respiratoria o transportadora de electrones de las células se producen una serie de
reacciones oxidantes y reductoras, cuyo fin es la obtención de energía. La cadena la
inicia un sustrato orgánico (compuesto hidrocarburo) que es externo a la célula y que
actúa como donante de electrones, de modo que la actividad metabólica de las células
(bacterias, etc.) acaba degradando y consumiendo el sustrato (hidrocarburos).
Los nutrientes más comúnmente utilizados por los microorganismos son el oxígeno,
los nitratos, el hierro, los sulfatos y el dióxido de carbono. En el caso que nos interesa,
cuando el oxígeno es utilizado, el funcionamiento metabólico microbiano se produce
en condiciones aerobias y el esquema de degradación de los hidrocarburos es el
siguiente:
Hidrocarburos + O2 → biomasa + CO2 + H2O
La eficacia del método de Inyección de Aire (bioventing) consiste en que, al inyectarse
aire a presión en la zona no saturada hasta proximidades de la superficie de las aguas
subterráneas que contiene hidrocarburos, en la superficie de los hidrocarburos se
desarrolla la volatilización de estos, facilitando la migración de la fase volátil y al
incrementarse la oxigenación de la superficie de los hidrocarburos se estimula la
actividad bacteriana, lográndose con ello la biodegradación de estos contaminantes.
Este método presenta alta eficacia cuando:
•
Los hidrocarburos contaminantes son de alta volatilidad.
•
Los acuíferos contaminados y zona no saturada contienen bajos contenidos de
arcilla y su litología es homogénea.
•
Los contaminantes hidrocarburos poseen baja solubilidad.
•
El aporte de oxígeno sea suficiente así como la de fuentes de carbono.
•
Existan condiciones determinadas de pH (6 a 8), la humedad no sea muy alta
(12-30 %), potencial redox mayor de 50 m.V, temperatura entre 0 y 400 C y
los nutrientes contenidos en el suelo y sedimentos N y P en relación 10: 1.
El tiempo de degradación de los hidrocarburos es variable, en función de las
condiciones que existan en el medio del desarrollo bacteriano y del volumen del
contaminante depositado, y el mismo puede oscilar desde algunos meses hasta varios
años. Para la recuperación de acuíferos degradados por hidrocarburos, generalmente
se requiere de la aplicación combinada de los métodos que anteriormente se han
relacionado.
55
�La contaminación por hidrocarburos se hace cada día más frecuente y de ellos los de
más sistematicidad son por gasolina, kerosén, gasoil y fuel oil. No es raro ya, conocer
de accidentes en depósitos o en la transportación de estas sustancias. La
contaminación puede originarse por fugas desde depósitos, enterramientos de
residuos, lavado de aglutinantes de caminos asfaltados, riego de terrenos con aceites
residuales para evitar el polvo, así como por inyección profunda de residuales y
muchas otras formas.
La penetración o infiltración de hidrocarburos en suelos considerados como
permeables puede alcanzar valores considerables en profundidad, en dependencia del
tipo de suelo y sedimentos subyacentes. La infiltración y mezcla con las aguas
subterráneas puede presentarse de distintas formas en dependencia de la
permeabilidad de las rocas o suelos de la zona no saturada y la zona saturada
(acuífera) (Figuras 3.1 y 3.2). La máxima profundidad de penetración de los
contaminantes hidrocarburos puede pronosticarse, según González, por la expresión
siguiente:
Hh =
1000 * V
m.
A* R * K
(3.1)
Donde: V- Volumen de contaminante vertido sobre el suelo, m3.
A- Área superficial afectada, m2.
R- Capacidad de retención de los sedimentos, l/m3 (Tabla 3.3)
K- Factor de corrección que depende de la viscosidad del hidrocarburo (Tabla
3.4).
Tabla 3.3. Capacidad de retención del suelo (R)
R, l/m3
Tipos de sedimentos
5
Gravas gruesas
8
Gravas finas y arenas gruesas
15
Arena gruesa y media
25
Arena media a menuda
40
Arena fina
Tabla 3.4. Factor de corrección (K)
Tipo de combustible
Factor K
Gasolina
0,5
Kerosén, Gasoil
1,0
Fuel oil ligero
2,0
Cuando la profundidad máxima de infiltración del contaminante resulta superior a la
profundidad de yacencia de las aguas subterráneas de acuíferos freáticos, puede
pronosticarse el área de extensión máxima que los hidrocarburos infiltrados ocuparán
sobre la superficie del agua subterránea, según González, por la expresión:
Ah =
1000V − A * R * m * K
, m2
Vh
(3.2)
56
�Donde: Vh- Volumen de hidrocarburo en la zona capilar, l/m2.
Vh =
Hc * R
m3.
1000
(3.3)
Hc- altura capilar, m.
k-Profundidad a la que se encuentran las aguas subterráneas, m.
FIGURA 3.1 Etapas de la penetración y mezcla de hidrocarburo con las aguas
subterráneas.
FIGURA 3.2 Formas de mezcla de hidrocarburos con las aguas subterráneas en rocas
con distinto grado de permeabilidad.
3.4.2 Contaminación por nitratos (NO3) y nitritos (NO2)
Vulnerabilidad de los acuíferos frente a la contaminación por nitratos y
nitritos
La vulnerabilidad de un acuífero frente a la contaminación del agua subterránea es
una propiedad del acuífero, cualitativa, relativa, no medible y adimensional. La
exactitud de la evaluación de la vulnerabilidad depende, sobre todo, de la cantidad y
calidad de los datos, de su fiabilidad y representatividad.
De forma genérica, el cálculo de la vulnerabilidad de un acuífero se puede realizar
cualitativamente, estableciendo una categorización (por ejemplo, vulnerabilidad muy
alta, alta, media, baja) y agrupando el subsuelo del área de estudio en categorías de
acuerdo con una tabla que recoja consideraciones tales como permeabilidad, espesor,
capacidad de atenuación y fracturación, matizando estas valoraciones con otros datos,
como por ejemplo, la profundidad del nivel freático. De aquí se obtendrían unas
categorías para cada punto analizado, con un alto grado de subjetividad, pudiendo
variar de un punto a otro según el autor. No obstante, lo más adecuado sería buscar
57
�un valor numérico que se base en consideraciones lo más cuantificables y objetivas
posibles.
El grado de vulnerabilidad de los acuíferos frente a la contaminación por nitratos
depende de: factores de carácter endógeno, características lito estratigráficas del
acuífero, espesor, textura, naturaleza geoquímica, contenido de materia orgánica,
permeabilidad, grado de figuración, factores de carácter exógeno, características de la
carga contaminante, forma de incorporación del contaminante al terreno, régimen
pluviométrico y su relación en zonas de cultivo con los sistemas de abonado y riego,
temperatura del agua que se infiltra, condiciones de construcción de los pozos de
explotación.
Los factores endógenos son los que más influyen en el control del tiempo de
residencia del ión nitrato en el terreno y de las reacciones, físico-químicas que van a
tener lugar en el mismo y que, en definitiva, van a condicionar el avance del frente
de contaminación una vez pasada la zona radicular. Por ejemplo: la roca granítica
(plutónica). En formaciones poco permeables, de naturaleza plutónica o metamórfica,
en las que se localizan acuíferos libres, dispersos, de escasa potencia y poco
productivos, el contenido en nitratos puede llegar a alcanzar valores elevados en
zonas de importante actividad agrícola o ganadera de tipo extensiva. Sin embargo, y
debido al alto poder de renovación del agua en el acuífero, la recuperación de la
calidad del mismo se puede lograr en poco tiempo, una vez eliminada o reducida la
fuente contaminante.
En las formaciones sedimentarias, cuyas aguas se explotan en grandes volúmenes, la
percolación a través de la zona no saturada, favorecida bien por su elevada
permeabilidad, bien por su reducido espesor o bien por la acción combinada de ambos
factores, se traduce en una progresiva acumulación de contaminantes.
El enriquecimiento de las aguas subterráneas en nitratos no es consecuencia
obligatoria de la migración vertical, sino que sobreviene cuando esta última excede de
un valor límite en función de las condiciones locales. La constatación de esta
concentración creciente señala un desequilibrio en la relación entre la planta, el suelo
y el agua, cuya causa debe buscarse en el contexto de un balance de nitrógeno
asociado al sistema de cultivo en cuestión.
En zonas semiáridas los niveles piezométricos descienden durante las épocas de
bombeo y riego y se recuperan durante la estación húmeda. El ascenso piezométrico
durante la recarga provoca la mezcla del agua de la zona saturada y no saturada. Este
ciclo se repite cada año y se extrema en años de sequía o de precipitaciones
anormalmente altas. La estratificación de los nitratos en la zona no saturada se
desplaza en los ascensos piezométricos a la zona saturada, produciéndose una mezcla
de niveles distintos de concentración. Así, se pueden advertir incrementos en las
concentraciones en algunos casos con posterioridad al período de recarga. En aquellos
casos en los que se está produciendo bombeo de agua mediante pozos, el agua
describe un movimiento vertical que arrastra los nitratos disueltos. En el caso de
retornos de aguas de riego se provoca un incremento de la concentración por efecto
de reciclado. Por su parte, los bombeos intensivos, debido a las depresiones
piezométricas puntuales, pueden dar lugar a que el agua cargada de nitratos
descienda a niveles más profundos.
La general lentitud con la que evoluciona el proceso contaminante obedece a varios
factores:
- Acciones de oxidación-reducción: éstas tienen lugar predominantemente durante la
infiltración en medio no saturado, aunque también puede producirse en el medio
saturado mientras no se consuma el oxígeno disuelto en el agua. Cuando el oxígeno
58
�es escaso o inexistente se producen fenómenos anaerobios en los que se consume
materia orgánica a expensas de reducir nitratos, produciéndose NH4+, N2, etc.
- Procesos de adsorción y absorción: la retención por el terreno en realidad es sólo
una disminución de la velocidad de circulación y puede ser temporal o permanente.
- Procesos bioquímicos: juegan un importante papel, en especial en la zona no
saturada. Están muy ligadas a los de oxidación-reducción.
-
Procesos de dilución: son especialmente importantes en casos de contaminación
extendida.
Con frecuencia la contaminación por nitratos procede principalmente de fuentes no
puntuales o difusas que se caracterizan por una gran cantidad de puntos de entrada
de la contaminación en el terreno y por la dificultad que supone hacer una
localización precisa de las zonas donde se produce la entrada de los contaminantes.
Las fuentes de contaminación por nitratos en suelos y aguas (superficiales y
subterráneas) aunque pueden ser muy diversas, se asocian mayoritariamente a
actividades agrícolas y ganaderas, aunque en determinadas áreas, también pueden
aparecer asociadas a ciertas actividades, especialmente las relacionadas con el sector
agrícola. No obstante, también existe una contaminación por nitratos de tipo puntual.
En este caso la fuente de contaminación es más fácil de identificar ya que se suelen
localizar en zonas de extensión restringida y frecuentemente se asocian con vertidos
urbanos o industriales.
Fuentes de nitrato:
Aporte en el agua de lluvia de formas nitrogenadas (en general, el aporte de nitrato
derivado del agua de lluvia en condiciones naturales frente a las demás fuentes de
nitrato es inapreciable).
Fenómeno de nitrificación
Actividades agrícolas: Fertilizantes inorgánicos y orgánico (El uso indiscriminado de
fertilizantes solubles vía fertirrigación durante varios años, tal y como suele tener
lugar en las producciones intensivas, origina concentraciones muy altas de nitratos en
el suelo y consecuentemente, eleva de forma notable el riesgo de lixiviación de
nitratos.
Uso excesivo de purines
Herbicidas y pesticidas que contienen nitratos.
Fertilización por fertirrigación.
Actividades ganaderas: Almacenamiento de estiércoles.
Actividades industriales y urbanas: Vertidos efluentes
Aguas residuales
Son numerosos los diferentes compuestos de nitrógeno que se pueden formar en las
distintas fases que componen el ciclo del nitrógeno. Como hemos visto, aunque
algunos de ellos tienen una procedencia natural, la formación de muchos de estos
compuestos se ve fuertemente incentivada de forma artificial, debido a la acción del
hombre, constituyendo importantes fuentes de contaminación, tal es el caso de los
nitratos.
De forma más detallada, los diferentes compuestos del nitrógeno pueden proceder de
la atmósfera, del suelo y de las aguas.
En la atmósfera: Origen / Compuestos / Procedencia
59
�Antrópico / NO (óxido nítrico) /Quema de combustibles fósiles y otros tipos (p. ej.,
biocombustibles). NO2 (dióxido de nitrógeno -Nitrito); NO3 -(nitrato), NH4+ (amonio).
Industrias, Automóviles
Natural / NO2 (dióxido de nitrógeno) / Descargas eléctricas + N2, NH3+ (amoniaco)
Volatilización del NH4+ / Volcanes
Óxidos de nitrógeno (NO), Compuestos del nitrógeno que se forman sobre todo por la
oxidación del nitrógeno atmosférico.
Puede tener un origen:
Natural: incendios forestales, basuras.
Antrópico: quema de combustibles fósiles (gasolina, gas atural, gasoil, carbón) tanto
en industria como en los automóviles; quema de otros combustibles (por ejemplo
biocombustibles).
Los óxidos de nitrógeno se emiten, mayoritariamente, como óxido nítrico (NO), que
posteriormente se transforma en dióxido de nitrógeno (NO2)- Nitrito. Favorecen la
formación de ozono troposférico, en la parte más baja de la atmósfera, donde se
encuentra en cantidades muy pequeñas de forma natural, especialmente cuando la
mezcla de determinados contaminantes emitidos por la industria o el tráfico
(esencialmente dióxidos de nitrógeno y compuestos volátiles orgánicos) reacciona con
la luz solar. Aunque el óxido nítrico destruye el ozono troposférico, el NO2 en que se
transforma, contribuye a su formación. Además, el dióxido de nitrógeno (NO2)
combinado con la humedad del ambiente, es uno de los gases contaminantes
responsables de la lluvia ácida y del mal de la piedra (NO3H2). Son un buen ejemplo
de cómo un contaminante presente en la atmósfera puede afectar a cursos de agua y
almacenamientos de agua potable subterránea, impactando por diversas vías a la
salud humana.
En el suelo, gracias a la acción bacteriana, la materia orgánica se transforma,
descompone o degrada hasta mineralizarse dando lugar a un conjunto de compuestos
estables, amorfos y coloidales conocidos como humus. El humus está constituido por
huminas (fracción insoluble), ácidos húmicos (material orgánico de color oscuro
insoluble en ácidos) y ácidos fúlvicos (material sobrante en la solución una vez que se
han extraído los ácidos húmicos por acidificación, soluble en álcalis y ácidos). El
humus influye en la capacidad del suelo para retener y poner a disposición de la
planta tanto aniones como cationes. Los ácidos fúlvicos y húmicos condicionan la
capacidad de intercambio catiónico y por tanto marcan la disponibilidad de nitrógeno
en forma amoniacal en el medio, mientras que las huminas condicionan la capacidad
de intercambio aniónico y por tanto la disponibilidad de nitrógeno en su forma nítrica.
Los horizontes acuíferos freáticos (aguas sin presión), están relacionadas con la
denominada zona de origen de las aguas subterráneas (zona de hidrogénesis). Por las
condiciones litológicas de esta zona que coincide con la corteza de intemperismo o
zona no saturada, en la misma se presentan altas permeabilidades en los sedimentos
o rocas acuíferas y en ellas influyen directamente las características y fenómenos que
se desarrollan en el medio ambiente superficial y en los suelos (capa vegetal), por ser
este el primer acuífero a partir de la superficie del terreno.
De lo antes expuesto se desprende que los horizontes acuíferos freáticos están
generalmente en estrecha relación con las aguas superficiales de origen fluvial y
pluvial, incluyendo las de riego, y por ello, con los fenómenos químicos y biológicos
que se desarrollan en la capa vegetal (suelos) y en la zona no saturada.
Los compuestos nitrogenados presentes en las aguas naturales están íntimamente
relacionados con el ciclo del nitrógeno. La mayor parte del nitrógeno aparece en forma
gaseosa en la atmósfera (78 % en volumen), en forma oxidada constituye una
60
�relativamente importante fracción en los suelos y sustancias orgánicas (tejidos de
animales o vegetales que lo extraen de la atmósfera para su metabolismo). En las
rocas, sin embargo, solo se presenta como elemento minoritario.
El nitrógeno puede aparecer en forma de NH3 (ácido nítrico), NH4 (amonio) y por
oxidación, estas formas reducidas pueden transformarse en NO2 y finalmente en NO3
que es la forma más usual y estable. Los procesos de oxidación reducción de las
especies nitrogenadas por fenómenos biológicos y en consecuencia, los productos
finales del número y tipo de organismos que intervengan en ellos.
Generalmente, el NH4 o el amoniaco libre, aparecen solo como trazas en aguas
subterráneas, aumentando su concentración cuando el medio es fuertemente
reductor. Este compuesto es el producto final de la reducción de sustancias orgánicas
o inorgánicas nitrogenadas que naturalmente se incorporan al agua subterránea. Dado
que la presencia de amonio favorece la multiplicación microbiana su detección en
cantidad significativa en el agua se considera como indicio de probable contaminación
reciente.
El ión nitrito puede estar presente en las aguas, bien como consecuencia de la
oxidación del NH3 o como resultado de la reducción o no reducción microbiana de los
nitratos. Su presencia en el agua debe considerarse como un indicio fundado de una
posible contaminación reciente (dada su inestabilidad) y tal vez de la impotabilidad del
agua debido a la toxicidad de este ión.
No obstante la sola presencia de nitrito y amonio en el agua subterránea no debe ser
considerada como resultado de una contaminación, sin analizar las posibles causas de
su presencia, dado que en un acuífero las condiciones de oxidación no son siempre
favorables y estos iones, incorporados de manera natural al acuífero, pueden
mantenerse durante cierto tiempo en el equilibrio con su forma oxidada, el nitrato.
Los nitratos pueden estar presentes en las aguas subterráneas, bien como resultado
de la disolución de rocas que los contengan, lo que ocurre raramente, bien por la
oxidación bacteriana de materia orgánica. Su concentración en aguas subterráneas no
contaminadas raramente excede de 10 mg/l. El origen de los nitratos en las aguas
subterráneas no siempre puede esclarecerse. Estos son relativamente estables pero
pueden ser fijados por el terreno o ser reducidos a nitrógeno o amonio en ambientes
reductores. A menudo son indicadores de contaminación alcanzando entonces,
elevadas concentraciones y presentando por regla general una estratificación clara con
predominio de las mayores concentraciones en la parte superior de los acuíferos libres
o freáticos.
Los horizontes acuíferos freáticos en territorios del trópico y subtrópico, donde existen
altas temperaturas y abundantes precipitaciones atmosféricas, están expuestos a una
fácil contaminación de origen orgánico, tanto por la descomposición de la materia
orgánica que se encuentra en los suelos como por residuos fecales de origen animal o
humana que de forma directa o indirecta se depositan en la corteza terrestre.
Durante la estancia de la materia orgánica en la zona no saturada (incluyendo el
suelo) y posteriormente en la zona de saturación, esta sufre toda una serie de
transformaciones en forma escalonada, influenciada por la acción de bacterias y
microbios que habitan esta zona, las albúminas compuestas se transforman en
aminoácidos, posteriormente en amonio (NH4), luego en nitritos (NO2) y al final en
nitratos (NO3).
NH4+ + 2 O2------NO2- + H2O
2 NO2- +O2 ----2 NO3
Este proceso de transformación de la materia orgánica es muy complejo, en el mismo
participan bacterias oxidantes llamadas nitro bacterias. La velocidad de ejecución de
61
�esta transformación depende del grado de desarrollo de las condiciones que propician
la misma. Como resultado de la transformación de la materia orgánica, tenemos que
el nitrógeno pasa de compuesto orgánico a compuesto simple, soluble en el agua.
La aparición de los nitritos y nitratos en el agua subterránea también puede ser de
origen químico, provocado por el vertimiento de residuales industriales y por la
utilización de fertilizantes orgánicos y sobre todo nitrogenados en áreas agrícolas.
Puesto que las plantas solo pueden aprovechar el nitrógeno en forma de nitratos, el
tipo de fertilizante aplicado condiciona la proporción de nitrógeno utilizable por las
mismas y en consecuencia, la cantidad no aprovechada por las plantas se infiltra hacia
el acuífero. La concentración de nitrato en el agua de infiltración depende pues del
tipo de fertilizante y además de la frecuencia, cantidad y modo de aplicación, así como
del nitrógeno orgánico o inorgánico ya existente en el suelo, también del grado de
permeabilidad, grado de humedad y otras características del suelo.
Los nitritos de forma natural pueden encontrarse en suelos que contengan un pH
superior a 7,7. Los fertilizantes nitrogenados pueden originar directamente nitritos en
lugar de nitratos cuando estos son aplicados en suelos algo alcalinos a partir de un pH
de 7 a 7,3; en este caso la concentración de nitritos en el suelo puede alcanzar
magnitudes semejantes a los nitratos con concentración máxima hasta de 100 mg/l.
El proceso de descomposición de la materia orgánica y la transformación de esta y de
compuestos químicos, principalmente los nitrogenados, pueden llegar a influir
notablemente en la calidad química del agua subterránea, como agua potable, con la
adición o incremento de iones NO3 y NO2, de estos elementos el más nocivo es el
nitrito (NO2), su origen como ya se ha analizado puede ser por distintas causas y por
procesos geo y bioquímicos que se producen en la zona no saturada y acuíferos
freáticos.
De los nitratos por reacciones reversibles puede producirse también el nitrito, debido
a procesos de desnitrificación, al combinarse el nitrato con el carbono C que se libera
de los procesos de descomposición de la materia orgánica, durante este proceso se
libera el nitrógeno N2 y por combinación de este con el oxígeno disuelto en las rocas y
aguas, puede producirse de nuevo iones de nitrito (NO2) y nitrato (NO3).
2 NO3- +2 C2- ----N2+2CO32
Al igual que el nitrógeno que se libera por procesos de desnitrificación, este elemento
puede agregarse al agua por el lavado de los suelos. En la atmósfera existen gases
como el O2, CO2 y el N2, solubles en el agua, bajo la influencia de descargas eléctricas
que se producen en la atmósfera, principalmente
durante las turbonadas, el
nitrógeno (N2) se une con el hidrogeno (H) y con el oxígeno (O2) formando ácido
nítrico (NH3) y nitrito (NO2), de tal forma, tanto el ácido nítrico como el nitrito diluidos
con las aguas de las precipitaciones atmosféricas llegan al suelo y por infiltración de
las aguas penetran hasta el acuífero.
Por experimentos ejecutados en territorios europeos de Rusia se demostró que
anualmente, por deposición a través de precipitaciones atmosféricas en el suelo, se
depositan de 3 a 4,5 Kg por hectárea de ácido nítrico y nitrito. En estos procesos
influyen también las llamadas lluvias ácidas en países altamente industrializados.
También se ha comprobado que mientras mayor es el contenido de elementos
nitrogenados, mayor será la carga eléctrica de sus partículas, de modo que se facilita
la dispersión y arrastre por las aguas que se infiltran hasta la zona acuífera.
Este proceso, por las condiciones climáticas tropicales y subtropicales, puede ser un
factor de gran importancia en la formación y origen de nitratos y nitritos en las aguas
subterráneas freáticas; sobre este proceso tenemos muy poco conocimiento, por lo
62
�que debe ser estudiado por la importancia que el mismo puede representar en tales
condiciones climáticas y acuíferos freáticos.
Otras causas que pueden dar origen a los nitratos y nitritos lo representan algunas
raíces con nódulos (tubérculos) en las cuales habitan bacterias que absorben el
nitrógeno de la atmósfera y producen nitratos en cantidades superiores a las
requeridas por las plantas, este exceso de nitrato puede pasar a ser componente de
las aguas freáticas.
En los distintos abastos a partir de las aguas subterráneas, generalmente se utilizan
las aguas de origen freático, debido a que son las aguas subterráneas que pueden ser
explotadas sin grandes inversiones económicas, representan ser los acuíferos de
mayor acuosidad y también debido a que por las condiciones geológicas y geográficas
en muchos países son las aguas de menor salinización, aunque las mismas son las
más propensas a la contaminación por materias y productos de los que se derivan
elementos de alta nocividad.
Como puede observarse en la Tabla 3.5 la contaminación de las aguas subterráneas
por nitrito y nitrato puede considerarse con proporciones internacionales,
agudizándose la misma en los países tropicales. De los datos analizados y expuestos
en la tabla anterior vemos cómo la presencia de nitratos y nitritos tiene mayor
incidencia en Cuba, país donde en los últimos años ha presentado un alto desarrollo
agrícola y donde, paralelo a ello, se ha desarrollado ampliamente el uso de
fertilizantes nitrogenados.
Por estudios efectuados por la OMS. y otras instituciones de la salud, se ha detectado
que los nitratos son perjudiciales pera los niños, sobre todo para los lactantes, cuando
su concentración en el agua es mayor de 45 mg/l, pues al reducirse a nitritos, puede
provocar la enfermedad denominada “Metahemoglobinemia”, que representa una
intoxicación de la sangre, con consecuencias fatales en muchos casos. Mayor perjuicio
en la población infantil causa aún el consumo de aguas contaminadas directamente
por nitrito.
63
�Tabla 3.5. Valores del contenido de nitratos y nitritos en algunos países
CONTENIDO MEDIO EN mg/l
NO 2
Cantidad de
Análisis
-Sur de Siberia
0,03
749
-Depresión Kansko-Taséevkaya
0,08
78
PAÍSES
NO 3
1-Antigua U.R.S.S.
-Llanura Barakínskaya
5,52
0,07
282
-Salairski Krysh
1,33
0,19
1 339
-Región Sayano Altay
0,74
0,1
693
2-Estados Unidos de América
-Estados del Sur
2,1
92
-California
3,4
25
-Zonas del Norte
3,19
284
-Sureste de los Apalaches
4,3
269
-Sierra Nevada
0,2
96
3-Zona Oriental de Nigeria
1,63
0,09
71
4-Valle del África Occidental
1,63
0,09
330
5-Islas Hawai
0,9
6-Finlandia (Territorio de Plandia)
0,93
0,01
704
7-Suecia
1,2
0,01
16
8-Promedio de otros países del trópico y subtrópico
1,87
0,07
5 216
-Zona Sur del Valle del Cauto
11,7
0,176
230
-Provincia Holguín
22,25
0,274
1 042
86
9-Cuba
64
�Microelementos y varias denominaciones de los mismos
Los denominados “microelementos” pueden estar presentes en las aguas subterráneas
por factores tanto de origen natural como artificial, pero en la mayoría de los casos los
contenidos en magnitudes que superan los contenidos máximos admisibles para
consumo humano deben su origen a factores artificiales.
Arsénico: Posee las propiedades de ser metal y no metal; son los componentes de
arsénico trivalente los que presentan mayor toxicidad para mamíferos y especies
acuáticas. El arsénico es absorbido en el tracto intestinal y se distribuye en todo el
cuerpo. Además tiene efectos carcinogénicos. Los compuestos de arsénico se han
utilizado en el pasado como herbicida en el control de la vegetación acuática y
terrestre. Las sales de arsénico son nocivas para las plantas.
Bario: Las sales de bario son nocivas dado sus efectos adversos sobre el corazón y
vasos sanguíneos.
Berilio: Es altamente tóxico cuando se respira, pero tiene baja toxicidad al ser
ingerido. El berilio reduce la fotosíntesis de las plantas terrestres y se ha demostrado
que reduce el crecimiento en diversas especies. Su toxicidad es inferior en suelos
calcáreos que en suelos ácidos.
Boro: Se encuentra en bajas concentraciones en aguas naturales y es un nutriente
esencial para el crecimiento de las plantas. Algunas plantas son sensibles a aguas que
contienen niveles moderados de boro.
Cadmio: No hay necesidad fisiológica de cadmio y es tóxico para la mayoría de los
sistemas. Se almacena primariamente en los riñones y el hígado y produce
hipertensión en los seres humanos. La exposición crónica da origen a enfermedades
de riñón y edema pulmonar, así como osteomalacia. En el medio acuático es tóxico en
concentraciones moderadas para un gran número de especies de peces. Se utiliza en
plateado de metales, manufacturas de baterías y otros procesos industriales.
Cromo: Generalmente no aparece en grandes concentraciones en las aguas
naturales. El estado exavalente suele ser común en las aplicaciones industriales y es
un veneno sistémico de alta nocividad. La toxicidad para las especies acuáticas es
variable.
Cobre: Es un elemento traza esencial para las plantas, vertebrados e invertebrados.
En cantidades excesivas es tóxico. El sulfato de cobre es utilizado como herbicidas
acuáticos.
Hierro: Es un elemento muy común y como elemento traza es esencial para animales
y plantas, ingerido en grandes cantidades en alimentos o agua puede ser acumulativo
en la sangre y producir efectos adversos al organismo. Cuando el agua presenta un
estado oxigenado, el hierro ferroso se oxida a férrico y precipita.
Plomo: Metal tóxico que parece no tener ningún requerimiento fisiológico y que ha
sido largamente asociado con enfermedades ocupacionales y ambientales. Entra en el
organismo a través de la ingestión de alimentos sólidos, líquidos e inhalación. Produce
anemia por inhibición de la formación de hemoglobina. El plomo se acumula en los
huesos y tejidos, riñones, aorta, hígado y cerebro. El envenenamiento por plomo es
conocido como causa de retardo mental, problemas celébrales y atrofia óptica en los
niños.
Manganeso: Es un veneno y su nocividad está asociada generalmente a la exposición
ocupacional al polvo de manganeso. Su deficiencia en animales y personas puede
alterar la reproducción, deformidades de los huesos y desórdenes del sistema
nervioso o retraso del crecimiento.
65
�Mercurio: Puede aparecer como sales de mercurio monovalente y bivalente. Su
aparición es de forma natural y es altamente utilizado en la industria y como fungicida
en la agricultura. El mercurio es tóxico en sus formas orgánicas e inorgánicas, siendo
el más tóxico el orgánico, que puede pasar a través de las membranas biológicas,
acumularse en el cerebro y causar atrofia de las células del cerebro. El mercurio
elemental y sus sales inorgánicas presentes en los medios acuáticos pueden ser
convertidos por procesos bacteriológicos en el altamente tóxico metil-mercurio.
Níquel: Aparentemente algunas formas no son tóxicas para los humanos pero la
forma gaseosa carbonilo de níquel es altamente tóxica. Se sospecha que es
carcinogénico.
Plata: Se presenta como elemento y en forma de sales. Si se ingiere, tiende a
acumularse en la piel, ojos y membranas mucosas. No es beneficioso para humanos
por su alta peligrosidad.
Zinc: Es uno de los elementos trazas necesarios para el metabolismo. La deficiencia
de zinc puede detener el crecimiento. El zinc puede ser tóxico, produciendo
desórdenes gastrointestinales si se ingiere en grandes cantidades.
Flúor: En alimentos y agua una persona ingiere aproximadamente 2-5 miligramos por
día. Se almacena en los huesos y dientes y su sobreexposición origina la fluorosis
dental o las manchas en los dientes. También puede originar fluorosis del esqueleto,
produciendo calcificación de los tejidos y ligamentos.
Fósforo: Es un micro nutriente especial para el crecimiento de las plantas. El fósforo
orgánico e inorgánico es un elemento clave de la eutrofización de las aguas
superficiales junto con el nitrato, en cantidades por encima de lo normado resulta
tóxico al organismo humano.
Selenio: Es un micro nutriente necesario para plantas y animales que aparece como
elemento en ciertas proteínas. Concentraciones elevadas en alimentos y aguas
produce la selenosis. Esta enfermedad se caracteriza por síntomas de depresión,
palidez, nerviosismo, mareos, daños en el hígado y especial olor a ajo a partir de la
piel.
Sulfuro: El sulfuro de hidrógeno es altamente tóxico y de alta solubilidad. Dado su
olor confiere al agua mal sabor.
Cloro: En su aplicación al agua para desinfección reacciona con componentes
nitrogenados formando cloraminas, sustancia tóxica para los peces. Por contaminación
en grandes cantidades es muy nocivo al organismo humano.
Componentes orgánicos: El número de sustancias orgánicas existente es muy
grande y es difícil clasificar los efectos que sobre la fauna y la flora producen. Se
supone que el número de estas sustancias producidas por el hombre se incrementa en
el orden de 300-500 por año. En general, se dividen en productos derivados del
petróleo y plaguicidas (insecticidas, funguicidas, herbicidas, rodenticidas, nematicidas,
etc.) y son bastante nocivas para la salud, al ser muchas de ellos carcinogénicos,
además de producir otras afecciones a los organismos (nerviosas, reproductoras, de
crecimiento, etc.).
3.5 Tipos de análisis químicos de las aguas
Los análisis químicos de las aguas naturales en la práctica hidrogeológica consideran
las siguientes tareas:
66
�a) Estudiar las leyes de formación y distribución de las aguas de distinta
composición.
b) Investigar las aguas con criterios de búsqueda de yacimientos minerales
sólidos, líquidos y gaseosos.
c) Evaluar la composición y propiedades de las aguas subterráneas naturales con
fines de abasto de agua potable, tecnológicas, agrícolas, medicinales y en otros
usos.
Para la caracterización general de la composición y propiedades de las aguas se
utilizan dos tipos de análisis de agua, análisis de campo y análisis de laboratorio, que
pueden ser reducidos y completos. El análisis de campo incluye la determinación de
las propiedades físicas:
pH, Cl-, SO −42 , NO 3− , HCO 3− , CO 3−2 , Ca 2 + , MG, CO2, H2S, O2. Se calcula el Na + +K + ,
dureza carbonatada y la suma de materia mineral. El análisis de campo se ejecuta
generalmente durante investigaciones de un territorio determinado con la ejecución
masiva del análisis químico.
El análisis reducido o incompleto incluye la determinación de propiedades físicas de las
aguas subterráneas:
pH, Cl-, SO −42 , NO 3− , HCO 3− ,CO 3−2 , Ca 2 + , Mg, CO2, H2S, H2SiO, Fe+2, Fe+3, oxidación de
residuo seco, se calcula el Na + +K + , dureza carbonatada, agresividad del CO2,. El
análisis reducido se ejecuta por métodos más exactos en laboratorios estacionarios.
Este tipo de análisis permite ejecutar el control y verificación del análisis de campo y
análisis de muestras tomadas en el territorio de investigación independientemente a
la ejecución del análisis de campo o no.
El análisis completo incluye la determinación de los elementos antes relacionados y
permite ejecutar el control por determinación del residuo seco y por las sumas de
miligramos equivalentes de cationes y aniones. En la ejecución de investigaciones
especiales, según el objetivo, se analiza también la composición de gases que se
desprenden de los diluidos en el agua, denominándose H2S, CO2, O2, CH4, N2 y
elementos tales como: Ar, Cr, Xe, He, Ne, + hidróxido de carbono pesado; en muchos
estudios se requiere determinar Li, Rb, Cs, Br, I, F, As, B, Cu, Pb, Zn, Cd, Ni, Co, V,
Ra, Rn.
Para la determinación de los microcomponentes se utilizan los métodos de extracción
calorimétricos, especiales, fluoroscópicos y el método de fotometría; en la actualidad
existen métodos más sofisticados y precisos como el de Absorción Atómica y otros.
3.5.1 Formas más usuales para la representación de los resultados de los
análisis químicos de las aguas
El agua subterránea es una solución de sales disociadas en sus iones. La forma
principal de presentar los resultados de análisis químicos del agua es en iones; con
ello el contenido de uno u otro ión se representa en gramos o miligramos por litro de
agua y para las muy mineralizadas y rasoles en gramos por kilogramo y gramos por
hectolitros.
Sin embargo, para la caracterización total de las propiedades químicas del agua, la
forma iónica de representación del agua es suficiente. Por esto, paralelo a la forma
iónica se utiliza la presentación de los análisis químicos por miligramo-equivalente, lo
que de una forma más completa refleja la naturaleza química interna de la materia
contenida en el agua y sus propiedades más importantes.
67
�La conversión de los datos del análisis del agua representados en forma iónica en
miligramos por litro (mg/l) a miligramo –equivalente (mg.eq./l) se ejecuta dividiendo
la cantidad de miligramos de cada ión en un litro de agua por el peso equivalente, en
este caso presentamos la forma de conversión de cada elemento multiplicando los
mg/l de cada elemento por el coeficiente que le corresponde (Tabla 3.6 ).
La suma de miligramos equivalentes de cationes y aniones debe ser igual o
aproximadamente igual, ya que a cada equivalente de un catión le corresponde el
equivalente de un anión, aunque en ocasiones existen materias no determinadas que
influyen en la igualdad de los aniones y cationes.
Durante la comparación de los resultados de los análisis de agua de distinta
mineralización, para obtener magnitudes de la cantidad de miligramos equivalentes,
se calcula el por ciento-equivalente (%-eg.). Para obtener los resultados en %-eq., la
suma de miligramos-equivalentes (mg. eq.) obtenidos por el análisis para aniones y
cationes se asumen de forma independiente como el 100 % y a partir de ella se
calcula el %-eq. de cada elemento en específico (Tabla 3.6).
Tabla 3.6. Conversión de mg/l a mg.eq./l y a %-equivalentes (Macro componentes)
Iones
mg/l
Coeficiente de
Conversión
mg. eq/l
%-eq.
Ca2+
X
0,0499
X * 0,0499
X * 0,0499/Z
Mg2+
X
0,0822
X * 0,0822
X * 0,0822/Z
Na
X
0,0435
X * 0,0435
X * 0,0435/Z
K+
X
0,0256
X * 0,0256
X * 0,0256/Z
Fe3+
X
0,0537
X * 0,0537
X * 0,0537/Z
2+
Fe
X
0,0358
X * 0,0358
X * 0,0358/Z
Mn2+
X
0,0364
X * 0,0364
X * 0,0364/Z
NH4+
X
0,0554
X * 0,0554
X * 0,0554/Z
H
X
0,9921
X * 0,9921
Suma de Cationes
Y
HCO3-
X
Cl
+
+
X *0,9921/W
Z
100 %
0,0164
X * 0,0164
X *0,0164/W
X
0,0282
X * 0,0282
X *0,0282/W
SO42-
X
0,0208
X * 0,0208
X *0,0208/W
CO33-
X
0,0332
X * 0,0332
X *0,0332/W
-
X
0,0217
X * 0,0217
X *0,0217/W
NO3-
X
0,0161
X * 0,0161
X *0,0161/W
Br-
X
0,1250
X * 0,1250
X *0,1250/W
I
X
0,0079
X * 0,0079
X *0,0079/W
CO32
X
0,0333
X * 0,0333
X *0,0333/W
SiO22
X
0,0166
X * 0,0166
X *0,0166/W
Suma de Aniones
V
-
W
100 %
-
NO2
-
68
�Para determinar el posible error de ejecución de los análisis químicos se ejecutan los
cálculos correspondientes, basado en la electroneutralidad, para ello se aplica la
fórmula siguiente:
E.N. =
∑ Cat. + ∑ An. * 100
∑ Cat − ∑ An.
(3.4)
Donde:
E.N.: error del análisis por relación de electroneutralidad, en %
∑ Cat. : sumatoria de los cationes contenidos en: mg.eq/l
∑ An. : sumatoria de los aniones contenidos en: mg. eq./l
3.6 Clasificación de las aguas por su composición química
La gran variedad en la composición química de las aguas naturales provocó la
necesidad de sistematizar y clasificar las aguas. A continuación presentamos las
clasificaciones más representativas aplicadas en la práctica hidrogeológica con fines
de estudio de las aguas subterráneas y la definición de su posible uso para distintos
fines.
Clasificación de Alióki
Esta clasificación está basada en el principio de división por los iones predominantes y
relación entre ellos. Comprende todas las aguas naturales con mineralización hasta 50 g/kg, y se
basa en el contenido en las aguas de sus iones principales representados en
miligramos – equivalentes.
Todas las aguas se dividen por el anión predominante en tres grandes clases:
bicarbonatadas y carbonatadas (HCO3- + CO32-), sulfatadas (SO42-) y cloruradas (Cl-).
La clase de aguas bicarbonatadas agrupa las aguas de ríos poco mineralizadas, gran
parte de aguas subterráneas, de lagos dulces y algunos lagos con aguas hasta algo
mineralizadas. La clase clorurada agrupa las aguas mineralizadas de los mares, aguas
de lagos relícticos y aguas subterráneas de zonas salinizadas, desiertos y
semidesiertos.
La clase de aguas sulfatadas, por su distribución y mineralización, ocupa un lugar
intermedio entre las clases bicarbonatada y clorurada. Cada clase de agua se divide
en tres grupos por uno de los cationes predominantes Ca2+, Mg2+, Na+. Cada grupo a
su vez se divide en tres tipos por la relación entre los miligramos equivalentes de los
iones; en total se determinan cuatro tipos de agua. (Figura 3.1).
Primer Tipo: Se caracteriza por la relación HCO3- 〉 (Ca2+ + Mg2+). Las aguas de este
tipo son débilmente mineralizadas. En ellas se observa un exceso de iones HCO3-
sobre la suma de los iones de metales terrígenos básicos.
Segundo tipo: Se caracteriza por la relación HCO3- 〈 (Ca2+ + Mg2+) 〈 (HCO3- + SO4).
Con este grupo se relacionan las aguas subterráneas y también las aguas de ríos y
lagos de poca y mediana mineralización.
Tercer tipo: Se caracteriza por la relación (HCO3- + SO4) 〈 (Ca2+ + Mg2+).
Las aguas de este tipo son fuertemente mineralizadas; con este tipo de aguas se
relacionan las aguas de mares y océanos y depósitos relícticos.
69
�Cuarto tipo: Se caracteriza por la ausencia de iones HCO3-. Las aguas de este tipo
son ácidas y existen solamente en las clases sulfatadas y cloruradas en los grupos de
Ca2+ y Mg2+.
Para definir las clases y grupo de las aguas así como su denominación, uno de los
métodos más práctico es la representación de la composición química en forma de
fórmula: para ello el método más utilizado es el de Kurlóv. La fórmula de Kurlóv
representa un quebrado en el numerador del cual se ubican los aniones en porciento
equivalentes, en orden descendente, y en el denominador en el mismo orden se
ubican los cationes. El quebrado es acompañado por datos adicionales; a la izquierda
del quebrado se ubican los gases en mg/l y la mineralización del agua (M) en g/l hasta
décimas de gramos; a la derecha del quebrado se ubica la temperatura T en 0C, y el
caudal (Q) si se trata de un manantial, río o pozo con caudal medido, en l/s.
Ejemplo de aplicación de la fórmula de Kurlóv:
CO2-0,1, M- 1,4
HCO 3 50SO4 32Cl18
Ca 66 Na 20Mg14
T-28, Q-30
Según el ejemplo anterior, las aguas representadas por la clasificación de Aliókin se
clasifican en: Clase-bicarbonatadas; Grupo-cálcica;
Tipo- II
HCO3- 〈 (Ca2+ + Mg2+) 〈 (HCO3- + SO4) (analizados en mg.eq).
La denominación del agua se determina por los aniones con contenido mayor de 20 %. Por lo que
el agua analizada sería: Sulfatado- Bicarbonatada Magnésico-Cálcicas (por predomino
mayoritario de los iones HCO3- y Ca2+)
FIGURA 3.3. Esquema de clasificación de las aguas de O. A. Aliokin.
Clasificación de Ch. Palmer
Esta clasificación está basada en el principio de relación de distintos grupos de
aniones y cationes que definen las propiedades características de las aguas naturales.
En las mismas se determinan cinco grupos de cationes y aniones y seis propiedades
características de las aguas. Los datos de los cationes y aniones semejantes por sus
propiedades químicas se unen en los grupos siguientes:
Grupo a: suma de los por cientos- equivalentes de cationes de metales básicos (Na +
K + Li).
70
�Grupo e: suma de los por cientos–equivalentes de los cationes de metales básico
terrígenos (Ca + Mg + Ba).
Grupo S: suma de los por cientos-equivalentes de los aniones de ácidos fuertes (SO4
+ Cl + NO3).
Grupo A: suma de los por cientos-equivalentes de los aniones de ácidos débiles (CO3
+ HCO3 + HS + HSiO3).
Grupo m: suma de los por cientos-equivalentes de los aniones de hidrógeno y
cationes de metales pesados (H + Fe + Cu y otros).
Las propiedades características del agua determinadas por los grupos de iones
presentes en la misma se dividen en los siguientes seis grupos:
1. Primera basicidad: A 1- Se forma con los hidrocarbonatos de minerales
básicos (basicidad)
2. Segunda basicidad: A 2- Se forma con los bicarbonatos de los minerales
básicos-terrígenos (dureza temporal y basicidad)
3. Tercera basicidad: A 3- Se forma con los bicarbonatos de minerales pesados.
4. Primera salinidad: S 1- Se forma con los sulfatos y cloruros de minerales
básicos (salinidad)
5. Segunda salinidad: S 2- Se forma con los sulfatos y cloruros de minerales
básicos terrígenos (salinidad y dureza permanente)
6. Tercera salinidad: S 3- Se forma con los sulfatos y cloruros de los minerales
pesados (acidez)
En la Figura 3.2 se representa el esquema de las propiedades del agua, ilustrando las
seis características dadas por Palmer. Por la relación de distintos cationes y aniones,
según Palmer se forman cinco clases de agua:
Clase I: La suma de los por cientos-equivalentes de aniones de ácidos fuertes es
menor que la suma de los por cientos-equivalentes de cationes de metales básicos: S 〈 A. Las aguas
de esta clase son básicas, formadas durante la disolución de los productos del
intemperismo de rocas efusivas por los procesos de cambio de absorción del calcio y
el sodio. Esta agua es características de yacimientos petrolíferos.
Clase II: La suma de los por cientos-equivalentes de aniones de ácidos fuertes es
igual a la suma de los por cientos-equivalentes de cationes de metales básicos: S = a.
Las aguas de esta clase son intermedias entre las clases I y III.
Clase III: La suma de por cientos-equivalentes de aniones de ácidos fuertes es
mayor que la suma de los por cientos-equivalentes de cationes de metales básicos,
pero menor que la suma de los por cientos-equivalentes de los metales básicos y
básicos terrígenos: a 〈 S 〈 (a + e). Esta agua presenta dureza permanente y
temporal, son aguas de la corteza de intemperismo.
Clase IV: La suma de los por cientos-equivalentes de aniones de ácidos fuertes es
igual a la suma de los por cientos-equivalentes de cationes de metales básicos y
básicos –terrígenos: S = a + e. Estas aguas tienen dureza permanente. Contienen en
supremacía cloruros y sulfatos de metales básicos. Son aguas de mares y lagos
salados.
Clase V: La suma de los por cientos-equivalentes de aniones de ácidos fuertes es
mayor que la suma de los por cientos-equivalentes de cationes de metales básicos y
básicos terrígenos: S 〉 (a + e).
71
�Cada una de estas clases se caracteriza por no más de cuatro propiedades del agua.
(Tabla 3.7).
Tabla 3.7 Propiedades del agua según Palmer
Clase
Propiedades
1
ra
Salinidad- S 1
1ra Basicidad- A 1
I
Clase
Propiedades
3ra Basicidad- A 3
IV
1ra Salinidad- S 1
2da Basicidad- A 2
3ra Basicidad- A 3
2da Salinidad- S 2
3ra Basicidad-A 3
V
1ra Salinidad- S 1
2da Salinidad- S 2
II
3ra Salinidad- S 3
1ra Salinidad- S 1
2da Salinidad S 2
VI
3ra Salinidad S 3
1ra Salinidad- S 1
2da Salinidad- S 2
III
2da Basicidad-A 2
Los cálculos de los resultados del análisis de agua, según Palmer, se realizan
mediante la combinación de los por cientos-equivalentes de cationes y aniones según
la metodología antes descrita. En la Tabla 3.8 se muestra un ejemplo de cálculo y
clasificación del agua.
Tabla 3.8 Resultados de análisis de agua (Ejemplo)
Iones
mg/l
mg.eq.
% eq.
Ca
95,3
4,75
44,86
Mg
42,4
3,48
32,86
K
15,5
0,40
3,78
Na
45,1
1,96
18,50
Suma de cationes
198,3
10,59
100,00
HCO3
617,0
10,11
95,48
Cl
3,2
0,09
0,84
SO4
18,9
0,39
3,68
Suma de aniones
639,1
10,59
100,00
Por datos de la Tabla 3.8 tenemos:
Las aguas presentan 1ra salinidad. 3, 68 + 0, 84 = 4, 52 (SO4 + Cl)
1ra basicidad: (18,50 + 3,78) – 4,52 = 17,76 (Na + K ) – (SO4 + Cl)
2da basicidad: (18,50 + 32,86) = 77,72 (Ca + Mg).
Por los resultados obtenidos el agua analizada se relaciona con la Clase I.
72
�FIGURA 3.4. Esquema de propiedades de las aguas según Palmer.
Clasificación de N. I. Tolstíjin
La clasificación de Tolstíjin es más conocida como: numeración de las aguas naturales,
la misma contiene todas las variedades de aguas que se encuentran en la naturaleza.
El sentido de esta clasificación está en la representación de los grupos de cationes y
aniones en el diagrama reflejado en la Figura 3.5, teniendo como unidades de trabajo:
por cientos equivalentes. Este diagrama es conocido como: gráfico cuadrado de
Tolstíjin. Este diagrama representa un cuadrado dividido en diez hileras horizontales y
diez verticales que forman cien cuadrados pequeños. Cada cuadrado tiene su número,
cada variedad de agua corresponde a un cuadrado determinado con su número.
Para determinar el número de agua que corresponda se procede de la siguiente
manera: En el lado horizontal superior del diagrama de izquierda a derecha se pone la
suma de los por cientos-equivalentes del Ca + Mg + Fe, en el lado horizontal inferior
de derecha a izquierda la suma de los por cientos equivalentes del Na + K. En el lado
vertical derecho se pone la suma de los por cientos equivalentes de HCO3 + CO2, en
lado vertical izquierdo se pone la suma de los por cientos equivalentes de Cl + SO4. El
punto de intersección de las ordenadas y las abscisas, en correspondencia con los
valores colocados, nos señala la posición del agua en el diagrama y nos define el
número del cuadrado que corresponde al agua por intercepción de los valores
ploteados. Sobre la base del número de agua que se obtenga se puede dar
73
�conclusiones sobre la suma de por cientos-equivalentes de los grupos a, e, S y A, así
como a la correspondencia del agua con las clases I, II, IV y V de Palmer.
FIGURA. 3.5. Gráfico cuadrado de Tolstíjin
Clasificación de las aguas según B. A. Súlin
Esta clasificación tiene una amplia utilización en investigaciones petrolíferas; en
investigaciones de las aguas subterráneas es de gran utilidad debido a que por los
resultados de los análisis químicos de una forma simple se puede determinar el origen
de las aguas subterráneas representadas en cuatro tipos genéticos, según sus
propiedades físicas.
Tabla 3.9 Tipos genéticos de las aguas según Súlin
Tipos de Aguas
I. Sulfatadas sódicas
II. Bicarbonatadas sódicas
III. Cloruradas magnésicas
IV. Cloruradas cálcicas
Coeficientes de
metamorfismo
Na
〉 1
Cl
Na
〈 1
Cl
Relación de las
concentraciones % eq.
(rNa – rCl) : SO4 〈 1
(rNa - rCl): SO4 〉 1
(rCl – rNa): Mg 〈 1
(rCl – rNa): Mg 〉 1
Los tipos I y II son aguas formadas en condiciones continentales y los tipos III y IV
formadas en condiciones marinas. En correspondencia con la clasificación antes
expuesta, Súlin construyó el diagrama que se muestra en la Figura 3.6.
74
�FIGURA. 3.6. Diagrama de Súlin.
El diagrama de Súlin está confeccionado sobre la base de la relación de los por
cientos-equivalentes dados en la Tabla 3.9. En este diagrama se forman cuatro
campos correspondientes a cuatro tipos de aguas que son los siguientes:
Campo AOB: Representa las aguas del tipo sulfatadas sódicas
Campo BOC: Representa las aguas del tipo bicarbonatadas sódicas
Campo OEF: Representa las aguas del tipo cloruradas magnésicas
Campo OED: Representa las aguas del tipo cloruradas cálcicas
Estos campos se subdividen formando un total de 24 campos a menor escala que
representan provincias y regiones de las aguas naturales.
Sobre la línea AB del diagrama se encuentran aguas que contienen solamente
sulfatos.
Sobre la línea BC se encuentran aguas sódicas en las que están ausentes otros
cationes. En el punto A están representadas las aguas que contienen solamente
sulfatos de calcio y magnesio.
En el punto B están representadas las aguas que contienen solamente sulfato de sodio
y en el punto O las aguas que contienen solamente carbonatos de sodio.
En el punto O tenemos: Na – Cl = 0 y Na = Cl; este punto representa el paso de las
aguas a los tipos cloruradas magnésicas y cloruradas cálcicas.
Sobre la línea EF se encuentran las aguas magnésicas que no tienen otros cationes;
sobre la línea DE se encuentran las aguas que contienen solamente cloruros de calcio
y de magnesio.
75
�En el punto E están representadas las aguas que contienen solamente cloruro de
magnesio, en el punto F las aguas que solo representan sulfato, carbonato e
hidrocarbonato de magnesio y en el punto D las aguas que tienen solamente cloruro
de calcio.
Clasificación de las aguas por su mineralización
La mineralización de las aguas es un factor que en muchos casos resulta determinante
en la utilización para distintos fines. En las aguas naturales se han encontrado más de
60 elementos, los cuales están presentes en forma de iones, moléculas no disociadas
y coloidales. Sin embargo, generalmente en las aguas solo se encuentra una parte de
estos elementos, de ellos solo algunos se encuentran en cantidades considerables,
que son los que determinan la mineralización de las aguas, entre estos últimos los
más frecuentes son: Ca+2, Mg+2, Na+, Cl-, presentes en formas de iones simples. El C,
S, N, O, H y Si, presentes en forma de iones complejos: CHO3-, CO32-, SO42-, NO3-,
NO2- de moléculas no disociadas: HSiO3, y en forma de gases disueltos CO2-, H2S, O2 y
otros.
La mineralización del agua caracteriza el contenido total de materia, expresando el
peso de la misma en mg / l, g/l y en algunos casos en g/kg. La mineralización del
agua hasta la actualidad no tiene un significado estrictamente determinado. Por este
término pueden representarse las siguientes magnitudes: residuo seco (determinado
experimentalmente o por cálculo), suma de iones y suma de materia mineral. Estas
magnitudes pueden diferenciarse entre sí de forma considerable, sobre todo en aguas
de poca mineralización. Por ello, es recomendable, al darse datos de mineralización,
aclarar qué magnitud de las antes relacionadas se considera.
En la práctica hidrogeológica la expresión más racional de la mineralización es
representándola por el residuo seco calculado, ya que esta magnitud puede obtenerse
en la mayoría de los análisis químicos que se ejecutan por distintos métodos y a la
vez es la que más concuerda con el residuo seco determinado de forma experimental.
De tal forma la mineralización recomendada está dada por la expresión:
M =
⎛ HCO3 ⎞
⎟
2 ⎠
en g/l.
1000
∑ m.m − ⎜⎝
(3.5)
Donde:
∑
m.m: suma de la materia mineral determinada en el análisis (iones +
moléculas no disociadas), mg/l = S.S.T. (sales solubles totales).
HCO3: en mg/l.
Para determinar el tipo de agua por su mineralización existen varias clasificaciones,
presentamos a continuación las de más implicación práctica.
- Clasificación de las aguas por su mineralización según Aliókin
Esta clasificación generaliza las aguas por su mineralización; es aplicable en estudios
hidroquímicos regionales o en evaluaciones regionales de reservas de las aguas
subterráneas cuando no se necesite detallar ampliamente la mineralización.
76
�Tabla 3.10 Clasificación de las aguas por su mineralización según Aliókin
Mineralización en g/l.
〈 1
Aguas dulces
1–3
Aguas poco salinizadas
3 – 10
Aguas saladas
10 – 50
Aguas muy saladas
〉 50
-
Denominación de las aguas
Rasoles
Clasificación de las aguas por su mineralización según Ovchínikov
La clasificación de Ovchínikov detalla más las aguas denominadas dulces por Aliókin,
lo que permite un mayor desglose de esta agua en los casos que sea necesario.
Tabla 3.11 Clasificación de las aguas por su mineralización según Ovchínikov
Mineralización en g/l.
〈 0,2
Aguas ultradulces
0,2 – 0,5
Aguas dulces
0,5 – 1,0
Aguas con salinidad relativa
1,0 – 3,0
Aguas algo salobre
3,0 – 10,0
10,0 – 35,0
-
Denominación de las aguas
Aguas saladas
Aguas de alta salinidad
Clasificación de las aguas por su mineralización según Tolstíjin
En la clasificación de Tolstíjin se agrupan las aguas en dependencia de sus
características y composición química.
Tabla 3.12 Clasificación de las aguas por su mineralización según Tolstíjin
Grupo
Índice
A-0,01
Mineralización
g/kg
〈 0,01
Denominación de las aguas
Aguas superdulces
A- 0,03
0,01 – 0,035
A- 0,1
0,035 – 0,1
A- 0,3
0,1 – 0,3
Aguas totalmente dulces
A- 0,5
0,3 – 0,5
Aguas algo dulces
A- 1,0
0,5 – 1,0
Aguas dulcificadas
B- 3
1,0 – 3,5
Aguas salobres
B
B- 10
3,5 – 10,0
Aguas muy salobres
(Saladas)
B- 25
10,0 – 25,0
Aguas algo saladas
A
(Dulces)
Aguas extremadamente
dulces
Aguas muy dulces
77
�B- 35
25,0 – 35,0
Aguas saladas
C- 50
35,0 – 50,0
Aguas de alta salinidad
C- 130
50,0 – 130,0
C
C- 235
130,0 – 235,0
Aguas salinizadas
(Rasoles)
C- 325
235,0 – 325,0
Aguas fuertemente salinizadas
C- 345
325,0 – 345,0
Aguas muy fuertemente
salinizadas
C- 371
345,0 – 371,0
Aguas excesivamente
salinizadas
C 〉 371
〉 371,0
Aguas débilmente salinizadas
Aguas supersalinizadas.
Las aguas con mineralización mayor de 50 g/kg dan origen a minerales no metálicos
de génesis metamórfica, como por ejemplo:
Agua del tipo C- 130: Comienza a formarse el yeso.
Agua del tipo C- 235: Consolidación del yeso.
Aguas del tipo C- 325: Estado de consolidación de la alita.
Aguas del tipo C- 345: Estado de consolidación de la magnesita.
Aguas del tipo C- 371: Estado de consolidación de la carnalita.
Tolstíjin, por su clasificación, denominó las aguas dulces con mineralización menor de
1 g/kg como potables y las de mineralización de 1 a 3 g/kg como potables cuando no
existan aguas con menor mineralización.
-
Clasificación de las aguas por su pH
La concentración de iones de hidrógeno (H) en el agua se acostumbra a expresarla en
forma logarítmica con signo negativo, el cual es representado por el símbolo pH, que
nos determina el grado de acidez del agua: pH = - log (H-)
Por el valor de pH del agua la clasificación más usual es la propuesta por Pasójov,
presentada en la Tabla 3.13.
Tabla 3.13 Clasificación de las aguas por su pH según Pasójov
Valor del pH
〈 3
3–5
5 – 6,5
Aguas muy ácidas
Aguas ácidas
Aguas débilmente ácidas
6,5 – 7,5
Aguas nutras
7,5 – 8,5
Aguas débilmente básicas
8,5 – 9,5
Aguas básicas
〉 9,5
-
Denominación de las aguas.
Aguas muy básicas
Clasificación de las aguas por su dureza
78
�Como dureza del agua se denomina al contenido de sales de calcio y magnesio
presentes en la misma, expresadas en mg.eq./l. A un mg.eq de dureza corresponde el
contenido de 20,04 mg/l de Ca o 12,16 mg/l de Mg. Existen cinco tipos de dureza:
total, temporal, permanente, carbonatada y no carbonatada.
Dureza total: Está representada por el contenido de sales de calcio o magnesio y se
determina por la suma de estos iones expresados en mg.eq.
Dureza temporal y carbonatada: Están representadas por las sales bicarbonatadas
(y carbonatadas) del calcio y del magnesio, pero tienen distinto significado. La dureza
temporal es la magnitud determinada experimentalmente que demuestra cuánto
disminuye la dureza total después de hervir el agua durante un tiempo prolongado. La
dureza carbonatada es la magnitud calculada por la cantidad de iones de bicarbonato
y carbonato encontrados en el agua. La dureza temporal siempre es menor que la
carbonatada en 1–1,5 mg.eq. La dureza carbonatada puede ser mayor que la dureza
total; en tales casos es considerada igual a la dureza total.
Dureza permanente y no carbonatada: Está representada por las sales de calcio y
magnesio no carbonatadas; la dureza permanente es igual a la diferencia entre la
dureza total y la temporal. La dureza no carbonatada es igual a la diferencia entre la
dureza total y la carbonatada.
Tabla 3.14 Clasificación de las aguas por la dureza total según Aliókin
Dureza del agua en mg.eq.
〈 1,5
Denominación de las aguas
Aguas muy blandas
1,5 – 3,0
Aguas blandas
3,0 – 6,0
Aguas algo duras
6,0 – 9,0
Aguas duras
〉 9,0
Aguas muy duras
- Clasificación de las aguas por su grado de contaminación salina
Las aguas naturales, tanto las superficiales como las subterráneas pueden presentar
contaminación salina por la relación de las mismas con aguas de mares, lagos
salinizados, aguas subterráneas deícticas, contenido de sales en las rocas, etc. El
grado de contaminación puede determinarse sobre la base de la composición química
de las aguas y principalmente por la concentración de iones de cloruro, bicarbonato y
carbonatos. Para la determinación del grado de contaminación salina de las aguas se
utiliza la relación iónica de Simpson y su clasificación, expuesta en la Tabla 3.15, en
correspondencia con los resultados obtenidos por la expresión:
C.S =
Cl
, mg.eq / l
CO3 + CO3 H
(3.6)
Tabla 3.15 Clasificación de las aguas por su grado de contaminación salina según
Simpson
Resultados relación C.S.
〈 0,5
Denominación del agua
Agua normal
0,5 – 1,8
Agua ligeramente contaminada
1,8 – 2,8
Agua moderadamente contaminada
79
�2,8 – 6,6
6,6 – 15,5
〉 15,5
Agua bastante contaminada
Agua altamente contaminada
Agua de mar
El grado de contaminación salina puede ser determinado también, utilizando los
coeficientes genéticos, los cuales a su vez nos pueden servir para determinar el origen
de las aguas subterráneas cuando este se encuentra relacionado con aguas
superficiales (fluviales o marinas).
En la Tabla 3.16 se presentan los principales coeficientes genéticos y la relación de los
mismos en aguas de mares y océanos y aguas fluviales dulces.
Tabla 3.16 Coeficientes genéticos de las aguas
No.
Coeficientes en
%/eq.
Valor de los
coeficientes en
aguas marinas
Valor de los
coeficientes en
aguas fluviales
dulces
I
SO4 / Cl
0,1
1,57
II
Ca / Mg
0,2
3,67
III
Na / Cl
0,85
1,79
IV
Cl – Na / SO4
1,28
-
V
Cl – Na / Mg
0,67
-
VI
Cl – Na / Cl
0,13
-
VII
B2 / Cl
0,0015
-
VIII
Na – Cl / Cl
-
0,8
En estado natural y sin salinización marina, en la composición química de las aguas
subterráneas existe el predominio de los iones bicarbonato (HCO3) y calcio (Ca) o
magnesio (Mg) sobre los iones cloruro (Cl) y (Na), en sedimentos acuíferos y rocas
carbonatadas (de origen marino).
El bicarbonato y el calcio deben su origen en las aguas subterráneas principalmente
por la disolución de calizas, dolomitas, etc., o del cemento calcáreo de las rocas que
forman el acuífero y de las aguas que alimentan al acuífero (aguas fluviales,
atmosféricas o de otros acuíferos). De tal forma es indicio de una posible salinización
de origen marino el predominio de los iones cloruro y sodio sobre los iones
bicarbonato y calcio en estos tipos de sedimentos.
Por correlación de iones en % equivalente se logró la siguiente expresión para el
coeficiente Índice de Salinidad Marina (ISM):
ISM=
%Cl + %Na
%HCO3 + %Ca
(3.7)
Donde: % Cl, % Na, % HCO3, % Ca- representan el por ciento equivalente de la suma
total o parcial de aniones y cationes.
Cuando las aguas que se analizan pertenecen a acuíferos presentes en rocas
magmáticas, donde los contenidos de Mg generalmente son muy superiores a los
contenidos de calcio, entonces en la expresión para determinar el Índice de Salinidad
80
�Marina puede sustituirse el calcio (% Ca) por el contenido de magnesio (% Mg). Con
base en la relación resultante del ISM con los grupos de Aliokin se presenta una
graduación del coeficiente ISM y una clasificación en función de la mineralización de
las aguas analizadas.
Tabla 3.17 Clasificación de las aguas por el Índice de Salinidad Marina (ISM)
Valor ISM
Mineralización-gr. / l.
Clasificación por ISM
〈1
Predomina 〈 0,8
1 – 1,9
0,9 –1,6
Aguas o acuífero débilmente salinizado
2 – 6,9
1,7 – 5,8
Aguas o acuífero salinizado
1 - 21
5,9 – 17,7
Aguas o acuífero muy salinizado
〉 21
〉 17,8
Aguas o acuífero hipersalinizado
Aguas o acuífero no salinizado
La composición química de las aguas dulces fluviales y subterráneas y la de mares y
océanos presentan grandes diferencias. Para caracterizar esa composición a
continuación presentamos la composición química media de las aguas de
precipitaciones atmosféricas (lluvias) y de las aguas de mares y océanos.
Tabla 3.18 Composición química media de las aguas atmosféricas
(Macrocomponentes)
Elementos
Contenido mg/l
Contenido mg.eq./l
Contenido %. eq.
HCO3
13,0
0,216
65,2
4,7
0,135
32,6
SO4
0,38
0,008
2,2
Suma de aniones
18,08
0,359
100,00
Ca
1,7
0,085
23,7
Mg
0,9
0,074
20,6
Na
4,59
0,200
55,7
Suma de cationes
7,19
0,359
100,00
Cl
Tabla 3.19 Composición química de las aguas de océanos y mares
(Macrocomponentes)
Elementos
Contenido mg/l
Contenido mg.eq./l
Contenido %. eq.
HCO3
28,00
0,459
0,08
Cl
19 000,00
540,80
96,65
SO4
885,00
18,30
3,27
Suma de aniones
19 913,00
5 559,559
100,00
Ca
400,00
19,96
3,40
Mg
1 350,00
110,90
18,80
Na
10 500,00
456,75
77,80
81
�Suma de cationes
12 250,00
587,61
100,00
3.7 Clasificación de las aguas por su posible utilización en la agricultura
Las aguas naturales tanto superficiales como subterráneas tienen amplia utilización en
la agricultura en procesos de riego de distintos cultivos y en el lavado de suelos
salinos. Cada tipo de cultivo, en correspondencia con el tipo de suelos, tiene sus
exigencias de características químicas de las aguas que pueden ser utilizadas en los
mismos; en esta ocasión analizaremos las características químicas de las aguas
relacionadas con las características físicas de los suelos; para ello se presentarán las
clasificaciones de aguas más usuales.
-
Coeficiente de irrigación (Ci) según Stables
Para una evaluación aproximada de la calidad del agua, por los datos de análisis
químicos de las aguas, es muy fácil y práctico utilizar el coeficiente de irrigación,
obtenido empíricamente sobre la base de las observaciones en elementos básicos y
sus concentraciones máximas menos inofensivas para unos 40 cultivos agrícolas y
sobre la relativa toxicidad de las sales de sodio. El coeficiente de irrigación se refleja
en la altura de la columna de agua, en pulgadas. Esta columna de agua, durante la
evaporación, da una cantidad de bases suficientes para que el suelo se convierta en
agresivo hasta profundidades de 1,2 hasta 1,5 m para la mayoría de los cultivos. El
cálculo del coeficiente de irrigación (Ci), para aguas de distintos tipos, se ejecuta por
fórmulas empíricas que responden a los siguientes casos:
1er. Caso: El contenido del ion sodio Na+ en mg.eq es menor que el contenido del ión
cloruro Cl en mg.eq, es decir, Na 〈 Cl. Está presente el cloruro de sodio.
Ci =
288
5Cl −
(3.8)
2do. Caso: El contenido del ion Na+ en mg.eq. es mayor que el contenido del ión Cl
en mg.eq., pero menor que el contenido total de ácidos fuertes, es decir: Cl- +SO4 〉
Na+ 〉 Cl. Está presente el cloruro y el sulfato de sodio.
Ci =
288
Na + 4Cl
(3.9)
+
3er. Caso: El contenido del ión Na+ es mayor que el contenido de los iones de ácidos
fuertes, es decir: Na+ 〉 Cl- + SO42- . Está presente el cloruro, el sulfato y el carbonato
de sodio.
Ci =
288
10Na − 5Cl − + 9SO42 −
+
(
(3.10)
)
La determinación de la calidad del agua para fines de riego se determina según la
clasificación que se expresa en la Tabla 3.20.
Tabla 3.20 Clasificación de las aguas por el coeficiente de irrigación de Stables
Coeficiente
de Calidad del agua
irrigación (Ci)
Buena
〉 18
Características del agua
El agua puede utilizarse durante largos
periodos sin necesidad de tomar medidas
especiales contra la acumulación de
sales dañinas en el suelo.
82
�Satisfactoria
La utilización de esta agua requiere de
medidas
especiales
para
evitar
la
acumulación paulatina de sales en el
18 – 6
suelo, excepto en suelos friables con
drenaje libre.
No satisfactoria
5,9 – 1,2
Para la utilización de esta agua en casi
todos los casos se requiere de drenaje
artificial.
〈〈1,2
Mala
Esta agua en la práctica no es apta para
el riego.
-
Por contenido de carbonato de sodio residual (CSR), según Eaton
En agua para riego, donde la concentración de HCO3- (bicarbonatos) y CO2
(carbonatos) es mayor que la del calcio y magnesio, existe la tendencia de estos
cationes a precipitar en forma de carbonatos a medida que la solución del suelo se va
concentrando, permaneciendo en disolución el Na2CO3 debido a su alta solubilidad.
Esta reacción no se completa totalmente en circunstancias normales pero a medida
que ella ocurre, la concentración total y relativa del sodio tiende a crecer, aumentando
las posibilidades de intercambio con el complejo absorbente del suelo, produciéndose
la defloculación del mismo.
El índice de carbonato de sodio residual se determina por la expresión:
CSR = (CO32- + HCO3-) – (Ca2+ + Mg2+) en mg.eq./l
(3.11)
En correspondencia con el valor de carbonato de sodio residual obtenido las aguas se
clasifican en:
CSR 〈 1,25; Aguas buenas para el riego.
CSR. 1,25 – 2,5; Aguas dudosas para el riego (debe controlarse la salinidad del suelo
durante la utilización de estas aguas).
CSR. 〉 2,5; Las aguas no son aptas para el riego.
-
Salinidad potencial (SP), según Aceves y Palacios
Este índice considera que se produce la precipitación de las sales menos solubles,
quedando en solución los cloruros y sulfatos, con lo que aumenta considerablemente
la presión osmótica y actúan sobre el suelo a bajos niveles de humedad. La salinidad
potencial se determina por la fórmula:
SP = Cl- +
1
SO42-en mg.eq/l.
2
(3.12)
Clasificación de las aguas según Aceves y Palacios:
SP: 〈〈3; Aguas buenas para el riego
SP: 3–15; Aguas condicionales para el riego (debe mantenerse control sobre el
comportamiento químico del suelo).
SP: 〉 5; Aguas no recomendables para riego.
83
�-
Rango de absorción del sodio por el suelo (RAS), según laboratorio del
Departamento de Control de Salinidad de los E.U.A
La presencia de sodio en las aguas de riego deja latente la probabilidad de que por
medio del 26 eran ocupados por otros cationes, como el Ca y Mg, ocasionando esto un
desequilibrio eléctrico en el suelo, ya que deja cargas negativas residuales, por lo que
las partículas de suelo se repelen, con lo que el suelo se deflocula y pierde su
estructura. Esta sodificación del suelo disminuye su permeabilidad y favorece la
formación de costras, quedando modificadas las propiedades físicas y químicas del
suelo. El índice del rango de absorción del sodio por el suelo se determina por la
fórmula:
RAS =
(Na + )
(Ca + + Ma 2+
2
en mg.eq./l.
(3.13)
El valor del RAS, obtenido por aplicación de la fórmula 3.13, se relaciona con la
conductividad eléctrica de las aguas (Ec) (Figura 3.7) y se determina el tipo de agua
en correspondencia con la siguiente clasificación:
RAS: 〈〈 10; Aguas excelentes para el riego.
RAS: 10 – 18; Aguas buenas para el riego.
RAS: 18 – 26; Aguas regulares para el riego.
RAS: 〉 26; Aguas no aptas para el riego.
FIGURA 3.7. Diagrama para la clasificación de las aguas para riego por RAS.
-
Por concentración de sales solubles totales (C), según Laboratorio de
Salinidad USA
La concentración de sales solubles totales se expresa como conductividad eléctrica
(Ec) del agua en micromhos por centímetro (UV/cm) a 25 0C de temperatura del agua,
84
�con lo que se establecen cuatro grupos de agua. La clasificación de las aguas
(grupos), en este caso, es la siguiente:
C 1- Aguas de baja salinidad: Ec entre 100 y 250 microhmios/cm. Con esta agua se
puede regar la mayoría de los suelos y cultivos sin temer a perjuicios
salinos. El lavado natural de los suelos es suficiente y solo en los
terrenos de muy baja permeabilidad hay que realizar trabajos
especiales de drenaje.
C 2- Aguas de salinidad media: Ec entre 250 y 750 micromhos/cm. Esta agua puede
utilizarse en condiciones naturales del suelo si existe un lavado
moderado del mismo. Los cultivos con resistencia media a la salinidad
se desarrollan bien.
C 3- Aguas altamente salinas: Ec entre 750 y 2 250 micromhos/cm. Para el uso de
estas aguas deben existir buenas condiciones de drenaje, se debe
controlar la salinidad del suelo y solo deben cultivarse plantas muy
resistentes a la salinidad.
C 4- Aguas extremadamente salinas: Ec superiores a 2 250 micromhos/cm. Estas
aguas solo se podrán utilizar en suelos muy permeables y de buen
drenaje. Deberá mantenerse control sobre la salinidad del suelo y se
podrán regar cultivos muy resistentes a la salinidad.
-
Por ciento de sodio soluble (PS), según Wilcox
El por ciento de sodio soluble se determina por la fórmula:
PSS =
(Na
+
)
+ K +
100 en mg.eq./l.
Ca + 2 + Mg + 2 + Na + + K +
(3.14)
Según los valores del PSS, las aguas se clasifican en:
PSS 〈 20; Aguas excelentes para el riego.
PSS: 20 – 40; Aguas buenas para el riego.
PSS: 40 – 60; Aguas admisibles para el riego.
PSS: 60 – 80; Aguas dudosas para el riego.
PSS: 〉 80; Aguas no aptas para el riego.
-
Clasificación de las aguas por contenido de boro
De los elementos que pueden tener las aguas que se utilizan en riego existen algunos
que deben analizarse individualmente por sus características tóxicas. Entre ellos, uno
de los que produce mayores afectaciones en algunos cultivos es el boro. Utilizando la
tolerancia del boro (B) de diferentes cultivos hallados por Eaton, las aguas se
clasifican en cinco tipos, con respecto a su contenido de boro por grado de
sensibilidad de las plantas a este elemento, expresado en mg./l y expuesto en la
Tabla 3.21.
Tabla 3.21 Clasificación de las aguas por contenido de boro y tolerancia de las
plantas, según Eaton
Tipo de agua
Excelente
Cultivos sensibles
Cultivos
semitolerantes
Cultivos tolerantes
〈 0,33
〈 0,67
〈 1,0
85
�Buena
0,33 – 0,67
0,67 – 1,33
1,0 – 2,0
Permisible
0,67 – 1,0
1,33 – 2,0
2,0 – 3,0
Dudosa
1,0 – 1,25
2,0 – 2,5
3,0 – 3,75
〉 2,5
〉 3,75
〉 1,25
Mala
-
Clasificación de las aguas para riego, según Universidad de California
Esta clasificación representa un análisis integral de las aguas por distintas
clasificaciones, que las caracterizan para su posible uso en riego. La misma considera
las siguientes determinaciones por análisis químicos de las aguas:
Concentración de sales solubles- C (micromhos)
Por ciento de sodio soluble- PSS (%)
Carbonato de sodio residual- CSR (mg.eq/l)
Contenido de Boro- B (mg/l)
Tabla 3.22 Clasificación de las aguas para riego, según Universidad de California
Calidad del agua
Indicadores
-
Buena
Regular
Mala
C
〈 1 000
1 000 – 3000
〉 3 000
PSS
〈 60
60 – 75
〉 75
CSR
〈 1,25
1,25 – 2,5
〉 2,5
B
〈 0,5
0,5 – 2,0
〉 2,0
Índice de salinidad marina (ISM)
Este coeficiente nos permite definir la factibilidad del uso de las aguas en riego, y
como fuente para lavado de suelos salinizados, así como diagnosticar la posibilidad de
salinización de los suelos en territorios con aguas subterráneas de determinadas
características del ISM y su correlación con las profundidades de yacencia de esas
aguas, litología y ascensos capilares de los sedimentos de la zona no saturada. Para
ello el ISM se determina por la fórmula 3.7.
En función del ISM, las aguas se clasifican por correlación de este coeficiente con el
Coeficiente de irrigación de Stables, y el Rango de absorción del sodio por el suelo del
Departamento de Control de Salinidad de USA. El tipo de agua por correlación del ISM
con el RAS se define por el valor del ISM y conductividad eléctrica (Ec) por el gráfico
3.8.
86
�FIGURA. 3.8. Diagrama para clasificación de las aguas por ISM y Ec.
Tabla 3.23 Clasificación de las aguas para su aplicación en riego por correlación ISM
con el Ci de Stables
Valor ISM
〈 0,5
Tipo de agua
Predominantemente buena
0,5 – 1,1
Predominantemente satisfactoria
1,2 – 7,0
Predominantemente no satisfactoria
〉 7.0
Predominantemente mala
87
�Tabla 3.24 Clasificación de las aguas para su aplicación en riego por correlación ISM
con el RAS del Departamento de Control de Salinidad de USA
Valor ISM
Tipo de agua
〈 4,1
Aguas buenas
4,1 – 7,9
8,0 – 12,0
〉 12,0
Aguas satisfactorias
Aguas no satisfactorias
Aguas malas
3.8 Agresividad de las aguas
Por agresividad de las aguas se denomina su propiedad de destrucción de distintos
tipos de materiales, principalmente de índole constructivos; la misma depende de la
composición química del agua, en la cual se distinguen seis tipos de agresividades:
- Agresividad por contenido de ácido carbónico: la misma se refleja en la
destrucción del hormigón y materiales carbonatados como resultado de la disolución
del carbonato de calcio bajo la influencia del ácido carbónico agresivo (CO2 agres.) y
puede ser representada por la siguiente ecuación.
Ca CO3 + H2 CO3 --------------------- Ca2+ + 2 HCO3La agresividad del ácido carbónico está representada por la parte de CO2 libre que
durante la reacción entra en combinación con el carbonato de calcio. De tal forma, el
agua presentará agresividad por ácido carbónico cuando el contenido en ella de este
ácido sea mayor que la cantidad necesaria para mantener su equilibrio con el
carbonato de calcio sólido.
Existen varios métodos gráficos y tablas para determinar este tipo de agresividad en
las aguas, pero el método más eficaz es su determinación experimental. Durante el
experimento se determina la basicidad del agua y después su interacción con
carbonato de calcio triturado. Los resultados se expresan por dilución de un litro de
agua analizada.
La cantidad máxima de ácido carbónico agresivo (CO2 agres.), permitido en las
condiciones más peligrosas de destrucción del hormigón, es 3 mg/l, y en las
condiciones menos peligrosas 8,3 mg/l.
- Agresividad por lixiviación del hormigón: Ocurre por disolución del carbonato de
calcio y lavado en el hormigón del hidróxido de calcio Ca (OH)2. Cuando el contenido
de HCO3 es tan pequeño que el equilibrio del carbón expresado en CO2 es menor que
el contenido que debe existir de este elemento en la atmósfera, el agua diluirá el
carbonato de calcio. Esto sucede por insuficiencia en el agua de iones de CO32- y
HCO3. En dependencia de la composición del cemento y las condiciones en las cuales
se encuentra el hormigón, el agua contiene agresividad por lixiviación con el contenido
mínimo de HCO3- desde 0,4 hasta 1,5 mg.eq./l.
- Agresividad ácida total: Está relacionada con el contenido de iones libres de
hidrógeno. Las aguas tendrán propiedades de agresividad ácida si el pH se encuentra
en los límites 5,0 a 6,8.
- Agresividad sulfatada: Tendrá lugar con un contenido grande de iones de sulfato
(SO4) en el agua, como resultado de esto, por penetración del agua en el hormigón
durante la cristalización del mismo, se forman sales como el sulfato de calcio (CaSO4
2H2O) y otras que provocan la destrucción del hormigón. Con la utilización de
88
�cemento resistente al sulfato, la agresividad del agua tendrá lugar con contenido de
SO4- en ella superior a 400 mg/l; en los cementos tradicionalmente usados con
contenido de SO4 mayor de 250 mg/l, aunque influyen las condiciones en las que se
encuentra expuesto el hormigón y del contenido de iones de cloruro en el agua
- Agresividad magnésica: Surge cuando en el agua existen altos contenidos de
iones de magnesio; la cantidad permisible del mismo oscila en dependencia del tipo
de cemento, condiciones de construcción y del contenido de sulfato en el agua (desde
750 mg/l y más).
- Agresividad oxidante: Se presenta por contenido en el agua de oxígeno disuelto y
se refleja principalmente en condiciones metálicas, tuberías metálicas, etc., en los
cuales el oxígeno forma herrumbre. El proceso de oxidación del hierro ocurre por el
esquema siguiente:
2Fe + O2 = 2FeO
4FeO + O2 = 2Fe3
Fe2O3 + 3H2O = 2Fe (OH)3
La presencia conjunta de oxígeno con ácido carbónico provoca que la acción agresiva
del oxígeno aumente.
3.9 Representación gráfica de la composición química de las aguas
Las aguas naturales, tanto superficial como subterránea, durante su estudio en la
mayoría de los casos son cartografiadas por zonas o puntos, según la magnitud del
estudio. En la práctica hidrogeológica se confeccionan perfiles y mapas de la
composición química de las aguas subterráneas, estas pueden presentar una misma
composición en perfil, aunque en muchos casos al perforarse distintos estratos u
horizontes acuíferos, la composición química de las aguas en cada estrato u horizonte
puede presentar variaciones considerables.
En tal caso, el método más recomendable para la presentación de la composición
química es el diagrama circular, representando el contenido de los distintos iones por
una simbología determinada en una escala representativa por ángulos de la
circunferencia, para ello la suma total de los aniones y cationes en mg.eq./l o mg/l, se
iguala a 360 grados que tiene el perímetro de la circunferencia y de forma
proporcional se determina el ángulo correspondiente a cada anión o catión (Figura
3.9).
89
�FIGURA 3.9 Representación circular del quimismo de las aguas.
Por área puede existir variación de la composición química también y esto es muy
frecuente, para la representación gráfica en este caso de forma puntual o por áreas es
aplicable; también se representa por circulo con la simbología establecida para los
distintos elementos o por columnas dobles donde en la parte izquierda se exponen los
aniones y en la derecha los cationes, con determinada escala en mm por mg.eq./l.
También en estos casos son de amplia aplicación las propuestas de los científicos
norteamericanos Stif y Hem. El primero estableció un grafico por coordenadas
horizontales con determinada escala para los mg.eq./l, con un eje central que
representa cero (0) contenido, a la izquierda del mismo se ubican los cationes y a la
derecha los aniones (Figura 3.10), en este grafico se pueden representar varios
análisis de agua de puntos analizados o de áreas que presenten distintas
composiciones químicas. La cantidad de puntos o áreas que pueden ser ubicados en
cada gráfico dependerá de la escala y magnitud del gráfico.
La propuesta de Hem representa un gráfico por coordenadas radiales, con seis ejes
para los principales aniones y cationes, a partir de un valor cero (0) en el centro de
los ejes, a cada eje se le asignó determinado elemento y por la escala que se asuma
en los ejes, se ubicará el contenido de esos elementos en mg.eq./l. En cada gráfico
que se confeccione se podrá representar varios análisis de agua con distinta
composición química y para una mayor visualización de cada tipo de agua a cada
resultado de análisis químicos se le puede definir un color determinado para su
representación (Figura 3.11).
Al confeccionarse mapas del quimismo de las aguas subterráneas, generalmente el
mismo se toma tomando como base la mineralización, la cual se representará por
colores.
Ejemplo: 〈 1 g/l- azul, 1–2 g/l- verde, 2–3 g/l- anaranjado, 3–5 g/l- rojo, 〉 5 g/l
morado.
Durante la confección de estos mapas, el tipo de agua determinada por la formula de
Kurlóv con los aniones y cationes predominantes, se refleja con simbología que
corresponda a los mismos, igualmente en la ejecución de perfiles hidroquímicos.
90
�20
15
10
0
5
5
10
Cl − + NO
Na + + K +
C a 22++
HCO3−
SO42 −
CO32 −
Mg
Fe
20
15
mg .e q / l
−
3
Agua A
Agua B
20
15
10
5
0
5
10
15
20
m g.eq / l
FIGURA 3.10 Gráfico de representación de la composición química de las aguas en
coordenadas horizontales, según L. Stif.
Mg
Ca
2+
2+
Cl
Na + + K +
Mg 2+
Na + + K +
CO32− − Ca 2+
+ HCO3
CO32−
+ HCO3−
Cl −
−
−
3
+ NO
SO
+ NO3−
2−
4
Agua B
Agua A
SO42−
8 6 4 2 0 2 4 6 8
mg.eq / l
FIGURA 3.11 Gráfico de representación de la composición química de las aguas y
coordenadas radiales, según J. D. Hem.
3.10 Clasificación de las aguas por su composición bacteriológica
El estado sanitario de las aguas se determina por el grado de contaminación fecal. El
principal indicador de esta contaminación lo representan las bacterias Coli. Por un
gran número de experimentos realizados por distintos investigadores se ha
demostrado que las bacterias en los acuíferos pueden migrar con vida a distancias
considerables, en dependencia de la litología de las rocas: en sedimentos arcillosos
entre 30 y 50 m; en sedimentos arenosos y rocas agrietadas entre 50 y 100 m; en
rocas cavernosas y sobre todo en calizas carsificadas el recorrido de las bacterias
alcanza cientos de metros y cuando la vía de circulación de las aguas es a través de
canales y cavernas carsicas, con condiciones favorables para ello, el recorrido puede
alcanzar miles de metros.
Para la evaluación del estado sanitario de las aguas destinadas al uso potable se
determina el contenido de bacterias en un determinado volumen de agua (bacterias
Coli-Titr).
91
�Tabla 3.25 Evaluación de las aguas por su contaminación bacteriológica, según G. V.
Xlópin.
Cantidad de colonias *
Denominación de las aguas
0 – 10
Totalmente limpia
10 – 100
Muy limpia
100 – 1 000
Limpia
1 000 – 10 000
Algo contaminada
10 000 – 100 000
Contaminada
〉 100 000
Totalmente contaminada
* Se tiene en cuenta el crecimiento de las colonias de bacterias en temperatura 25 0C pasadas
48 horas después de iniciado el análisis, en un mililitro de agua.
Tabla 3.26 Clasificación de las aguas por Coli-Titr
Cantidad de colonias Coli
Volumen de agua en ml.
Denominación del agua
I
100
Sana
II
10
III
1
Dudosa
IV
0,1
Insana
V
0,01
Satisfactoria
Totalmente insana
3.11 Normas de la composición química para las aguas potables
El agua potable no debe contener microorganismos ni sustancias químicas en
concentraciones que puedan amenazar la salud del hombre. Es muy importante que el
agua destinada al abastecimiento de la población sea fresca, transparente e incolora,
y que carezca de sabores u olores desagradables.
Algunos países han establecido normas nacionales de calidad y han alcanzado cierta
uniformidad en los métodos de análisis y en la expresión y representación de los
resultados. Otros, en cambio, aún carecen de normas oficiales de calidad o no
favorecen métodos aceptados para evaluar el agua. Existen países que tienen la
posibilidad de contar con agua abundante procedente de pozos profundos y de
manantiales de aguas subterráneas, con excelente calidad, mientras que otros tienen
la necesidad de recurrir con frecuencia a ríos, lagos u otras fuentes de aguas
superficiales, por lo que a nivel universal no existen criterios únicos sobre la calidad
química y bacteriológica para las aguas potables, ya que por lo general cada país
subordina la calidad del agua a las características y posibilidades de las aguas con que
cuenta, en muchos casos incluso contra las exigencias higiénico-sanitarias que
demanda el organismo humano para preservar su salud. En este aspecto, la
Organización Mundial de la Salud (OMS) ha estudiado y emitido orientaciones técnicas
a las administraciones sanitarias de distintos países.
A continuación exponemos la Tabla 3.27 en la que se reflejan normativos existentes
en algunos países y por la OMS sobre los principales elementos, así como de forma
más completa las normas cubanas que rigen la calidad del agua en Cuba a partir de
1984.
92
�Tabla 3.27 Normas químicas para el agua potable (concentraciones máximas
permisibles)
Elementos
Unidades
Cuba
OMS
Rusia
Europa
Occidental
USA
Sólidos
totales
mg./l
1 000
1 500
1 000
1 000
500
pH
-
8,5
9,5
9,0
-
-
Dureza total
mg./l
400
-
-
-
-
Ca
mg./l
200
-
-
-
-
Cl
mg./l
250
600
350
350
250
Cu
mg./l
1,0
1,5
1,0
3,0
1,0
Mg
mg./l
150
-
-
-
-
Mn
mg./l
0,1
0,5
0,1
0,1
0,05
SO4
mg./l
400
400
500
250
250
Zn
mg./l
1,5
15,0
5,0
5,0
5,0
Na
mg./l
200
-
-
-
-
Ag
mg./l
0,05
-
-
-
-
Ni
mg./l
0,02
-
-
-
-
Al
mg./l
0,2
-
0,5
-
-
As
mg./l
0,05
-
0,05
-
-
Cd
mg./l
0,05
0,01
-
0,05
0,01
Cn
mg./l
0,05
-
-
-
-
Hg
mg./l
0,001
-
-
-
-
Pb
mg./l
0,05
0,05
0,03
0,1
0,5
Sc
mg./l
0,001
-
0,001
-
-
Ba
mg./l
0,03
-
-
-
-
Cr
mg./l
0,05
-
0,5
-
-
Be
mg./l
0,0002
-
0,0002
-
-
Mo
mg./l
0,5
-
0,25
-
-
Co
mg./l
1,0
-
1,0
-
-
Sr
mg./l
2,0
-
7,0
-
-
NH4
mg./l
0,4
-
-
-
-
NO3
mg./l
45,0
-
-
-
-
NO2
mg./l
0,0
-
-
-
-
93
�Capítulo 4 CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS POR SU ORIGEN,
FORMAS Y CARACTERÍSTICAS DE YACENCIA
4.1 Clasificación de las aguas subterráneas por su origen
Las aguas subterráneas por su origen, se dividen en cinco tipos:
1. Aguas de infiltración: Deben su formación a la infiltración de las aguas
atmosféricas y superficiales a través de las rocas sedimentarias, metamórficas
y magmáticas; muchas aguas artesianas y freáticas tienen como origen la
infiltración.
2. Aguas de condensación: Formadas por el proceso de condensación del vapor
de agua contenido en los poros, cavidades y grietas de las rocas, en todas
partes donde el vapor se traslada bajo las influencias de sus variaciones
elásticas en distintas temperaturas, condiciones de suelos y de las rocas.
3. Aguas de sedimentación: Son las formadas en cuencas en las que ocurrió el
proceso de sedimentación de las rocas; aguas de sedimentos fangosos o fango
arcillosos. Una parte de esta agua fueron desplazadas en el proceso de
litogénesis bajo la influencia de la compactación de los sedimentos hacia rocas
permeables, formando en ellas horizontes acuíferos con agua gravitacional
(freáticas).
4. Aguas de origen orgánico: Se forman por la descomposición de la materia
orgánica contenida en sedimentos fangosos arcillosos en el proceso de
formación de los mismos.
5. Aguas de origen profundo (aguas juveniles): Son las aguas magmáticas de
zonas profundas de la corteza terrestre que no forman parte del intercambio
hídrico hasta su aparición en los estratos superiores de la corteza terrestre.
Según Langue, las aguas juveniles se forman por tres condiciones distintas
entre sí:
•
Durante el desprendimiento desde el magma de gases de hidrógeno y
oxígeno, los cuales posteriormente se unen y forman el agua (aguas
juveniles sintéticas).
•
Por desprendimiento de vapores de agua desde el magma, formando en
zonas superiores aguas de condensación (aguas juveniles de
condensación).
•
Por desprendimiento de agua cristalizada desde las masas minerales en
las zonas profundas de la corteza terrestre (aguas juveniles de
hidratación).
Estos diferentes tipos de agua que se mencionaron en su movimiento entre las rocas
que forman la corteza terrestre, pueden mezclarse en distintas relaciones, formando
en muchos casos aguas de origen mezclado. La mezcla de las aguas y su interacción
con el suelo, rocas, atmósfera, hidrosfera y también por procesos magmáticos,
bioquímicos, radioactivos, físico-químicos y otros procesos que constantemente se
producen en la corteza terrestre, proporcionan la formación de uno u otro tipo de
agua, de su composición química y características físicas.
En el estudio de la formación de las aguas subterráneas, Kamiénski definió tres ciclos
genéticos.
1er ciclo: De infiltración o continental relacionado con la infiltración de las aguas
atmosféricas y todo un complejo de procesos geoquímicos que ocurren en la zona
superior de la corteza terrestre.
94
�2do ciclo: Marino o de sedimentación relacionado con la penetración de las aguas
marinas en el proceso de sedimentación, y posteriormente con procesos de diagénesis
de los sedimentos y metamorfismo de las aguas contenidas en ellos.
3er ciclo: Metamorfismo magmático con el que se relacionan los procesos de
formación de aguas profundas relacionadas con procesos termales, dinámicos,
metamórficos y magmáticos regionales. Con el último ciclo se relaciona la formación
de hidrotermos profundos, que incluyen en sí aguas juveniles formadas bajo la
influencia de procesos de metamorfismo.
En distintas condiciones geológicas y físico-geográficas, en dependencia de la
dirección de los procesos del ciclo de infiltración, se pueden formar los siguientes tipos
de aguas:
1er tipo: Aguas freáticas de lixiviación que se forman como resultado de un
desarrollo intensivo de los procesos de infiltración, el que tiene lugar en condiciones
de clima húmedo.
2do tipo: Aguas freáticas de salinización continental que se forman en regiones
secas y de estepas bajo la influencia de una evaporación intensiva y procesos de
interacción entre aguas atmosféricas y los suelos salinizados.
3er tipo: Aguas artesianas de lixiviación o agua de circulación profunda que
forman los siguientes subtipos:
•
Aguas de cuencas artesianas en amplias depresiones de plataforma, que se
caracterizan por sus pequeñas velocidades y largos recorridos de circulación,
debido a las grandes dimensiones de las cuencas y relativamente pequeñas
diferencias entre las costas de la zona de alimentación y zonas de drenaje.
•
Aguas de circulación profunda en estructuras tectónicas de zonas montañosas
plegadas, las que se caracterizan por una relativa circulación intensiva,
acompañada algunas veces con la salida de manantiales termales.
Por las condiciones de yacencia y características de las rocas almacenadoras de agua,
las aguas subterráneas se dividen en los siguientes tipos:
1. Aguas porosas: Aguas que yacen y circulan en horizontes de sedimentos
friables de distintas génesis, granulometría y composición mineralógica.
2. Aguas estratificadas: Aguas que yacen y circulan por estratos de rocas
sedimentarias, subdivididas en porosas-estratificadas y fisuro-estratificadas.
3. Aguas fisurosas: Aguas que yacen y circulan en grietas tectónicas aisladas y
en zonas de dislocaciones tectónicas.
Por sus características hidrodinámicas las aguas subterráneas se dividen en: con
presión (artesianas) y sin presión (freáticas). Como caso especial se analizan de forma
independiente las aguas de la zona no saturada, que generalmente son freáticas, pero
en determinadas condiciones pueden ser artesianas, las que presentan características
muy específicas.
4.2 Aguas de la zona no saturada
Las aguas de la zona no saturada yacen sobre la zona de saturación de las rocas,
comprendidas entre la superficie del terreno y la superficie del nivel de las aguas
freáticas o techo impermeable de aguas artesianas. Con las aguas de la zona no
saturada se relacionan las aguas del suelo y las denominadas aguas colgantes.
Aguas del suelo: se conocen como tal, las aguas relacionadas con la capa vegetal,
del que toman su alimentación el sistema de raíces de la vegetación, teniendo relación
directa con la atmósfera y con las aguas subyacentes (aguas colgantes). Esta agua se
95
�caracteriza por tener un contenido alto de materia orgánica y microorganismos; ellas
presentan una gran influencia sobre la fertilidad de los suelos; las mismas
principalmente son estudiadas por los edafólogos, agroquímicos y agrónomos. En las
investigaciones hidrogeológicas las aguas del suelo se estudian relacionándolas con el
drenaje y riego de los terrenos; también durante las investigaciones de las leyes que
rigen el régimen de las aguas freáticas.
Aguas colgantes: es un tipo específico de agua subterránea que se forma debido a
la infiltración de las aguas atmosféricas y superficiales, contenidas por lentes o
estratos acuñados de sedimentos poco permeables, rodeados por rocas permeables
porosas o agrietadas en la zona no saturada. Las propiedades que caracterizan a las
aguas colgantes son:
•
Tener un área de distribución limitada, definida por las dimensiones de los
lentes poco permeables.
•
Presentar variaciones bruscas del nivel del agua; la composición y reservas de
las mismas dependen del clima.
•
Pueden ser contaminadas fácilmente por otras aguas (aguas de suelo, de
residuales, etc.).
•
Ser inapropiadas,
permanente.
•
Presentar una dinámica específica; ellas pueden tomar parte en la alimentación
de las aguas freáticas y pueden ser totalmente evaporadas.
generalmente,
para
utilizarlas
en
una
explotación
La composición química de las aguas colgantes es muy variada, sobre todo en
regiones tropicales.
FIGURA 4.1 Esquema de aguas colgantes.
1. Zona no saturada
2. Nivel de las aguas del acuífero subyacente
3. Zona de saturación capilar
4. Techo del estrato acuífero subyacente
5. Estrato acuífero subyacente
6. Lecho impermeable del acuífero subyacente
7. Lente de aguas colgantes
96
�4.3 Aguas freáticas
Las aguas freáticas son las primeras que se encuentran a partir de la superficie del
terreno en un horizonte acuífero que yace sobre un estrato impermeable. Sus
principales características son las siguientes:
1. La totalidad de esta agua son sin presión, presentan una superficie libre relacionada
directamente con la atmósfera, la presión sobre la superficie de las aguas freáticas es
igual a la atmosférica.
2. El área de alimentación y distribución de las aguas freáticas generalmente
coinciden, siendo su principal fuente de alimentación las aguas atmosféricas y las
de condensación.
3. Las aguas freáticas presentan un régimen específico; las variaciones de sus
reservas en tiempos, niveles, composición química y bacteriológica y sus
propiedades físicas son determinadas por las condiciones climáticas de los
territorios de distribución de esta agua, por los procesos físico-químicos y
bioquímicos que ocurren en la zona no saturada y la actividad práctica del hombre
por la construcción de embalses, canales, canteras, drenaje, riego de amplios
territorios, etc.
Las aguas freáticas son las de más fácil utilización, pero al mismo tiempo son las que
más fácil se contaminan con aguas residuales de distintos orígenes. Las aguas
freáticas en la naturaleza, en dependencia de la estructura geomorfológica y geológica
del territorio, dan origen a distintas formas de yacencia con las que se relacionan:
•
Flujo freático
•
Embalse freático
•
Combinación de embalse freático con flujo freático
Flujo freático: Movimiento del agua en el horizonte sin que ocurra bajo la influencia
de la fuerza de gravedad, y está dirigido en concordancia con la dirección del
gradiente de la superficie de las aguas freáticas.
Embalse freático: Es la depresión del lecho impermeable, relleno con rocas
permeables, saturadas con aguas que tienen una superficie relativamente horizontal.
Combinación del flujo freático con el embalse freático: Los embalses freáticos se
forman en aquellos territorios donde en el lecho impermeable se encuentran
descensos profundos, los cuales no pueden estar rellenos con aguas de infiltración y
de condensación. Si los descensos del lecho impermeable se encuentran rellenos con
aguas de infiltración y condensación, entonces tendremos la tercera forma de
yacencia de las aguas freáticas. En la naturaleza es muy difícil definir entre el flujo
freático y el embalse freático ya que entre ellos existe un fuerte enlace hidráulico y se
diferencian solamente por la velocidad de movimiento de las aguas.
La relación entre las aguas freáticas y las superficiales puede definirse mediante la
construcción de mapas de hidroisohipsas, por los que se puede determinar si las
aguas subterráneas sirven de alimentación a las superficiales; se alimentan de ellas u
ocurren ambos procesos; el ejemplo más típico para estos caos son los ríos. Los
mapas de hidroisohipsas permiten resolver tareas prácticas como: ubicar pozos de
explotación, proyectar sistemas de drenaje, seleccionar áreas para la construcción de
obras para recarga artificial de las aguas subterráneas y otras.
97
�FIGURA 4.2 Esquema de flujos y embalses freáticos
1. Nivel de las aguas en el estrato freático
2. Flujo freático
3. Embalse freático
4. Frontera entre el flujo y el embalse freático
5. Lecho impermeable
FIGURA 4.3 Esquema de relación aguas freáticas- aguas superficiales (ríos)
a)- Acuífero freático que alimenta a un río
b)- Acuífero freático que se alimenta de un río
c)- Acuífero freático donde ocurren los dos procesos
→ - Dirección del flujo subterráneo
---15--- Isolíneas de las hidroisohipsas
Por mapas de hidroisohipsas se puede definir:
1. Dirección del movimiento del flujo subterráneo
2. Gradientes (pendientes) del flujo subterráneo
3. Relación de las aguas subterráneas con superficiales
4. Profundidad de yacencia del nivel de las aguas freáticas en cualquier punto
conjugando las isolíneas de nivel de las aguas con la topografía del relieve del
terreno.
5. Evaluar el caudal del flujo de las aguas freáticas Q por la fórmula:
Q=KBHI
(4.1)
Donde:
98
�K; coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m / día
B; ancho de la sección del flujo, m
H; potencia (espesor) medio del flujo subterráneo, m
I; gradiente del flujo subterráneo
La superficie de las aguas freáticas generalmente repiten el relieve de la superficie del
terreno, y solo en casos especiales pueden no coincidir (rocas con cambios bruscos de
permeabilidad, rocas con desarrollo de carso, valles de ríos, hondonadas del terreno,
etc.).
El nivel de las aguas freáticas oscila en tiempo, principalmente en dependencia de
factores climáticos, hidrológicos y otros; por ello los mapas de hidroisohipsas de esta
agua se confeccionan para determinados períodos de tiempo, generalmente para las
posiciones máximas y mínimas del nivel de las aguas de un territorio determinado.
Las aguas freáticas en la naturaleza pueden existir solamente cuando existen fuentes
de alimentación, las cuales pueden dividirse en cuatro tipos, a menudo relacionados
entre sí: precipitaciones atmosféricas, aguas superficiales, aguas subterráneas con
presión que yacen a mayores profundidades y aguas de condensación.
Como régimen de las aguas subterráneas, incluyendo las freáticas, se entienden los
procesos histórico-naturales que incluyen algunos ciclos de formación de las aguas
subterráneas que surgen bajo la influencia de factores interrelacionados y cambian en
tiempo y espacio de orígenes y otros. El régimen de las aguas freáticas caracteriza las
variaciones de sus reservas; con ellas, sus niveles y características físicas y químicas
en tiempo y espacio bajo la influencia de los factores antes relacionados.
Kamiénski clasifica el régimen de las aguas freáticas en cuatro tipos:
De parteaguas: se forman bajo la influencia de variaciones de las magnitudes de la
infiltración de las aguas atmosféricas, evaporación y del escurrimiento subterráneo.
Marginales: determinado principalmente por la oscilación del nivel de las aguas
superficiales: ríos, lagos, mares.
Premontañoso: conjuntamente con la infiltración de las aguas atmosféricas se
infiltra un gran volumen de aguas del escurrimiento superficial, incluyendo de los ríos.
De congelación: se caracteriza por una congelación total o parcial de las aguas
freáticas.
Las leyes que rigen el régimen de las aguas freáticas se estudian por observaciones
estacionarias en esta agua, con las cuales se determinan:
•
Condiciones de alimentación
•
Condiciones de drenaje
•
Dirección y velocidad del movimiento de las aguas
•
Variaciones de sus reservas y causas
•
Relación entre los elementos de las aguas freáticas con los factores que
determinan su régimen
•
Puntos de alimentación de las aguas freáticas con aguas contaminadas
•
Cambios del régimen de las aguas freáticas por la influencia del hombre
99
�4.3.1. Aguas freáticas en zonas arenosas costeras
Generalmente, estas aguas están relacionadas con dunas de arenas de granulometría
homogénea; el nivel de las aguas freáticas repite el relieve del terreno. Está
ampliamente demostrado que en las dunas arenosas, en las costas del mar y en islas
arenosas, las aguas freáticas dulces a profundidades determinadas, partiendo del nivel
del mar, pasan a ser aguas saladas.
De acuerdo con lo representado en la Figura 4.4 la potencia total de aguas dulces
(Ho) con un peso específico medio del agua del mar γ s = 1,024 g/cm3, según la teoría
de Ghyben-Herzbrg, será igual a:
H ≈ 43 h
(4.2)
Ho = H + h
Donde:
H: profundidad de yacencia de las aguas dulces a partir del nivel del mar, m.
h: altura del nivel de las aguas dulces sobre el nivel del mar, m.
FIGURA 4.4 Esquema de ubicación de lentes de aguas dulces freáticas en islas
arenosas.
1. Nivel de las aguas freáticas
2. Nivel del mar
3. Lente de aguas dulces
4. Aguas saladas
5. Frontera (interfase) entre aguas dulces y saladas
Independientemente de la expresión 4.2, en todos los casos el valor de Ho debe
comprobarse determinando el peso específico del agua dulce γ d y del agua salada γ s ,
y determinar el coeficiente correlacional:
γ =
γ d
γ s − γ d
(4.3)
Donde la expresión 4.2 se transforma en:
100
�H=
γ d
γ s − γ d
= γ h
(4.4)
4.4 Aguas artesianas
Las aguas artesianas son las aguas subterráneas que yacen y circulan en horizontes
acuíferos entre estratos impermeables en los límites de estructuras geológicas
considerablemente grandes (sinclinales, monoclinales y otras), formadas por rocas
precuaternarias, raramente en rocas de edad cuaternaria. Las estructuras que
contienen uno, dos o varios horizontes acuíferos y complejos con presión y que
presentan magnitudes considerables por su área se denominan cuencas artesianas;
algunos autores las denominan cuencas de aguas con presión.
Las aguas artesianas, según Ovchínikov, se encuentran dentro de los sistemas de
aguas con presión formadas por aguas porosas, poroso-fisurosas y poroso-fisuroso
cársticas de horizontes o complejos acuíferos, que presentan zonas de alimentación
actual, presiones y descarga, generalmente formando las denominadas cuencas
artesianas. Por las dimensiones de los sistemas acuíferos las cuencas artesianas se
dividen en seis tipos (Tabla 4.1).
Tabla 4.1 Clasificación de las cuencas artesianas, según Ovchínikov
Tipos de
cuencas
Areas (km2)
Características de las cuencas
I
Grandes: formadas por zonas de plataformas de las eras
Paleozoicas, Mesozoicas, Cenozoicas o de varios pisos de
distintas eras.
II
Medianas: de extremos con grandes flexiones y llanuras
entre montañas.
10 000-100
000
III
Pequeñas: Generalmente ubicadas sobre cuencas grandes
y medianas.
〈 10 000
IV
Sistemas de agua con presión de grietas en rocas
cristalizadas o metamórficas (macizos antiguos), con
deformaciones jóvenes o complejas por movimientos y
rupturas jóvenes.
Variada
V
Cuencas de aguas subterráneas
estructuras montañosas
con
Variada
VI
Cuencas y flujos de aguas freáticas que presentan áreas
con carácter subartesiano
Variada
articuladas
〉 100 000
(generalmente
〈 1 000 )
Las cuencas artesianas, independientemente al tipo que correspondan, presentan las
siguientes partes principales, distintas por sus condiciones hidrogeológicas (Figura
4.5): zona de alimentación. Zona de presión (almacenamiento y tránsito) y zona de
descarga.
Zona de alimentación: Está representada por el área de afloramiento de las rocas
acuíferas a la superficie del terreno. Esta zona se encuentra ubicada en las cotas más
altas de la cuenca. Las aguas subterráneas en la zona de alimentación no presentan
presión, tienen relación directa con la atmósfera y a menudo son dominadas por la
red hidrográfica existente en esta zona.
101
�Zona de presión: Es el área de mayor desarrollo de las cuencas artesianas, dentro
de los límites de la cual el nivel de las aguas subterráneas de los horizontes o sus
complejos acuíferos yace sobre el techo de los mismos (nivel piezométrico). La altura
en vertical de la estabilización del nivel sobre el techo del acuífero será la carga
hidráulica (presión). El nivel piezométrico puede ser positivo o negativo, cuando el
mismo se encuentra sobre la superficie del terreno o debajo, respectivamente. En
dependencia de la alimentación, drenaje y explotación del acuífero, el nivel
piezométrico puede variar su posición pasando de positivo a negativo o viceversa.
Para las aguas con presión se confecciona el mapa de hidroisopiezas, que representa
la unión de los puntos con cotas absolutas o relativas del nivel con una línea,
mediante la extrapolación de los valores de las cargas en planta (presiones), con lo
que se obtiene la superficie piezométrica de un área determinada o de la cuenca en
general, según la magnitud del área de estudio.
Zona de descarga: Es la zona de salida de las aguas con presión a la superficie; la
descarga puede ocurrir también de forma submarina al aflorar las rocas acuíferas a la
superficie del relieve bajo aguas fluviales o marinas; por lo general, la descarga se
realiza a través de manantiales ascendentes de formas diversas. Es necesario señalar
que en muchas cuencas artesianas la descarga subterránea de las mismas es muy
limitada; cuando ella ocurre, la misma se realiza generalmente a través del
parteaguas entre dos cuencas, o como lo denominó Tolstíjin, se ejecuta el trasvase de
una cuenca a otra; en este caso la zona de descarga de una cuenca representa la
zona de alimentación de otra.
Las cuencas artesianas generalmente contienen varios horizontes acuíferos y
complejos, cada uno de los cuales, con la ausencia de relación hidráulica entre ellos,
se caracteriza por su propia superficie piezométrica, definida por los niveles de agua
de las zonas de alimentación y de descarga de cada horizonte o complejo.
FIGURA 4.5 Esquema típico de cuencas artesianas. A- Límites de desarrollo de las
cuencas artesianas. a- Zona de alimentación; b- Zona de presión. cZona de descarga. 1- Nivel piezométrico; 2- Horizontes acuíferos; 3
Roca o basamento impermeable. H- carga hidráulica; M- Potencia del
horizonte acuífero con presión; B- Área de desarrollo de las aguas
freáticas que puede extenderse hasta ocupar parte de la zona –a.
Además de las cuencas artesianas se encuentran aguas con presión en los
denominados declives artesianos desarrollados en regiones montañosas y
premontañosas. La zona de alimentación y descarga de los relieves artesianos,
generalmente se encuentra a corta distancia una de otra, y tanto en la zona de
alimentación como de descarga pueden encontrarse manantiales ascendentes y
descendentes (Figura 4.6 I).
102
�Las aguas con presión (artesianas) pueden encontrarse también en cuencas que
prescinden de zonas de descarga, las cuales son denominadas cuencas con
intercambio hídrico retardado. El intercambio hídrico en estas cuencas es muy lento y
ocurre a través de rocas poco permeables que yacen sobre los horizontes acuíferos,
motivado por la influencia de grandes gradientes de presión que surgen en estas
cuencas entre las aguas artesianas y freáticas (Figura 4.6 II).
FIGURA 4.6 Formas de estructuras artesianas.
I- Esquema de declive artesiano. a- Zona de alimentación, b- Zona de
presión; c- Zona de descarga. 1- Rocas acuíferas; 2- Nivel de las aguas
freáticas; 3- Nivel piezométrico; 4- Rocas impermeables; 5- Manantiales
descendentes o ascendentes
II- Esquema de cuencas artesianas con intercambio hídrico retardado. ALímite de las cuencas en un perfil dado. a- Zona de alimentación; b- Zona
de presión. 1- Horizonte acuífero, 2- Rocas poco permeables; 3- Nivel
piezométrico de las aguas, 4- Rocas impermeables
En todas las cuencas artesianas se observan tonalidades hidrodinámicas e
hidroquímicas. Generalmente, se observan tres zonas hidrodinámicas: 1- Zona de
intercambio hídrico intensivo, 2- Zona de intercambio hídrico dificultoso, 3- Zona de
intercambio hídrico sumamente dificultoso.
En todas las cuencas artesianas se observan tonalidades relacionadas, en gran parte
con el tipo de intercambio hídrico existente y con las condiciones paleohidrogeológicas
de formación de los estratos acuíferos y de las aguas en ellos contenidos. Las zonas
hidroquímicas representan partes de las cuencas artesianas relativamente
homogéneas por su estructura, dentro de los límites de las cuales la mineralización y
composición química de las aguas cambian en rangos relativamente pequeños.
Según Tolstíjin, Zaitsév y Gurévich, en perfiles de las cuencas artesianas se pueden
definir cuatro zonas hidroquímicas: 1- Zona A; de aguas dulces (mineralización 〈 1
g/l); 2- Zona B; de agua salobre (1 a 10 g/l); 3- Zona C; de aguas saladas (10 a 50
g/l); 4- Zona D; de rasoles ( 〉 50 g/l). Los límites entre estas zonas pueden ser
definidos de forma aproximada, ya que la mineralización y composición química de las
aguas cambia paulatinamente, aunque de forma irregular. En dependencia de las
condiciones geólogo-estructurales e hidrodinámicas de las cuencas artesianas, en los
perfiles de estas, según Tolstíjin, pueden estar desarrolladas las zonas A, zonas A + B,
zonas A + B + C y zonas A + B + C + D.
No obstante, cuando en la parte superior de los perfiles de las cuencas existen yesos,
anhídridos u otras sales y en la profundidad existen rocas permeables, entonces
puede tener lugar una inversión hidroquímica que se explica por la anomalía de
cambios normales de mineralización y composición química de las aguas en
profundidad.
103
�4.5 Aguas de fisuras: freáticas y con presión
Estas aguas se relacionan con la yacencia y circulación de las mismas a través de
grieta sin rocas sedimentarias, metamórficas y magmáticas. En las rocas existen tres
tipos de grietas, que por su origen son:
•
Grietas tectónicas: Se originan en el proceso de formación de la estructura
geológica.
•
Grietas de intemperismo: Se originan durante el intemperismo y lixiviación
de las rocas.
•
Grietas lito-genéticas: Grietas que están relacionadas con los procesos que
se desarrollan durante la formación de las rocas, en el proceso de
sedimentación-compactación de las mismas.
Frecuentemente en las rocas de un mismo territorio se encuentran los tres tipos de
grietas relacionadas entre sí. La acuosidad de las rocas agrietadas en alto grado
depende del tipo de grieta y carácter de interrelación de las mismas. Las grietas
tectónicas generalmente están relacionadas con dislocaciones tectónicas que alcanzan
profundidades de cientos y miles de metros; las aguas de acuíferos con este tipo de
grietas en muchas ocasiones están relacionadas con aguas minerales y termales, en
ocasiones con composición salina y gaseosa con características específicas.
Las grietas de intemperismo, su formación y dimensión dependen, fundamentalmente
del enfriamiento o calentamiento de las rocas bajo la influencia de la temperatura del
aire, así como de otros factores físicos y mecánicos. La influencia de la temperatura
diaria actúa hasta los primeros 2-4 m desde la superficie del terreno, las temperaturas
anuales influyen en los primeros 20-40 m y las variaciones de las temperaturas en
siglos influyen en profundidades mayores. El mayor agrietamiento se presenta en los
primeros 2-4 m de la zona de intemperismo, a mayor profundidad el agrietamiento, y
por lo tanto su acuosidad disminuye paulatinamente; en algunas partes el proceso de
intemperismo, en dependencia de las características físicas de las rocas y del clima,
puede alcanzar profundidades de hasta 100 m y más.
Las grietas lito-genéticas presentan desarrollo en todo el espesor del estrato de la
roca. Con este tipo de grietas están relacionadas tanto las aguas freáticas como las
aguas fisuro-estratificadas en cuencas artesianas. Las aguas subterráneas de grietas
de distintos tipo, por su origen, a menudo se encuentran relacionadas hidráulicamente
entre sí, por lo que esta agua puede presentar una composición química muy variada.
La alimentación de las aguas de fisuras es principalmente por las precipitaciones
atmosféricas. Las condiciones de alimentación dependen de la morfología del relieve
actual y las características de la cubierta cuaternaria; una alimentación intensiva, por
la infiltración, ocurre cuando las rocas agrietadas afloran a la superficie del terreno o
se encuentran relacionadas con aguas superficiales.
Las aguas subterráneas relacionadas con rocas agrietadas, en dependencia del origen
de las grietas, se dividen en: aguas de grietas por el intemperismo y aguas de grietas
y filoneanas, con presión, relacionadas con grietas tectónicas.
4.6 Aguas cársicas
El carso debe su nombre a las primeras investigaciones hidrogeológicas ejecutas en
rocas cársticas en Karst, lugar ubicado al norte del Adriático en la Península de Istria,
en los Alpes de la antigua Yugoslavia. El significado de karst en yugoslavo es: campo
de piedras calizas, al igual que carso en italiano o causse en francés.
104
�Las aguas cársicas son las aguas subterráneas que yacen y circulan por grietas,
cavidades, canales y cavernas que se forman como resultado de la lixiviación de las
rocas, principalmente de rocas carbonatadas. En estas rocas el movimiento de las
aguas y sus propiedades de disolución pueden provocar la formación de canales y
cavernas de grandes dimensiones. En estas condiciones, el régimen predominante del
movimiento de las aguas subterráneas en la zona de saturación total es laminar,
aunque a menudo en zonas de gran desarrollo del carso, sobre todo en calizas del
Mioceno y Cuaternario, en la zona no saturada y próximo a los límites superiores de la
zona de saturación donde el agua circula por cavidades no saturadas en su totalidad,
puede originarse un régimen de circulación turbulento de las aguas subterráneas,
aunque este régimen generalmente se desarrolla en un espesor acuífero
insignificante, en relación con la potencia total y área de extensión del estrato
acuífero.
Solo en puntos aislados o zonas de canales dirigidos hacia zonas de drenajes
próximos, en condiciones muy específicas, el régimen de circulación turbulento de las
aguas subterráneas puede alcanzar magnitudes considerables en relación con la
potencia total del acuífero. En los territorios cársicos podemos considerar las
siguientes unidades hidrogeológicas:
1- Regiones cársicas: equivalente hidrológicamente a las regiones con clima
común, existencia de megaestructuras, y un balance hídrico estable.
2- Sistemas cársticos: conjunto
macroestructura común.
de
aguas
cársicas
dependientes
de
una
3- Aparatos o elementos cársicos: conjuntos de aguas cársticas con una zona de
absorción y urgencias comunes. Son las unidades que dan origen a los sistemas
y regiones cársticas.
En el conjunto del medio de rocas solubles (calizas, dolomitas, etc.), el fisuramiento,
el agua circulante y el proceso de disolución y erosión inherentes a la circulación
cársica, constituyen lo que podemos denominar un elemento cársico. Cuando en el
elemento cársico ocurren los fenómenos mencionados el mismo, será activo; cuando
falte la circulación del agua, será pasivo. En un elemento cársico se consideran tres
zonas, atendiendo a la circulación del agua y su relación con el relieve:
1- Zona superior superficial: zona de absorción
2- Zona intermedia de circulación libre o libre y con presión
3- Zona inferior de circulación permanente bajo presión
Entre las zonas 2 y 3 puede existir una zona intermedia de afloramiento del agua.
Zona de absorción: posee formas muy características denominadas de absorción o
exocarso. Estas formas pueden ser cerradas, en las que la absorción se realiza
lentamente y abiertas, en las que el agua penetra libremente de forma masiva y las
denominadas alóctonas, que pueden estar formadas por las dos primeras.
Formas de la zona de absorción (o infiltración):
Cerradas: dolinas, uvalas, poljes, valles ciegos, valles muertos
Abiertas: simas, sumideros, cavernas
Alóctonas: cañones
Dolinas: se originan en puntos de intersección de dos diaclasas (fallas), donde por la
infiltración se produce el desprendimiento o sifonamiento de partículas de las rocas
solubles que emigran desde este punto, produciéndose la descalcificación y
105
�consiguiente pérdida de volumen de rocas, lo que proporciona un lento hundimiento
de toda la zona afectada a partir del centro, originándose entonces, una depresión
circular, al principio embudiforme, que con su desarrollo provoca la formación de otros
elementos.
Uvalas: formadas por dolinas que han evolucionado más rápidamente en superficie
que en profundidad, originando una depresión más amplia.
Poljes: constituyen las formas de absorción del carso de mayor extensión superficial.
Polje en yugoslavo significa llanura o campo, estas, morfológicamente no difieren
mucho de las fosas tectónicas o graben. Generalmente, el fondo de los poljes es
plano, cubierto de sedimentos, de entre los cuales emergen islotes rocosos,
fuertemente carsificados y atravesados por cavernas.
Los poljes presentan génesis diversas: Por progresivas conjugaciones de dolinas y
uvalas. Por desarrollo de uvalas sobre fallas. Por carsificación de una zona tectónica
que es la que mayores magnitudes alcanza.
Valles muertos y valles ciegos: Son valles espígeos (subterráneos) que han dejado de
funcionar a consecuencia de la carsificación en las zonas de sus cabeceras; estos
valles se encuentran presentes en territorios donde existieron glaciales.
Los valles ciegos son estructuras desarrolladas sobre conjuntos de diaclasas o fallas
que presentan formas alargadas en dirección del accidente que las ha originado, estos
valles pueden estar surcados por arroyos epigeos, cuya hidrografía ha sido
desorganizada por el carso. Si sobre uno de estos valles comienza a producirse una
absorción (infiltración) cárstica, la circulación subterránea se desorganiza y se
producen divisorias de las aguas subterráneas y superficiales a lo largo del valle,
originándose así los valles ciegos.
Simas: surge como resultado de la evolución de la dolina por el arrastre de los
sedimentos que cubren la dolina, hacia el interior del elemento cárstico, formándose
una forma de absorción abierta.
En el desarrollo de una sima se originan las siguientes fases:
1- Fase premonitoria: ensanchamiento de la intersección de las diaclasas madres
2- Fase juvenil: generación de una dolina de fondo plano
3- Fase de madurez: relleno diverso, intensa descalcificación en profundidad
4- Fase de senilidad: multiplicación de los embudos y hundimiento total del
interior de la dolina
5- Surgimiento de la sima propiamente
Sumideros: Se originan cuando en la fase de formación de las simas, al aparecer
dolinas “satélites”, la absorción es masiva, dando origen a los sumideros.
Los sumideros pueden ser permanentes, alimentados por arroyos o ríos. Accidentales,
que actúan solamente durante las crecidas de los ríos o en períodos de fuertes lluvias.
Periódicos, que tienen un régimen estacional durante los períodos lluviosos.
Cavernas: Se originan por el desarrollo interno de las anteriores formas, formando
infinidad de formas cársticas. Las mismas pueden presentarse de forma aislada o
interconectadas entre sí por los denominados canales cársticos, grietas, etc. Las
cavernas pueden alcanzar grandes magnitudes, incluso hasta miles de metros de
longitud, con desarrollo tanto en horizontal como en vertical. Las mayores cavernas se
desarrollan generalmente sobre el nivel de las aguas subterráneas en zonas altas y
montañosas.
106
�Cañones: Se originan por la combinación de flujos de aguas superficiales y
subterráneas.
Con la combinación de todas o algunas de las formas de absorción cársicas descritas
pueden formarse los paisajes cársicos, sobre todo cuando ello ocurre sobre rocas
calizas. El paisaje cársico definido por Martonne se describe como: un relieve original,
en el que parece faltar las leyes ordinarias del modelado de erosión.
Las características del paisaje cárstico son:
1- Ausencia de circulación hídrica superficial en las zonas altas. A veces el
territorio está cruzado por profundas gargantas, cárcavas y cañones,
procedentes de la erosión de ríos nacidos en zonas extracarsicas (fuera de los
límites del carso y dentro del propio carso).
2- Presencia de cumbres y vertientes cubiertas de hendiduras, grietas, etc. en
profundidad muy variable, llamadas lapiaz.
3- Presencia de abundantes formas ciegas: valles ciegos y además dolinas, uvalas
y poljes.
4- Presencia de numerosas simas y cavernas en las vertientes.
5- Cubierta vegetal ausente o escasa representada por una flora característica. Las
rocas carecen generalmente de otra cubierta.
Zona de circulación: Es la zona hidrogeológicamente más importante, ya que por
ella circula el agua en su recorrido desde la zona de absorción (infiltración) hasta la
surgencia. Las formas aquí presentes son estructurales, puesto que están relacionadas
totalmente con la tectónica del territorio y se desarrollan a lo largo de los elementos
tectónicos de las rocas carbonatadas (diaclasas, fallas, pliegues, planos de
estratificación y sistemas de grietas).
La relación entre la estructura y las zonas de circulación es tan estrecha que las zonas
de circulación más desarrolladas, como las grandes cavernas o galerías colectotas de
los denominados ríos subterráneos, están también formadas en estructuras
importantes como ejes de pliegues o fallas.
Los denominados “sistemas circulatorios localizados”, es decir, los conductos con más
de un metro de diámetro (o altura) representan las genuinas formas de conducción
del carso. Los sistemas circulatorios localizados pueden tener dos orígenes distintos:
1- Por hundimiento de dolinas
2- Por ensanchamiento y excavación de conductos embrionarios aislados o de
redes de hendiduras o grietas. Los mismos se subordinan siempre a dos formas
de absorción: las simas y las cavernas.
En perfil, la parte de las rocas donde se desarrollan las formas cársicas, forman las
capas o estratos cársicos, los que almacenan grandes recursos de aguas
subterráneas, con características similares y formando parte de las aguas freáticas.
Los estratos o capas cársicas deben su desarrollo a la evolución de conductos aislados
que en el proceso de sus fases evolutivas forman una red.
En las regiones cársicas donde están desarrollados los estratos o capas cársicas,
existen cuatro zonas hidrodinámicas verticales, que se diferencian entre sí por las
condiciones de movimiento y régimen de las aguas cársticas:
•
Zona de aireación (no saturada), en la que ocurre principalmente un
movimiento descendente de las aguas de infiltración; en muchas regiones en
esta zona se forman aguas colgantes.
107
�•
Zona de oscilación temporal del nivel de las aguas cársicas, ocupa una
posición intermedia entre la zona no saturada y la zona de saturación total.
•
Zona de saturación total, ubicada en la esfera de influencia del drenaje de la
red hidrográfica local que atraviesa el macizo de rocas cársticas.
•
Zona de circulación profunda, se encuentra fuera de la influencia de la red
hidrográfica local; las aguas subterráneas en esta zona se dirigen fuera de los
límites de las mismas en dirección al territorio de drenaje de las aguas
cársticas.
Formas de emisión: Las principales formas de emisión o surgencias de las aguas
cársticas las representan los manantiales. La mayor parte de los manantiales cársicos
se caracterizan por tener grandes caudales y fuertes variaciones estacionales. De tal
forma, existe dentro de las aguas freáticas las bases para diferenciar dentro de las
mismas a las aguas cársicas, por su dinámica y considerando que esta aguas se
desarrollan en zonas locales de mayor o menor dimensión, con características
específicas de la estructura interna de los horizontes o estratos acuíferos muy
heterogénea, tanto en planta como en perfil, la surgencia o drenaje ocurre diferente
a las aguas freáticas, ya que la misma se desarrolla de forma puntual, local y en
excepciones, regional. Otra característica que diferencia a las aguas cársticas de las
tradicionales aguas freáticas es que la roca acuífera en las aguas cársticas no presenta
una estabilidad en su matriz, es decir, generalmente varía en tiempo y espacio,
debido a los procesos de lixiviación y sedimentación que en ellas se desarrollan de
génesis química, por lo que la permeabilidad de estas rocas es muy variable en
tiempo y espacio.
Procesos de disolución de las rocas cársticas (carbonatadas)
En las rocas carbonatadas, la formación del carso no solo se debe a procesos
mecánicos originados por la circulación del agua a través de los primeros conductos,
sino que también se desarrollan procesos químicos motivados por determinados
elementos presentes en las rocas y en las aguas que se infiltran, equilibrio de esos
elementos, propiedades de disociación y asociación de los mismos, temperatura, etc.
Debido a lo antes expuesto, como toda reacción química, en las rocas carbonatadas y
sobre todo en las calizas, las reacciones químicas y demás procesos de disolución,
provocan la formación de nuevos elementos, los procesos que se originan, no solo
provocan las lixiviación de las rocas, dando origen al carso, sino que también se
desarrollan procesos que conllevan al restablecimiento de las rocas lixiviadas.
El carso se forma principalmente por la disolución del carbonato de calcio (CO3Ca)calcita, y el restablecimiento se origina dentro del mismo proceso, al formarse
nuevamente este elemento. Ya en 1932, Marte denominó este fenómeno como
“formas de reconstrucción”.
Analizando el caso de disolución de la calcita, tenemos que este proceso se desarrolla
en cuatro estadíos de la forma siguiente:
1- Disociación de la calcita en la superficie de contacto entre la fase sólida y
líquida:
CaCO3 ↔ Ca2++ CO322- Dilución en el agua del CO2 gaseoso
CO2+ H2O ↔ CO2 (líquido)
3- Formación y disociación del CO2
CO2 (líquido) + H2O ↔ H2CO3
108
�H2CO3 ↔ H+ + HCO3
En acción del H2CO3 con la calcita CaCO3 se obtiene la formación de bicarbonato de
calcio soluble en agua:
H2CO3 + CaCO3 ↔ (HCO3)2Ca
4- Traslado de los iones de la dilución en dirección a la compensación de los
gradientes de concentración.
La reconstrucción o restablecimiento de la roca en las cavidades cársticas se debe a la
deposición o precipitación del CO3Ca desde el agua, este fenómeno se origina cuando
el agua sobresaturada de CO3Ca en su circulación se encuentra con alguna cavidad en
la cual existe en el aire cantidades de CO2 superior a la necesaria para su equilibrio,
por lo que se produce la precipitación del CO3Ca.
Al precipitarse el CO3Ca, lo hace según las leyes de la cristalización. De este modo, se
forman asociaciones macroscópicas de cristales que en su conjunto crean las formas
que corrientemente se encuentran en las cavernas y otras formas de cavidades
cársicas, como las estalactitas (asociaciones colgantes) y las estalagmitas
(formaciones pavimentarias). La deposición del CO3Ca, en muchas ocasiones en forma
de cristales limpios de calcita, como regla tiene lugar en las aguas sobresaturadas de
CO3Ca, con presencia de CO2 y bajo cambios muy pequeños de temperatura.
Paralelo a los procesos analizados, en el desarrollo del carso pueden influir otros
factores como los ácidos húmicos, procedentes de la desintegración bacteriana de la
materia orgánica y otros como ácidos minerales, ejemplo NO3H (ácido nítrico), los
cuales pueden incorporarse fácilmente al agua subterránea aumentando su poder
disolvente sobre el carbonato de calcio de las calizas y otras rocas carbonatadas.
Acción similar producen muchas sustancias provenientes de residuales industriales,
etc.
Como ya se mencionó las propiedades de disolución de las rocas carbonatadas
depende de la composición química del agua, presión, temperatura y sobre todo de la
presencia del bióxido de carbono agresivo (CO2).
La influencia de la temperatura en la solubilidad de la calcita (CaCO3) aumenta con su
ascenso entre 0 a 100 0C, a mayores temperaturas la solubilidad disminuye. La
presión atmosférica influye poco, independientemente de sus variaciones.
La presencia de CO2 agresivo provoca un ascenso progresivo en la solubilidad de la
calcita. La relación de la propiedad de dilución del agua que contienen CO2 agresivo
con la velocidad del proceso de dilución de la calcita se refleja en la fórmula de
Laptiev, donde:
I=
(CO2 agres.) 2
0,36 HCO3 + CO2 agres.
(4.5)
Donde:
I; coeficiente que representa la intensidad o velocidad del proceso de dilución.
Co2agres.; HCO3; Contenidos en el agua, mg/l.
Con: I 〈 1, las aguas no son agresivas
Con: I 〉 1, las aguas son agresivas y mientras mayor sea el valor mayor será la
agresividad de las mismas.
De la expresión 4.5 se desprende que distintos tipos de aguas con el mismo contenido
de CO2 agresivo, pero con distintos contenidos de HCO3, tendrán distintas propiedades
de agresividad.
109
�FIGURA 4.7. Esquema de zonalidad de las aguas cársicas, según Sokolóv.
I- Zona no saturada; II- Zona de oscilación temporal del nivel de las
aguas cársicas; III-Zona de saturación total; IV- Zona de circulación
profunda; 1- Nivel superior de las aguas cársicas; 2- Nivel inferior de las
aguas cársicas (límite superior de la zona de saturación total); 3Dirección del movimiento de las aguas cársicas.
4.7 Manantiales: características principales y su clasificación
Se denomina manantiales a la salida natural de las aguas subterráneas a la superficie
del terreno. La salida de las aguas subterráneas a la superficie del terreno se produce,
principalmente por tres factores, a menudo, relacionados entre sí: 1- Corte de
horizontes acuíferos por formas negativas del relieve actual del terreno (valles de ríos,
barrancos, hondonadas, depresiones, etc.), 2- Existencia de fenómenos tectónicos
(grietas tectónicas, fallas, dislocaciones disyuntivas, etc.), 3- Existencia de intrusiones
y diques en zonas de contactos, las cuales con rocas sedimentarias, pueden formar
grietas cubiertas que alcanzan la superficie de las aguas subterráneas. Además, en las
rocas sedimentarias dentro de las mismas intrusiones y diques, a través de grietas en
estos, pueden salir a la superficie las aguas freáticas y artesianas; los manantiales
pueden ser descendentes y ascendentes.
Por la relación con distintos tipos de aguas subterráneas los manantiales se dividen
en: 1- alimentados por aguas colgantes; 2- de aguas freáticas de poros; 3- de aguas
de fisuras; 4- de aguas cársicas; 5- de aguas artesianas.
•
Manantiales alimentados por aguas colgantes: Se caracterizan por
oscilaciones periódicas y bruscas del caudal, temperatura y composición
química, que dependen principalmente de los cambios en las condiciones
meteorológicas.
•
Manantiales de aguas freáticas de poros: Generalmente son descendentes;
sus gastos, temperatura y composición química están expuestos a las
oscilaciones estacionales sujetas principalmente a cambios de las condiciones
meteorológicas. Este grupo comprende varios tipos de manantiales: de erosión,
de contactos, de acuñamiento, de trasvase (de pantalla).
•
Manantiales de aguas de fisuras (freáticas y artesianas): Pueden ser
descendentes o ascendentes; los descendentes están relacionados con grietas
de la zona no saturada de rocas magmáticas, metamórficas y sedimentarias.
Los ascendentes están relacionados con grietas tectónicas aisladas y zonas de
dislocaciones tectónicas que cortan y drenan los sistemas de grietas de la zona
no saturada, estos manantiales se alimentan con aguas artesianas y la presión
en los mismos depende de la presión hidrostática, presión de gases o del vapor
110
�de agua (géiser). Con este grupo se relacionan la mayoría de los afloramientos
de aguas minerales y termales.
•
Manantiales de aguas cársicas (freáticas y artesianas): Pueden ser tanto
descendentes como ascendentes; se diferencian por su gran variedad de
condiciones de salida a la superficie. Se alimentan de aguas cársicas en
territorios de desarrollo de rocas carbonatadas. En este grupo se pueden
diferenciar dos tipos:
-
Intermitentes: Se caracterizan por bruscas variaciones de sus caudales en
tiempo, funcionamiento por el principio de sifonamiento, con caudales desde
muy pequeños a muy grandes e incluso en ocasiones interrumpiéndose la salida
del agua a la superficie. Estos manantiales se relacionan con la zona que yace
sobre el nivel de las aguas cársicas.
-
Permanentes: Son los manantiales relacionados con grandes grietas, canales
subterráneos y cavernas, desarrollados en zonas de existencia de los
principales horizontes acuíferos cársicos. El caudal de estos manantiales puede
alcanzar grandes magnitudes, presentando bruscas variaciones según la
estación del año.
A su vez, estos dos tipos se dividen en:
-
Submarinos: son los manantiales relacionados principalmente, con canales
cársicos que yacen bajo el nivel del mar u otras fuentes superficiales (lagos,
ríos, etc.).
-
Subaéreos: son los manantiales que emergen en la superficie de la tierra
firme. Estos manantiales se dividen en: a- Surgentes por encima del nivel de
los cauces subterráneos. b- Surgentes al nivel de los cauces subterráneos.
Estos dos casos pueden emerger de forma libre o con presión, por lo que
pueden ser tanto ascendentes como descendentes. c- Surgente bajo los taludes
de los cauces subterráneos. En este caso los manantiales surgentes bajo
taludes fluviales tienen una circulación forzada y emergen con presión, por lo
que son manantiales ascendentes.
Una característica específica de estos manantiales lo representa la periodicidad de la
presión de los canales con la columna de agua superficial sobre el punto de salida.
FIGURA 4.8 Manantiales de aguas cársicas. 1- Canal cársico. 2- Manantial sub-aéreo
intermitente; 3- Nivel de las aguas cársicas; 4- Manantial permanente;
5- Manantial submarino; 6- Nivel de las aguas superficiales.
111
�• Manantiales de aguas artesianas: Son ascendentes relacionados con
embalses o declives artesianos. En territorios de cuencas artesianas estos
manantiales tienen sus salidas en valles de ríos, barrancos, depresiones de
lagos, pliegues, grietas relacionadas con fallas, zonas de contactos entre
intrusitos y diques con rocas sedimentarias que se encuentran en áreas de
presión y descarga. En los declives artesianos, debido a la formación de
presiones hidrostáticas, se forman manantiales ascendentes o descendentes
que pueden tener caudales grandes.
Para algunos grupos de manantiales se han establecido las leyes del régimen de sus
caudales. Por ejemplo, los manantiales relacionados con aguas freáticas, en el período
en que los horizontes acuíferos no recuperan sus reservas por la infiltración de las
precipitaciones atmosféricas o de aguas superficiales, los mismos disminuyen sus
caudales sujetos a leyes determinadas. Con estas características existen dos casos
independientes al régimen de los manantiales: 1- La potencia del horizonte acuífero
que alimenta al manantial es suficientemente grande, y las variaciones de la misma
durante el período de descenso de los niveles son de magnitudes que pueden
despreciarse; se mantiene h ≈ h = Const. 2- Cuando la potencia del horizonte acuífero
no es grande y las variaciones de la misma durante el periodo de los descensos de los
niveles son considerables en relación con su potencia se mantiene la condición h ≈ Const.
Las variaciones de los caudales de los manantiales para los dos casos mencionados se
pueden determinar por las fórmulas siguientes:
1er. Caso: Q = Q0 e- α
2do. Caso: Q =
t
Q0
1 − αt
(4.6)
(4.7)
Donde:
Q; caudal del manantial en cualquier momento de tiempo independiente de su
régimen, m3/s.
Q0; Caudal del manantial en el momento inicial de su disminución, m3/s.
α ; Coeficiente de agotamiento de las reservas de aguas en el horizonte acuífero
que alimenta al manantial.
t; Duración del período de tiempo de disminución del caudal, días.
El coeficiente de agotamiento de las reservas del horizonte acuífero, según Businesko,
se determina por las fórmulas siguientes:
1 er. Caso: α =
π 2 Kh
4µL2
(4.8)
2do. Caso: α =
5,77hLK
4 µL
(4.9)
Donde:
K; coeficiente de filtración, m / s
h; potencia del horizonte acuífero, m
µ ; coeficiente de entrega de agua de las rocas
L; distancia desde el manantial hasta el parteaguas de las aguas subterráneas
m.
112
�Las variaciones de los caudales de manantiales de distintos tipos pueden determinarse
por datos de observaciones sistemáticas, simultaneando las curvas de caudales
obtenidas de varios años de observaciones; se construye el gráfico típico de
oscilaciones del caudal. Por este gráfico se puede realizar el pronóstico de variaciones
de caudales de los manantiales para los períodos de ausencia de alimentación del
horizonte acuífero.
Además de los métodos expuestos, el pronóstico del régimen del caudal de los
manantiales se puede ejecutar estableciendo la correlación existente entre el caudal
de los manantiales y los procesos naturales que influyen en su régimen (lluvias,
evaporación, cambio de niveles de las aguas, etc.).
Conjuntamente con los tipos de manantiales antes analizados, existen otras
clasificaciones por magnitud de los caudales, por la temperatura de las aguas
(Marinóv, Tolstíjin, Zaitsev, Shélkov) y por variación de sus caudales, de Ovchinikov,
las cuales se exponen en las Tablas 4.2, 4.3 y 4.4.
Tabla 4.2. Clasificación de los manantiales por su caudal
Tipo
Clase
I
II
III
Denominación
Caudal, l/s
〈 0,001
1
Menor
2
Muy pequeño
0,001-0,01
3
Pequeño
0,01 – 0,1
4
No significante
5
Significante
6
Muy significante
7
Grandes
8
Muy grandes
9
Sumamente grandes
10
0,1 – 1,0
1,0 – 10,0
10,0 – 100,0
100,0 – 1 000,0
1 000,0 – 10 000,0
10 000,0 – 100
000,0
〉 100 000,0
Mayor
Tabla 4.3 Clasificación de los manantiales por temperatura de sus aguas
Clase
Denominación
Temperatura,
I
Sumamente fríos
II
Muy fríos
III
Fríos
4 – 20
IV
Tibios
20 – 37
V
Calientes
37 – 42
VI
Muy calientes
VII
Sumamente calientes
0
C
0
0–4
42 – 100
〉 100
113
�Tabla 4.4. Clasificación de los manantiales por la variación de sus caudales
Categoría
Denominación
I
Muy Permanente
II
Permanente
III
Variables
IV
Muy variables
V
Sumamente variables
Relación Q min. / Q máx
1
1 – 0,5
0,5 – 0,1
0,1 – 0,033
0,033 – 0,01
4.8 Aguas minero-medicinales
Con las aguas minero-medicinales se relacionan las aguas que pueden tener
utilización en la medicina y en la industria. Las aguas medicinales son las aguas que
contienen materias fisiológicas activas; las mismas pueden ser utilizadas en baños
medicinales o como potables en dosis determinadas por médicos.
Las aguas medicinales se clasifican por varias características que presentan y las
principales son: 1. Mineralización total, 2. Composición iónica. 3. Composición
gaseosa, 4. Contenido de elementos terapéuticos activos, 5. Radioactividad, 6. pH, 7.
Temperatura.
Por su mineralización total: con aguas medicinales se relacionan las aguas con
mineralización mayor de 2 g/l, las que se dividen en los siguientes grupos:
1. Aguas de poca mineralización (2-5 g/l). Estas aguas ofrecen una acción
al organismo que se diferencia poco de la que ejecutan las aguas dulces.
2. Aguas de mineralización media (5-15) g/l. Estas aguas por su
concentración osmótica se aproximan a la concentración osmótica del
plasma en la sangre y se utilizan generalmente en tratamientos potables.
3. Aguas de alta mineralización (15-35) g/l. Estas aguas se utilizan
generalmente en baños medicinales, por su acción balneológica sobre la
piel; solamente se utilizan en tratamientos potables las del tipo clorito
bicarbonatadas sódicas y las bicarbonatadas sódicas.
4. Aguas rasoles (35-150) g/l. El uso balneológico de
baños medicinales, ya que las mismas presentan una
su acción sobre la piel. Cuando la mineralización es
las aguas medicinales se diluyen con aguas dulces
mineralización total no mayor de 150 g/l
estas aguas es en
alta efectividad por
superior a 150 g/l,
hasta obtener una
Por su composición iónica: la clasificación más original es la propuesta por Ivanóv
y Nierzáev, de acuerdo con la cual las aguas minerales se dividen en clases y
subclases (Tabla 4.5). Esta clasificación es muy práctica, tanto para objetivos
balneológicos como hidroquímicos, ya que representa la composición de aniones,
cationes y la mineralización. Por su composición se puede definir el origen de las
aguas (su formación) y por la mineralización la posible utilización con objetivos
balneológicos como aguas potables medicinales o mediante baños medicinales.
114
�Tabla 4.5 Clasificación de las aguas minero-medicinales según Ivanóv y Nierzáev
Clase
HCO3
HCO3-SO4
SO4
Subclase (por
cationes)
Ca
2–5
Ca – Mg
2–5
Ca – Mg – Na
2–5
Mg – Na
2–5
Mg – Na
2 – 5; 5 – 15
Ca
2–5
Ca – Mg
2–5
Ca – Mg – Na
2–5
Ca – Na
2–5
Mg – Na
2–5
Na
2–5
Ca
2–5
Ca – Mg -
2–5
Ca – Mg – Na
2–5
Ca – Na
2–5
Mg – Na
2 – 5; 5 – 15; 15 – 35
Na
2 – 5; 5 – 15; 15 – 35
Fe – Re y otros
SO4 - Cl
HCO3 – SO4 - Cl
Cl
2 – 5; 15 – 100
Na
2 – 5; 5 – 15; 15 – 35
Na – Ca
2 – 5; 5 - 15; 15 – 35
Na – Ca – Mg
2–5
Fe – Al y otros
2 – 15; 15 – 35
Na
2 – 5; 5 - 15
Na – Ca
2 – 5; 5 - 15
Na – Ca – Mg
2 – 5; 5 - 15
Na
2 – 5; 5 – 15; 15 – 35
Na – Ca
2 – 5; 5 – 15; 15 – 35
Na – Ca – Mg
Rasoles (Cl)
Límite de mineralización
g/l
2 -5; 5 - 15
Na
35 – 150; 150 – 300
Na – Ca y Na – Mg
35 – 150; 150 – 400
Na – Ca – Mg
35 – 150; 150 – 500
Ca – Mg
35 – 150; 150 – 550
Ca
35 – 150; 150 - 650
Por el origen de los gases: Esta agua, según Tolstíjin, se clasifica en cuatro grupos
con subgrupos (Tabla 4.6).
115
�Tabla 4.6 Clasificación de las aguas minerales por su composición gaseosa según
Tolstíjin
Grupos
Subgrupos
Gases
volcanogénicos,
incluyendo
los
termometamórficos,
predominantemente
carbonos ácidos, raramente el nitrógeno y el
metano. Aguas que se formaron bajo la
influencia de procesos volcánicos actuales en
distintas estructuras hidrogeológicas de zonas
plegadas.
Aguas ácidas sulfuro hidrogenadas carbono
ácidas de supercuencas volcanogénicas.
Termo
nitrogenado-carbono
ácidos
de
supercuencas
volcacanogénicas.
Aguas
carbonos ácido-nitrogenados fríos y termales
de zonas hidrogeológicas plegadas. Aguas
carbono hidrogenadas de algunos intrusivos
básicos.
Gases predominantes de origen atmosféricos Termo dulces nitrogenados originados por
con mezcla de gases biogénicos y profundos. infiltración superficial con mezcla de aguas
Predomina el nitrógeno, raramente el metano.
profundas (juveniles).
Termo agrietado-filoneanos nitrogenados que Termos salados y salobres nitrogenados
se formaron en zonas de fallas tectónicas metánicos de origen marino y mezclado con
profundas
en
regiones
hidrogeológicas aguas dulces de infiltración.
plegadas.
Gases
predominantes
biogénicos.
Aguas Aguas no sulfurohiorogenadas nitrogenadas
minerales
artesianas,
de
infiltración
de metánicas y mezcladas, frías y termales,
sedimentaciones mezcladas, formadas en salobres, saladas y rasoles.
cuencas artesianas a distintas profundidades.
Gases exclusivamente de origen atmosférico, Aguas
sulfuro
hidrogenadas
con
predomina el nitrógeno. Aguas freáticas características similares a la anterior.
minerales, de infiltración.
Aguas dulces nitrogenadas radónicas. Aguas
nitrogenadas
férricas
y
otras.
Aguas
nitrogenadas
sulfatadas,
cálcicas,
magnésicas y sódicas.
Por contenido de elementos terapéuticos activos y su acción balneológica
En este caso, la clasificación que presentamos es la de Ivanov y la de Nierzáev, que
dividen el agua minero-medicinal en cuatro grupos como a continuación se describe:
1. Elementos con alta acción farmacológica: Fe, Co, As, I, Br y B.
2. Elementos con influencia determinada en los cambios hormonales y
de fermentación por procesos en el organismo: I, Fe, Cu, Mo, Zn, Co,
Mn, Ni, Ba, y Cl.
3. Elementos tóxicos para el ser humano: As, Pb, Se, Hg, V y F.
4. Elementos existentes en los tejidos y líquidos del organismo humano,
para los cuales aún no se ha determinado el papel biológico de los
mismos: Ti, Zs, Lr, C5, Ge.
Las aguas sulfuro-hidrogenadas son unas de las aguas de mayor desarrollo entre las
aguas minero-medicinales; debido a ello las mismas tienen un mayor grado de estudio
y se presentan en clasificaciones prácticas como la de Yarósvski, la cual se expone en
la Tabla 4.7.
116
�Tabla 4.7 Clasificación de las aguas sulfuro-hidrogenadas (sulfhídricas) según
Yaróvski
Tipo
Cloruradas sódicas
Contenido de los componentes principales en
%. eq
Cl
50
Na
50
SO4
25
Ca
25
HCO3
25
Mg
25
Cl
25
Na
50
HCO3
25
Ca
25
SO4
25
Mg
25
Sulfatadas
y
bicarbonatado
sulfatadas cálcicas
SO4
25
Ca
50
HCO3
25
Mg
25
Cl
25
Na
25
Clorurado-sulfatadas con varios
contenidos de cationes
SO4
25
Cl
25
HCO3
25
Clorurado-bicarbonatadas
sódicas
Las aguas subterráneas, en dependencia de las características hidrogeológicas,
tectónicas, climáticas y profundidades de yacencia, pueden contener distintos
elementos radioactivos. Una alta significación práctica presentan las aguas con altas
concentraciones de elementos de la clase del urano, es decir, urano, radio, radón y
productos de su desintegración. Las aguas radioactivas tienen una amplia aplicación
en la balneología y como materia prima para obtener elementos radioactivos. En los
últimos años se ha demostrado que el aumento de concentraciones de radón y helio
en las aguas subterráneas representa síntomas anticipados de temblores de tierra o
terremotos, por lo que se utilizan en la sismología para pronóstico de los mismos.
Las aguas radioactivas se relacionan en la balneología con las aguas que poseen
concentraciones de radón superior a 14 mage (50 emanaciones). Tokarióv y Kutsel
relacionan las aguas subterráneas con las radioactivas cuando las mismas presentan
las siguientes concentraciones de elementos radioactivos: Rn 36 eman; Ra 5,10 g/l; U
3,10 g/l.
El contenido de urano en las aguas se mide en gramos por litro (g/l), el radón en
Curie. La unidad de Curie representa la cantidad de radón que se encuentra en
equilibrio radioactivo con un gramo de radio. Las unidades de medidas más utilizadas
en la radiohidrología para la concentración del radón es la “emanación”, y en la
balneología el “mage”, donde una emanación es igual a 1,10 Curie en un litro de
líquido o de gas. La unidad del mage es igual a 3,64 emanaciones o, 3,64*10 Curie /l.
Por su pH: El pH de las aguas subterráneas minerales es uno de los factores
principales que determina la acción fisiológica de las mismas en el organismo humano.
Es conocido que las aguas ácidas propician la coagulación de la materia albuminosa, y
proporcionan una acción curtidora sobre la piel. Por el contrario, las aguas básicas
facilitan la inflamación de los coloides de la piel y también provocan la saponificación
de las sales de la piel, lo que provoca un mejor contacto del agua con la piel y
aumento de su elasticidad. Por su pH las aguas minerales se dividen en:
-
Fuertemente ácidas pH 〈 3,5
-
Ácidas pH de 3,5 a 5,5
-
Débilmente ácidas pH de 5,5 a 6,8
-
Neutras pH de 6,8 a 7,2
-
Débilmente básicas pH de 7,2 a 8,5
117
�-
Básicas con pH 〉 8,5
Por su temperatura: Las aguas subterráneas minerales yacen y circulan a distintas
profundidades en la corteza terrestre, y por eso su temperatura varía en muy amplios
límites desde 0 0C y menos, hasta 300 0C y más. Por los conocimientos actuales de las
propiedades fisiológicas de las aguas minerales sobre el organismo humano, la
temperatura no representa un factor que las diferencien de las aguas dulces
normales. Por eso, la temperatura del agua, sin la existencia de otras propiedades
específicas de las anteriormente relacionadas, no puede servir como indicador para
aguas minero-medicinales. En la balneología la clasificación más utilizada de las aguas
minerales por su temperatura es la de Alexandróv, de acuerdo con la cual las aguas
se dividen en:
-
Frías hasta 20 0 C
-
Tibias de 20 a 37 0 C
-
Calientes o termales de 37 a 42
-
Muy calientes 〉 42
0
0
C
C
Desde el punto de vista industrial (y energético), por su temperatura, las aguas de
mayor utilización son las termales y las muy calientes. Estas aguas se encuentran más
desarrolladas en la hidrosfera subterránea, en regiones de vulcanismo actual o en
territorios que presentaron acción volcánica en tiempos geológicos recientes, en
territorios de tectónica actual y en zonas montañosas de plegamiento, conectadas con
estructuras geológicas en movimiento.
118
�Capítulo 5 INTRODUCCIÓN A LA DINÁMICA DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS
5.1 Leyes de filtración
Las leyes de filtración se estudian mediante la dinámica de las aguas subterráneas,
ciencia que se ocupa del estudio del movimiento de las aguas a través de las rocas
porosas, agrietadas y carsificadas, las cuales forman los horizontes acuíferos,
complejos de estructuras hidrogeológicas (cuencas, macizos, etc.).
La filtración en rocas porosas, agrietadas y carsificadas representa un proceso muy
complejo, ya que el flujo subterráneo es muy heterogéneo, presentando un carácter
muy discreto. Con el objetivo de simplificar su estudio, el flujo subterráneo se supone
compacto; en relación con este cambio, la velocidad de filtración en un punto dado se
considera como la velocidad media de un campo de velocidades correspondientes a un
volumen elemental determinado, y la presión en este punto se considera como
promedio para parte de este volumen ocupado por el agua. La relación entre la
velocidad de filtración y la velocidad real del flujo subterráneo se determina por la
fórmula:
V0 =
V
na
(5.1)
Donde:
V0; velocidad real del flujo, m/s, m/día;
V; velocidad aparente del flujo, m/s, m/día;
na; porosidad activa de las rocas.
La porosidad activa representa la relación existente entre la sección neta del flujo y el
área de infiltración. Un proceso de filtración sumamente complejo se presenta en las
rocas arcillosas debido a la alta dispersión de los minerales que forman las arcillas, a
los procesos físico-químicos que se desarrollan en las arcillas y a la existencia de
aguas peliculares en la frontera entre el líquido (agua) y la fase sólida (roca).
La carga hidrodinámica en un punto dado fue establecida por D. Bernulli y se
determina por la fórmula:
V2
+
Hd = Z +
2g
γ
p
(5.2)
Donde:
Hd; carga hidrodinámica; m;
Z; ordenada del punto en el que se calcula la carga, m;
p; presión, t / m2;
γ ; densidad del líquido, kg/m3, t/m3;
V; velocidad de filtración, m/s;
g; aceleración de la gravedad, m/s2.
Considerando que la velocidad del flujo en condiciones de filtración es relativamente
pequeña (en relación con la magnitud
V2
que caracteriza el nivel de energía en un
2g
119
�punto dado), la misma a menudo puede despreciarse, aunque en algunos casos las
fuerzas de inercia se presentan de forma notable. Estas fuerzas comienzan a aparecer
al aumentar la velocidad del flujo en rocas en las que la heterogeneidad de las
dimensiones de los poros es relativamente grande. Si se desprecia la fuerza de
inercia, entonces la carga hidrodinámica es sustituida por la carga hidrostática (H),
que caracteriza el nivel de energía potencial en el punto dado:
H=Z+
p
(5.3)
γ
Ley de filtración lineal: la fuerza de gravedad es la principal fuerza del movimiento
de filtración de los flujos naturales. El trabajo de estas fuerzas está dado por la
pérdida de energía dirigida a la superación de las fuerzas de resistencia que dependen
de las propiedades de las rocas y el agua.
En condiciones de flujo laminar (lineal) el proceso de filtración está determinado por la
Ley de Darcy, que caracteriza la dependencia lineal de la velocidad de filtración de la
pérdida de carga a lo largo del flujo, representada por la expresión:
V= K grad. H = - K
dH
dL
O sea:
V=-KI
(5.4)
Donde:
V; velocidad de filtración, cm/s; m/d 161ª;
K; coeficiente de proporcionalidad, que representa al coeficiente de filtración,
también llamado por algunos autores coeficiente de conductividad hidráulica,
m/s; m/día
L; longitud de la vía de filtración, m.
El signo menos (-) señala que la carga en dirección al movimiento disminuye.
Multiplicando la expresión K I por el área de filtración (F), obtenemos la ecuación de
Darcy para el caudal del flujo de filtración:
Q=KFI
(5.5)
De esta expresión Dupuit obtuvo la característica cinemática del flujo de filtración,
representando a la velocidad de filtración por la relación del caudal del flujo (Q) con el
área de la sección transversal (F), de donde:
V=
Q
F
(5.6)
De la fórmula 5.4 tenemos que el coeficiente de filtración caracteriza las propiedades
de las rocas y del líquido, y además coincide con la velocidad de filtración con
gradientes de carga igual a la unidad. Conociendo el coeficiente de filtración es fácil
determinar el coeficiente de permeabilidad, que caracteriza solamente a las
propiedades de las rocas en la zona de filtración, de la siguiente forma, según Kerkis:
Kp = 1,1574
Kν
γg
(5.7)
Donde:
Kp; coeficiente de permeabilidad, m2 (Darcy)
(1 Darcy = 1,02* 10-12 m2);
120
�K; coeficiente de filtración, m/día;
ν ; viscosidad del agua, centipuaz;
γ ; densidad del agua, kg/m3;
g; aceleración de la gravedad; 980 cm/s.
Para aguas dulces Kp = 1,515 K
(E. E. Kerkis).
De tal forma, la permeabilidad de las rocas se mide en metros cuadrados, y el
coeficiente de permeabilidad depende no solo de las dimensiones de los poros, sino
también de la estructura del espacio poroso.
Desviación de la ley de filtración lineal:
Experimentalmente se ha demostrado que con grandes velocidades de las aguas
subterráneas en su filtración a través de las rocas se produce desviación del régimen
lineal de filtración, bajo la influencia de resistencias adicionales en el flujo. En arenas
gruesas, rocas agrietadas y carsificadas, sin relleno arcilloso o material arenoso de
fracciones más pequeñas, la desviación del régimen laminar puede observarse con
velocidades relativamente más pequeñas. La naturaleza de este fenómeno hasta la
actualidad no está plenamente esclarecida.
Las investigaciones efectuadas por toda una serie de científicos han demostrado que
en la zona de desarrollo de los valores de velocidades críticas (velocidad de filtración
por encima de la cual se rompe la ley lineal actualidad para determinar la velocidad
crítica), el número de Reynolds (coeficiente que define el tipo de régimen de flujo
presente durante la filtración de las aguas en las rocas) es demasiado grande, y con la
comparación de los datos experimentales obtenidos en distintos medios porosos y
agrietados, no se obtuvieron los valores del número de Reynolds correspondiente para
los mismos. Esta diferencia está dada por la naturaleza de los experimentos
ejecutados y la del experimento de Reynolds. Debido a esto la dependencia existente
en la de filtración tiene un carácter condicional y puede servir solamente para
evaluaciones aproximadas del régimen del flujo.
Varios investigadores han establecido diferentes fórmulas para determinar la
velocidad crítica y algunas de ellas se presentan a continuación:
Vc =
Vc =
Vc =
δn1,5
(5.8)
Miliónshikov
. Rec
(5.9)
Shelkashóv
. Rec
(5.10)
Kotijov
5,65 Kp
δn 2,3
10 Kp
δn1,5
Kp
. Rec
Donde:
Vc; velocidad crítica de filtración, cm/s; m/d 161ª;
δ ; viscosidad cinemática del agua, m2/s;
n; porosidad activa de las rocas;
Kp; coeficiente de permeabilidad, cm2, m2;
Rec; número crítico de Reynolds.
Basándose en situaciones empíricas, Forchgeimer, Masket, Trebin y otros proponen
una dependencia bidimensional para el gradiente hidráulico (I), es decir:
121
�I=Av+Bv
(5.11)
Donde:
A y B; son coeficientes de medidas, determinadas de forma experimental.
V; velocidad de filtración, cm/s, m/día.
Minsky fundamentó teóricamente la dependencia bidimensional por la expresión:
-
µ
∂H
∂V
V δV 2
=µ
+
+ δ
∂x
Kp
l
∂t
(5.12)
V
; caracteriza la pérdida de carga por la ley lineal de la filtración;
Kp
δV 2
l
; representa las pérdidas del carácter de inercia, provocadas por los
cambios de secciones de los poros, en una longitud determinada, l.
Con otros trabajos de Minsky se ha demostrado que la ley bidimensional de
resistencia es la más fundamentada y se cumple para todos los números de Reynolds.
En condiciones de un movimiento estacionario la ecuación universal de resistencia de
acuerdo con la ecuación 5.12 se representa de la siguiente forma:
-
∂H l
1
+1
. 2 =
∂x δV
Re c
(5.13)
Donde:
Rec = δ
VKp
número universal de Reynolds
νl
1
+ 1 = ξ ; coeficiente universal de resistencia
Rec
Según Minsky, la ley de resistencia se puede considerar lineal cuando: Rec 〈〈 1 y
cuadrática cuando: Rec 〉〉 1.
Basado en lo antes expuesto Pérez Franco y Kovacs, analizando la ley de Darcy y
transformando la ecuación 5.4, proponen para la definición del tipo de flujo, la
siguiente expresión:
V = K In
(5.14)
Donde:
V; velocidad aparente de circulación, m/día;
K; conductividad hidráulica (representa el coeficiente de filtración darciano),
m/día;
I; gradiente hidráulico;
n; coeficiente del flujo que determina el régimen del flujo subterráneo
turbulento (1 〈 n ≥ 0,5).
Para n mayor que 0,5 el régimen de flujo será turbulento.
122
�Analizando el régimen del flujo subterráneo a través del gradiente hidráulico, Pérez
Franco propone la ecuación siguiente:
Ic =
0,04δ 2
gK 2 / 3
(5.15)
Donde:
Ic; es el gradiente crítico en el límite del rango del flujo lineal;
δ ; viscosidad cinemática del agua;
g; aceleración de la gravedad;
K; conductividad hidráulica.
Analizando los resultados de los distintos investigadores y por experimentos propios,
el investigador Kovacs fija los límites entre los rangos del flujo, asignando a cada uno
un valor del número de Reynolds de tubos equivalentes (Re) expuestos en la Tabla
5.1.
Tabla 5.1. Clasificación del régimen de filtración según Kovacs
No. de zona
Valores de Re
Denominación de zona
I
No definido
Zona de microflujo
II
Re
〈 10
Zona de flujo lineal
(laminar)
III
10 〈 Re 〈 100
1ra. Zona de transición
IV
100 〈 Re 〈 1 000
2da. Zona de transición
V
Re 〉 1 000
Zona de turbulencia
La experiencia obtenida en el estudio de la filtración en distintas condiciones
litológicas (rocas arenosas, agrietadas y carsificadas) demuestra que la desviación de
la ley lineal de la filtración, generalmente presenta carácter local, es decir, aparece
fundamentalmente en territorios circundantes a las tomas de aguas subterráneas;
específicamente es característico para flujos radiales, en los cuales la velocidad de
filtración rápidamente disminuye a medida que aumenta la distancia del centro de la
toma de agua. Esta distancia será mayor, mientras menor sea el espesor del acuífero
y mayor sea la magnitud de activación del acuífero en profundidad durante el
bombeo. Tales características las podemos tener también en zonas de cavidades
cársicas subterráneas, donde el agua circula libremente por las mismas con grandes
velocidades.
Para las rocas de altas permeabilidades donde funcionan obras de toma, Pérez Franco
propone la expresión 5.16 para determinar el régimen de flujo existente en zonas
próximas a la toma:
n=
log.Q2 − log.Q1
log.S 2 − log.S1
(5.16)
Donde: coeficiente que determina el régimen del flujo (laminar y transicional n 〈 0,5;
turbulento n ≥ 0,5);
123
�Q2 y Q1; caudales estabilizados de la toma de agua con abatimientos
estabilizados S2 y S1 respectivamente.
En la Tabla 5.2 se exponen valores obtenidos por experimentos de campo y
laboratorio de las velocidades críticas (Vcr), gradientes críticos (Icr) de distintos
sedimentos, así como valores para inicio de condiciones de turbulencia de velocidad y
gradiente en esos mismos sedimentos para permeabilidades típicas de las rocas con
porosidad activa de n = 0,35 y con error de cálculos ≤ 0,1, considerando que los
sedimentos o rocas de grandes permeabilidades son los más factibles de desviación
del régimen lineal de filtración.
Tabla 5.2. Valores medios y críticos de permeabilidad, velocidad y gradientes en
algunos sedimentos
Parámetros
Arena de grano
medio
Arena de grano
grueso
Gravas
km/día
26 - 35
86
173 – 432
Vm/día
130 - 173
259
432 – 605
Vcr. m/día
51 800
26 900
15 120
I
0,015
0,03
0,017
Icr
0,75
0,3
0,065
Estos datos evidencian que las desviaciones de la ley lineal de filtración pueden tener
lugar solamente en rocas de muy altas permeabilidades, en zonas de cambios bruscos
del gradiente del flujo de filtración, es decir, en condiciones hidrogeológicas que muy
raramente se encuentran en extensas áreas de los acuíferos, por lo que la aplicación
de las leyes de régimen lineal alterado o de turbulencia, en la práctica surgen en muy
raras ocasiones, y en cada caso se que presente será bajo condiciones muy
específicas y con extensión limitada y exigen de una fundamentación especial.
Por trabajos de los investigadores Troyanski, Guirínski, Shelkashóv, Lomidze y otros,
ha sido demostrado que el paso de régimen laminar a turbulento en condiciones de
rocas fuertemente agrietadas y carsificadas puede ocurrir en áreas próximas a la
superficie periférica de las tomas de captación de las aguas subterráneas, en
distancias que oscilan entre 1 y 5 m, lo que representa una distancia insignificante en
relación con las dimensiones del radio de influencia del bombeo y más, aún en
relación con la extensión de los acuíferos. Según investigaciones de Guirínski, en
rocas con coeficientes de filtración de unos 50 m/día, durante el bombeo no aparece
desviación alguna de la ley de filtración lineal.
En rocas con coeficientes de filtración hasta 125 m/día, la desviación del régimen
lineal de filtración es tan pequeña que puede despreciarse. En rocas con coeficiente de
filtración de 1 000 o más m/día y espesores acuíferas relativamente pequeñas, la
zona de desviación del régimen lineal de filtración durante el bombeo de las aguas
subterráneas puede alcanzar magnitudes considerables, no obstante, sus dimensiones
serán pequeñas en relación con las dimensiones de toda la zona de filtración.
Todo lo expuesto anteriormente en este capítulo nos da las bases para considerar que
prácticamente en la totalidad de los casos pueden considerarse las siguientes
condiciones:
a)
el agua es incompresible
b)
las fuerzas de inercia en los acuíferos son sumamente pequeñas
124
�c)
el movimiento de las aguas subterráneas es permanente
d)
el régimen del flujo predominante en los acuíferos es el lineal o laminar
e)
el régimen de flujo subterráneo turbulento puede existir en zonas locales
en los acuíferos, bajo condiciones muy específicas
Teniendo en cuenta todo lo anteriormente expresado podemos considerar que el
régimen del flujo subterráneo natural predominante en los horizontes acuíferos y en
cuencas subterráneas en general, es el régimen lineal (laminar), el cual sólo presenta
desviaciones de carácter local al romperse el régimen natural de filtración mediante la
construcción y puesta en funcionamiento de obras de tomas de aguas subterráneas en
rocas de altas permeabilidades con caudales de bombeo grandes, los cuales no
pueden ser mantenidos con el régimen del flujo natural motivado por pequeños
espesores en los acuíferos.
En la Figura 5.1 se presenta un esquema de las distintas zonas con distintos
regímenes de filtración en zonas aledañas a las obras de tomas en aguas
subterráneas (pozos).
FIGURA 5.1. Zonas con distintos regímenes de filtración en territorios aledaños a
obras de tomas en aguas subterráneas, en acuíferos de alta
permeabilidad.
1 Planta: Límites en planta de las zonas con distinto régimen de filtración. Q; caudal
de la obra de toma; R-Radio de influencia del bombeo; I- Zona de régimen
turbulento; II y III-Zonas de régimen transicional; IV- Zonas de régimen lineal (
laminar), dentro del área influenciada por el bombeo; V- Límite del radio de
influencia del bombeo ( del cono depresivo); → - Dirección del flujo subterráneo en
el acuífero;
2- Perfil: 1- Calizas agrietado cársticas de alta permeabilidad; 2- Nivel de las aguas
subterráneas en el proceso de bombeo.
125
�Como puede verse en la Figura 5.1, por leyes hidrodinámicas confirmadas, el radio de
influencia (R) de una toma de agua en cualquier tipo de roca acuífera presenta su
mayor desarrollo en dirección coincidente con el movimiento del flujo subterráneo,
presentándose en esa dirección los menores gradientes del nivel del agua, por lo
tanto, el desarrollo de las zonas de filtración no lineal (transicional y turbulento) se
presentan en mayores dimensiones en dirección contraria a la dirección del flujo
subterráneo.
5.2 Tipificación hidrogeológica de los flujos de las aguas subterráneas y
condiciones de límites
Esquematización de las condiciones hidrogeológicas
Los flujos de las aguas subterráneas naturales y alterados se caracterizan por una
gran variedad y complejidad. El estudio de los mismos solo se puede ejecutar
mediante la esquematización de las condiciones hidrogeológicas, la cual representa la
simplificación de los procesos reales. Con ello se considera la heterogeneidad de las
propiedades de filtración de las rocas en planta y perfil, las condiciones de límites,
sobre las condiciones de alimentación del acuífero.
El principio fundamental de esquematización de las aguas subterráneas se resume en
la depreciación de los factores de poca influencia en el caudal del flujo y en los
cambios de cargas en condiciones naturales existentes. Por su carácter y complejidad
los flujos se dividen en lineal (unidimensional), planos (bidimensional) en planta o
perfil y espaciales (tridimensionales).
Lineales: Son los flujos que cambian en una sola dirección. Con ellos se pueden
relacionar los flujos con presión en un estrato homogéneo, limitado por contornos de
alimentación y descarga paralelos. Con este tipo de flujo puede relacionarse también
un fragmento homogéneo de flujo con presión, limitado por rocas de distinta
permeabilidad.
Planos: Son los flujos que cambian en un área plana. En todas las secciones paralelas
en esta área el flujo mantiene sus parámetros. En los cálculos hidrogeológicos
relacionados con los flujos planos, las condiciones hidrogeológicas reales se resumen
en esquemas para los cuales existen soluciones teóricas. Los principales esquemas
son:
1. Estrato limitado en planta, que representa un área considerable y no recibe
alimentación ni desde arriba, ni desde abajo.
2. Estrato semilimitado en planta, es el que de una parte limita con zonas de
descarga y de otra con zona de alimentación.
3. Estrato en banda, desarrollado entre la zona de alimentación y descarga, con
cargas constantes en las mismas.
4. Estrato semilimitado relacionado con ríos, limita y se encuentra hidráulicamente
relacionado con un río, en el cual durante la explotación o drenaje de las aguas
subterráneas no varía su presión en tiempo.
5. Estrato en banda desarrollado entre las zonas de alimentación y descarga, en el
que durante la alimentación o drenaje de las aguas subterráneas, disminuyen
las cargas paralelo al desarrollo de la influencia de la explotación de las aguas
subterráneas.
126
�6. Estrato en banda desarrollado entre una zona de alimentación con carga
constante y un contorno de rocas impermeables, en el cual las cargas
disminuyen durante la explotación o drenaje de las aguas subterráneas.
7. Estrato en banda desarrollado entre dos contornos impermeables y no presenta
alimentación desde arriba, ni desde abajo.
8. Estrato circular, que presenta un área limitada de desarrollo rodeado por
contornos de alimentación (aguas superficiales o zonas acuíferas muy
permeables en relación con la permeabilidad del estrato circular).
9. Estrato circular, que representa un área limitada y no recibe alimentación ni
desde arriba, ni desde abajo, rodeado por contornos de rocas impermeables.
Relacionándolos con una terminología radical, como planos se pueden denominar
solamente los flujos planos con presión, pero a menudo con estos se relacionan
también los flujos freáticos, cuando la desviación de la línea de flujo en perfil es
pequeña o la misma se desarrolla en áreas pequeñas, de tal forma la mayoría de los
flujos freáticos son espaciales (tridimensionales).
Con los flujos espaciales se relacionan la mayoría de los flujos de aguas subterráneas
(tanto naturales como artificiales) que cambian en todas las direcciones.
Generalmente los flujos espaciales se esquematizan y se reducen a planos o a lineales
o a la combinación de estos.
Condiciones iniciales o de límites
La tarea de definir las condiciones de inicio o de límites se ejecuta mediante la
idealización y esquematización de las condiciones hidrogeológicas, debido a que en la
naturaleza las condiciones de los estratos acuíferos son muy complejas. El análisis de
la simplificación depende no solo de las condiciones naturales, sino también del
carácter de la tarea a resolver.
La mayor importancia la presenta la esquematización de las condiciones de límites en
los contornos de alimentación, ya que el aumento o disminución de la alimentación del
flujo subterráneo se refleja directamente en el esquema de distribución de las cargas
(presiones), y relacionado con esto, en el abatimiento del nivel del agua en las tomas
de agua. Por ello, la esquematización de las condiciones hidrogeológicas en los límites
de alimentación de los horizontes o estratos acuíferos deberá ser ejecutada lo más
aproximadamente posible a las condiciones reales. De tal forma, las condiciones
hidrogeológicas naturales las podemos diferenciar por esquemas que correspondan a
la siguiente clasificación:
1. Condiciones límites de primer grado: Responden a las leyes de cambio de
cargas en función del tiempo:
= f (t) = f (t)
h
oS
y = y0
y =y0
(5.17)
A menudo estas condiciones se relacionan con límites con cargas constantes
h
= const.
y= y0
(5.18)
127
�Las condiciones de la expresión 5.18 se mantienen en los límites de la alimentación
del flujo. Las cargas pueden ser características para límites de flujos donde existen
altas permeabilidades.
2. Condiciones de límites de segundo grado: Responden a las leyes de cambio
del caudal del flujo en función del tiempo:
Q
= f (t)
y = y0
(5.19)
Donde:
Q; caudal del flujo subterráneo, m3/día.
Como ejemplo de estas condiciones puede citarse además la superficie de las aguas
freáticas con una infiltración homogénea y constante de las precipitaciones
atmosféricas. En este caso, en el límite del flujo con el lecho del acuífero impermeable
el gradiente de carga es igual a cero.
∂h
=0
∂y
(5.20)
y = y0
3. Condiciones límites de tercer grado: Representa una dependencia lineal la
carga y la derivada de la misma en dirección normal al límite.
Como ilustración del caso más simple, esta condición puede ser representada de la
siguiente forma:
∂h
∂y
= h0
Z = m0
h
(5.21)
m0
Donde:
mo; potencia de un estrato relativamente poco permeable, que separa al estrato
más permeable del lecho de un río, m
h y h0; cargas en el techo y lecho del estrato aislante
Z; ordenada del lecho del estrato aislante, m.
4. Condiciones límites de cuarto grado: Son características para los flujos en
límites de estratos de diferente permeabilidad. En dichos límites se conserva la
igualdad de cargas en cualquiera de ellos, para ambos estratos y la igualdad de
las velocidades normales de filtración en este límite para los dos estratos. Estas
condiciones se representan por la expresión siguiente:
128
�h1
=h2
(5.22)
y = y0
K1 ∂h1
K2 ∂h2
(5.23)
∂y
∂y
y= y0
y = y0
Donde:
K1 y K2; coeficiente de filtración de ambos estratos respectivamente, m/día;
h1 y h2; cargas en los estratos respectivamente, m.
Las líneas del flujo que pasan formando un ángulo, por los límites entre ambos
estratos presentan refracción, a la vez que la tangente del ángulo formado por las
líneas de flujo en el punto de intersección de estas, con el límite entre ambos
estratos, será inversamente proporcional al coeficiente de filtración de los estratos.
Las condiciones de límites en la superficie libre del flujo, en movimientos
estacionarios, cuando no existe infiltración y la influencia de la zona capilar se puede
despreciar, se puede considerar que la trayectoria de las partículas del agua en la
superficie libre del flujo son líneas del flujo, y que la presión en esta superficie es igual
a la atmosférica, es decir, constante. Si se considera el principio de las coordenadas
en el nivel estático, tendremos en la superficie libre del mismo, que:
S=Z
(5.24)
Donde:
S; descenso del nivel en un punto dado; m
Z; ordenada de cualquier punto en la superficie libre del agua; m.
Las condiciones límites entre líquidos de distintas densidades lo representa, por
ejemplo, el límite entre las aguas dulces y saladas. En tales límites se crea una
variación de cargas que se pueden representar de la siguiente forma:
Hs – Hd =
γ s − γ d
Z
γ d
(5.25)
Donde:
Hs y Hd; cargas en el límite de aguas saladas y dulces, m
γ s ;γ d ; densidad de las aguas saladas y dulces, respectivamente, kg/m3,
gr/cm3
Z; coordenada del punto en el límite entre las aguas dulces y saladas, m.
Las condiciones de inicio caracterizan la distribución de las cargas o de las velocidades
de filtración en un flujo estacionario en un momento dado antes del inicio de su
perturbación. Por ejemplo, para un flujo plano la condición de inicio puede
representarse como:
H (x, y)
= H0 ( x, y )
(5.26)
129
�t =0
Donde:
H0; es la función de las cargas en un flujo estacionario en un momento antes
del inicio de su perturbación (t = 0).
Si se considera la función del descenso de la carga relacionado con su situación en
tiempo t = 0, entonces las condiciones de inicio estarán dadas por la expresión:
=0
S (x, y)
(5.27)
t=0
Principales ecuaciones diferenciales de filtración
Las ecuaciones diferenciales de filtración están fundamentadas en la consideración del
balance del agua (líquido) de masa o contenido de sales en un volumen elemental. En
los flujos no estacionarios con cargas, en condiciones de explotación de las aguas, la
disminución de las cargas en los espacios ocupados por el agua (poros, grietas, etc.),
conlleva a la dilatación del agua y a la vez a la consolidación de las rocas. Como el
esqueleto de las rocas se considera incompresible, su consolidación se ejecuta
principalmente, por la disminución de la porosidad, agrietamiento, etc. El efecto
resumen de la dilatación del agua y disminución de las cavidades de las rocas fue
definido por primera vez por Sheskashóv, como fuente de alimentación de las aguas
subterráneas en condiciones dadas. Esta alimentación presenta un carácter
volumétrico y es proporcional al cambio de carga en un punto dado. El movimiento del
agua está subordinado a la ley de filtración lineal.
Caracterizando las condiciones señaladas, la ecuación diferencial de la filtración
espacial (tridimensional) en un estrato homogéneo se representa por la fórmula
siguiente:
∂ 2 H ∂ 2 H ∂ 2 H 1 ∂H
+ 2 + 2 = .
∂x 2
∂y
∂z
a ∂t
(5.28)
Donde:
H = H (x, y, z); función de la carga para el flujo analizado, m
t; tiempo, días
a; coeficiente de piezoconductividad de nivel, m2/día.
El coeficiente de piezoconductividad representa la velocidad característica de las
variaciones de carga en el estrato, y es proporcional al coeficiente de filtración e
inversamente proporcional al coeficiente de capacidad elástica de las rocas acuíferas.
Por eso, mientras mayor sea el coeficiente de filtración, es decir, mientras menor sea
la resistencia interna de las rocas, más rápido ocurren los cambios de carga; y al
contrario, mientras mayor sea la capacidad elástica de las rocas menor será la
disminución de las variaciones de carga, según Shelkashóv:
a=
K
β
(5.29)
Donde:
a; coeficiente de piezoconductividad, m2/día
130
�β ; coeficiente de capacidad elástica de las rocas, m/m.
Para las aguas freáticas se puede utilizar la ecuación 5.28, considerando las
condiciones límites en la superficie libre del agua en traslado en función del tiempo,
para la cual no existe resolución.
Para una infiltración elástica plana (bidimensional) en un estrato homogéneo
comprendido en la ecuación 5.28 la relación
condiciones la ecuación diferencial será:
∂2H
es igual a cero, y para estas
∂z 2
∂ 2 H ∂ 2 H 1 ∂H
+ 2 = .
∂x 2
∂y
a ∂t
(5.30)
Para estas condiciones, Bochevier, por analogía con las aguas freáticas, introdujo el
término de entrega de aguas elástica del estrato acuífero µ * , siendo la misma una
magnitud adimensional. De tal forma el coeficiente de conductividad elástica se
expresa en la siguiente forma:
a=
KM
(5.31)
µ *
Donde:
M; espesor del estrato acuífero, m.
Para los flujos de ejes simétricos tendremos:
∂ 2 H 1 ∂H 1 ∂H
+ +
= .
∂r 2 r ∂r
a ∂t
(5.32)
En las condiciones sin presión (aguas freáticas), la ecuación se transforma en no
lineal, ya que en lugar de la carga (H) en ella se incluye h2, es decir, el cuadrado del
espesor variable del estrato acuífero, en condiciones de que su lecho sea horizontal.
La resolución de esta ecuación para las condiciones de aguas freáticas se ejecuta por
la linealización que puede ejecutarse por dos vías:
a) Introduciendo la función
h2
(método de Veríguin-Bagróv)
2
b) Introduciendo en los cálculos el espesor medio del estrato acuífero hm para el
período de tiempo analizado:
hm = h -
S
(método de Bíndeman)
2
Considerando que la entrega de agua elástica es algunas veces menor que la entrega
de agua natural de las rocas, incluyendo las rocas agrietadas, en condiciones sin
presión puede despreciarse la entrega de agua elástica.
El cálculo del coeficiente de conductividad de nivel se ejecuta por la fórmula 5.31 en la
cual la magnitud (M) se cambia por hm y µ * por µ que es el coeficiente de entrega de
agua gravitacional de las rocas de acuíferos freáticos. Para los flujos lineales, la
ecuación 5.28 se transforma en una forma más simple:
∂ 2 H 1 ∂H
= .
∂x 2
a ∂t
(5.33)
131
�En condiciones de movimiento estacionario
∂H
= 0, es decir, en las ecuaciones antes
∂t
relacionadas, la parte derecha se iguala a cero y su resolución se simplifica.
En espesores de rocas estratificadas el análisis hidromecánico de los procesos de
filtración puede ser ejecutado mediante la resolución de sistemas de ecuaciones. Con
ellas se relacionan:
a) Ecuaciones diferenciales confeccionadas para cada estrato independientemente.
b) Ecuaciones que respondan a ecuaciones límites de cuarto grado para los
contactos entre los estratos de distinta permeabilidad.
c) Ecuaciones que respondan a otras condiciones límites del espesor acuífero.
d) Ecuaciones para las condiciones de inicio.
De tal forma, el número de ecuaciones será igual al número de incógnitas, y la
resolución de las mismas es posible. En la actualidad las ecuaciones diferenciales de la
filtración para sistemas estratificados notablemente se simplifican gracias a las
proposiciones de Guirínski y Matiév, las cuales consideran que en un espesor
estratificado horizontalmente en los estratos relativamente permeables, el flujo es
horizontal y en los estratos poco permeables es vertical.
Para estas ecuaciones, Bochevier, considerando la depreciación de la entrega de agua
elástica del estrato delimitante, presenta las siguientes expresiones:
⎛ ∂ S
∂ S ⎞
∂S
a1 ⎜⎜ 21 + 21 ⎟⎟ − b1 (S1 − S 2 ) = 1
∂y ⎠
∂ t
⎝ ∂x
(5.34)
⎛ ∂S
∂S ⎞
∂S
a2 ⎜⎜ 22 + 22 ⎟⎟ − b2 (S 2 − S1 ) = 2
∂ y ⎠
∂ t
⎝ ∂ x
(5.35)
Donde:
a1 y a2: coeficiente de piezoconductividad de los estratos superiores e inferiores
respectivamente, m2/día
b1 =
K0
m0 µ1
*
y
b2 =
K0
m0 µ 2*
K0; coeficiente de filtración del estrato intermedio (poco permeable), m/día
µ1* y µ 2* : coeficiente de entrega de agua elástica de los estratos superiores e inferiores
respectivamente
S1 y S2: disminuciones de las cargas en los estratos superiores e inferiores
respectivamente, m.
Por las investigaciones sobre una “porosidad doble” en toda una serie de rocas
agrietadas, Brenblat y Zheltóv proponen un sistema a caracterizar, compuesto por los
medios porosos (I, II) con distintas permeabilidades y capacidades. En condiciones de
movimiento no estacionario ocurrirá el desbordamiento desde un medio (con alta
capacidad y poca permeabilidad) hacia el otro medio (con alta permeabilidad y poca
capacidad).
Este sistema de dos ecuaciones tiene la siguiente forma:
132
�∂H1
⎧ K1
⎫
⎪ ν ∆H1 = (β1 + n1β L ) ∂t − α (H 2 − H1 ) ⎪
⎪ 1
⎪
⎨
⎬
⎪ K 2 ∆H = (β + n β ) ∂H 2 + α (H − H )⎪
2
2
2 L
2
1
⎪⎩ ν 2
⎪
⎭
∂t
(5.36)
Donde:
H1 y H2; carga en los medios porosos I y II
K1 y K2; permeabilidad de los medios I y II
n1 y n2; porosidad en los medios I y II
ν 1 y ν 2 ; viscosidad del agua, centipuaz
β1 , β 2 , β L ; compresibilidad de las rocas en los medios I, II y líquido (agua)
∆ ; símbolo de Laplace
α ; coeficiente adimensional entre distintos medios porosos.
α = K 2 f 2 =
K2
l2
(5.37)
Donde:
f; superficie específica de las grietas, m2
l; dimensión media de un bloque dado, m
En condiciones de cambios de carga de forma paulatina, la intensidad del
escurrimiento se puede considerar independiente al tiempo, es decir, el proceso toma
un carácter cuasi-estacionario. De tal forma la representación de la intensidad del
desbordamiento será:
Q=
γα
(H 2 − H1 )
ν
(5.38)
Donde:
γ ; densidad del agua, gr/cm3.
En los casos en que la permeabilidad de las rocas, debido a su agrietamiento o
porosidad de un bloque, es considerablemente mayor al otro bloque (k1 〉〉 k2), y la
porosidad es en uno de los bloques muy pequeña en comparación con el otro bloque
(n1 〈〈 n2), entonces en el sistema de ecuaciones 5.36 se puede considerar n1 ≈ 0 y K2 ≈ 0, de tal
forma:
∂H1
∂(∆H1 )
= α∆H1
− n
∂ t
∂ t
Y
α =
K1
;
ν (β 2 + n2 β1 )
(5.39)
n=
K1
α 1
=
K1 2
l
K2
(5.40)
Cuando n → 0, el efecto de la doble porosidad no es sensible y la filtración toma el
mismo carácter que en un medio poroso único. Por evaluaciones hechas por Langue,
oscila entre 10-4 y 10-6 m.
El tiempo de retraso ( τ ) en el cual ocurrirá el desbordamiento de un medio poroso
hacia otro estará dada por la expresión:
133
�τ =
n
α
(5.41)
Después del vencimiento de este tiempo, los cálculos pueden ejecutarse por las
ecuaciones normales para medios porosos.
134
�Capítulo 6 DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS
Los parámetros hidrogeológicos forman la base para los cálculos hidrodinámicos,
relacionados con el movimiento de las aguas subterráneas en los horizontes acuíferos
en las investigaciones y explotación de los yacimientos de aguas dulces, medicinales,
industriales, termales, etc.
Con los parámetros hidrogeológicos se relacionan: el coeficiente de filtración (K),
entrega de agua gravitacional ( µ ) y entrega de agua elástica ( µ ),
piezoconductividad (a), conductividad de nivel (ay), trasmisividad (T) de horizontes
artesianos (T = KM) y freáticos (T=KH).
1
El número de experimentos o pruebas necesarias para la obtención fundamentada de
los valores medios de los parámetros de filtración depende de toda una serie de
factores, siendo los principales de ellos el grado de complejidad de la estructura
geológica y las condiciones hidrogeológicas, grado de homogeneidad de las
propiedades de filtración de las rocas de los horizontes y complejos de estudio, y
también el objetivo de los trabajos, es decir, tipo y escala de los objetivos por los
cuales se proyectan las investigaciones. Gran significado tiene también la
trasmisividad de los complejos y horizontes de estudio o zonas, ya que la exactitud
exigida para la determinación de los parámetros está relacionada directamente con
este factor y características del mismo.
Los principios establecidos para definir los volúmenes necesarios de los trabajos
hidrogeológicos experimentales son muy complejos, y actualmente están elaborados
de forma insuficiente. En la práctica hidrogeológica el número de experimentos que se
realizan resultan insatisfactorios por la fundamentación de los mismos y en casos de
condiciones hidrogeológicas complejas son pobres debido a la falta de financiamiento
para la ejecución de todo el complejo de trabajos necesarios, y en ocasiones la falta
de los recursos técnico-materiales. Las condiciones hidrogeológicas como norma se
clasifican en simples, complejas y muy complejas.
Condiciones hidrogeológicas simples: Los horizontes de estudio están
representados por rocas porosas o con agrietamiento homogéneo. No existen
dislocaciones tectónicas. Por el grado de variaciones de la trasmisividad estos
horizontes se relacionan con el grupo de los “constantes” (homogéneos) y poco
variables; la forma de yacencia es suave.
Condiciones hidrogeológicas complejas: Los horizontes y complejos de estudio
están representados por rocas variadas según su génesis, que yacen suavemente y
dislocadas por zonas tectónicas y fallas con trasmisividad media. El grado de
variaciones no supera el grupo de heterogeneidades, pero en cantidades subordinadas
se encuentran rocas y estratos muy heterogéneos (preferentemente agrietados o con
poco carso). La permeabilidad de las rocas predominantes es media y en pequeños
tramos puede ser alta. Estas condiciones, pueden ser también, debido al desarrollo de
rocas de distintos orígenes, edades y composición, entre ellas magmáticas; dichas
condiciones pueden encontrarse en zonas premontañosas y en áreas de sistemas
plegados.
Condiciones muy complejas: Los horizontes, complejos y zonas de estudios están
representados por distintos tipos de rocas, entre ellas rocas muy carsificadas y
agrietadas que presentan una alta y muy alta permeabilidad, desarrollada de forma
heterogénea. Las rocas pueden estar fuertemente dislocadas y cortadas por fallas, con
alta trasmisividad. Por el grado de variación de las condiciones de filtración, estas
rocas se relacionan con las extremadamente heterogéneas. Los tramos con muy alta
permeabilidad están relacionados con dislocaciones tectónicas, contactos y zonas de
135
�valles profundos de los ríos y también con zonas agrietadas y carsificadas.
Condiciones extremadamente complejas: Son las condiciones hidrogeológicas
características para complejos de rocas variadas, por su origen y composición,
fuertemente dislocadas, representadas desde el punto de vista hidrogeológico como
una unidad única; también para las representadas por espesores de sedimentos
cuaternarios que contienen estratos y lentes de muy variada granulometría
alcanzando áreas con permeabilidades muy variadas dentro de la misma unidad,
hasta valores altos y muy altos.
Tabla 6.1. Clasificación de las rocas por la variabilidad del coeficiente de
permeabilidad (de filtración)
Grupo
Característica de las rocas por Coeficiente
el grado de variación
variación
1
Homogénea
2
Débilmente variable
3
de Magnitud
relativa de la
variación de la
permeabilidad
〈 0,25
〈 0,25
0,25 - 0,5
0,25 - 1,5
Variable(heterogénea)
0,5 - 1,0
1,5 - 3,0
4
Fuertemente variable
1,0 - 2,0
3,0 - 6,0
5
Extremadamente variable
〉 2,0
〉 6,0
4 y 5 predominan en rocas muy agrietadas y carsificadas (Anexo 1).
6.1 Caracterización de los principales métodos para determinación de los
principales parámetros hidrogeológicos
En la práctica, los parámetros hidrogeológicos se determinan principalmente por datos
de trabajos experimentales de filtración; cuando el objetivo de las investigaciones lo
representa la evaluación de caudales de explotación de pozos o reservas de
explotación de las aguas subterráneas, en menor grado, los parámetros se
determinan por los resultados de tomas de aguas en explotación.
Los métodos actuales de determinación de los parámetros hidrogeológicos están
fundamentados por ecuaciones del movimiento no estacionario de las aguas
subterráneas, en casos concretos en el movimiento de régimen estacionario y cuasi
estacionario. Todos los métodos para la determinación de parámetros hidrogeológicos,
por resultados de trabajos experimentales de filtración, pueden ser divididos en dos
grupos:
1er. Grupo: Se relaciona con los datos obtenidos durante el período de ejecución de
bombeos, de vertimientos o de inyecciones, en el transcurso de los cuales no influyen
en las variaciones de los niveles los límites en planta y perfil. En este caso, las leyes
de variación de los niveles se determinan solamente por las propiedades de filtración
y de capacidad acuífera de las rocas.
2do. Grupo: Son los métodos basados en los datos de trabajos experimentales,
durante los cuales el régimen de variación de los niveles de las aguas subterráneas en
tiempo y espacio dependen no solo de las propiedades de filtración y capacidad
acuífera de las rocas, sino también de las condiciones de límites del estrato en planta
y perfil. Con ayuda de los métodos de estos grupos, además de los principales
parámetros hidrogeológicos, pueden ser determinados parámetros tales como:
coeficiente de desbordamiento y parámetros que caracterizan la resistencia de
136
�filtración en los cauces de los ríos y lechos de embalses superficiales.
Para la determinación de los parámetros hidrogeológicos por datos de trabajos
experimentales de filtración, se utilizan ecuaciones que describen las leyes del
movimiento de las aguas subterráneas hacia los puntos en prueba, ubicados en
horizontes acuíferos ilimitados (métodos del primer grupo) o considerando los límites
del acuífero en estudio, tanto en planta como en perfil (métodos del segundo grupo).
Durante la determinación de los parámetros hidrogeológicos se utilizan datos sobre el
abatimiento del nivel del agua en distintos puntos del acuífero, en momentos de
tiempos determinados o datos sobre las variaciones del abatimiento del nivel de las
aguas en el tiempo en un punto determinado del acuífero. La veracidad de los
parámetros que se determinen será mayor mientras mayor sea la cantidad de puntos
con datos sobre los abatimientos del nivel de las aguas.
Como anteriormente se mencionó, las pruebas de filtración pueden ser por bombeos,
vertimientos o inyecciones en los pozos y calicatas; las fórmulas y métodos de
cálculos adoptados para la determinación de los parámetros hidrogeológicos
presentan sus características específicas que responden al tipo de prueba ejecutada y
esquema de cálculos que se asume; estos últimos dentro de lo posible deberán
representar las características hidrogeológicas y de límites del área donde se ejecuta
la prueba.
Para los cálculos de parámetros hidrogeológicos existen dos grupos de métodos
fundamentales:
1. Métodos analíticos
2. Métodos grafo-analíticos
Los métodos analíticos presentan una amplia variedad de fórmulas en dependencia de
las condiciones hidrogeológicas y características propias de las pruebas de filtración.
Estos métodos son aplicables, en la mayoría de los casos, a pruebas de filtración,
realizadas con un comportamiento del régimen de las aguas subterráneas
estacionario.
Los métodos grafo-analíticos, por sus características, representan ser los más exactos
cuando las pruebas de filtración se realizan con régimen no estacionario del
movimiento de las aguas subterráneas. En los mismos se conjugan resultados
obtenidos en las pruebas, representados en gráficos, de los que se obtienen
parámetros que luego se aplican en fórmulas analíticas establecidas para los cálculos
de los parámetros.
6.2 Bombeos y principales características de los mismos
Los bombeos (aforos de pozos como también se les denomina) representan ser los
principales
trabajos
experimentales
de
filtración
en
las
investigaciones
hidrogeológicas. Los bombeos experimentales de pozos se ejecutan con el objetivo de
determinar los parámetros hidrogeológicos de los estratos u horizontes acuíferos,
independientemente de las condiciones hidrogeológicas que existan. En dependencia
de la tarea a resolver y exigencia de la precisión que se requiera, los bombeos pueden
ser unitarios, con mediciones del nivel y caudal solamente en el pozo en prueba; de
grupos con mediciones del caudal en el pozo que se bombea (o en varios pozos, si es
más de uno el que está en prueba) y mediciones de los niveles en uno o varios pozos
perforados o ya existentes, seleccionados para la observación de ellos.
Según el objetivo de los bombeos estos pueden ser: de prueba: de 4 a 8 horas de
bombeo, experimentales: de 24 a 78 horas de bombeo, y experimentales de
explotación: con más de 72 horas de bombeo, hasta varios meses, en dependencia de
137
�las condiciones hidrogeológicas existentes. La duración de los bombeos depende
también de las condiciones hidrogeológicas que estén presentes en el acuífero en
prueba y período del año en que se ejecute el bombeo.
Durante la investigación del acuífero, con objetivo de abasto de agua o evaluación de
reservas de explotación, la duración de los bombeos es mucho mayor que en
investigaciones de estudio con fines ingeniero-geológicas, drenaje, mejoramiento de
suelos, proyectos de obras hidrotécnicas, etc. En el estudio de los acuíferos con
bombeos con fines de abasto de agua, no solo es necesario definir las propiedades de
filtración de este, también su acuosidad, variación posible de la composición química
del agua durante su explotación y otras características del acuífero.
Cuando se investiga un acuífero que presenta condiciones hidrogeológicas muy
complejas (estratificaciones o existencia de límites geológicos o litológicos próximos,
etc.) y se requiere definir las reservas de explotación de las aguas subterráneas, es
necesario que los bombeos se ejecuten desde un pozo o grupo de pozos, durante un
periodo de tiempo prolongado, en ocasiones se requiere extender el bombeo con
caudales similares a las de explotación. En estructuras acuíferas formadas por varios
estratos, cuando es necesario determinar los parámetros de los mismos de forma
individual, será necesario considerar para los bombeos construcciones especiales de
los pozos que se bombeen y también de las de observación, con la tecnología que
corresponda.
Durante la proyección de pozos unitarios o grupos de pozos, es necesario por
anticipado, tener una idea de la metodología y fórmulas que se emplearán en los
cálculos, en cada caso en específico, de acuerdo con el objetivo y tarea del bombeo,
las condiciones hidrogeológicas y litología del acuífero, por datos que se obtengan
durante los trabajos de prospección y búsqueda. Se selecciona el tipo y método de
bombeo, previendo el procesamiento necesario de los mismos por las fórmulas que se
emplearán para su procesamiento, después y en correspondencia con esto, se define
la necesidad de ejecutar bombeos unitarios o de grupos y también la cantidad racional
y ubicación de los pozos de observación, construcción de los pozos, tipo y ubicación
en perfil de los filtros, considerando el posible caudal del bombeo y equipos con que
se cuenta para el mismo.
La cantidad de turnos de trabajo con que se ejecuten los bombeos se selecciona de
acuerdo con la tarea, objetivos del bombeo y grado de detallamiento necesario; se
considera, además, el relieve, estructura geológica y propiedades hidrogeológicas del
acuífero. En estudios regionales se considera, también, la selección de tramos
acuíferos donde no se observen variaciones bruscas del espesor acuífero o cambios
bruscos de litología. Para la evacuación del agua bombeada y sobre todo en acuíferos
freáticos deberá seleccionarse tramos donde el relieve del terreno permita la rápida
evacuación de las aguas. Si esto no es posible, deberá considerarse la evacuación de
las aguas mediante tuberías u otros medios que permitan evacuar las aguas hasta
distancias que no interfieran en el régimen de abatimiento de los niveles durante el
bombeo (en especial estas condicionales deben ser de estricto cumplimiento en
bombeos con fines de acueducto y sobre todo en territorios donde existan rocas
agrietadas y carsificadas que afloren a la superficie del terreno).
Los bombeos unitarios experimentales se ejecutan preferentemente en aquellos casos
en que es necesario determinar el coeficiente de filtración o caudal de explotación en
pozos construidos sin filtros o con filtros que garanticen la entrada de agua máxima al
pozo, para ello deberán seleccionarse filtros con ranuración igual o mayor a la
porosidad activa de las rocas, sobre todo cuando el pozo esté perforado en rocas muy
agrietadas, carsificadas, cantos rodados, gravas y arenas.
138
�Cuando se requiere determinar los parámetros hidrogeológicos y radio de influencia
del bombeo, se recomienda ejecutar los bombeos de grupos. Los pozos de
observación de niveles, en este caso, se ubican en forma de rayos, normales a la
dirección del flujo subterráneo y coincidente con ellos.
Los bombeos de grupo formados por varios pozos de observación deberán considerar
la ubicación de los rayos perpendiculares entre sí. La cantidad de pozos y rayos
dependerá del grado de heterogeneidad de las características litológicas y de límites
del acuífero. Como norma en cada rayo de pozos de observación se ubican dos pozos.
Con un rayo se ejecutan bombeos en rocas que presentan una litología relativamente
homogénea y sin ningún límite de alimentación o litológico próximo. Los pozos de
observación se ubican paralelamente a la dirección del flujo subterráneo.
Con dos rayos se ejecutan bombeos en las rocas siguientes:
a) En rocas agrietadas donde esté bien definida la dirección del agrietamiento, un
rayo se ubica en dirección coincidente con la dirección del agrietamiento, y otro
normal a esta dirección.
b) En rocas de estructura heterogénea, un rayo paralelo a la dirección del flujo
subterráneo y otro normal al mismo. Cuando existe una fuente superficial de
alimentación próxima, un rayo se ubica paralelo al límite de alimentación y otro
normal al límite.
Con cuatro rayos se ejecutan bombeos para una composición litológica muy variable
(o de agrietamiento) cuando la trasmisividad varía en distintas direcciones y es
necesario determinar los parámetros hidrogeológicos en los límites de influencia del
bombeo. Para ello, dos rayos se ubican normales al flujo subterráneo, uno con
dirección coincidente con el flujo y otro en dirección contraria.
La cantidad de pozos de observación y distancias entre ellos, en los rayos se
determinan, ante todo, por el objetivo de la investigación y también por la
profundidad de yacencia del acuífero y condiciones hidrogeológicas e hidrodinámicas
del mismo.
Generalmente, como condicional para la selección de la distancia entre pozos de
observación se considera que el abatimiento en el pozo de observación más próximo
debe ser no menor de 20 % del abatimiento en el pozo que se bombea (pozo central),
y en el pozo de observación más distante el abatimiento no debe ser menor del 10 %
del de bombeo. Para ello, como norma en los bombeos, se busca que el abatimiento
máximo en el pozo central de bombeo sea de un 30 % del espesor acuífero en
prueba; en algunos casos hasta del 50 %.
En condiciones de existencia de varios horizontes acuíferos en profundidad, entre los
cuales puede existir relación hidráulica, los pozos de observación de niveles deben
programarse de forma individual para cada horizonte.
En la Tabla 6.2 se exponen las distancias medias, más recomendables, para distancias
entre pozos de observación, para distinto tipo de litología y las características
hidrodinámicas de los acuíferos.
139
�Tabla 6.2. Distancias máximas recomendadas entre pozos de observación y pozo
central de bombeo
Tipo de roca
Tipo de
horizonte
acuífero
Arena fina y media
Arena gruesa
Cantos rodados y
gravas
Rocas agrietadas
Distancias máximas en m
Pozo central al
pozo más próximo,
m
Pozo central al
pozo más
distante, m
Acuífero artesiano
80
150
Acuífero freático
10
15
200
450
15
30
200
450
Acuífero freático
25
40
Acuífero artesiano
80
150
Acuífero freático
30
50
Acuífero artesiano
Acuífero freático
Acuífero artesiano
Durante la ejecución de los bombeos experimentales es recomendable llevar la
siguiente documentación:
1- Libreta de bombeo
2- Gráfico cronológico de la dependencia del caudal y abatimiento en el pozo
central de bombeo y de los pozos de observación de niveles. Q = f (t) y S = f
(t)
Q y S; caudal y abatimiento en función del tiempo (t)
3- Gráfico de dependencia del caudal y caudal específico del abatimiento, Q = f (S)
y q = f(S)
S; abatimiento
4- Gráfico del abatimiento en función del logaritmo de tiempo, S = f (log t).
Los principales parámetros hidrogeológicos de los acuíferos utilizados en cálculos
hidrogeológicos e ingeniero-geológicos con distintos fines son los siguientes:
-
Permeabilidad: Propiedad de las rocas de permitir, a través de sí, el flujo de
distintos líquidos y gases y sus mezclas, mediante la pérdida de presión.
La permeabilidad se caracteriza por el coeficiente de permeabilidad - Kp.
K p =
QνL
F∆p
(6.1)
Donde: Q- Caudal del líquido o mezcla
ν - Viscosidad dinámica del líquido
L- Longitud del intervalo de filtración
F- Área de la sección de filtración
∆ p- Pérdida de presión
-
Coeficiente de filtración- K: Caracteriza la propiedad de las rocas de permitir a
través de sí el flujo del agua y representa un vector de velocidad, el mismo se
relaciona con la permeabilidad por la siguiente dependencia:
140
�K=
γ
Kp
ν
(6.2)
Donde: γ - Densidad del agua
Los demás parámetros son los mismos que en la expresión 6.1. El coeficiente de
filtración es denominado por algunos autores como: conductividad hidráulica.
Trasmisividad -T: Caracteriza la propiedad del estrato acuífero de dejar pasar el agua
a través de una sección perpendicular al flujo subterráneo en la unidad de tiempo y
bajo determinadas condiciones de gradiente.
T = KH
(6.3)
Donde: K- Coeficiente de filtración, m / día
H- Potencia (espesor) acuífera, m.
En casos de acuíferos freáticos para la determinación de la trasmisividad por datos de
bombeos, considerando la metodología de Bíndeman, el espesor medio del acuífero
será:
H = H −
S
2
Donde:
H; espesor del acuífero freático antes de iniciado el bombeo, m
S; abatimiento estabilizado del nivel del agua, m.
Conductividad de nivel en acuíferos freáticos, piezoconductividad en acuíferos
artesianos- a: Es un parámetro complejo que caracteriza la velocidad de redistribución
de la presión del agua o carga hidráulica en el acuífero durante la filtración no
estacionaria en área:
a=
T
µ
(6.4)
Donde: T -Trasmisividad
µ - Entrega de agua de las rocas
Coeficiente de entrega de agua µ , también llamado porosidad activa de las rocas,
caracteriza las propiedades de capacidad de entrega de agua de las rocas bajo la
influencia de la fuerza de gravedad en acuíferos freáticos y por disminución de la
presión en acuíferos artesianos.
µ=
T
a
(6.5)
Todos estos parámetros de las rocas, en relación con el almacenamiento y
propiedades de flujo de las aguas, son determinados como parámetros
hidrogeológicos y los mismos pueden ser determinados a través de distintos métodos
en campo y laboratorio, aunque las más representativas son las determinaciones de
campo con bombeo de pozos, ya que durante los mismos estarán consideradas las
propiedades intrínsecas internas del acuífero.
6.3 Bombeos experimentales
Por el análisis del régimen de las aguas subterráneas durante los bombeos
141
�prolongados se ha establecido que en presencia de cualquier condición hidrogeológica,
la ejecución de los bombeos hasta tener estabilizados los caudales y abatimientos de
los niveles no está totalmente argumentada, ya que en muchos casos la estabilización
de los niveles con un caudal constante o la estabilización del caudal con un
abatimiento estabilizado puede ocurrir después de un prolongado periodo de tiempo,
en ocasiones, años. Por ello, debe tenerse en consideración que los bombeos
prolongados que no logren la estabilización del nivel o caudal no deben ser
considerados inapropiados para los cálculos de parámetros hidrogeológicos. En este
caso se considera que el bombeo se ejecuta con régimen no estacionario del nivel o
caudal de las aguas subterráneas. Cuando el nivel de las aguas y caudal se estabilizan
determinado tiempo posterior al inicio de los bombeos experimentales, estamos en
presencia de un régimen estacionario. Para ambos casos existen las metodologías de
cálculos de parámetros hidrogeológicos.
Durante la ejecución de los cálculos de los parámetros hidrogeológicos, por datos de
bombeos experimentales, es necesario tener establecido la perfección del pozo en que
este se ejecuta. Un pozo se denomina imperfecto cuando la penetración del mismo en
profundidad no alcanza el lecho del acuífero o la longitud de los filtros ubicados en el
pozo es inferior a la magnitud del espesor acuífero perforado y en tales casos, aplicar
las metodologías de cálculos establecidas.
En la práctica, la estabilización del nivel puede establecerse en un acuífero que se
bombea con exactitud, mediante la observación de los niveles en puntos del acuífero a
determinadas distancias del pozo que se bombea (pozos de observación).
Considerando las distintas variantes posibles, por condiciones hidrogeológicas y
técnicas empleadas en el proceso de los bombeos experimentales, están establecidas
las distintas metodologías de cálculos, considerando el régimen de las aguas y
características de perfección de los pozos que se bombean, de tal forma las fórmulas
de cálculos responden a condiciones estacionarias mediante la aplicación de métodos
analíticos y para régimen no estacionario los métodos grafo-analíticos, que en ambos
casos caracterizan las leyes de filtración de las aguas subterráneas.
6.3.1 Cálculos de parámetros hidrogeológicos en condiciones de régimen
estacionario del movimiento de las aguas durante el bombeo
El régimen estacionario del nivel de las aguas subterráneas, durante el bombeo,
considera que el nivel se encuentra estabilizado en toda el área de influencia del
bombeo (estacionario o cuasi estacionario- en proceso de estabilización). En este caso
los cálculos de parámetros hidrogeológicos pueden ser efectuados por métodos
analíticos, que no es más que la representación de las condiciones hidrodinámicas del
acuífero que se bombea en un esquema de cálculo simple, en correspondencia con las
fórmulas que se adapten al mismo para la determinación de los parámetros
hidrogeológicos
En movimiento de régimen estacionario de las aguas en condiciones de bombeo
analizaremos dos condiciones de acuíferos:
El primer caso, cuando el horizonte acuífero puede considerarse homogéneo, es decir,
sus propiedades hidrodinámicas (permeabilidad, trasmisividad, entrega de agua) en
planta y perfil dentro del área de acción del bombeo no presentan variaciones
considerables.
El segundo caso, cuando las propiedades del acuífero en área pueden considerarse
homogéneas, pero en perfil pueden diferenciarse considerablemente y por variación
de sus propiedades, se clasifican como estratificados.
Cálculos de parámetros hidrogeológicos en horizontes acuíferos homogéneos
142
�1. Pozos perfectos: Son los pozos que sin encamisado atraviesan todo el espesor
acuífero y los pozos encamisados donde los filtros se ubican en todo el espesor
acuífero.
1.1 Bombeos unitarios, según Dupuit (todas las observaciones se ejecutan solamente
en el pozo que se bombea, pozo central).
Acuíferos artesianos
0,366Q log
K=
R
r0
(6.6)
MS0
FIGURA 6.1. Pozo en acuífero artesiano, perfecto, unitario.
Acuífero freático:
De la expresión anterior de Dupuit, para acuíferos con presión (artesianos), Bíndeman
propone un interesante método para conversión de aguas artesianas a freáticas, como
se describe a continuación:
M=
H + h0
2
El abatimiento S0 = H-h0
De donde, transformando la expresión anterior tenemos:
R
r
R
r
=
=
K=
2
2
1
−
(H
h
)
⎛ H + h0 ⎞
0
(H + h0 )(H − h0 )
⎟(H − h0 )
⎜
2
2
⎠
⎝
0,366Q log
0,366Q log
R
r
0,73Q log
Por desarrollo de la expresión (H2-h02) tenemos:
R
r0
K=
S 0 (2H − S 0 )
0,73Q log
(6.7)
De tal forma tenemos que en la transformación de aguas artesianas a aguas freáticas
en todos los casos la magnitud: 2 MS0 = H2-H02 = S0 (2H –S0).
143
�FIGURA 6.2. Pozo en acuífero freático, perfecto, unitario.
En las fórmulas:
K; Coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m/día
Q; Caudal estabilizado de bombeo, m3/día
R; Radio de influencia del bombeo, m
r; Radio del pozo que se bombea, m
M; Espesor del acuífero artesiano, m
H; Espesor de acuífero freático, m
h0; Columna de agua en el pozo a partir del nivel del agua estabilizado durante
el bombeo, m
S0; Abatimiento estabilizado del nivel del agua durante el bombeo, m.
El radio de influencia del cono depresivo durante el bombeo (R), en este caso puede
ser determinado de forma aproximada por la Tabla 6.3, en función del abatimiento
específico. Los valores que se obtienen en esta tabla para el radio de influencia
pueden no ser exactos, pero el error que ello produce en los cálculos es mínimo
debido a que la división del radio de influencia entre el radio del pozo es una relación
de cientos o miles de metros entre centímetros y al ejecutarse la misma, bajo signo
de logaritmo, el error posible se reflejará solo en la característica del mismo, en
magnitudes despreciables.
En gran número de casos se ejecutan bombeos de pozos en terrazas de ríos, en estas
condiciones, con bastante frecuencia, los cauces de los ríos están formados por
sedimentos arenosos y areno-gravosos que permiten una estrecha relación río
acuífero por lo que durante el bombeo, con relativamente cortos períodos de tiempo,
se establece la alimentación directa del acuífero por infiltración de las aguas de ríos,
en gran número de casos esta infiltración es complementaria a la que en condiciones
naturales (sin bombeo) se desarrolla. En estas circunstancias tenemos que el cálculo
del coeficiente de filtración del acuífero estará influenciado por esa alimentación, que
a su vez provoca que la influencia del bombeo en dirección al río, en dependencia de
la distancia del pozo hasta el mismo, sea en esa dirección hasta los límites del río.
Para estos casos, el cálculo del coeficiente de filtración se realiza por las fórmulas
siguientes:
144
�Acuíferos artesianos:
0,366Q log
K=
2L
r0
(6.8)
MS0
Acuíferos freáticos:
2L
r0
(2H − S0 )S0
0,73Q log
K=
(6.9)
Donde:
L; distancia desde el centro del pozo hasta el río, m.
L
FIGURA 6.3. Pozo próximo a fuente de alimentación, (río).
Tabla 6.3. Determinación del radio de influencia de bombeo en función del
abatimiento específico Se
Se (m/l. s)
R (m)
〈 0,5
〉 300
0,5 - 1,0
100 - 300
1,0 - 2,0
50 - 100
2,0 - 3,0
25 - 50
3,0 - 5,0
10 - 25
〉 0,5
〈 10
Se; abatimiento específico
Se =
S0
; S0 en m y Q en l/s.
Q
1.1 Bombeo con un pozo de observación (pozo central en bombeo, con un pozo de
observación de niveles a determinada distancia)
Acuífero artesiano:
145
�r1
r0
M (S0 − S1 )
0,366Q log
K=
(6.10)
r1
FIGURA 6.4. Pozo en acuífero artesiano, perfecto, con un pozo de observación.
Acuífero freático:
r1
r0
K=
(2H − S0 − S1 )(S0 − S1 )
0,73Q log
(6.11)
r1
FIGURA 6.5. Pozo freático, perfecto, con un pozo de observación.
Donde:
r1; Distancia desde el pozo central hasta el pozo de observación, m
S1; Abatimiento estabilizado en el pozo de observación, m
Los demás parámetros idénticos a los casos anteriores.
1.1. Bombeo con dos pozos de observación (pozo central en bombeo, con dos pozos
de observación de niveles)
Acuíferos artesianos:
r2
r1
K=
M (S1 − S 2 )
0,366Q log
(6.12)
146
�r1
r2
FIGURA 6.6. Pozo en acuífero artesiano, perfecto, con dos pozos de observación.
Acuíferos freáticos:
r2
r1
K=
(2H − S1 − S 2 )(S1 − S 2 )
0,73logQ
(6.13)
r1
r2
FIGURA 6.7. Pozo perfecto, en acuífero freático, con dos pozos de observación.
En las fórmulas:
r2; r1; Distancias desde el pozo central hasta el pozo de observación más
distante y más próximo, respectivamente, m;
S2; S1; Abatimientos estabilizados del nivel del agua en el pozo de observación
más distante y más próximo, respectivamente; m.
Los demás parámetros idénticos a los casos anteriores.
Para determinar el radio de influencia del bombeo con uno o dos pozos de observación
se utilizan fórmulas con datos de las observaciones en estos pozos.
Acuíferos artesianos:
Con un pozo se observación:
log. R =
S0 log r1 − S1 log r0
S0 − S1
(6.14)
Con dos pozos de observación:
147
�log R =
S1 log r2 − S 2 log r1
S1 − S 2
(6.15)
Acuíferos freáticos:
Con un pozo de observación:
log.R =
(2 H − S0 ) S0 log r1 − (2 H − S1 ) S1 log r0
( S0 − S1 )(2 H − S0 − S1 )
(6.16)
Con dos pozos de observación:
log R =
(2H − S1 )S1 log r2 − (2H − S 2 ) log r1
(S1 − S 2 )(2H − S1 − S 2 )
(6.17)
2. Pozos Imperfectos: Son los pozos que no tienen encamisado y no atraviesan
todo el espesor acuífero y pozos encamisados con filtros que no atraviesan todo el
espesor acuífero.
2.1. Pozo unitario:
Acuífero artesiano:
⎞
⎛
R
0,366Q⎜⎜ log + 0,217ξ 0 ⎟⎟
r0
⎠
⎝
K=
MS0
(6.18)
ξ 0 ; Coeficiente de imperfección (Veriguin, 1962, Tabla 6.4).
FIGURA 6.8. Pozo en acuífero artesiano artesiano, unitario, imperfecto.
Acuífero freático:
K=
⎛
⎞
R
0,73Q⎜⎜ log + 0,217ξ 0 ⎟ ⎟
r0
⎝
⎠
(2H − S0 )S0
(6.19)
148
�FIGURA 6.9. Pozo en acuífero freático, imperfecto.
2.2. Con un pozo de observación:
Acuíferos artesianos:
⎤
⎡
r
0,366Q ⎢log 1 + 0,217(ξ 0 − ξ1 )⎥
⎣ r0
⎦
K=
M (S0 − S1 )
(6.20)
Acuíferos freáticos:
⎤
⎡
r
0,73Q ⎢log 1 + 0,217(ξ 0 − ξ1 )⎥
⎣ r0
⎦
K=
(2H − S0 − S1 )(S0 − S1 )
(6.21)
2.3. Con dos pozos de observación:
Acuíferos artesianos:
⎡ r
⎤
0,366Q ⎢log 2 +),217(ξ1 − ξ 2 )⎥
r1
⎣
⎦
K=
M (S1 − S 2 )
(6.22)
Acuíferos freáticos:
⎡ r
⎤
0,73Q ⎢log 2 + 0,217(ξ1 − ξ 2 )⎥
r1
⎣
⎦
K=
(2H − S1 − S 2 )(S1 − S 2 )
(6.23)
ξ 0 ; Coeficiente de imperfección, se determina a partir de los valores de la Tabla 6.4.
Este coeficiente caracteriza la imperfección del pozo por el grado de penetración en el
acuífero o longitud del filtro, en pozos donde estos se utilicen y que los mismos no
cubran la totalidad del espesor del acuífero. Se determina relacionando la profundidad
de penetración del pozo en el acuífero o longitud del filtro (l) sobre el espesor del
acuífero (M en acuíferos artesianos o H, en acuíferos freáticos) y por la relación del
espesor acuífero con el radio del pozo que se bombea (r0), en el caso de bombeo en
pozo unitario. En los casos de bombeos con uno o dos pozos de observación, los
149
�coeficientes ξ en los pozos de observación se determinan con los valores de l y r de
estos pozos.
Durante la determinación del coeficiente ξ en acuíferos freáticos el espesor acuífero H
se disminuye en la mitad del abatimiento registrado en el pozo central. En este caso,
si los filtros en este pozo tienen parte de ellos no cubierto por el agua dentro del
espesor acuífero, la longitud l se disminuye también en la mitad de la magnitud del
filtro que no está cubierta por el agua.
Los valores de ξ que se exponen en la Tabla 6.4 se utilizan con la ubicación de los
filtros próximos al techo o al lecho de los horizontes acuíferos. Cuando la ubicación de
los filtros es en el centro del espesor acuífero, según Vochevier, es necesario disminuir
los valores de ξ en la relación l/M = 0,3 en 1,5 y con l/M = 0,5 la disminución de los
valores será de 0,7.
Tabla 6.4 Valores del coeficiente de imperfección ξ
l/M
M/r
0,5
1,0
3,0
10,0
30,0
100,0
200,0
500,0
1000,0 2000,0
0,1
0,00391
0,122
2,04
10,4
24,3
42,8
53,8
69,5
79,6
90,9
0,3
0,00297
0,0907
1,29
4,79
9,2
14,5
17,7
21,5
24,9
28,2
0,5
0,00165
0,0494
0,65
6
2,26
4,21
6,5
7,86
9,64
11,0
12,4
0,7
0,00054
6
0,0167
0,23
7
0,87
9
1,69
2,07
3,24
4,01
4,58
5,19
0,9
0,00004
8
0,0015
0,02
5
0,12
8
0,3
0,528
0,664
0,846
0,983
1,12
Las fórmulas antes relacionadas, presentan resultados de gran exactitud en bombeos
que se ejecutan con pozos de observación ubicados a las distancias recomendadas,
expuestas en la Tabla 6.2.
En todos los casos la relación de la longitud del filtro con el espesor del acuífero (l/m)
debe ser mayor que 0,1. Cuando esta relación es menor que 0,1, entonces se
recomienda utilizar las fórmulas siguientes:
Ubicación de los filtros en posición próxima al techo o al lecho del acuífero:
Acuíferos artesianos:
0,366Q log
K=
1,47l
r0
lS 0
(6.24)
Acuíferos freáticos:
1,47l
r0
(2l − S0 )S0
0,73Q log
K=
(6.25)
Con ubicación de los filtros en el centro del horizonte acuífero:
Acuíferos artesianos:
150
�0,366Q log
K=
0,73l
r0
(6.26)
lS 0
Acuífero freático
0,73l
r0
(2l − S0 )S0
0,73Q log
K=
(6.27)
En aquellos casos en que la longitud del filtro es muy inferior al espesor del acuífero y
la relación l/M es mucho menor que 0,1, para los cálculos del coeficiente de filtración
pueden utilizarse las siguientes fórmulas:
-
cuando la ubicación del filtro es próxima al techo o lecho del acuífero:
Acuífero artesiano:
0,366Q log
K=
1,32l
r0
(6.28)
lS 0
Acuífero freático:
1,32l
r0
(2l − S0 )S0
0,73Q log
K=
-
(6.29)
cuando el filtro se encuentra ubicado en el centro del acuífero:
Acuífero artesiano:
0,366Q log
K=
0,66l
r0
(6.30)
lS0
Acuífero freático:
0,66l
r0
(2l − S0 )S0
0,73Q log
K=
Cálculo de parámetros
estratificados
(6.31)
hidrogeológicos
en
condiciones
de
acuíferos
La tarea de determinar los parámetros hidrogeológicos en acuíferos estratificados es
bastante compleja, si en los cálculos se desprecia las propiedades elásticas de las
rocas, la complejidad de los cálculos se simplifica, ya que en este caso estaríamos
solamente determinando el coeficiente de filtración de un estrato acuífero y de los
estratos considerados menos permeables que lo rodean.
A continuación, analizaremos la determinación del coeficiente de filtración por datos
de bombeo de un acuífero formado por dos estratos de distinta trasmisividad freáticos
semilimitados (Figura 6.10a) y considerando que el techo del estrato superior lo
representa un impermeable (Figura 6.10b), casos que con frecuencia se encuentran
en la naturaleza. En este caso, el bombeo se debe realizar con dos pozos de
151
�observación de niveles y tanto los filtros del pozo que se bombea, como de los pozos
de observación, se encuentran ubicados en la mitad del estrato superior próximo al
techo impermeable (Figura 6.10b).
En el primer caso (acuíferos freáticos, Figura 6.10a) el espesor del estrato del que se
le ejecuta bombeo (estrato superior) es el doble del estrato inferior. La longitud de
filtros del pozo que se bombea y de los de observación y la distancia del pozo que se
bombea, hasta el pozo más próximo de observación no debe superar 1/3 del espesor
del estrato en que están ubicados.
Según Babushkin, los cálculos se ejecutan por las siguientes fórmulas:
K1 =
Q( A1 − A2 B)
4πl(S1 − S 2 B)
(6.32)
A1 = arcsh
c + l − z1
c − z1
− arcsh
r1
r1
(6.33)
A2 = arcsh
c + l − z2
c − z2
− arcsh
r2
r2
(6.34)
c + l + z1
c + z1
− arcsh
r1
r1
B=
c + l + z2
c + z2
arcsh
− arcsh
r2
r2
arcsh
(6.35)
Donde:
K1; coeficiente de filtración del estrato en que se ejecutó el bombeo (estrato
superior), m/día
Q; caudal de bombeo, m3/día
l; longitud de filtros del pozo que se bombeó, m
S1 y S2; abatimientos registrados en los pozos más próximos y más distantes
respectivamente, m
c; altura desde el fondo de los filtros del pozo que se bombeó hasta el límite
con el estrato más próximo (inferior), m
z1 y z2; altura desde el centro de los filtros del pozo que se bombeó hasta el límite
con el estrato inferior, m
r1 y r2; distancia desde el pozo que se bombeó hasta los pozos de observación más
próximos y más distantes respectivamente, m.
El coeficiente de filtración del estrato límite (inferior) se determina por la fórmula
siguiente:
K2 = K1
1 − α1.2
1 + α1.2
(6.36)
152
�α1.2
O: α1.2
4πK1lS1
Q − A1
=
c + l + z1
c + z1
arcsh
− arcsh
r1
r1
4πK1lS 2
Q − A2
=
c + l + z2
c + z2
arcsh
− arcsh
r2
r2
(6.37)
(6.38)
FIGURA 6.10. Complejo acuífero con dos estratos: a) complejo freático b) complejo
artesiano.
En los casos, cuando los filtros se encuentren ubicados en el estrato inferior, las
magnitudes c y z se tomarían referente al límite con el estrato superior y los
coeficientes K1 y K2 se determinarían por las mismas fórmulas, pero referidas al
estrato inferior y superior respectivamente.
Un caso particular lo podemos tener cuando los filtros se encuentran contactando con
el techo del acuífero, entonces los cálculos se pueden ejecutar por las siguientes
fórmulas:
-
Con datos de bombeo unitario:
153
�K=
-
(6.39)
Con un pozo de observación:
K=
-
Q
1,32l
ln
2πS0l
r0
Q
l
arcsh
2πS1l
r1
(6.40)
Con dos pozos de observación:
K=
⎛
Q
l
l ⎞
⎜⎜ arcsh − arcsh ⎟⎟
r1
2πl ( S1 − S 2 ) ⎝
r2 ⎠
(6.41)
En el segundo caso de referencia (Figura 6.10b), cuando nos relacionamos con un
horizonte acuífero artesiano formado por dos estratos con diferente trasmisividad, se
consideran los filtros ubicados en el estrato superior y las condiciones de filtración
responden a las condicionales de M2 / M1 ≥ 2 hasta 3; r / M1 + M2 ≤ 0,5 , aceptable con
error hasta 15 %; R, radio del pozo que se bombea; M1, espesor del estrato inferior;
M2, espesor del estrato superior.
Caso de bombeo unitario:
K=
⎤
l ⎞
Q ⎡ ⎛
1
1
1
1
⎢ ln⎜ ⎜1,32 ⎟⎟ + N l , r0 ,α 1.2 − N l , Rp ,α 1.2 ⎥
r0 ⎠
2π S0l ⎢⎣ ⎝
⎥⎦
(
) (
)
(6.42)
Donde:
S0; abatimiento en el pozo, m
r0; radio del pozo, m
Rp; radio de alimentación, m.
l1= l / 2M1
r01= r0 / 2M1
α1.2 = K1 − K 2
K1 + K 2
Rp1= 2 Rp / 2M1
N; función que se determina de la tabla, (Anexo 3).
Caso de bombeo de grupo:
En este caso el número de pozos de observación no debe ser menor que 3. Los
cálculos se ejecutan por la metodología de Bábushkin:
S1 − S 2 E1 − E2
=
S 2 − S3 E2 − E3
E1 - E2 = arcsh
l
l
1
− arcsh + N (l1 , r2 ,α1.2 ) − N (l 1 , r2 ,α1.2 )
r1
r2
(6.43)
(6.44)
154
�E2 - E3 = arcsh
l
l
1
1
− arcsh + N (l 1 , r3 ,α1.2 ) − (l 1 , r3 ,α1.2 )
r2
r3
(6.45)
Donde:
r1, r2, r3, distancias desde el pozo que se bombea a los pozos de observación
más próximos, intermedios y más distantes respectivamente, m.
l1 =
l
;
2M 1
r11 = r1 / 2M1,
r21 = r2 / 2M1 ,
r31 = r3 / 2M1
α1.2 , la que se determina por
α
tanteo hasta que la igualdad 6.41 se cumpla. De tal forma, sabiendo ya 1.2 y con ella
En la fórmula 6.42 y 6.43 está presente la incógnita
los valores de E1-E2 y E2-E3, podemos determinar el coeficiente de filtración del estrato
bombeado K1 por la fórmula siguiente:
K1 =
O: K1 =
Q(E1 − E2 )
2πl(S1 − S 2 )
(6.46)
Q(E2 − E3 )
2πl(S 2 − S3 )
(6.47)
Cuando el estrato inferior es menos permeable que el superior, los cálculos del
coeficiente de filtración de ese estrato son confiables siempre y cuando los pozos de
observación estén lo más alejado posible del pozo en bombeo y se cumpla con la
condición r2 / r1 ≥ 5 – 10
Cuando el estrato superior del que se bombea tiene una permeabilidad menor que el
estrato inferior, los cálculos son más simples, ya que en este caso el estrato inferior
representa una alimentación considerable al estrato superior que se bombea. En este
caso, el bombeo puede desarrollarse con dos pozos de observación y la dependencia
de cálculo para la determinación de
α1.2 será:
l
1
+ N (l1 , r2 ,α1.2 )
S2
r2
=
S1 arcsh l + N (l1 , r 1 ,α )
1
1.2
r1
arcsh
(6.48)
α
Los valores de 1.2 se determinan por tanteo de la función N (Anexo 3) hasta lograr la
igualdad en la expresión anterior y el coeficiente de filtración K1 se determina por la
expresión siguiente:
K1 =
Q ⎡
l
⎤
arcsh + N (l1 , r1 ,α 1.2 )⎥
⎢
2π lS ⎣
r
⎦
(6.49)
Los cálculos por la expresión anterior se ejecutan para los valores de S y r de los dos
pozos de observación y de existir correspondencia en los dos cálculos de K1, se
considera que el esquema de cálculo asumido corresponde con las condiciones
hidrogeológicas presentes.
155
�6.3.2 Cálculo de parámetros hidrogeológicos en condiciones de régimen no
estacionario del movimiento de las aguas durante el bombeo
En este caso, las fórmulas de cálculo de los parámetros hidrogeológicos se diferencian
para el tipo de acuífero, por sus condiciones hidrodinámicas en acuíferos freáticos
(acuíferos sin presión) y acuíferos artesianos (acuíferos con presión) y dentro de los
mismos, fórmulas para pozos perfectos y para pozos imperfectos. Con este régimen
de los niveles los parámetros hidrogeológicos se determinan con gran precisión por la
metodología de Jacob denominado método grafo-analítico.
Método grafo-analítico:
Este método puede ser aplicable en tres casos.
1r Caso: Por seguimiento del comportamiento de los niveles en tiempo S = f (log t),
los niveles se observan solamente en el pozo que se bombea. 2do Caso: Por
seguimiento de los niveles en área S = f (log r), por observación de los niveles en
determinados tiempos, en pozos de observación de niveles a ciertas distancias del
pozo que se bombea y 3er Caso: por seguimiento de los niveles de forma combinada
S = f (log
t
) observándose los niveles en función del tiempo y de la distancia.
r2
En todos los casos que se analizarán los gráficos deben desarrollarse a escala normal
en la vertical, con escala de logaritmos en la ordenada horizontal del tiempo y
distancia. Este método puede ser aplicado siempre que se mantenga la condición:
t00 ≥
2,5r 2
a
(6.50)
Donde: t-tiempo de aparición del régimen cuasi estacionario después de iniciado el
bombeo, m; r- radio del pozo que se bombea en el primer caso o distancia del pozo
que se bombea hasta el pozo de observación de los niveles en el segundo caso, apiezoconductividad m2/día.
Método de seguimiento de los niveles en tiempo
Este método consiste en la observación de los niveles en el pozo que se bombea en
tiempos determinados, a partir del inicio del bombeo con determinado caudal. Las
fórmulas aplicables han sido establecidas a partir de las fórmulas de acuíferos
artesianos, considerando la ecuación general,
S=-
Q
r2
)
Ei (−
4πKM
4at
(6.51)
Donde:
Q, caudal de bombeo, m3/día
K, coeficiente de filtración de las rocas, m/día
M, espesor del acuífero artesiano, M
r, distancia del punto para el que se determina el abatimiento hasta el pozo en
bombeo, m
t, tiempo desde el inicio del bombeo, días
a, piezoconductividad de nivel, m2/día
Ei, Representación de la función exponencial integral, se determina por tablas
(Anexo 2).
Como es conocido, generalmente r2 / 4at 〈 0,1, por lo que la función integral
156
�exponencial Ei puede ser sustituida por una función logarítmica y la ecuación 6.51
toma la forma siguiente:
S=
Q
2,25at
ln
4πKM
r2
(6.52)
La expresión 6.52 descomponiéndola toma la siguiente forma:
S=
Q
Q
2.25a
ln 2 +
ln t
4πKM
4πKM
r
(6.53)
La expresión 6.31 llevándola a forma de logaritmo de base 10 se transforma en:
S=
0,183Q
2,25a 0,183Q
log 2 +
logt
KM
KM
r
(6.54)
Si consideramos:
0,183Q
2,25a
log 2 = A
KM
r
(6.55)
0,183Q
=C
KM
(6.56)
y,
Tendremos:
S = A + C log t.
(6.57)
De la ecuación 6.57 se ve que el abatimiento S está relacionado con el logaritmo del
tiempo por una dependencia lineal.
Construyendo un gráfico en coordenadas S = f (log t), tendremos una línea recta con
un coeficiente angular C con inicio en la ordenada A (Figura 6.11).
El coeficiente C se determina por la siguiente fórmula:
C=
S 2 − S1
logt2 − logt1
(6.58)
Donde: S2, S1, log t2 y log t1, coordenadas de dos puntos (en inicio y final de tramo
seleccionado) de la recta trazada por puntos ploteados, donde pueda ser trazada la
misma en el gráfico.
Como norma para el trazado de la recta en el gráfico se selecciona el centro de la
curva obtenida, ya que en el inicio del bombeo influyen en el abatimiento resistencias
provocadas por ranuración de los filtros o del propio acuífero con el incremento del
flujo hacia el pozo y al final, la pendiente de la recta generalmente es muy suave
debido a que comienza a reflejarse el régimen estacionario de los niveles, aunque en
ocasiones, también en este tramo influyen las condiciones de límites del acuífero. El
parámetro A se determina directamente del gráfico y representa el intervalo en el eje
de las ordenadas (con valores de S) desde cero (0) hasta la intercepción de la
continuación de la línea recta del gráfico con el eje de las ordenadas (S), (Figura
6.11).
Conociendo las magnitudes A y C, se puede calcular la trasmisividad (T) y la
piezoconductividad de nivel (a) por las fórmulas siguientes:
T = KM =
0,183Q
C
(6.59)
157
�log a = 2 log r - 0,35 +
A
C
(6.60)
Para acuíferos freáticos el gráfico que se construye es (2H-S) S = f (log. t), siempre y
cuando el abatimiento final medido represente un abatimiento del acuífero superior al
20 % del espesor del acuífero, cuando ese abatimiento del nivel es menor del 20 % el
régimen de las aguas freáticas puede analizarse gráficamente, igual que en caso de
aguas artesianas y se construye el gráfico S = f (log.t).
Para aguas freáticas con abatimientos superiores al 20 % del espesor el coeficiente
angular C se determina por datos del gráfico, aplicando las fórmulas siguientes:
C=
S 2 (2H − S 2 ) − S1 (2H − S1 )
log.t2 − log.t1
(6.61)
FIGURA 6.11. Gráfico de abatimiento en función del tiempo S = f (log.t).
El coeficiente de permeabilidad K se podrá determinar por la expresión:
K=
0,366Q
C
(6.62)
La conductividad del nivel se determina por la expresión 6.33.
Para pozos imperfectos, tanto en caso de aguas artesianas como freáticas, para la
determinación de la piezoconductividad y la conductividad de nivel en sus cálculos
debe considerarse la imperfección del pozo, para ello los cálculos se ejecutan por la
fórmula siguiente:
log.a = 2 log r - 0,35 +
A
- 0,434 ξ
C
(6.63)
Donde: ξ es el coeficiente de imperfección del pozo que se bombea y se determina de
la Tabla 6.4.
En la confección de los gráficos s = f (log t) y S (2H-S ) = f ( log t ) se utilizan para
comodidad de los cálculos las siguientes unidades de medidas: S (abatimientos) y H
(espesor acuífero) en metros (m), t en minutos u horas según la duración del
bombeo, y en este caso, al ejecutar los cálculos de a (piezoconductividad o
conductividad de nivel) el resultado del antilogaritmo se multiplica por 1 440 (si se
trabaja en minutos) y por 24 (si se trabaja en horas), para llevar los resultados a
m2/día.
158
�La metodología relacionada para seguimiento en tiempo puede ser aplicada y durante
la recuperación de los niveles al detenerse el bombeo, en este caso, en lugar de
trabajar con el abatimiento en descenso del nivel, en la confección del gráfico S = f
(log t) o S (2 H - S ) = f ( log t) se trabaja con el descenso del nivel (en metros),
calculado a partir del nivel inicial antes de iniciarse el bombeo para determinados
tiempos a partir de la suspensión del bombeo, y se considera el caudal con que se
ejecutó el bombeo.
Debido a que, por esta metodología, no se consideran los procesos de resistencia que
se originan durante el desarrollo del abatimiento; la misma puede ser utilizada
considerando un tiempo determinado a partir de la suspensión del bombeo y que se
caracteriza por las siguientes condicionales:
t1 ≤ 1,1 t0
y
t2 ≤ 1,1 t1.
Donde:
t0; tiempo total de bombeo (desde su inicio hasta su suspensión).
t1 y t2: tiempos que caracterizan el momento inicial y final del período que puede
ser utilizado para el cálculo de parámetros, y se toman a partir del momento de
suspensión del bombeo.
Esta metodología puede ser aplicada siempre que se mantenga la siguiente condición:
r2
≤ 0,1
4a(t − t0 )
(6.64)
t; tiempo total desde el inicio del bombeo hasta el instante en que se observan los
abatimientos del nivel en ascenso, posterior a la suspensión del bombeo. Días
t0; tiempo de bombeo, días.
Manteniendo esta condición la expresión 6.52 se transforma de la forma siguiente:
S=
0,183Q
t
log
KM
t − t0
(6.65)
Construyendo un gráfico de coordenadas S; log (t / t-t0), podemos calcular la
trasmisividad y el coeficiente de filtración por las ecuaciones 6.59 y 6.62 según
corresponda, la piezoconductividad o conductividad de nivel por la ecuación 6.60 o
6.63, según proceda para pozos perfectos o imperfectos respectivamente, para lo
cual, el coeficiente angular C de la recta que se obtiene del gráfico, se determina por
coordenadas de dos puntos en tramo de recta seleccionado por la ecuación siguiente:
C=
S1 − S 2
t
t
(log
)1 − (log
) 2
t − t0
t − t0
(6.66)
Método de seguimiento de los niveles en área
Este método se aplica cuando se tiene puntos de observación, de los niveles ubicados
a determinadas distancias del pozo que se bombea. En este método se construye el
gráfico del abatimiento de niveles (S) en los puntos de observación, en función del
logaritmo de las distancias de estos puntos hasta el pozo en bombeo S = f (log r),
(Figura 6.12). Este gráfico con t = const. se representa por la expresión:
S = A - C log r
(6.67)
159
�C=
S1 − S 2
log r2 − Logr1
(6.68)
Donde:
S1 y S2, abatimientos registrados en determinado tiempo, a partir del inicio del
bombeo en los puntos de observación más próximos y más distantes
respectivamente, m
r1 y r2; distancias desde el pozo que se bombea hasta los puntos de
observación más próximos y más distantes respectivamente, m.
Determinando del gráfico los parámetros A (inicio de la ordenada de la línea recta
resultante) y el coeficiente C (coeficiente angular de la recta), la trasmisividad para
acuíferos artesianos se determina por la siguiente fórmula:
T = KM =
0,366Q
C
(6.69)
Y para acuífero freático el coeficiente de filtración por la fórmula:
K=
0,73Q
C
(6.70)
La piezoconductividad de acuíferos artesianos y conductividad de nivel da acuíferos
freáticos se determinan por la fórmula:
log a =
2A
− 0,35 − logt
C
(6.71)
FIGURA 6.12. Gráfico de abatimiento en función de la distancia S = f (log r).
En los gráficos S = f (log r), los cálculos pueden ser ejecutados por análisis de
distintos periodos de tiempo a partir del inicio del bombeo siempre que se mantenga
la condicional (ecuación 6.50).
Método combinado de seguimiento de niveles
Este método consiste en la determinación de los parámetros hidrogeológicos por datos
de niveles obtenidos durante los bombeos con observaciones de niveles en tiempo y a
160
�determinada distancia del pozo que se bombea. Este método responde al seguimiento
de los niveles durante los bombeos con la construcción y procesamiento del gráfico S
= f (log
t
), (Figura 6.13). En este caso, la ecuación lineal de la recta que se obtiene
r2
en el gráfico responde a la expresión:
S = A + C log
C =
t
r2
S
2 −
S1
⎛ t ⎞
⎛ t ⎞
log⎜ 2 ⎟ − log⎜ 2 ⎟
⎝
r ⎠
2
⎝
r ⎠
1
(6.72)
(6.73)
Para los cálculos de parámetros igual que en los casos anteriores, se determinan los
parámetros A y C del gráfico, y conociendo los mismos se determina la trasmisividad
para acuíferos artesianos por la fórmula:
T = KM =
0,183Q
C
(6.74)
Para acuíferos freáticos el coeficiente de filtración por la fórmula:
K=
0,366Q
C
(6.75)
Y la piezoconductividad de acuíferos artesianos o conductividad de nivel para acuíferos
freáticos por la fórmula:
log a =
A
− 0,35
C
(6.76)
FIGURA 6.13. Gráfico de seguimiento combinado del abatimiento, S = f (log
t
).
r2
Las características de este método es que en un mismo gráfico se pueden plotear las
observaciones de varios puntos. Para todos los casos analizados el radio de influencia
de la zona de desarrollo del régimen cuasi estacionario, alrededor del pozo en
bombeo, se determina por la expresión:
161
�at
Rc = 0,63
(6.77)
Donde:
a; piezoconductividad en acuíferos artesianos y conductividad de nivel en
acuíferos freáticos, m2/día
t; tiempo de bombeo, días
En todos los casos presentados, el radio de influencia del bombeo, para todo el tiempo
en que este se desarrolló, puede ser determinado por la expresión:
R = 1,5
at
(6.78)
En todos los casos analizados por el método grafo-analítico los gráficos deberán ser
construidos en escala semi-logarítmica, con escala de logaritmos en las ordenadas
horizontales (log. t), (log. r) y (log
t
). Para la ordenada vertical, la escala es normal
r2
y se adapta a las magnitudes de los abatimientos en m.
Determinación de parámetros hidrogeológicos en horizontes acuíferos con
alta anisotropía por agrietamiento y cavernosidad
Los cálculos analizados anteriormente en condiciones de régimen no estacionario del
movimiento de las aguas durante los bombeos, se relacionan con estratos u
horizontes acuíferos que presentan una porosidad, agrietamiento o cavernosidad
homogénea o relativamente homogénea.
En la naturaleza las rocas agrietadas y carsificadas, sobre todo estas últimas,
presentan generalmente una alta anisotropía debido a los procesos que se desarrollan
en la formación de los sistemas de grietas, cavernas, canales, etc., por lo que estas
rocas se caracterizan por una alta anisotropía, tanto en planta como en perfil, de sus
propiedades de filtración y de almacenamiento del agua. En estas rocas, a menudo se
puede observar una “doble porosidad” (grietas y cavernas), que pueden ser
analizadas como dos medios de filtración dispuestos uno dentro del otro. Las micro
grietas y también zonas aisladas de fallas, franjas carsificadas y canales cársticos en
el macizo de las rocas, representan los principales conductores de las aguas
subterráneas y determinan, de forma general, la permeabilidad de las rocas en el
límite de desarrollo de los mismos. Los sistemas de estas cavidades se caracterizan
por una alta trasmisividad, una relativa pequeña capacidad de almacenamiento y una
alta piezoconductividad o conductividad de nivel (medio poroso I).
Los bloques con cavidades de segundo grado se caracterizan por una pequeña
trasmisividad, una alta capacidad de almacenamiento y una relativa baja
piezoconductividad o conductividad de nivel. Estos bloques determinan la capacidad
de almacenamiento predominante de las rocas agrietadas o carsificadas (medio
poroso II).
Además de lo antes expuesto, para las condiciones analizadas, es característica la
presencia de distintas fronteras de permeabilidad y de heterogeneidad, generalmente
representadas, tanto por una cierta regularidad, como por una presencia caótica de
las mismas, lo cual es una propiedad prácticamente única de los horizontes acuíferos
de alto agrietamiento y desarrollo de Carso. Todo lo antes expuesto, hace muy difícil
el procesamiento de los datos obtenidos en trabajos experimentales de filtración
(bombeos ), y paralelo a esto, la determinación de los parámetros hidrogeológicos y
en condiciones de bruscos cambios de agrietamiento y cavernosidad, cuando durante
los bombeos ocurre una desviación considerable del flujo radial, debido a la existencia
162
�de grandes grietas y canales cársticos que representan drenes del agua subterránea,
la determinación de los parámetros de filtración prácticamente es imposible.
En los casos que no se presente desviación del flujo radial, como lo han demostrado
Baenbaltt y Zheltóv, en las rocas con doble porosidad las leyes de filtración presentan
propiedades similares a las rocas (sedimentos) granulares, y las ecuaciones de TheisJacob se presentan con cierto retraso ( τ ). Esta condición requiere un control especial
durante el análisis de los resultados de bombeos experimentales en los horizontes
acuíferos agrietado-cársticos.
En los casos de rocas agrietadas y cársticas, con régimen de flujo radial, para
determinación de los parámetros hidrogeológicos, es el método grafo-analítico de
Jacob, con la utilización de las partes asintóticas de las variaciones del nivel
representadas en el gráfico de dependencia del tiempo, que superan el tiempo de
retraso ( τ ). En tales casos, en dependencia de las condiciones presentes, pueden ser
utilizadas las tres variantes del método de Jacob o alguno de ellos (seguimiento en
tiempo, en área o combinado de las variaciones de los niveles).
Durante la interpretación de los gráficos de seguimiento de las variaciones del nivel,
es necesario considerar las características de las estructuras del medio agrietado o
cárstico y de la filtración del agua en este medio que conlleva a la desviación de la
forma de estos gráficos, en relación con los medios de filtración en rocas granulares.
Las principales características son las siguientes:
Las rocas agrietadas y carnificadas, en la mayoría de los casos, se caracterizan por
una “porosidad doble”, lo que conlleva a cambios de la porosidad activa en el proceso
de las pruebas. En relación con esto, los tramos asintóticos de las curvas
experimentales de la variación del nivel pueden ser aproximadas con las ecuaciones
de Theis-Jacob, y se forman, como ya se mencionó, con cierto tiempo de retraso en
comparación con estratos granulares. El tiempo de retraso en la aparición de los
gráficos de los tramos asintóticos varía en amplios márgenes, y es una magnitud
prácticamente no pronosticable.
En relación con lo antes expuesto, los gráficos S = f (log. t) durante bombeos en
estratos, con doble porosidad, presentan una deformación característica;
generalmente de ellos se desprenden tres tramos (I, II, III), como se muestra en la
Figura 6.14. El tercer tramo (III) está relacionado con la macro heterogeneidad del
horizonte acuífero o con la influencia de fronteras externas del estrato, lo que conlleva
a cambios en el gradiente del gráfico en dependencia del carácter de los factores
presentes.
La presencia en el gráfico, de los dos primeros tramos (I y II), puede estar
relacionada con una influencia variada de las grietas y poros (macro y micro grietas)
en el proceso de filtración del agua o por efecto de una doble porosidad. La
deformación de los primeros tramos del gráfico es característica no solo para los
pozos que se bombean, sino también, para los pozos de observación, lo que puede
estar relacionado con la resistencia a la filtración en las paredes de los pozos (skin –
efect). De tal forma, la existencia en el gráfico S = f (log t) de los primeros tramos (I
y II) testifica que el estrato investigado con la ausencia de otros factores de formación
(rebosamiento de otros estratos acuíferos, fronteras próximas, etc.) se caracteriza por
tener una doble porosidad.
El primer tramo (I) del gráfico típico (Figura 6.14) corresponde a una filtración
supuestamente estacionaria; teóricamente este tramo debe presentar un inicio con
gradiente brusco (Ia), que corresponde al período de filtración con entrega de agua
dependiente de las grietas grandes o canales cársticos. En este sector del gráfico
pueden ser determinados la trasmisividad y piezoconductividad de nivel del medio
poroso I; en la práctica este sector del gráfico se observa raramente. A menudo, el
163
�sector del gráfico (Ia) se presenta reflejado en un escalonamiento brusco del nivel en
los pozos de observación durante el inicio del bombeo. La duración del tramo I en el
gráfico puede prolongarse en tiempo, desde algunos minutos hasta cientos de horas.
El tramo II corresponde a una asíntota que responde a las condiciones de filtración de
un medio de filtración corriente. Por este tramo deben determinarse los parámetros
de los horizontes acuíferos en rocas agrietadas y cársticas que caracterizan las
propiedades medias (predominantes) de filtración y de almacenamiento de las rocas
acuíferas.
FIGURA 6.14. Formas características del gráfico S = f (log t) durante bombeos en
rocas agrietadas – cársicas.
Los mejores resultados en análisis de tramos de cálculos de gráficos los aporta el
método de seguimiento combinado de los niveles. Los gráficos por el método
combinado, en dependencia de la estructura del medio agrietado o agrietado-cárstico
y la relación de las propiedades de filtración y de almacenamiento de los distintos
tipos de vacíos o cavidades, pueden ser presentados de la forma siguiente:
a. Por un gráfico semilogarrítmico, que se forma generalmente sin retraso, cuando el
efecto de la doble porosidad está ausente o prácticamente no se refleja (Figura
6.15a).
b. Por un gráfico análogo al gráfico de Bolton con una asíntota común a los gráficos de
variación de niveles del pozo central y de observaciones (Figura 6.15b).
c. Por una familia de gráficos con tramos de asíntotas paralelas, formadas con
retrasos (Figura 6.15c).
El procesamiento de los resultados, en los dos primeros casos, se ejecuta de forma
similar a lo expuesto en el epígrafe 6.2.2 para acuíferos homogéneos o relativamente
homogéneos. En estos casos, los resultados de la determinación de los parámetros
por el método del seguimiento combinado del nivel y en área coinciden; en el último
caso, los cálculos por gráficos en área muestran un aumento en el resultado, que
puede ser en varias veces; tales gráficos son característicos para rocas intensamente
agrietadas o carsificadas. El coeficiente de conductividad de nivel o de
piezoconductividad, en este caso puede ser considerablemente aumentado o
disminuido, en dependencia del carácter del agrietamiento del estrato y lugar de
ubicación de los pozos de observación, en relación con el pozo central bombeado.
En las cercanías del pozo central se obtienen resultados reducidos de la
piezoconductividad o conductividad de nivel, y en los pozos de observación más
distantes los resultados son aumentados. De tal forma, en calidad de datos para los
cálculos deben tenerse los datos de pozos ubicados en distancias hasta el pozo central
en magnitudes 1,5 a 2 veces la magnitud del espesor del acuífero robs.= (1,5-2) H; las
164
�observaciones no deben ejecutarse en un número menor de tres pozos, y los datos
para los cálculos de los parámetros hidrogeológicos deberán ser tomados por los
pozos que aporten los valores menores.
El cálculo de los parámetros hidrogeológicos de horizontes acuíferos agrietados y
carsificados puede ejecutarse también por la metodología expuesta, considerando la
recuperación del nivel en los pozos de observación, a partir del momento de
suspensión del bombeo del pozo central por el método de recuperación de niveles; los
datos que se obtengan son más exactos y en estas condiciones se pueden considerar
ausentes los procesos de resistencia en los filtros o paredes de los pozos y zonas
próximas a los pozos, tanto del central como de observación, que se originan en el
proceso de bombeo.
Con la existencia de un régimen de flujo radial hacia el pozo central durante el
proceso de bombeo, con una ubicación de los pozos de observación en distintas
direcciones, en relación con el pozo central, a menudo sucede que, por los datos de
observación en los pozos durante el bombeo, o por recuperación de niveles en
distintas direcciones, existen distintas permeabilidades, o sea, existe anisotropía en
distintos ejes del espacio acuífero.
En estas condiciones, Rommon, mediante resoluciones de ecuaciones diferenciales, ha
demostrado que en un estrato con anisotropía en condiciones de régimen estacionario
o cuasi-estacionario, el ritmo de abatimiento del nivel no depende de la dirección de
las permeabilidades, y el mismo está determinado por los valores geométricos medios
del coeficiente de filtración, por lo que:
Km =
Kx * Ky
(6.79)
Donde:
Km; coeficiente de filtración geométrico medio, m/día
Kx, Ky; coeficientes de filtración en distintos ejes del acuífero anisotrópico,
m/día.
O:
Datos de nivel del pozo de observación más próximo; datos de observación del nivel
del pozo intermedio; datos del nivel del pozo de observación más distante.
6.15a
6.15b
6.15c
165
�FIGURA 6.15. Gráficos típicos de S = f (log
cársticas.
t
) de bombeos en rocas agrietado
r2
6.4 Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de bombeo en
pozos desarrollados
El “Desarrollo de Pozos” no es más que la aplicación de métodos para la obtención de
mayores caudales en los pozos perforados para la explotación de las aguas
subterráneas. En relación con el desarrollo de pozos analizaremos dos variantes:
La primera, por desarrollo de pozos en acuíferos friables mediante el bombeo de los
sedimentos que forman el acuífero, y segunda, por utilización de explosivos en
acuíferos formados por rocas cristalinas (duras).
El desarrollo de los pozos se ejecuta principalmente, con el objetivo de aumentar el
caudal de explotación de estos. En gran número de casos, el desarrollo de los pozos
se realiza posterior a la perforación y bombeo experimental de los mismos, cuando en
función de los parámetros hidrogeológicos, determinados por datos de los bombeos,
se determina el caudal de explotación y se comprueba que el caudal puede ser
aumentado mediante métodos de desarrollo. En ocasiones, con fines de disminuir los
costos y asumiendo, desde el inicio de la construcción de los pozos, que con desarrollo
de los mismos podrá aumentarse el caudal de explotación, entonces y para estos
casos, están establecidas las metodologías de desarrollo de pozos y cálculos de los
parámetros hidrogeológicos que a continuación examinaremos.
6.4.1 Determinación de parámetros hidrogeológicos por desarrollo de pozos
mediante bombeos en acuíferos formados por sedimentos friables
En los casos que seguidamente analizaremos se considera un método muy singular de
desarrollo de los pozos, aplicable cuando sobre el techo del acuífero donde se
ejecutará el bombeo exista un estrato de rocas compactas que formen una cubierta
estable del acuífero de bombeo, esta cubierta puede o no representar un
impermeable, pero la carga que ejerce sobre el acuífero inferior puede despreciarse.
La construcción de los pozos, en estos casos, considera que los mismos serán
perforados por los métodos tradicionales en profundidad hasta llegar al contacto
acuífero- cubierta compacta. Luego de lograrse esta profundidad, el desarrollo del
pozo se ejecutará mediante bombeo intensivo, con la consiguiente extracción de
sedimentos friables. Este bombeo presenta resultados de alta productividad en la
profundización de los pozos, si en el mismo se utilizan los denominados Air-lif
(bombeo de agua mediante la inyección de aire con presión al pozo, utilizando para
ello compresores de aire). Con la extracción de los sedimentos del acuífero, en el
mismo se desarrollará una caverna artificial que paulatinamente podrá irse
profundizando con el descenso del equipo de bombeo.
La caverna que se formará tendrá características específicas en su fondo, ya que el
mismo se caracterizará porque el ángulo que se forme, generalmente, representará el
ángulo de reposo de los sedimentos que forman el acuífero. La perforación de estos
pozos se realiza en acuíferos formados, principalmente, por arenas. Para estas
condiciones existen tres casos principales, según Altóvski.
1er. Caso. Cuando el espesor de los filtros utilizados es mucho menor que el espesor
del acuífero.
166
�El coeficiente de filtración de los sedimentos acuíferos podrá determinarse por el
esquema representado en la Figura 6.16 y calculado por la fórmula siguiente:
K=
senαQ
π hS
(6.80)
Donde:
α ; ángulo formado por el talud de la caverna sobre un plano horizontal
Q; caudal de bombeo, m3/día
h; profundidad de la caverna en los sedimentos friables, m
S; abatimiento con nivel estabilizado durante el bombeo, m.
FIGURA 6.16. Pozo desarrollado en sedimentos friables sin filtros o con longitud muy
pequeña de los filtros en relación con el espesor del acuífero.
2do. Caso. Cuando el espesor del acuífero perforado sin filtros es aproximadamente
igual a 0,75 H, donde H es el espesor del acuífero, en correspondencia con la Figura
6.17.
El coeficiente de filtración se determina por la fórmula:
Qsenα ln
K=
π hS
R
r
(6.81)
Donde:
R; radio de influencia del bombeo (se determina igual que en pozos normales), m
r; radios del techo de la caverna, m
Los demás parámetros idénticos que en el caso anterior.
167
�r
α
h
FIGURA 6.17 Pozo desarrollado en sedimentos friables sin filtros, con penetración en
el acuífero igual al 75 % de su espesor.
3er. Caso. Cuando en todo el espesor del acuífero de sedimentos friables se forma
una caverna con desarrollo de su fondo en el lecho del acuífero, en correspondencia
con el esquema de la Figura 6.18. El coeficiente de filtración de los sedimentos
friables se determina por la fórmula:
2R
r1 + r2
πMS
Qsenα ln
K=
(6.82)
Donde:
M; espesor del acuífero artesiano (H freático), m
r1; radio del techo de la caverna, m
r2; radio de la base de la caverna, m.
Los demás parámetros idénticos a los casos anteriores.
El radio de influencia del bombeo se considera 1,5 veces al que se origina con filtros
en el mismo tipo de sedimentos. La suma de r1 + r2 se puede igualar a dos veces el
espesor del acuífero cuando esta es de magnitudes pequeñas (1 a 3 m), cuando el
espesor es menor que 1 m, entonces la suma se considera igual al espesor del
acuífero.
r1
α
m
h
r2
FIGURA 6.18. Pozo desarrollado en sedimentos friables acuíferos con pequeños
espesores sin filtros.
168
�Según Bíndeman, en cualquiera de los tres casos analizados el coeficiente de filtración
puede determinarse también por la fórmula:
K=
⎛ M
⎞
R
Q⎜ ⎜ + ln 1,5 −1 ⎟
⎟
M
⎝
n
⎠
2πSM
(6.83)
Donde:
n=
Q
S
M
La fórmula 6.83 es efectiva cuando
R
〉 10
M
Para que en procesos de explotación de pozos desarrollados en sedimentos friables sin
filtros, las paredes de las cavernas formadas se mantengan estables, es necesario
cumplir la siguiente condicional:
⎛
Q ≤ πKr 2 ⎜⎜1 −
⎝
h ⎞
⎟
2tgϕ ⎟⎠
(6.84)
Donde: ϕ ; es el ángulo de fricción interna de los sedimentos friables del acuífero.
6.4.2 Determinación de parámetros hidrogeológicos por bombeo en pozos
desarrollados con uso de explosivos
En desarrollo de pozos, este método solo puede ser aplicado en rocas cristalizadas
duras, en las que la acción de la explosión puede provocar el agrietamiento y
trituración de las rocas. En casos de rocas, principalmente sedimentarias arcillosas, el
efecto del uso de explosivos en pozos es todo lo contrario a lo deseado, ya que debido
a las propiedades elásticas y de compactación de estas rocas y sedimentos, la acción
detonante en los pozos lo que produce es la compactación, eliminando las posibles
grietas existentes en las rocas y haciendo a la zona periférica de los pozos una
frontera prácticamente impermeable.
En acuíferos agrietados y agrietados cársticos, los pozos perforados en un mismo
acuífero presentan distintas permeabilidades en las rocas, pudiendo presentarse pozos
prácticamente sin agua, debido a la baja permeabilidad del punto de perforación; esto
se explica por el cambio de agrietamiento de las rocas y variación del mismo en el
espacio en perfil y planta, motivado por la presencia o ausencia, en algunos lugares o
tramos acuíferos, de dislocaciones disyuntivas, aislamiento de las grietas o cavidades
con material areno-arcilloso de las grietas, debido a la perforación con agua y lodo en
algunos casos.
Sobre lo mencionado con anterioridad, se ha demostrado en la práctica que en los
pozos que presentan poca acuosidad (o permeabilidad reducida) después de la
ejecución de explosiones con elementos explosivos (E.E.) o con la utilización de
torpedos, en las rocas aumenta la acuosidad (o permeabilidad) debido a la destrucción
y agrietamiento complementario que se forma en áreas aledañas a los pozos.
En esta ocasión analizaremos el caso de utilización de elementos explosivos (E. E.) ya
que para el torpedaje de pozos la metodología de cálculos y técnica de ejecución es
muy compleja y para la misma existe literatura especializada. Generalmente, las
explosiones con E. E. se ejecutan próximas al fondo de los pozos, alrededor de la cual
169
�se forman tres zonas de distribución de las rocas por resultados de la explosión,
relacionadas entre sí (Figura 6.19).
Uno de los cálculos que se ejecutan en estos casos es el de las zonas de destrucción
de las rocas, para ello se determinan la magnitud de las zonas de destrucción y
deformación de las rocas, utilizando fórmulas debidamente probadas en la práctica y
recomendadas por Baum y Shextier.
Cálculo del radio de agrietamiento:
Ra =
3
Q
q
(6.85)
Donde:
Ra; radio de agrietamiento, m
Q; masa de la carga explosiva, Kg
q; gasto específico de elemento explosivo por metro, Kg./m.
La fórmula (6.85) es aplicable cuando L ≤ 4 d
Donde: L; es el largo de la carga explosiva, m
d; el diámetro de la carga, m.
Cuando L = (4-30) d, el radio de agrietamiento se calcula por la fórmula:
Ra = 10 d
3
λ
γ
(6.86)
Donde:
λ =
L
d
γ , densidad de la roca, t / m3.
Cuando L 〉 30 d, el radio de agrietamiento se calcula por la fórmula:
Ra = 30 d
3
λ
γ
(6.87)
170
�FIGURA 6.19. Esquema de destrucción de las rocas por el empleo de E.E. en pozos.
R1: área de destrucción total con productos de la detonación; R2: área
de destrucción muy agrietada de la roca; R3: área de formación de
grietas radiales; R4: área de deformaciones elásticas de las rocas.
En todos los casos, antes de la utilización de E. E., debe ejecutarse el bombeo del
pozo y definir los parámetros hidrogeológicos por las fórmulas para casos de régimen
estacionario y no estacionario con pozos prefectos o imperfectos analizadas en los
epígrafes anteriores de este capítulo, según proceda, y los mismos cálculos
ejecutarlos posterior a la utilización de E. E., para establecer la efectividad de la
explosión.
Cuando se ejecutan explosiones potentes, por las que se forman grandes radios de
agrietamiento, en las fórmulas donde se utiliza R, (radio de influencia del bombeo), en
lugar de esa magnitud, para verificar la efectividad de la explosión, se sustituye en los
cálculos r por el radio de agrietamiento (Ra).
Los caudales de pozos poco productivos, después de ejecutada la explosión, se
pueden incrementar entre 1,5 a 16 veces con el mismo abatimiento estabilizado del
bombeo ejecutado antes de la explosión.
La efectividad de la explosión se determina mediante la definición del coeficiente de
efectividad (ef) por las relaciones siguientes:
ef =
Q2
Q1
ó
ef =
q2
q1
Q1, Q2: caudales de bombeos ejecutados antes y después de la explosión
respectivamente, l/s.
q1, q2: caudales específicos de bombeos ejecutados antes y después de la explosión
respectivamente, l/s.m.
Por los valores del coeficiente de efectividad pueden definirse cuatro casos:
1er. Caso: ef = 0, la explosión conllevó a la total pérdida del caudal en el pozo; esto
se explica por las condiciones litológicas de las rocas acuíferas, las cuales no son
171
�propicias para ejecutar en las mismas explosiones (son rocas con alto contenido de
partículas arcillosas, lentes y estratificaciones de arcillas).
2do. Caso: 1 〈ef 〉0 , la explosión presenta resultado negativo, puede ser por las
mismas causas que en el primer caso.
3er. Caso: ef = 1, la explosión no dio los resultados requeridos por distintos motivos
(una carga insuficiente de E.E., un mala limpieza del pozo antes del bombeo posterior
a la explosión, colmatación arcillosa de las grietas, etc.).
4to. Caso: ef 〉 1, la explosión presentó un efecto positivo, lo que testifica la buena
ejecución de la misma.
En el primer y segundo caso, las explosiones de repetición no proporcionan resultados
positivos, o dan muy pequeños resultados en aumentos de caudales; en el tercer
caso, a menudo, la repetición de explosiones conlleva a efectos positivos con el
consiguiente incremento de caudales en los pozos.
La efectividad de explosiones en pozos puede ser evaluada también por los gráficos:
S = f (log t), S = f (log r) y S = f (log
t
). Los gráficos se construyen en una misma
r2
escala semi-logarítmica para los bombeos ejecutados antes y después de la explosión.
Cuando los resultados de las explosiones son positivos, las curvas ploteadas, con los
datos del bombeo ejecutado después de la explosión en el gráfico, se reflejarán por
encima de las curvas ploteadas con datos del bombeo ejecutado antes de la explosión.
Los resultados de cálculos de parámetros, con los datos de bombeos efectuados
posterior a la explosión, donde los resultados de la misma fueron positivos, aportarán
valores de los parámetros de permeabilidad, superiores a los que se obtengan por
cálculos de estos parámetros con datos de bombeos ejecutados antes de la explosión.
6.5 Determinación de parámetros hidrogeológicos por bombeos de pozos
imperfectos de grandes diámetros
En la práctica hidrogeológica, a menudo se requiere de la ejecución de bombeos de
pozos que tienen poca profundidad y grandes diámetros (d 〉 1 m), tanto para dar
solución de abastos de pequeños caudales o para fines de proyectos en construcciones
mineras, hidrotécnicas, etc.
En los casos que a continuación analizaremos es requisito fundamental que los
bombeos se ejecuten con un régimen estacionario o cuasi estacionario de los niveles
durante los mismos, condición que nos permite realizar los cálculos con errores
inferiores al 10 % en los resultados.
1er.Caso: Pozos con secciones circulares, perforados en acuíferos artesianos o
freáticos con grandes espesores y se desconoce la magnitud de la misma y por el
grado de penetración del pozo en el acuífero (menos de 1 m), puede considerarse que
los pozos solo descubren el acuífero; en este caso, en los cálculos se toma en cuenta
la configuración del fondo de los pozos, semiesférico o plano, por metodología de F.
Forgheimer.
-
Fondo de los pozos semiesférico:
K=
-
0,16Q
Sr
(6.88)
Fondo de los pozos plano:
172
�K=
0,08Q
Sr
(6.89)
Donde:
K; coeficiente de filtración, m/día
Q; caudal de bombeo estabilizado, m3/día
S; abatimiento estabilizado de los niveles, m
r; radio del pozo, m.
FIGURA 6. 20. Esquema de pozos que solo descubren el acuífero. a) artesiano b)
freático
2do. Caso: Pozos perforados en acuíferos artesianos de espesores limitados sin que
el pozo penetre el acuífero. Por metodología de Bábushkin, cuando: 0,5 〈
r
〈 1,
M
entonces, el coeficiente de filtración de las rocas se puede determinar por la fórmula:
K=
r
r
R
0,16Q ⎛
⎜⎜1,57 arcs
1,185 log
2 2
Sr ⎝
M
4M
M M r
⎞
⎟ ⎟
⎠
(6.90)
Donde:
R; radio de influencia del bombeo, m.
Cuando:
r
〈 0,5, entonces:
M
K=
0,16Q ⎡
r ⎛
R
1,52 + ⎜1 + 1,185log
⎢
Sr ⎣
M⎝
4M
⎞⎤
⎟⎥
⎠⎦
(6.91)
173
�FIGURA 6.21. Esquema de pozos que solo descubren un acuífero artesiano limitado,
sin penetrarlo.
3er. Caso: Pozos con fondos planos en acuíferos freáticos limitados que penetran al
acuífero solo algunos metros, por metodología de Bábushkin:
Cuando:
r
〈 1
H
0,5 〈
⎛
⎞
0,16Q ⎜
r
R ⎟
+ 1,185log
K=
1,57 + 2arcs
2
2
Sr ⎜⎜
4H ⎟⎟
+
+
m
m
r
0
0
⎝
⎠
Cuando:
(6.92)
r
〈 0,5
H
K=
0,16Q ⎡
r ⎛
R ⎞⎤
1,57 +
⎜1 + 1,185log
⎟
⎢
Sr ⎣
m 0 ⎝
4 H ⎠⎥⎦
(6.93)
Donde:
m0: magnitud de insuficiencia de la penetración del pozo en el acuífero, m
FIGURA 6.22. Esquema de pozos en acuíferos freáticos limitados y que solo lo
penetran algunos metros.
4to. Caso: La configuración de la sección de los pozos puede influir en los caudales
de los mismos en determinadas condiciones hidrogeológicas, según propuesta de
174
�Forgheimer y Bábushkin, en caso de pozos con paredes cuadradas, se aplican las
fórmulas 6.88 y 6.89; aplicando en lugar de r el valor 0,55 b, donde b es la longitud
de los lados de la sección cuadrada del pozo.
5to. Caso: Pozos con paredes selladas en acuíferos artesianos; los cálculos del
coeficiente de filtración se ejecutan en correspondencia con los esquemas de cálculos
y fórmulas de los casos 1ro y 2do respectivamente.
En acuíferos freáticos, el cálculo del coeficiente de filtración se ejecuta según
Skabalanóvich por la fórmula siguiente:
K=
0,25Q
Sr
(6.94)
FIGURA 6.23. Pozos con paredes selladas.
6.6 Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de bombeos de
prueba (de corta duración)
6.6.1 Generalidades
En gran número de casos de estudios hidrogeológicos, tanto para cuestiones prácticas
como ambientales, es necesario establecer los parámetros hidrogeológicos de las
rocas acuíferas para distintos pronósticos. En la práctica estas determinaciones
resultan bastante costosas debido a que generalmente se ejecutan bombeos de larga
duración para obtener los datos necesarios para la ejecución de los cálculos de los
parámetros necesarios. En esta ocasión exponemos metodologías para la
determinación de parámetros hidrogeológicos mediante la ejecución de bombeos de
corta duración.
Según la metodología, los parámetros hidrogeológicos de un acuífero en zonas
aledañas a los pozos, pueden ser determinados con la ejecución de bombeos cortos,
dándose en los mismos uno o dos abatimientos, con una o dos horas estabilizados los
niveles de bombeo.
De igual forma, puede determinarse el caudal de bombeo de los pozos para un
régimen de explotación que no supere las 12-16 horas de bombeo diario, mayor
tiempo de explotación diaria no debe considerarse ya que la duración prevista de los
bombeos no permite un considerable desarrollo del cono de influencia, por lo que de
existir algún limite de permeabilidad o de alimentación a distancias no abarcadas por
la influencia del bombeo, los caudales de explotación para periodos mayores no
estarán garantizados o podrían ser mayores, ya que no se considerará en los cálculos
la influencia de estos límites.
175
�De tal forma, para las condiciones consideradas no se requiere determinar la
influencia de la explotación para periodos prolongados, principalmente debido a que
con la explotación intermitente con frecuencias diarias, el acuífero tendrá una auto
recuperación también diaria.
En la practica hidrogeológica, más del 70 % de los aforos de los pozos que se perforan
son con fines de abasto de agua, a distintos objetivos, en las distintas esferas de la
economía que requieren un abasto interrumpido con solo algunas horas de bombeo
diario, incluso para riego. Así como para distintas investigaciones que no tienen como
finalidad la explotación de las aguas subterráneas y sobre todo en estudios
ambientales o de mejoramiento de suelos mediante la proyección de sistemas de
riego y drenaje, para proyectos de obras hidrotécnicas, drenaje de yacimientos
minerales, etc.
Paralelo a estas perforaciones de pozos para la obtención de los datos necesarios para
cálculos de los parámetros hidrogeológicos y caudales de explotación y para otros
objetivos ya mencionados, en la mayoría de los casos se utilizan metodologías de
altas exigencias, en cuanto al detallamiento de la litología y duración prolongada del
bombeo, que generalmente sobrepasa las 12 horas de bombeo por abatimiento.
En la práctica, la explotación para objetivos individuales (industrias pequeñas, obras
agropecuarias y sociales, así como en el mayor porciento de los pozos de riego y en
acueductos de pequeñas comunidades), se ejecuta con bombeo de 8 a 12 horas
diarias, en algunos casos, con menos tiempo de bombeo. Por lo que con ello se
justifica la metodología y su aplicación en estos casos y sobre todo en ejecución de
estudios relacionados con temáticas ambientales, siempre y cuando los resultados que
se obtengan nos permitan evaluar los principales parámetros de los acuíferos y el
caudal de explotación de los pozos, en correspondencia con las condiciones
hidrogeológicas existentes.
Considerando esto último, a escala universal, donde se invierten grandes fondos
económicos en la utilización de petróleo, es razonable y práctico la utilización de
metodologías que permitan disminuir el consumo de petróleo en la ejecución de los
bombeos experimentales o de pruebas con fines investigativos.
Los bombeos, cubeteos (o cuchareos) y otras pruebas de pozos presentan dos
objetivos fundamentales que son: determinación de parámetros hidrogeológicos y
determinación del caudal de explotación de los pozos que se explotarán en períodos
de tiempo corto, diariamente.
-
Bombeos sin pozos de observación
La ejecución de estos bombeos deberá ser con no menos de dos horas con descensos
estabilizados. En acuíferos formados por sedimentos friables con fines de definición de
caudal de explotación, el menor descenso deberá ejecutarse con un abatimiento del
nivel de un 20 % de la potencia acuífera perforada, si se desconoce la misma con no
menos de 2-3 metros de abatimiento del nivel. Al culminar el primer descenso deberá
pararse el bombeo y tomarse la recuperación hasta no menos de una recuperación del
80 % del abatimiento dado.
El mayor descenso deberá ejecutarse con un abatimiento de un 40 % de la potencia
aproximadamente y si se desconoce la misma, entonces el abatimiento deberá ser de
unos 4-5 metros. Al culminar este descenso, igualmente deberá tomarse la
recuperación del nivel en las mismas magnitudes.
En rocas agrietadas y cavernosas los descensos de bombeo deberán comenzarse por
el mayor abatimiento.
-
Bombeos con 1 o 2 pozos de observación
176
�En estos casos los bombeos se ejecutan igualmente con dos abatimientos y la misma
duración en la estabilización y magnitud de la recuperación.
Para bombeos con pozos de observación, deberá preverse que las distancias de los
pozos de observación, hasta el central que se bombea, sean aproximadamente las
siguientes:
Pozo más cercano- distancia no mayor que la profundidad del pozo central.
Pozo más distante- Distancia no mayor que el triple de la profundidad del pozo central
y no menor que una y media vez, la distancia del pozo de observación más próximo al
central.
6.6.2 Determinación de parámetros hidrogeológicos
- Determinación o confirmación del espesor activado del acuífero
En muchos casos, las perforaciones se ejecutan por el método de pozo imperfecto por
penetración, es decir, no atraviesan la potencia total del acuífero y se desconoce la
magnitud de la misma, en otros casos, el bombeo se ejecuta con un abatimiento que
no alcanza el 20 % de la magnitud de la potencia acuífera, por lo que durante el
bombeo no se activa toda la potencia y es necesario para los cálculos utilizar
entonces, la magnitud de la potencia activada.
Para la determinación de la potencia acuífera o potencia activada durante el bombeo
en acuíferos freáticos nos basamos en el método de Dupuit, donde:
Q2 = Q1
(2H − S 2 )S 2
(2H − S1 )S1
(6.95)
Donde: Q2 , Q1- Caudales del mayor y menor descenso respectivamente.
S2, S1- Abatimientos del mayor y menor descenso.
Transformando la ecuación 6.95 tenemos:
Q2 S1 2H − S 2
=
Q1S 2 2H − S1
(6.96)
Teniendo de los bombeos los valores de Q1, Q2, S1, S2, utilizando la expresión (6.96),
por tanteo, dando valores a H hasta que se iguale ambas partes de la ecuación,
obtendremos la potencia del acuífero o la potencia activada, con la que se ejecutarán
los cálculos.
- Determinación del radio de influencia de bombeos
En los casos que analizamos la magnitud del radio de influencia es necesario, además
de ser parámetro fundamental para otros cálculos, estimar el área de influencia del
bombeo o explotación cíclica y poder establecer si dentro de esta área existe algún
punto contaminante, límite geológico, fuente de alimentación, etc., y poder tomar
medidas al respecto, si son necesarias.
Analizaremos dos casos de cálculos del radio de influencia:
1er Caso: Bombeos sin pozos de observación
Para los bombeos cortos pueden utilizarse los siguientes métodos:
Por descenso específico del bombeo:
177
�S 0 =
S
Q
(6.97)
S- Abatimiento de bombeo- m
Q- Caudal de aforo
S y Q se tomarán del mayor abatimiento o de cada abatimiento individualmente,
según convenga.
El radio de influencia R se determina en función del abatimiento específico de la tabla
siguiente:
Tabla 6.5. Valores de R = f( S)
S0, en metros
R, en metros.
≤ 0,5
≥ 300
0,5- 1,0
300-100
1,0-2,0
100-50
2,0-3,0
50-25
3,0-5,0
25-10
≥ 5,0
≤ 10
En las fórmulas de cálculos del coeficiente de filtración o del caudal de explotación,
que se aplican el radio de influencia, está bajo signo de logaritmo, por lo que el error
posible en la determinación de R por este método puede despreciarse.
-
Método hidrodinámico
R = 2S KH
(6.98)
La Trasmisividad T = KH y a la vez puede ser determinada en bombeos cortos en
acuíferos freáticos, por metodología de Yazvin y Bochevier, mediante la expresión:
T =
Aq
S
1 −
2H
(6.99)
A- parámetro empírico determinado experimentalmente en función del caudal
específico q, y que puede ser determinado por la Tabla 6.6. Donde, sustituyendo en la
fórmula 6.99, tenemos:
R = 2S
Aq
S
1 −
2H
(6.100)
Donde: q- caudal específico de bombeo l/seg. m.
q=
Q
S
(6.101)
Q: caudal de bombeo con abatimiento estabilizado S.
En aguas con presión:
178
�T= Aq
(6.102)
El radio de influencia lo obtenemos por sustitución en la fórmula 6.98, de donde:
(6.103)
R = 2 S Aq
Para aguas con presión, el coeficiente A varía desde 100 en rocas poco permeables y
hasta 150 en rocas muy permeables. En aguas sin presión, varía desde 80 en rocas
poco permeables, hasta 100 en rocas muy permeables.
Tabla 6.6. Determinación del parámetro A = f (q)
-
q
A
q
A
q
A
q
A
q
A
0,25
80
2,25-2,5
89
4,5-4,75
98
6,75-7,0
107
9,0-9,25
116
0,25-0,5
81
2,5-2,75
90
4,75-5,0
99
7,0-7,25
108
9,25-9,5
117
0,5-0,75
82
2,75-3,0
91
5,0-5,25
100
7,25-7,5
109
9,5-9,75
118
0,75-1,0
83
3,0-3,25
92
5,25-5,5
101
7,5-7,75
110
9,75-10,0
119
1,0-1,25
84
3,25-3,5
93
5,5-5,75
102
7,75-8,0
111
≥ 10
120
1,25-1,5
85
3,5-3,75
94
5,75-6,0
103
8,0-8,25
112
1,5-1,75
86
3,75-4,0
95
6,0-6,25
104
8,25-8,5
113
1,75-2,0
87
4,0-4,25
96
6,25-6,5
105
8,5-8,75
114
2,0-2,25
88
4,25-4,5
97
6,5-6,75
106
8,75-9,0
115
Por datos de recuperación del abatimiento
1. Acuíferos freáticos
log R =
0,5(H 2 − h0 )lg
H 2 − h
t0 + t
t + lg r
(6.104)
Donde: H- Potencia acuífera o columna de agua en el pozo antes de iniciarse el
bombeo.
h0- columna de agua en el pozo, en el instante de parar el bombeo
t0- tiempo desde el inicio del bombeo
h- columna de agua en el pozo en tiempo- t después de parado el bombeo
r- radio del pozo que se bombea
2. Acuíferos artesianos
log R =
t0 + t
t + log r
S0 − ∆h
0,5S0 log
(6.105)
Donde:
S0- Abatimiento en el pozo al parar el bombeo en tiempo t0 desde el inicio del
bombeo, m.
179
�∆ h- Ascenso del nivel en tiempo-t después de parado el bombeo, m.
r- radio del pozo, m.
- Por litología perforada
Según está establecido experimentalmente, en cada tipo de litología de los pozos que
se bombean existirá un gradiente determinado en la superficie del nivel del agua del
cono de influencia, en dependencia del abatimiento estabilizado, desarrollado en ese
punto.
Los gradientes que se producen durante el bombeo, en determinadas litologías en
acuíferos freáticos, están establecidos por diversos investigadores y corresponden a los
que a continuación se exponen (Sedenko- Skavalanóvich, 1980) en la Tabla 6.7.
Tabla 6.7 Gradiente del nivel de las aguas en función de la litología
Litología
Gradiente
mínimo Imin.
Gradiente
máximo
Gradiente
medio
Imax.
Im.
Gravas, cantos rodados y calizas
cavernosas
0,003
0,006
0,0045
Arenas y rocas fuertemente
agrietadas
0,006
0,02
0,013
Arenas arcillosas y rocas poco
agrietadas
0,02
0,05
0,035
Arenas muy arcillosas y rocas con
micro - grietas
0,05
0,1
0,075
0,1
0,15
0,125
0,15
0,2
0,175
Arcillas arenosas
Arcillas
Durante la ejecución de bombeos de corta duración, el radio del cono depresivo
provocado por él se desarrolla en magnitudes (distancias) muy pequeñas, lo que
permite considerarlo puntual, en relación con la extensión del acuífero, es decir, se
puede considerar que en el área de influencia del bombeo, el nivel natural (no alterado)
de las aguas subterráneas ocupa una posición próxima o coincidente con un plano
horizontal, de tal forma, el gradiente hidráulico en el cono depresivo durante el bombeo
representa la tangente del ángulo α que se forma entre la superficie del cono
depresivo de las aguas y la línea de posición del nivel natural (no alterado) de las
aguas subterráneas (Figura 6.24 ).
De donde: tag. α =
Cat.Op.
=I
Cat . Ady.
O sea: I =
S
R
(6.106)
O sea: R =
S
I
(6.107)
Donde: R- Radio de influencia- m.
S- Abatimiento estabilizado- m.
I-Gradiente hidráulico por sedimentos perforados, o hidroisohipsas
180
�FIGURA 6.24. Esquema de bombeo en pozo unitario.
El gradiente hidráulico de las aguas subterráneas puede obtenerse con más exactitud
por hidroisohipsas del nivel natural de las aguas subterráneas de la zona del pozo
bombeado.
- Bombeo con un pozo de observación
R=X+
S
I
(6.108)
Donde: X; distancia hasta el pozo de observación, m
S; abatimiento estabilizado en el pozo de observación, m
I; gradiente hidráulico por sedimentos perforados, o hidroisohipsas
FIGURA 6.25. Esquema de bombeo con un pozo de observación.
- Con dos pozos de observación
R = X1+
S1
I
(6.109)
Donde: X1- Distancia hasta el pozo de observación más próximo
S1- Abatimiento en el pozo de observación más próximo
I- Gradiente del cono depresivo entre los dos pozos de observación.
I=
C2 − C1
X2
(6.110)
181
�C2, C1 – Cotas del nivel del agua en el momento de parar el bombeo en los
pozos de observación más distante y más próximo respectivamente.
X2- Distancia entre los dos pozos de observación.
Figura 6.26. Esquema de bombeo con dos pozos de observación.
Los pozos de observación deben ser ubicados en línea, en posición coincidente con la
dirección del flujo subterráneo en relación con el pozo de bombeo.
-
Determinación de la trasmisividad
Está plenamente demostrado que la trasmisividad es una función directamente
proporcional a la permeabilidad (expresada por el coeficiente de filtración) y a la
potencia acuífera y la misma puede ser determinada por las expresiones
anteriormente analizadas para acuíferos freáticos y artesianos, cuando el abatimiento
de cálculo no supera el 20 % de la magnitud de la potencia, caso en que el
comportamiento de las condiciones hidrodinámicas en los acuíferos freáticos es
comparable con los acuíferos artesianos.
Cuando el abatimiento de bombeo supera el 20 % de la potencia en acuíferos
freáticos, según Dupui, se considera en los cálculos la potencia media de bombeo Hm
= H- 0,5 S, en tales casos, los cálculos pueden ejecutarse por la fórmula 6.99 y si
conocemos el coeficiente de filtración, podemos aplicar la fórmula siguiente:
T = K H = K (H – 0,5 S)
(6.111)
Donde: K- Coeficiente de filtración del acuífero, m/día
H- Potencia del acuífero freático, m
S- Abatimiento estabilizado durante el bombeo, m.
Otras fórmulas aplicables en la determinación de la trasmisividad de forma
aproximada, con posibilidad de error hasta de un 25 %, cuando no existen los datos
necesarios para la aplicación de fórmulas más exactas, son las siguientes:
Acuíferos en sedimentos friables: T = 125 (q - 0,1)
(6.112)
Acuíferos en rocas muy agrietadas: T = 134 (q - 0.19)
(6.113)
Acuíferos en rocas con desarrollo del carso: T = 122 q
(6.114)
Donde: q- caudal específico de bombeo, l/seg. m.
-
Determinación del coeficiente de filtración
182
�De acuerdo con la definición de este coeficiente, fácilmente lo podemos determinar
aplicando las fórmulas establecidas para la determinación de la trasmisividad por
despeje de K, conociendo que:
T = K* H
o
T = K (H- 0,5 S)
En los casos en que se desconoce el valor de H, podrá aplicarse fórmulas obtenidas a
partir de las fórmulas siguientes:
-
Acuíferos freáticos:
K=
-
Aq
S
(1 −
)(H − 0,5S)
2H
(6.115)
Acuíferos artesianos:
K=
Aq
M
(6.116)
Donde: M, espesor de acuíferos artesianos y los demás parámetros son los mismos
que en las fórmulas 6.99 y 6.102.
- Determinación de la conductividad o piezoconductividad de nivel
En estas determinaciones es recomendable considerar que, debido a la corta duración
de los bombeos en el acuífero, no se logra la obtención de un régimen estacionario, es
decir, aunque en el pozo que se bombea tengamos el nivel estabilizado, a partir de
determinada distancia del mismo, los niveles en el acuífero continuarán descendiendo,
por lo que puede lograrse un régimen cuasi estacionario. En este caso, dada las
características de los bombeos, podemos partir de la fórmula para determinar el radio
de influencia para régimen cuasi estacionario, donde el radio de influencia para
determinado tiempo de bombeo lo podemos definir por la fórmula 6.78 donde:
R = 1,5 at
Donde: a- Conductividad o piezoconductividad de nivel, m2/día.
t- Tiempo de bombeo desde el inicio hasta el instante en que se detiene el
mismo, día.
Si de la fórmula 6.78 despejamos a, obtendremos la expresión:
R
( )2
(0,666R) 2
1,5
=
a=
t
t
(6.117)
El radio de influencia R lo podemos determinar por las fórmulas establecidas para él.
Mayor precisión en la determinación del coeficiente de conductividad de nivel y
piezoconductividad la obtendremos por cálculos con datos de observaciones de la
recuperación del nivel, después de parado el bombeo, en un pozo de observación, por
la expresión siguiente:
a=
r 2t 0
t
4(t − t0 )t ln
t − t0
(6.118)
Donde: r- Distancia hasta el pozo de observación, m
t0- Tiempo total de bombeo, día.
183
�t- Tiempo, desde inicio del bombeo, hasta el instante en que se observa el inicio
del ascenso del nivel en el pozo de observación, después de detenido el bombeo, día.
- Determinación de la entrega de agua de las rocas
La determinación de este parámetro es sumamente importante para su aplicación en
muy diversos cálculos. Por su definición, el mismo puede ser definido a partir de las
fórmulas µ =
T
.1- por litología de las rocas acuíferas perforadas. Para estos cálculos
a
nos basamos en la fórmula para determinación del radio de influencia del bombeo
(6.78) donde R = 1,5 at y sustituyendo en esta expresión el parámetro a, por la
expresión a=
T
µ
y teniendo que: T = K * H , tendríamos que el radio de influencia lo
podemos expresar a través de la expresión:
R= 1,5
KHt
µ
y despejando tendríamos µ =
2,25KHt
y para acuíferos con presión
R2
KH = Aq y sabiendo que R= 2S Aq , tendríamos:
µ =
2,25 Aqt 0,5625t
=
S2
4 S 2 Aq
(6.119)
Para aguas sin presión tenemos KH=
2,25Aqt
Aq
de donde µ =
y sustituyendo
S
S 2
1−
(1 −
R
2H
2H
R por su representación en la expresión 6.100 tenemos:
µ=
2,25Aqt
0,525t
=
S
Aq
S2
(1 −
)4S 2
S
2H
1 −
2H
(6.120)
Por este método resulta la misma fórmula para determinar µ tanto para acuíferos
freáticos como para acuíferos artesianos.
-
Por datos de dos pozos de observación
Este resulta ser el método más exacto, pero en la mayoría de los casos, no puede
aplicarse debido a que, por el poco tiempo de bombeo no se logra la estabilización de
los niveles en los dos pozos de observación que es requisito para la aplicación de este
método.
2S1
Qt
r
r
µ = 0.824 2
( 1 ) S1 − S 2 log 2
r1
r1 (S1 − S 2 ) r2
(6.121)
Donde: Q- Gasto estabilizado de bombeo, m3/día
184
�t- Tiempo desde inicio del bombeo hasta el instante en que se estabiliza el
nivel en el pozo de observación más distante
r1, r2- Distancias desde el pozo de bombeo hasta los pozos de observación más
próximo y más distante respectivamente
S1, S2- Abatimientos estabilizados en los pozos de observación más próximo y
más distante respectivamente.
-
Determinación de la entrega de agua por analogía con capacidad de
entrega de agua de los pozos o filtros
Para este caso consideraremos que la entrega de agua del acuífero será inferior a la
entrega de agua de los filtros de los pozos y para los cuales están debidamente
argumentadas las fórmulas que se utilizan para definir el caudal de entrega de los
pozos, basado en la siguiente expresión de Altóvski:
Q = πDLµ 3V
(6.122)
Donde: Q- caudal del pozo, m3/día
D- diámetro del filtro, m
L- longitud del filtro, m
µ - entrega de agua de los filtros
V- velocidad de entrada del agua al pozo, m/día.
V = 65
3
K
Donde: K- coeficiente de filtración de las rocas.
Despejando µ de la fórmula 6.122 tendremos:
µ =
Q
612,63 K DL
(6.123)
Cuando los pozos se construyen sin filtros entonces L se tomará igual a la potencia
acuífera perforada.
En el tipo de bombeo que analizamos, en muchas ocasiones, por la corta duración de
los bombeos no se obtiene la estabilización de los niveles en el pozo y después de tres
a cuatro horas de bombeo los niveles continúan descendiendo en pequeñas
magnitudes pero de forma progresiva, para lo que se determina el nivel de
estabilización para los cálculos que posteriormente se ejecutarán. Es requisito también
que el bombeo se desarrolle con caudal constante.
-
Método grafo-analítico para la determinación del nivel de estabilización
del bombeo según metodología de Soliakóv-Thiem
El abatimiento de estabilización se determina por la expresión siguiente:
Ses = So + S1es
(6.124)
Donde:
S1es =
S1 * S 2 (t2 − t1 )
t2 S1 − t1S 2
(6.125)
S1es – descenso de cálculo a partir del abatimiento S0 seleccionado en curva de niveles
del bombeo en gráfico S = f(t).
1-Se construye gráfico S =f(t) como se muestra en la Figura 6.27.
185
�FIGURA 6.27. Gráfico para determinación del nivel estabilizado de bombeo.
2- Del gráfico confeccionado se selecciona un tramo de curva en descenso por el
cual se pueda trazar una línea recta, se considerará la recta con inicio en
abatimiento So para tiempo to a partir del inicio del bombeo.
3- Se calculan los descensos S1, S2, para periodos de tiempo t1, t2, a partir de So y
to.
S1 = S11 – So
S11
y
S2 = S12 - So
y S12 – Descensos ocurridos desde el inicio del bombeo en tiempo t11 y t12.
Teniendo calculado la magnitud de S1es por fórmula 6.125, se procede al cálculo del
abatimiento total de estabilización por la fórmula 6.124.
Otros métodos de cálculos
En gran número de investigaciones hidrogeológicas con fines de abasto de agua,
pequeños caudales de demandas, mejoramiento de suelos, estudios ambientales, etc.,
y sobre todo en rocas de baja y muy baja permeabilidad, se ejecutan pruebas en los
acuíferos de muy corta duración. Estas pruebas las podemos denominar bombeos
instantáneos y las mismas se pueden ejecutar bien por el bombeo propiamente o por
el denominado método de cubeteo (también conocido como cuchareo). Cuando se
ejecuta el bombeo como tal, lo que se busca es provocar un abatimiento en el acuífero
de forma instantánea, con algunos minutos solamente de bombeo y como datos para
los cálculos se tendrá la toma de la recuperación del nivel.
Los denominados cubeteos, no son más que la realización de la extracción de agua del
pozo con la cubeta de la perforadora, este cubeteo se realiza de forma intensiva, es
decir, sin detener el proceso de extracciones de cubetas llenas de agua del pozo,
hasta haber obtenido un abatimiento razonable que permita tomar la recuperación del
nivel para los cálculos de parámetros hidrogeológicos. Los cubeteos se realizan por
cortos períodos de tiempo, en algunos casos, estos pueden alcanzar los 60 a 90
minutos.
186
�Durante los bombeos propiamente, el tiempo es tan corto que el caudal se considera
constante. Durante los cubeteos se regula el tiempo del ciclo de extracción de la
cubeta para poder considerar que el caudal del cubeteo es constante. Con datos de
cubeteos se puede determinar, de forma aproximada, el caudal de entrega específica
del acuífero, para ello se puede utilizar la fórmula siguiente:
2
q = 18,1
D
log(
T
S0 + l
S0
d2
D2 )
(6.126)
Donde:
q; caudal específico, l/s. M
D; diámetro del pozo, m
T; duración del ciclo de extracción de la cubeta, s
d; diámetro de la cubeta, dm
l; largo de la cubeta, mm
S0; abatimiento medio del cubeteo, cuando no se estabiliza el nivel durante el
cubeteo se debe tomar como mínimo tres mediciones del nivel, en este caso:
S0 =
S1 + S 2 + S3
3
(6.127)
Teniendo el caudal de entrega específica del acuífero se puede determinar la
trasmisividad de las rocas acuíferas aplicando las fórmulas 6.112, 6.113 y 6.114,
según proceda, por el tipo de litología del acuífero.
Cálculos del coeficiente de filtración por datos de cubeteos y bombeos
instantáneos
Durante bombeos intensivos o cubeteos sin estabilización del nivel del agua, el cálculo
del coeficiente de filtración lo podemos determinar directamente por distintas
metodologías de cálculos:
1ra. por datos de la recuperación del nivel, según Erkin
K=
3,5r 2U
L + 2r
(6.128)
Donde:
K; coeficiente de filtración, m/día
r; radio del pozo, cm
L; profundidad del nivel antes de iniciado el bombeo o cubeteo, cm
U; coeficiente,
log
U=
Y0
Y
Y
+ log 1 + ........ + log n−1
Y1
Y2
Yn
t1 + t 2 + ......... + tn
(6.129)
Y0; abatimiento al finalizar el bombeo o cubeteo, cm
187
�Y1....Yn, abatimiento (en cm) en tiempo t1......tn (minutos) a partir del instante
en que se detuvo el bombeo o cubeteo (Figura 6.28).
Durante la recuperación del nivel se ejecutan varias mediciones de la posición del
mismo de la siguiente forma: cada un minuto durante los primeros 15 minutos,
posteriormente cada 5 minutos, hasta finalizar las mediciones del nivel en ascenso,
las cuales no deben suspenderse hasta que la recuperación alcanzada sea igual o
mayor del 80 % del abatimiento al finalizar el cubeteo o bombeo (Y0).
En la sumatoria logarítmica, la primera expresión logarítmica de Y se toma Y0 y Y1,
para el tiempo t1 a partir del inicio de la recuperación, para la segunda expresión
logarítmica Y0 = Y1 y Y1 = Y2, y esta última se toma para el tiempo t2 a partir de t1, y
así sucesivamente hasta la última expresión de cálculo.
Los cálculos pueden efectuarse por método grafo-analítico, donde U = tg α , para ello
se construye el gráfico Yt = f (log t) en el cual se obtendrá una curva, cuyo centro
representa una línea recta (Figura 6.29), con ángulo α en la intersección de la
continuación de la recta del gráfico obtenido con el eje de log t.
FIGURA 6.28. Esquema de recuperación de niveles a partir de suspensión de cubeteo
o bombeo.
188
�FIGURA 6.29. Gráfico de dependencia Yt = f (log t).
2da. Por columna de agua en el pozo durante el bombeo o cubeteo, según Bochevier.
K=
Q
⎛ h12 − h2
2 ⎞
⎟
⎟
2H ⎜ ⎜
−
ln
t
ln
t
1 ⎠
⎝ 2
(6.130)
Donde:
K; coeficiente de filtración, m
Q; caudal de bombeo o cubeteo, m3/día
h1 y h2; columnas de agua en el pozo (en m) en los tiempos t1 y t2 (en días)
respectivamente a partir del inicio del bombeo o cubeteo.
3ra. Por recuperación del nivel. En este caso debe considerarse también la forma de
entrada del agua al pozo, la cual puede ser por el fondo del pozo cuando el mismo se
encuentre encamisado. En este caso, el coeficiente de filtración puede ser
determinado por la fórmula:
K = 1,8
⎛S ⎞
r
log⎜⎜ 1 ⎟⎟
t
⎝ S 2 ⎠
(6.131)
Donde:
K; coeficiente de filtración, cm/s (* 864 en m/día)
r; radio del pozo, cm
t; período de tiempo (s) entre las mediciones del nivel S1 y S2 tomados en cm.
Cuando el pozo es imperfecto y al mismo se le ubican filtros en todo el intervalo del
espesor acuífero perforado y considerando que la entrada del agua al pozo es
solamente de forma lateral, el coeficiente de filtración puede ser calculado por la
fórmula siguiente:
K=
r 2 (S1 − S 2 )
(S1 + S 2 )t ld
(6.132)
Donde:
K; coeficiente de filtración, m / día,
r; radio del filtro, m,
189
�S1 y S2, ascensos del nivel a partir del inicio de la recuperación, m,
t; tiempo transcurrido entre los ascensos S1 y S2, m,
l; largo del filtro, m,
d: diámetro del filtro, m.
6.7 Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de vertimientos
en pozos y calicatas
El objetivo de este tipo de prueba es determinar los parámetros hidrogeológicos en
rocas de baja permeabilidad en los acuíferos o en la zona no saturada. En la práctica
hidrogeológica estos trabajos se ejecutan principalmente, en investigaciones para
fines de construcciones de obras hidrotécnicas, de mejoramiento de suelos, y en
general en investigaciones ingeniero-geológicas.
En la zona no saturada, en dependencia de la profundidad que se requiere investigar,
se utilizan pozos o calicatas. Dada la diferencia en las metodologías de cálculos y de
ejecución de las pruebas en sí, en esta ocasión analizaremos los métodos principales
de cálculos de amplia aplicación práctica.
6.7.1 Vertimientos en pozos
En esta variante de vertimientos analizaremos solo los casos más generales y de gran
aplicación en la práctica.
1. Vertimiento en zona de saturación
En este caso nos referimos a vertimientos que se ejecutan en zona acuífera.
Generalmente estos vertimientos se ejecutan cuando las rocas son poco o muy poco
permeables y por las características de los pozos perforados la ejecución de bombeos
o cubeteos no aportan los resultados efectivos. Por las condiciones hidrodinámicas se
pueden definir dos casos principales: 1er. Cuando el acuífero presenta un espesor
pequeño (1- 5 m); 2do. Cuando el acuífero tiene un espesor considerable.
1er. Caso: Acuíferos con espesor menor de 5 metros
La perforación de los pozos debe ejecutarse hasta el lecho impermeable del acuífero,
ubicándose los filtros en el pozo hasta 1 o 2 metros por encima del nivel del agua
dentro del pozo (Figura 6.30).
La prueba se ejecuta vertiendo el agua al pozo desde un envase con regla graduada,
manteniendo un nivel estabilizado en el pozo. El caudal (Q) de vertimiento se calcula
a partir del volumen de agua vertido y el tiempo de vertimiento (t), que puede ser
variado. El nivel estabilizado en el pozo se logra a través de una llave de regulación en
el sistema de vertimiento al pozo. La prueba debe prolongarse hasta que se logre un
caudal estable durante 2-4 horas. Esto se verifica durante la ejecución de la prueba
construyéndose el gráfico Q = f (t), hasta que del gráfico se establezca la
estabilización de Q.
El coeficiente de filtración se calcula por la fórmula:
0,733Q lg
K=
h2 − H 2
R
r0
(6.133)
Donde:
190
�K: coeficiente de filtración, m/día
Q: caudal estabilizado del vertimiento, m3/día
R: radio del cono de vertimiento (m) puede calcularse sobre la base del
descenso específico del nivel de la Tabla 6.5 o por pozos de observación
r0: radio del pozo, m
h: columna de agua con nivel estabilizado en el pozo, m
H: espesor acuífero, m.
FIGURA 6.30. Esquema de vertimiento en estrato freático de poco espesor. 1. Pozo;
2. Estrato acuífero; 3. Filtros.; 4. Envase de agua; 5. Regla graduada;
6. Manguera con llave reguladora.
2do. Caso: Acuífero con espesor considerable ( 〉 5 m)
En este caso, generalmente, los pozos se perforan sin alcanzar el lecho impermeable
del acuífero. Los filtros se ubican a partir del nivel del agua hasta el fondo del pozo.
Sobre el nivel del agua, al pozo se le instalan camisas sin ranuras (ciegas). El
vertimiento se ejecuta por la metodología explicada en el caso anterior, pero
manteniendo el nivel estabilizado del agua en el pozo varios metros por encima del
extremo superior de los filtros (Figura 6.31). El coeficiente de filtración se determina
considerando la carga hidrostática sobre el nivel del agua en el acuífero por la
fórmula:
K = 0,525 q log
0,66l0
r0
(6.134)
Donde:
K: coeficiente de filtración, m/día
q; absorción específica, m/día m
q=
Q
l0 H 0
(6.135)
191
�Q; caudal estabilizado de vertimiento
l0; largo del tramo en prueba (largo de filtro), m
H0; carga hidrostática sobre el nivel del agua natural (antes del vertimiento), m.
Para comprobar la efectividad de la prueba pueden ejecutarse vertimientos con dos o
tres niveles estabilizados y con la confección del gráfico Q0 = f (H0) verificar la
efectividad de la misma.
FIGURA
6.31.
Esquema de vertimiento
considerables.
en
estratos
acuíferos
de
espesores
2. Vertimiento en zona no saturada
El vertimiento en la zona no saturada se ejecuta cuando es de interés investigar un
espesor considerable ( 〉 5 m) o cuando en esta zona existen varios estratos para los
cuales los vertimientos en calicatas no presentan resultados efectivos, también
depende del objetivo de la investigación. Para estas condiciones analizaremos los
casos siguientes:
•
Pozo perforado en zona no saturada: para los casos donde se desconoce la
profundidad de yacencia del nivel de las aguas subterráneas, y cuando se
conoce su profundidad de yacencia.
1er. Caso: Cala perforada en zona no saturada con desconocimiento de la
profundidad de yacencia del nivel del agua subterránea (Figura 6.32). La metodología
de ejecución del vertimiento es similar a la expuesta en vertimiento en zona saturada.
El vertimiento debe ejecutarse con no menos de cuatro horas con el nivel en el pozo
estabilizado. El coeficiente de filtración se calcula por la fórmula:
K = 0,423
Q
2l
log 0
2
r0
l0
(6.136)
Donde:
K: coeficiente de filtración, m/día
Q: caudal estabilizado de vertimiento, m3/día
l0: columna de agua sobre el extremo inferior del filtro, m
r0: radio del pozo, m.
192
�FIGURA 6.32. Esquema de vertimiento en zona no saturada donde se desconoce la
profundidad de yacencia del nivel del agua subterránea.
2do. Caso: Pozo perforado en zona no saturada donde se conoce la profundidad de
yacencia del nivel de las aguas subterráneas (Figura 6. 33).
Para la metodología de cálculos que a continuación exponemos es requisito que el
extremo inferior de los filtros se encuentre a una altura sobre el nivel ≥ 3 veces el
largo del intervalo a prueba. El nivel del agua en el pozo durante la prueba se deberá
mantener estabilizado por encima del extremo superior de los filtros. El proceso de
vertimiento se ejecuta de forma idéntica a las anteriormente expuestas.
FIGURA 6.33 Esquema de vertimiento en zona no saturada en pozos donde se conoce
la profundidad de yacencia del nivel de las aguas subterráneas.
El coeficiente de filtración puede ser calculado por dos variantes. La variante a
ejecutar se define por el gráfico de la Figura 6.34.
193
�FIGURA 6.34. Gráfico que determina las fórmulas a emplear. Zona 1. Aplicable la
fórmula 6.137. Zona 2. Aplicable la fórmula 6.138.
Las fórmulas de cálculos en dependencia de la variante a ejecutar son las siguientes:
1ra. variante de cálculo:
K=
Q
C1rh
(6.137)
2da. variante de cálculo:
K=
2Q
r(C2 + 4)(T + h − l)
(6.138)
Donde:
K: coeficiente de filtración, m/día
Q: caudal estabilizado de vertimiento, m3/día
r: radio del pozo, m
h: columna de agua sobre el extremo inferior del filtro con nivel estabilizado en
el pozo, m
T: columna de agua desde el nivel estabilizado en el pozo hasta el nivel del
agua subterránea, m
l: longitud de filtros, m
l h
h r
C1: coeficiente C1 = f ( ; ) , se determina mediante el gráfico de la Figura 6.35.
l
r
C2: coeficiente C2 = f ( ) , se determina mediante el gráfico Figura 6.36.
El método antes expuesto fue elaborado por el Buró de Mejoramiento de los suelos de
los Estados Unidos de América, y por su alta efectividad, sobre todo en sedimentos
arcillosos, presenta una amplia utilización a escala internacional.
194
�FIGURA 6.35. Gráfico para determinar C1.
C2
1000
100
10
10
100
1000
l
r
FIGURA 6.36. Gráfico para determinar C2.
6.7.2 Vertimiento en calicatas
Se ejecuta para la determinación del coeficiente de filtración en la zona no saturada
hasta profundidades no mayores de 3 hasta 5 m. Este tipo de pruebas ofrece
resultados muy efectivos en sedimentos arenosos, areno-arcillosos, arcillas y rocas
poco agrietadas, siendo prácticamente inaplicables para la evaluación de la
permeabilidad en rocas muy agrietadas, en las cuales en la mayoría de los casos
aporta resultados irreales.
A continuación se exponen los métodos más usuales.
1. Método de Bóldiriev
195
�Este método es superior a los otros que se analizarán por su sencillez.
En el centro del fondo de la calicata, que se excava hasta la profundidad requerida, se
perfora un orificio preferentemente cuadrado con una profundidad de 15–20 cm;
mientras mayor sea el área del orificio, mayor será la veracidad de los datos que se
obtengan, por lo que su sección no deberá ser menor de 0,3 x 0,3 m. Las paredes y
fondo del orificio se aplanan sin que se compacten las mismas, para no romper la
estructura (densidad) de las rocas. Junto a una de las paredes del orificio se instala
una regla en la que se señala un nivel a una altura de 10 – 12 cm sobre el fondo del
orificio; en el cual se deposita una lámina de arena gruesa con espesor 1 – 2 cm
(Figura 6.37), con el objetivo de que no se erosione el fondo con la caída del agua que
se vierte al orificio.
La prueba se ejecuta manteniendo un nivel estabilizado del agua en el orificio en la
señal 10–12 cm, sobre el fondo del mismo, y se controla el caudal de vertimiento
hasta que se logre un régimen de filtración próximo al estacionario, lo cual se puede
determinar del gráfico Q = f (t), (Figura 6.38).
El coeficiente de filtración se determina por la fórmula de Darcy despejando K:
Q=KYF
(6.139)
Donde:
Q: caudal estabilizado de vertimiento, m3/día;
F: área de la sección del orificio, m2;
Y: gradiente de la carga.
Y=
H 0 + l H 0
=
+1
l
l
(6.140)
H0: altura del nivel del agua sobre el fondo del orificio (10 – 12 cm.);
l: profundidad de penetración del agua al finalizar la prueba, m.
Durante un período de tiempo relativamente largo con Q estabilizado (2 – 4 horas), se
puede considerar que la profundidad de penetración del agua, l, es varias veces
mayor que H0, de donde Y ≈ 1, por lo que despejando K de la fórmula 6.139
tenemos:
K=
Q
F
(6.140)
El caudal de vertimiento se mide manteniendo un nivel estabilizado en el embase de
agua 1 (Figura 6.37), vertiendo en el mismo agua con un recipiente de determinado
volumen, dicho volumen V, vertido cuidadosamente en un tiempo determinado t (5 –
V
, se considera el caudal estabilizado Qe, cuando el mismo
∆t
en el gráfico Q = f (t) se mantenga estable o con oscilaciones no mayores de ± 10 %.
40 min), de donde; Q =
196
�FIGURA 6.37. Esquema de instalación para vertimiento en calicatas por el método de
Bóldiriev. 1. Envase de agua; 2. Regla para el control del nivel del agua;
3. Manguera con llave para regular el caudal de vertimiento; 4. Pared
de la calicata; 5. Orificio en el fondo de la calicata; 6. Nivel del agua en
el orificio; 7. Regla con marca para mantener el nivel del agua
estabilizado.
FIGURA 6.38. Gráfico característico de Q = f ( t )
2. Método de Kamiénsky
Este método se diferencia del de Bóldiriev porque permite considerar la filtración
lateral por la influencia de las fuerzas capilares. Se diferencia del método anterior en
que, en lugar de excavar un orificio en el fondo de la calicata, sobre este se deposita
un anillo metálico de diámetro de 30 – 50 cm y altura de 20 – 25 cm. En el fondo del
orificio se deposita una lámina de arena o grava fina con espesor 1 – 2 cm y el área
circundante al anillo, dentro de la calicata, se rellena con material arcilloso. La prueba
se ejecuta manteniendo un nivel estabilizado del agua dentro del anillo metálico,
midiéndose el volumen que se vierte en el embase 1, de la Figura 6.39; la
prolongación de la prueba será hasta que el caudal de vertimiento se mantenga
estabilizado por un espacio de 2 – 4 horas, lo cual se controla con la construcción del
gráfico (Figura 6.38).
El coeficiente de filtración se calcula por la fórmula:
K = ψQe
(6.141)
Donde:
197
�K: coeficiente de filtración, m/día;
ψ : coeficiente de correlación de Guirínsky, se determina por la Tabla 6.8.
ψ = f [(H 0 + H c );d ] ;
Hc: ascenso capilar, m.
D: diámetro del anillo, cm.
Qe: volumen de agua que se vierte al envase regulador 1 (Figura 6.39), en
períodos de tiempo, t.
FIGURA 6.39. Esquema de instalaciones para vertimientos en calicatas por el método
de Kamienski. Envase de agua; 2. Regla para control del nivel del agua;
3. Manguera con llave reguladora; 4. Pared de la calicata; 5. Anillo
metálico; 6. Nivel estabilizado del agua dentro del anillo; 7. Material
arcilloso vertido alrededor del anillo (débilmente compactado).
Los valores del ascenso capilar Hc se toman de acuerdo con el tipo de rocas donde se
ejecuta la prueba y considerando que el tiempo de duración de las pruebas es corto,
sus valores pueden tomarse de la Tabla 6.9.
198
�Tabla 6.8. Valores del ascenso capilar Hc según Bíndeman (en pruebas de corta
duración)
Ascenso capilar Hc, m
Sedimentos
Arcilla poco arenosa
1,0
Arcilla arenosa
0,8
Arena muy arcillosa
0,6
Arena arcillosa
0,4
Arena fina poco arcillosa
0,3
Tabla 6.9. Coeficiente de corrección de Guirínsky
H0 + Hc
Diámetro del anillo, cm.
m.
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
1,00
1,08
1,00
0,94
0,88
0,84
0,80
0,76
0,72
0,89
0,66
0,63
0,95
1,12
1,05
0,99
0,93
0,88
0,84
0,79
0,76
0,72
0,69
0,68
0,90
1,18
1,11
1,04
0,98
0,93
0,88
0,84
0,80
0,76
0,73
0,70
0,85
1,25
1,17
1,10
1,04
0,98
0,93
0,88
0,84
0,80
0,77
0,73
0,80
1,33
1,24
1,17
1,10
1,04
0,99
0,94
0,89
0,85
0,81
0,77
0,75
1,41
1,32
1,24
1,17
1,10
1,05
1,00
0,95
0,90
0,86
0,82
0,70
1,51
1,41
1,33
1,25
1,18
1,12
1,06
1,00
0,96
0,91
0,87
0,65
1,62
1,52
1,42
1,34
1,26
1,19
1,21
1,15
1,10
1,05
0,93
0,60
1,75
1,64
1,54
1,44
1,36
1,28
1,31
1,25
1,18
1,13
1,00
0,55
1,90
1,78
1,66
1,58
1,46
1,38
1,43
1,35
1,28
1,22
1,07
0,50
2,08
1,93
1,80
1,70
1,60
1,51
1,45
1,35
1,28
1,22
1,16
0,45
2,28
2,12
1,98
1,87
1,75
1,64
1,55
1,47
1,40
1,33
1,27
0,40
2,53
2,36
2,20
2,00
1,92
1,81
1,71
1,62
1,54
1,46
1,38
0,35
2,84
2,60
2,45
2,29
2,14
2,02
1,90
1,80
1,70
1,61
1,53
0,30
3,22
2,99
2,78
2,59
2,42
2,27
2,13
2,01
1,91
1,81
1,72
0,25
3,74
3,44
3,19
2,97
2,77
2,96
2,45
2,21
2,17
2,05
1,94
0,20
4,42
4,07
3,78
3,50
3,24
3,03
2,84
2,67
2,52
2,38
2,26
0,15
5,38
4,94
4,56
4,24
3,94
3,67
3,41
3,18
2,99
2,91
2,65
0,10
6,03
6,30
5, 78
5,33
4,94
4,60
4,28
3,90
3,71
3,47
3,25
199
�3. Método de Guirínsky
Este método al igual que el de Kamiénsky considera la filtración lateral por la
influencia de las fuerzas capilares.
La prueba consiste en que en el fondo de la calicata se excava un orificio de diámetro
de 0,4 a 0, 6 m y profundidad de 10 a 12 cm. En el centro del orificio se instala un
anillo con diámetro 0,3 a 0,5 m, con altura de 0 a 0,5 m, debiendo penetrar su
extremo inferior en el fondo del orificio de 1 a 2 cm. En el fondo del anillo se deposita
una capa de grava fina o arena gruesa con espesor de 1 a 2 cm; el espacio entre el
anillo y la pared del orificio, hasta la altura del extremo superior del anillo, se rellena
con material arcilloso. El vertimiento del agua se ejecuta a través del denominado
envase de Mariott, el cual se instala sobre el anillo, después de verter agua en el
mismo hasta unos 10 – 12 cm sobre el fondo del anillo, el envase de Mariott se
deposita sin estar totalmente lleno de agua, se regulan los tubos de agua y aire en
relación con el nivel del agua en el anillo, debiéndose colocar el tubo de agua a unos
1,5 – 1 cm por debajo del nivel del agua y el tubo de aire con su extremo inferior,
rozando el nivel del agua, de forma que pueda penetrar el aire; se comprueba el
funcionamiento y se vierte agua a dicho envase, cerrando la tapa del mismo; posterior
a esto se vierte también agua en el cilindro hasta el nivel inicial de estabilización con
el que se ejecute la comprobación; inmediatamente se abre la llave del tubo de agua
y se comienza el experimento, tomando anotaciones del nivel del agua en el envase
de Mariott. Cada 10 minutos se calcula el caudal y se construye el gráfico Q = f (t);
durante el experimento, sistemáticamente, se vierte agua en el envase de Marrito
hasta el nivel inicial. El experimento debe prolongarse manteniendo el nivel
estabilizado en el anillo hasta que se logre un caudal, estabilizado durante un periodo
de unas 4 horas.
El tiempo que se invierte en el llenado del envase no se considera en el tiempo para el
cálculo del caudal. Para mantener el nivel estabilizado en el cilindro el vertimiento de
agua se regula por la llave de entrada del agua.
Terminado el experimento el coeficiente de filtración se calcula por la fórmula 6.141.
FIGURA 6.40. Esquema del envase de Mariott. Tubo de aire; 2. Junta de ajuste; 3.
Tapa con rosca; 4. Envase cilíndrico con regla graduada; 5. Tubo de
agua; 6. Llave reguladora; 7. Anilla para traslado del equipo.
200
�FIGURA 6. 41. Esquema de instalación para vertimiento en calicatas por el método de
Guirínsky. 1. Pared d la calicata; 2. Orificio en el fondo de la calicata;
3. Anillo; 4. Nivel del agua estabilizado; 5. Envase de Mariott; 6.
Relleno arcilloso.
4. Método de Nesteróv
Este método permite considerar la filtración lateral bajo la influencia de las fuerzas
capilares, pero no incluido en cálculos, sino directamente por la metodología de
ejecución del experimento. Esta prueba se ejecuta por la misma metodología que la
de Guirínsky, aunque se diferencia por la utilización de dos anillos, uno exterior y uno
interno, utilizándose también dos envases de Mariott. Las mediciones se ejecutan,
solamente, por el envase instalado en el anillo interior. El caudal de agua en el
espacio entre los dos anillos no se considera, pero sí es necesario mantener el nivel
del agua, en el espacio entre los anillos, a la misma altura que en el anillo interior, a
una altura del fondo del orificio de 10 – 12 cm. El cálculo del coeficiente de filtración
se ejecuta por la fórmula 6.140.
FIGURA 6.42. Esquema de instalación por vertimiento en calicatas por el método de
Nesteróv. Pared de la calicata; 2. Orificio en el centro de la calicata; 3.
Anillo exterior; 4. Anillo interior; 5. Nivel del agua dentro de los anillos;
6. Envases de Mariott; 7. Relleno arcilloso.
6.7.3 Cálculo del coeficiente
(inyección) en pozos
de
filtración
por
datos
de
compresión
Las pruebas de compresión en pozos tienen un amplio desarrollo en investigaciones
hidrogeológicas e ingeniero geológicas, sobre todo en investigaciones sobre bases de
201
�construcciones hidrotécnicas (hidroeléctricas, presas, etc.), principalmente en suelos
rocosos y semirrocosos agrietados.
Como principio, los resultados de compresiones experimentales pueden ser
interpretados como bombeos unitarios; sin embargo, la limitación en la longitud del
intervalo y el carácter agrietado de los colectores no permiten abarcar con el
experimento un volumen del macizo rocoso, suficientemente representativo que
permita definir una distribución regular del agrietamiento en las rocas, ni la
representación del número de grietas en la zona de influencia de la compresión. De tal
forma se rompen las condiciones principales expuestas en la fundamentación de la ley
de Darcy sobre la continuidad del medio.
Por ello, la compresión se utiliza para la comparación cualitativa de las características
de permeabilidad y grado de agrietamiento de los suelos rocosos y semirrocosos en
distintos tramos y profundidades. Como unidad de medida de la permeabilidad y
agrietamiento de las rocas durante la compresión, se toma como indicador empírico
condicional, la absorción específica, que se determina por la fórmula 6.134. El objetivo
de las inyecciones experimentales lo representa, precisamente, la determinación de la
absorción específica. Por la magnitud de la absorción específica se opina sobre el
grado de agrietamiento de las rocas y se toman las medidas necesarias para
contrarrestar las afectaciones que pueda provocar el agrietamiento detectado. El
grado de agrietamiento y permeabilidad de las rocas y de absorción específica se
relacionan entre sí; esa relación la podemos ver en la Tabla 6.10.
Tabla 6.10. Relación entre las características de las rocas y su absorción específica
Características de las rocas
Rocas prácticamente impermeables no agrietadas
Rocas muy poco permeables, muy poco agrietadas
q; l/min
〈 0,005
0,005 – 0,05
Rocas poco permeables, poco agrietadas
0,06 – 5,0
Rocas permeables agrietadas
5,0 – 15,0
Rocas fuertemente permeables, fuertemente agrietadas
Rocas muy fuertemente permeables, muy fuertemente
agrietadas
15,0 – 50,0
〉 50,0
Las inyecciones generalmente se ejecutan por intervalos con longitud de 1– 5 m.
Cuando las rocas presentan un agrietamiento débil las pruebas se ejecutan con
longitud hasta 10 m.
Los esquemas de ejecución de los experimentos son muy numerosos, sin embargo, en
la práctica los más utilizados son:
1. Prueba por el método –arriba hacia abajo-, con la correspondiente
profundización del pozo por intervalos de 10 m y la ejecución del aislamiento en
la base del intervalo probado; 2. Prueba por el método –abajo hacia arriba- en
pozos perforados en toda la profundidad programada con la correspondiente
cementación (con cemento o arcilla) de los tramos ya probados.
En el primer caso se regula el ritmo de perforación, pero el pozo queda listo para
ejecutar en los otros trabajos experimentales. En el segundo caso, los trabajos
experimentales y de perforación se ejecutan independientemente; como resultado del
relleno (aislamiento) del pozo con cemento este pierde su utilización para otros
experimentos.
202
�En la práctica el caso más utilizado es el de –arriba hacia abajo.
Para la ejecución de las pruebas de inyección, por lo general, se utilizan bombas de
lodo, sin embargo, pueden ser utilizados otros tipos de bombas de pistón o de
émbolos. Los requisitos indispensables para la selección de las bombas para las
pruebas de compresión son que permitan crear una presión no menor de 10 atm y
tener caudales hasta de algunos litros por segundo (0,1– 5).
Las pruebas de inyección pueden ejecutarse en dos variantes:
1ra. Cuando el intervalo a prueba se encuentra bajo el nivel del agua, en este caso:
H e = hm + h e + h0
(6.142)
Donde:
He; presión efectiva;
hm; presión en el manómetro instalado sobre la boca del pozo, m, col. agua.
he; profundidad del nivel del agua desde el punto en que se ejecuta la medición
(extremo superior de los tubos del encamisado del pozo, (Figura 6.43), m;
h0; altura de la base del manómetro sobre el punto en que se ejecuta la
medición (extremo superior de los tubos de encamisado del pozo), m;
2da. Cuando el intervalo a prueba se encuentra sobre el nivel del agua:
H e = hm + h i + h0
(6.143)
hi:: distancia desde el centro del intervalo a prueba hasta el extremo superior de los
tubos de encamisado del pozo, m.
FIGURA 6.43. Esquema de ejecución de las pruebas de inyecciones. 1. Anillo inferior
de apoyo del obturador; 2. Pared del pozo (o tubos de encamisado);
3. Llave para salida del aire del sistema; 4. Manómetro principal; 5.
Torniquete giratorio; 6. Válvula reguladora; 7. Manómetro de control;
8. Hidrómetro; 9. Línea de vertimiento con llave reguladora; 10.
Bomba de inyección; 11. Depósito de agua; 1. Tubería interior; 14.
Anillo de apoyo superior del obturador; 15. Anillo de goma; 16.
Embrague (acoplador); 17. Intervalo a prueba.
Las pruebas de inyección deben ejecutarse como mínimo con dos escalones de
presión; con los resultados de los pozos se construye el gráfico Qe = f (He).
203
�Los gráficos resultantes pueden estar representados por tres configuraciones del
mismo (Figura 6.35). En el primer caso: curva convexa que se aproxima al eje de Qe:
segundo caso: línea recta, tercer caso: curva cóncava que se aproxima al eje de las
presiones.
Los dos primeros casos responden a pruebas efectivas; el tercer caso indica una
incorrecta realización de la prueba.
Cuando se obtiene una línea recta, la absorción específica puede ser calculada por la
fórmula 6.134. Cuando se obtiene una curva convexa que se aproxima al eje de los
caudales, la misma se aproxima a una dependencia parabólica o logarítmica,
pudiéndose ejecutar esta aproximación por la fórmula:
Q e0 = n
m
(6.144)
H e
Donde:
Qe0 =
Qe
l0
Qe0: caudal reducido l/min;
m y n: coeficientes que se determinan por los resultados de las pruebas para
lo cual se transforma la expresión 6.144 en la forma siguiente:
ln Qe0 = ln n +
1
ln He
m
(6.145)
Para determinar el valor de la absorción específica se construye el gráfico ln Qe0 = f
(ln He), (Figura 6.45), con los valores de las pruebas efectuadas con dos presiones
distintas en el mismo intervalo; uniendo los puntos ploteados por una recta que corte
el eje de las ordenadas ln Qe0 , a partir del cero (0) hasta la intercepción de la recta
con este eje, obtenemos el ln n + ln q; aplicando antilogaritmo, obtenemos
directamente, el valor de la absorción específica q; teniendo esta magnitud, el
coeficiente de filtración del intervalo probado puede ser calculado por la fórmula
6.133.
Las pruebas de inyección deben ejecutarse con un caudal estabilizado o relativamente
estabilizado (Figura 6.46), el cual debe ser medido en distintos intervalos de tiempo (t
– min), en el hidrómetro 8 (Figura 6.43); la determinación de la estabilización del
caudal se efectúa mediante la construcción del gráfico Q = f (t).
FIGURA 6.44. Gráfico Q = f (He), posibles durante las pruebas de inyección: 1 y 2
puntos de experimentos en coordenadas He1; Qe1; y He2; Qe2
correspondientes al primer y segundo escalón de presión
respectivamente. Las líneas a, b demuestran una correcta ejecución
204
�de la prueba. La línea c demuestra que la prueba es deficiente y debe
repetirse.
FIGURA 6.45. Representación gráfica de la aproximación de los resultados del
experimento con dependencia exponencial.
FIGURA 6.46. Gráfico característico Q = f (t), en prueba con dos escalones de
presión.
Hasta este epígrafe hemos analizado distintos tipos de trabajos para la determinación
de la permeabilidad; los mismos, en relación con las características hidrogeológicas
del territorio de estudio, caracterizan un área determinada, la cual por toda una serie
de experimentos ha sido definida por el radio de afectividad a partir del punto
ocupado por el pozo, calicata, etc., donde se efectúa la prueba y cuyas magnitudes se
exponen en la siguiente tabla:
Tabla 6.11. Áreas (distancias) que caracterizan los distintos tipos de pruebas de
filtración
Tipos de pruebas
Experimento de laboratorio
Vertimiento o cubeteo
Radios de acción que caracterizan, m.
〈 1,0
1,0 – 10,0
205
�Compresión (inyección)
Bombeos unitarios
Bombeos de grupo y experimentales
Bombeos de explotación
1,0 - 10,0
10,0 – 300,0
300,0 – 1000,0
〉 1000,0
206
�Capítulo 7 EVALUACIÓN
SUBTERRÁNEAS
DE
RESERVAS
Y
RECURSOS
DE
LAS
AGUAS
7.1 Consideraciones generales
La investigación de las aguas subterráneas deberá ejecutarse de forma estrechamente
relacionada con la metodología de evaluación de las reservas. La evaluación de las
reservas, formalmente, representa un elemento de procesamiento de gabinete de los
materiales obtenidos durante la investigación; sin embargo, si el hidrogeólogo no
planifica con anterioridad a la ejecución de los trabajos de campo qué método
empleará en la ejecución de la evaluación de las reservas y prevé el esquema de
cálculos más conveniente para la evaluación de las mismas, puede ocurrir que los
volúmenes de trabajo de campo ejecutados sean insuficientes o al contrario, se
ejecuten volúmenes superiores a los necesarios.
Sobre la base de los datos existentes por trabajos anteriormente ejecutados, o por
levantamiento y prospección del territorio de investigación, conjuntamente con el
análisis de materiales de archivos y de literatura, por lo general, se pueden obtener
los datos necesarios para suponer la estructura geológica o condiciones
hidrogeológicas existentes, con lo cual se puede pronosticar el método de evaluación
de las reservas y el esquema de cálculos a desarrollar, el cual deberá confirmarse y
también podrá cambiar, radicalmente, con los datos que se obtengan por los trabajos
que se ejecuten, de acuerdo con el programa elaborado de investigación.
La evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas no es más que
la demostración de la posibilidad de explotación de un determinado caudal de estas
aguas durante un periodo de tiempo determinado (generalmente 20 – 30 años; para
facilidad de los cálculos 27,4 años = 104 días) y la garantía de la calidad requerida del
agua durante todo el período, considerado de explotación; resumiendo, es el
pronóstico del abatimiento de los niveles dinámicos de las aguas en los pozos o
grupos de pozos que se obtendrá al finalizar el período de explotación, en muchos
casos, en lugar del abatimiento ya que se estima este, lo que se determina es el
caudal que podrá explotarse durante el período de tiempo considerado, con la calidad
requerida de dichas aguas. Además, deberá ser evaluada la influencia de la extracción
de las aguas subterráneas sobre otros elementos del medio ambiente (escurrimientos
superficiales, vegetación, relieve del terreno, etc).
De tal forma, durante la evaluación de las reservas de explotación de las aguas
subterráneas deberán ser resueltas las siguientes tareas:
-
Determinación del caudal de las tomas de agua (pozos) con el abatimiento
calculado del nivel del agua para un régimen de explotación dado.
-
Selección del esquema más racional desde el punto de vista técnico-económico
de ubicación de los pozos de explotación.
-
Demostración, con la presencia de fuentes que puedan provocar cambios en la
calidad de las aguas, que en el proceso de explotación la calidad de las aguas
subterráneas responderá a las exigencias requeridas.
-
Determinación de los descensos del nivel del agua en las áreas de desarrollo de
los conos de influencia de la explotación.
-
Evaluación de los posibles cambios del escurrimiento superficial (ríos),
deformación de la superficie del terreno, avance de aguas no condicionales y
otras posibles consecuencias que pueden originarse por la explotación de las
aguas subterráneas.
207
�La evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas se ejecuta en
dos direcciones principales:
1. En yacimientos o tramos con fines de abasto a distintos objetivos, riego, etc.
2. Para la planificación de trabajos de búsqueda y prospección dentro de los
límites de grandes regiones hidrogeológicas, con fines de una utilización mixta y
protección de los recursos hídricos subterráneos.
En el primer caso, la evaluación de las reservas de explotación generalmente se
ejecuta en una sola etapa. En el segundo caso, la evaluación se ejecuta con carácter
regional, por lo que la misma se divide en dos etapas. En la primera etapa se ejecuta
la evaluación de los recursos potenciales para un sistema de tomas de agua,
suponiendo que abarque todo el territorio del acuífero que se evalúa (cuenca
artesiana, yacimiento, etc). En la segunda etapa, la evaluación se efectúa de acuerdo
con un esquema de ubicación de los pozos que responda a las necesidades de
usuarios concretos (existentes o en perspectiva).
7.2 Clasificación de las reservas y recursos de las aguas subterráneas
Las aguas subterráneas útiles para su utilización requieren que sean analizadas como
un mineral más. Sin embargo, a diferencia de otros minerales (sólidos, petróleo y
gas), las aguas subterráneas tienen una serie de particularidades específicas, las
cuales es necesario considerar, durante la evaluación de la perspectiva de su
utilización.
La principal particularidad que diferencia a las aguas subterráneas de otros minerales,
lo representa sus posibilidades de reposición; su movilidad y relación de esta agua
con el medio que la rodea; también podemos decir que tiene otra particularidad y es
que en las aguas subterráneas su explotación racional, en condiciones determinadas,
no depende tanto de la cantidad que llega a los estratos en condiciones naturales,
como de las propiedades de filtración de las rocas acuíferas, que son determinadas
por la resistencia que ocurre durante el movimiento de las mismas hacia las tomas de
agua.
Otra particularidad específica de las aguas subterráneas es la facilidad de cambio de
sus propiedades químicas y físicas, tanto en mejoría como en empeoramiento de sus
características, tanto por procesos físicos, como químicos de génesis muy variadas.
Las particularidades mencionadas que diferencian a las aguas subterráneas de otros
minerales, predeterminaron
la necesidad de definir algunos términos que las
caracterizan:
a) Cantidad de agua que se encuentra en los estratos acuíferos
b) Cantidad de agua que llega a los horizontes acuíferos en condiciones naturales
y relacionadas con la explotación
c) Cantidad de agua que puede ser extraída con tomas de agua técnico-económica
racionales.
Si durante la evaluación de la perspectiva de utilización de los minerales sólidos, del
petróleo y del gas es suficiente el término de reservas, para las aguas subterráneas,
este solo término no puede totalmente caracterizar la posibilidad de su utilización
racional. Para las aguas subterráneas, además de sus reservas, es necesario
considerar su alimentación.
Un paso importante en la definición del término de reservas de las aguas subterráneas
constituyeron los trabajos de científicos soviéticos, y particularmente Savariensky, el
cual propuso diferenciar - las reservas – de las aguas subterráneas de sus- recursos,
208
�para el control de la alimentación en condiciones naturales. Las aguas subterráneas –
escribió Savariénsky –no tienen reservas constantes, como otros minerales, ya que
ellas se reponen en el proceso del intercambio hídrico del Globo Terrestre. Por eso, es
más correcto hablar no de –reservas- de las aguas subterráneas, comprendiendo por
este término la garantía de entrada de las aguas subterráneas en el balance hídrico de
una región determinada, y dejando el término de reservas solamente para la
determinación de las cantidades de agua que se encuentran almacenadas en una
cuenca dada o estrato, independientemente de la entrada y caudal, sino en
dependencia de sus capacidades.
Durante la resolución de tareas hidrogeológicas científicas es necesario considerar
distintos tipos de reservas y recursos de las aguas subterráneas, por tanto, en el
transcurso de las investigaciones hidrogeológicas, por muchos investigadores, fueron
determinadas distintas clasificaciones de reservas y recursos de las aguas
subterráneas; casi todas las clasificaciones propuestas, en general, coinciden y la
diferencia entre ellas se relaciona solamente en algunos detalles y tienen un carácter
netamente terminológico.
En la Tabla 7.1 presentamos algunos ejemplos de clasificaciones establecidas por
distintos autores, en comparación con la clasificación que asumiremos como la más
correcta, establecida por un grupo de científicos y especialistas de los países del ex
CAME y aprobada en 1985 para su aplicación en los países miembros de esa
Institución y que consideramos en las condiciones actuales, presentan plena vigencia.
209
�Tabla 7.1. Clasificaciones de reservas y recursos de las aguas subterráneas
N. A. Plótnikov
F. P. Savariénsky
I. P. Bútov
B. I. Kudelín
E. F. Famm
K. I. Mákov
Reservas
Reservas pasivas
Reservas geológicas
Reservas de siglos
M. E-. Altóvsky
F. M. Bochevier
CAME
Reservas Estáticas
Reservas naturales
1-gravitacionales
Reservas artificiales
2- elásticas
Recursos
Reservas dinámicas
naturales
Recursos naturales
Recursos artificiales
Recursos atraíbles
210
�Reservas de explotación de las aguas subterráneas: es la cantidad (en m3/día o
m3/año) que puede ser extraída de los horizontes acuíferos de una forma racional,
desde el punto de vista técnico – económico, por tomas de agua, con un abatimiento
dado y manteniendo una calidad satisfactoria del agua durante todo el período de
explotación.
Las reservas de explotación de las aguas subterráneas están relacionadas con otros
tipos de reservas y recursos por la siguiente ecuación de balance:
Qe = α
1
QN + α
2
Qn + α
3
Qa + α
4
Qa + Qat
(7.1)
Donde:
Q; reservas de explotación;
α 1; α 2; α
3; α 4; coeficientes de utilización de las distintas reservas y recursos;
QN; recursos naturales; es la suma de todos los elementos que forman la
alimentación natural de un acuífero determinado (infiltración de las
precipitaciones atmosféricas, infiltración de aguas superficiales de ríos y
lagos, desbordamiento de horizontes acuíferos aledaños al de análisis).
Estos recursos pueden ser determinados por la magnitud del caudal del
flujo de las aguas subterráneas, o por la suma de los caudales de los
distintos elementos.
Q; reservas naturales; es el volumen de agua gravitacional que se encuentra
en los poros, grietas y cavidades cársticas de las rocas acuíferas en
condiciones naturales. En los horizontes freáticos (sin presión), de forma
independiente, se define el volumen de agua gravitacional en zonas de
oscilación de niveles, denominándose este volumen reserva reguladora. En
los horizontes acuíferos artesianos (con presión), el volumen que puede
ser extraído del acuífero con el descenso de las presiones debido a las
propiedades elásticas del agua y de las rocas se denomina reserva elástica.
QA; recursos artificiales; es el caudal de agua que entra al horizonte acuífero
como resultado de medidas con fines objetivos o por la ejecución de
construcciones hidrotécnicas y de mejoramiento, no previstas para la
reposición de las aguas subterráneas;
Qa; reservas artificiales; es el volumen de agua subterránea gravitacional que
se encuentra en el estrato acuífero, formado como consecuencia de la
acción de medidas ingenieriles ejecutadas con el fin de reposición artificial
de las aguas subterráneas;
Qat; recursos atraíbles; es el caudal de agua que entra al horizonte acuífero
durante el incremento de la alimentación de las aguas subterráneas,
provocado por la explotación, relacionado con la aparición o el incremento
de la infiltración de las aguas de ríos, lagos, desbordamiento de acuíferos
aledaños, etc.
Las reservas de explotación, por su significado económico, se dividen en dos grupos
sujetos a cálculos, confirmación y control independiente:
1. Reservas balanceadas: son las reservas cuya utilización es económicamente
racional, y las cuales deben satisfacer las exigencias de calidad en las aguas
para el objetivo requerido con un régimen de explotación determinado.
2. Reservas fuera de balance: son las reservas cuya utilización en la actualidad,
económicamente, no es racional (debido a la poca cantidad de las mismas, no
correspondencia con la calidad requerida, condiciones de explotación o
211
�necesidad de tecnología muy compleja,
consideradas para su utilización en el futuro.
etc.),
pero
que
pueden
ser
7.3 Categorías de las reservas de explotación de las aguas subterráneas y
métodos de evaluación
En dependencia del grado de investigación de los yacimientos de las aguas
subterráneas y de su calidad y condiciones de explotación, las reservas de explotación
de las aguas subterráneas se clasifican por categorías que corresponden con el grado
de detallamiento de las mismas.
En las categorías que se exponen a continuación se definen las reservas de
explotación de las aguas subterráneas investigadas a distinto nivel de detallamiento
(categorías A, B, C1), evaluadas de forma preliminar (C2) y recursos pronósticos (P).
Categoría A: con las mismas se relacionan las reservas que han sido investigadas en
un grado de detalle tal que garantiza la total definición de las condiciones de yacencia,
estructura y magnitudes de las presiones (o cargas) de los horizontes acuíferos, y
también las propiedades de filtración de las rocas acuíferas, se establecen las
condiciones de alimentación de los distintos horizontes, así como la posibilidad de
reposición de las reservas de explotación; también se define la relación con otros
horizontes acuíferos y con aguas superficiales. La calidad del agua se estudia en tal
grado que garantiza la posibilidad de su utilización en el objetivo requerido durante el
período de explotación. Las reservas de explotación se determinan por datos de
explotación, de bombeos experimentales y de observación del régimen de las aguas
por un período no menor de 10 años.
Categoría B: con las mismas se relacionan las reservas de explotación de las aguas
subterráneas investigadas en un detallamiento que garantice la definición de las
principales particularidades de las condiciones de yacencia y alimentación de los
horizontes acuíferos, y también establezca la relación de las aguas de otros horizontes
acuíferos y con las aguas superficiales. Debe determinarse también, de forma
aproximada, la cantidad de recursos acuíferos naturales que pueden ser utilizados en
la reposición de las reservas de explotación de las aguas subterráneas. La calidad del
agua subterránea se estudia en un grado de detalle tal, que permita definir su
utilización para el objetivo requerido.
Las reservas de explotación se determinan por datos de bombeos experimentales o
por cálculos de extrapolación y de observaciones de régimen por un período no menor
de cinco años.
Categoría C1: reservas investigadas con un detallamiento que garantice el
esclarecimiento de las características generales de la estructura geológica, condiciones
de yacencia y de desarrollo de los horizontes acuíferos.
La calidad del agua se estudia de forma tal que facilite la posibilidad de determinar su
utilización para los objetivos requeridos. Las reservas de explotación de las aguas
subterráneas se determinan por datos de bombeos de pruebas en pozos de búsqueda
aislados y también por analogía con tomas de aguas existentes.
Categoría C2: las reservas son determinadas sobre la base de datos geólogo
hidrogeológicos generales, confirmados por pruebas de los horizontes acuíferos o por
analogía con tramos investigados. La calidad de las aguas subterráneas se determina
por muestras tomadas en puntos aislados, o por analogía en tramos estudiados del
mismo horizonte acuífero.
Las reservas de explotación de las aguas subterráneas se determinan dentro de los
límites de estructuras perspectivas definidas y de complejos de rocas acuíferas.
212
�Categoría P: reservas pronóstico que consideran la posibilidad de encontrar nuevos
yacimientos de aguas subterráneas, la suposición de existencia y dimensiones, en las
cuales se basan las características hidrogeológicas generales y de complejos trabajos
regionales ejecutados con anterioridad. Durante la evaluación cuantitativa de las
reservas pronóstico de los yacimientos supuestos de aguas subterráneas, se utilizan
datos de la experiencia de explotación de esta agua en horizontes acuíferos análogos
en yacimientos investigados en la misma cuenca, macizo hidrogeológico o región.
Los recursos pronóstico de explotación, determinados en procesos de evaluación
regional, pueden ser divididos en dos tipos: recursos potenciales de explotación y
recursos perspectivos de explotación.
Los recursos potenciales de explotación son la cantidad de agua que puede ser
obtenida con la ubicación de tomas de agua en toda el área de desarrollo del
horizonte acuífero, y con distancia entre las tomas de agua que garanticen la
utilización total de las reservas y recursos naturales, artificiales y atraíbles con un
abatimiento del nivel dado y durante un período de explotación asumido. De tal
forma, los recursos potenciales de explotación garantizan la cantidad máxima de agua
que puede ser extraída del horizonte acuífero. Los recursos perspectivos de
explotación, a diferencia de los potenciales, corresponden a un esquema determinado
de ubicación de las tomas de agua y de sus caudales.
Los recursos perspectivos de explotación son evaluados considerando las necesidades
de usuarios concretos, en la mayoría de los casos son menores que los potenciales, en
dependencia del sistema de ubicación de las tomas de agua y de las condiciones
hidrogeológicas. Los recursos perspectivos de explotación pueden representar desde
un 10 % hasta un 100 % de los potenciales.
La evaluación final de las reservas de explotación (por categorías industriales A, B, C)
se ejecuta para condiciones hidrogeológicas concretas y para un proyecto de tomas de
agua concreto.
En el caso en que las tomas de agua proyectadas van a trabajar con un régimen
constante, la evaluación de las reservas de explotación tendrá como objetivo
demostrar que la magnitud del abatimiento de cálculo en el punto de mayor carga
hidrodinámica (generalmente en el pozo central) de la toma de agua no supera la
magnitud admisible durante todo el transcurso del tiempo de cálculo de explotación,
es decir:
Q = Qd = const
Sc
≤
Sad
t ≤ tc
Donde:
Q; caudal total de las tomas de agua; m3/día;
Qd; cantidad demandada de aguas subterráneas; m3/día;
Sc; abatimiento de cálculo, m;
Sad; abatimiento admisible, m;
t; período asumido de explotación, días;
tc;período de cálculo de explotación.
Si las tomas de agua proyectadas van a trabajar con un régimen de abatimiento dado,
la evaluación de las reservas de explotación tendrá como objetivo demostrar que el
caudal mínimo calculado será mayor que la demanda de agua subterránea durante
todo el período de cálculo de explotación con abatimiento S ≤
Sad = const.
213
�Qc ≥ Qd
t
≤
tc
Donde:
Qc; caudal de cálculo, m3/día.
La magnitud del abatimiento admisible, generalmente se determina por cálculos
especiales, en función de las condiciones existentes como proximidad de la línea de
costa, aguas no condicionales con límites en planta próximos, etc. En general, durante
la fundamentación de Sad deben ser considerados los aspectos técnicos y económicos,
y también los aspectos relacionados con la protección del medio ambiente. Para
evaluaciones preliminares en horizontes acuíferos freáticos (sin presión):
Sad ≤ (0,5 – 0,5) H
Para horizontes acuíferos artesianos (con presión);
Sad ≤ ∆h + (0, 2 – 0,3) M
Donde:
H; espesor medio de horizontes acuíferos freáticos, m;
∆ h; magnitud de la carga sobre el techo de un acuífero artesiano, m;
M; espesor de acuíferos artesianos, m.
El período de cálculo para el cual se evalúan las reservas de explotación se determina
por el período de trabajo de las tomas de agua.
Si el período de explotación, con anterioridad, no se solicita, entonces en calidad de
período de explotación se selecciona un intervalo de tiempo mayor al período de
amortización, que es de unos 15 – 20 años. Generalmente, en el período de cálculos
se toma tc = 27,4 años, para facilidad de los cálculos se considera tc = 104 días.
En la actualidad, para la evaluación y categorización de las reservas de explotación
(en dependencia de los datos de que se disponga y objetivo de la evaluación), se
utilizan tres métodos principales de cálculos: hidrodinámico, hidráulico y de balance.
Método hidrodinámico: es la evaluación de las reservas de explotación de las aguas
subterráneas, fundamentada en la utilización de modelos matemáticos descifrados por
ecuaciones diferenciales e integrales de la teoría de filtración de las aguas
subterráneas. Los cálculos por el método hidrodinámico pueden ser ejecutados sobre
la base de dependencias analíticas, que representan soluciones concretas como regla
de modelos esquematizados; también pueden ser ejecutados por modelajes análogos
o numéricos.
Método hidráulico: la evaluación de las reservas de explotación está fundamentada
en la utilización de dependencias empíricas, obtenidas por resultados de pruebas de
los horizontes acuíferos en condiciones de campo.
Método de balance: la evaluación de las reservas de explotación es fundamentada
con la utilización de ecuaciones de balance, que relacionan las reservas de explotación
(parte del caudal de balance) con todas las fuentes que forman estas reservas (parte
de entrada del balance).
Entre los métodos antes relacionados, de evaluación de las reservas de explotación,
no existe una frontera bien definida. La evaluación más exacta de las reservas de
explotación puede ser obtenida utilizando la combinación de los tres métodos.
214
�7.4 Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por
el método hidrodinámico
La evaluación de reservas de explotación de aguas subterráneas por el método
hidrodinámico no es más que el pase de las condiciones hidrogeológicas naturales a
un modelo matemático. Es natural que en un modelo matemático no se puedan
considerar todos los factores reales y elementos existentes en la naturaleza, ni el
carácter de la interrelación de los mismos. La confección de modelos matemáticos de
objetivos hidrogeológicos naturales representa ser una tarea sumamente compleja; su
solución requiere de una fundamentación para la selección de los factores principales
y poder definir aquellos que pueden ser despreciados. Es necesario recalcar que
durante la esquematización de las condiciones naturales tiene gran importancia la
relación inversa, es decir, la influencia del tipo y régimen de trabajo de las tomas de
agua que se programen, sobre los principios de esquematización y métodos de
confección de los modelos matemáticos. El paso de las condiciones hidrogeológicas a
su modelación matemática (esquemas de cálculo) puede ser ejecutado en dos etapas:
esquematización -confección del esquema de filtración y tipificación -selección del
esquema de cálculo.
Sobre los principios y métodos de esquematización y tipificación influyen los
siguientes factores:
•
Condiciones geológicas de los yacimientos de aguas subterráneas.
•
Situación de la teoría hidrodinámica, es decir, grado de elaboración de los
cálculos hidrogeológicos.
•
Demanda de agua subterránea, particularidades y carácter del trabajo de los
medios técnicos utilizados durante la búsqueda y explotación de los yacimientos
de aguas subterráneas.
La confección del esquema de filtración requiere de la solución de las siguientes
tareas:
1. Definición de los límites de la zona de filtración y determinación de las
condiciones hidrodinámicas en estos límites.
2. Evaluación del carácter del régimen de las aguas subterráneas.
3. Características de la estructura interna de la zona de filtración.
Durante la selección del esquema de cálculos se deben considerar los siguientes
aspectos:
1. Formas de la zona de filtración en planta y condiciones hidrodinámicas en los
límites.
2. Estructura de la zona de filtración en perfil.
3. Condiciones de alimentación y drenaje dentro de los límites de la zona de
filtración.
4. Tipo y particularidades de construcción de las tomas de aguas programadas.
Para ejecutar el método hidrodinámico es necesario ejecutar la simplificación o
esquematización de las condiciones naturales de los acuíferos y para ello se requiere
de la ejecución de la fragmentación y disminución de la magnitud del flujo, conversión
de los horizontes acuíferos heterogéneos y anisotrópicos en homogéneos y la
consideración de límites perfectos, llevando los límites imperfectos a perfectos.
215
�Fragmentación y disminución de la magnitud del flujo subterráneo
Los flujos subterráneos reales son tridimensionales, por ello la evaluación de las
reservas de explotación representa una tarea sumamente compleja, cuya solución en
la actualidad puede ser posible, solamente por la utilización de métodos de modelaje
analógico de computación y modelaje electrónico de computación, y no en todos los
casos. Por ello, durante los cálculos con utilización de dependencia analógica, es
natural la disminución de las dimensiones de flujos subterráneos.
El análisis de los flujos bidimensionales se justifica con que, prácticamente en todas
partes las dimensiones en áreas de los horizontes acuíferos predominan sobre sus
espesores. En el paso a flujo bidimensional (laminar) en calidad de parámetros de
cálculo que caracteriza la propiedad de las rocas de dejar pasar a través de ellas
agua, se considera la conducción del agua, la trasmisividad. Para flujos naturales
paralelo – laminares y radiales es posible disminuir las dimensiones del flujo hasta
unidimensional.
En la evaluación de las reservas de explotación, en condiciones hidrogeológicas
complejas, es racional diferenciar la zona de filtración en una serie de fragmentos,
cada uno de los cuales, puede analizarse hidrodinámicamente de forma aislada. Tales
fragmentos los pueden representar las bandas del flujo, con límites definidos por dos
líneas del mismo.
Las bandas del flujo se pueden construir con la utilización de dependencias analíticas
o en modelos simplificados. Conociendo la ubicación de las líneas de cargas iguales
(Hidroisohipsas), las bandas de flujo pueden ser construidas de forma gráfica.
Para los cálculos de filtración no estacionaria, en la confección de las bandas de flujo
puede ser utilizado el principio de – no formación- de la banda de flujo, de acuerdo
con el cual, la banda de flujo no varía en tiempo, como en condiciones de filtración
estacionaria. Los cálculos en bandas aisladas del flujo pueden ser ejecutados de forma
simplificada, convirtiendo este en flujo laminar unidimensional.
Conversión de los horizontes acuíferos heterogéneos y anisotrópicos en
homogéneos
Los horizontes acuíferos en la naturaleza, en mayor o menor grado, son
heterogéneos. Pero en la evaluación de las reservas de explotación por el método
hidrodinámico, como regla, los esquemas típicos de cálculos pueden ser utilizados solo
en horizontes homogéneos. Los estratos heterogéneos pueden ser sustituidos por
estratos equivalentes homogéneos en el plano hidrodinámico, mediante una selección
especial de los parámetros hidrogeológicos de cálculo. Los parámetros hidrogeológicos
del horizonte acuífero homogéneo, equivalente del estrato analizado heterogéneo se
denominan parámetros efectivos.
Los parámetros efectivos se determinan haciendo coincidir las resoluciones analíticas
para estratos heterogéneos con resoluciones aproximadas para horizontes acuíferos
homogéneos.
Para los horizontes acuíferos estratificados, compuestos por capas que tienen
parámetros hidrogeológicos aproximados (cuando la relación de la permeabilidad es
menor de 10:1), se utilizan los siguientes métodos de cálculo de los parámetros
efectivos:
Coeficiente de filtración efectivo:
216
�n
∑ Kimi
Ke =
1
n
∑ mi
(7.2)
1
Donde:
Ke; coeficiente efectivo de filtración, m/día
Ki; mi; coeficiente de filtración y espesor acuífero de los estratos, m
n; número de estratos.
Coeficiente de conductividad de nivel o piezoconductividad efectiva:
n
ae =
∑ Kimi
1
n
Kmi
∑ 1 a
i
(7.3)
Donde:
ae; piezoconductividad o conductividad de nivel efectiva, m2/día
ai; piezoconductividad o conductividad de nivel de los distintos estratos, m2/día.
Durante los cálculos en coeficientes freáticos (Figura 7.1b) se introduce la función de
Guirínsky.
n
ϕ = ∑ Kimi(h − Zi )
(7.4)
1
Donde:
h; espesor del flujo subterráneo sin presión en el punto analizado (espesor
acuífero total) m
Zi; distancia desde el centro de cada estrato hasta el lecho impermeable, m.
En un movimiento de las aguas subterráneas (Figura 7.1a), la conversión del espesor
estratificado a homogéneo se realiza por la búsqueda de un valor medio entre los
parámetros de todos los estratos.
217
�FIGURA 7.1. Horizonte acuífero estratificado: a) Artesiano (con presión); b) Freático
(sin presión).
Para horizontes acuíferos representados por una estratificación de estratos con alta y
baja permeabilidad (diferencia mayor de 3 veces), en condiciones de movimiento bajo
presión, la conversión a horizonte homogéneo se ejecuta mediante la suma de la
trasmisividad de todos los estratos, de donde la trasmisividad efectiva será:
Te =
n
Ti
∑n
(7.5)
1
El coeficiente de piezoconductividad efectiva será:
n
∑ Ti log a
i
log ae =
1
n
∑ Ti
(7.6)
1
Donde:
Ti; ai; trasmisividad y piezoconductividad de los distintos estratos, m 2/día.
En los horizontes acuíferos formados por dos estratos, en un período de explotación
relativamente corto de explotación, la trasmisividad efectiva pasa a ser igual a la
trasmisividad del estrato inferior, si este tiene buena permeabilidad, y la entrega de
218
�agua efectiva pasará a ser similar a la del estrato superior: Te = T; µ e = µ ; para un
tiempo t 〉
2,5 − 5µ s ms
; ms y Ks: parámetros del estrato superior.
Ks
La transformación de horizontes acuíferos heterogéneos en planta a homogéneos
podrá ser solamente en casos de ausencia de cualquier principio de variación de
tramos aislados de la heterogeneidad (estratos con homogeneidad caótica). La
relación de la trasmisividad de tramos aislados de la heterogeneidad, no mayor de
dos, en calidad de parámetros efectivos, puede ser considerada el valor medio
aritmético de los parámetros.
En horizontes acuíferos anisotrópicos el coeficiente de filtración efectivo será:
Ke =
(7.7)
Kx.Ky
Donde:
Kx y Ky; coeficientes de filtración de los ejes principales de la anisotropía en
planta, m/día.
La posibilidad de transformar espesores heterogéneos a homogéneos durante las
evaluaciones de las reservas de explotación no podrá ser aplicada sin que en cada
caso concreto sea comprobada, por ejemplo, simplificados.
Consideración de límites perfectos
La consideración de la influencia de límites perfectos se ejecuta con la utilización de
los métodos de imagen y suma de los flujos. De acuerdo con el método de las
imágenes, en lugar de horizontes acuíferos limitados se analizan horizontes ilimitados,
en los cuales, además de las tomas de agua de cálculos, trabajan tomas de agua
ficticias. La ubicación de las tomas de agua ficticias se determina como la imagen de
las tomas de cálculo referente al límite. Los caudales de las tomas de agua de imagen
se consideran igual al caudal de las tomas de aguas de cálculo (para límites
impermeables) de 2do grado) o el valor negativo de este caudal (para límites
perfectos de 1er grado).
Transformación de límites imperfectos a perfectos
Los cálculos de evaluación de las reservas de explotación cerca de límites imperfectos,
por ejemplo: próximo a un río con su cauce colmatado, se ejecuta con la
transformación de este límite a límite perfecto, mediante el traslado del límite
imperfecto a la distancia ∆ L, que es la magnitud que se determina por investigaciones
especiales del estrato que forma el lecho del río.
∆L =
KMA0 .cth.
2b
KMA0
(7.8)
Donde:
K y M; coeficiente de filtración y espesor del horizonte acuífero
2b; ancho del río
A0 =
m0
K 0
m0 y K0; espesor y coeficiente de filtración de los sedimentos colmatados del cauce
La magnitud ∆ L representa un componente de resistencia a la filtración.
La imperfección de las obras de toma y pozos experimentales pueden ser evaluadas
por el grado de perforación (penetración en el acuífero), utilizando el conocido
219
�parámetro ξ que puede determinarse de la Tabla 6.6; para la evaluación de las
reservas de explotación el radio de la obra de toma (de un pozo o de un -Gran pozoR0) estará influenciado por el grado de imperfección, y la magnitud del radio de
cálculo será:
ξ
1
r = R0 e 2
(7.9)
Donde:
e; base de logaritmo neperiano (e = 2,7183 )
Principio de gran pozo
Generalmente, las tomas de aguas subterráneas están formadas por una cantidad
relativamente grande de pozos que tienen influencia entre sí. El área ocupada por tal
tipo de tomas de agua, como regla, mucho menor que el área de los horizontes
acuíferos que se explotarán o se explotan. Esto permite analizar los pozos
interrelacionados como un grupo de pozos compacto (Figura 7.2), que puede ser
analizado como un gran pozo. El radio del gran pozo es una magnitud de cálculo y se
determina por el esquema de ubicación de los pozos que lo forman.
Para distintos esquemas de ubicación de los pozos dentro del gran pozo, el radio de
los mismos será:
- Batería de pozos lineal
R0 = 0,2 l
(7.10)
- Sistemas de pozos en área
R0 = 0,1 P
(7.11)
- Sistema de pozos en círculo
R0 = 0,565
F
(7.12)
Donde:
l; longitud de la batería de pozos
P; perímetro del área que ocupan los pozos
F; área del gran pozo circular.
Para una mayor efectividad de los grandes pozos, las dependencias del radio de los
mismos deberá ser menor de 0,2 veces la distancia hasta el límite más próximo de
alimentación.
R0 ≤ 0,2 L
(7.13)
Donde:
L; distancia hasta el límite de alimentación más próximo.
Si el límite es imperfecto: ejemplo un río con cauce colmatado, entonces:
R0 ≤ 0,2 (L + ∆ L)
(7.14)
Para acuíferos ilimitados la magnitud L se determinará por la expresión:
L = R = 1,5
at
Donde:
R; radio de influencia del gran pozo durante su explotación en tiempo t
a; piezoconductividad o conductividad de nivel para acuíferos artesianos o
freáticos, respectivamente
220
�t; periodo de cálculo considerado para la explotación de las aguas subterráneas.
I
a)
p)
b)
p
p
c)
d)
e)
FIGURA 7.2. Principales esquemas de ubicación de pozos en sistemas de grandes
pozos. a) Batería lineal; b), c), d), sistemas de pozos en áreas; e)
sistema de pozo circular.
La evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas en sistemas
de grandes pozos, la representa el cálculo de la magnitud del abatimiento en el pozo
de mayor carga hidrodinámica, generalmente ubicado en el centro del sistema de
pozos, aunque en este punto no exista ningún pozo. De acuerdo con el principio de
gran pozo, este es sustituido en los cálculos por un pozo equivalente en el plano
hidrodinámico.
El abatimiento de las aguas subterráneas en el pozo del centro del gran pozo estará
dado por la expresión:
S = Sa. e Sp
(7.15)
Donde:
Sa. e: abatimiento del nivel fuera de los contornos del gran pozo, es decir, el
abatimiento producido por el sistema de pozos influenciado entre sí;
Sp: abatimiento adicional en el pozo, que depende de la ubicación de los pozos
dentro del sistema, imperfección y cargas hidrodinámicas de los mismos.
Las reservas de explotación evaluadas por un grupo de grandes pozos con influencia
entre sí se evalúan igualmente por el principio de gran pozo. En este caso, el
abatimiento del nivel de las aguas subterráneas se calcula para el centro del sistema
formado por grandes pozos, que presenta la mayor carga hidrodinámica por la
expresión:
S = Sa. e + Sp + ∆ S
(7.16)
Donde:
221
�∆ S; abatimiento adicional, provocado por la influencia de los grandes pozos
vecinos.
En el cálculo de ∆ S la distancia entre las tomas de agua se considera como distancia
entre los centros de los grandes pozos.
Los pozos analizados anteriormente de evaluación de las reservas de explotación de
las aguas subterráneas se relacionan solamente con los métodos de cálculos
analíticos. En la actualidad tiene un amplio desarrollo la modelación análoga y
numérica, lo que aumenta la precisión de los cálculos. Esos métodos no los
presentamos y los mismos están desarrollados en la literatura especializada sobre
dinámica de las aguas subterráneas.
7.4.1 Evaluación de las reservas de explotación por distintos esquemas de
cálculos del método hidrodinámico
La evaluación de las reservas de explotación por el método hidrodinámico para un
pozo o gran pozo se debe desarrollar en correspondencia con las condiciones de
límites en planta de los acuíferos.
Los cálculos de evaluación para los casos generales, según propuestas de Bochevier,
Bíndeman y Yazvin (1969) así como Plótnikov y Konónov (1985), pueden ser
ejecutados por las fórmulas que a continuación se relacionarán y que se adaptan a los
casos más desarrollados en la naturaleza y expuestos en la siguiente figura:
2
1
a)
a)
FIGURA
7.3.
2
3
b)
b)
b)
2
1
c)
1
c)
1
2
3
d)
d)
d
Esquemas hidrodinámicos de acuíferos en planta. a) Estratos
semilimitados, b) Estratos cuadrantes, c) Estratos circulares, d)
Estratos en bandas (o lentas).
1- Límites abiertos (con carga constante, de alimentación)
2- Con límites cerrados (límites impermeables, de drenaje)
3- Con límites de tipo mixto
222
�1er. Caso. Acuíferos ilimitados
Son los acuíferos que presentan grandes dimensiones y sus límites están distanciados
de las tomas de aguas proyectadas a distancias tales que no influyen en el proceso de
explotación de las aguas subterráneas por ser estas muy superior a la magnitud del
radio de influencia pronosticado para el periodo de explotación.
1.1.
Acuíferos artesianos:
S=
Q
R
ln
2πKM R0
(7.17)
Donde: Se-abatimiento de explotación de cálculo, m
Q- caudal de explotación asumido, m3/día
K- coeficiente de filtración, m/día
M- Potencia acuífera del estrato artesiano, m
R- radio de influencia calculado para el periodo de explotación, m.
(R = 1,5
at ) a- piezoconductividad de nivel, m2/día
t- tiempo asumido para la explotación, días
R0- radio del pozo o del gran pozo, m.
1.2.
Acuíferos freáticos:
S=H-
2
H −
Q
R
ln
πK R0
(7.18)
Donde: H- potencia del acuífero freático, m.
2do Caso. Acuíferos semilimitados
Son los acuíferos que presentan un límite lineal que puede asumirse como límite en
línea recta, en el cual pueden estar presentes presiones constantes o caudales
constantes (de alimentación o drenaje) como se muestra en la Figura 7.3a.
2.1. Acuífero con un límite de alimentación permanente.
2.1.1. Acuífero artesiano.
S=
2L
Q
ln
2πKM R0
(7.19)
L- distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite de
alimentación, m.
2.1.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
Q 2L
ln
πK R0
(7.20)
2.2. Acuífero con un límite que puede ser considerado impermeable.
2.2.1. Acuífero artesiano
223
�S=
m
1,13at
Q
ln
R0 L
2πKM
(7.21)
L- distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite impermeable,
2.2.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
Q 1,13at
ln
πK
R0 L
(7.22)
3er. Caso. Acuífero limitado en lenta (o banda)
Son los acuíferos que presentan dos límites que, por su ubicación en planta, pueden
ser considerados paralelos (Figura 7.3.d).
3.1. Acuíferos en lenta (o banda) con dos límites de alimentación
3.1.1. Acuíferos artesianos:
S=
Q
ln
2πKM
0,64 L0 sin
πL1
L0
(7.23)
R0
L1- distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite de
alimentación más próximo, m.
L0- Ancho de la lenta (o banda) acuífera en trazado por el centro del pozo o
gran pozo.
3.1.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
Q
ln
πK
0,64 L0 sin
πL1
L0
R0
(7.24)
3.2. Acuífero con un límite de alimentación y uno impermeable
3.2.1. Acuífero artesiano:
S=
Q
ln
2πKM
1,27 L0 ctg.
R0
πL 2
2 L0
(7.25)
L2- distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite impermeable o
de drenaje, m.
3.2.2. Acuífero freático:
224
�S = H -
H2 −
Q
ln
π
K
1,27L0 ctg
πL 2
2L0
R0
(7.26)
3.3. Acuífero en lenta (o banda) con dos límites impermeables
3.3.1. Acuífero artesiano:
⎞
⎛
⎟
⎜
Q
7,1 at
0,16L0 ⎟
⎜
S =
ln
+
2ln
π L ⎟
4πKM
⎜ L0
R0 sin 1 ⎟
⎜
L2 ⎠
⎝
(7.27)
L1; L2- distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite
impermeable más cercano y más distante, respectivamente, m.
3.3.2. Acuífero freático:
S = H -
⎛
⎞
⎜
⎟
Q
⎜ 7,1 at
0,16 L0 ⎟
2
+
2ln
H −
ln
π L ⎟
π
K
⎜ L0
R0 sin 1 ⎟
⎜
L2 ⎠
⎝
(7.28)
4to. Caso Acuífero limitado en cuadrante
Son los acuíferos que se encuentran limitados por dos límites que se cortan entre sí
formando un ángulo próximo a 900 (Figura 7.3.b).
4.1. Acuífero cuadrante con dos límites de alimentación
4.1.1. Acuífero artesiano:
S =
Q
2 L1 L2
ln
2
π KM
R0 L12 +
L22
(7.29)
L1; L2- distancias en perpendicular desde el centro del pozo o gran pozo hasta el
límite más próximo y más distante, respectivamente, m.
4.1.2. Acuífero freático:
S = H -
H2 −
2L1 L2
Q
ln
π
K
R0 L12 +
L22
(7.30)
4.2. Acuífero cuadrante con un límite de alimentación y uno impermeable
4.2.1. Acuífero artesiano:
S =
2 L L2 +
L22
Q
ln 1 1
R0 L2
2π KM
(7.31)
L1; L2- distancias desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite de
alimentación y hasta el límite impermeable respectivamente, m.
225
�4.2.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
2 L L2 + L22
Q
ln 1 1
πK
R0 L2
(7.32)
4.3. Acuífero cuadrante con dos límites impermeables
4.3.1. Acuífero artesiano:
S=
Q
0, 795at
ln
π KM
R0 L1 L2 L12 + L22
(7.33)
4.3.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
Q
0, 795at
2 ln
πK
R0 L1 L2 L12 + L22
(7.34)
5to. Caso Acuífero limitado en forma de cuña
Son los acuíferos limitados por dos límites en planta que se cortan formando un
ángulo agudo ( 〈 900).
5.1. Acuíferos limitados en cuña con dos límites de alimentación
5.1.1 Acuífero artesiano:
S=
⎛ 0,111Lα 0
Q
πα ⎞
⎟
ln⎜⎜
sin
2πKM ⎝ πR0
α 0 ⎟⎠
(7.35)
L- distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el punto de intersección
de los dos límites, m.
α 0 - ángulo entre los dos límites
α - ángulo formado entre la línea recta que une el centro del pozo o del gran
pozo con el punto de intersección de los límites y el límite de alimentación más
próximo, m.
5.1.2. Acuífero freático
S=H-
H2 −
Q ⎛ 0,111sin Lα 0
πα ⎞
⎟
ln⎜⎜
sin
πK ⎝
πR0
α 0 ⎟⎠
(7.36)
5.2. Acuífero limitado en cuña con un límite de alimentación y otro límite
impermeable.
5.2.1. Acuífero artesiano:
S=
⎛ 0,022α 0 L
Q
1,57α ⎞
⎟
ln⎜ ⎜
ctg
2πKM ⎝
R0
α 0 ⎟⎠
(7.37)
α - ángulo entre línea recta con distancia L que une el punto de intersección de
los dos límites con el centro del pozo o gran pozo y el límite impermeable.
226
�5.2.2. Acuífero freático:
S = H -
H2 −
1,57α ⎞
Q
⎛ 0,022α 0 L
⎟
ctg
ln⎜ ⎜
π
K
⎝
α
0 ⎟⎠
R0
(7.38)
5.3. Acuífero limitado en cuña con dos límites impermeables
5.3.1. Acuífero artesiano:
⎞
⎛
⎜
4,73
R
0,16
L
⎟
Q
⎟
⎜
S =
+
2ln
π L1 ⎟
4πKM
⎜ L
R0 sin
⎟
⎜
L
⎠
⎝
(7.39)
5.3.2. Acuífero freático:
S = H -
⎛
⎞
⎜ 4,73
R
⎟
Q
0,16
L
⎜
⎟
+
2ln
H2 −
πL1 ⎟
π
K
⎜ L
R0 sin
⎜
⎟
L
⎠
⎝
(7.40)
R- radio de influencia calculado para el periodo de explotación, m
L- ancho del acuífero por el centro del pozo o gran pozo, m
L1- distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite impermeable
más próximo, m.
6to. Caso. Acuífero en forma de círculo
Son los acuíferos que se encuentran rodeados por un límite con tal configuración en
planta que puede asumirse en forma de círculo (Figura 7.3c).
6.1. Acuífero circular con un límite de alimentación y el pozo o gran pozo se encuentra
ubicado en el centro del acuífero.
6.1.1. Acuífero artesiano:
S =
Q
R
ln c
2πKM R0
(7.41)
R c – radio del acuífero circular, m.
6.1.2. Acuífero freático:
S = H -
H2 −
Q Rc
ln
π
K R0
(7.42)
6.2 Acuífero circular con un límite de alimentación y el pozo o gran pozo se
encuentran ubicados fuera del centro del acuífero.
6.2.1. Acuífero artesiano:
227
�S=
R 2 L2
Q
ln c
2π KM
2R0
(7.43)
L- distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el centro del acuífero,
m.
6.2.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
R 2 L2
Q
ln c
π K
2R0
(7.44)
6.3 Acuífero circular con un límite impermeable y pozo o gran pozo ubicado en el
centro del acuífero.
6.3.1. Acuífero artesiano:
Q
2πKM
S=
⎛ Rc 2at
⎞
⎜ ln + 2 − 0,75 ⎟
⎜ R
⎟
Rc
0
⎝
⎠
(7.45)
6.3.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
Q
πK
⎞
⎛ Rc
2at
⎟
⎜ ln
+
−
0
,
75
2
⎟
⎜ R
R
c
0
⎠
⎝
(7.46)
Todas las fórmulas expuestas para acuíferos semilimitados y limitados con esquemas,
considerando Grandes Pozos, son aplicables cuando la distancia de los pozos extremos
hasta los límites más próximos reúna las siguientes condicionales:
Sistema de pozos lineal: distancia mayor de- 2,5 R0
Sistema de pozos en área: distancia mayor de- 1,6 R0
Sistema de pozos en forma circular: mayor de- R0
Además, se debe considerar que la mayor garantía en la aplicación de las fórmulas
7.17 hasta la 7.40 se tendrá cuando el tiempo considerado de explotación cumpla con
el siguiente requisito:
t ≥ 2,5
b2
a
Donde: a- Piezoconductividad de nivel en acuíferos artesianos y conductividad de nivel
en acuíferos freáticos, m2/día.
Donde: b = 2 L para acuíferos semilimitados, m
b = 2 (L1 + L) para acuíferos limitados en bandas o lentas, m
b=
7mo
( 2L ) + ( 2L )
2
1
2
2
Caso. Acuíferos
trasmisividad
para acuíferos limitados en cuadrantes, m.
con
un
límite
en
planta
de
rocas
con
menor
Es el caso, cuando el pozo o gran pozo se encuentra ubicado con un límite de rocas
acuíferas que presentan una trasmisividad menor a las de rocas acuíferas, donde se
encuentra el pozo o gran pozo y a una distancia menor al radio de influencias
pronosticado para el final del período de explotación previsto.
228
�7.1. Acuífero con un límite de rocas de menor trasmisividad ubicado en lateral al pozo
o gran pozo y que por su configuración en planta puede considerarse un límite en
línea recta.
7.1.1. Acuífero artesiano:
S=
Q ⎛ 1,13a1t
2L 1 + α ⎞
⎜⎜ ln
⎟
+ α ln
+
4πTm ⎝
R0 L
R0
R0 ⎟⎠
(7.47)
Donde: Tm- trasmisividad media entre los dos acuíferos, m2/día.
T1 + T2
2
Tm =
y
α =
T2
T1
T1; a1- trasmisividad y piezoconductividad en áreas donde está ubicado el
pozo o gran pozo, m2/día.
T2- trasmisividad de las rocas acuíferas del otro lado del límite, m2/día.
7.1.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
2L 1 + α ⎞
Q ⎛ 1,13a1t
⎟
⎜⎜ ln
+ α ln
+
πK m ⎝
R0 L
R0
R0 ⎟⎠
(7.48)
Donde: H- potencia acuífera del acuífero donde esta ubicado el pozo o gran pozo, m.
Km=
K1 + K 2
K
y α = 2
2
K1
K1; K2- coeficientes de filtración de las rocas acuíferas donde están ubicados
el pozo o gran pozo y de las rocas que limitan con ellas
respectivamente, m.
7.2. Acuífero con un límite de rocas de menor trasmisividad ubicado bordeando a las
rocas donde está ubicado el pozo o gran pozo, que por su configuración en planta
puede considerarse como un límite en círculo.
7.2.1. Acuífero artesiano:
S=
Q
2π
⎛ 1 Rc 1 1,5 a2t ⎞
⎜ ln + ln
⎟
⎜ T1 T1 T2
⎟
R
c
⎝
⎠
(7.49)
Donde: Rc- radio del círculo formado por las rocas donde está ubicado el pozo o gran
pozo, m
7.2.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
1 1,5 a2t ⎞⎟
Q ⎛⎜ 1
+
ln
π ⎜⎝ K1 K 2
Rc ⎟⎠
(7.50)
Las fórmulas 7.49 y 7.50 son aplicables en régimen cuasi estacionario y para las
condiciones de: T2 a2 ≤ T1 a1
8vo Caso. Evaluación del caudal de explotación de pozos en acuíferos
ilimitados estratificados
229
�En la naturaleza, en gran número de casos los acuíferos están formados por varios
estratos que presentan distintas propiedades hidrodinámicas y de permeabilidad,
condiciones que deben ser consideradas en la evaluación de los caudales de
explotación de los pozos de forma independiente. En estos casos, es más
recomendable, y así está considerado en las fórmulas, la explotación (ubicación de los
filtros) en el estrato acuífero inferior.
8.1 Acuífero formado por dos estratos con distintas propiedades
8.1.1. Acuífero artesiano:
S=
1,5 a0t
Q
ln
2πKM
R0
(7.51)
Donde: a0- piezoconductividad equivalente, m2/día.
a0 =
KM
µ0
K; M- coeficiente de filtración y potencia del estrato acuífero inferior en el perfil
µ 0 - entrega de agua de las rocas que forman el acuífero superior en perfil.
8.1.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
Q 1,5 a0t
ln
R0
πK
(7.52)
H- potencia acuífera del acuífero inferior, m.
Las fórmulas 7.51 y 7.52 son aplicables cuando el tiempo de explotación considerado
cumple con el siguiente requisito:
t ≥ ( 2,5 – 5 )
µ0h
K0
h; K0– potencia media y coeficiente de filtración del estrato superior del perfil.
8.2. Acuífero formado por tres estratos con distintas propiedades.
8.2.1. Acuífero superior con nivel freático o piezométrico invariable en tiempo.
8.2.1.1. Acuífero artesiano:
S=
⎛
⎝
W ⎜U ,
Q
⎛ R ⎞
W ⎜U , 0 ⎟
4πKM ⎝ B ⎠
(7.53)
R0 ⎞
⎟ - función de Hantush (Anexo 4).
B ⎠
2
R
U= 0
4at
y
B=
KMM 1
K1
O por la expresión:
230
�S=
Donde: K0 (
R
Q
K0 ( 0 )
B
4πKM
(7.54)
R0
) representa la función Bessel (Anexo 5).
B
a; K; M- piezoconductividad de nivel, coeficiente de filtración y potencia del
estrato inferior en perfil.
M1; K1- potencia y coeficiente de filtración del estrato intermedio del perfil.
8.2.1.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
Q
⎛ R ⎞
W ⎜U , 0 ⎟
2πK ⎝ B ⎠
(7.55)
H – potencia del acuífero inferior en perfil, m.
8.2.2. Acuífero superior con nivel piezométrico o freático variable en tiempo.
8.2.2.1 Acuífero artesiano:
S=
1,12B
Q
ln
2πKM
R0
(7.56)
8.2.2.2. Acuífero freático:
S=H-
H2 −
Q 1,12B
ln
R0
πK
(7.57)
Las fórmulas 7.56 y 7.57 son aplicables cuando:
µ0
≥ 30
µ1
µ ; µ o - Entrega de agua en el acuífero inferior y superior, respectivamente.
En la práctica, durante la explotación de las aguas subterráneas por grandes pozos
(sistemas de pozos), a largo plazo se presenta la interacción entre pozos (influencia
del bombeo) con lo que se provoca la disminución de los caudales de los pozos que se
explotan. Esto se debe a que el cono de influencia de cada pozo en tiempo se
desarrolla. El radio de este cono de influencia de cada pozo del sistema puede ser
determinado por fórmulas ya analizadas R = 1,5 at .
Pero debe considerarse que el radio de influencia calculado por la fórmula antes
expuesta u otras no prevé la recuperación del acuífero durante la explotación. De tal
forma, debe estar bien establecido el período en que ocurre o puede ocurrir la
alimentación del acuífero en explotación que, generalmente, es debido a la infiltración
de las precipitaciones atmosféricas, y en función de ello definir el tiempo para el que
se realizan los cálculos del radio de influencia de los pozos.
La influencia entre pozos que se explotan al mismo tiempo y con ello la disminución
de sus caudales y descenso de los niveles en magnitudes superiores a lo pronosticado,
ocurre cuando la distancia entre pozos (l) es menor que la magnitud de la suma de los
radios de influencia de pozos vecinos:
R1 = R1 + R2
(7.58)
231
�La disminución del caudal de los pozos en estos casos puede ser evaluado por la
magnitud de la interferencia entre sí δ , donde:
δ =
Q1
Q
(7.59)
Despejando tendremos:
Q1 = δ Q
(7.60)
Donde:
Q1; caudal reducido por interferencia entre pozos
Q; caudal de explotación establecido por cálculos sin considerar la interferencia
entre pozos.
Según Lebinson, la interferencia δ en dependencia de la distancia entre pozos puede
ser determinada de forma aproximada por datos de la Tabla 7.2
Tabla 7.2. Determinación de la magnitud de la interferencia entre pozos
〉 R1
l
δ
1,0
1
1
1
1
δ
=R
= 0,5 R
= 0,2 R
=0,02 R
= 0,00 R1
0,97
0,90
0,81
0,64
0,53
Para el cálculo del caudal reducido individual de los pozos, por influencia entre ellos,
ubicados en posición que pueda considerarse una batería lineal, Románov propone la
siguiente expresión:
Aguas artesianas:
Q1 =
2,73KMS
Rn
log n0−1
nr0 r
(7.61)
Aguas freáticas:
Q1 =
1,36K (2H − S)S
R 0n
log n−1
nr0 r
(7.62)
Donde:
R0; radio de influencia considerado desde el centro del pozo hasta el límite de
la zona de alimentación más próximo
r; radio del pozo de análisis
r0; radio del sistema de gran pozo por su contorno
r0 =
F
π
(7.63)
Donde:
F; área del gran pozo
232
�7.5 Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por
el método hidráulico
La evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el método
hidráulico no es más que la determinación, por cálculos de abatimiento, de los niveles
en los pozos de explotación por fórmulas empíricas con datos obtenidos directamente
de experimentos de campo, en los que influyen todos los factores que determinan el
régimen de trabajo de las tomas de agua. En la evaluación de las reservas de
explotación el método hidráulico se emplea en tres direcciones principales:
a. Para la evaluación del abatimiento del nivel de las aguas subterráneas en los
pozos, con un caudal predeterminado por las curvas de dependencia del caudal
contra el abatimiento en condiciones de régimen estacionario.
b. Para determinar el abatimiento residual provocado por la influencia de otros
pozos; también para condiciones de régimen estacionario.
c. Para la determinación del abatimiento del nivel al finalizar el período de
explotación con un caudal constante.
A diferencia del método hidrodinámico, donde se utilizan parámetros hidrogeológicos
determinados por la esquematización de las condiciones de límites, en el método
hidráulico la dependencia de cálculos y sus principales parámetros se determinan de
forma experimental. Por la fundamentación del método hidráulico representa ser el
método más racional de evaluación de las reservas de explotación en condiciones
hidrogeológicas complejas, que se caracterizan por una estructura del medio de
filtración muy heterogéneo, por la que es muy difícil definir las fuentes de formación
de las reservas de explotación. En condiciones de filtración estacionaria el método
hidráulico tiene una utilización en la evaluación de valles y ríos, en los cuales los
horizontes acuíferos están representados por rocas agrietadas y cársicas de forma
irregular. En condiciones de filtración no estacionaria este método ofrece buenos
resultados en la evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas
de yacimientos relacionados con zonas de dislocaciones tectónicas. En estas
condiciones el objetivo del método hidráulico es definir, de forma experimental, la
dependencia entre el ritmo del abatimiento del nivel de las aguas subterráneas a
partir de un caudal determinado.
En la utilización de este método, Grabóvnik y Zilberthein, para condiciones de
filtración no estacionaria, proponen la sustitución de estratos heterogéneos con límites
de configuración compleja por estratos considerados homogéneos ilimitados, con
parámetros determinados de los tramos finales de los gráficos S = f (log. t), cuando
los mismos representan una línea recta; por esta situación se puede pronosticar el
abatimiento del nivel del agua para un caudal superior al que se obtiene durante la
ejecución del bombeo.
Desarrollo del método hidráulico por las curvas de dependencia S = f (Q)
En este caso, el caudal y el abatimiento del nivel del agua en los pozos están
relacionados con una dependencia funcional. En las aguas con presión, según la
fórmula de Dupuy, el abatimiento aumenta de forma proporcional al caudal, donde:
Se =
Qe
S
Q
(7.64)
Donde:
Se; abatimiento de explotación, m
233
�Qe; caudal de explotación, l /seg. o m3/día
Q; caudal del bombeo de prueba, m
S; abatimiento estabilizado del bombeo de prueba, m.
La dependencia 7.64 considera solamente la resistencia al movimiento del agua en las
rocas del acuífero, que ocurre durante un régimen de filtración laminar, pero no
considera la pérdida de carga en la columna del pozo, donde alrededor del mismo se
forma un régimen turbulento durante el proceso de bombeo. Considerando estos
factores, Dupuy propone la ecuación 7.65 para la construcción de las curvas del
caudal en condiciones de aguas con presión:
S = a Q + b Q2
(7.65)
Donde:
a y b; son parámetros empíricos determinados por bombeos experimentales.
a=
S2
- b Q2
Q2
S 2 S1
−
Q2 Q1
b=
Q2 − Q1
Donde:
S1; S2; Q1; Q2; Abatimientos y caudales del primer y segundo abatimiento de
Prueba con S y Q estabilizados.
El parámetro a representa la participación de la zona con régimen laminar y el
parámetro b representa la zona con régimen turbulento.
FIGURA 7.4. Gráfico S = f (Q). Línea (a): aguas con presión; Línea (b): Aguas
freáticas; Línea (c): bombeo defectuoso (mal ejecutado).
234
�Partiendo de las ecuaciones anteriores, Altóvsky, dividiendo ambas partes de la
ecuación 7.66 por Q, obtuvo la ecuación de una línea recta:
S
= a + b Q
Q
(7.66)
Por datos de bombeos con dos abatimientos con caudal y nivel estabilizado se
S
= f (Q) (Figura 7.5). Por los puntos obtenidos en el gráfico se
Q
S
; este valor representará al
traza una línea recta hasta cortar el eje de ordenadas
Q
construye el gráfico
parámetro a y la tangente del ángulo que forma la recta trazada sobre una línea
horizontal, será igual al parámetro b.
Sabiendo el abatimiento máximo admisible en el pozo o centro de un gran pozo por
tanteo, dándole valores a Q, se puede determinar un tercer punto en la recta del
gráfico (Figura 7.5); este tercer punto corresponderá al caudal y abatimiento máximo
de explotación.
Por este método, la extrapolación para el caudal de explotación es admisible hasta 2,5
– 3 veces mayor al caudal de bombeo, por lo que el bombeo debe ejecutarse con el
mayor abatimiento posible para obtener garantía del caudal de explotación que se
obtenga.
FIGURA 7.5. Gráfico
S
= f (Q).
Q
En condiciones de acuíferos freáticos (sin presión), la dependencia entre el caudal y el
abatimiento se representa por la fórmula de Dupuy:
Q=
πKS(2H − S)
ln
R
r
Esta expresión transformada por Bíndeman toma la siguiente forma:
Q = m S – n S2
(7.67)
Donde:
m=
2πKH
R
ln
r
y
n=
π K
ln
R
r
235
�K; coeficiente de filtración
H; espesor acuífero
S; abatimiento de bombeo
R; radio de influencia del bombeo
r; radio del pozo o gran pozo.
Según Bíndeman, por el método hidráulico los parámetros n y m pueden ser
determinados por datos de bombeo con dos abatimientos con caudal y abatimiento
estabilizados de donde:
Q1 Q2
−
q − q2
S1 S 2
= 1
n=
S 2 − S1
S 2 − S1
m =
q1
Q1
+ n S1 = q1 – nS1
S1
y q2; caudales específicos del primer y segundo abatimiento,
respectivamente, con dependencia directa del abatimiento (Figura 7.6).
FIGURA 7.6. Gráfico q = f (S).
Para un caudal de explotación determinado, resolviendo la ecuación 7.67, el
abatimiento de explotación será:
Se =
m − m 2 − 4nQe
2n
(7.68)
Una heterogeneidad del estrato acuífero puede presentar gran influencia en las curvas
del caudal, ya que durante la explotación y exploración del acuífero varía no solo su
espesor, sino también el coeficiente de filtración.
Si la trasmisividad del acuífero disminuye en profundidad reflejada en el gráfico
(Figura 7.4, curva a), entonces durante la profundización del cono depresivo motivado
por el bombeo el valor medio del coeficiente de filtración disminuye, ya que se
provoca el desecamiento de la zona con mayor trasmisividad. Tales condiciones
236
�pueden estar presentes en rocas agrietadas y cársticas, en las cuales el agrietamiento
disminuye en profundidad. En estas condiciones el abatimiento calculado resulta
menor al que en realidad se producirá (Figura 7.4, curva b). Si al contrario, la
trasmisividad en profundidad aumenta, entonces durante el desecamiento del acuífero
el coeficiente de filtración aumenta y el abatimiento calculado resulta ser mayor del
que se producirá (Figura 7.4, curva c); tales condiciones son características para
depósitos aluviales en terrazas de ríos, en las cuales, por lo general, su parte superior
está formada por arcillas arenosas y arenas finas, y en la parte inferior del corte
formadas por material friable grueso.
Por ello, hasta que el nivel no descienda hasta el lecho de los sedimentos menos
permeables, la curva del caudal será aproximadamente igual a la correspondiente a
las aguas con presión –abatimiento directamente proporcional al caudal.
Por todo lo antes expuesto, para la construcción de la curva de dependencia S = f (Q)
(Figura 7.4) en horizontes freáticos que presentan heterogeneidad en perfil los
bombeos deben ejecutarse con tres abatimientos. En estas mismas condiciones, y
sobre todo en rocas carsificadas, es racional ejecutar bombeos experimentales
prolongados para la construcción del gráfico S = f (Q) tratando de que el nivel del
agua en el pozo se mantenga a profundidades no mayor a la profundidad de yacencia
del lecho del estrato que presente una trasmisividad relativamente constante. En los
casos en que la curva del caudal contra abatimiento se desvía considerablemente de
la curva teórica, construida por interpolación, con dos abatimientos y caudales del
bombeo, entonces se podrá utilizar la dependencia propuesta por Altóvsky para aguas
con presión (fórmula 7. 65).
En horizontes freáticos el caudal de explotación por extrapolación, empleando la
fórmula 7.66, no deberá ser 1,5 – 2 veces mayor que el caudal máximo del bombeo
experimental. Además de los métodos analizados de cálculo, representados por las
expresiones 7.64 a la 7.67, para la evaluación de las reservas de explotación
(abatimiento o caudal) se puede emplear los métodos de cálculos siguientes, basados
en datos de bombeo.
Para acuíferos con presión, según Dupuy:
Qe = q Se
(7.69)
El caudal específico q para acuíferos artesianos, generalmente es constante cuando
las presiones en el acuífero son altas y el área de desarrollo del acuífero es grande
con fuentes de alimentación con caudales de pequeñas variaciones de tiempo, cuando
q no es constante, por datos de dos o tres abatimientos estabilizados, la fórmula 7.62
es aplicable, siempre y cuando se cumplan las siguientes condiciones:
q − q1
〈 0,03;
q
q − q2
〈 0,03;
q
q − q3
〈 0,03
q
Donde:
q=
∑q
n
y
Se ≤ 1,5 – 1,75 Smax.
n; número de abatimientos
Se; abatimiento de explotación
S max.; abatimiento máximo del bombeo experimental.
237
�Para acuíferos sin presión (freáticos), según Altóvsky:
Q = a + b log Se
(7.70)
Donde:
b=
Q2 − Q1
log S 2 − log S1
a = Q1 – b log S1
Aplicable cuando Se 〈 2 – 3 Smax.
Para acuíferos con presión y sin presión, Smreker propone una fórmula original
aplicable a ambos casos, con buenos resultados en la práctica hidrogeológica:
Qe = n
m
(7.71)
Se
Donde:
S1
S 2
m=
Q
log 2
Q1
log
log n = log Q1 – log S1
Aplicable cuando Se ≤ 1,75 – 2,25 Smax.
Desarrollo del método hidráulico para determinar la influencia entre pozos de
explotación
En la evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas, cuando se
analiza un grupo de pozos hidrodinámicamente relacionados entre sí que forman un
gran pozo, en este caso el objetivo principal del método hidráulico es determinar el
abatimiento máximo que se producirá en el pozo de mayor carga hidrodinámica; para
ellos se utilizan datos obtenidos de bombeos de todos los pozos que forman el gran
pozo.
Con este objetivo, inicialmente se bombea solamente el pozo de mayor carga que lo
debe representar el pozo ubicado en el centro del gran pozo. Por este bombeo se
determinan los parámetros individuales de este pozo; posteriormente se ejecuta el
bombeo de todos los pozos que forman el sistema de forma individual o por bombeo
experimental de explotación de todos los pozos.
Los cálculos del abatimiento se ejecutan por la dependencia:
Se = Sp +
n
∑ Si
(7.72)
1
Donde:
Se; abatimiento de explotación en el pozo central, de mayor carga
238
�Sp; abatimiento de explotación del pozo central provocado por su explotación
individual
Si; abatimiento complementario provocado por la influencia de los demás
pozos que forman el sistema (n; número de pozos).
Por datos de bombeos unitarios de los pozos del sistema:
n
∑ Si =
1
n
∑ ∆S
1
1
Qe.1
Qb.1
+ ........ + ∆S n
Qe.n
Qb.n
(7.73)
Donde:
∆S1.....∆Sn : Abatimientos provocados en el pozo central por los pozos del
sistema, respectivamente durante el bombeo experimental de los
mismos;
Q b.1......Q b.n; caudal del bombeo experimental de los pozos del sistema
respectivamente.
Por datos de bombeo experimental de explotación de todos los pozos del sistema:
n
∑ Se =
1
n
Qe
∑ ∆Sb Qb
(7.74)
1
∆Se ; abatimiento provocado en el pozo central por el bombeo del sistema
Q e; caudal de explotación total de los restantes pozos del sistema
Q b; caudal del bombeo experimental de los restantes pozos del sistema.
En la ejecución del bombeo unitario, se miden los niveles en el pozo central y en los
restantes pozos del sistema. En la ejecución del bombeo experimental de explotación
(bombeando todos los pozos del sistema al mismo tiempo), se inicia el bombeo por el
pozo central. Cuando se logre un régimen estabilizado de filtración (nivel y caudal
estabilizado), inicia el bombeo el segundo pozo, midiendo los niveles en todos los
pozos, hasta lograr el régimen estabilizado en el pozo, y así sucesivamente, hasta
ejecutar el bombeo del último pozo del sistema, y se logre en el pozo central un
régimen estacionario con todos los pozos en bombeo.
Desarrollo del método hidráulico para determinar el abatimiento del nivel al
final de un período de tiempo determinado
Los cálculos se ejecutan para un periodo de tiempo de interés, y los resultados serán
válidos siempre y cuando las condiciones de alimentación del acuífero se mantengan
relativamente constantes y no existan fronteras de límites que puedan influir en las
condiciones de régimen del mismo, durante el bombeo de explotación (límites de
alimentación, drenaje o de impermeable próximo).
Durante el período de bombeo de explotación analizado de las aguas subterráneas (un
período relativamente largo), por un sistema de pozos que forman un gran pozo, se
forma una amplia y profunda depresión del nivel de las aguas subterráneas. El
abatimiento en el pozo central, al finalizar el período previsto de cálculo con un caudal
constante desde el inicio de la explotación, se puede pronosticar por el método
recomendado por Bíndeman donde:
S e(t). = Se + ∆ S(t)
(7.75)
Se(t); abatimiento al finalizar el período de cálculo
239
�Se; abatimiento de explotación calculado para el pozo central sin considerar por
datos de bombeo experimental
∆ S (t); abatimiento que se tendrá al finalizar el período de explotación en el
pozo central por influencia de otros pozos, a partir de niveles en tiempo t1 y t2
después de iniciada la explotación.
te
Qe
t2
=
( ∆S 2 − ∆S1 )
t
Qi
ln 2
t1
ln
∆ S (t)
(7.76)
Donde:
Qe; caudal de explotación previsto, puede coincidir o no con el caudal Qi
Qi; caudal del bombeo experimental para el que se cálculo Qe
∆S 2; ;∆S1 ; abatimientos registrados en el pozo central del sistema o gran pozo
por la influencia de la explotación de los demás pozos del sistema en los
tiempos t2 y t1 a partir del inicio de bombeo de todos los pozos del
sistema en explotación
te ; período de explotación considerado para los cálculos.
El pronóstico del abatimiento para determinado período de tiempo, posterior al inicio
de la explotación, es aplicable en acuíferos ilimitados, semilimitados o limitados por
límites imperfectos o impermeables. Para acuíferos semilimitados o limitados por
límites perfectos de alimentación (ejemplo ríos) que garanticen el caudal de
explotación, no existirá abatimiento adicional durante el período de explotación, o
sea: ∆ S (t) = 0.
7.6 Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por
el método de balance
La evaluación de las reservas de explotación por el método de balance lo representa la
determinación del caudal de las aguas subterráneas que puede ser obtenido por
tomas de agua en los límites de un territorio determinado en el transcurso de un
período de tiempo dado de explotación, debido a la captación de volúmenes de las
distintas fuentes de formación de las reservas de explotación, las cuales están
incluidas en la ecuación 7.1. En esta evaluación cada uno de las posibles fuentes de
formación de las reservas de explotación se evalúa de forma independiente, y
posteriormente se ejecuta la suma de los resultados.
Durante la evaluación por el método de balance, el balance de un tramo (o región) se
analiza en su conjunto, considerando la entrada y caudal del agua. En relación con
esto, el método de balance permite determinar solamente el abatimiento medio del
nivel del horizonte acuífero que se explotará, y no el abatimiento del nivel en las
obras de tomas (pozos). Todo eso, predetermina la necesidad de emplear el método
de balance en forma general como un método adicional en combinación con los
métodos hidrodinámico e hidráulico.
Al mismo tiempo, por el método de balance se puede determinar el papel de las
distintas fuentes de formación de las reservas de explotación de las aguas
subterráneas y evaluar la garantía de estas reservas, calculadas por otro método. Por
ello, la utilización del método de balance, en conjunto con otro método de evaluación
de reservas de explotación, es sumamente racional e importante en la mayoría de los
casos. Un gran significado posee el método de balance en la evaluación de las
240
�reservas de explotación dentro de los límites de estructuras que presentan altas
trasmisividades de los horizontes acuíferos. En estas estructuras, el cono depresivo
durante la explotación se desarrolla rápidamente en toda el área de la estructura y en
su periferia se diferencia muy poco. Si en la evaluación de las reservas de explotación
de tramos o territorios pequeños, el método de balance presenta un significado
complementario, en la evaluación de las reservas regionales de explotación este
método asume un significado principal, sobre todo con el empleo de tomas de aguas
ubicadas en área, en forma de red, que cubra todo el territorio.
Para la evaluación de pequeños tramos, los cálculos de las reservas de explotación por
el método de balance se puede ejecutar de forma combinada con otros métodos,
utilizando para la evaluación de las reservas y recursos que forman las reservas de
explotación, los métodos analizados con anterioridad, teniendo en cuenta que las
reservas Qe estarán garantizadas cuando su magnitud sea menor o igual a los
resultados que se obtengan por el método de balance, según fórmula 7.1.
Evaluación de las reservas de explotación en función de las distintas reservas
y recursos que las forman
1. Reservas naturales -Q
Por su definición, representan el volumen de agua almacenado de forma permanente
en determinado volumen de roca y su utilización como reserva, durante la
explotación, se definirá por el tiempo en que se programe su extracción, considerando
solo el volumen que resulte racional extraer del acuífero, sin perjudicar el medio
ambiente circundante; numéricamente dependerá de las propiedades de
almacenamiento de las rocas representado por el coeficiente de entrega de agua y por
la magnitud del abatimiento (desecamiento) al final del período de explotación sin
considerar su reposición que de forma racional sea posible realizar en el acuífero.
Qn =
µ .H.F
V
= α1
t
t
m3/día.
(7.77)
Donde:
µ - Entrega de agua de las rocas
H- Potencia acuífera, m
F- Área de extensión del acuífero, km2
t- Tiempo previsto de explotación, días.
Para las reservas naturales, el coeficiente α 1 se determina en función del abatimiento
admisible del acuífero para el periodo de explotación. En condiciones normales,
cuando no existan restricciones en cuanto al abatimiento que admite el acuífero,
puede asumirse α 1 = 0,5, es decir, puede admitirse un abatimiento del 50 % de la
potencia acuífera.
El tiempo que se prevé de explotación dependerá de las condicionales de explotación.
Cuando se considere una explotación permanente para acueducto es recomendable
distribuir las reservas naturales en un periodo suficientemente largo, superior al
tiempo de amortización de las obras e inversiones efectuadas. En este caso, el tiempo
t se asumirá para un periodo de 27 a 30 años y para facilitar los cálculos se asume
27,4 años (= 104 días).
2. Recursos naturales -QN
241
�Por definición de los mismos pueden ser evaluados integralmente, considerando todos
los elementos que forman estos recursos, cuando el conocimiento de las condiciones
hidrogeológicas y datos con que se disponga, lo permitan.
Los recursos naturales de las aguas subterráneas se pueden evaluar, bien por la
alimentación del acuífero, por infiltración de las aguas de precipitaciones atmosféricas,
infiltración de aguas del escurrimiento superficial de ríos, etc, o por el escurrimiento
del flujo subterráneo. Esto último tiene supremacía en cuanto a veracidad del total de
los recursos que se evalúan, debido a que estos recursos se forman, no solo por la
infiltración de las precipitaciones atmosféricas y de aguas del escurrimiento superficial
de ríos, sino también por la alimentación que otros acuíferos pueden ejercer sobre el
que se evalúa, bien por trasvase de flujo de un acuífero a otro, por el denominado
goteo de acuíferos que yacen sobre el que se evalúa, o por infiltración, debido a
supresiones de acuíferos que yacen debajo, a mayores profundidades a través de
estratos relativamente poco permeables.
1er Caso: Por magnitud del flujo subterráneo que llega al área de evaluación.
1.1-
Flujo homogéneo: Cuando el flujo de las aguas subterráneas presenta
condiciones homogéneas que se definen por la configuración de las isolíneas de
mapas de hidroisohipas o hidroisopiezas en una sección normal al flujo en límite
inicial del área de evaluación.
FIGURA 7.7. Acuífero con flujo homogéneo en toda su área de desarrollo.
QN = K H I B
(7.78)
Donde: K – coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m/día.
H - potencia acuífera, m.
I - gradiente hidráulico. Se determina por mapas de hidroisohipsas en sección
normal al flujo subterráneo en el límite de entrada al área que se evalúa.
B- Ancho de la sección normal al flujo subterráneo en el límite de entrada al
área que se evalúa, m.
En condiciones naturales, en muchos casos, es necesario determinar los recursos
naturales en función del flujo subterráneo en territorios de taludes, donde el lecho
impermeable del acuífero presenta una pendiente considerable (con ángulo superior a
cinco grados). En este caso, se presentan varios esquemas de cálculos pero los que
predominan son los siguientes:
-
Potencia acuífera constante con niveles de las aguas equidistantes al lecho
impermeable en todo el tramo que se evalúa y la permeabilidad es constante.
-
Potencia acuífera variable; disminuye en dirección al flujo subterráneo y la
permeabilidad se incrementa en esa dirección.
242
�En estos casos, la determinación de los recursos naturales subterráneos que entran al
área de evaluación, a través de una sección transversal, en la dirección del flujo
subterráneo de la entrada del área, puede determinarse por la fórmula propuesta por
Llopis:
QN = B H K sin ϕ
(7.79)
Donde: ϕ - ángulo entre plano horizontal y lecho impermeable en sección transversal
al flujo.
Cuando el lecho del acuífero no es totalmente impermeable puede ocurrir un flujo
subterráneo desde las rocas del lecho hacia el acuífero superior; los cálculos en estos
casos se ejecutan por la fórmula analizada pero en dos secciones, la primera a la
entrada del área en evaluación y la segunda a la salida de esta área, con el mismo
ancho de la sección de cálculo. Cuando los recursos determinados en la sección a la
salida del área (Q2) es mayor que los recursos determinados a la entrada del área
(Q1) se tomará como recursos naturales las magnitudes de Q2, siempre y cuando
estos puedan ser captados por obras de tomas de explotación que se programen en el
área de evaluación.
1.2- Flujo heterogéneo: Por bandas o lentas del flujo subterráneo
Se aplica cuando el flujo subterráneo no es homogéneo por condiciones
hidrodinámicas, litológicas, etc, y esas condiciones se reflejan en una configuración
irregular del trazado de las isolíneas en mapas de hidroisohipsas o hidroisopiezas
(aguas freáticos o artesianas).
FIGURA 7. 8. Acuífero con flujo heterogéneo por bandas del flujo.
n
QN = Σ Qb
1
(7.80)
Qb- Recursos subterráneos correspondientes a las bandas del flujo subterráneo
definidas por mapa de hidroisohipsas, m3/día. Se determina por la fórmula 7.77 o
7.78, según proceda, considerando los parámetros K, H de una sección normal al flujo
en banda con ancho- B y un gradiente hidráulico I o sin ϕ determinado en esa
sección.
n- número de bandas del flujo.
2do Caso: Por infiltración de las precipitaciones atmosféricas.
243
�Para la determinación de la magnitud de infiltración W de las precipitaciones
atmosféricas puede utilizarse directamente los datos que ofrecen los lisímetros. Sin
embargo, las observaciones de la infiltración en toda el área de alimentación de los
acuíferos es incompatible debido a que la infiltración de las precipitaciones
atmosféricas depende de muchos factores, relieve, vegetación, características de la
cubierta de suelo, profundidad de yacencia de las aguas subterráneas y otros que
pueden ser muy heterogéneos en el área que se evalúa, de ello depende que las
mediciones disimétricas no tengan desarrollo en la evaluación de los recursos de
aguas subterráneas.
De tal forma, uno de los métodos que han logrado un gran desarrollo en la evaluación
de los recursos de aguas subterráneas lo representa el establecido por Kamiénski,
basado en las observaciones del comportamiento del régimen de las aguas
subterráneas mediante las observaciones en redes o sistemas de puntos de
observación distribuidos en los acuíferos, en correspondencia con sus características
hidrogeológicas.
Para la determinación de la magnitud de la infiltración, y en correspondencia con la
metodología de Kamiénski, analizaremos varios casos.
2.1-
Por datos de tres puntos de observación de niveles de las aguas subterráneas
ubicadas en línea paralela a la dirección del flujo subterráneo y con distintas
distancias entre los puntos de observación. La permeabilidad representada por
el coeficiente de filtración del acuífero se puede considerar homogénea en toda
la longitud del perfil formado por los tres puntos de observación.
FIGURA 7.9. Perfil con tres pozos en dirección longitudinal al flujo subterráneo, con
permeabilidad homogénea.
QN = F W
(7.81)
W- infiltración de las precipitaciones atmosféricas, m/día
F- área del acuífero en evaluación.
244
�K = const., m/día
W =
K
L −
X
X ≠
L
; m.
2
⎛
h22 −
h12 h32 −
h12 ⎞
⎟
⎜
−
⎟
⎜ X
L
⎠
⎝
(7.82)
K- coeficiente de filtración a lo largo del perfil formado por los tres puntos de
observación
X- distancia entre el primer y segundo punto de observación (parte baja del
perfil), m
L- distancia entre los dos puntos extremos del perfil formado por los tres
puntos de observación
h1, h2, h3, columnas de agua en las calas de observación respectivamente, a
partir de un lecho impermeable o plano horizontal, hasta el nivel medio de las
aguas subterráneas en el perfil., m.
2.2-
Por infiltración de precipitaciones cuando los tres puntos de observación de
niveles se encuentran ubicados a iguales distancias:
K = const.
X=
L
2
QN = F W
W =
K
(2
h22 −
h12 −
h32 )
2X
2
m/día.
(7.83)
X -Distancia entre puntos de observación, m.
2.3-
Por infiltración de precipitaciones: cuando en el perfil, formado por tres puntos
de observación, existe diferente permeabilidad entre las secciones formadas por
los puntos 1-2 y 2-3, (K1 ≠ K2) en este caso, los cálculos se ejecutan por datos
de ascensos de los niveles en magnitud ∆ h en tiempo t.
FIGURA 7.10. Perfil con tres pozos en dirección longitudinal al flujo subterráneo, con
permeabilidad heterogénea en su trazado.
245
�QN= F W
W =
µ∆h
t
+
1
X
⎡
h22 −
h12
h32 −
h22 ⎤
K
K
−
⎢
1
⎥
2
2
X
2
X
⎦
⎣
m/día
(7.84)
µ - entrega de agua de las rocas (valor medio)
∆ h – Ascenso de los niveles (m) en tiempo t (días)
X – Distancia entre los centros de las secciones 1-2 y 2-3, m
K1- Coeficiente de filtración del acuífero en la sección 1-2, m/día
K2- Coeficiente de filtración del acuífero en la sección 2-3; m/día
h1, h2, h3 – Columna de agua en las calas (puntos) de observación, m.
Cuando: K2 ≥ K1, la segunda mitad de la expresión puede ser igual a cero o con valor
negativo, en el primer caso se tomará el valor de la primera parte de la expresión, en
el segundo caso, significa que en esa sección ocurrió pérdida del caudal del flujo
subterráneo, que podrá ser por diversas causas.
2.4-
Por cálculo de la infiltración, por datos de linnigramas de puntos de
observación:
El linnigrama lo representa un gráfico de niveles en función del tiempo, los niveles se
representarán, preferentemente, por sus cotas absolutas (altura en metros sobre el
nivel del mar). Este gráfico caracterizará, tanto la alimentación del acuífero como su
drenaje.
En el linnigrama se reflejan los niveles observados en determinado período de tiempo
(diarios, quincenales, mensuales, trimestrales, semestrales etc), según el ciclo de
observaciones con que se cuente, que puede ser dentro de un año o una serie de
años, pudiéndose confeccionar el mismo, también con datos medios en la unidad de
tiempo que se decida para un año medio.
FIGURA 7.11. Linnigrama con oscilación anual de los niveles.
QN = F W
246
�W = µ
Σ∆h + ∆Z
, m/día.
∆t
(7.85)
∆h - representa el ascenso de los niveles por la alimentación del acuífero (m)
en tiempo ∆ t (días).
∆ Z – representa el descenso de los niveles (m) que habría ocurrido por el
drenaje del acuífero de no haberse producido alimentación del mismo en
tiempo ∆ t (días).
En el caso que se quiera determinar la infiltración media anual o de una serie de años,
entonces en lugar de ∆ t se utiliza t- tiempo total en que se observaron los niveles
representados en el linnigrama.
2.5- Cuando la ubicación del acuífero que se evalúa es en territorios que representan
taludes (laderas) premontañosos, caracterizados generalmente, por corresponder
con acuíferos de conos de deyección que presentan alimentación por infiltración
desde fuentes superficiales o de precipitaciones atmosféricas (que en este caso
tienen una débil influencia sobre el régimen del flujo subterráneo) o ambas a la
vez y en la mayoría de los casos también reciben alimentación subterránea,
proveniente de las rocas que forman el basamento montañoso, se presenta un
régimen de las aguas subterráneas de pendiente.
Los pronósticos de los recursos naturales, en tales condiciones, se ejecutan por
datos de observación de niveles en calas o pozos con determinada área que
caractericen y para los mismos se determina la magnitud de la infiltración W.
Q=FW
El cálculo de la infiltración W se realiza por la fórmula siguiente:
W=
(∆h1 + ∆h2 + ....∆hn )
µ m/día.
t
(7.86)
Donde:
Los ∆ h corresponden a los intervalos de ascensos de los niveles en distintos
tiempos a partir del inicio de ascenso y bajo el punto seleccionado en línea
de ascenso a partir de la prolongación de la línea de pendiente en el punto
de inicio de ascenso de los niveles, m.
t- tiempo transcurrido desde el punto de inicio del ascenso de los niveles
hasta el punto de ascenso máximo registrado, días.
247
�FIGURA 7.12. Oscilación de nivel de las aguas subterráneas en zona de talud.
3er Caso: Evaluación de los recursos naturales por el modulo del escurrimiento
subterráneo M0.
El módulo de escurrimiento subterráneo caracteriza el caudal del flujo subterráneo del
acuífero por km2 de su extensión en l/seg. km2. Los recursos naturales en este caso,
también pueden estar representados, tanto por infiltración de las precipitaciones
atmosféricas, infiltración de aguas superficiales o ambas a la vez, u otras fuentes de
alimentación del acuífero.
Los recursos se determinan por la fórmula siguiente:
QN = F M0
(7.87)
2
M0 = 0,0317 Y l/seg.km .
(7.88)
Y- Lámina de agua infiltrada en el acuífero, mm.
Y = 1000 µ
∑ ( ∆ h + ∆Z )
(7.89)
∆h..∆Z -parámetros que se determinan de los linnigramas de observación de
niveles en tiempo, m.
En todos los casos en que la evaluación de los recursos naturales QN se ejecute en
puntos de observación que caracterizan un área determinada y el área de evaluación
abarca varios sectores con puntos de observación de niveles, entonces la evaluación
de los recursos naturales se desarrolla por tramos con existencia de puntos que los
caractericen y los recursos naturales totales del área de evaluación será:
QN.T. =
n
∑
QN
(7.90)
1
n- número de tramos que se evalúan.
4to Caso. Determinación de recursos naturales por infiltración de aguas superficiales
durante periodos de avenidas (crecidas de ríos).
248
�Las avenidas en ríos influyen directamente cuando el régimen del flujo subterráneo es
de tipo fluvial, es decir existe una dirección directa río- acuífero y en el mismo las
amplitudes de la oscilación de los niveles en el acuífero estarán directamente
relacionadas con el régimen de oscilación de niveles en el río.
La evaluación se ejecuta para determinar el caudal de alimentación, durante las
avenidas, por datos de dos calas de observación perforadas en la margen del río, que
coincida con la dirección del flujo subterráneo. La primer cala de observación se
perforará lo más próximo posible al cauce del río y la segunda cala, a determinada
distancia de la primera, formando un perfil en dirección vertical al cause del río.
Los recursos naturales se determinarán por la fórmula siguiente:
Q= K ∆ hm Im ∆ t
-m3.
(7.91)
K- coeficiente de filtración del acuífero, m/día.
∆ hm - Amplitud media (m) del ascenso del nivel en el río en período de tiempo
∆ t (días).
Im – Gradiente hidráulico medio del flujo subterráneo entre los dos pozos de
observación ubicados a la distancia ∆X .
Im =
(h1 + ∆h1 ) − (h2 + ∆h2 )
∆X
(7.92)
∆ t – Tiempo de avenida (crecida) del río, días.
FIGURA 7.13. Ascenso de nivel de las aguas subterráneas en zonas próximas a ríos
5to Caso: Determinación de recursos naturales por infiltración del escurrimiento
superficial de ríos.
En este caso, la determinación del caudal que representa los recursos naturales que
se incorpora al acuífero se determinan por observaciones hidrométricas, directamente
en el río. Para ello, teniendo definida el área de extensión del acuífero en evaluación,
se instalan estaciones hidrométricas en los ríos en los límites del área del acuífero o
tramo de acuífero que se evalúa y se establece el control del escurrimiento superficial
del río en el límite de entrada del tramo acuífero que se evalúa y en el límite de salida
249
�del mismo.
Los recursos naturales se determinarán por la siguiente fórmula:
Qe.i.= Q1- Q2
m3/día
(7.93)
Donde: Qe.i.- escurrimiento infiltrado m3/día.
Q1 – escurrimiento del río observado en límite de inicio del acuífero o tramo
acuífero, m3/día.
Q2 – escurrimiento del río observado en límite de salida del acuífero o tramo
acuífero, m3/día.
Cuando: Qe.i. = 0 -no existió infiltración del escurrimiento del río, ni alimentación del
río por el acuífero, por lo que recursos naturales por infiltración del escurrimiento del
río no existen.
Qe.i. = (-)- significa que el escurrimiento del río en los límites de salida del
acuífero o tramo acuífero es superior al escurrimiento del río en los límites de entrada,
quiere decir que el acuífero es drenado por el río, por lo que al contrario de recibir
recursos naturales, el acuífero pierde sus recursos en el tramo de evaluación y estos
se incorporan al escurrimiento del río.
Qe.i.= (+)- significa que el escurrimiento del río, en los límites de salida del
acuífero o tramo de acuífero, es menor que el escurrimiento a la entrada del mismo,
es decir el río incorpora determinado caudal al acuífero formando los recursos
naturales del mismo en el área de estudio.
FIGURA 7.14. Área de evaluación de recursos subterráneos entre dos secciones
hidrométricas en ríos.
250
�3. Reservas y recursos artificiales
Como su definición lo establece estas reservas representan caudales determinados por
métodos hidrodinámicos o hidrológicos, para la obtención de los cuales se programan
determinadas obras ingenieriles, de forma que permitan la incorporación al acuífero
del total del caudal establecido por cálculos, y considerados en el balance efectuado
de las reservas de explotación del acuífero que se evalúa, en este caso, el coeficiente
α será igual a la unidad ( α = 1). Los métodos de evaluación son varios y en ellos
están incluidos algunos de los analizados por el método de balance.
Los recursos artificiales, como las reservas artificiales, en correspondencia con su
definición, responden a determinados caudales que se incorporan a los acuíferos a
través de obras ingenieriles que se construyan, en estos recursos los caudales que se
incorporaran al acuífero serán provenientes de obras ingenieriles proyectadas o
construidas con objetivos que no son los de recargar a los acuíferos, pero que, por
condiciones de explotación, permiten obtener de ellas determinados caudales que
podrían ser incorporados a los acuíferos, de tal forma el coeficiente α reflejará la parte
del caudal total de las obras programadas o construidas que podrán ser consideradas
para la reposición artificial de los acuíferos ( α 〈 1). Los métodos para su
determinación pueden ser Hidrodinámico y de Balance.
4. Recursos atraíbles
Estos recursos se originan durante el proceso de explotación de los acuíferos, pueden
existir cuando la evaluación que se ejecuta abarca un área dentro de la cual o en sus
contornos existen fuentes de agua superficiales o subterráneas o ambas a la vez,
donde la dirección del flujo subterráneo no coincide con las obras de tomas en aguas
subterráneas y que pueden ser atraídas hacia esas obras, debido al desarrollo en
tiempo del área de influencia de la explotación (cono de influencia), al invertirse la
dirección del flujo subterráneo debido a la depresión de los niveles o presiones en los
acuíferos, provocado por la explotación.
Las fuentes de alimentación que pueden aportar determinados caudales, como
recursos atraíbles, pueden ser tanto naturales como artificiales.
Las metodologías de pronóstico de captación de los recursos atraíbles son muy
variadas y en los mismos se incluyen cálculos analizados en el método de Balance.
Uno de los casos más frecuentes en la práctica hidrogeológica es la determinación de
recursos atraíbles desde fuentes representadas por ríos, para lo cual el esquema y las
fórmulas de cálculos aplicables son los siguientes:
251
�FIGURA 7.15. Atracción de recursos subterráneos por infiltración desde ríos.
Y la fórmula para evaluación de los recursos atraíbles será:
Qat. = K H B I m3/día (fórmula 7.78 correspondiente a recursos naturales)
En este caso, el parámetro B -longitud de cauce de río que infiltra los caudales que
formarán los recursos atraíbles deberá ser determinado con la mayor precisión posible
y para ello la fórmula recomendada es:
B=4
Qe L0
πq
m.
(7.94)
Donde:
Qe- caudal de explotación, m3/día
L0- distancia desde el centro del pozo o sistema de pozo hasta el río, m
π - coeficiente (= 3,1416)
q- caudal específico del flujo subterráneo en condiciones naturales, m3/día. m
q = KhI
I –gradiente del nivel de las aguas subterráneas.
Los cálculos antes descritos requieren la confirmación de que en realidad se producirá
una inversión de la dirección del flujo de las aguas subterráneas, para ello se requiere
determinar la distancia donde, en el proceso de explotación, se ubicará la línea neutral
del flujo de las aguas subterráneas en dirección al río, en este caso podemos
determinar esa distancia hasta la línea neutral del flujo, por fórmula de Drobnaxod
que corresponde al esquema de la Figura 7.15.
X0 =
Qe
2πq
(7.95)
Donde: X0- distancia desde el centro del pozo o sistema de pozos hasta la línea
neutral del flujo subterráneo en dirección al río, m.
252
�Los demás parámetros son los mismos que en la fórmula 7.94.
Cuando: X0 < L0 – No se ejecutará captación de recursos desde el río.
X0 > L0 - Se ejecutará atracción de recursos desde el río.
FIGURA 7.16. Esquema del flujo subterráneo durante explotación con definición de la
línea neutral del flujo.
7.7 Pronóstico de reservas de explotación de las aguas subterráneas por
grado de extraibilidad
Cuando el pronóstico de reservas de explotación tiene como objetivo determinar las
reservas totales de explotación de un territorio de dimensiones considerables (como
norma mayor que 1 000 km2) debemos considerar que en un territorio con tales
magnitudes, las condiciones hidrogeológicas pueden ser muy variadas, lo que
dificultaría sobremanera la aplicación, ya no solo de los métodos hidrodinámico e
hidráulico, sino que también, el propio método de balance representaría una
aplicación muy compleja; de tal forma, lo más recomendable es desglosar el territorio
en una red rectangular y crear bloques de dimensiones finitas o elementales con
determinadas dimensiones.
Lo establecido permite para el pronóstico asumir que en el centro de cada bloque se
ubicarán obras de toma de las aguas subterráneas, creándose condiciones para un
esquema de cálculos por régimen cuasi estacionario, ya que por la ubicación de las
obras de tomas en cada bloque, considerando su explotación, se desarrollará un
abatimiento constante, pues los límites de estos bloques reflejarán parteaguas
subterráneos que representarán las divisorias de las aguas en la red de bloques
creada, donde en todos los bloques se considera la explotación de las aguas
subterráneas al unísono.
253
�FIGURA 7.17. Red rectangular de bloques para evaluación de los recursos de aguas
subterráneas por su grado de extraibilidad.
La metodología descrita es aplicable también en áreas más pequeñas donde se tiene
una mayor efectividad y menos complejidad en la aplicación de la misma. Para la
ejecución del pronóstico de las reservas de explotación, en cada bloque de la red se
determinará el módulo de las reservas de explotación y dentro de lo posible su
desglose por tipo de reservas y recursos que lo forman, reflejados en la fórmula 7.1
que repetimos a continuación:
Qe = α
QN + α
1
2
Qn + α
3
Qa + α
4
Qa + Qat
Donde:
Me.b. = Mn. + MR + Ma + MA + Mat.
(7.96)
Donde: Me.b. – módulo de las reservas de explotación en cada bloque, l/seg. km2.
Mn- módulo de las reservas naturales en el bloque, l/seg. km2.
MN- módulo de los recursos naturales en el bloque, l/seg. km2.
Ma- módulo de las reservas artificiales en el bloque, l/seg. km2.
MA- módulo de los recursos artificiales en el bloque, l/seg. km2.
Mat.- módulo de los recursos atraíbles en el bloque, l/seg. km2.
Por definiciones de la ecuación general de las reservas de explotación en su expresión
de balance y las de reservas y recursos artificiales, así como de los recursos atraíbles,
podemos considerar que el coeficiente α para estas reservas y recursos será igual a 1
( α = 1), ya que todo el caudal que se utilizará en recarga del acuífero y el que será
atraído por la explotación, será captado por las obras de toma debido a la
configuración por red de bloques de las áreas que se evalúan.
De tal forma la expresión 7.96 tomará la siguiente forma:
Me.b.= α (Mn. + MN) + Ma + MA+ Mat.
(7.97)
El coeficiente α puede ser determinado por fórmula establecida para el caso analizado
donde:
α =
t
2
b
R
R
t +
ln b
r
2a
(7.98)
254
�Donde: α - coeficiente que caracteriza el grado de extraibilidad de las aguas
subterráneas.
t- tiempo previsto para la explotación, días.
Rb- radio del bloque, m.
a- conductividad o piezoconductividad de nivel de las aguas subterráneas,
m2/día.
r- radio del pozo o gran pozo formado por un sistema de pozos, m.
Pasos a seguir:
1- Tomando como base el mapa de trasmisividad del territorio se determina la
ubicación más racional de la red. El paso de la red rectangular recomendable se
selecciona a partir de la condicional que se obtendrá de un régimen cuasi-estacionario
o no estacionario de la filtración en el acuífero durante el proceso de explotación
(dentro del bloque de la red), con un radio del bloque Rb, por lo tanto y precisamente,
para este caso, es efectiva la ecuación 7.98 para tales condiciones:
Rb ≈ 0,8 at
Donde:
a- conductividad o piezoconductividad de nivel de las aguas subterráneas,
m2/día
t- período de explotación previsto, días
Para los cálculos es recomendable tomar como paso de la red A = 5-30 km. para lo
que se puede considerar Rb = 0,5 A y un sistema de pozos con radio,
r = 0,12 Rb.
2- En cada bloque de la red se determina el valor medio de la potencia acuífera (H) y
el descenso máximo admisible (Sad.), para el que se propone la expresión:
Sad. = Ψ H
(7.99)
Donde: Ψ - coeficiente de abatimiento admisible, en cada bloque tendrá un valor
determinado en dependencia de las condiciones hidrogeológicas
existentes y el porciento de potencia acuífera que podrá ser desecado, de
tal forma 0 < Ψ ≤ 0,7, considerando que en determinadas condiciones
de alimentación anual los acuíferos pueden ser desecados hasta el 70 %
de su potencia.
3- Las reservas naturales expresadas en forma modular pueden ser determinadas por
la siguiente expresión:
Mn =
Ψ µH
t
(7.100)
Donde: µ - entrega de agua de las rocas acuíferas
t- período considerado para la explotación
Para obtener de forma directa el módulo de las reservas naturales en l/seg. km2, se
propone emplear el coeficiente 1,1574 (para t = 104 días), con lo cual:
Mn = 1,1574 ΨµHS ad .
(7.101)
255
�4- Los recursos naturales se determinan en correspondencia con el método que más
se ajuste a las condiciones existentes, expuestos en el presente capítulo, con lo que
se determina el módulo de recursos naturales por bloque en l/seg. km2, relacionando
los recursos evaluados con el área del bloque.
Los recursos atraíbles se evalúan por métodos hidrodinámicos con límites de
alimentación en el bloque de la red, calculando la infiltración que se tendrá al
producirse el abatimiento de los niveles y relacionando el caudal que se obtenga con
el área del bloque.
Cuando el límite de alimentación dentro del bloque esté representado por ríos se
podrá emplear la fórmula establecida por Bindeman.
Para acuíferos freáticos: q =
K (Y 2 − H 2 )
2H
Para acuíferos artesianos: q =
KH 0
L
(7.102)
(7.103)
Donde: q- caudal de infiltración por m. De longitud del río. m3/día. m.
K- coeficiente de filtración del estrato acuífero relacionado con el río, m /día.
Y- altura desde el lecho del acuífero hasta el nivel del agua en el río, m.
H- potencia acuífera considerando el abatimiento de explotación en el bloque,
m.
H0 – profundidad desde el nivel del agua en el río hasta el nivel del agua en el
centro del bloque (centro de gran pozo – nivel dinámico asumido), m.
L – distancia desde el río hasta el centro de la obra de toma en el centro del
bloque, m.
El caudal total de los recursos atraíbles en el bloque será:
Qat. = B*q
(7.104)
Donde:
B; longitud total del río dentro de los límites del bloque, m.
El módulo de los recursos atraíbles será el caudal obtenido relacionado con el área del
bloque.
Después de obtenido los distintos módulos de las reservas y recursos presentes en el
área se podrá determinar las reservas de explotación de los bloques que será:
Qe.b.= Me.b. * F
(7.105)
Me.b. – módulo de las reservas de explotación en el bloque, l/seg. km2.
F – área de extensión del bloque, km2.
Las reservas totales de explotación corresponderán con la sumatoria de las reservas
de explotación de todos los bloques de la red que ocupa el área de evaluación y
estarán dadas por la expresión:
Qe =
n
∑Q
e.b.
(7.106)
1
n – número de bloques.
La metodología antes descrita por los abatimientos que se asumen en el centro de
cada bloque de la red permite que se pueda establecer la red del flujo subterráneo
256
�para todo el territorio evaluado para el final del periodo de explotación previsto, por lo
que este método permite, también, pronosticar la situación de los niveles de las aguas
subterráneas, representada por mapa de hidroisohipsas o hidroisopiezas.
7.8 Categorías y etapas de los estudios hidrogeológicos para la evaluación de
las reservas de explotación de las aguas subterráneas
Por categorías de estudios hidrogeológicos se define el grado de detallamiento de las
condiciones geológicas e hidrogeológicas de un territorio determinado, establecidas
por los resultados de todo un complejo de trabajos programados y ejecutados en
correspondencia con el objetivo y alcance del estudio.Los estudios hidrogeológicos los
podemos clasificar en: preliminares y detallados.
Estudios preliminares: tienen como principal objetivo definir las perspectivas
hidrogeológicas de un territorio o cuenca subterránea determinada, con el fin de
garantizar la fundamentación de programas de investigación con mayor detallamiento,
para satisfacer la demanda de agua subterránea en volumen y calidad de objetivos
existentes en el territorio de estudio o próximo a él.
Los estudios preliminares se dividen en:
•
Estudios regionales
•
Estudios zonales
Estudios regionales: Responden a tareas regionales que tienen como objetivo
esclarecer la condiciones geológicas e hidrogeológicas generales del territorio de
estudio, con vista a definir las perspectivas hidrogeológicas y de forma orientativa,
los posibles yacimientos de las aguas subterráneas, mediante evaluaciones de las
reservas de explotación, sin considerar la vinculación de estas a objetivos
concretos de abasto.
Los estudios regionales, generalmente abarcan áreas superiores a los 1 000 km2.
Las investigaciones en estos estudios se ejecutan a escala 1:100 000 para
presentar sus resultados a escala 1 250 000 o 1: 100 000, en dependencia de la
complejidad hidrogeológica del territorio estudiado y área de estudio. Las reservas
de explotación de las aguas subterráneas se evalúan en categorías pronóstico P y
C2.
Las etapas de los estudios regionales podemos establecerlas correspondiendo con
el alcance, contenido y ordenamiento en tiempo y espacio de los trabajos en las
siguientes:
1. Etapa de documentación: En esta etapa se ejecutará la búsqueda, recopilación y
ordenamiento de todos los datos existentes sobre geología, hidrogeología,
geomorfología, climatología, etc.
2. Etapa de exploración: El inicio de esta etapa incluye la confección de un
programa preliminar que prevea trabajos de levantamiento y geofísicos, dirigidos
a la obtención de datos preliminares de las zonas que no presentan información de
algunos o todos los aspectos necesarios para el trabajo futuro. Al culminar este
trabajo o etapa se procesan todos los datos disponibles y los resultados se reflejan
en mapas, generalmente, a escala 1: 250 000.
3. Etapa de programación para prospección: En esta etapa se confecciona el
programa de todos los trabajos necesarios conjuntamente con el cronograma de
ejecución, incluyendo los trabajos de laboratorios y gabinete.
4. Etapa de prospección: En esta etapa corresponde la ejecución de todos los
trabajos previstos de acuerdo con el cronograma, culmina la etapa del
257
�procesamiento de todos los datos de laboratorio y campo; culminará con la
confección del informe técnico correspondiente.
Estudios Zonales: Estos estudios responden a tareas de carácter general que
tienen como objetivo esclarecer las principales características hidrogeológicas del
territorio de estudio; definen los yacimientos y horizontes acuíferos perspectivos,
sus características generales y principales factores de alimentación, con vista a
definir las áreas más perspectivas para un futuro detallamiento de las mismas.
Con las áreas perspectivas que se definan se vinculan las necesidades de abasto de
objetivos existentes o previstos en el territorio. El área de estos estudios
generalmente abarca un territorio menor de 1 000 km2; las investigaciones de
estos estudios se ejecutan a escala 1: 50 000, para presentar sus resultados a
escala 1: 100 000 o 1: 50 000, en dependencia de la complejidad hidrogeológica
del territorio y dimensiones del área de estudio. Las reservas de explotación de las
aguas subterráneas se evalúan en categorías C2 y C1. Las etapas de los estudios se
establecen sobre la base de los trabajos a ejecutar, fundamentado por datos de
estudios regionales precedentes.
Las etapas de investigación son las siguientes:
1. Etapa de exploración: En esta etapa se confecciona el programa de
investigaciones, y se incluye el levantamiento hidrogeológico con fines de
establecer la escala correspondiente a las características del territorio. El
levantamiento se ejecutará al finalizar esta etapa, con el procesamiento de los
resultados obtenidos, de ser necesario, se modificará el programa de
investigación; al cual se le añadirá el cronograma de ejecución de los trabajos
programados.
2. Etapa de prospección: En esta etapa, en correspondencia con el cronograma de
ejecución, se realizarán todos los trabajos programados. Concluirá esta etapa con
la elaboración del informe técnico correspondiente.
3. Estudios detallados: Estos estudios se ejecutan respondiendo a tareas concretas
para abasto a objetivos definidos (existencia o programados). Estos estudios,
generalmente, abarcan territorios con áreas menores de 500 km2, aunque pueden
ser mayores. El objetivo principal de estos estudios es detallar las condiciones
hidrogeológicas y de alimentación de los acuíferos, yacimientos, tramos de cuencas
y cuencas subterráneas, determinando los volúmenes (o caudales) de las reservas
de explotación que satisfagan las necesidades de demanda planteadas de un
objetivo concreto o conjunto de objetivos que puedan presentar diferencias en
cuanto a la exigencia de la calidad del agua requerida y régimen de explotación.
Los estudios detallados se fundamentarán en resultados de estudios preliminares
precedentes. De acuerdo con la complejidad geológica e hidrogeológica del
territorio los estudios detallados se dividen en simples y complejos.
Estudios simples: se ejecutarán a escala 1: 25 000, los resultados se reflejarán a
escala 1: 50 000.
Estudios complejos: se ejecutarán a escala 1: 10 000 – 1: 25 000, los resultados
se reflejarán a la misma escala en concordancia con la complejidad y dimensiones
del área de estudio.
Las evaluaciones de las reservas de explotación de las aguas subterráneas se
ejecutarán en categorías de proyecto A y B.
Los principales aspectos a detallar en estos estudios son:
•
Condiciones de yacencia y distribución de los horizontes acuíferos.
258
�•
Características de las fuentes de alimentación y condiciones de formación
de las mismas.
•
Relación hidráulica entre los horizontes acuíferos existentes (en planta y
perfil) e interrelación entre las aguas subterráneas y superficiales
(incluyendo las precipitaciones atmosféricas).
•
Definición de las reservas y recursos (naturales y artificiales) de las aguas
subterráneas en los tramos previstos para la explotación.
•
Caudales de las reservas de explotación en las categorías evaluadas, con la
determinación de los límites del área que corresponda a cada categoría.
•
Detallamiento de la calidad de las aguas subterráneas y de las fuentes de
alimentación.
•
Detallamiento del régimen de las aguas subterráneas en condiciones
naturales y pronóstico del mismo durante el proceso de explotación.
•
Características geológicas de los tramos recomendados para la explotación.
•
Factores que pueden influir en la calidad de las aguas durante el proceso de
explotación.
•
Pronóstico de la consecuencia de la explotación de las aguas subterráneas
sobre el medio circundante.
•
Necesidad y posibilidad de creación de las zonas sanitarias de protección de
las aguas subterráneas y delimitación de estas zonas.
En correspondencia con los estudios que pueden preceder a los estudios
detallados, alcance y contenido de los mismos, las etapas de las investigaciones
en esta categoría de estudio son:
•
Estudios detallados simples
Etapa de documentación y programación: Se recopilarán todos los datos existentes
sobre geología, hidrogeología, tectónica, geomorfología, hidrología, climatología;
se ejecutarán interpretaciones fotogeológicas y de observaciones del régimen de
las aguas subterráneas; se confeccionará el programa de las investigaciones y
trabajos a ejecutar, incluyendo levantamiento geológico detallado en la escala
correspondiente; además se anexará cronograma de ejecución.
Etapa de exploración: Se ejecutarán todos los trabajos programados de acuerdo
con el cronograma de ejecución.
Etapa de gabinete: esta etapa comenzará durante le ejecución de la etapa de
exploración y culminará con la confección del informe técnico–evaluativo
correspondiente.
•
Estudios detallados complejos
La ejecución de las investigaciones en estos estudios se realizará en las siguientes
etapas:
Etapa de documentación – programación preliminar: Se recopilarán todos los datos
existentes sobre geología, hidrogeología, tectónica, geomorfología, petrografía,
climatología; se ejecutarán análisis e interpretaciones fotogeológicas; se
confeccionará el programa de las investigaciones y trabajos a ejecutar en la escala
correspondiente; además se anexará cronograma de ejecución de los trabajos.
259
�Etapa de búsqueda: Se ejecutarán todos los trabajos preliminares programados de
acuerdo con el cronograma confeccionado. Paralelo a la ejecución de los trabajos
se ejecutará el procesamiento de datos de laboratorio y campo.
Etapa intermedia de gabinete: Esta etapa se iniciará durante la etapa de
búsqueda; en la misma se culminará el procesamiento de todos los datos
obtenidos y terminará con la confección de un informe preliminar que incluirá el
programa de trabajos complementarios necesarios para el total detallamiento del
territorio de estudio; incluirá el cronograma de ejecución de los mismos.
Etapa de exploración detallada: Se ejecutarán todos los trabajos programados de
acuerdo con el cronograma de ejecución; durante la ejecución de los trabajos se
iniciará el procesamiento de datos que se obtengan en investigaciones de campo y
laboratorios.
Etapa final de gabinete: Esta etapa culminará en el procesamiento e interpretación
de todos los datos obtenidos; se ejecutarán todos los cálculos y terminará con la
confección del informe técnico – evaluativo correspondiente.
260
�Capítulo 8 PROTECCIÓN Y CONSERVACIÓN DE ACUÍFEROS EN EXPLOTACIÓN
8.1 Aspectos generales
En toda investigación hidrogeológica destinada a la evaluación de las reservas de
explotación de las aguas subterráneas o determinación de caudales de explotación de
pozos, con el objetivo de abasto de aguas potables, riego, abasto a industrias, etc. o
evaluaciones regionales sin usuarios definidos, debe esclarecerse la existencia o no de
aguas no condicionales dentro del área de investigación o próximo a ella, de existir
esta agua, es indispensable ejecutar el pronóstico de la posibilidad de captación de las
mismas, así como el pronóstico de la calidad durante el periodo de explotación.
Para el pronóstico de la calidad del agua subterránea durante el periodo de
explotación deben considerarse los siguientes aspectos:
-
Esclarecer las posibilidades de atracción de aguas no condicionales.
-
Definir las magnitudes de mineralización o las concentraciones máximas de
elementos dañinos y no deseables que puedan alcanzarse con la mezcla de aguas
condicionales y no condicionales.
-
Definir el tiempo a partir del cual comenzará el movimiento de las aguas
condicionales hacia las tomas de agua, o definir la distancia que recorrerán las
aguas no condicionales hacia esas tomas durante la explotación.
-
Pronosticar el cambio que producirá en la calidad del agua en tiempo, a partir del
momento en que comienzan a ser captadas por las tomas de aguas las primeras
porciones de aguas no condicionales, hasta el final del período previsto de
explotación.
-
Fundamentar las medidas a tomar para la protección de las tomas de aguas contra
la penetración o captación de aguas no condicionales durante la explotación.
Las condiciones hidrogeológicas en la naturaleza son muy variadas y prácticamente en
cada caso en específico se requerirá de un esquema de cálculos y fórmulas para el
pronóstico, por ello, con vista a simplificar las condiciones naturales a esquemas o
modelos de cálculos con los cuales puedan obtenerse datos que permitan ejecutar los
pronósticos requeridos con un grado de confiabilidad aceptable, en la mayoría de los
casos las metodologías y esquemas de cálculos se basan en la esquematización del
flujo del agua subterránea asumiendo las siguientes condiciones:
-
El flujo natural es homogéneo.
-
El régimen de filtración es estacionario, teniendo en cuenta que con la existencia
de este régimen está comprobado que la velocidad de filtración es mayor que en
régimen no estacionario para condiciones de filtración análogas.
-
La migración de elementos naturales y artificiales de contaminación en los estratos
se efectúa por desplazamiento convectivo, con muy poca influencia de la difusión
molecular y absorción.
-
Las aguas condicionales y no condicionales son líquidos homogéneos con una
viscosidad y densidad condicionalmente equiparable, y la atracción de un líquido
por otro se ejecuta mediante el proceso con esquema de pistón. Este proceso de
atracción está suficientemente fundamentado para rocas y sedimentos porosos
relativamente homogéneos.
261
�En capas estratificadas y agrietadas, sobre todo para las rocas carsificadas, donde
existen anisotropías considerables en los procesos de filtración, el esquema de
“pistón” en los cálculos solo puede considerarse de forma orientativa en
dependencia del grado de anisotropía.
8.2 Pronóstico de captación de aguas no condicionales o contaminadas
durante la explotación de aguas subterráneas
8.2.1 Yacencia de aguas no condicionales bajo las aguas condicionales
En caso de que se explote un acuífero con aguas condicionales sobre aguas no
condicionales (aguas dulces sobre aguas saladas), podrá evitarse la captación de las
aguas no condicionales cuando el descenso del nivel del agua en la obra de toma y los
caudales se defina por el abatimiento máximo admisible.
Las condiciones con las cuales puede evitarse la captación de aguas no condicionales
están dadas por la expresión propuesta por Milionshikov:
Sm.a. ≤ ( γ n − γ c ) Hc
(8.1)
Donde: Sm.a. – abatimiento máximo admisible del nivel del agua, m.
γ c ;γ n - densidad de las aguas condicionales y no condicionales respectivamente,
gr. /cm3.
γ =
P
, P- peso del agua con volumen V. gr/cm3.
V
Hc- potencia (espesor) de la lámina de aguas condicionales, m.
FIGURA 8.1. Aguas no condicionales ubicadas bajo las aguas condicionales. 1. Obra
de tomas en aguas condicionales con caudal Q; Límite entre aguas
condicionales y no condicionales; Hc. Espesor del acuífero con aguas
condicionales; Hn. Espesor del acuífero con aguas no condicionales; Cc y
Cn. Mineralización o concentración de elementos individuales
correspondientes a las aguas condicionales y no condicionales
respectivamente; l. Longitud del filtro.
En caso de que por algún motivo exista la necesidad de explotación de las aguas
condicionales violando lo establecido para el abatimiento máximo admisible y que el
acuífero pueda considerarse ilimitado (que el radio de influencia calculado para el
periodo de explotación sea más de tres veces menor que la distancia hasta límites
262
�geológicos, cambios de permeabilidad, de alimentación o impermeables), el tiempo en
que comenzarán a ser captadas por las obras de toma, las primeras partículas de
aguas no condicionales, a partir del inicio de la explotación se pronostica considerando
las condiciones existentes, en estas condiciones analizaremos el caso más frecuente
que es cuando las aguas no condicionales presentan una potencia mayor que las
aguas condicionales y puede considerarse que el acuífero en toda su potencia
presenta propiedades de filtración homogéneas, en este caso:
T=
2πn(H c − l)
1
3Q(1 − )
(8.2)
β
Donde: n- porosidad activa de las rocas (entrega de agua).
Hc- potencia de la lámina de aguas condicionales, m.
l- largo del filtro, m.
Q- caudal total de explotación, m3/día.
β - coeficiente de imperfección de la obra de toma en dependencia de la
magnitud τ y τ =
l
y se determina de la Tabla 8.1
H
H- potencia total del acuífero, m.
Tabla 8.1. Valores del coeficiente
β
τ
0,05-0,1
0,1-0,2
0,2-0,4
0,4-0,6
0,6-0,8
β
3
1,7
1,4
1,3
1,1
La concentración máxima de determinados elementos por mezcla de las aguas podrá
ser pronosticada aplicando la siguiente fórmula:
Cmax. = Cn – (Cn – Cc)
Hc
H
(8.3)
Donde: Cn; Cc – mineralización o concentración de determinado elemento en aguas no
condicionales y condicionales, respectivamente.
Hc – potencia de la lámina de agua condicional, m.
H - potencia total del acuífero, m.
A partir del momento en que a las obras de toma comiencen a llegar las primeras
partículas de aguas no condicionales deberá pronosticarse la calidad del agua para el
periodo de explotación complementario o para un tiempo posterior determinado.
El incremento de la mineralización de las aguas o concentración de un elemento
determinado se desarrolla generalmente en un proceso muy lento.
En condiciones de atracción de aguas no condicionales, desde la parte inferior del
acuífero, por obras de tomas imperfectas (no atraviesan toda la potencia acuífera),
que trabajen en condiciones de potencia limitada (Hc
≥ 0,7H ...y
l
≤ 0,3 ), la
H
263
�mineralización del agua o concentración de determinados elementos en un tiempo t
f T se calcula por la fórmula:
⎡ 1
C = Cn – (Cn – Cc) ⎢
⎣β
+ (1 +
1
β
)3
T ⎤
⎥
t ⎦
(8.4)
t- período de tiempo para el que se ejecuta el cálculo a partir del tiempo T de
llegada de las primeras partículas de aguas no condicionales a las obras de toma, m.
En estratos acuíferos de grandes potencias, cuando la posición del lecho del acuífero
no influye en el movimiento ascendente de las aguas no condicionales, los cálculos se
ejecutan por la fórmula siguiente:
C = Cn – (Cn – Cc)
3
T
t
(8.5)
8.2.2 Existencia de aguas no condicionales en posición lateral a la ubicación
de las aguas condicionales
La atracción de aguas no condicionales en planta, desde posición lateral, se evalúa
sobre la base de la construcción y análisis de la red hidrodinámica del flujo en la zona
de influencia de la obra de toma.
Durante el proceso de explotación de las aguas subterráneas, alrededor de las obras
de toma se forma un campo de filtración, en el límite, del cual se pueden definir dos
zonas delimitadas por la línea neutral del flujo subterráneo. Estas zonas tienen las
siguientes características:
Zona I: Ocupa el espacio entre la línea neutral del flujo subterráneo y la obra de
toma.
En esta zona todas las líneas de flujo tienen un punto de convergencia común en la
obra de toma.
Zona II: Las aguas en esta zona no son captadas por las obras de toma. Todas las
línea del flujo en esta zona pasan a lo largo de la zona I, que representa el área de
influencia de la obra de toma.
Con la existencia en planta de aguas no condicionales, si las mismas se encuentran
relacionadas con la Zona I, podrán ser atraídas por la obra de toma, incluyendo
aquellas que se encuentren a grandes distancias.
Las aguas no condicionales relacionadas con la Zona II no serán atraídas por la obra
de toma, aunque siempre existe la posibilidad de que por el proceso de migración de
las aguas subterráneas, durante una explotación prolongada, estas aguas sean
atraídas si la ubicación de las mismas es aguas arriba de la obra de toma, en dirección
convergente con la dirección del flujo.
La distancia a partir de la cual las aguas no condicionales pueden ser atraídas por la
obra de toma (aguas relacionadas con la Zona I) está en dependencia directa con las
condiciones de límites del acuífero y la distancia de esta agua hasta las obras de
toma. A continuación analizaremos algunos de los casos más frecuentes, aplicando
pronósticos establecidos por Drobnaxod, Yazvin y Boriévski.
Cuando existe el peligro de atracción de aguas no condicionales por las obras de toma
durante el proceso de explotación debe calcularse el tiempo en que las primeras
partículas de aguas no condicionales comenzarán a llegar a las obras de toma a partir
del inicio de la explotación, considerando que la explotación se desarrollará de forma
264
�permanente (sin interrupción) y sin que se produzca alimentación del acuífero
adicional a las consideradas en los cálculos.
1. Acuífero ilimitado
Se considera acuífero ilimitado cuando el radio de influencia calculado de obras de
tomas en aguas subterráneas para el periodo de explotación, es menor de tres veces
la distancia hasta el límite geológico, de permeabilidad o de alimentación más próximo
(Figura 8.2).
FIGURA 8.2. Acuífero ilimitado. 1. Líneas del flujo; 2. Línea neutral del flujo; 3. Límite
de las aguas no condicionales; Ln. Distancia desde la obra de toma hasta
las aguas no condicionales; X1. Distancia dentro de la cual se producirá
la atracción de aguas no condicionales.
En este caso, la distancia en sentido contrario a la dirección del flujo a partir de la cual
las aguas no condicionales podrán ser atraídas está definida por la fórmula:
X1 = -
Y
2πqY
)
tg(
Q
(8.6)
Donde: X1- distancia a partir de las obras de tomas dentro de la cual podrán ser
captadas aguas no condicionales, m.
Y- Distancia a ambos lados del eje que pase por el centro de las obras de toma,
al final de la distancia X1, en dirección contraria a la dirección del flujo subterráneo,
por donde pasará la línea neutral del flujo, con intersección de la línea neutral del
flujo en ordenadas C y C1, m.
± Y=
Q
2q
(8.7)
Q – Caudal de explotación de las obras de toma, m3/día.
q– caudal unitario del flujo subterráneo en condiciones naturales, m3/ día. m.
q = KHI
(8.8)
K- coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m/día.
265
�H- potencia acuífera, m.
I- gradiente hidráulico del flujo subterráneo.
La distancia entre la obra de toma y la línea neutral del flujo subterráneo en dirección
coincidente con la dirección del flujo subterráneo estará dada por la expresión:
X0 =
Q
2πq
(8.9)
La distancia entre las obras de toma y la línea neutral del flujo en sección transversal
a la dirección del flujo subterráneo está dada por la expresión:
Q
4q
± Y0 =
(8.10)
El tiempo en que podrán comenzar a llegar a las obras de tomas las primeras
partículas de aguas no condicionales se podrán pronosticar por la expresión:
T =
nH
q
⎡
⎛ Ln
⎞⎤
+
1⎟⎟⎥
⎢ Ln −
X
1 ⎜ ⎜
⎢⎣
⎝
X
0
⎠⎥⎦
(8.11)
Donde: n y H – porosidad activa (o entrega de agua) y potencia acuífera total
respectivamente.
q- Caudal específico del flujo subterráneo, m3/ día. m.
Ln, - distancia desde el centro de las obras de toma hasta las aguas no
condicionales.
X1, X0 – distancias referidas en la Figura 8.2 y se determinan por las fórmulas
analizadas para ello.
En la práctica se obtienen también resultados confiables aplicando la expresión:
T =
πnHL2n
Q
(8.12)
2. Acuíferos semilimitados
1er Caso. Acuífero semilimitado con una frontera o límite con carga constante (de
alimentación) y dirección del flujo subterráneo desde la dirección de ubicación
de las obras de toma hacia esa frontera (Figura 8.3).
266
�FIGURA 8.3. Acuífero con un límite de alimentación y dirección del flujo en dirección
al límite de alimentación. 1. Líneas del flujo; 2. Línea neutral del flujo; 3.
Límite de las aguas no condicionales; L0. Distancia desde la obra de
toma hasta las aguas no condicionales; X1. Distancia a partir de la cual
se producirá la atracción de las aguas no condicionales. ← . Dirección
del flujo subterráneo.
En este caso la distancia X1 se calcula para el sentido contrario a la dirección del flujo,
utilizando para ello la fórmula:
X1 =
L0 − Y0 +
2L0Y
2π qY
tg(
)
Q
(8.13)
donde: L0 , Y0 – Distancia desde el centro de la obra de toma hasta la frontera de
alimentación y desde el eje central del esquema de flujo, por el centro
de la obra de toma y en posición transversal a ese eje, hasta la línea
neutral del flujo en la frontera de alimentación, respectivamente.
Los valores de Y0 en la frontera de alimentación se calculan por la fórmula:
± Y 0 = L=
Q
−1
πL0 q
(8.14)
Los valores ± Y para definir la posición de la línea neutral del flujo en el extremo de la
distancia X1 se calculan por la fórmula (8.6).
El tiempo en que comenzarán a llegar las aguas no condicionales a las obras de toma
podrá ser determinado por la fórmula:
T=
nH
q
⎡
X 12 − L20 ( X 1 + L0 )(X 1 − Ln ) ⎤
L
L
ln
−
−
⎢ 0
⎥
n
2X 1
( X 1 − L0 )(X 1 + Ln ) ⎦
⎣
(8.15)
Los parámetros L0; Ln y X1 se toman del esquema de cálculo y valores determinados
para:
267
�2do Caso. Acuífero semilimitado con una frontera con carga constante (de
alimentación) y dirección del flujo natural de las aguas subterráneas, es a partir de
esa frontera hacia la posición de ubicación de las obras de toma, con aguas no
condicionales ubicadas al otro lado de las obras de toma, en dirección del flujo
subterráneo (Figura 8.4). 0 sea la intersección de la línea neutral del flujo con el eje
de las X en dirección coincidente con el flujo, así como la distancia ± Y0 para definir el
trazado de la línea neutral del flujo. Por las condiciones de este caso Y = 0 y X1 = X0.
FIGURA 8.4. Acuífero con un límite de alimentación y dirección del flujo subterráneo
a partir de este límite. 1. Línea del flujo; 2. Línea neutral del flujo; 3.
Límite de las aguas no condicionales; L0. Distancia desde la obra de
toma hasta la fuente de alimentación con carga constante; Ln. Distancia
desde la obra de toma hasta las aguas no condicionales; X0. Distancia
dentro de la cual se producirá la atracción de aguas no condicionales.
Dirección del flujo.
En este caso, el interés principal lo representa el cálculo de la distancia:
X0 = L0
Q
+1
πL0 q
(8.16)
Los valores de Y0 se determinan por la fórmula:
± Y0 = 2
QL0
πq
(8.17)
El pronóstico del tiempo en que podrán comenzar a llegar las primeras partículas de
aguas no condicionales a las obras de tomas puede ser ejecutado por la fórmula:
T=
πnHL20 ⎡
3
⎛ Ln ⎞
L ⎤
⎢2 + ⎜ ⎜ ⎟⎟ − 3 n ⎥
3Q ⎢ ⎝ L0 ⎠
L0 ⎥
⎣
⎦
(8.18)
Donde los parámetros n, H, L0, Ln, Q son idénticos a los casos anteriores.
268
�En los casos, cuando la atracción de aguas no condicionales es lateral y la yacencia de
estas aguas es en forma de cuña que abarca todo el espesor del acuífero, el esquema
para la determinación de la concentración máxima de determinados elementos será
según la Figura 8.5.
FIGURA 8.5. Aguas no condicionales en cuña en todo el espesor acuífero. 1. Pozo. 2.
Límite entre aguas condicionales y no condicionales; H. Espesor total del
acuífero.
En estos casos, el pronóstico de concentración máxima de determinados elementos
podrá ser asumido como la mezcla de esos elementos en aguas condicionales y no
condicionales y la misma podrá ser determinada por la fórmula siguiente:
Cmax. = Cn - (
C n − Cc
π
)arc.cos
T
t
(8.19)
Donde t es el periodo de tiempo para el que se ejecuta el cálculo de concentración
máxima a partir del tiempo T de inicio de llegada de las primeras partículas de aguas
no condicionales a las obras de tomas.
8.3 Principales medidas para contrarrestar la captación de aguas no
condicionales
Existen casos, en que por necesidades sociales, económicas, etc., es necesario llevar
a cabo la explotación de las aguas subterráneas, a pesar del peligro real de
contaminación por aguas no condicionales para las aguas condicionales presentes; en
tales ocasiones, debe preverse la protección del área acuífera con aguas condicionales
donde están ubicadas las obras de toma.
Considerando los distintos casos de yacencia de aguas no condicionales analizados en
este capítulo, a continuación presentamos las medidas de protección que con más
frecuencia se emplean en la práctica de explotación de acuíferos que reportan
resultados satisfactorios.
1er Caso: Cuando las aguas no condicionales yacen bajo las aguas condicionales.
De acuerdo con los resultados que en la práctica han sido obtenidos no se llevará a
efecto la atracción de aguas no condicionales si se cumplen los requisitos planteados
para la fórmula 8.1. En casos de acuíferos que pueden ser considerados homogéneos
y exista la necesidad de incumplimiento de los requisitos mencionados deberá
preverse la construcción de obras de toma en las aguas no condicionales y su
explotación (Figura 8.6), manteniendo la siguiente relación:
269
�Qc
H
= λ ≤ c
Qn
Hn
(8.20)
Donde: Qc: caudal total de la obra de toma en aguas condicionales.
Qn: caudal total de la obra de toma en aguas no condicionales.
λ : coeficiente regulador.
Hc: potencia de la lámina de aguas condicionales.
Hn: potencia de la lámina de aguas no condicionales.
Cuando: λ f
Hc
, en el transcurso del tiempo comenzará la atracción de aguas no
Hn
condicionales por la obra de toma en aguas condicionales.
Cuando: λ p
Hc
, en el transcurso del tiempo comenzará la atracción de las aguas
Hn
condicionales por la obra de toma en aguas no condicionales.
Cuando: λ =
Hc
, entonces se ejecutará la extracción independiente de las aguas
Hn
condicionales y aguas no condicionales por las obras de tomas respectivas, sin
que se rompa el equilibrio existente entre ellas, según esquema de la Figura 8.6.
FIGURA 8.6. Aguas no condicionales bajo las aguas condicionales.
2do Caso: Cuando las aguas no condicionales se encuentran ubicadas en zonas
aledañas (por su yacencia en planta) a las aguas condicionales, y el límite entre ellas
puede considerarse simétrico (en línea recta), (Figura 8.7), entonces la medida más
recomendable, contra la atracción de aguas no condicionales por las obras de toma en
aguas condicionales, será la construcción de obras de tomas en las aguas no
condicionales en forma simétrica a la ubicación de la obra de toma en aguas
condicionales referente al límite entre ambas.
270
�La obra de toma en aguas no condicionales deberá explotarse con el mismo caudal
que las obras de toma en aguas condicionales, Qn = Qc.
FIGURA 8.7. Límite en planta de las aguas no condicionales. Cc. Existencia de aguas
condicionales; Cn. Existencia de aguas no condicionales; Lc, Ln. Distancia
desde el límite entre aguas condicionales y no condicionales hasta los
pozos ubicados en esta agua; Ln = Lc.
3er Caso: Cuando la existencia de aguas no condicionales es debido a la proximidad
del mar, o aguas no condicionales en forma de cuña en los límites con aguas
condicionales, en este caso puede tenerse la ubicación de esta agua tanto en planta
como en perfil.
El método más eficaz para comprimir y desplazar las aguas no condicionales es la
recarga artificial ubicada entre las obras de toma en aguas condicionales y límite en
planta de las aguas no condicionales. Esta recarga deberá efectuarse sobre el límite
de las aguas no condicionales en perfil (Figura 8.8).
El método será efectivo cuando el caudal de recarga con aguas condicionales sea igual
o superior al caudal de explotación de las obras de toma en aguas condicionales.
FIGURA 8.8. Límite de aguas no condicionales en forma de cuña con posición del
límite tanto en planta como en perfil. 1. Límite entre las aguas no
condicionales y condicionales; 2. Pozo en aguas condicionales con
caudal Q0; 3. Pozo u otra obra de inyección de aguas condicionales en
aguas no condicionales con caudal Q1, (Q0 ≤ Q1).
271
�4to Caso: Cuando el peligro de atracción de aguas no condicionales es tanto desde
aguas no condicionales, que yacen bajo las aguas condicionales, así como desde
zonas aledañas en los laterales de las obras de toma en aguas condicionales, entonces
las medidas a tomar serán la combinación de los métodos expuestos anteriormente.
8.4 Zonas de
subterráneas
protección
sanitaria
de
las
obras
de
toma
en
aguas
Las zonas sanitarias, en obras de toma ubicadas en aguas condicionales con fines
para abasto de acueductos y, sobre todo, para fines de aguas potables, son
imprescindibles para la garantía de la calidad de las aguas en prevención de posibles
impactos contaminantes o degradantes de los acuíferos y que pueden resultar nocivos
a la salud.
En la práctica, para desarrollar una explotación racional es necesario definir las zonas
de protección sanitaria para garantizar la calidad de las aguas en todo el proceso de
explotación para el período establecido de uso de las obras de toma. De tal forma,
para dar respuesta a estos requerimientos se han definido dos zonas de protección
fundamentales que presentan las siguientes características:
1ra Zona- de régimen estricto: se establece alrededor de las obras de toma con un
radio no menor que 30 m en caso de acuíferos con aguas artesianas (confinadas),
previendo que el acuífero cuenta con una capa impermeable que lo protege desde la
superficie y no menos de 50 m en obras de tomas ubicadas en acuíferos freáticos en
los que el acuífero está expuesto directamente a los posibles procesos que se puedan
desarrollar en la superficie del terreno.
Esta zona debe ser delimitada y protegida por un cercado que garantice el acceso
limitado a la misma. Dentro de esta zona no debe verterse ningún tipo de elemento
contaminante químico o bacteriano (incluyendo materia orgánica) y en la misma el
suelo debe estar sembrado de plantas que eviten la erosión del terreno.
2da Zona- de restricción: Se relaciona con el territorio limítrofe de la zona de régimen
estricto. Los límites de esta zona deben estar definidos sobre la base del área de
acuífero donde las aguas subterráneas fluirán hacia las obras de toma durante la
explotación y que estará delimitada por la línea neutral del flujo. Esta línea neutral del
flujo deberá estar definida por los cálculos analizados anteriormente en el epígrafe
8.2.2 y esquemas determinados para acuíferos ilimitados y semilimitados.
Dentro de los límites de esta zona debe prohibirse el trabajo de excavaciones que
puedan provocar la destrucción de la capa protectora del acuífero (en zona no
saturada); se prohíbe la construcción de campos de infiltración de elementos
contaminantes; se regulan los trabajos de construcción; se le da condiciones
sanitarias a la población que aquí resida en los requisitos indispensables; se prohíbe el
almacenamiento de desechos, tanto líquidos como sólidos, así como de depósitos de
excrementos animales; se condiciona el empleo de fertilizantes tóxicos que se utilizan
en la agricultura y otras restricciones según normativas ambientales.
La imposición de la segunda zona de restricción es de suma importancia si se explotan
aguas en acuíferos freáticos (libres). En la explotación de acuíferos artesianos, en
muchos casos existe una capa impermeable de gran potencia que funge como
protectora del acuífero y en estas condiciones las restricciones dentro de esta zona se
analizan según el tipo. En casos muy excepcionales en acuíferos artesianos puede
prescindirse de esta zona de protección sanitaria.
272
�Capítulo 9 REPOSICIÓN ARTIFICIAL DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS
Hace ya algunas décadas, en muchos países se desarrolla la aplicación de la
reposición artificial de los acuíferos, esto principalmente motivado por la
sobreexplotación de las aguas subterráneas, que en gran número de casos, provoca la
intrusión de aguas marinas en acuíferos costeros y con la aplicación de la reposición
artificial, utilizando aguas de otras fuentes e incluso, aguas subterráneas desde otras
regiones o acuíferos se logra establecer el equilibrio entre las aguas dulces y saladas.
La reposición artificial es un método de reposición de las reservas de aguas
subterráneas; la misma puede ejecutarse con diversos objetivos: detener o erradicar
intrusiones salinas, reponer las reservas de aguas subterráneas en acuíferos
sobreexplotados y en estos casos, contrarrestar el descenso de relieve del terreno que
se origina por desecamiento del acuífero, también por afectaciones a cultivos en estas
condiciones, mejorar la calidad natural de aguas subterráneas, realizar
desplazamientos de aguas no condicionales, desarrollar el lavado de acuíferos y zona
no saturada que contienen sales no deseadas, etc.
En muchos países, por las condiciones climáticas, hidrológicas y geológicas presentes,
puede lograrse una amplia aplicación de la reposición artificial de los acuíferos, tanto
para evitar los procesos ya mencionados, como para utilizar los recursos hídricos que
nos proporciona la naturaleza, por precipitaciones intensas durante los períodos
húmedos, parte del volumen de los cuales no pueden ser embalsados por presentarse
los mismos en territorios llanos, que en la mayoría de los casos coinciden con la
presencia de cuencas subterráneas en acuíferos formados por calizas cavernosas y
otras rocas y sedimentos con grandes capacidades de almacenamiento.
En sentido general, la reposición artificial considera la captación de reservas hídricas
con fines de reposición y mejoramiento de la calidad de las aguas subterráneas. Para
la ejecución de la misma es necesario determinar los siguientes aspectos en
investigaciones preliminares:
•
Necesidad de ejecutar la reposición artificial
•
Existencia de fuentes que puedan ser utilizadas y calidad de sus aguas
•
Calidad del agua que se requiere según el objetivo que se analiza
•
Tramos y áreas donde, por las características hidrogeológicas existentes, puede
ser efectiva la reposición
•
Métodos o sistemas de recarga más racionales
•
Evaluación de la efectividad y período útil de explotación de los sistemas de
recarga que se diseñen
La reposición artificial no es más que crear las condiciones necesarias para la
infiltración hasta los estratos permeables, aguas superficiales, subterráneas,
transportadas e incluso, aguas que ya han sido utilizadas con otros objetivos.
Con la utilización de la reposición artificial se puede regular el funcionamiento de las
obras de tomas de aguas, considerando la calidad y cantidad de agua en la fuente de
recarga y garantía de las mismas.
La construcción de obras de infiltración y también la posibilidad de acumular un
determinado volumen de agua en los acuíferos permite suspender la entrega de agua
por reposición durante los períodos de empeoramiento de la calidad del agua que se
273
�utiliza en la reposición, y con ello, evitar o disminuir el peligro de una posible
contaminación de los acuíferos.
9.1 Clasificación de los métodos de reposición artificial
La experiencia acumulada hasta la actualidad en reposición artificial permite clasificar
los métodos de ejecución de la misma en directos e indirectos. Con los métodos
directos se relacionan las medidas que se desarrollan con el objetivo específico de
reposición y representados por distintas variantes de infiltración o bajo presión y
regulación del escurrimiento superficial.
La infiltración libre se ejecuta mediante la inundación de zonas bajas del relieve,
construcción de piscinas de infiltración, canales, etc. Este método se emplea cuando
las rocas que forman el acuífero u otras rocas permeables relacionadas con él afloran
a la superficie del terreno o presentan una cubierta con pequeños espesores (menos
de 3 m).
La infiltración bajo presión está representada, generalmente, por la construcción de
calas o pozos, y se ejecuta cuando el acuífero yace a profundidades considerables,
cubierto por rocas de muy poca permeabilidad o impermeables. También, para la
creación de barreras contra la intrusión salina o contra la captación de aguas
subterráneas no condicionales, indeseables para el objetivo con que se explota el
acuífero.
Se consideran métodos indirectos las medidas o construcciones hidrotécnicas que se
ejecutan con otros fines, pero que al mismo tiempo pueden ser utilizadas para la
reposición artificial (regulación del escurrimiento superficial de ríos por embalses,
sistemas de riego, drenaje y otros), por la acción de la reposición artificial en el
balance de las aguas subterráneas; la misma se divide en dos grupos:
1er Grupo: son los métodos que se ejecutan para el incremento de las reservas de
aguas subterráneas; pueden ser tanto métodos directos como indirectos.
2do Grupo: son los métodos que ejercen influencia sobre la disminución de la parte del
caudal del balance de las aguas subterráneas, dificultan el escurrimiento natural
desde las rocas acuíferas (construcción de presas subterráneas, incremento de la
presión sobre las aguas, una explotación más intensiva de las aguas subterráneas,
disminución de la transpiración y evaporación desde la superficie del terreno y de las
aguas freáticas, etc.).
Por la magnitud y grado de acción sobre el balance de las aguas subterráneas los
métodos de reposición artificial se subdividen en dos categorías:
1ra categoría: métodos de influencia intensiva en áreas concentradas.
2da categoría: métodos de influencia intensiva distribuidos en un amplio territorio de
influencia sobre el balance de las aguas subterráneas.
La primera categoría abarca los métodos que se emplean con más frecuencia
(infiltración con la ayuda de piscinas, canales, depresiones, cavernas, pozos, etc.). Los
métodos de la segunda categoría son previstos para un funcionamiento prolongado en
áreas considerablemente grandes (distintas medidas destinadas a la recolección de
volúmenes de aguas superficiales y su infiltración, así como medidas agrotecnias).
En la práctica, generalmente se utiliza la combinación de varios métodos (embalses
con canales, canales con pozos, depresiones o cavernas con canales, pozos etc.). La
utilización de uno u otro método y combinación de ellos se determina en
correspondencia con las condiciones naturales de un territorio dado, en primer lugar,
274
�por las condiciones geólogo-hidrogeológicas y de relieve del terreno, por la efectividad
que puedan presentar los métodos y por la racionalidad económica de los mismos.
9.2 Métodos generales de cálculos de los sistemas de reposición artificial
Para los cálculos hidrogeológicos, durante la evaluación de las reservas de explotación
y al considerar la reposición artificial de las mismas, se utilizan los métodos
tradicionalmente conocidos (hidráulico, hidrodinámico, de balance y por analogía
hidrogeológica).
Los métodos analíticos pueden ser utilizados en aquellos territorios donde las
condiciones de límites pueden ser esquematizadas en forma de contornos lineales y
donde las condiciones de filtración de los acuíferos pueden ser consideradas
homogéneas u homogéneas relativas.
En condiciones hidrogeológicas complejas donde existen cambios bruscos en las
propiedades de filtración de las rocas (condiciones anisotrópicas de filtración), cuando
las condiciones límites del flujo no pueden ser incluidas en los esquemas de cálculos y
también cuando existe un régimen variable en la fuente de reposición, es racional
ejecutar la evaluación de las reservas de explotación por métodos de modelaje
matemático.
El caudal de las obras de reposición se calcula, generalmente, para dos tipos de obras
que se consideran las principales: piscinas (o balsas) y pozos de infiltración. En los
cálculos de las piscinas de infiltración y evaluación de la efectividad de su
funcionamiento se utilizan los términos siguientes:
Caudal de infiltración- Q: representa el volumen de agua que entrega la piscina al
acuífero en la unidad de tiempo. Durante el ciclo de funcionamiento (intervalo de
tiempo entre cada limpieza de la piscina) el caudal varía.
Caudal específico- q: Caudal por unidad de longitud l de la piscina:
Q=
Q
l
(9.1)
Velocidad de filtración-V- relacionada con el caudal por la expresión:
Q=
Q q
=
F b
(9.2)
Donde: F: área de infiltración de la piscina (cuando la piscina funciona también
infiltrando por los taludes de la misma, se considera el área de los taludes
multiplicado por 0,67 y se suma al área del fondo de la piscina F (según
recomendaciones de Plótnikov).
b: ancho de la piscina
Entrega de la piscina –W: es el volumen de agua entregado por la piscina al acuífero
en un periodo de tiempo determinado, según Yázvin:
t
W=
∫ Qdt
(9.3)
0
Donde: t: período de tiempo considerado para el cálculo
Entrega específica-W0: volumen de agua entregado por la piscina al acuífero por
unidad de área durante un determinado periodo de tiempo (para un área
constante), según Yázvin:
275
�t
W0 =
t
W
= Qdt = ∫ Vdt
F ∫0
0
(9.4)
En el cálculo del caudal de la piscina se considera el aumento de la resistencia del
suelo a la filtración como consecuencia de la precipitación y colmatación por sólidos en
suspensión en el agua de reposición.
Los parámetros q y V se recomienda determinarlos de forma experimental por
vertimiento en las rocas donde se ubicará la piscina a través de calicatas, con ello se
considera una velocidad de filtración constante, la cual puede mantenerse con
pequeñas variaciones, siempre y cuando se garantice una buena calidad del agua que
llega a la piscina con valores mínimos de sólidos en suspensión, para lo cual a la
entrada de las piscinas deben construirse trampas (filtros) que reduzcan o eliminen la
entrada de sólidos a la piscina.
Las piscinas de infiltración se caracterizan por tener cinco etapas entre cada ciclo de
trabajo (entre cada limpieza).
1ra etapa: generalmente la más corta, corresponde a la inundación del fondo de la
piscina por una lámina fina de agua.
2da etapa: corresponde al tiempo de llenado de la piscina hasta el nivel de proyecto.
Esta etapa se caracteriza por un incremento constante de la velocidad de
infiltración.
3ra etapa: Es la principal en el ciclo de trabajo y corresponde a la explotación
propiamente de la piscina con un nivel de agua constante. En esta etapa el
caudal inicial es constante; posteriormente, durante la formación de una
lámina de lodo en el fondo de la piscina el caudal de infiltración disminuye.
Q = f (t).
4ta etapa: Corresponde a la suspensión de la entrada de agua a la piscina (desciende
el nivel en la misma) antes de la limpieza.
5ta etapa: Corresponde a la limpieza de la piscina y la preparación de la misma para el
siguiente ciclo de explotación.
Para poder comprobar el momento en que debe iniciarse la cuarta etapa, a la entrada
de la piscina deberá instalarse un hidrómetro (vertedor regulable u otro instrumento)
con el cual se controlará el caudal de entrada a la piscina, este debe ser constante
mientras el nivel en la piscina sea constante. A medida que se desarrolle la tercera
etapa deberá irse regulando el caudal de entrada y mantener el nivel en la piscina
estabilizado. Cuando llegue el momento en que el caudal de entrada requerido para
mantener el nivel estabilizado en la piscina sea aproximadamente tres veces menor al
caudal inicial con que se alcanzó el nivel de proyecto, deberá suspenderse la entrada
de agua a la piscina; momento en que comienza la cuarta etapa, al tenerse una
entrega específica de la piscina tres veces menor a la entrega específica de la misma.
Los cálculos de los pozos de reposición tienen como objetivo determinar la variación
de caudal específico de absorción de aguas durante el ciclo de infiltración, debido a la
colmatación de los filtros y rocas aledañas al pozo y también determinar el caudal
total del sistema de pozos de infiltración influenciados entre sí.
Si se garantiza una filtración tal del agua de reposición que la misma penetre al pozo
solo con escasas partículas en suspensión, los cálculos se ejecutan por las fórmulas
aplicables para bombeos. En las fórmulas cambiará solamente el signo del caudal y en
lugar de abatimiento se considera el ascenso del nivel durante la reposición.
276
�Manteniendo un caudal constante de infiltración en los pozos (Qp), la magnitud de la
carga puede variar en tiempo por las dependencias empíricas siguientes:
∆H = a + b t
(9.5)
o: ∆H = a + b lgt
(9.6)
Los cálculos se ejecutan por experimentos en campo, ejecutando vertimiento en pozos
con caudales constantes.
Por datos obtenidos de las pruebas de campo se construyen los gráficos H = f ( t ) y
H = f (log t).
El parámetro a de las curvas experimentales se determina de forma gráfica (Figura
9.1) el parámetro b se puede determinar después de determinado a por despeje de
fórmula, tomando valores de ∆ H del gráfico o considerando la tangente del ángulo α
que forma una línea recta, obtenida del gráfico de la prueba con una línea horizontal,
de donde tag α = b.
FIGURA 9.1. Gráfico ∆ H = f ( t ) = f log. t
En la práctica es sumamente difícil lograr aguas para reposición artificial que no
contengan un alto porciento de partículas en suspensión al entrar al acuífero, por ello
durante el proceso de reposición, el caudal específico de absorción del agua para el
ascenso de 1 m, según Yázvin, está sujeto a una variación exponencial de la forma
siguiente:
qt = q0 e- s t
(9.7)
Donde: q0: caudal específico de absorción al inicio del experimento.
s: coeficiente que caracteriza la disminución del caudal de filtración se
determina por datos experimentales para dos momentos de tiempo t1 y t2.
277
�S=
ln q1 − ln q2
t2 − t1
(9.8)
q1 y q2: caudales específicos de absorción durante la prueba para los
momentos de tiempo t1 y t2 a partir del inicio, respectivamente.
t: tiempo para el que se pronostica la reposición.
La disminución del caudal de recarga en tiempo también puede ser determinada
teniendo en cuenta la resistencia a la filtración por el carácter de imperfección de los
pozos.
Para acuíferos artesianos:
Qp =
4πKM∆H
2,25at
ln
+ 2ξ
r2
(9.9)
Para acuíferos freáticos:
[(∆H − H ) − H ]K
2
Qp =
2
(9.10)
2,25at
ln
+ 2ξ
r2
Donde: KM: trasmisividad del estrato acuífero, m2/día
∆ H: ascenso del nivel por la reposición en tiempo t
a: piezoconductividad en acuíferos artesianos y conductividad del nivel en
acuíferos freáticos, m2/día
r: radio del pozo, m
K: coeficiente de filtración de acuíferos freáticos, m/día
ξ : coeficiente de imperfección del pozo, se determina de la Tabla 9.1.
Tabla 9.1. Valores de
l
M
ξ
en función de
l
M
y
M
r
M
r
0,5
1,0
3,0
10,0
0,1
0,00391
0,122
2,04
0,3
0,00297
0,0908
0,5
0,00165
0,7
0,9
30,0
100,0 200,0 500,0 1 000,0
2 000,0
10,04 24,3
42,8
53,8
69,5
79,6
90,9
1,29
4,79
9,2
14,5
17,7
21,8
24,9
28,2
0,0494
0,656
2,26
4,21
6,5
7,86
9,64
11,0
12,4
0,000546
0,0167
0,237
0,879 1,69
2,67
3,24
4,01
4,58
5,19
0,000048
0,0015
0,0251
0,128 0,3
0,528 0,664 0,846 0,983
1,12
Donde: l: longitud de filtros; M: potencia acuífera; r: radio del pozo.
Considerando la colmatación de los filtros y de las rocas aledañas a los pozos durante
la reposición, en lugar del coeficiente ξ se emplea el coeficiente de resistencia Ψ ,
que se determina por la expresión siguiente:
Ψ = ξ - ξ
0
(9.11)
278
�Donde: ξ 0: es la resistencia por colmatación; se determina de forma experimental
por datos de reposición, tomando valores para distintos periodos de tiempo con los
que se construye el gráfico Qp = f (ln t); de donde ξ 0 será igual a la tangente que
forme una línea recta que se obtenga del gráfico con una línea horizontal (Figura 8.2).
Estos cálculos son de pronóstico y en los mismos se considera que el agua que se
utilizará en la reposición, durante todo el período en que se ejecute la misma,
presentará una turbidez similar a la empleada en la prueba.
FIGURA 9.2. Gráfico Q = f (ln t)
La cantidad de pozos necesarios para la reposición, según la necesidad que se tenga
de agua, podrá determinarse por la siguiente fórmula:
N=
Donde:
Qr
Qp
(9.12)
N: número de pozos necesarios
Qr: Caudal de reposición que se requiere
Qp: Caudal por pozo
El caudal efectivo de reposición en canales u otras obras con configuración alargada,
no consideradas en los casos anteriormente analizados, podrán ser determinados
mediante la instalación de hidrómetros en la entrada y salida del área de reposición,
la diferencia de caudales podrá considerarse como caudal efectivo de la reposición.
En formaciones geológicas de rocas carbonatadas, principalmente representadas por
calizas cavernosas, la reposición artificial puede ejecutarse a través de cavernas,
canales y otras cavidades cársticas existentes. Estas cavidades pueden estar en zonas
llanas y aflorando a la superficie del terreno o muy próximas a ella, taludes de ríos
etc.; en estos casos es muy difícil pronosticar las variaciones de caudales de
reposición en tiempo, aunque puede tenerse una aproximación de los mismos
mediante el control de los caudales de entrada a estas cavidades. De igual forma que
en otros sistemas de reposición debe preverse el filtrado de las aguas que penetran a
esas cavidades, con vista a disminuir al máximo la colmatación de las cavidades en
las rocas que proporcionan la infiltración de las aguas.
279
�Durante la ejecución de la reposición de las reservas de aguas subterráneas por las
vías analizadas debe controlarse el comportamiento de la calidad de las aguas,
fundamentando el control en la mineralización y elementos individuales y según el
requerimiento para aguas potables, también deberá controlarse la composición
bacteriológica.
La mineralización o concentración de elementos individuales se evalúa considerando la
dispersión y absorción durante la infiltración, desde el punto de vista de contorno de
la reposición (piscina, pozos o baterías de ellos, etc.), este control puede desarrollarse
aplicando la fórmula:
Cd =
C − Cn
Cr − Cn
(9.13)
Donde:
Cd: variación de la mineralización o elemento individual que se evalúa
C: valores de mineralización o elementos individuales con la reposición
Cn: valores naturales de la mineralización o elementos individuales antes de la
reposición artificial
Cr: valores de la mineralización o elementos individuales en las aguas que se
utilizan en la reposición artificial.
280
�Capítulo 10 CAPTACIÓN
HORIZONTALES
DE
AGUAS
SUBTERRÁNEAS
POR
TOMAS
Como tomas horizontales analizaremos las denominadas trincheras u obras similares,
las cuales representan obras de tomas de aguas subterráneas de gran efectividad
cuando la superficie del agua (techo del horizonte acuífero freático) yace a pocos
metros de profundidad, (0 a 5 m), con un espesor relativamente pequeño del
acuífero, sobre todo cuando la zona prevista para construir las obras de tomas está
ubicada en terrazas bajas formadas por sedimentos friables de alta permeabilidad.
Estas obras de toma son también de alta efectividad cuando el acuífero a explotar
está ubicado en zonas costeras bajas, donde se requiere ejecutar la explotación de las
aguas subterráneas tratando de provocar el menor abatimiento posible del nivel de las
aguas, para no originar una intrusión salina que en la mayoría de los casos requiere
de varios años de lavado para poder restablecer las condiciones iniciales del acuífero.
Durante la ejecución de las trincheras, sobre todo en sedimentos poco estables
(ejemplo arenas) y con la posibilidad del surgimiento de las deformaciones de
filtración, la construcción se ejecuta mediante el abatimiento temporal del nivel de las
aguas subterráneas, mediante el bombeo de las aguas desde pozos u otras
excavaciones que se ejecutan próximas a la zona de construcción de la trinchera.
En rocas estables, la construcción de las trincheras se ejecuta con el bombeo por
equipos instalados directamente en la trinchera. Los cálculos principales que se
ejecutan en las trincheras lo representa la determinación del caudal de agua
subterránea que fluirá hasta la trinchera con un abatimiento determinado del nivel del
agua dentro de esta.
Por la configuración que presenta en planta, las trincheras pueden clasificarse en los
tipos siguientes:
a) Rectangulares: cuando el largo es 10 veces (o más) mayor que su ancho.
b) Otros tipos: cuando en planta la trinchera representa otra figura (cuadrada,
circular, etc.).
Para los cálculos, los otros tipos de trincheras se llevan a esquemas de “gran pozo α 0 ”
con radio R0.
10.1 Trincheras de grandes longitudes
El cálculo del caudal de una trinchera perfecta, por su penetración en el acuífero
(Figura 10.1), se ejecuta por la fórmula de Dupuy:
Q = L. K
H2
R
(10.1)
Donde:
Q: caudal de la trinchera, m3/día
L; largo de la trinchera, m
K; coeficiente de filtración del acuífero, m/día
H; espesor del acuífero, m
R; radio de influencia de la trinchera, m.
281
�FIGURA 10.1. Esquema de cálculo para una trinchera perfecta.
Cuando una trinchera perfecta se construye próxima a una fuente de alimentación
superficial (ríos o lagos), (Figura 10.2), en los cálculos se considera el caudal
específico del flujo subterráneo y la distancia hasta el río; para ello el cálculo del
caudal de la trinchera se ejecuta por la fórmula siguiente:
⎛ H 2 HR ⎞
⎟
Q = 0,5 L K
⎜⎜
+
l ⎟⎠
⎝
R
(10.2)
Donde:
Q; caudal total de la trinchera, m3/día
L; largo de la trinchera, m
K; coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m
H; espesor acuífero, m
HR; columna de agua desde el nivel del agua en el río hasta el impermeable
bajo la trinchera, m
R; radios de influencia de la trinchera, m
L; distancia desde la trinchera hasta la fuente de alimentación, m.
FIGURA 10.2. Esquema de cálculo de una trinchera perfecta con fuente de
alimentación superficial próxima.
282
�Cuando el acuífero freático presenta un espesor considerable (mayor de 5 m) que no
puede ser interceptada en todo su espesor por la trinchera, entonces esta será
imperfecta (Figura 10.3) y el caudal de la misma podrá ser calculado por el método de
Chugáev. Este método considera que el caudal de la trinchera se forma de dos zonas
del acuífero:
Zona a. Formada por la parte acuífera que corta la trinchera
Zona b. Formada por la parte acuífera que queda bajo el fondo de la trinchera
El caudal total de la trinchera se calcula por la fórmula siguiente:
⎛ h 2
⎞
Q = L K ⎜ ⎜
+ 2hq ⎟ ⎟
⎝ R
⎠
(10.3)
Donde:
Q; caudal total de la trinchera, m3/día
L; largo de la trinchera, m
K; coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m /día
h; espesor acuífero cortado por la trinchera, m
q; caudal específico del flujo subterráneo, m3/día. m.
FIGURA 10.3. Esquema de cálculo para una trinchera imperfecta.
Cuando la trinchera imperfecta se encuentra ubicada próxima a una fuente de
alimentación superficial (Figura 10.4) se considera el caudal del flujo subterráneo
desde el parteaguas y desde la fuente de alimentación, utilizando las siguientes
fórmulas:
⎡⎛ h 2
⎞ ⎛ hr2
⎞⎤
⎜
+ hq ⎟⎟ + ⎜ ⎜ hr qr ⎟⎟⎥
Q = L K ⎢⎜
⎠ ⎝ 2l
⎠⎦
⎣⎝ 2 R
(10.4)
Donde:
Q; caudal total de la trinchera, m / día
L; largo de la trinchera, m
K; coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m / día
H; espesor acuífera cortada por la trinchera, m
q; caudal reducido del flujo subterráneo desde el parteaguas, m3/día. m.
283
�hr; columna de agua desde el nivel del agua en el río hasta el fondo de la
trinchera, m
l; distancia desde la trinchera hasta la fuente superficial de alimentación, m
qr; caudal reducido del flujo del agua subterránea desde la fuente superficial de
alimentación, m3/día. m.
FIGURA 10.4. Esquema de cálculo de una trinchera imperfecta próxima a una
frontera superficial de alimentación.
Los valores de q y qr se determinan por el gráfico de Chugáev (Figura 10.5) que
representa una dependencia funcional donde:
q = f ( α , β ) y qr = (α R , β R )
Y a su vez α =
R
R + c
β =
R
T
αR =
c
l + c
β R =
c
T
Donde:
T; espesor acuífero no cortado por la trinchera, m
C; mitad del ancho de la trinchera, m.
FIGURA 10.5. Gráfico para la determinación de q y qr.
284
�Cuando β 〉 3, los valores de q y qr, se determinan por las siguientes fórmulas:
q=
q1
( β − 3)q1 + 1
q1r
qr =
( β − 3)qr + 1
(10.5)
(10.6)
Los valores de q1 y q1r, se determinan del gráfico de Chugáev (Figura 10.6),
determinando inicialmente el valor de α 0 por la fórmula:
α0 =
T
T + 0,333c
(10.7)
FIGURA 10.6. Gráfico para determinar q1 y q1r de pequeñas longitudes.
10.2 Trincheras de pequeñas longitudes
En las trincheras de pequeñas longitudes u otras excavaciones similares
correspondientes a otros tipos, para simplificar los cálculos, el esquema se iguala a un
gran círculo. Para estos casos el cálculo del caudal de las trincheras se ejecuta
mediante las transformaciones de la fórmula de Dupuy, considerando los dos casos
siguientes:
1er. Caso: Trinchera de poca longitud u otras excavaciones similares prefectas (Figura
10.7).
Q = 1,37
KH 2
R
log
r
(10.8)
285
�Figura 10.7. Esquemas de cálculo de trinchera de poca longitud (u otras obras)
perfectas.
2do. Caso: Trincheras de poca longitud u otras excavaciones perfectas, tanto en
aguas freáticas como de presión (Figura 10.8).
Q = 1,37
K (2S
−
m)m
R
log
r
(10.9)
Los parámetros de las fórmulas 10.8 y 10.9 son los siguientes:
Q; caudal de agua de la trinchera, m3/día
K; coeficiente de filtración del estrato acuífero, m/día
H; espesor del acuífero freático, m
R; radio de influencia de la trinchera o distancia media hasta la fuente de
alimentación, m
R; radio reducido de la trinchera, m
M; espesor del estrato acuífero con presión, m
S; abatimiento del nivel del agua, m.
En los casos antes analizados, cuando la trinchera o excavación de otro tipo es
imperfecta, el cálculo del caudal se ejecuta por la fórmula de Abrámov:
⎡
⎤
⎢
⎥
S
2r
⎥
+
Q =
π
KS
⎢
r⎛
R
⎞ ⎥
⎢ 2,3log R
1,52
+
⎜1
+
1,18log ⎟ ⎥
⎢
r
4T
⎠
⎦
T
⎝
⎣
(10.10)
Donde:
Q; caudal de la trinchera, m3/día
K; coeficiente de filtración del estrato acuífero, m
S; abatimiento del nivel del agua, m
R; radio de influencia de la trinchera, m
r; radio reducido de la trinchera, m
286
�T; altura desde el impermeable hasta el fondo de la trinchera.
Figura 10.8. Esquema de cálculo para trincheras de poca longitud u otros tipos de
obras perfectas en aguas freáticas y con presión.
287
�Capítulo 11 CÁLCULOS HIDROGEOLÓGICOS EN OBRAS HIDROTÉCNICAS
En condiciones de obras hidrotécnicas asumiremos en esta ocasión, solamente las
presas y canales, para las cuales analizaremos los métodos analíticos de cálculos
hidrogeológicos más usuales y que deben preceder toda construcción, fundamentados
en investigaciones hidrogeológicas detalladas, con el resultado de las cuales puedan
tomarse medidas ingenieriles en el proceso de construcción, para evitar posibles
afectaciones que pueden provocar estas obras y que pueden ser pronosticadas por las
investigaciones hidrogeológicas.
11.1 Cálculos relacionados con la filtración en presas
Durante el llenado de las presas, generalmente se origina un remanso de las aguas
subterráneas que provoca un flujo de filtración muy complejo en el espacio; este flujo
supuestamente se divide en dos flujos simples:
•
Flujo de filtración con presión bajo las presas
•
Flujo de filtración fuera de los límites de la presa (incluyendo el embalse), que a
su vez se divide en tres zonas con características específicas, cada una de estas
zonas.
En la zona próxima al cierre, ocurre una filtración desde el nivel superior al inferior
(desde el embalse hacia el río). A una distancia determinada del cierre, el nivel
inferior del río no influye en el flujo subterráneo y la dirección del mismo se mantiene,
aproximadamente, en el mismo sentido que antes de construida la presa, dentro de
los límites de la cual, la influencia del nivel inferior en el río se presenta solamente, en
forma de desviación de las líneas del flujo subterráneo; pero la filtración desde los
niveles superiores del embalse hacia el nivel en el río, no ocurre.
Se diferencian los términos caudal de filtración, que es el caudal del flujo freático
posterior a la construcción de la presa, y el caudal por pérdida de filtraciones, que es
la diferencia entre la magnitud de la alimentación a partir del río y después de la
construcción de la presa (embalse); ambos se analizan como parte del balance hídrico
del embalse.
La alimentación freática es positiva en los casos en que pueda existir un flujo de
aguas subterráneas en dirección al embalse, y negativo con una dirección inversa del
flujo. Cuando ocurre el remanso del río, como resultado de una considerable
disminución de la alimentación freática, el caudal de filtración desde el embalse puede
ser pequeño, mientras que las pérdidas por filtración son grandes.
En el área de filtración bajo la presa, las pérdidas de filtración son prácticamente
iguales al caudal de filtración. Durante el estudio de la filtración en áreas de presas las
tareas principales son:
•
Determinación de las pérdidas por filtración desde el nivel superior en la base
de la presa y a lo largo de esta.
•
Determinación de la presión del flujo de filtración en las rocas que yacen en la
base de la presa y en el nivel inferior del río (aguas debajo de la presa).
•
Determinación de los gradientes críticos y velocidades de filtración del flujo
para la evaluación de la estabilidad de los sedimentos, para la toma de medidas
contra el sifonamiento y arrastre de los sedimentos y rellenos de grietas de las
rocas.
288
�Los cálculos hidrogeológicos de un embalse comprenden:
1. Determinación de las pérdidas permanentes y temporales
2. Determinación del remanso estacionario y no estacionario de las aguas freáticas
11.1.1 Filtración bajo presas ubicadas en estratos homogéneos sin dentellón
en la base
Los cálculos se ejecutan, determinando el caudal de filtración, por unidad de la
longitud de la presa, que se calcula por la fórmula siguiente:
a) Por metodología de Pavlóvsky.
(11.1)
q = K Y qr
b) Por metodología de Kamiensky.
q= KY
H
H + 2l
(11.2)
Donde:
q; caudal de filtración por unidad de longitud de la presa; m3/día. m
K; coeficiente de filtración de las rocas ubicadas bajo la cortina de la presa,
m/día
Y; carga hidráulica en la presa (diferencia de cotas de los niveles del agua aguas
arriba y aguas debajo de la presa), m
qr; caudal reducido, se determina por el gráfico de la Figura 11.1.
H; espesor del estrato permeable ubicado bajo la cortina de la presa, m
l; mitad del ancho de la base de la cortina de la presa, m.
⎛ l ⎞
⎟ .
⎝
H
⎠
FIGURA 11.1. Gráfico para determinación de q = f ⎜
289
�⎛ H
⎞
⎟ ≤
2; a partir de
⎝
l ⎠
La fórmula 11.1 ofrece resultados muy exactos con valores de ⎜
este valor los resultados son aproximados.
11.1.2 Determinación de la presión bajo la base de la cortina de la presa
La determinación de esta presión se ejecuta considerando la presión reducida Pr, la
cual se determina por el nomograma de Zamarin (Figuras 11.1 y 11.3).
Para la determinación de la magnitud de la presión reducida Pr en cualquier punto de
la base de la presa, en el eje
L
del nomograma se ubica el valor correspondiente a
H
esta relación; por este punto se traza una línea horizontal que corte las isolíneas de
presiones reducidas para distintos puntos de la base. En dependencia del punto para
el que se quiera calcular la presión, en la horizontal se selecciona el valor de Pr.
La presión real en la base de la presa se calcula por la fórmula:
P = P1 + Y2 Pr
(11.3)
Donde:
P; presión real en un punto dado en la base de la presa, m
P1; presión de las aguas debajo de la presa, m.
P1 = Y1 – Y2
FIGURA 11.2. Presas sin dentellón en la base, sobre un estrato permeable
homogéneo.
290
�FIGURA 11.3. Nomograma de Zamarin para determinar Pr.
11.1.3 Determinación de las velocidades reales del flujo subterráneo por el
fondo del cauce aguas abajo de la presa
La velocidad que se determina es la del agua subterránea al salir al cauce del río en el
límite de la cortina de la presa.
El cálculo que se propone es el de Pavlóvsky, según el cual:
V=
KY
(f )
n0 H
(11.4)
Donde:
V; velocidad de salida del agua, m/día
n0; porosidad activa de las rocas (se determina por experimentos de
laboratorio o de campo)
(f); función, el valor de la cual se determina por dependencia de los valores
y
l
H
x−l
, donde x es la distancia desde el centro de la base de la presa hasta
H
el punto donde se determina la velocidad de filtración (en el límite aguas
abajo de la base de la presa), se determina por la Tabla 11.1.
La fórmula 11.4 es efectiva para valores de x 〈 l.
291
�Tabla 11.1. Valores de la función (f) según Pavlóvsky
x − l
H
l
H
0,1
0,2
0,5
1,0
2,0
0,2
1,81
1,08
0,468
0,182
0,038
0,4
1,36
0,87
0,395
0,16
0,032
0,6
1,17
0,74
0,345
0,142
0,03
0,8
1,01
0,65
0,305
0,125
0,026
1,0
0,91
0,58
0,275
0,112
0,022
2,0
0,594
0,379
0,080
0,073
0,014
3,0
0,441
0,281
0,133
0,054
0,011
4,0
0,35
0,224
0,106
0,043
0,009
5,0
0,29
0,185
0,088
0,036
0,007
11.1.4 Determinación del caudal de filtración bajo la presa con dentellón
sobre un estrato permeable homogéneo
En este caso (Figura 11.4), el caudal por unidad de longitud de la presa (cortina) q se
calcula por la fórmula 11.1, pero el caudal reducido qr se determina por el gráfico de
la Figura 11.5, en dependencia de la relación del espesor acuífero H con el ancho de la
base de la presa L y la relación de la profundidad del dentellón S con el espesor
acuífero H; esta dependencia responde a la ubicación del dentellón en la mitad de la
base colindante con el nivel superior, si el dentellón se proyecta en el centro de la
base, el caudal q aumenta en 5 – 10 %.
FIGURA 11.4. Presa con dentellón de profundidad S.
292
�⎛ S H ⎞
; ⎟
⎝ H 2l ⎠
FIGURA 11.5. Gráfico para determinar qr = f ⎜
11.1.5 Determinación de la filtración bajo una presa sin dentellón ubicada
sobre un espesor permeable heterogéneo
Cuando se requiere calcular el caudal de filtración bajo una presa ubicada sobre un
espesor permeable que presenta propiedades heterogéneas de permeabilidad
(espesor estratificado), el mismo se sustituye por un espesor equivalente homogéneo
con lo parámetros medios del espesor; para ello se emplean las fórmulas propuestas
por Altóvsky:
•
Coeficiente de filtración medio
Km =
K max . * K min .
(11.5)
Donde:
Kmax =
K1h1 + K 2 h2 + ....... + K n hn
h1 + h2 + ........hn
(11.6)
293
�Kmin =
h1 + h2 + ....... + hn
h1 h2
h
+
+ ....... +
n
K1 K 2
Kn
(11.7)
Donde:
h1; h2;....hn; espesores de los estratos presentes, m
K1; K2;....Kn; coeficientes de filtración de los distintos estratos presentes, m/día.
Los cálculos de filtración se ejecutan por los métodos analizados para estratos
homogéneos; pero considerando que el ancho en la base de la presa disminuye x
veces, y se considera como ancho reducido 2 Lr, ejecutando los cálculos con el mismo.
2 Lr =
2L
X
(11.8)
X=
K max
K min.
(11.9)
Donde:
Los valores de las velocidades de filtración y presión, en los puntos determinados del
esquema deformado, se trasladan al esquema real, aumentando las longitudes
horizontales en x veces. En estos casos, los cálculos también pueden ejecutarse por
el método de conversión virtual del espesor heterogéneo a un estrato homogéneo. En
relación con ello el espesor real permeable H se sustituye por el espesor de un estrato
equivalente He por la fórmula:
He =
K1
K
K
h1 + 2 h2 + ....... + n hn
Ki
Ki
Ki
(11.10)
Donde:
He; espesor equivalente para el caso de conversión por el estrato con índice i
El estrato i por el coeficiente de filtración, del cual se ejecuta la conversión a un
espesor equivalente, es el estrato principal; generalmente como estrato principal se
selecciona el estrato que yace directamente bajo la presa, pudiéndose seleccionar
también el estrato de mayor permeabilidad, en dependencia de las condiciones
hidrogeológicas que existen. Posteriormente a la conversión, los cálculos de filtración
se ejecutan por las fórmulas para estratos homogéneos con la sustitución del espesor
real H, por el espesor del estrato equivalente He y el coeficiente de filtración del
estrato i (Ki).
Cuando bajo la base de la presa existen estratos con distinta permeabilidad y el
estrato inferior presenta la mayor permeabilidad (Figura 11.6), el caudal de filtración
bajo la presa se calcula por la fórmula de Kamiénsky:
Q=
L(Y1 − Y2 )
h1
2l
+ 2
h2 K 2
K1K 2 h2
(11.11)
Donde:
L; largo de la presa, m
Y1; Y2: cargas hidráulicas aguas arriba y aguas debajo de la cortina
2l; ancho de la base de la cortina de la presa, m
294
�h1 y h2; espesores de los estratos, m.
Este es un caso que a menudo se encuentra en la naturaleza, y para el cual se tiene
más detalle en metodologías especializadas. Por ello, con exactitud se puede calcular
el gradiente medio de filtración en el estrato superior, en relación con la salida de
aguas debajo de la presa, por la fórmula:
I=
Y1 − Y2
⎛
K1h1 ⎞⎟
2⎜⎜ h1 + L
K 2 h2 ⎟⎠
⎝
(11.12)
El gradiente crítico (Ic) con el cual puede producirse el arrastre o sifonamiento de
partículas del estrato permeable, que yace bajo la presa, se calcula por la fórmula de
Zamarin:
Ic =
(γ r − γ )( 1 − n )
(11.13)
Donde:
λ1 ; peso específico de la roca, gr/cm3
γ ;peso volumétrico del agua, gr/cm3
n; porosidad de la roca.
Siempre que se mantenga la relación I 〈 Ic no ocurrirá sifonamiento de partículas.
FIGURA 11.6. Presa ubicada sobre un espesor permeable con dos estratos.
11.1.6 Determinación de la filtración por los bordes laterales de la presa
(embalse)
Para la ejecución de estos cálculos debe tenerse definida la configuración de la red del
flujo subterráneo para periodos posteriores al llenado del embalse, lo cual puede
ejecutarse mediante el pronóstico de ascenso de los niveles de las aguas subterráneas
en territorios aledaños al embalse (pronóstico que se analiza en el capítulo XII de este
libro); con estos resultados, en la práctica puede construirse el mapa de
hidroisohipsas en el territorio de interés, y poder aplicar las metodologías de cálculos
que a continuación se analizan.
Cuando existe un estrato acuífero horizontal homogéneo y la ubicación de la margen
del embalse y del río aguas debajo de la presa pueden ubicarse en una línea recta, el
cálculo del caudal de filtración que bordea la presa puede ejecutarse por las fórmulas
propuestas por Veríguin, según el esquema de cálculo de la Figura 11.7.
295
�•
Caudal de un flujo con presión:
Q= KmYA
•
(11.14)
Caudal de un flujo sin presión:
Y12 − Y22
A
2
Q= K
(11.15)
Donde:
K; coeficiente de filtración del estrato, m/día
m; espesor del estrato acuífero, m
Y; carga hidráulica en la presa, m
Y1; altura del nivel del agua en el embalse sobre el impermeable, m
Y2; altura del nivel del agua en el río aguas debajo de la presa sobre el
impermeable, m.
⎡
2
B
1⎢
⎛l⎞
A=
arcsh − 1 − ⎜ ⎟
π⎢
l
⎝B⎠
⎢ ⎣
⎤
⎥
⎥
⎥⎦
(11.16)
B; largo del tramo desde donde ocurre la filtración; la longitud de este tramo se
define sobre la base de las condiciones concretas del territorio; puede ser distancia
hasta rocas impermeables o de muy baja permeabilidad, distancia hasta el punto
donde las aguas subterráneas son drenadas por el embalse, punto donde el río cambia
bruscamente de dirección, etc. En presencia de una estructura homogénea de la
L
margen B =
π
, donde:
L; es la distancia desde la margen del embalse hasta el punto donde la cota del nivel
de agua normal del embalse es igual a la cota del nivel de las aguas subterráneas
antes del llenado del embalse (Figura 11.1 b).
Para una mayor aproximación de los cálculos se puede considerar que el contacto del
embalse con el río aguas debajo de la presa ocurre con forma de semicilindro. Para
ello los cálculos se ejecutan por las fórmulas:
•
Para flujos con presión:
Q=
•
KmY
π
ln
B
R
(11.17)
Para flujos sin presión:
Q=
(
)
K Y12 − Y22
B
ln
R
2π
(11.18)
Donde:
R =
2l0
π
; radio reducido del contorno del contacto, l0 es la mitad de la longitud
del punto de inicio de la filtración hasta el hombro de la presa.
296
�FIGURA 11.7. Esquema de cálculo de la filtración en áreas de la presa, a) planta; b)
perfil.
En condiciones hidrogeológicas y de esquema de cálculos complejos, el caudal de
filtración que bordea la presa o el lateral a la misma puede ser determinado con
ayuda de la división del flujo de filtración en flujos elementales, por la lámina del
mismo (Figura 11.8), definidos por las hidroisohipsas o hidroisopiezas, desarrollando
la metodología de cálculo propuesta por Altóvsky, donde:
∆ Q = K. ∆b
Y1 + Y2 Y
.
2
l1
(11.19)
Donde:
∆ Q; caudal de cada flujo elemental, m3/día.m
∆b ; ancho medio del flujo elemental, m
Y1; Y2; Y; parámetros idénticos a los casos anteriores, m
L1; longitud media del flujo elemental, m.
Para la determinación de los límites condicionales del área donde ocurre la filtración
lateral, en los cálculos se puede considerar que:
∆Q
≥ q donde q es el caudal natural
∆b
del flujo subterráneo en la unidad de su ancho antes del llenado del embalse.
Si el espesor permeable está compuesto por varios estratos de distinta permeabilidad,
entonces se calcula el valor medio ponderado del coeficiente de filtración en territorios
aguas arriba de la presa Ka y aguas debajo de la misma Kb. En tal caso, el caudal de
filtración en los límites de cada flujo elemental será:
•
Para condiciones de flujo sin presión:
∆Q = ∆b
•
K a h1 + K b h2 Y
.
2
l1
(11.20)
Para condiciones de flujo con presión:
∆Q =
K a + K b
Y
.∆b.m.
2
l1
(11.21)
297
�Donde:
m=
h1 + h2
; espesor acuífero reducido.
2
FIGURA 11.8. Esquema de cálculo de la filtración que bordea el embalse.
11.1.7 Determinación de la filtración desde el embalse sin la influencia del río
debajo de la presa
Las pérdidas de filtración desde el embalse, relacionadas con la unidad de longitud de
las márgenes del mismo se recomienda determinarlas por las fórmulas de Bíndeman,
en las que se considera la forma de ubicación del lecho impermeable del estrato por el
que ocurre la filtración (Figura 11.9).
1er. Caso: Para un lecho impermeable inclinado
qe =
K (Y1 − h1 ) Y1 + h1
.
±i
2
L
(11.22)
Donde:
h1
y Y1; espesor
respectivamente
acuífero
antes
y
después
del
llenado
del
embalse
L; distancia desde el embalse hasta el límite de drenaje más próximo (río,
acuífero con mayor permeabilidad, etc.)
i; gradiente (pendiente) del lecho impermeable (+ cuando la pendiente es del
embalse hacia el límite de drenaje; - cuando la pendiente es hacia el
embalse).
Cuando el lecho impermeable se puede considerar horizontal (i = 0 ¡), los cálculos se
ejecutan de forma independiente para aguas sin presión y con presión:
•
Para aguas sin presión:
qe =
K (Y12 − h12 )
2L
(11.23)
298
�•
Para aguas con presión:
qe =
KHm
L
(11.24)
Donde:
m; espesor del estrato acuífero con presión.
FIGURA 11.9. Esquema de cálculo de pérdidas por filtración de embalse con límites
de drenaje próximos.
Cuando la filtración ocurre en un intervalo en el cual se desarrolla la reposición de las
aguas subterráneas por la infiltración de las precipitaciones atmosféricas (Figura
11.10), entonces el coeficiente de filtración a emplear en la fórmula 11.2 responderá a
valores que se determinen por datos de tres pozos ubicados en una sección entre dos
ríos (entre embalse y límite de drenaje). El coeficiente de filtración, en este caso, se
calcula por la fórmula propuesta por Kamiénsky donde:
K=
w(L p − x )
H
2
p3
− H p21
xp
+
H p21 − H p2 2
(11.25)
Lp
Donde:
W; infiltración
Lp; distancia entre los dos pozos extremos de la sección
Hp3; espesor acuífero en el pozo 3 ubicado en el centro de la sección y a
distancia x del embalse
Hp1 y Hp2; espesores acuíferos en los pozos extremos de la sección.
299
�FIGURA
11.10. Esquema de cálculo en interfluvio
precipitaciones atmosféricas.
con
infiltración
de
las
Cuando en el interfluvio no existe un parteaguas de las aguas subterráneas, la
magnitud de las pérdidas por filtración se puede determinar por el caudal de los
manantiales que brotan en los taludes del valle vecino (Figura 11.11), según
recomendaciones de Altóvsky, utilizando la fórmula:
⎛ ∆H .Y
⎞
1
qe = q1 ⎜⎜
− 1⎟⎟
H
h
∆
∆
1
1
⎝
⎠
(11.26)
Donde:
q1; caudal de los manantiales relacionados con la longitud del valle
∆H ; diferencia entre el nivel del agua en el embalse y la cota de surgimiento
de los manantiales en el valle vecino
∆H1 ; diferencia de altura, entre el nivel de agua en el río sobre la cota de
surgimiento de los manantiales, antes del llenado del embalse.
FIGURA 11.11. Esquema de cálculo del caudal de filtración por manantiales en valles
vecinos.
Las pérdidas por filtración desde el embalse pueden tener carácter temporal, lo cual
está fundamentado cuando en áreas del embalse antes del llenado del mismo existen
pequeños gradientes del flujo subterráneo (Figura 11.12). Los cálculos se ejecutan por
fórmulas propuestas por Bíndeman.
300
�El volumen de agua perdido por la filtración desde el embalse, en un tiempo t
determinado, pueden ser calculados por la fórmula:
V = βH 2 µKHt
(11.27)
Donde:
H; diferencia entre el nivel del agua en el embalse y el nivel de las aguas
subterráneas antes del llenado del embalse
β ; coeficiente que depende de la relación del espesor del estrato permeable h1,
antes del llenado del embalse con la carga hidráulica en el embalse durante su
llenado H, se determina por el gráfico de la Figura 11.13.
µ ; insuficiencia de saturación del estrato permeable, es decir, diferencia entre la
capacidad acuífera total y humedad natural de las rocas permeables sobre el
nivel de las aguas subterráneas (zona no saturada).
Cuando en el área de proyección del embalse no existen aguas freáticas, entonces en
vez de aplicar el espesor acuífero en la determinación de β se utiliza la altura del
nivel del agua en el embalse sobre el impermeable H1 = Y1.
FIGURA 11.12. Esquema de cálculo del volumen de las pérdidas por filtración en
tiempo t a partir del inicio del llenado del embalse.
FIGURA 11.13. Gráfico para determinar
β
.
301
�En los casos antes analizados, el caudal de agua por filtración, desde el embalse por la
unidad de longitud de su margen en tiempo t, a partir del inicio del llenado se calcula
por la fórmula:
qt =
β
2
H
2µKH
t
(11.28)
Las pérdidas medidas por filtración durante el tiempo t se pueden determinar por la
fórmula:
qm = βH
2µKH
t
(11.29)
Si las aguas subterráneas yacen bajo el fondo del cauce o depresión que forma el
embalse, entonces primeramente se determinan las pérdidas en saturación del estrato
permeable bajo el fondo del cauce, y posteriormente las pérdidas en saturación de las
márgenes.
Por recomendaciones de Altóvsky, el volumen de agua empleado en la saturación de
las márgenes del embalse en tiempo t, a partir del momento en que hacia el cauce del
río dejan de fluir las aguas subterráneas (Figura 11.14) se determinan por la fórmula
siguiente:
Vt = (Y12 – h12)
Donde: hm =
µKt
πhm
(11.30)
2Y1 + h1
3
hm; espesor medio del flujo
FIGURA 11.14. Esquema de cálculo de las pérdidas por filtración cuando el agua
subterránea deja de fluir en dirección al río.
El tiempo durante el cual el flujo que se infiltra desde el embalse alcanza el nivel del
flujo subterráneo se determina según recomendación de Altovsky por la fórmula:
T=
µ⎡
Y + P + h0 ⎤
⎢h0 − (Y + Pc ) ln
⎥
K ⎣
Y + Pc ⎦
(11.31)
Donde:
h0, profundidad de yacencia de las aguas freáticas bajo el embalse
302
�Y; profundidad del agua en el embalse a partir del impermeable
Pc; presión capilar en los límites del agua con las rocas secas.
Cuando bajo el área del embalse no existen aguas subterráneas antes del llenado del
mismo, entonces:
T; será el tiempo en que las aguas de filtración alcancen el impermeable, y h0
será la profundidad desde el fondo del embalse hasta el impermeable.
El volumen total de agua que se infiltra en las rocas hasta el momento de contacto de
la misma con las aguas subterráneas o con el impermeable se determina por la
fórmula:
Vt = µ Bh0
(11.32)
Donde:
B; ancho del embalse
h0; profundidad desde el fondo del embalse hasta el impermeable.
El caudal de filtración durante el período de saturación de la base del embalse será:
qt =
Vt
T
(11.33)
El tiempo durante el cual ocurrirá la filtración desde el embalse, a partir del momento
de su llenado, se calcula según propuesta de Veríguin por la fórmula:
1 µL2
T = .
π Khm2
(11.34)
Este tiempo corresponde al esquema de cálculo según la Figura 11.14.
Donde:
L; distancia desde la margen del embalse hasta el punto donde el nivel del agua
subterránea en condiciones naturales, antes del llenado del embalse, presenta
la misma cota que el nivel de agua normal (NAM-nivel de aguas del volumen
muerto) proyectado en el embalse.
11.2 Cálculos del pronóstico de ascenso de los niveles de las aguas
subterráneas en territorios aledaños a las presas (embalses)
En la práctica de construcciones de presas puede considerarse que en un gran por
ciento de los embalses que se forman y sobre todo en territorios con relieve poco
ondulados y llanos, ocurre el ascenso de los niveles de las aguas subterráneas en
territorios aledaños a los embalses, con mayor magnitud en las aguas ubicadas debajo
de las presas y embalses.
En la práctica hidrogeológica actual, gran por ciento de estos pronósticos se ejecutan
en un gran número de países por modelos matemáticos desarrollados en
computadoras (Software), basados en fórmulas analógicas de la dinámica de las
aguas subterráneas, por las cuales en cada caso en específico se desarrolla el modelo
que corresponda a las características hidrogeológicas e hidrotécnicas existentes en el
territorio y obra en proyección. En esta oportunidad analizaremos los métodos
analógicos de cálculos, en los que están fundamentados los programas de
computación, y los que a su vez aún son ampliamente utilizados en la práctica
hidrogeológica, con resultados de alta precisión, siempre y cuando las investigaciones
303
�de campo se ejecuten con los requisitos necesarios
hidrogeológicas que existan en cada caso específico.
por
las
condiciones
11.2.1 Determinación de los ascensos estacionarios del nivel de las aguas
subterráneas en estratos homogéneos con lecho impermeable horizontal
En la mayoría de los casos, posteriormente al llenado de los embalses de las presas,
se estabiliza el remanso de las aguas subterráneas que abarca una longitud
determinada; paralelo al desarrollo del remanso, el nivel de las aguas subterráneas
sufre un ascenso que en determinado tiempo y espacio se estabiliza. La ejecución de
la curva del nivel de las aguas subterráneas freáticas, después de desarrollado el
remanso según Kamiensky en correspondencia con el esquema de cálculo (Figura
11.15), responde a la expresión:
Y2 = h2 + (Y1 – h12)
L −
X
X
+
Y22 −
h22
L
L
(
)
(11.35)
Donde:
Y; espesor del flujo subterráneo a una distancia X de la margen del embalse
después de estabilizado el ascenso de los niveles provocados por el
remanso del llenado del embalse; m
h; espesor del flujo subterráneo en la misma distancia X antes del llenado del
embalse; m
h1 y h2; espesor del flujo subterráneo en el valle que fungirá como embalse y
en el otro límite de drenaje vecino antes del llenado del embalse; m
Y1 y Y2; espesor del flujo subterráneo después de estabilizarse el ascenso de
los niveles en los mismos puntos para los que se determine h1 y h2; m
L; ancho del interfluvio o distancia desde el embalse hasta el límite del
drenaje; m.
FIGURA 11.15. Esquema de cálculo de ascenso de los niveles con límite de drenaje
próximo y lecho impermeable horizontal.
Si el límite del drenaje lo representa un cauce u hondonada seca (Figura 11.15) por
datos de perforación, en este límite se determina el espesor del flujo antes del
remanso, por la fórmula 11.36, haciendo h1 = h2. Si como resultado de los cálculos se
304
�obtiene que posterior al remanso el nivel del agua en este punto estará por encima
del cauce del límite, entonces el cálculo se repite considerando E igual a la altura
desde el lecho impermeable hasta el fondo del embalse, considerando el valor de L la
distancia desde la margen del embalse hasta el límite de cálculo (Figura 11.16).
FIGURA 11.16. Esquema de cálculo de ascenso de los niveles con lecho impermeable
horizontal y límite de drenaje seco.
En casos en que el ascenso de los niveles ocurre dentro de los límites del valle del río
donde se proyecta la presa (que no exista límite de drenaje próximo), la fórmula
11.35 toma la siguiente forma:
Y2 = h2 + (Y12 – h12)
L− X
L
(11.36)
Cuando la zona, en la cual se determina el ascenso de los niveles de las aguas
subterráneas, es pequeña en comparación con la zona de alimentación de esta agua,
entonces el cálculo del ascenso de los niveles se puede ejecutar por el esquema de
flujo semilimitado (Figura 11.17) por la fórmula:
Y2 = h2 + Y12 – h12
(11.37)
FIGURA 11.17. Esquema de cálculo de ascenso de los niveles que ocurren dentro de
los límites del valle del río con la presa proyectada.
305
�11.2.2 Determinación de los ascensos estabilizados del nivel de las aguas
subterráneas en estratos homogéneos con lecho impermeable con pendiente
Los cálculos del ascenso del nivel de las aguas subterráneas en estas condiciones se
ejecutan por la metodología de Kamiensky transformada por Bíndeman. Cuando la
pendiente del lecho impermeable es a partir del embalse (en dirección aguas abajo,
en dirección contraria al embalse), en correspondencia con el esquema de cálculo
(Figura 11.18), se aplica la fórmula:
Y=
(
Z2
+ Y02 + h 2 + Z h + h0 − Y0
4
) -
Z
2
(11.38)
Y cuando la pendiente es en dirección al embalse, según el esquema de cálculo,
(Figura 11. 19) se aplica la fórmula:
Y=
Z
Z2
2
2
+ Y0 + h 2 − h0 − Z (h + h0 − Y0 ) +
2
4
(11.39)
En ambos casos Z representa la diferencia de cotas del impermeable entre las
secciones de cálculo- m.
N.A.N
S.C
Yo
ho
Y
h
Z
FIGURA 11.18. Esquema de cálculo de ascenso de los niveles para impermeable con
pendiente en dirección contraria a la ubicación del embalse.
N.A.N
S.C
Yo
ho
Y
h
Z
FIGURA 11.19. Esquema de cálculo de ascenso de los niveles para impermeable con
pendiente en dirección a la ubicación del embalse.
306
�11.2.3 Determinación de los ascensos estacionarios del nivel de las aguas
subterráneas en espesores permeables estratificados
Cuando el espesor consta de dos estratos y el estrato inferior presenta una
permeabilidad mayor que el estrato superior, los cálculos se pueden ejecutar por la
fórmula de Kamiensky, en correspondencia con el esquema de cálculo (Figura 11.2), y
se aplica la fórmula:
Y ═
me
2
2
+2me (h + Y0 - h0 ) + h 2 + Y0 - h0
2
- me
(11.40)
FIGURA 11.20. Esquema de cálculo del ascenso de los niveles cuando el embalse se
encuentra sobre espesor permeable con dos estratos.
De la fórmula 11.40 y en correspondencia con la Figura 11.20 tenemos:
Y; carga hidráulica (o espesor) del estrato acuífero superior después del llenado
del embalse en sección de cálculo- m
me- espesor equivalente- m
me =
K1
M
K2
K1; coeficiente de filtración del estrato acuífero inferior – m/día
K2; coeficiente de filtración del estrato acuífero superior – m/día
Y0; carga hidráulica en la sección de cálculo inicial. Para la primera sección de
cálculo será la potencia desde el nivel del agua en el embalse hasta el lecho
del estrato superior, para las secciones de cálculos siguientes corresponderá
con las magnitudes de Y ya calculadas- m.
h0; espesor acuífero en el estrato superior en sección inicial de cálculo antes del
llenado del embalse –m.
h; potencia acuífera en el estrato superior en sección de cálculo- m
En cálculos de varias secciones en un mismo perfil, en todos los casos analizados los
parámetros Y0 y h0 corresponden a valores en perímetros del embalse para la primera
sección de cálculo, para las secciones siguientes Y0 y h0 se toman de la sección
anterior (Y0 = Y y h0 = h). El ascenso del nivel en cada sección será: ∆h = Y – h.
Cuando el espesor permeable se encuentra formado por varios estratos y lentes de
distintos espesores y composición granulométrica o de agrietamiento, pero se
307
�diferencian poco por su trasmisividad, el cálculo del ascenso del nivel de las aguas
subterráneas se ejecuta, según recomendación de Kamiensky, por el esquema de
cálculo (Figura 11.21) y por la fórmula:
(K1 h1 + K2 h) = (K11 Y1 + K21 Y) (Y – Y1)
(11.41)
Donde:
K1 y K11; valores medios del coeficiente de filtración del espesor permeable en
la sección inicial del perfil de cálculos antes y después del llenado del
embalse
K2 y K21; valores medios del coeficiente de filtración del espesor permeable en
la sección de cálculo antes y después del llenado del embalse.
FIGURA 11.21. Esquema de cálculo de ascenso del nivel de las aguas subterráneas en
un espesor permeable heterogéneo.
En la ecuación 11.41 son desconocidos los valores de Y y K21. Para lograr la definición
de Y, los cálculos se ejecutan considerando, primero que el espesor permeable es
homogéneo, calculando Y por la fórmula 11.37. A continuación, sabiendo los valores
de K1 y K2 (antes del llenado del embalse) se calcula K11. Posteriormente se sitúan los
valores obtenidos en la fórmula 11.41, en la que tendremos: a = (b + K2Y) (Y – c). El
valor de Y oscila entre el valor obtenido por la fórmula 11.37, que será el valor
mínimo posible Kmin. El valor máximo será Ymax = (Y1 – h1) + h, determinándose
estos dos valores se calcula K21 para la parte derecha de la fórmula 11.41. Como
último paso se construye un gráfico que presente la dependencia Y = F (Y) (Figura
11.22), para lo cual en el eje de las ordenadas se colocan los valores de l f (Y)
teniendo como magnitudes mínimas y máximas las determinadas por la parte derecha
de la fórmula 11.41.
En el eje de las abscisas se colocan valores de Y teniendo como límites los valores de
Ymin y Ymax, por interpolación de los valores máximos y mínimos, se traza una recta
por los dos puntos resultantes; luego a partir del valor a de la parte izquierda de la
fórmula 11.41 se traza una horizontal hasta cortar la línea recta del gráfico; desde
este punto se baja una línea vertical hasta el eje de las Y, el punto con que coincida
esta línea en el eje de las Y nos dará el valor real de Y.
308
�FIGURA 11.22. Gráfico de dependencia f (Y) de Y.
11.2.4 Determinación del ascenso de los niveles de las aguas subterráneas
entre secciones en un valle entre dos ríos
En la naturaleza, generalmente los estratos que se consideran en los cálculos como
homogéneos, en realidad en mayor o menor grado son heterogéneos. El lecho
impermeable de los estratos y espesores permeables rara vez yacen en forma
totalmente horizontal y la alimentación de las aguas subterráneas es irregular.
En relación con lo antes expuesto, los errores de cálculos serán menores, mientras
más próximas sean las secciones de cálculos del ascenso de los niveles y remanso de
las aguas subterráneas entre secciones, es decir, primeramente se ejecutan los
cálculos para una sección próxima a la inicial (margen del embalse); posterior a ello,
la primera sección de cálculos se considera como la sección inicial para los cálculos de
la siguiente sección y así sucesivamente (Figura 11.23).
Los cálculos de ascenso de los niveles entre secciones se recomienda ejecutarlos por
la propuesta de Bíndeman, donde:
Y2n+1 = h2n+1 + (Y2n – h2n)
L − X n +1
L − X n
(11.42)
Donde:
hn; hn+1; espesor del estrato permeable en las secciones de cálculo, n es la más
próxima al embalse; n+1 es la más lejana, antes del llenado del mismo
Yn; Yn+1; espesor del estrato permeable en las secciones de cálculo más próxima y
más distante del embalse, respectivamente después del llenado del mismo
L; distancia desde la margen del embalse hasta el punto donde el nivel del agua no
varía con el llenado del embalse (río, zona pantanosa, nivel del agua subterránea
con cota igual al nivel de aguas normales en el embalse NAN u otros límites de
alimentación).
309
�Cuando L es sumamente grande
L − X n +1
L − X n
≈ 1, la fórmula 11.42 toma la forma
siguiente:
Yn+1 = hn + (Y2n – h2n)
(11.43)
FIGURA 11.23. Esquema de cálculo del ascenso de los niveles de las aguas
subterráneas entre secciones.
11.2.5 Determinación del ascenso no estacionario de los niveles de las aguas
subterráneas en horizontes relativamente homogéneos
Las metodologías de cálculo recomendados para estos casos son las propuestas por
Veríguin.
Cuando el espesor permeable y flujo de las aguas subterráneas, puede considerarse
semilimitados, la ecuación de las curvas del nivel de las aguas subterráneas con el
llenado de embalses responde a la expresión:
Y2 = h2 + (Y21 – h21) [ 1 − f (λ )]
(11.44)
Donde:
λ =
2
X
K
µ
(11.45)
hmt
λ ; se determina de la Figura 11.24
hm; espesor medio del flujo subterráneo, con filtración desde el embalse.
hm =
2Y1 + h1
3
Cuando existe la interrupción de la filtración desde el embalse, para el punto donde el
ascenso del nivel se acuña y comienza la alimentación subterránea (Figura 11.25)
310
�hm =
Y1 + hn
2
hn; espesor del flujo subterráneo en el punto de acuñamiento del ascenso antes
del llenado del embalse;
t; tiempo para el que se pronostica el ascenso.
FIGURA 11.24. Esquema de cálculo del ascenso no estacionario del nivel de las aguas
subterráneas.
El cálculo del ascenso no estacionario para flujo con límites de carga constante a una
distancia L de la margen del embalse se ejecuta por la fórmula:
Y2 = h2 + (Y21 – h21)
L − X ⎛ X ⎞
S ⎜ τ ; ⎟
L
⎝ L ⎠
(11.46)
Donde:
⎛
⎝
S ⎜ τ ;
X ⎞
⎟ es la serie de Furie:
L ⎠
τ se calcula por la fórmula:
τ =
khmt
µ L2
(11.47)
311
�FIGURA 11.25. Esquema de cálculo del ascenso no estacionario del nivel de las aguas
subterráneas en acuíferos con límites de carga constante.
FIGURA 11.26. Gráfico para determinar f ( λ ) de
Los valores de S ( τ ;
λ .
X
) se determinan del gráfico de la Figura 11.27
L
312
�FIGURA 11.27. Gráfico para determinar S ( τ ;
X
).
L
11.3 Cálculo de pérdidas por filtración desde canales
Las fuentes de agua para riego pueden ser de ríos, lagos, embalses, subterráneas y
en ocasiones albañales o residuales industriales.
El agua de la fuente de riego, generalmente, se recoge con la ayuda de un colector
cabecero, de donde pasa a un canal magistral por el cual se lleva hasta el macizo de
riego o directamente a un canal principal de dicho macizo de riego. Existen tres
métodos de entrega y distribución del agua en los campos:
1er método: El más usual; considera la llegada del agua al suelo y el
humedecimiento de esta desde la superficie del terreno, a través de una red de
canales primarios, secundarios, terciarios -riego por gravedad.
2do método: El menos usual, principalmente en los llamados países del tercer
mundo; considera la llegada del agua de riego al suelo y el humedecimiento del
mismo en forma de lluvia artificial con tomas en canales o pozos, utilizando el
denominado cañón- riego por aspersión.
3er método: Es muy poco usual: considera la llegada del agua de riego al suelo y
humedecimiento del mismo desde la superficie en forma de gotas dirigidas, tomando
como fuentes canales o pozos con tuberías y mangueras de distribución del agua con
los llamados “goteros “en los troncos de las plantas- riego por goteo.
4to método: Es raramente utilizable; considera la llegada del agua al suelo y
humedecimiento del mismo no desde la superficie, sino desde el subsuelo, teniendo
como fuente canales o pozos con tuberías ranuradas soterradas de distribución; el
humedecimiento del suelo ocurre por los procesos de absorción y capilaridad del
suelo- riego desde el subsuelo.
Para evacuar del macizo de riego el agua sobrante (no infiltrada ni captada por las
plantas) en los dos primeros métodos de riego se utilizan redes de drenaje,
generalmente representadas por canales o drenes soterrados horizontalmente
(generalmente
tuberías ranuradas en la parte superior de su perímetro en
313
�circunferencia); el sistema de drenaje generalmente se utiliza en aquellos territorios
que por la estructura y litología del suelo, estratos subyacentes o por las condiciones
geólogo-hidrogeológicas requieren de la evacuación del agua sobrante, sobre todo
cuando se utiliza el método de riego por gravedad y en algunos casos por aspersión.
La finalidad del drenaje es evitar la sobresaturación del suelo, ya que ello puede
afectar a las plantas. En muchos casos se realiza el drenaje para evitar el ascenso de
los niveles de las aguas subterráneas, salinización de suelos y empantanamiento de
los mismos.
En esta ocasión, analizaremos el riego por gravedad, es decir, los cálculos
hidrogeológicos de pérdidas por filtración y pronósticos de ascenso de niveles de las
aguas subterráneas en macizos bajo riego por la infiltración del agua de riego desde
canales, por ser el método de gravedad el que mayor influencia provoca sobre el agua
subterránea en los macizos de riego.
11.3.1 Pérdidas por la filtración no estacionaria desde canales
En el movimiento del agua por los canales, tanto en canales de conducción,
magistrales como dentro del macizo de riego, parte del volumen de entrega se pierde
en la filtración (el agua se infiltra en el suelo), lo que disminuye el coeficiente de
efectividad del sistema y conjuntamente con ello puede provocar ascensos
indeseables del nivel de las aguas subterráneas.
En la determinación de las pérdidas por filtración desde los canales, es necesario
considerar que como consecuencia del desarrollo de la filtración hacia los lados y
disminución de los gradientes de filtración, las pérdidas disminuyen en tiempo. En
condiciones de un funcionamiento prolongado de los canales las pérdidas se
estabilizan.
Cuando las pérdidas de agua desde los canales, se desarrollan bajo un régimen de
filtración no estacionario, las pérdidas en saturación del suelo (bajo el canal) y las
pérdidas posteriores a la saturación se calculan según propuesta de M. E. Altóvsky de
forma independiente, y en correspondencia con el esquema de cálculo (Figura 11. 28)
•
Pérdidas bajo el fondo del canal en saturación de las rocas
qf = µ
Bh0 L
T
(11.48)
Donde:
µ ; insuficiencia de saturación de las rocas que yacen bajo el fondo del canal
B; ancho del canal en el nivel del agua del mismo
h0; profundidad de yacencia de las aguas freáticas bajo el canal (si no existen las
aguas subterráneas bajo el canal, entonces se toma la profundidad hasta la roca
impermeable)
L; largo del canal
T; tiempo de infiltración de las aguas del canal hasta el horizonte acuífero (o
hasta el impermeable si no existen aguas freáticas).
Y los parámetros µ ;T se calculan por las fórmulas siguientes:
µ =
γ − δ
− g.δ
γ
314
�γ ; peso específico de las rocas (suelo)
δ ; peso volumétrico de la roca seca (suelo)
g; humedad natural de la roca (suelo) en la zona no saturada en unidad de
peso.
T=
µ
K
[h0 − 2,3(H 0 + H c )]g H 0 + H c + h0
(11.49)
H 0 + H c
Donde:
H0; espesor de la lámina de agua en el canal
Hc; presión capilar de meniscos en los límites de las rocas secas y las saturadas
(aproximadamente 50 % de la altura del ascenso capilar).
El volumen total de las pérdidas por filtración en saturación de las rocas bajo el fondo
del canal en tiempo T se determina por la fórmula:
VT = µ . H0. B. L
(11.50)
Las pérdidas por filtración desde canales, después de saturadas las rocas bajo el fondo
de los mismos se calculan, según propuesta de Bíndeman, considerando la filtración
lateral por la fórmula:
qt = βLH
2µKH
t
(11.51)
Donde:
β ; coeficiente que depende de la relación
h
, se determina por el gráfico de la
H
Figura 11. 29, donde h es el espesor del acuífero antes del llenado del canal
H; profundidad desde el nivel del agua en el canal hasta el nivel de las aguas
subterráneas freáticas (si no existen aguas freáticas, entonces profundidad
hasta las rocas impermeables)
t; tiempo de cálculo a partir del momento de saturación de las rocas bajo el
fondo de los canales.
El volumen total de agua infiltrada desde el canal en tiempo t puede determinarse por
la fórmula:
Vt = 2 βLH 2 µ .K.H.t
(11.52)
Las fórmulas 11.51 y 11.52 son aplicables siempre y cuando se cumpla la relación:
t 〉2
µβ 2 .H 3
K.B 2
315
�FIGURA 11.28. Esquema de cálculo de las pérdidas por filtración no estacionaria
desde canales.
FIGURA 11.29. Gráfico para determinar
β
.
11.3.2 Pérdidas por filtración estacionaria desde canales
Durante una utilización prolongada de los canales, generalmente se logra una
filtración estacionaria en un período de tiempo determinado. En este caso, el análisis
de las pérdidas por filtración exige un análisis más detallado de las condiciones
existentes; por ello analizaremos los cuatro casos más usuales.
1er. caso: Canal con forma trapezoidal de su sección transversal, construido a gran
distancia de drenes naturales (ríos, hondonadas, etc.). Las rocas en profundidad
considerable son homogéneas, y las aguas subterráneas yacen a grandes
profundidades (más de 10 m).
En este caso las pérdidas por filtración pueden ser calculadas por fórmula de
Vedérrnikov, según esquema de cálculo de la Figura 11.30.
Q = LK (B + αH 0 )
(11.53)
Donde:
L; largo del canal o del tramo de cálculo
316
�K; coeficiente de filtración de la zona no saturada
B; ancho del canal en ubicación del nivel del agua en el mismo
α ; coeficiente que depende de la relación
B
y de la magnitud de los taludes
H0
del canal m (en %), se determina por el gráfico de la Figura 11.31.
H0; espesor de la lámina de agua en el canal.
FIGURA 11.30. Esquema de cálculo de pérdidas por filtración estacionaria desde
canales en espesores donde las aguas subterráneas yacen a grandes
profundidades.
2do. caso: Cuando a una profundidad h, del fondo del canal, yace un estrato de alta
permeabilidad, el cual es capaz de drenar el agua infiltrada desde los canales.
En este caso, según el esquema de cálculo de la Figura 11.32, las pérdidas por
filtración se calculan por la fórmula de Vedérrnikov:
Q = LK (B + γ H0)
(11.54)
Donde:
γ ; coeficiente que depende de la relación
B
h
y de 1 y se determina del gráfico
H0
H0
de la Figura 11.33
317
�FIGURA 11.31. Gráfico para determinar el coeficiente
α .
FIGURA 11.32. Esquema de cálculo de pérdidas por filtración estacionaria desde
canales con presencia de estrato de alta permeabilidad que drena el
agua infiltrada.
318
�FIGURA 11.33. Gráfico de dependencia del coeficiente
γ
de las relaciones
B
y de
H0
h1
.
H0
3er.caso: Cuando a una determinada profundidad h, del fondo del canal yace un
estrato acuífero con presión de alta permeabilidad. Para este caso las pérdidas por
filtración se determinan según Numeróv para las siguientes condiciones (Figura
11.34).
•
Cuando el nivel piezométrico yace a una profundidad H y el ancho del canal es
mayor que esa profundidad:
Q = L K B
•
(11.55)
Cuando la profundidad de yacencia del nivel piezométrico es pequeña y se
cumple la condición:
B + 0,883h0
H + h0
Entonces:
〉 3,82
Q=LK
h0 (B + 0,883h0 )
H + h0
(11.56)
Donde:
h0; altura del nivel piezométrico sobre el techo del acuífero con presión
H; profundidad desde el nivel del agua en el canal hasta el nivel piezométrico.
319
�FIGURA 11.34. Esquema de cálculo de las pérdidas por filtración estacionaria con un
estrato con presión bajo el fondo del agua del canal, A – B: superficie
piezométrica del agua.
4to. Caso: Cuando el canal está situado en el valle de un río que representa ser el
drenaje de las aguas que se infiltran desde el canal. En este caso, pueden presentarse
también dos variantes:
•
Cuando el impermeable yace a profundidades bajo el nivel de agua en el río
(Figura 11.35 ):
Q=LK
h1 + h2 ∆H
.
2
l
(11.57)
Donde:
h1; profundidad desde el nivel del agua en el canal hasta el impermeable
h2; profundidad desde el nivel del agua en el río hasta el impermeable
∆ H; altura del nivel del agua en el canal sobre el nivel del agua en el río o
del impermeable en el cauce del río (de existir este)
t; distancia desde el canal hasta el río
•
Cuando el impermeable yace a un nivel por encima del nivel del agua en el río:
Q=LK
h1 ∆H
.
2 l
(11.58)
320
�FIGURA 11.35. Esquema de cálculo, para los casos en que existe un dren natural (río,
etc.) del agua infiltrada: a) Con el fondo del dren (río, etc.), sobre el
impermeable. b) Con el fondo del dren (río, etc.), cortando el
impermeable.
11.3.3 Pronóstico de ascenso de los niveles de las aguas subterráneas en las
áreas bajo riego
El riego de distintos territorios se ejecuta mediante un sistema de riego diseñado en
correspondencia con las exigencias del suelo y los cultivos a regar. Este sistema tiene
como objetivo la entrega y distribución de las aguas de riego en un área determinada.
En algunos casos, las aguas de riego se toman de fuentes subterráneas existentes en
las áreas de riego. En estos casos, por lo general, la influencia del riego sobre las
aguas subterráneas es mínima, siempre y cuando no se produzcan abatimientos
superiores a los admisibles en las aguas subterráneas. En la mayoría de los casos el
riego se ejecuta con aguas de fuentes superficiales o subterráneas existentes fuera
del área de riego, y traídas hasta el sistema de riego en la mayoría de los casos por
canales.
De tal forma y sobre todo, cuando el método de riego es por gravedad (inundación de
los campos cultivados), en dependencia de la norma de riego y distancia entre los
canales del sistema se produce una mayor o menor infiltración de las aguas desde los
canales y desde el suelo irrigado, hasta las aguas subterráneas, en dependencia
también de las condiciones de filtración de los suelos, profundidad de yacencia del
nivel de las aguas subterráneas y condiciones límites del flujo subterráneo.
Los métodos de pronóstico del ascenso del nivel de las aguas subterráneas en áreas
bajo riego puede decirse que aún presentan algunas deficiencias. Uno de los métodos
más completos lo representa el propuesto por Veríguin, en el que se considera que la
longitud del tramo bajo riego es varias veces mayor que su ancho, por lo cual, la
tarea puede analizarse en planta.
De acuerdo con el esquema de cálculo (Figura 11.36), por la curva que forma el nivel
de las aguas subterráneas en áreas bajo riego, pueden definirse tres tramos
321
�característicos: tramo ab, tramo bc, y tramo cd.
FIGURA 11.36. Esquema de cálculo del pronóstico de ascensos de niveles en áreas
bajo riego: B. Distancia entre los canales extremos del área bajo
riego. bc. Ancho del área bajo riego. f. Centro del tramo bajo riego.
El cálculo pronóstico de la magnitud del ascenso de los niveles se ejecuta por las
fórmulas siguientes:
•
Para el tramo ab:
hx =
•
Wb 2
K
⎡ X ⎤
⎢4 b ⎥ + S ( X 1t )
⎣
⎦
(11.59)
Para el tramo bc:
hx =
•
H 2 − 0,5
⎛
X 2 ⎞⎤
Wb 2 2 ⎡
⎜
b ⎢ S ( X 1t ) − 2⎜1 + 2 ⎟⎟⎥
H − 0,5
b ⎠⎦
K
⎝
⎣
2
(11.60)
Para el tramo cd:
hx =
H 2 − 0,5
Wb 2
[S ( X 1.t )] − 4X
K
b
(11.61)
Donde:
hx; espesor acuífero del flujo freático a la distancia X del centro del área (f) en
tiempo t a partir del inicio del riego
H; espesor acuífero del flujo freático a la distancia X del centro del área (f)
antes de iniciar el riego
W; magnitud de la infiltración en el área de riego (tramo bc)
K; coeficiente de filtración del suelo
322
�b; magnitud igual a la mitad del tramo bajo riego ( b =
B
)
2
t; tiempo de pronóstico para el que se ejecutan los cálculos
2
2
⎛X
⎞
⎛X
⎞
+ 1⎟ .ϕ (λ1 ) − ⎜ −1⎟ .ϕ (λ
2
)
⎝b
⎠
⎝b
⎠
S (X1.t) = ⎜
ϕ (λ ) ; coeficiente que se determina por el gráfico de la Figura 11.37.
ϕ (λ1 ) =
X +b
X −b
; ϕ (λ2 ) =
2 at
2 at
y
a=
Khm
µ
a; coeficiente de conductividad de nivel del acuífero
hm; espesor medio del acuífero
µ ; entrega de agua de las rocas acuíferas.
El espesor del flujo subterráneo en el centro del área bajo riego en el tiempo t a partir
del inicio del riego se puede calcular por la fórmula:
ht =
H2 +
Wb 2
K
⎡ ⎛ b ⎞ ⎤
⎟ − 1⎥
⎢ϕ ⎜
⎣ ⎝ 2 at ⎠ ⎦
(11.62)
Donde:
⎛ b ⎞
⎟ = ϕ (λ ) y se determina del gráfico de la Figura 11.37.
⎝ 2 at ⎠
ϕ ⎜
Las metodologías de cálculos anteriormente descritas nos permiten elaborar las curvas
del nivel de las aguas subterráneas en cualquier posición, en secciones transversales a
la ubicación de los canales de riego, para cualquier momento de tiempo a partir del
inicio del riego.
323
�FIGURA 11.37. Gráfico integral de probabilidad para determinar
ϕ (λ ) .
324
�Capítulo 12 METODOLOGÍAS PARA EVALUACIÓN Y ZONIFICACIÓN DE LA
POTENCIALIDAD (FACTIBILIDAD) DE SALINIZACION DE SUELOS
12.1 Introducción
La desertificación en general, comienza con la salinización de los suelos debido a que
la misma ha sido definida como la degradación de las tierras en zonas áridas,
semiáridas y subhúmedas secas, producto de diversos factores, incluyendo las
variaciones climáticas y las actividades humanas.
La desertificación afecta directamente a más de 250 millones de personas y amenaza
la vida de unos 1 200 millones de personas en 110 países que figuran entre los más
pobres del mundo, cuya población depende de la tierra para la mayoría de sus
necesidades.
Un tercio de la superficie terrestre, más de 4 000 millones de hectáreas, está
amenazada por la desertificación. Cada año, la desertificación y la sequía causan
pérdidas en la producción agrícola por un valor de unos 42 000 millones de USD a
nivel mundial. Se estima que el costo anual de la lucha contra la degradación de la
tierra es de unos 2 400 millones de USD.
Las consecuencias de la desertificación son:
-
Disminución de la producción de alimentos
-
Reducción de la productividad del suelo y de la capacidad natural de
recuperación de los suelos
-
Menor calidad de las aguas
-
Sedimentación de ríos y lagos
-
Enlodamiento de embalses y canales
-
Agravamiento de los problemas de salud debido al polvo que levanta el viento,
incluyendo infecciones oculares, enfermedades respiratorias, alergias y estrés
mental, así como la desnutrición.
-
Provoca pérdidas de medios de subsistencia obligando a migrar a los afectados.
En los países en vía de desarrollo se calcula que la superficie total de tierras afectadas
por la desertificación está entre los 6 y los 12 millones de km2. Se ha detectado cierto
grado de desertificación en el 30 % de las tierras de regadío, el 47 % de las tierras de
secano y el 73 % de las zonas de pastoreo. Se calcula que cada año entre 1,5 y 2,5
millones de hectáreas de tierra de regadío, entre 3,5 y 4 millones de hectáreas de
tierra con producción en secano y cerca de 35 millones de hectáreas de zonas de
pastoreo pierden parcial o totalmente su productividad debido a la degradación de los
suelos.
En muchos países, con el amplio desarrollo de la agricultura y sobre todo de la
aplicación del riego, tanto en plantaciones estatales como particulares, podemos
detectar que la aplicación del riego se ejecuta sin la debida fundamentación sobre la
posibilidad de ejecutar el riego o no y si se requiere drenaje o no y qué tipo de
drenaje, por lo que en muchas ocasiones se contribuye con la salinización de los
suelos agrícolas, hasta tal grado que los mismos sean aptos sólo para determinados
cultivos o en general dejen de ser productivos. En muchos territorios, aunque no se
ejecuta el riego, existen condiciones para la salinización de los suelos, principalmente
325
�por las características de la zona no saturada (litología que la forma) y la
compactación de suelos y estratos subyacentes, debido al cotidiano transitar de
equipos agrícolas que de año en año, resultan más pesados al incrementarse sus
dimensiones buscando tecnologías más productivas.
En muchas ocasiones en territorios llanos con desarrollo de plantaciones agrícolas de
muy distintos cultivos se aprovechan las condiciones de territorios arcillosos y con
existencias de depresiones del terreno se construyen embalses de aguas (micro
presas, derivadoras, etc.), y se consideran como ventajas la cercanía a áreas de riego,
igualmente, sin tener en cuenta la racionalidad o no de estos embalses por
afectaciones que puedan causar a la calidad de los suelos. Estas situaciones, sin una
debida argumentación, tanto por estudios edafológicos como hidrogeológicos e
ingeniero- geológicos, pueden crear las condiciones necesarias para el inicio de
procesos desertificantes, que servirán de bases para el posterior desarrollo de la
desertificación.
Dadas las condiciones geológicas de muchos países y distribución de sus principales
y mejores suelos agrícolas, que a la vez coinciden con territorios formados por
sedimentos y rocas de origen marino del Mioceno (N1) y Cuaternario (Q),
representados por calizas arcillosas, margas, arcillas arenosas, arcillas y otros
sedimentos, en los que, en gran parte, aún en la actualidad, por su génesis de
formación existen sales de origen marino, tanto en los acuíferos como en la zona no
saturada.
Por lo antes expuesto, es de gran interés y utilidad práctica el diagnóstico sobre el
grado de peligrosidad referente a la aplicación de riego por la posibilidad de
salinización de los suelos con el mismo y necesidad o no de drenaje, bien sea con
producción en secano o con riego.
Dentro del contexto de protección al "Medio Ambiente" y considerando que el suelo es
uno de los principales elementos ambientales, por su importancia como fuente de
alimento y desarrollo de la flora y la fauna, en esta oportunidad presentamos una
nueva forma de diagnosticar la factibilidad o potencialidad de salinización de los
suelos, para la toma de medidas que impidan la salinización de los mismos y prever
las consecuencias que pueden producir la aplicación del riego de una forma
indiscriminada, es decir, sin una debida argumentación técnica, fundamentada en las
condiciones geo-hidrogeológicas.
Para la aplicación del conjunto de métodos hidrogeológicos establecidos se considera
la litología, profundidad y quimismo de las aguas subterráneas, con lo cual se logra el
mapa de: "Potencialidad de Salinización de los Suelos por las Condiciones
Hidrogeológicas Existentes", el cual representa el resultado final con la integración de
distintos mapas hidrogeológicos y de quimismo de las aguas subterráneas, en los que
se utilizan nuevos coeficientes para definir la salinidad acuífera con sus clasificaciones
correspondientes.
12.2 Características generales de las formaciones arcillosas de origen marino
En la composición de las rocas y sedimentos arcillosos predominan las fracciones
menores de 0.01mm, compuestas predominantemente por hidro-aluminios y
ferrosilicatos, caolinita, hidro-mica, minerales del grupo de la monmorilonita y otros.
Además de estos minerales, la llamada sustancia arcillosa la componen también, el
cuarzo, moscovita, biotita, opal hidróxido de hierro, glaucomita, distintos carbonatos y
materia orgánica. Específicamente “arcilla” se denomina a la roca formada por granos
menores de 0,002 mm en porentajes próximos a 50 y que forma con agua una masa
plástica que con su calentamiento asume la dureza de piedra. Las arcillas y
326
�formaciones arcillosas, además de su composición descrita, pueden presentar la
presencia de sales minerales que dependerán de la génesis de su formación, es decir,
el ambiente de sedimentación terrígeno o marino.
En los sedimentos de origen marino, incluyendo las arcillas, pueden generarse sales
por evaporación del agua de mar, los que se denominan minerales o sales
evaporíticas.
Tanto los minerales como las sales se encontrarán presentes posteriormente en las
arcillas y otras rocas derivadas de la litificación de estas, como las argilitas y esquistos
que forman en la actualidad grandes territorios.
En el caso que nos interesa (sedimentación en ambiente marino), al quedar las
arcillas fuera de este ambiente, en la constitución de las mismas quedan presentes
sales marinas como la halita (ClNa – sal común), silvinita (KCl), tenardita (Na2SO4),
mirabilita (NaSO4.2H2O), soda (Na2CO3.10H2O), yeso (CaSO4.2H2O) y otras. Estas
sales presentan distinto grado de solubilidad en agua y en distinto grado son
higroscópicas (absorben y desprenden humedad).
Fuera del ambiente marino, en dependencia de los procesos de deshidratación y
compactación de las arcillas, generalmente se reduce la porosidad y con ello
aumentan las fuerzas capilares de absorción por lo que en distintas condiciones
hidrogeológicas el contenido de sales de origen marino será distinto.
Generalmente, las sales de origen marino pueden estar presentes en las arcillas fuera
del ambiente marino, periodos cuya prolongación estará regida por los procesos antes
descritos, así como por el lavado y drenaje de las rocas y en este sentido la presencia
de sales marinas en condiciones continentales (terrígenas) podrá prolongarse durante
periodos geológicos completos.
Desde el punto de vista hidrogeológico las formaciones arcillosas no representan un
impermeable absoluto, ya que gracias a los procesos de difusión, osmosis y
gravitación, las arcillas participan en el intercambio hídrico y salino con las aguas que
por ellas fluyen o con las que contactan, incluso con las superficiales. De tal forma, las
aguas de los sedimentos arcillosos influyen en la formación salina y composición
química de las aguas freáticas y superficiales, así como en la zona de aireación en
periodos de saturación; esta influencia llega hasta la superficie debido a las
propiedades de capilaridad y ascensos capilares de los sedimentos arcillosos y el
carácter de intercambio y desarrollo del mismo dependerá de los procesos que dentro
del ambiente hidrogeológico se desarrollen.
Dadas las características generales antes descritas es de gran importancia conocer la
factibilidad de salinización de los suelos, posibilidades de riego, necesidad de drenaje
y las características con que el mismo puede aplicarse.
Generalmente, los suelos agrícolas se encuentran en territorios formados por rocas y
sedimentos arcillosos de épocas geológicas jóvenes y en las condiciones de islas y
gran parte de continentes, por lo general, estas rocas y sedimentos son de origen
marino y marino-aluvial y pueden tener gran influencia en la salinidad y desertización
de los suelos, bien sea debido a factores antrópicos (riego, tala de bosques, etc.) y
naturales (intercambio hídrico y salino subterráneo-superficial, cambio del clima,
fenómenos geo-tectónicos, etc.).
Durante la aplicación del riego en suelos y sobre subsuelos arcillosos con sales en su
constitución y condiciones hidrogeológicas que favorecen la salinización de los suelos,
está demostrada la presencia de tres etapas del régimen de las aguas freáticas, cuya
duración será en dependencia de los ciclos e intensidad del riego o anegamiento
natural del territorio.
1ra etapa- Al iniciarse el riego aumenta el contenido de sales en las aguas freáticas a
327
�la vez que ascienden los niveles.
2da etapa- De la zona de aireación son lavadas las sales de fácil solubilidad por aguas
de riego a la vez que se mantiene el ascenso de los niveles.
3ra etapa- Ocurre la concentración de sales en la zona de aireación y aguas freáticas
propiciado por el ascenso de los niveles de las aguas y ascensos capilares y cuando
los niveles se aproximan a menos de 3 m de la superficie del terreno la concentración
de sales se acelera bajo la influencia de la evaporación.
Cuando se presenta la 3ra etapa, solo es posible evitar la salinización del suelo
mediante la aplicación de drenaje artificial, después de lo cual puede aparecer una
relativa estabilización del régimen hidroquímico de las aguas freáticas y suelo, lo cual
representaría una 4ta etapa del régimen de las aguas freáticas en condiciones de riego.
La aparición de esta 4ta etapa puede demorar varios años (hasta más de 5), posterior
al inicio del drenaje artificial.
Cada una de las etapas mencionadas puede prolongarse durante varios años en
dependencia de la intensidad y frecuencia del riego, de la litología y contenido de
sales en la zona de aireación y acuífero.
En la práctica agrícola, si desde el inicio del riego no se cuenta con los sistemas de
drenaje requeridos, al detectarse la 1ra etapa deben ser construidos los mismos, ya
que de mantenerse el desarrollo de esta etapa, con la correspondiente influencia
sobre el acuífero y suelos, se desarrollan procesos que para detenerlos o eliminarlos
se requieren de inversiones muy costosas y en muchas ocasiones estos procesos de
salinización son irreversibles.
Etapas similares se presentan en territorios arcillosos llanos, donde ocurren
inundaciones prolongadas debido a las lluvias, con lo cual se satura totalmente la zona
de aireación y se simplifican los procesos que intervienen en el intercambio hídrico y
salino subterráneo-superficial, a la vez que los procesos de evaporación (durante las
inundaciones y posterior a ellas) aceleran la deposición de las sales en el suelo.
12.3 Metodología para el pronóstico de la potencialidad de salinización de los
suelos por condiciones hidrogeológicas existentes
El pronóstico de la factibilidad de salinización de los suelos representa la
caracterización de los factores que pueden influir en esa salinización, los cuales, de
forma práctica, podrán ser representados en un mapa que refleje la interacción de los
mismos por la clasificación que se defina.
Es decir, como base para obtener el objetivo buscado nos apoyamos en un Sistema de
Información Geográfica -GIS, que no es más que un conjunto de programas y
aplicaciones informáticas que permiten la gestión de datos visualizados en base de
datos, referenciados espacialmente y que pueden ser visualizados mediante mapas.
Para lograr el objetivo buscado es necesaria la creación de un paquete de mapas
hidrogeológicos, los cuales permitirán la obtención del mapa de potencialidad de
salinización.
Para la confección del "Mapa de Factibilidad de Salinización de los Suelos" de cualquier
territorio, considerando como factores que influyen en esta salinización las
condiciones hidrogeológicas, se requiere como mínimo de tres mapas básicos que son:
Mapa de Profundidad de Yacencia del Nivel de las Aguas Subterráneas, Mapa de
Litología de Cubierta (zona de aireación) y Mapa de Salinidad de las Aguas Freáticas
(para este último consideramos el Índice de Salinidad Marina -ISM, establecido por el
autor de este trabajo).
Para lograr de forma eficiente el objetivo deseado los datos necesarios a obtener del
328
�complejo de trabajos investigativos programados, por puntos son: Cota del terreno,
cota del nivel de las aguas subterráneas, litología de los sedimentos de la zona de
aireación, quimismo de las aguas subterráneas (macro componentes), granulometría
de los sedimentos perforados desde la superficie del terreno hasta unos 2-3 m bajo el
nivel de las aguas.
La búsqueda de los datos primarios está basada en la recopilación de datos de
archivos, datos de investigaciones programadas y ejecutadas para la finalidad que
necesitamos, esto último generalmente representado por la ejecución de
perforaciones de calas y calicatas distribuidas racionalmente por el área de
investigación, según las normas existente por complejidad geológica del territorio. A
continuación se describe la metodología de confección de los Mapas Básicos
necesarios.
Mapa de Profundidad de Yacencia del Nivel de las Aguas Freáticas (P.N.)
Luego de seleccionado los límites del área de estudio y la escala de trabajo se procede
a la selección de los puntos con datos sobre profundidad de nivel. Posterior a la
selección de los puntos y ploteo en el Mapa de Trabajo de los mismos, con el número
del censo y profundidad de nivel (P.N.) se procede a determinar la cota del nivel de
agua (C.N.A.), la cual se determina tomando de planchetas topográficas escala 1:50
000, 1:25 000, 1:10 000 o mayores si existen, la cota del terreno (C.T.), del punto
donde se obtuvieron los datos, por lo que la cota del nivel del agua será:
C.N.A = CT – PN
(12.1)
Teniendo ya cubierto todo el territorio con los datos de C.N.A., se procede a
confeccionar el Mapa de Hidroisohipsas, que nos representa el relieve de la superficie
de las aguas freáticas, con isolíneas con valores que se determinan por la escala de
trabajo; lo más recomendable es trazar las isolíneas cada 1 o 2 m.
Al construir el Mapa de Hidroisohipsas, el mismo se superpone al relieve del terreno
en planchetas de la misma escala de trabajo, señalándose en los puntos de
intercepción la diferencia de cotas que refleja la profundidad de yacencia del nivel del
agua (P.N.), posteriormente se trazan líneas uniendo los puntos con iguales valores
de P.N. y de tal forma se cubre toda el área, con lo que se obtiene el Mapa de
Profundidad de Yacencia de las aguas subterráneas.
Mapa de Litología de Cubierta
Al igual que en el Mapa de Profundidad de las aguas freáticas los datos de litología se
seleccionan y se ubican en el Mapa de Trabajo por coordenadas en puntos donde se
refleja la columna litológica hasta la profundidad necesaria (2-3 m bajo el nivel del
agua) e interpolando los puntos de igual litología y trazando líneas entre puntos con
diferente litología, queda confeccionado el Mapa de Litología de Cubierta, a este mapa
se le añade los datos del ascenso capilar de los sedimentos de la zona de aireación,
determinados en función de la granulometría por datos de laboratorio o de literatura,
esta última para estudios en etapa de factibilidad.
Mapa de Salinidad de las aguas subterráneas
Al igual que en los casos anteriores se seleccionan los puntos que cuentan con análisis
químicos de las aguas freáticas, de forma que el área de estudio quede cubierta lo
más regularmente posible. Los análisis químicos se procesan y se determina el Índice
de Salinidad Marina (I.S.M.) en cada punto seleccionado, aplicando la fórmula:
329
�ISM = (% Cl + % Na) / (%HCO3 + % Ca)
(12.2)
En esta ecuación los porcentajes de los iones se toman de la suma de los miligramos
equivalentes de los aniones y cationes de forma independiente o de la suma total de
ellos.
Como puede observarse en la ecuación del ISM los cloruros (Cl) y el sodio (Na) son
elementos predominantes en las aguas marinas y el hidrocarbonato (HCO3) y el calcio
(Ca) son elementos predominantes en acuíferos continentales. De tal forma, este
coeficiente corresponde con la determinación de factores que influyen en la salinidad
de suelos agrícolas existentes en territorios formados por rocas y sedimentos de
origen marino y marino-aluvial en los cuales la salinidad de los suelos es
predominantemente clórica y sódica. En territorios donde por el tipo de roca existente
el tipo de agua subterránea predominante sea magnésica, entonces en lugar del calcio
se utiliza el magnesio (Mg).
Los resultados obtenidos en cálculos del ISM se plotea en los puntos correspondientes
en el Mapa, posteriormente, interpolando los puntos por valores correspondientes a la
clasificación establecida para el ISM se confecciona el Mapa de Salinidad de las aguas
subterráneas.
Tabla 12.1. Clasificación I.S.M. (C. de Miguel 1992)
Valor I.S.M
<1
1 – 1,9
2 – 6,9
7 - 21
> 21
Tipo de Agua o Acuífero
Aguas o acuífero no salinizado
débilmente salinizado
salinizado
muy salinizado
hipersalinizado (aguas de mar)
Cuando los requerimientos del estudio que se ejecuta corresponden al nivel de
prefactibilidad, y no se tienen los datos del quimismo de las aguas subterráneas (y es
necesario obtener estos datos de la forma más rápida y económicamente posible), se
recomienda la ejecución de recorridos de campo debidamente programados con el
objetivo de obtener los datos necesarios tanto para los mapas de profundidad de
yacencia de las aguas subterráneas como para la evaluación del Índice de Salinidad
Marina (ISM); para ello en los recorridos deberán censarse los puntos de aguas
subterráneas que aparezcan (manantiales, pozos y calas), tomando los parámetros
necesarios por determinación visual y ejecutando mediciones de la mineralización de
las aguas en cada punto censado, utilizando salinómetros. Con los datos obtenidos el
Índice de Salinidad Marina se determina de las mediciones en campo aplicando la
fórmula siguiente:
ISM = 1.18 M
(12.3)
Donde:
M- Mineralización de las aguas subterráneas expresada en sales solubles totales (SST)
medidas en campo por salinómetro en g/l.
En campo la mineralización, en sales solubles totales, puede obtenerse también
utilizando conductivímetros portátiles.
330
�Mapa de Factibilidad de
Hidrogeológicas Existentes
Salinización
de
los
Para la confección de este mapa de Factibilidad
conjugación de tres mapas básicos:
Suelos
por
Condiciones
se requiere como mínimo de la
1ro. Mapa de Profundidad de Yacencia de las Aguas Freáticas
2do. Mapa de Quimismo de las Aguas Freáticas
3er. Mapa de Litología de Cubierta y Ascensos Capilares de la misma
Para poder lograr la elaboración del mapa de factibilidad de salinización se utiliza la
clasificación que correlacionará el ISM con la profundidad de yacencia de las aguas
freáticas, litología de la zona de aireación y su ascenso capilar. Este último, según
Skabalanóvich y Cedénko (1980), depende directamente de la granulometría de los
sedimentos y en específico del diámetro de partículas correspondiente al 10 % del
contenido total.
Por granulometría los ascensos capilares, según los autores antes citados, pueden ser
tomados de la Tabla 12.2.
Tabla 12.2. Magnitud del Ascenso Capilar Máximo (por saturación a largo plazo)
Litología
Arena gruesa
Arena media
Arena fina
Arena arcillosa
Arcilla arenosa ligera
Arcilla arenosa pesada
Arcilla
Ascenso Capilar Máximo - m.
0,15
0,50
1,10
2,0
3,5
6,5
12,0
Con datos de pruebas de laboratorios, el ascenso capilar máximo de los sedimentos
arcillosos puede determinarse por las siguientes fórmulas:
Hc = 0.0446
Hc =
H c=
1− n
nd e
0,0559 3 1 − n
(
)
d
n
0,306
d
(12.4) (Kozeni)
(12.5) (Mavis-Tsui)
(12.6) (La plaza-Serguéiev)
Donde: n-coeficiente de porosidad de los sedimentos
de- diámetro efectivo de los sedimentos que forman la zona de aireación.
La clasificación de los suelos, que correlaciona el grado de salinidad de las aguas
subterráneas [I.S.M] con la profundidad de yacencia de estas aguas, a partir de la
superficie del terreno [Suelo] y la litología de la zona no saturada, en suelos arcillosos
se expone en la Tabla 12.3
331
�Tabla 12.3. Clasificación de los suelos según su potencialidad de salinización por condiciones hidrogeológicas existentes
Profundidad
Litología del Estrato de Cubierta (Zona de aireación o No Saturada)
de las aguas
Valores I.S.M. de las Aguas Subterráneas.
subterránea
s
(ascensos
cap) (m)
<1,1
Arenas
<1
P.S.
1
2
1,9 6,9
S.
Arenas Arcillosas
>7
<1
M.S E.S.
S.
S.
M.S.
P.S.
S.
S.
M.S.
S.
S.
S.
P.S.
P.S.
S.
S.
P.S.
S.
P.S.
N.S.
1,1 - 2,0
N.S. P.S.
S.
2,0 - 3,5
N.S. N.S. P.S.
3,5 - 6,5
N.S. N.S. N.S. P.S.
1
2
1,9 6,9
Arcillas Arenosas
Ligeras
>7
<1 1-1,9
S.
M.S.
E.S.
E.S.
S.
M.S.
M.S.
M.S.
S.
S.
S.
P.S.
P.S.
N.S.
<1
1
2
1,9 6,9
M.S. E.S.
S.
M.S. M.S. E.S.
N.S. N.S. N.S.
>7
M.S. M.S.
P.S. P.S.
Arcillas
<1 1-1,9 2-6,9
>7
S.
Arcillas Arenosas
Pesadas
2
6,9
>7
S.
M.S. E.S.
E.S.
E.S.
S.
M.S. E.S.
E.S.
M.S.
M.S.
S.
M.S. M.S. E.S.
S.
S.
M.S.
P.S.
S.
P.S.
S.
S.
N.S.
P.S.
N.S.
P.S.
6,5 - 12,0
N.S. N.S. N.S. N.S. N.S. N.S. N.S. N.S.
N.S. N.S. N.S.
>12
N.S. N.S. N.S. N.S. N.S. N.S. N.S. N.S.
N.S. N.S. N.S. N.S. N.S. N.S.
N.S. N.S.
M.S. M.S.
S.
S.
P.S.
P.S.
N. S.- suelos prácticamente no salinizables
P.S.- suelos poco salinizables
S.– suelos salinizables
M. S.- suelos muy salinizables
E.S – suelos extremadamente salinizables
332
�Ejemplo de aplicación: Valle del Cauto en la Provincia Holguín y Las Tunas,
Cuba
Con la aplicación del método de pronóstico y clasificación establecidos, mediante el
procesamiento de 543 análisis químicos de agua, 482 puntos con mediciones de nivel,
350 puntos con descripción litológica y cálculos de ascensos capilares de la zona no
saturada, el área de estudio en un área de 3 813 km2 pudo ser caracterizada y
zonificada, los resultados se exponen en las Tablas 12.4 y 12.5.
Tabla 12. 4. Características establecidas Valle del Cauto Prov. Holguín y Las Tunas
Profundidad
Tipo de suelo
Valor
nivel de las
I.S.M.
aguas (m)
I
<1
>3
Prácticamente
1 - 1,9
>5
no salinizable
2 - 6,9
> 10
>7
> 15
II
<1
1-3
Poco
1 - 1,9
3-5
salinizable
2 - 6,9
5 - 10
>7
10 - 15
III
<1
<1
Salinizable
1 - 1,9
1-3
2 - 6,9
3-5
>7
5 - 10
IV
1 - 1,9
<1
Muy
2 - 6,9
1-3
>7
<5
< 1,9
< 0,5
2 - 6,9
<1
>7
<3
Salinizable
V
Extremadamente
Salinizable
Requerimientos generales para
la aplicación de riego
No se requiere de medidas de
drenaje, exceptuando zonas llanas
de empantanamiento donde debe
preverse drenaje superficial
Solo
requiere
de
drenaje
superficial,
en
algunos
casos
drenaje
horizontal,
soterrado
profundo
Requiere de drenaje superficial
profundo, en algunos casos drenaje
horizontal, soterrado profundo o
vertical (bombeo de pozos)
Requiere
de
combinación
de
drenaje superficial y horizontal
soterrado profundo, en algunos
casos combinado con vertical
profundo y recarga artificial
En estos casos no debe regarse,
pero sí se requiere de drenajes
combinados con recarga artificial y
bombeo de pozos, para lavado del
acuífero y mejoramiento de los
suelos
En todos los casos se prevé que el riego se ejecute con aguas de mineralización
menor de 1 gr/l y I.S.M. < 1.
Teniendo ya todos los datos necesarios se procedió a la elaboración del mapa de
333
�factibilidad de salinización y se superpuso al mapa de salinidad de las aguas
subterráneas [en base al I.S.M], el mapa de profundidad de yacencia del nivel de las
aguas freáticas y de litología, con sus ascensos capilares y en correspondencia con la
clasificación establecida, se delimitaron las áreas con distinto grado de potencialidad
(factibilidad) de salinización para toda el área del Valle del Cauto de las Provincias
Holguín y Las Tunas, y se obtuvieron los resultados en área, expuestos en la Tabla
12.5.
Tabla 12.5. Potencialidad de salinización de suelos en el Valle del Cauto en las
provincias Holguín y Las Tunas, República de Cuba
Tipos de suelos
por factibilidad
de salinización
Áreas con distinto grado de potencialidad de salinización de
los suelos
Prov. Holguín
Prov. Las Tunas
Total Área del Valle
Km2
%
Km2
%
Km2
%
686
31,3
660
40,6
1 346
35,3
640
29,2
355
21,8
995
26,1
400
18,3
314
19,3
714
18,7
Muy salinizable
350
16
230
14,2
580
15,2
Extremadamente
salinizable
112
5,2
66
4,1
178
4,7
TOTAL
2 188
100
1 625
100
3 813
100
Prácticamente
no salinizable
Poco salinizable
Salinizable
12.4 Metodología para pronóstico de afectaciones y potencialidad de
salinización de suelos por embalses de agua construidos en territorios llanos
En muchos países se ha desarrollado la construcción de presas y otras obras
hidrotécnicas para el almacenamiento de agua en territorios agrícolas llanos,
generalmente arcillosos, sin un pronóstico anticipado de las consecuencias que los
mismos pueden producir a mediano y largo plazo sobre las características de los
suelos.
Los territorios agrícolas llanos, en gran número de casos, se encuentran sobre
formaciones geológicas de origen marino y terrígeno-marino y bajo la cubierta
arcillosa de estos territorios se encuentran acuíferos que en dependencia de la
formación geológica que los forman, están constituidos por arcillas arenosas, arenas
arcillosas y gravosas, calizas agrietadas y cársticas y otros con baja, mediana y alta
permeabilidad.
Como características propias de estos territorios tenemos que la yacencia de los
niveles de las aguas subterráneas generalmente se encuentran en zonas del estrato
de cubierta (sedimentos arcillosos).
Las características antes mencionadas, conjuntamente con la presencia de sales de
origen marino, tanto en el acuífero como en el estrato de cubierta, al infiltrarse de los
embalses volúmenes que pueden alcanzar hasta el 10 % del escurrimiento regulable,
se produce el ascenso de los niveles de las aguas subterráneas en los territorios
aledaños a los embalses. De tal forma, se crean condiciones de afectación de los
suelos por empantanamiento, sobresaturación y humedecimiento del estrato de
334
�cubierta, así como aproximación de la yacencia de los niveles de aguas subterráneas
hasta profundidades en que, por litología del estrato de cubierta y propiedades de
ascensos capilares de la misma y difusión iónica de las sales de origen marino
presentes en los acuíferos y estrato de cubierta, se desarrolla el ascenso de las sales
hasta la superficie del terreno, lo cual provoca la paulatina salinización de los suelos,
acelerada sobre todo por procesos de evaporación en países del trópico y subtrópico.
Estos procesos de salinización pueden llegar a transformar los suelos hasta hacerlos
totalmente improductivos, si no se toman las medidas necesarias para contrarrestar la
salinización.
Para el estudio y pronóstico de los procesos de salinización analizaremos metodologías
basadas en los cálculos de pronóstico del ascenso de los niveles por métodos
tradicionales, incluyendo aspectos novedosos en estas metodologías y clasificación
que permite definir los suelos por sus características de factibilidad de salinización,
debido a condiciones hidrogeológicas del territorio y representadas por el quimismo de
las aguas subterráneas, litología de los estratos de cubierta (zona de aireación) y
ascensos capilares de estas litologías, conjugadas con la profundidad de yacencia de
las aguas subterráneas.
Para lograr el pronóstico requerido es necesario contar con los datos y mapas que nos
permitan efectuar los cálculos y confeccionar los mapas requeridos. Los datos
requeridos representarán las condiciones naturales del territorio antes del llenado del
embalse y los mismos son: 1- Mapa de hidroisohipsas del territorio. 2- Perfiles
hidrogeológicos en posición normal al trazado de las isolíneas de las hidroisohipsas.
Estos perfiles deberán aportar la ubicación de los niveles de las aguas subterráneas,
litología y permeabilidad (coeficiente de filtración) de los distintos estratos de la zona
de aireación y acuíferos, hasta el primer estrato impermeable que represente un
impermeable regional. La ubicación de los perfiles debe coincidir con las secciones de
cálculos a partir de la cortina o dique del embalse, aguas debajo de los mismos y en
los laterales y aguas arriba hasta cotas de la superficie del nivel de las aguas
subterráneas coincidente con cotas del nivel de aguas normales del embalse (NAN) u
otro nivel del embalse que sea de interés. 3- Mapa de profundidad de yacencia de los
niveles de las aguas subterráneas del territorio donde se construirá el embalse y
territorios aledaños. 4- Mapa del quimismo de las aguas subterráneas representado
por el Índice de Salinidad Marina (ISM) expuesto en el punto 1. 5- Mapa de la litología
de cubierta del área de estudio. 6- Mapa de factibilidad de salinización de los suelos
por clasificación de Tabla 12.3.
12.4.1 Definición de las áreas con afectaciones de suelos en territorios
aledaños a los embalses
Para la definición de las áreas que se afectan por el llenado de embalses y
características de las mismas, lo primero que se ejecuta es el pronóstico de ascenso
de los niveles en territorios aledaños a los embalses por el llenado de estos y en casos
de canales el ascenso de los niveles por infiltración de las aguas desde ellos, para lo
cual existen varios métodos de cálculos principales, basados en leyes hidrodinámicas
e hidráulicas de la filtración del flujo de las aguas subterráneas. Estos métodos están
ampliamente expuestos en el capítulo 11 de este libro, en los epígrafes 11.2 y 11.3.
Las áreas que se afectan por el llenado de los embalses se definen por combinación de
los resultados obtenidos en el cálculo del pronóstico de ascensos de los niveles,
posición de esos niveles pronosticados con el relieve del terreno, litología existente
donde se pronostica la posición de los niveles, y sobre estos, ascensos capilares de
esa litología y quimismo de las aguas subterráneas expresado por el Índice de
Salinidad Marina (en este caso de análisis).
335
�Las afectaciones de suelos en territorios aledaños a los embalses pueden desarrollarse
en tres zonas con distintas características, por las cuales las podemos clasificar de la
siguiente forma:
Zona A - de empantanamiento (saturación total) de los suelos.
Zona B - de humedecimiento de los suelos.
Zona C - de humedecimiento esporádico de los suelos.
La zona A se caracteriza por el empantanamiento o sobresaturación de los suelos, lo
que provoca que en estas áreas se inutilicen los suelos para la producción agrícola, en
las mismas se desarrolla la vegetación de pantanos. En esta zona por estar
permanentemente saturada se establece una relación directa aguas subterráneas
suelos y con la presencia de sales de origen marino en el acuífero o zona de aireación;
la salinización en esta zona se desarrolla en cortos periodos de tiempo, motivado por
los procesos ya mencionados. Esta zona generalmente se desarrolla en territorio
inmediato a la cortina (y diques) y aguas debajo de la misma.
La zona B se caracteriza porque en la misma se establecen profundidades de niveles
de las aguas subterráneas generalmente menores de 3 m, lo que en combinación con
las propiedades de ascensos capilares de los sedimentos de la zona de aireación y
ascensos adicionales de los niveles de las aguas en períodos de precipitaciones
atmosféricas o riego, provoca un humedecimiento que puede considerarse
permanente del suelo y con ello también se establece la interrelación suelos-aguas
subterráneas, facilitando el ascenso de las sales contenidas en el acuífero y zona de
aireación o no saturada, con lo que se producen los procesos señalados de salinización
de los suelos. Como norma, esta zona presenta su mayor desarrollo a continuación de
la zona A.
La zona C puede considerarse en cubiertas generalmente arcillosa (zona de aireación
o zona no saturada) con potencias superiores a 3 m hasta 12 m e incluso pueden ser
superiores. Cuando la misma está formada por arcillas pesadas los efectos de estas
profundidades de niveles se producirán siempre que en los suelos existan las
posibilidades de salinización por clasificación expuesta en la Tabla 12.3. La afectación
de los suelos podrá ser permanente o cíclica, en dependencia de la litología existente
y régimen de los niveles en los embalses, relacionado con las características climáticas
del territorio y riego. En esta zona pueden producirse procesos similares a los de la
zona B.
El desarrollo de esta zona puede presentar su mayor magnitud en diferentes áreas en
relación con la cortina del embalse y ello está dado por la influencia de distintos
factores relacionados con el remanso que se forma en la superficie de las aguas
subterráneas y que en muchas ocasiones presenta su mayor desarrollo aguas arriba
del embalse y en los laterales del mismo.
La determinación de las tres zonas antes detalladas se obtiene mediante la confección
del mapa de profundidad de niveles de las aguas subterráneas con datos obtenidos
del pronóstico de ascenso de los niveles por el llenado de los embalses.
La zona A se define directamente del mapa de profundidad de niveles y considera
niveles coincidentes con la superficie del terreno o sobre la misma.
Las zonas B y C se determinan por confección del mapa de factibilidad de salinización
de los suelos por metodología expuesta anteriormente, para niveles e hidroisohipsas
resultantes por desarrollo del pronóstico de ascenso de los niveles en territorios
aledaños a los embalses.
336
�En el mapa anexo (Figura 12.1) se presenta un ejemplo de aplicación de la
metodología antes expuesta aplicada en territorio de embalse programado en el río
Jobabo, ubicado en la provincia Las Tunas, en la República de Cuba.
Simbol ogía
Cortin a y dique del embalse.
Direcc ión del flujo d e agu as subterráneas.
Perfiles de cá lculos.
Zon a A, de empantanamiento o sob resa turación de los suelos.
Zo na B, de hu me decimiento de los suelos.
Zo na C, d e afectaciones cíclic as de los suelos.
FIGURA 12.1- Mapa ejemplo de zonificación de afectación de los suelos por embalse
construido en territorio llano con existencia de condiciones
hidrogeológicas desfavorables.
337
�Capítulo 13 IMPACTOS
EVALUACIÓN
AMBIENTALES
SOBRE
LOS
ACUÍFEROS
Y
SU
En las condiciones actuales de desarrollo y de degradación de los recursos hídricos, y
en específico de los recursos hídricos subterráneos, es necesaria la ejecución de
estudios hidrogeológicos que permitan definir y evaluar los impactos ambientales que
reciben los acuíferos a partir de distintos factores impactantes. Para ello es importante
conocer toda una serie de definiciones y términos generales sobre el medio ambiente,
propiedades que pueden ser impactadas y sobre todo degradadas en los acuíferos,
factores que pueden producir estos impactos y también los distintos métodos de
estudio de los impactos sobre acuíferos y forma de evaluación de los mismos.
13.1 Términos y conceptos generales
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.
Podemos considerar también al medio ambiente como el entorno, que es la suma de
todos los factores y condiciones que rodean un organismo cualquiera y que pueden
influenciar en él, incluye al medio físico y al medio social-económico. El medio físico lo
representa en sí el Planeta Tierra, donde a su vez existen otros medios físicos que en
su conjunto forman el medio físico del planeta, sin obviar los medios extra terrestres.
Dentro de los medios físicos de la Tierra tenemos los acuíferos, formando parte de un
medio de mayores magnitudes representado por la hidrosfera.
El contacto multilateral de la sociedad humana y la naturaleza presenta propiedades
en su conjunto, las cuales cambian con regularidad en el espacio y en el tiempo,
condicionando la variada influencia del medio sobre la actividad del hombre y
viceversa.
Impacto Ambiental: Es todo aquello que modifica desde el exterior el equilibrio
dinámico inicial de un sistema dado (natural o artificial). Mientras más fuerte sea el
impacto sobre un sistema determinado, mayor será la distancia del nuevo estado con
respecto a la situación inicial (antes del impacto), y mayor será el tiempo necesario
para recuperarse al cesar el impacto (Agos y Berenguer 1982, citados por
Santiesteban 1997).
Por su ocurrencia los impactos pueden ser directos o primarios, indirectos o
secundarios y también acumulativos. Los impactos directos son aquellos en que la
afectación que sufre un atributo u objeto ambiental se produce por la acción directa
de los factores impactantes. Los impactos indirectos se derivan de los anteriores y
generalmente son más difíciles de identificar que los directos. Los impactos
acumulativos son aquellos que generalmente desde su inicio no son detectados y su
efecto se detecta en el transcurso del tiempo a partir del inicio de la acción
impactante, cuando el accionar del mismo por acciones acumulativas genera su
detección, todos ellos pueden ser tanto de origen natural como artificial (antrópico).
Estudios de Impactos Ambientales: Es la acción que realiza el hombre aplicando
un conjunto de acciones científico-técnicas, sistemáticos, interrelacionados entre sí,
cuyo objetivo es la identificación, predicción y valoración de los efectos positivos o
negativos que puede producir la acción de un impacto determinado sobre el medio
ambiente.
338
�Si analizamos los impactos naturales en sus variadas formas de presencia en el
Planeta Tierra y externas que actúan sobre el mismo y cambian o varían sus
características constantemente en tiempo y espacio, podemos llegar a la conclusión de
que muchos de esos impactos no pueden ser evaluados de forma sistemática, es
decir, se producen en tal variedad de formas y condiciones que impiden la valoración
de sus parámetros en las condiciones actuales de desarrollo científico-técnico, o sea,
solo se pueden valorar magnitudes cualitativas y no cuantitativas en determinados
momentos de tiempo.
En la era actual, por el desarrollo de la capacidad cognoscitiva del hombre, tecnología
y necesidades de la sociedad humana, el empleo de los recursos naturales conlleva
inevitablemente al cambio y transformación de las conexiones internas y de los
procesos en el Planeta. Estas modificaciones están orientadas en muchos casos a un
fin preciso.
En otros casos las modificaciones surgen como resultado de las acciones del hombre y
rebasan los marcos de las consecuencias inicialmente esperadas. A medida que el
hombre va dominando la Tierra y profundiza su influencia sobre la naturaleza, la
influencia del medio natural alterado y transformado va superando por su importancia
y magnitud la influencia de la naturaleza no degradada o poco modificada. El centro
de gravedad de los intereses de la acción reciproca entre la naturaleza y el hombre se
desplaza en la historia en tiempo y espacio.
Durante largo tiempo la atención de científicos y filósofos estuvo centrada en los
problemas de las conquistas de las fuerzas naturales para la satisfacción de las
necesidades humanas y en el estudio del influjo de la naturaleza sobre la vida
material y espiritual de la sociedad; más tarde cobró actualidad otra cuestión: la
incógnita sobre la suficiencia de los recursos naturales de la Tierra para satisfacer el
consumo de energía y sustancias naturales derivado del vertiginoso crecimiento de la
sociedad humana, incluyendo el proceso científico-técnico y ya no solo de las
generaciones actuales, sino también de las generaciones futuras. A partir de este
momento se comienza a desarrollar el concepto de Sustentabilidad o Desarrollo
Sostenible.
Desarrollo Sostenible o Sustentable: Es un proceso dinámico que implica trabajar
simultáneamente en dos vertientes: la del desarrollo de la sociedad humana y la de la
sostenibilidad. El desarrollo como mejoría constante de todo y de todos y la
sostenibilidad, como la garantía de que tanto las generaciones humanas actuales
como las futuras puedan disfrutar de un medio ambiente no degradado y de los
recursos naturales de que disponemos actualmente y los cuales se degradan por la
acción del hombre.
Entre los elementos antrópicos que más inciden negativamente sobre la naturaleza
están las "guerras". Interpretando las palabras del Apóstol de Cuba, José Martí Pérez,
referente a las guerras: "el mundo sangra sin cesar de los crímenes que se cometen
en contra de la naturaleza", vemos que el hombre como especie biológica superior,
con razocinio propio, que debe velar no solo por la conservación de los georrecursos
que le sirven de subsistencia, se extermina a sí mismo. En la actualidad existen ya
recursos bélicos que pueden hacer desaparecer toda la humanidad con grandes
riesgos para la naturaleza de la tierra.
Actualmente el hombre está en deuda con la naturaleza, está afectando su equilibrio
ecológico y el límite de autorecuperación de los ecosistemas. Por lo que es de carácter
urgente compatibilizar todas las acciones científicas, económicas y sociales para
lograr, no solo la obtención de una subsistencia sostenible, sino también para evitar el
sangramiento del mundo (como señalara José Martí) a través de la auto
339
�exterminación de la especie humana en todas las formas, incluyendo: "la degradación
del medio ambiente".
13.2 Impactos ambientales sobre los acuíferos- IASA
Para denominar los impactos sobre los recursos hídricos subterráneos hemos escogido
este término por ser una denominación reconocida internacionalmente y más
abarcadora, ya que considera no solo el recurso "agua subterránea", sino también el
medio donde los mismos están almacenados, a través del cual se desarrolla su
alimentación, por el que circulan y desde donde descargan a otros medios.
Considerando al acuífero como objeto impactado, el medio ambiente impactante lo
representa no solo el medio rocoso que lo rodea, también los medios que contactan
con sus elementos de alimentación y descarga relacionados de forma directa e
indirecta con las aguas subterráneas por procesos físicos, químicos, mecánicos y
otros.
Como impacto ambiental sobre los acuíferos (IASA) se entiende toda acción
provocada desde elementos, por componentes y factores naturales o artificiales
(antrópicos) que forman el medio ambiente que contactan con los acuíferos, sus
fuentes de alimentación y zonas de descarga, mediante los cuales se generan
variaciones en las propiedades físicas, químicas, de volumen, tránsito y descarga
(funcionales y naturales ) intrínsecas de los acuíferos (ver relación de propiedades
intrínsecas de los acuíferos en la Tabla 13.1).
Conociendo los elementos que forman el medio ambiente y que contacta con los
acuíferos, podemos definir tres grandes grupos de IASA: Naturales, Artificiales y
Combinados, formados por componentes y factores que directa o indirectamente los
producen y que a su vez pueden generar acciones positivas o negativas así como
ambas a la vez, en dependencia de su origen y desarrollo en tiempo y espacio.
Los IASA pueden producirse tanto por componentes o factores independientes, como
por combinaciones de ellos y estas combinaciones pueden ser desde simples hasta
muy complejas, cuando participan en el impacto varios factores o componentes,
incluso de otros elementos.
La mayor variedad de impactos negativos pertenecen a los factores antrópicos y
componentes de los que se derivan los mismos. Por la acción impactante de estos
factores, el tiempo de acción es más inmediata que los de la mayoría de origen
natural, aunque existen impactos de origen natural en los que la acción impactante y
sus efectos se presentan en periodos de tiempo que pueden considerarse instantáneos
con magnitudes que en ocasiones son muy superiores a los que pueden presentar los
impactos antrópicos y de efectos muy superiores sobre las propiedades intrínsecas de
los acuíferos (Tabla 13.1).
Tabla 13.1. Relación de principales propiedades intrínsecas de los acuíferos
ACUÍFERO
Componentes
ROCA
Propiedades
Mineralogía
Trasmisividad
Almacenamiento
Alimentación
340
�Descarga
Químicas
Físicas
Térmicas
AGUA
Gaseosas
Agresividad
Radioactividad
Bacteriológica
Barométrica
Clasificación de los IASA
Como ya se mencionó, los IASA, al igual que otros impactos sobre el medio ambiente
en general, pueden pertenecer a elementos naturales, antrópicos o combinados, los
cuales están constituidos por componentes y factores que agrupan toda una serie de
procesos de muy diversas génesis, lo que caracteriza al impacto ya no solo por sus
acciones impactantes, sino también por las características específicas de las mismas.
La clasificación que exponemos en la Tabla 13.2 incluye si no todos, sí los principales
que pueden accionar de forma positiva o negativa sobre los acuíferos y que hasta la
actualidad pueden ser evaluados de forma cualitativa o cuantitativa, en muchos casos,
por los amplios medios tecnológicos y de procesamientos existentes.
Tabla 13.2. Clasificación de los IASA
ELEMENTOS
COMPONENTES
NATURALES
GEOLÓGICOS
FACTORES (o Procesos)
Sísmicos
Volcánicos
Tectónicos
Geoquímicos
Hidrogeológicos
Erosivos
Acumulativos
CLIMÁTICOS
Hídricos
Eólicos
Térmicos
CÓSMICOS
Planetarios
Extraplanetarios
MARINOS
Profundos
Superficiales
BIOLÓGICOS
Mutuativos
Epidémicos
Orgánicos
ANTRÓPICOS
SOCIALES
Físicos
Químicos
Biológicos
341
�INDUSTRIALES
Físicos
Químicos
Gaseosos
Térmicos
Radioactivos
ARQUITECTÓNICOS
Mecánicos
Físicos
HIDRAÚLICOS
Mecánicos
Físicos
Químicos
Biológicos
AGRÍCOLAS
Mecánicos
Físicos
Químicos
Biológicos
MINEROS
Mecánicos
Físicos
Químicos
MILITARES
Mecánicos
Físicos
Químicos
Radioactivos
NATURALES
Cósmico - Geológico
Aquí los factores o
procesos impactantes
Geólogo - Marino
pueden ser muy variados y
Climático - Geológico de distinta génesis y
C
(muchos otros)
formas, en los que pueden
O
participar los mencionados
M ARTIFICIALES Social - Industrial
en los elementos
Minero - Industrial
B
anteriores
I
Militar - Industrial
N
(muchos otros)
A
D NATURALES – Minero - Geológico
O ARTIFICIALES Industrial S
Geológico
Hidráulico Geológico
(muchos otros)
13.3 Métodos de estudio de impactos ambientales y su aplicación a los
acuíferos
Para poder definir el método de estudio que aplicamos y valorar los factores que
producen los IASA, es necesario detenernos en algunos términos y sus definiciones, lo
cual propiciará una mayor comprensión.
342
�Vulnerabilidad de los Acuíferos
Esta denominación abarca a determinadas propiedades de los acuíferos que refleja la
susceptibilidad de los mismos ante los impactos ambientales; se utilizó por primera
vez como término reconocido por su significado por el científico francés J. Margat
(1963), cuando lo expuso basado en el hecho de que, en cierta medida, el medio
físico protege al acuífero de contaminantes que pueden infiltrarse desde la superficie
del terreno. A partir de ese momento se establecieron distintas definiciones que en la
actualidad aún se enriquecen.
En 1994 Urba y Zaparozec definen la vulnerabilidad de los acuíferos como
vulnerabilidad intrínseca o natural del agua subterránea, considerando para ello:"es la
propiedad intrínseca de un sistema acuífero que depende de su sensibilidad a
impactos naturales y/o antrópicos, es una función de las características
hidrogeológicas que lo cubren".
La primera definición de vulnerabilidad (J. Margat) solo considera que los acuíferos
pueden ser impactados por factores contaminantes, por ello relaciona su
vulnerabilidad a las características de protección de la cubierta que puede tener un
acuífero.
La segunda definición (Urba y Zaparozec) refleja con contenido mucho más amplio el
concepto de vulnerabilidad al relacionar la misma con los materiales rocosos que
rodean al acuífero y sus propiedades.
Analizando el segundo concepto o definición, vemos que aún está incompleto, pues no
se considera los orígenes y propiedades de los impactos, por ello podemos considerar
que la definición de vulnerabilidad de acuíferos, sin subestimar la definición dada por
Urba y Zaparozec, estaría más completa expresándola con cierto complemento como
a continuación reflejamos :..."Es una función de las características hidrogeológicas del
acuífero, de los suelos y material geológico que lo rodean, dependiente directamente
del origen y propiedades del factor impactante".
La definición de Urba y Zaparozec, con lo añadido, incluye o refleja los impactos que
puede recibir el acuífero, ya no solo del medio inmediato a él, también los impactos
que recibe el medio inmediato y que repercuten en el acuífero en función de su origen
y propiedades del mismo.
De la Tabla 13.2 y analizando los elementos que pueden generar impactos en los
acuíferos a través de sus componentes y factores, podemos deducir que los acuíferos
en general "son vulnerables" y que el efecto de los impactos desarrollado en distinto
tiempo y espacio, aunque proceda del mismo factor, componente y elemento sí puede
presentarse con distintas características y sus propiedades intrínsecas (magnitud,
desarrollo, reversibilidad, duración y certeza) se presentan en condiciones de
desigualdad por sus significados y peligrosidad real para el acuífero. De tal forma, la
vulnerabilidad de los acuíferos es un término no absoluto que puede ser interpretado
de distinta manera por distintos autores, en dependencia de las propiedades
intrínsecas de los impactos, que pueden variar en tiempo y espacio, teniendo en
cuenta las propiedades intrínsecas de los acuíferos, el medio que lo rodea así como el
elemento, componente y factor impactante que se analice.
En la Hidrogeología aplicada al Medio Ambiente o Hidrogeología Ambiental está muy
desarrollada la confección de Mapas de Vulnerabilidad de Acuíferos. Estos mapas
pueden considerar una o varias propiedades del acuífero y son de gran utilidad, tanto
en esferas económicas, sociales como ambientales ya que pueden definir la
sensibilidad de los acuíferos ante determinados impactos, sirven de herramienta para
el manejo de los recursos hídricos subterráneos y del medio ambiente en varias
direcciones principales:
343
�1- Tomar decisiones en cuanto al manejo de los recursos hídricos subterráneos y
protección de los acuíferos.
2- Identificar las áreas más vulnerables, en general, o ante determinados impactos.
3- Decidir sobre las investigaciones y redes de monitoreo necesarias.
4- Desarrollar programas de informática y procesamiento que permitan una mayor
integridad para la evaluación y predicción de los impactos con carácter local, zonal,
regional y global.
5- Desarrollar programas informativos y educativos sobre la necesidad de proteger los
acuíferos y recursos hídricos, en general.
La confección de Mapas de Vulnerabilidad de los acuíferos en la actualidad presenta
muchas limitaciones, siendo las principales:
1- Falta de metodologías universales y unificadoras.
2- Ausencia de datos representativos y tecnología que puedan tener uso generalizado
a niveles globales y capaces de registrar un mayor número de factores de impacto
y sus efectos.
3- Falta de detallamiento y conocimiento de características geológicas y otras,
incluyendo las intrínsecas de los acuíferos a nivel de cuencas subterráneas de
forma integral.
4- Escasa experiencia en la validación y verificación de la vulnerabilidad de los
acuíferos a escala regional y global.
En los últimos 20 años se han desarrollado gran número de técnicas para evaluar la
vulnerabilidad de los acuíferos, aunque la mayoría se perfilan relacionadas con la
calidad del agua y no con propiedades del medio rocoso acuífero que repercuten en
sus reservas. Las técnicas desarrolladas varían según las características geográficas,
la calidad y cantidad de datos y del propósito del análisis y, en general, pueden
clasificarse en tres grupos que definen la metodología a seguir o establecer en los
estudios de impactos sobre acuíferos:
1- Métodos hidrogeológicos complejos
2- Métodos paramétricos
3- Métodos numéricos y de relaciones analógicas
-Métodos Hidrogeológicos Complejos: Están ampliamente desarrollados y se basan en
la superposición de toda la información cartográfica disponible. Estos métodos pueden
ser utilizados en estudios de grandes regiones donde existan condiciones
hidrogeológicas heterogéneas, por lo que la aplicación de ellos podría considerarse de
carácter universal. En los mismos la evaluación de la vulnerabilidad se expresa solo en
términos cualitativos.
-Métodos Paramétricos: Con menos desarrollo a escala universal, se aplican
comenzando con la selección de parámetros representativos para evaluar la
vulnerabilidad, cada uno de los cuales tiene un rango de variación natural que se
subdivide por quien aplique el método según sus criterios y conveniencias de
graduación y ponderación. Algunos de estos métodos son los elaborados por Allen
(1987), el denominado DRASTIC en los Estados Unidos de América, encaminados a la
evaluación de impactos de acuíferos por contaminación. En 1990 en Italia se
desarrolló el método SINTACS, a partir de la experiencia del DRASTIC, y se logró una
metodología más efectiva y aglutinante de propiedades, ya que en el mismo se
consideran algunas características del acuífero y de la superficie del terreno.
344
�-Métodos Numéricos y de Relación Analógica: Están basados en el empleo de un
índice de vulnerabilidad y analizan propiedades generalizadoras del acuífero, por
ejemplo métodos elaborados por Anderson y Gosk (1987), en el que se analiza la
capacidad depuradora de autorecuperación del acuífero.
Según Legrand (1983), los modelos matemáticos resultan adecuados cuando la
información necesaria está disponible y cuando existen datos históricos suficientes
sobre el movimiento del contaminante. Sobre este método existen divergencias de
criterios, pues las propiedades hidrogeológicas representan el basamento del estudio
de la vulnerabilidad y no los algoritmos de procesamiento.
Los métodos que hemos mencionado son caracterizadores de los innumerables
métodos que existen en la actualidad, basados en ellos y que no integran toda la
variedad de factores con propiedades impactantes en los acuíferos, ni consideran
integralmente todas las propiedades intrínsecas de estos últimos. Generalmente solo
se analizan y evalúan los impactos negativos, y como regla, aquellos que causan
degradación de la calidad de las aguas subterráneas.
13.4 Valoración de los factores impactantes en los acuíferos y evaluación de
los impactos
Todo cambio de carácter positivo o negativo en las condiciones funcionales y naturales
de los acuíferos resultantes del efecto de alguna causa, es un impacto sobre los
mismos.
Como norma, en todos los casos de evaluación de impactos los métodos de aplicación
se dividen en dos grandes grupos: Sistemáticos y No Sistemáticos.
- Métodos No Sistemáticos: se entiende por ellos los modelos de evaluación que
considera el proceso para establecer, a partir de datos existentes o generados,
en cuanto a magnitudes de efectos o alteraciones, los valores que le
corresponden de calidad ambiental resultante y de ponderación de los mismos, a
efectos de comparación, dejando estas evaluaciones a juicio del realizador de la
evaluación, apreciándose un sistema de presentación y síntesis de datos, por lo
que el modelo representa un sistema de información sobre el impacto. A este
método lo caracteriza el desarrollado por Leopold.
- Métodos Sistemáticos: La base de este modelo de evaluación es la definición de
un listado de indicadores de impacto, parámetros ambientales que representan
una unidad o aspecto del medio ambiente que merece ser considerado
separadamente y que además, su evaluación es representativa del impacto
derivado de las acciones.
Los indicadores de este método están ordenados en un primer nivel según
componentes ambientales, que a su vez se agrupan en categorías ambientales,
todo ello con el objetivo de establecer los niveles de información progresiva
requerida.
Categorías----- Componentes----- Indicadores.
Este modelo tiene como requerimiento que los indicadores tengan las siguientes
características:
- Representan la calidad del medio ambiente (identificación)
- Sean fácilmente medibles sobre el terreno (predicción, interpretación, inspección)
- Sean evaluables a nivel de efecto ( predicción e interpretación)
345
�- Sean exclusivos (identificación, interpretación).
Una vez que sea establecida la lista de parámetros que respondan a las exigencias
planteadas, el modelo establece un sistema en el que dichos parámetros pueden ser
evaluados en unidades conmensurables, es decir, comparables, representando valores
de calidad o impacto ambiental neto y todo esto a partir de datos, en lo posible,
obtenidos por resultados de mediciones.
Un modelo de este tipo lo representa el universalmente conocido: Sistema de
evaluación de “BATTELLE INSTITUT”.
Los dos modelos analizados son los más universales, desde el punto de vista de
integridad. Existen otros muchos modelos o métodos de evaluación global final, como
es el de “overlays” o superposición que consiste en presentar la distribución superficial
de determinados factores, representativos de aptitudes o limitaciones para un
determinado proyecto, es decir, desarrollan una predicción de impactos artificiales,
aunque en algunos lugares han sido utilizados en predicción de impactos naturales
cartografiables y conmensurables.
Por las características de evaluación de los IASA que analizamos en este trabajo
donde aplicamos un método evaluativo que puede ser aplicado a todos los posibles
IASA, tenemos que remitirnos a modelos “No Sistemáticos”, considerando que gran
número de los IASA presentan parámetros que en la actualidad no pueden ser
medidos en unidades conmensurables, para aplicación de modelos sistemáticos, esto
en lo relacionado con las propiedades de la gran variedad de impactos que pueden
recibir los acuíferos. Por otra parte, las propiedades de los acuíferos sí son
conmensurables, es decir, pueden ser medibles, por lo que en relación con ellos
pueden ser aplicados modelos “Sistemáticos”. De tal forma, se expone una
metodología de evaluación “combinada”, aplicable a todos los IASA, que permite
caracterizarlos en magnitud, tiempo y espacio, área afectada y probabilidad de
ocurrencia, características que permiten evaluar su receptibilidad por el acuífero,
conociendo por anticipado las propiedades intrínsecas del mismo (Tabla 13.1).
Para la evaluación de los IASA se requiere de una valoración de sus propiedades, en
nuestro caso el análisis de valoración se ejecuta por propiedades comunes a todos los
impactos y su efecto se valora considerando la trascendencia que ellos pueden
representar para las condiciones naturales y funcionales de los acuíferos en función
del efecto.
1ra Fase Evaluativa
Establecimiento de efectos y valores de los mismos, es la principal fase, ya que con el
establecimiento de los impactos que se pueden producir o se producen en
determinados acuíferos y valoración de sus propiedades se crean las bases de todo el
procedimiento posterior de evaluación y con la objetividad y veracidad que se
determinen los mismos, así será el grado de precisión en el resultado obtenido en la
evaluación.
Tabla 13.3. Propiedades principales de los IASA y su valoración
PROPIEDADES
Magnitud
(M)
EFECTO
CARACTERÍSTICAS
VALOR
Leve
No origina cambios pero son perceptibles.
1
Moderado
Originan
cambios
utilización.
2
que
limitan
la
346
�Desarrollo
(D1)
Fuertes
Originan cambios que
degradan) los acuíferos.
Local
La afectación es de carácter local.
1
Zonal
El área afectada es considerable
2
Regional
Se afecta todo el acuífero y trasciende a
otros.
3
Global
Se afectan acuíferos de varias naciones.
4
Autorre-
Al cesar las
autorrecupera.
Al cesar las causas el acuífero se recupera
por medidas artificiales.
2
Irreversible
Al cesar las causas el acuífero no se
recupera.
3
Corto
Recuperación en corto tiempo (Max.10
años).
1
Mediano
Recuperación relativamente largo tiempo
(10- 50 años).
2
Largo
Recuperación a largo plazo (50- 100 años).
3
Permanente Recuperación en muy largo plazo (superior
a 100 años).
4
Poco
probable
Existen pocas probabilidades de impacto.
1
Certeza
(C)
Probable
Es muy probable el impacto.
2
Cierto
El impacto es confirmado.
3
(R)
Reversible
Artificial.
Duración
(D2)
acuífero
3
1
versible
el
(o
se
Reversibilidad
causas
inhabilitan
2da Fase Evaluativa
Ponderación de propiedades. Todas las propiedades consideradas en los IASA no
tienen la misma importancia, ya que por su dependencia una de otra y peligrosidad
que representan para los acuíferos, pueden ser diferenciadas por valores de
peligrosidad. Considerando esto, la ponderación se ejecuta en dependencia del criterio
que se asuma como peligrosidad, valorando las propiedades por sus características
objetivas, tomando el valor total de peligrosidad como la suma total de propiedades
que se analizan.
Tabla 13.4. Valoración de las propiedades de los IASA por peligrosidad y coeficiente
de ponderación de las mismas
Grado de
peligrosidad
Propiedades
Valor de
peligrosidad
Coeficiente de
Ponderación
Baja
Certeza
1
0,1
Media
Duración
2
0,2
Reversibilidad
3
0,3
Desarrollo
4
0,4
Magnitud
5
0,5
Alta
347
�3ra Fase Evaluativa
Clasificación del tipo de impacto. La clasificación de los IASA se define para obtener
una caracterización y valoración total de los mismos, a través de una denominación
que especifique la intensidad y, mediante la misma, la peligrosidad del efecto
impactante que sufrió el acuífero, es decir, que caracterice las consecuencias de los
efectos que las propiedades del impacto han provocado en el acuífero, en función de
las cuales se denomina el Tipo de Impacto producido.
Esta clasificación la obtenemos mediante la sumatoria de valores de las propiedades
del impacto. Para lograrla debemos considerar un rango de valores que diferencie los
tipos de impacto, el mismo se obtiene mediante la sumatoria de los valores máximos
de las propiedades en función de sus efectos y características (Tabla 13.3),
considerando, además, el grado de peligrosidad de las propiedades del impacto
respecto a las propiedades intrínsecas del acuífero (coeficiente de ponderación
mostrado en la Tabla 13.4) y el resultado se considera el 100 % (intensidad máxima),
sobre la base de este resultado utilizamos una graduación prefijada por rango que se
incremente cada 25 %.
Fórmula para determinar la intensidad máxima de los IASA.
I.M. = (M Cp1+ D1 Cp2+Rcp3+ D2cp4+ C Cp5) P
(13.1)
Donde:
I.M.- Intensidad Máxima de los Impactos.
M, D1, R, D2, C- Valores máximos de las propiedades de los IASA (Tabla 13.3)
Cp1, Cp2, Cp3, Cp4, Cp5- Coeficientes de ponderación de las propiedades (Tabla 4)
P- Total del número de propiedades intrínsecas del acuífero que pueden ser
impactadas (P = 13).
O sea: I.M.= (3*0,5 + 4*0,4 + 3*0,3 + 4* 0,2 + 3* 0,1) 13= 66,3 (=100%)
La fórmula antes expuesta será la que se utilice para la evaluación de los impactos
que se produzcan o se pronostiquen, en tales casos, se considerará la cantidad de
propiedades del acuífero impactadas o que pueden ser impactadas, tomando por valor
de P el número o cantidad de esas propiedades.
Teniendo ya un valor numérico de la intensidad máxima de los IASA determinamos los
rangos de valores por intervalos de intensidades y denominamos los impactos en
correspondencia con terminología más reconocida internacionalmente.
Tabla 13.5. Clasificación de los IASA por su intensidad
%
Menor de 25
Rango de Valores
Menor de 16,6
Tipo de Impacto
Leves
25- 50
16,6 – 33,5
Moderados
50 - 75
33,5 – 49,7
Severos
75 - 100
49,7 – 66,3
Críticos
- Impactos Leves: Estos impactos también son denominados compatibles, tienen muy
poca entidad, si su efecto es degradante, al cesar las causas que lo producen, en poco
348
�tiempo se restablecen las condiciones medioambientales originales solo con la
participación de las propiedades autorrecuperadoras del acuífero.
- Impacto Moderado: Produce daños de poca magnitud, pero su importancia comienza
a ser considerable. Culminada la acción impactante las condiciones originales se
restablecen con la acción de los mecanismos naturales del acuífero, aunque la
recuperación es larga.
- Impacto Severo: Se trata de impactos de magnitudes notables y de gran
importancia. Cuando cesa la causa de impacto, la recuperación de las condiciones
originales del acuífero se hace muy difícil y en muchos casos se requiere la aplicación
de medidas correctoras artificiales.
- Impacto Critico: Es el impacto que por su magnitud, importancia y peligrosidad
supera el denominado “umbral del impacto” o límite, a partir del cual se considera que
el deterioro del acuífero es irreversible, la acción capaz de producirlo altera en tal
grado las propiedades intrínsecas del acuífero, que imponen en las mismas una
dinámica regresiva (degradante), adversas a las condiciones que posibilitarían su
recuperación.
13.5 Definición del tipo de matriz para evaluar los impactos sobre acuíferos
La metodología establecida para la evaluación de los IASA responde a metodología de
evaluación causa-efecto ya que nos permite evaluar e identificar las causas de los
impactos y el efecto que los mismos producen de una forma cualitativa, y en parte
cuantitativa, al aplicarse coeficientes de ponderación que nos permite evaluar los
impactos por la importancia y peligrosidad de sus propiedades. En este caso, es
recomendable la utilización de una matriz de análisis de los impactos y sus
propiedades relacionadas con las de los acuíferos, con lo que se puede obtener una
fácil caracterización, valoración y clasificación de los IASA por su intensidad. La
matriz a utilizar, dando respuesta a la metodología establecida y objetivos de la
misma, sería una matriz causa-efecto, con la que logramos realizar el análisis de las
relaciones de causalidad entre una acción y sus efectos sobre las características
intrínsecas del acuífero y en general sobre él mismo.
Durante la acción y efecto de los IASA, en casos muy excepcionales, son impactadas
todas las propiedades de los acuíferos, es decir, en cada caso de impacto será
necesario determinar qué propiedades son impactadas, a través de estudios de
impactos que se realicen a tal efecto por procesamiento de datos de observaciones
sistemáticas sobre el régimen de los acuíferos o por estudios hidrogeológicos
específicos. De igual manera, cuando el impacto, independientemente de su génesis,
puede ser previsible deberán conocerse tanto las propiedades del impacto como las
del acuífero para poder evaluar su efecto, con lo cual podrá ejecutarse un pronóstico
de impacto.
Dando respuesta al objetivo de evaluación de los IASA se propone un modelo de
matriz causa-efecto, en el que puede evaluarse tanto los impactos positivos (+) como
los negativos (-), señalándose en celdas de la matriz el signo que corresponda (celdas
de intersección de filas con las propiedades del acuífero y columnas con los impactos
que se generan). La matriz permite caracterizar detalladamente los impactos
determinados (efectos) sobre cada propiedad del acuífero en las filas que le
corresponden a las mismas.
La matriz propuesta permite evaluar al mismo tiempo varios impactos sobre el mismo
acuífero, solo se requiere a la matriz original, una primera fila de elementos (sobre
componentes), y en dependencia del número de impactos que se evalúan y al
enumerar los mismos, incrementar el número de filas (en las propiedades del
349
�acuífero) y columnas de la matriz, en correspondencia con el número de elementos,
componentes e impactos determinados que se evalúen (Tabla 13.6).
La valoración del impacto total sobre el acuífero, en este caso, se efectuaría por
ponderación de los impactos según su intensidad, considerando el número total de
impacto como la unidad (1) y el impacto total se determinaría por la siguiente
fórmula:
I.T.= ( V1* Cp1 + V2 * Cp2 +..............+ Vn * Cpn ) n
(13.2)
Donde:
I.T.- Intensidad del impacto total que afecta al acuífero
V1, V2,.......Vn –Valor total correspondiente a cada impacto
Cp1, Cp2,.....Cpn – Coeficiente de ponderación correspondiente a cada impacto
n – Cantidad de impactos que se evalúan.
La determinación del tipo de impacto total que recibe el acuífero se obtiene de igual
forma que para impactos individuales por clasificación del mismo por intensidad total
resultante (Tabla 13.6).
En muchos casos de IASA un solo componente impactante produce con su acción
varios impactos en las propiedades del acuífero, por ello lo más recomendable es no
hacer muy compleja la matriz de evaluación para resaltar los impactos, de lo que se
deduce que es más caracterizador la confección de matrices individuales para cada
componente impactante.
350
�Tabla 13.6. MATRIZ PARA EVALUACIÓN DE IASA
COMPONENTES DE
VALORACIÓN
PROPIEDADES
IMPACTO
(componentes
impactantes )
PROPIEDADES
Impactos Presentes
IMPACTOS
DEL
DETERMINADOS
(EFECTOS)
ACUÍFERO
DE
M
D
R
D
C
a
e
e
u
e
g
s
v
r
r
n
a
e
a
t
i
r
r
c
e
t
r
s
i
z
I
u
o
i
ó
a
M
d
l
b
n
l
i
A
o
l
C
i
T
d
O
d
Mineralogía
O
Trasmisividad
C
A
Almacenamiento
Alimentación
Descarga
A
Químicas
Físicas
G
Térmicas
Gaseosas
U
Agresivas
Radioactivas
A
Barométricas
Bacteriológicas
Valor de Propiedades
VALORACION DEL IMPACTO
Coeficiente
Ponderación
D
E
P
a
R
T
I
P
O
de
VALOR DEL IMPACTO
351
�Capítulo
14
PRINCIPALES
MÉTODOS
INVESTIGACIONES HIDROGEOLÓGICAS
QUE
SE
APLICAN
EN
LAS
La práctica hidrogeológica se apoya en toda una gama de resultados obtenidos por
diversos métodos de investigación, programados y ejecutados con fines
hidrogeológicos; entre los más utilizados podemos citar los siguientes: perforación de
pozos, métodos geofísicos, investigaciones paleohidrogeológicas, fotogeología, etc. En
esta ocasión analizaremos los métodos de perforación y geofísica que son los de
mayor importancia en las investigaciones hidrogeológicas.
14.1 Perforación de pozos
Es el método más importante y seguro de las investigaciones hidrogeológicas,
conjuntamente con los ensayos o experimentos hidrogeológicos (bombeos,
vertimientos, inyecciones, ya tratados en el contenido de este libro).
En el proceso de perforación, ensayos y documentación de pozos se asegura la
obtención de la información necesaria sobre las condiciones geólogo-hidrogeológicas
de las áreas de estudio, de los yacimientos de aguas subterráneas, sus
particularidades, condiciones de almacenamiento y su posible aprovechamiento en la
economía nacional para distintos fines.
El volumen y la eficacia de la información hidrogeológica que se obtiene durante la
perforación y el ensayo de los pozos depende, en gran parte, de la elección correcta y
programación del método de perforación y construcción de los pozos hidrogeológicos,
la calidad de la documentación hidrogeológica de los trabajos de perforación y
muestreo de rocas y agua, el buen aislamiento de los horizontes acuíferos, el
acondicionamiento técnico de los pozos para los ensayos y pruebas que en los mismos
se programen y otros factores de interés geológico.
Las exigencias en cuanto a los métodos de perforación y la construcción de los pozos
hidrogeológicos dependen, en gran medida, de las condiciones geológicas de la región
que se estudia y las condiciones técnico-económicas de la perforación en sí.
Generalmente, las exigencias de perforación deben garantizar la obtención del
volumen necesario de información hidrogeológica, según los objetivos finales de la
investigación, con los gastos mínimos necesarios de trabajos, tiempo y recursos
económicos y materiales.
•
Categoría de los pozos hidrogeológicos
En correspondencia con los objetivos finales se definen a continuación las principales
categorías de los pozos hidrogeológicos:
1. de búsqueda
2. de exploración
3. de laboreo de exploración
4. de observación
5. de explotación.
Para ejecutar las tareas hidrogeológicas en el proceso de búsqueda y exploración de
las aguas subterráneas se utilizan preferentemente los pozos de las primeras cuatro
categorías. Los pozos de explotación sirven para extraer las aguas subterráneas,
evacuarlas y reponerlas, entre otros fines.
352
�Los pozos de búsqueda se perforan en la etapa de exploración y en el proceso de los
trabajos de búsqueda y levantamiento; sirven para el estudio de las condiciones
geólogo-hidrogeológicas generales, descubrir los horizontes y complejos acuíferos,
observarlos y realizar en ellos ensayos cualitativos y cuantitativos preliminares
(muestreos de agua y rocas, bombeos de prueba, etc.).
Los pozos de exploración se perforan durante el estudio de áreas perspectivas de los
yacimientos de aguas subterráneas para definir la posibilidad de un estudio más
detallado, con fines de establecer las condiciones de almacenamiento o
aprovechamiento en la economía nacional. En los pozos de exploración se ejecuta un
complejo
de
investigaciones
hidrogeológicas
(bombeos
experimentales
y
experimentales de explotación, vertimientos de agua, inyecciones bajo presión,
obtención de muestras de rocas, de agua, observaciones de caudales, termométricas,
geofísicas, etc.).
Los pozos de laboreo de explotación se perforan en el proceso de los trabajos de
prospección, y después de realizar en ellos todo un complejo de investigaciones
hidrogeológicas, los mismos pueden ser utilizados en el proceso de explotación. Por
ello está claro que las construcciones de estos pozos deben asegurar su explotación
normal, duradera e ininterrumpida.
Los pozos de observación pueden perforarse en las distintas etapas de los trabajos de
búsqueda y exploración o utilizarse según su objetivo final, bien para observar el
régimen de las aguas subterráneas durante el período de exploración y explotación o
para observar las variaciones de los índices de las aguas subterráneas (nivel,
composición química, temperatura, etc.), y también en el proceso de ejecución de los
trabajos experimentales (bombeos, vertimientos, inyecciones, etc.).
En el proceso de ejecución de los trabajos de búsqueda, exploración y durante la
explotación de las aguas subterráneas puede surgir la necesidad de utilizar los pozos
de búsqueda como pozos de exploración y los de búsqueda y exploración como pozos
de observación. La posibilidad de este paso de los pozos de una categoría a otra ha de
ser prevista al realizarse el programa y proyecto de los trabajos de exploración. Este
enfoque puede elevar sustancialmente la eficiencia geológica y económica de los
trabajos de perforación.
•
Métodos de perforación de pozos hidrogeológicos
Los métodos de perforación se seleccionan sobre la base de las condiciones geólogo
hidrogeológicas locales, los objetivos de las investigaciones, la profundidad y diámetro
de los pozos diseñados y de otros factores.
En los últimos años en la actividad hidrogeológica se utilizan los siguientes métodos
de perforación:
•
Rotativo en seco
•
Rotativo con lavado directo
•
Rotativo con lavado inverso
•
De percusión con cable
•
Combinado de percusión y rotativo
Para la perforación de pozos hidrogeológicos son preferibles los métodos rotativos y
los métodos de percusión con cable y combinado.
-El método rotativo en seco (sin inyección de agua) se ejecuta principalmente
para el estudio de las propiedades físicas y mecánicas de las rocas para
estudios de mejoramiento de suelos, drenaje de suelos agrícolas y de
353
�yacimientos minerales sólidos en sedimentos friables, en perforación de
acuíferos artesianos con poca presión y otros.
-El método rotativo con lavado directo es conveniente al perforar pozos
hidrogeológicos en condiciones geólogo-hidrogeológicas bien estudiadas,
cuando en el corte no existen horizontes acuíferos de baja presión y poco
caudal con estratificaciones de pequeños espesores. En el proceso de
perforación de los intervalos sometidos a muestreos, para la obtención de
testigos es conveniente utilizar tubos portatestigos. Para reducir las
consecuencias de colmatación de los horizontes acuíferos es conveniente
emplear la colocación de filtros, evitando su sellaje con arcilla; para ello se
ejecuta su limpieza utilizando preferiblemente el Air-lift (inyección de aire a
presión), hidromonitores o equipos de percusión. La colmatación de los filtros
puede producirse al aplicar en el proceso de perforación, lavado con agua o
lodo. El método rotativo de perforación con lavado asegura el avance rápido
de perforación y una construcción simple, así como logros de altos índices
técnico-económicos de estos trabajos.
-La perforación con lavado inverso se recomienda en sondeos de laboreo de
exploración y de explotación hasta profundidades de unos 300 m y con un
diámetro de hasta 1 m, en rocas friables (sin cantos rodados), con una
profundidad de yacencia de las aguas subterráneas superior a tres metros.
-El método de perforación a percusión con cable debe utilizarse para perforar en
condiciones geólogo-hidrogeológicas con frecuente estratificación de los
horizontes acuíferos freáticos o de baja presión, hasta profundidades de unos
150 m, tanto en roca dura como en depósitos de arenas, cantos rodados,
etc., y se debe iniciar las perforaciones con grandes diámetros (hasta un
metro).
Este método asegura una alta calidad de ensayo y captación de los
horizontes acuíferos, no requiere transportación de grandes volúmenes de
agua para perforar, aunque presenta baja velocidad de perforación, sobre
todo en rocas areno–gravosas con cantos rodados, y un alto consumo de
tuberías para encamisado de los pozos.
-El método combinado (rotativo-percusión) se recomienda para perforar en
condiciones geólogo-hidrogeológicas poco estudiadas, con frecuente
estratificación de los horizontes acuíferos de baja presión o freáticos. La
parte superior del perfil, hasta el nivel del agua subterránea, se perfora por
el método rotativo y las rocas acuíferas por el método de percusión con
cable. Tal combinación asegura el avance relativamente rápido de la
perforación y presenta resultados satisfactorios y alta calidad en el proceso
de ensayo de los horizontes acuíferos.
Para la ejecución de la perforación por métodos rotativos o de percusión existe una
amplia variedad de equipos de distintas nacionalidades. Entre los de mayor desarrollo
de esta técnica están los Estados Unidos de América, Inglaterra, Rusia y España.
Las construcciones de los pozos hidrogeológicos se determinan por su objetivo final, la
profundidad, el método de perforación, el carácter del corte geológico, el método de
muestreo y otros factores. Las construcciones de pozos hidrogeológicos de diversas
categorías han de responder a determinadas exigencias, las que deben garantizar lo
siguiente:
•
Ejecución eficaz de los trabajos de perforación y descubrimiento de los
horizontes acuíferos.
354
�•
El ensayo cualitativo de todos los horizontes acuíferos que se estudian, así
como su aislamiento de los necesarios.
•
La instalación de los equipos necesarios para los bombeos, equipos de
mediciones, trabajos geofísicos, etc.
•
La calidad y garantía en tiempo de las observaciones y otros trabajos
hidrogeológicos.
•
La seguridad y estabilidad de las condiciones de los pozos para su utilización de
acuerdo con la finalidad de los mismos.
•
La protección de los horizontes acuíferos contra la contaminación en superficie
y de los estratos profundos.
•
La posibilidad de recuperar las tuberías de revestimiento y filtros para su uso
reiterado en los pozos que no sean de explotación.
La profundidad de los pozos hidrogeológicos se determina por la posición del horizonte
acuífero que se estudia en el corte, su espesor y profundidad necesaria de
penetración. Los horizontes de poco espesor (menos de 10 m), como regla general, se
perforan por completo. La profundidad de perforación y grado de penetración en los
horizontes acuíferos de grandes espesores debe ser suficiente para esclarecer toda la
litología y asegurar el bombeo con el abatimiento del nivel necesario, así como la
explotación de los mismos, considerando las posibles oscilaciones del nivel del agua
en el proceso de explotación. Si se prevé la ejecución de bombeos con Air-lift,
deberán tomarse en consideración el tipo y parámetros para su óptimo
funcionamiento.
Para la construcción de los pozos la elección de sus diámetros constituye un factor
decisivo para la futura explotación de los mismos. El diámetro de explotación de los
pozos debe ser suficiente para instalar los equipos de bombeo destinados al ensayo y
a la explotación; se recomienda un diámetro mínimo de 50 – 100 mm, mayor que el
cuerpo del equipo de bombeo (diámetro interior del pozo o de los filtros).
En el tramo acuífero, según el grado de estabilidad de las rocas, deberá instalarse o
no filtros. Los filtros deberán asegurar las condiciones para la entrada o flujo de agua
al pozo, evitar su obstrucción con partículas arenosas o arcillosas, y ser duraderos y
económicos. Los filtros en el mercado presentan una amplia variedad en relación con
el material de construcción de los mismos y rasuración.
La elección del tipo de filtro, su estructura, dimensiones y otros índices se realiza
conforme a las instrucciones y recomendaciones al efecto. El largo de la parte activa
del filtro (l) en los estratos acuíferos de poco espesor (hasta 10 – 15 m) se adapta
según las condiciones de penetración; en el mismo generalmente se instalan en todo
su espesor, dejando sin filtros la parte superior e inferior no acuífera.
En la mayoría de los casos de perforación de pozos para explotación, en los acuíferos
que se encuentran en la parte superior del perfil, de ser necesaria la instalación de
filtros, se deja un tramo que puede ser hasta 5 m o más, sin la instalación de los
filtros, previendo que este espesor será desecado durante el bombeo (o explotación).
En los horizontes de grandes espesores con perforación para explotación de las aguas
subterráneas durante la instalación de filtros, el largo de los mismos se determina a
partir de las condiciones de aseguramiento del caudal proyectado del pozo, de forma
aproximada, por la siguiente dependencia:
l =
αQ
d
(14.1)
Donde:
355
�l; largo del filtro, m
α ; coeficiente de eficiencia oscila entre 5 y 30 (para rocas muy permeables = 30)
Q; caudal de bombeo, m3 / hora
d; diámetro exterior del filtro, mm.
Por la experiencia hidrogeológica el largo del filtro puede tomarse sobre la base de la
siguiente expresión:
l
= 0,5 – 0,8
m
Donde:
l; largo del filtro, m
m; espesor acuífero, m.
En gran número de casos, cuando los pozos se perforan en sedimentos friables o
rocas deleznables, se requiere la protección de los filtros con un relleno de gravas
finas. La composición del relleno y diámetro de las gravas se establece en función de
la composición granulométrica de las rocas acuíferas. Para rocas friables el diámetro
de las gravas de protección del filtro se determina por la siguiente fórmula:
dg = d 50 (8 – 1)
(14.2)
Donde:
dg ; diámetro de las gravas del filtro, mm
d50: diámetro de las partículas que forman el 50 % o más de la granulometría de
los sedimentos acuíferos, mm.
14.2 Investigaciones geofísicas
La eficacia geológica y economía de las investigaciones aumenta en sumo grado al
combinar de manera argumentada y racional los distintos tipos de investigaciones con
métodos de perforación, geofísica, hidroquímica, etc., al sustituir los tipos de
investigaciones más costosos y prolongados por métodos más económicos y de menor
duración de ejecución, sin reducir o reduciendo dentro de los límites admisibles, la
evidencia de los resultados obtenidos al asegurar el control recíproco de los resultados
alcanzados en las investigaciones por medio de diversos métodos, así como las
condiciones de interpolación y extrapolación de los tipos de investigaciones que se
realizan en distintos puntos del territorio sometido a estudio.
La necesidad de combinar distintos tipos de investigaciones o métodos se determina,
además, por la gran amplitud y especificidad de los problemas que es necesario
resolver para estudiar hidrogeológicamente los yacimientos de las aguas
subterráneas.
Los métodos geofísicos adquieren cada día mayor importancia en la solución de los
problemas hidrogeológicos más diversos; prácticamente en todas las etapas de
investigación hidrogeológica, su bajo costo, la existencia de equipos de alta exactitud,
la sencillez y la operatividad de las investigaciones. La posibilidad de aumentar el
poder resolutivo y el grado de evidencias a expensas de la combinación de diversos
métodos geofísicos con otros métodos determinan las amplias perspectivas y la alta
eficacia económica de aplicación de dichos métodos en las investigaciones
hidrogeológicas. Una de las principales condiciones determinantes de la eficacia de las
356
�investigaciones hidrogeológicas, sobre todo en la etapa de los trabajos de búsqueda y
levantamiento, es la realización anticipada de los trabajos geofísicos. Esto nos da la
posibilidad de corregir anticipadamente y programar de un modo más orientado los
principales tipos de trabajos investigativos (perforación de búsqueda, exploración y
ensayos de pozos). No obstante, esto no excluye la posibilidad y la necesidad de
efectuar algunos trabajos geofísicos paralelo o posterior a otros métodos de
investigaciones.
En respuesta a las condiciones de aplicación en la hidrogeología se distinguen las
investigaciones geofísicas de superficie, así como las de pozos. Las investigaciones
geofísicas de superficie (exploración eléctrica, sísmica, magnética, gravimétrica, y
otras) se realizan principalmente en planta y se usan como regla, en los trabajos de
búsqueda y levantamiento para estudiar las condiciones hidrogeológicas desde la
superficie de la tierra.
Las investigaciones geofísicas de pozos prácticamente se efectúan en todas las etapas
de estudio de las aguas subterráneas, pero predominan en la etapa de exploración
preliminar y exploración detallada y consisten, ante todo, en realizar diversos tipos de
trabajos de perfiles. Se utilizan para estudios y estimar cuantitativamente el corte de
los pozos, suministrar a las investigaciones geofísicas de superficie la base de
parámetros que permitan materializar geológicamente los resultados obtenidos, así
como los valores paramétricos de las propiedades físicas y algunas acuíferas de las
rocas. A su vez, las investigaciones geofísicas de superficie aseguran la extrapolación
argumentada de los índices hidrogeológicos obtenidos como resultado del perfilaje en
los pozos.
• Métodos geofísicos de superficie: Los más difundidos en la práctica
hidrogeológica son los métodos de exploración eléctrica, basados en el estudio de los
campos electromagnéticos alternos, continuos naturales y artificiales. Entre los
numerosos métodos de exploración eléctrica, los más eficaces para solucionar los
problemas hidrogeológicos son los que se basan en el estudio de los campos eléctricos
continuos: sondeo eléctrico vertical (SEV), perfilaje eléctrico (PE) y métodos de
polarización inducida (PI).
Los métodos de SEV y PE permiten, con la determinación de la resistencia aparente
del medio rocoso, juzgar acerca de la composición litólogo-petrográfica de las rocas,
su humedad, magnitud de mineralización de las aguas subterráneas, propiedades
físico-acuíferas de las rocas, grado de agrietamiento, etc.; la interpretación
cuantitativa de los datos del SEV y el PE se efectuará mediante familias de curvas
teóricamente calculadas, dependencias y las correlaciones entre los parámetros
geofísicos medidos y los parámetros hidrogeológicos determinados y por medio de
otras soluciones.
Los problemas hidrogeológicos fundamentales para cuya solución es conveniente el
uso del SEV y el PE son:
•
El estudio de la profundidad de yacencia del techo de los distintos estratos
formados por rocas impermeables o acuíferas.
•
La determinación de la profundidad de yacencia y los espesores de los
horizontes de distintas rocas integrantes del corte geológico, incluidas las rocas
e impermeables.
•
La confección de mapas y el estudio de las dislocaciones tectónicas y las zonas
acuíferas de elevado agrietamiento.
•
El estudio de las particularidades litológicas de las rocas del corte.
•
La determinación de la mineralización de las aguas subterráneas y la salinidad
de los suelos y las rocas.
357
�•
Los límites entre sectores de estructuras geológicas.
•
La definición de los horizontes de rocas impermeables o acuíferas entre las
formaciones de cubierta.
•
La determinación de la profundidad de difusión del agrietamiento y el espesor
de la corteza de meteorización.
El método de PE es conveniente utilizarlo para solucionar los siguientes problemas:
•
Estudiar la profundidad de yacencia y espesor de los horizontes acuíferos e
impermeables.
•
Determinar la mineralización de las aguas subterráneas y la salinidad de las
rocas de la zona no saturada.
•
Estudiar la permeabilidad del primer horizonte acuífero respecto a la superficie
y argumentar la extrapolación de los datos de los trabajos experimentales de
filtración.
•
Determinar las particularidades litológicas de las rocas y la división litológica del
corte de los depósitos areno-arcillosos, sobre todo en condiciones de
mineralización elevada de las aguas subterráneas. La profundidad de aplicación
del método de PE es hasta unos 120 m.
Existen otros métodos de exploración eléctrica usados en las investigaciones
hidrogeológicas, entre ellos se destacan:
•
Método de campo eléctrico natural (CEN): permite determinar los lugares
de absorción y de fugas de las aguas subterráneas en los fondos de los
embalses, establecimiento de las zonas de infiltración de las precipitaciones
atmosféricas, de descarga de las aguas subterráneas en los sedimentos
friables, determinación de la dirección y la velocidad de filtración de las aguas
subterráneas.
•
Método de cuerpo cargado (CC): permite determinar la dirección y velocidad
de filtración de las aguas subterráneas.
•
Método de radiocomparación (RC): En estos dos últimos métodos los
problemas que se pueden resolver son análogos a los que se resuelven
mediante el CEV.
La exploración sísmica (ES) proporciona los datos más exactos sobre la posición de los
límites de las rocas de distinta composición; por ello son de amplia aplicación en el
estudio de las particularidades estructurales de los territorios, la subdivisión del corte,
la determinación de las zonas de dislocaciones tectónicas y de agrietamiento, la
determinación de la profundidad de yacencia de las aguas subterráneas y las
propiedades físico-mecánicas generales de las rocas. En la solución de los problemas
hidrogeológicos el principal método sísmico es el método de correlación de las ondas
refractadas (COR).
La exploración gravimétrica (EG) se usa generalmente para resolver los problemas
siguientes:
•
División de los territorios en regiones hidrogeológicas y la realización de los
mapas de las estructuras plegadas.
•
Estudio de la composición litólogo-petrográfica y la densidad de las rocas.
•
Estudio de la morfología del techo de las rocas cristalinas que forman los
basamentos de las cuencas artesianas y profundidades de su yacencia.
358
�•
Determinación de las zonas cársicas, los valles fluviales sepultados y las zonas
de agrietamiento elevado.
•
Estudios de las particularidades estructurales de las áreas formadas por
sedimentos carbonatados.
La exploración magnética, generalmente, se utiliza para solucionar los problemas
siguientes:
•
Estudio de las estructuras geólogo-tectónicas de las áreas cubiertas por
depósitos sedimentarios jóvenes.
•
Determinación de los espesores de los depósitos de las cubiertas de
plataformas y la profundidad de yacencia del basamento cristalino y
composición de las rocas del mismo.
•
Determinación de las dislocaciones tectónicas, las fallas de descenso, los
diques, filones y otros elementos estructurales.
•
Estudio de las direcciones del agrietamiento y las manifestaciones cársicas.
En el proceso de los trabajos hidrogeológicos y geofísicos de superficie, muchas veces
se aplica la radiometría que permite registrar las aureolas de dispersión de elementos
radiactivos en las rocas; los métodos radiométricos de exploración (levantamiento de
gamma y de emanación) ayudan a determinar las dislocaciones tectónicas bajo las
cubiertas de las formaciones no consolidadas, a observar los límites de difusión de las
rocas de distinta composición litólogo-petrográfica, así como a determinar la
radioactividad de las aguas subterráneas, su dirección y velocidad de filtración. En los
últimos años en las investigaciones hidrogeológicas los métodos geofísicos de
superficie han alcanzado un gran desarrollo, así como la aplicación de radiaciones
nucleares para estudiar las propiedades acuíferas y físicas de las rocas (en particular
de las sedimentarias), y las mediciones geotérmicas desde la superficie (y en pozos)
basados en el estudio de las anomalías del campo térmico de la tierra.
Las mediciones geotérmicas proporcionan la información sobre el flujo térmico y sobre
las rocas y su estructura, a través de las cuales pasa ese flujo. Frecuentemente, la
misión de las investigaciones geotérmicas consiste en la exploración de las aguas
termales, con lo cual se determinan las vías de ascenso de las mismas, su dirección y
sus yacimientos subterráneos. Estas investigaciones se realizan, además, con el fin de
determinar las dislocaciones tectónicas acuíferas, estudiar los procesos de formación
del carso y otras características físico- tectónicas de las rocas.
Métodos geofísicos de pozos: Estos métodos de investigación geofísica (perfilaje)
son una parte indispensable de las investigaciones hidrogeológicas y deben efectuarse
en todas o la mayoría de los pozos que se perforen.
Estos métodos se basan en el estudio de los mismos campos físicos que en los
métodos de superficie, considerando la influencia de diversos procesos y factores
artificiales que se manifiestan o que pueden provocarse en el proceso de perforación.
El mayor desarrollo y utilidad en la práctica hidrogeológica lo representan los métodos
de perfilaje eléctrico de resistencia aparente (RA), de resistencia potencial (RP), de
sondeo en perfiles laterales (SPL), de resistometría (PR) y de perfilaje radioactivo
perfilaje gamma (PG), perfilaje gamma neutrónico (PGN), también el perfilaje térmico
y de medición del flujo. En práctica hidrogeológica todos estos métodos se conocen
más usualmente como métodos de “carotage” de pozos.
La aplicación de la geofísica de pozos sirve para el estudio de la estructura geológica
de los cortes y su dimensión. De acuerdo con sus particularidades litológicas, se
realiza utilizando los cortes típicos del perfilaje, construido preliminarmente sobre la
base del análisis conjunto de los diagramas de perfilaje y el testigo tomado en el
359
�proceso de perforación. Para este fin lo más racional es la combinación del complejo
de métodos de RA, RP y PR. Complementariamente, se utilizan los métodos PGG y
PGN, sobre todo para estudiar los cortes de rocas antiguas; el método de RP es muy
eficaz también al examinar los cortes de rocas sedimentarias friables.
La localización de estratos y zonas saturadas y permeables, determinando su espesor
efectivo, se ejecutan utilizando diversas combinaciones de métodos según el estado
del pozo. Al perforar el pozo con el uso de lodo para el lavado se utilizan los métodos
de perfilaje eléctrico con dos sondas, el microsondeo, el perfilaje radioactivo y el
método de medición repetida de RP.
La evaluación de las propiedades de almacenamiento y filtración de las rocas acuíferas
es el problema más complicado; su determinación se ejecuta por métodos empíricos
por correlación de los resultados de los datos geofísicos (resistividad eléctrica,
radioactividad natural o inducida y otros) y los parámetros hidrogeológicos (porosidad
general y efectiva, agrietamiento, coeficiente y velocidad de filtración); esto resulta
ser válido solo para las regiones donde tales relaciones han sido establecidas. Para
determinar la velocidad y dirección de filtración de las aguas subterráneas se usa el
método de cuerpo cargado o indicadores.
Para determinar las propiedades de filtración de las rocas saturadas, en cuya
perforación se empleó lavado con agua, son convenientes los métodos de
resistometría y de medición del caudal de flujo que tienen argumentación teórica y no
requieren la determinación de las dependencias de correlación; este método tiene
amplia aplicación en la determinación de las propiedades de filtración.
La determinación de la mineralización de las aguas subterráneas se ejecuta con gran
efectividad mediante la aplicación de SPL y RA con errores posibles hasta un 25 %;
también es de amplia aplicación en este caso el método de RP; conjugando estos tres
métodos pueden obtenerse resultados con un grado de error no mayor de 10 – 15 %.
360
�Anexo 1. Principales características de las rocas
1
Grup
o
2
6
7
Característi Principales
Coeficiente Coeficient Agrietamient
cas de la tipos
de
de
e de
o, porosidad,
permeabilid rocas
permeabilida filtración %
ad
d (Darcy)
(m/día)
Principales
leyes de las
condiciones
de filtración
I
3
Cantos
rodados
gravas
relleno
Bloques
guijarros
relleno.
Muy alta
II
Alta
4
500 – 5 000
5
25 – 3 500 5 – 35
La
permeabilidad
es
relativamente
constante.
350
500
Permeabilidad
muy variable
y
disminuye
en
profundidad.
y
sin
de 500 – 10 000
sin
–
6 20 – 35
Rocas
muy 100 – 5 000
carsificadas
70 – 3 500 2 – 15
Permeabilidad
relativamente
constante en
área y perfil.
Rocas
100 - 200
neovolcánicas
(Basaltos,
andesitas )
70 – 1 300
Permeabilidad
muy variable
alcanza
el
máximo
en
zonas de fallas
jóvenes y de
drenaje,
disminuye en
profundidad.
Cantos
0 – 100
rodados
y
gravas
con
relleno
de
arena, arenas
gruesas
15 – 70
25 – 35
Permeabilidad
variable,
a
menudo
aparecen
estratificacion
es
y
anisotropías
en
la
filtración.
Arenas
relleno
7 – 55
25 – 35
Idéntico
al
caso anterior.
sin 10 – 80
2-25
Rocas
carsificadas
10 – 100
7 – 70
1–8
Permeabilidad
muy variable
y
disminuye
en
profundidad.
Rocas
magmáticas
10-50
7-35
0,5 - 2
Idéntico
al
grupo 1, tipo
4.
361
�III
Media
IV
Baja
Canto rodados y 1 – 10
gravas
con
relleno de arena
fina y media.
0,7 – 7
25 – 30
Permeabilidad
variable
en
estratificaciones.
Presenta anisotropía.
Arenas finas y 1 – 10
medias.
0,7 – 7
25 – 40
Permeabilidad
bastante constante.
Rocas porosas, 1 – 10
cementadas
(Areniscas etc.)
0,7 – 7
0,20
Permeabilidad
menudo
relativamente
constante.
Rocas
poco 1 – 10
carsificadas
y
con paleocarso
0,7 – 7
0,5 – 1
Permeabilidad
muy
variable sobre todo en
presencia
de
paleocarso.
Rocas intrusivas 1 – 10
y metamórficas
con
agrietamiento
medio.
0,7 – 7
0,2 – 0,5 Ídem al grupo 1, tipo
4.
Rocas agrietadas 1 – 10
y con bloques
cementados
0,7 – 7
0,2 – 2
Permeabilidad
variable,
disminuye
en profundidad en
estratificaciones.
Presenta anisotropía.
Arenas
muy 0,1– 1
finas, limosas y
arcillosas.
0,07– 0,7
25 – 40
Ídem al grupo III tipo
1.
Rocas
porosas 0,1– 1
cementadas
(aleurolitas,
areniscas)
0,07– 0,7
5 – 20
Ídem al grupo III tipo
3.
3.
Rocas 0,1- 1
magmáticas
y
metamórficas y
sedimentarias
débilmente
agrietadas.
0,07–0,7
0,1 – 1
Permeabilidad
variable
en
profundidad,
puede
disminuir casi hasta
cero.
Antracita
y 0,1 – 1
carbón mineral.
0,007
0,07
Turbas
débilmente
descompuestas.
0,07 – 0,7 50 - 70
Almacenan
alta
humedad con grandes
gradientes iniciales.
0,007
0,07
Permeabilidad
relativamente
constante,
porosidad
anisotropía.
0,1 – 1
6. Limo y arcilla 0,1 - 1
arenosa.
– 0,1 - 1
– 5 - 30
a
Permeabilidad
relativamente
constante.
micro
y
362
�V
Muy Baja
VI.
1.
Arcilla 0,01 – 0,1 0,007
arenosa, arena
0,07
arcillosa.
– 25 – 30
Permeabilidad
relativamente
constante.
2.Esquistos
areno
arcillosos
cloríticos.
– 2–4
Permeabilidad
en
profundidad
disminuye
casi
hasta cero.
Rocas
0,01 – 0,1 0,007
compactas
0,07
cementadas,
con bloques y
pequeña
porosidad,
aleurolitas.
– 8 – 10
Idéntico al caso
grupo III tipo 3.
Rocas
muy 0,01 – 0,1 0,007
poco
0,07
agrietadas.
– 0,1 – 1
Permeabilidad
disminuye
casi
hasta cero en muy
poca profundidad.
Turba
muy 0,01 – 0,1 0,007
descompuesta
0,07
–
Humedad muy alta
con
altos
gradientes iniciales.
1.
Arcillas,
arcillas,
margosas,
arcillas
arenosas
Próximo a cero pesadas.
(Impermeable
2.
Yeso,
Relativo)
anhidrita,
distintas rocas
bajo la zona
superior
de
agrietamiento.
0,01 – 0,1 0,007
0,07
〈
〈
0,01
0,01
〈
〈
0,01
0,005
≈ 100
15 – 45
〈
0,01
Permeabilidad
a
menudo variable en
dirección normal al
buzamiento.
Permeabilidad
tiende a cero por
sellaje
de
las
grietas y presiones.
363
�ANEXO 2 Función - Ei (-U)
U
- Ei (-U U
)
- Ei (
U)
U
- Ei (
U)
U
- Ei (-U U
)
- Ei (
U)
U
- Ei (-U
)
0,28 0,957
0,53 0,525
0,78 0,322
1,3 0,135
0,9
0,931
0,54 0,514
0,79 0,316
1,4 0,116
0,075 2,087
0,30 0,906
0,55 0,503
0,80 0,311
1,5 0,100
0,8
2,027
0,31 0,882
0,56 0,493
0,81 0,305
1,6 0,086
0,85
1,971
0,32 0,858
0,57 0,483
0,82 0,300
1,7 0,075
0,0005 7,024
0,065 2,220
0,0006 6,842
0,07
0,0007 6,688
0,0008 6,554
0,0009 6,437
2,151
0,001
6,331
0,9
1,919
0,33 0,836
0,58 0,473
0,83 0,294
1,8 0,065
0,002
5,639
0,095 1,870
0,34 0,815
0,59 0,464
0,84 0,289
1,9 0,056
0,003
5,235
0,10
1,823
0,35 0,794
0,60 0,454
0,85 0,284
2,0 0,049
0,004
4,948
0,11
1,737
0,36 0,775
0,61 0,445
0,86 0,279
2,5 0,025
0,005
4,726
0,12
1,660
0,37 0,755
0,62 0,437
0,87 0,274
3,0 0,013
0,006
4,545
0,13
1,589
0,38 0,737
0,63 0,428
0,88 0,269
3,5 0,007
0,007
4,392
0,14
1,524
0,39 0,719
0,64 0,420
0,89 0,265
4,0 0,0038
0,008
4,59
0,15
1,465
0,40 0,702
0,65 0,412
0,90 0,260
4,5 0,0021
0,009
4,142
0,16
1,409
0,41 0,686
0,66 0,404
0,91 0,258
5,0 0,0011
0,01
4,038
0,17
1,358
0,42 0,670
0,67 0,396
0,92 0,251
5,5 0,00064
0,015
3,637
0,18
1,310
0,43 0,660
0,68 0,0388
0,93 0,247
6,0 0,00036
0,02
3,355
0,19
1,265
0,44 0,655
0,69 0,381
0,94 0,243
0,025
3,137
2,959
0,20
1,223
0,45 0,625
0,70 0,374
0,95 0,239
0,1
1,183
0,46 0,611
0,71 0,367
0,96 0,235
0,
1,145
0,47 0,598
0,72 0,0,360 0,97 0,231
0,3
1,110
0,48 0,585
0,73 0,353
0,98 0,227
0,4
1,076
0,49 0,572
0,74 0,347
0,99 0,223
0,25
1,044
0,50 0,560
0,75 0,340
1,0
0,219
0,26
1,014
0,51 0,548
0,76 0,334
1,1
0,186
0,27
0,985
0,52 0,536
0,77 0,328
1,2
0,158
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0,055
0,06
2,810
2,681
2,568
2,468
2,378
2,295
364
�ANEXO 3 Valores de la función N (l1, r1,
l1
1
r
Valores de
0,6
0,1 0,01 0,1837
α1,2
) para distintos valores de
α1,2
α1,2
-0,6
0,8
-0,8
0,9
-0,09437 0,325
-0,1180
-0,9
0,95
-0,95
0,98
0,4612 -0,1289
0,600
-0,1341
-0,98
1,0
-1,0
0,7738 -0,1372
1,038
-0,1382
0,1
0,830
-0,09362 0,3216
-0,1173
0,4602 -0,1281
0,5980 -0,1333
0,7726 -0,1362
1,037
-0,1373
0,5
0,1695
-0,08243 0,3027
-0,1025
0,4383 -0,1116
0,5751 -0,1159
0,7482 -0,1183
1,012
-0,1191
1,0
0,1433
-0,06209 0,2655
-0,07616
0,3948 -0,08241
0,5282 -0,08536 0,6990 -0,08696 0,9612 -0,08722
5,0
0,o5320 -0,01495 0,1202
-0,01775
0,2100 -0,01893
0,3181 -0,01948 0,4708 -0,01966 0,7189 -0,019
15,0 0,01961 -0,0050
0,04978 -0,005925 0,1002 -0,006316 0,1740 -0,0065
0,2953 -0,00647 0,5135 -0,005628
0,2 0,01 0,3901
-0,1911
0,6487
-0,2391
0,9267 -0,2612
1,204
-0,2716
1,552
-0,2778
2,081
-0,2802
0,1
0,3687
-0,1899
0,6468
-0,2375
0,9245 -0,2595
1,202
-0,2700
1,550
-0,2759
2,079
-0,2783
0,5
0,3404
-0,1659
0,6073
-0,2063
0,8789 -0,2247
1,153
-0,2334
1,499
-0,2383
2,026
-0,2400
1,0
0,2874
-0,1243
0,5315
-0,1525
0,7902 -0,1650
1,0570 -0,1709
1,3988 -0,1741
0,1923 -0,1746
5,0
0,1064
-0,0299
0,2403
-0,0355
0,4200 -0,03786
0,6363 -0,0389
0,9416 -0,3922
0,1438 -0,0380
15,0 0,03921 -0,0100
0,0958
-0,01185
0,2005 -0,01263
0,3481 -0,01298 0,5909 -0,1294
0,3 0,01 0,56221 -0,2927
0,9820
-0,3667
0,401
-0,4007
1,818
-0,4171
2,341
-0,4264
3,135
-0,4301
0,1027 -0,01136
0,1
0,5600
-0,291
0,9797
-0,3640
1,398
-0,3978
1,814
-0,4140
2,337
-0,4232
3,131
-0,4269
0,5
0,5441
-0,2516
0,9160
-0,3130
1,324
-0,3409
1,736
-0,3542
2,255
-0,3617
3,047
-0,3642
1,0
0,4313
-0,1868
0,7985
-0,2291
1,187
-0,2478
1,587
-0,2567
2,100
-0,2615
2,887
-0,2623
5,0
0,1596
-0,0482
0,3604
-0,05323
0,6300 -0,05677
0,9544 -0,0584
1,412
-0,05890 2,157
-0,05698
15,0 0,05882 -0,1600
0,1494
-0,01777
0,3007 -0,01894
0,5221 -0,01948 0,8864 -0,01941 1,540
-0,01704
-0,6608
1,698
-0,6609
2,404
-0,7734
3,103
-0,7536
3,978
-0,7707
5,303
-0,7781
-0,5208
1,690
-0,6544
2,395
-0,7161
3,094
-0,7459
3,968
-0,7624
5,293
-07700
0,4 0,01 0,9802
0,1
0,9747
365
�0,5
0,8759
-0,4341
1,554
-0,5406
2,239
-0,5892
2,927
-0,6124
3,795
-0,6254
5,115
-0,6300
1,0
0,7229
-0,3127
1,337
-0,3833
1,987
-0,4146
2,655
-0,4294
3,510
-0,4374
4,822
-0,4386
5,0
0,2658
-0,07463 0,6005
-0,08663
1,050
-0,09452
1,591
-0,09722 2,354
-0,09816 3,595
-0,08486
15,0 0,09802 -0,02499 0,2499
-0,02962
0,5012 -0,03157
0,8702 -0,03244 2,477
-0,03234 2,507
-0,02841
366
�ANEXO 4 Función Hantush W (U, r/B)
r/B
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0.9
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0,0005
7,0242
4,853
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,0006
6,842
4,811
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,0007
6,6879
4,848
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,0008
6,5545
4,843
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,0009
6,4368
4,837
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,001
6,3315
4,829
3,5054
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,002
5,6394
4,708
3,5043
2,7449
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,003
5,2349
4,526
3,4969
2,7448
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,004
4,9482
4,348
3,4806
2,7444
2,2291
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,005
4,7261
4,296
3,4567
2,7428
2,2290
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,006
4,5448
4,181
3,4274
2,7398
2,2289
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,007
4,3916
4,077
3,9747
2,7350
2,2286
-
-
-
-
-
-
-
-
-
--
0,008
4,2591
3,982
3,3598
2,7284
2,2279
1,8488
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,009
4,1423
3,895
3,3239
2,7202
2,2269
1,8487
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,01
4,0379
3,815
3,2875
2,7102
2,2253
1,8486
1,555
1,321
1,1307
-
-
-
-
-
-
0,02
3,3547
3,244
2,9521
2,5688
2,1809
1,8379
1,553
1,3207
1,1306
0,9795
-
-
-
-
0,03
2,9541
2,887
2,6896
2,4110
2,1030
1,8062
1,5423
1,3177
1,1299
0,9793
0,842
-
-
0,04
2,6813
2,629
2,4816
2,2661
2,0153
1,7603
1,5213
1,3090
1,1270
0,9784
0,8418
-
-
-
-
0,05
2,4679
2,427
2,3110
2,1371
1,9283
1,7075
1,4927
1,2955
1,1210
0,9700
0,8409
-
-
-
-
0,06
2,2953
2,262
2,1673
2,0227
1,8452
1,6524
1,4593
1,2770
1,1116
0,9657
0,8339
-
-
-
-
0,07
2,1508
2,123
2,0435
1,9206
1,7673
1,5973
1,4232
1,2551
1,0993
0,9593
0,8360
-
-
-
-
0,08
2,0269
2,003
1,9351
1,8290
1,6947
1,5436
1,3860
1,2310
1,0847
0,9510
0,8316
-
-
-
-
0,09
1,9117
1,898
1,8389
1,7460
1,6272
1,4718
1,3436
1,2054
1,0682
0,9411
0,8259
-
-
-
-
0,1
1,8229
1,805
1,7527
1,6704
1,5644
1,4422
1,3115
1,1791
1,0505
0,9297
0,8190
0,2278
-
-
-
0,2
1,2227
1,216
1,1944
1,1602
1,1145
1,0592
0,6994
0,9284
0,8575
7857
0,7148
0,2268
0.0695
-
-
U
-
367
�0,3
0,9057
0,902
0,8902
0,8713
0,8457
0,8142
0,7775
0,7369
0,6932
0,6476
0,6010
0,0011
0.0694
-
-
0,4
0,7024
0,700
0,6927
0,6809
0,6647
0,6446
0,6209
0,5943
0,5653
0,5345
0,5024
0,2096
0.0691
-
-
0,5
0,5598
0,558
0,5320
0,5453
0,5344
0,5206
0,5044
0,4860
0,4658
0,4440
0,4210
0,1944
0.0681
0,0223
-
0,6
0,4544
0,453
0,4498
0,4441
0,4364
0,4266
0,4150
0,4018
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0,1774
0.0664
0,2222
-
0,7
0,3738
0,373
0,3704
0,3663
0,3606
0,3534
0,3449
0,3351
0,3242
0,3123
0,2996
0,1602
0.0639
0,0221
-
0,8
0,3116
0,310
0,3081
0,3050
0,3008
0,2953
0,2889
0,2815
0,2732
0,2641
0,2543
0,1436
0.0607
0,0218
0,0074
0,9
0,2602
0,260
0,2583
0,2559
0,2527
0,2485
0,2436
0,2378
0,2314
0,2244
0,2168
0,1281
0.0572
0,0213
0,0073
1,0
0,2194
0,219
0,2179
0,2161
0,2135
0,2103
0,2065
0,2020
0,1970
0,1914
0,1855
0,1139
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0,0207
0,0072
2,0
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0,0485
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0,0473
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0,0460
0,0452
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0.0210
0,0112
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3,0
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0,013
0,0130
0,0130
0,0129
0,0128
0,0127
0,0126
0,0125
0,0123
0,0122
0,0100
0.0071
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4,0
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0,004
0,0038
0,0038
0,0038
0,0037
0,0037
0,0037
0,0037
0,0036
0,0036
0,0034
0.0024
0,0016
0,0010
5,0
0,0011
0,0011
0,0011
0,0011
0,0040
0,0011
0,0011
0,0011
0,0011
0,0011
0,0011
0,0010
0.0008
0,0006
0,0004
6,0
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0004
0,0003
0.0003
0,0002
0,0002
7,0
0,0001
0,0001
0,0001
0,0001
0,0001
0,0001
0,0001
0,0001
0,0001
0,0001
0,0001
0,0001
0.0001
0,0001
0,0001
8,0
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0.0000
0,0000
0,0000
368
�Anexo 5
Función Bessel K0 (r/B)
r/B
K0 (r/B)
r/B
K0 (r/B)
0,01
4,712
1,30
0,3181
0,015
4,3159
1,40
0,2782
0,02
4,0285
1,50
0,2437
0,025
3,8056
1,60
0,2138
0,03
3,6235
1,70
0,1655
0,04
3,4697
1,80
0,1459
0,045
3,3365
1,90
0,1288
0,05
3,2219
2,00
0,1139
0,055
3,1142
2,10
0,1008
0,06
3,0194
2,20
0,0893
0,065
2,9329
2,30
0,0791
0,07
2,8534
2,40
0,0702
0,075
2,7798
2,50
0,0623
0,08
2,7114
2,60
0,0554
0,085
2,6475
2,70
0,0493
0,09
2,5875
2,80
0,0438
0,095
2,5310
2,90
0,0390
0,10
2,4776
3,00
0,0347
0,15
2,4271
3,10
0,0310
0,20
2,0300
3,20
0,0276
0,25
1,7527
3,30
0,0246
0,30
1,5415
3,40
0,0220
0,35
1,3725
3,50
0,0196
0,40
1,2327
3,60
0,0175
0,45
1,1145
3,70
0,1156
0,50
1,0129
3,80
0,0140
0,55
0,9244
3,90
0,0125
0,60
0,8466
4,00
0,0112
0,65
0,7775
4,10
0,0100
0,70
0,7159
4,20
0,0089
0,75
0,6605
4,30
0,0080
0,80
0,6106
4,40
0,0071
0,85
0,5653
4,50
0,0064
0,90
0,5242
4,60
0,0057
0,95
0,4867
4,70
0,0051
369
�1,00
0,4524
4,80
0,0046
1,10
0,4210
4,90
0,0041
1,20
0,3656
5,00
0,0037
370
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Hidrogeología aplicada con aspectos ambientales
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Constantino de Miguel Fernández
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Editorial Digital Universitaria de Moa
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2012
-
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2f35bb831bc9da18cfa6a865dba93528
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TESIS
Evaluación de las tobas vítreas del
yacimiento Jiguaní
como material pulzolánico
Danicer Sánchez González
�Página legal
Título de la obra: Evaluación de las tobas vítreas del yacimiento
jiguaní como material puzolánico, municipio Moa, Holguín, 80pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2016 -- ISBN:
1.Autor: Danicer Sánchez González
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:
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Editorial Digital Universitaria
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e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�República de Cuba
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA
EVALUACIÓN DE LAS TOBAS VÍTREAS DEL YACIMIENTO
JIGUANÍ COMO MATERIAL PUZOLÁNICO
Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Geología
Maestría en Geología, Mención Prospección y Exploración de Yacimientos
Minerales Sólidos
9na Edición
Autor: Ing. Danicer Sánchez González
Tutor: Dr.C. Carlos Alberto Leyva Rodríguez
MSc. Leonardo Calderius Espinosa
MOA, 2015
Año 57 de la Revolución
�ÍNDICE
PÁG.
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL ................................................ 8
1.1 Generalidades ................................................................................................... 8
1.2 Las sustancias nocivas al hormigón. ................................................................. 9
1.3 Propiedades físico - mecánicas de los áridos ................................................. 10
1.4 El cemento en el hormigón .............................................................................. 11
1.5 Las puzolanas ................................................................................................. 13
1.5.1 Clasificación de las puzolanas según su origen .................................... 14
1.5.2 Normativas de las puzolanas ................................................................ 16
1.5.3 Actividad puzolánica.............................................................................. 17
1.5.4 Aplicación de las puzolanas .................................................................. 18
1.6 Antecedentes de la investigación .................................................................... 19
1.7 Características físico-geográficas del yacimiento Jiguaní ............................... 28
1.8 Marco geológico regional y local ..................................................................... 30
CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS ......................................................... 44
2.1 Metodología de la investigación ...................................................................... 44
2.2 Etapa preliminar .............................................................................................. 45
2.3 Etapa de trabajo de campo ............................................................................. 45
2.4 Etapa de laboratorio ........................................................................................ 46
2.4.1 Métodos y técnicas analíticas, empleados en la investigación .............. 47
2.4.2 Método utilizado en la investigación ...................................................... 47
2.4.3 Determinación de la composición granulométrica ................................. 47
2.4.4 Determinación del índice de actividad puzolánica ................................. 49
2.4.5 Determinación de resistencias mecánicas en morteros ........................ 49
2.4.7 Determinación de resistencias mecánicas en hormigones .................... 54
�2.4.8 Ensayo de resistencia a la compresión en bloques............................... 55
2.5 Etapa de gabinete ........................................................................................... 56
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................... 58
3.1 Resultados experimentales y su análisis ......................................................... 58
3.1.1 Caracterización granulométrica ............................................................. 58
3.1.2 Resistencias mecánicas en morteros .................................................... 63
3.1.3 Resistencia mecánica en hormigones. .................................................. 66
3.1.4 Determinación de la resistencia a la compresión en bloques ................ 68
3.2 Análisis de las perspectivas de utilización del material estudiado como aditivo
puzolánico ............................................................................................................. 68
3.2.1 Evaluación del índice de actividad puzolánica ...................................... 68
3.2.2 Valoración socioeconómica y ambiental ............................................... 71
CONCLUSIONES ................................................................................................. 75
RECOMENDACIONES ......................................................................................... 76
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 77
ANEXOS
�INTRODUCCIÓN
Desde la antigüedad las necesidades del hombre y las inventivas de este para
darle solución a los problemas constructivos, siempre han estado presentes en el
devenir de los tiempos; siendo una de las más importantes la actividad
constructiva, con vistas a dar mayor seguridad y confort al seno familiar.
El hormigón constituye el 90 % del capital construido por el hombre, cuyo
componente fundamental es el cemento, el consumo del mismo se asocia al nivel
de desarrollo de un país, siendo sin embargo responsable del deterioro del medio
ambiente en el planeta, generado por la explotación de grandes recursos no
renovables, materias primas y combustibles.
Paralelamente a la industria del cemento Portland la industria del hormigón,
ha introducido avances, mediante el empleo de materiales puzolánicos tales
como, cenizas volantes, escorias siderúrgicas, micro sílice, puzolanas naturales
y artificiales, que mejoran las propiedades del hormigón en estado fresco y
endurecido, en cuanto a durabilidad, resistencia mecánica, disminución del
consumo de cemento y del contenido de clínquer.
La industria del cemento es particularmente susceptible a las características de las
materias primas, pues de ellas depende el tipo y propiedades del cemento
producido y la posibilidad de optimización del proceso de fabricación. La
diversidad de aplicaciones que tiene el cemento en la actualidad hace que sea
necesario elaborar productos que obedezcan a las distintas necesidades de
resistencia mecánica y química, tiempos de fraguado, costos, entre otras.
De aquí que las puzolanas naturales sean un importante componente para la
producción de cementos Pórtland ordinario y puzolánico, que contribuyen a la
conservación del medio ambiente, al reducir la emisión de gases nocivos como
CO2 y SO2, ya que no es necesario someter la materia prima (puzolana) a la
tostación.
Poseen propiedades puzolánicas los materiales con un elevado contenido de
componentes ácidos como la sílice, la alúmina y el óxido férrico, con una
estructura desordenada o amorfa capaces de reaccionar con el hidróxido de calcio
producto de la hidratación del cemento.
2
�Las tobas vítreas son rocas volcánicas que poseen altos contenidos de estos
compuestos. Esta propiedad, junto a ser finamente divididas, les hace candidatas
para su utilización como puzolana.
Las tecnologías constructivas han ido en continuo desarrollo en los últimos años
condicionado por el mayor crecimiento de las urbanizaciones en lugares donde la
agresividad del medio ambiente al hormigón es mayor, así como, las necesidades
de construcciones con fines turísticos e industriales, tales como: diques, presas,
embalses, puentes, edificación de viviendas y hoteles en zonas costeras, han
requerido la introducción de variaciones en los diseños del hormigón para cumplir
las cualidades reológicas específicas para su colocación y conformación en estado
fresco y con los requisitos, de altas resistencias mecánicas y elevada durabilidad
en el estado de endurecimiento.
En Cuba, la situación de la vivienda es una problemática que crece gradualmente;
visto principalmente por el deterioro constante de las existentes y el azote de
fenómenos naturales; esto ha motivado la actividad inventiva y multidisciplinaria de
los hombres de ciencia en nuestro país, con vista a dar una mayor y más efectiva
respuesta a las multiformes actividades constructivas que se necesitan en el orden
social y económico, debido a la notable escasez para satisfacer a la creciente
demanda de materiales de la construcción por parte de la población.
Las diversas investigaciones se han encaminado al estudios de las rocas y
minerales que por diversas génesis pudieran presentar una determinada actividad
puzolánica bajo condiciones específicas dígase una molienda más efectiva y una
activación térmica; tales rocas pueden ser de origen ígneo o sedimentario que
puedan constituir puzolanas, tales como: las tobas vítreas, tobas zeolitizadas y
algunas
arcillas
caoliníticas
calcinadas,
Rabilero
(1992);
Dopico
(2009);
Costafreda; et. al. (2011b); Rosell; et. al. (2011) y Martirena (2004) entre otros. Los
estudios abarcan la caracterización de estos materiales minerales y los ensayos
físico-mecánicos, que evidencian incrementos de la resistencia mecánica en
morteros y hormigones como efecto de la actividad puzolánica,
Según Mather (1982); Rabilero y Muños (1974) y Howland; et. al. (2006), estas
adiciones confieren al cemento y al hormigón propiedades de gran importancia
3
�práctica, principalmente cuando se trata de lograr una mayor estabilidad química y
por tanto una mayor durabilidad.
Los trabajos de Calleja (1966), Pérez; et. al. (2013), han confirmado la
racionalidad de aprovechar en la práctica las propiedades puzolánicas de algunos
materiales. Lo anterior se encuentra determinado, por el bajo costo de las
operaciones a las que deben ser sometidas las puzolanas de origen natural, hasta
adquirir la forma adecuada para su utilización en la práctica industrial. Por otra
parte, cuando los materiales puzolánicos son subproductos y desechos de la
industria, su empleo constituye una salida de importancia económica y ambiental.
A partir de las investigaciones realizadas, en la provincia de Granma se han
tomado acciones
evaluando
encaminadas
a
disminuir
el
consumo
de
cemento,
las perspectivas de utilización de los materiales puzolánicos y
aditivos químicos,
en
mezclas
de
hormigones
aditivados, obteniéndose
resultados satisfactorios; Zaldivar (2011) realiza su investigación para el caso del
yacimiento de zeolitas en la localidad de Bueycito donde efectúa una
experimentación para su uso como puzolana natural. El aprovechamiento de estos
recursos naturales como aditivo mineral activo en la sustitución parcial de
cemento, ha estado limitado, al menos en parte, porque no ha sido resuelto lo que
en este trabajo, se declara como problema de la investigación: El insuficiente
conocimiento de las propiedades puzolánicas de las tobas vítreas del yacimiento
Jiguaní.
Por ello el objeto de estudio se define como: Las tobas vítreas del yacimiento
Jiguaní.
Campo de acción
Las propiedades puzolánicas de las tobas vítreas utilizadas en la elaboración de
morteros y hormigones.
Objetivo general
Evaluar las propiedades puzolánicas de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní a
través de los ensayos físico-mecánicos para la sustitución parcial de cemento.
4
�A partir de ello se plantea como hipótesis la siguiente afirmación:
Sí se determinan las características geológicas generales y se evalúan las
propiedades puzolánicas de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní, mediante los
ensayos físico-mecánicos, entonces se dispondría de un nuevo material
puzolánico que contribuiría a la sustitución parcial de cemento en la provincia
Granma.
Para dar respuesta a esta hipótesis se proyectan los siguientes:
Objetivos específicos:
Determinar el índice de actividad puzolánica de las tobas vítreas del
yacimiento Jiguaní en morteros.
Evaluar
las
propiedades
físico-mecánicas
que
caracterizan
el
comportamiento puzolánico de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní en
morteros y hormigones hidráulicos.
Valorar la posibilidad de empleo de las tobas vítreas como material
puzolánico.
Tareas de la investigación:
Recopilación y análisis de los trabajos relacionados con los materiales de
construcción y puzolánicos, así como la exploración de la problemática
mundial, nacional y local.
Preparación de las muestras; apoyado en la trituración, homogenización,
molienda y cribado de las mismas.
Caracterización de la materia prima desde el punto de vista granulométrico,
y su comparación con los parámetros normalizados.
Determinación del índice de actividad puzolánica a través del ensayo de
resistencia a la compresión en morteros a los 28 días.
Valoración socioeconómica y ambiental.
Métodos de investigación
La tesis se compone de introducción, tres capítulos, conclusiones generales,
referencias bibliográficas y los anexos que esclarecen y complementan los temas
tratados en los capítulos.
5
�Capítulo 1. Marco Teórico Conceptual
En este capítulo se exponen y discuten los criterios más actualizados que se
reportan en la literatura sobre la industria del cemento, el hormigón y las
puzolanas. Mediante el método histórico – lógico, se realizó el estudio del estado
del arte sobre la valoración y el aprovechamiento de las tobas vítreas como
puzolanas naturales, se logró determinar el alcance de la investigación. Se
presentan las características geográficas, geológicas y mineralógicas, que
permitieron sustentar la evaluación de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní
como material puzolánico.
Capítulo 2. Materiales y métodos
Mediante el método lógico se seleccionan las técnicas, normativas a aplicar en la
investigación y se establece la metodología para la evaluación del material
tobáceo como aditivo puzolánico que permita comprobar la hipótesis científica
planteada.
Capítulo 3. Resultados y discusión
Se analizan los resultados de la caracterización granulométrica, el índice de
actividad puzolánica y evaluación experimental de los efectos de la adición de las
tobas vítreas en morteros y hormigones hidráulicos, lo que permite comprobar los
fundamentos teóricos a nivel de laboratorio, mediante el método experimental, el
método lógico y el método de análisis – síntesis que contribuyan a la confiabilidad
de los resultados obtenidos.
Aporte de la investigación
La solución a la disponibilidad de un material puzolánico para su uso
generalizado en las empresas constructoras de la provincia Granma.
6
�CAPÍTULO 1
7
�CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL
En el capítulo se realiza un análisis sobre los diferentes aspectos que se
encuentran relacionados con los temas discutidos en la bibliografía consultada,
sobre los materiales puzolánicos, con el objetivo de disponer de los elementos
básicos para la realización del trabajo. Se expone el estado del arte, la
conceptualización y consideraciones teóricas sobre las puzolanas, su importancia
económica y tecnológica.
1.1 Generalidades
Para contribuir a una mejor comprensión de los conceptos que se reflejan a lo
largo del trabajo se definen algunos términos empleados en el ámbito de los
materiales de construcción, como son: el hormigón, cemento, áridos y puzolana.
El hormigón hidráulico también denominado concreto es el material constituido
por la mezcla de cemento, árido grueso, árido fino y agua, con o sin la
incorporación de aditivos o adiciones, que desarrolla sus propiedades al hidratarse
el cemento, NC 120: (2007a).
Por su parte se denomina ´´mortero de albañilería´´ a la mezcla de uno o varios
conglomerantes minerales, áridos finos, agua y a veces adiciones y/o aditivos, NC
175: (2002b)
El cemento, con propósitos constructivos, puede ser descrito como un material
calcáreo y silíceo capaz de unir los áridos, la arena, los ladrillos o bloques. Los
cementos de interés en la fabricación de concreto tienen la característica de fijarse
y endurecerse debajo del agua, en virtud de una reacción química con ella y
siendo llamados cementos hidráulicos.
Las puzolanas son materiales de naturaleza silícea o sílico-aluminosa, las cuales
por si misma poseen poca o ninguna propiedad cementante, pero finamente
divididas y en presencia de humedad, reaccionan químicamente con el hidróxido
de calcio para formar como puestos con propiedades cementantes, NC TS: 528
(2007d).
Los áridos son aquellas materias de forma granular o fibrosa que, con preparación
especial o sin ella han de ser unidos entre sí por un aglomerante, para conformar
los hormigones y morteros, De Armas (2008).
8
�Los áridos constituyen la mayor parte de la masa en el hormigón, pudiendo llegar
hasta 80-85 % en peso, de ahí que las propiedades física-químicas y
mineralógicas del árido tienen una profunda influencia en la resistencia, elasticidad
y demás propiedades del hormigón.
El fino o filler es el material inerte finamente dividido, empleado para disminuir la
retracción, actuar como extensores, mejorar la laborabilidad y la coherencia en
morteros y hormigones, NC 251: (2005b) .
Existen diversas clasificaciones de los áridos, siendo las más empleadas las que
los agrupan según su origen y tamaño. En la norma NC 251: (2005b) se define
como árido al material mineral procedente de rocas que se encuentran
desintegradas en estado natural o precisan de trituración mediante procesos
industriales. Las dimensiones son diferentes, varían desde 0,149 mm hasta un
tamaño máximo especificado.
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 que tiene mayor
responsabilidad en el conjunto es la arena.
El árido grueso (grava) es aquel que posee principalmente, partículas de un
tamaño superior a 4,76 mm.
Nota: El árido grueso puede describirse como grava (sin beneficiar o beneficiada)
o como roca triturada, NC 251: 2005b).
El árido fino (arena) es aquel que posee partículas de un tamaño desde 0,149
mm hasta 4,76 mm.
Nota: El árido fino puede estar descrito como arena natural (cernida o beneficiada)
y como arena de grava triturada y arena de roca triturada, NC 251: (2005b).
1.2 Las sustancias nocivas al hormigón.
Las propiedades deseables de un árido para utilizarlo en hormigón son: que sea
químicamente inerte, duradero, duro, resistente a los esfuerzos mecánicos, de
forma aproximadamente cúbica después de triturado y capaz de dar una buena
adherencia con la pasta de cemento. Químicamente los áridos deben ser inertes,
9
�pero lamentablemente muchos áridos naturales contienen sustancias nocivas al
hormigón, clasificándose químicamente en cuatro grupos.
Sustancias solubles en agua que pueden causar la lixiviación del árido
debilitándolo o provocando eflorescencia en el hormigón. Ej.: sal común
(NaCl)
Sustancia solubles que pueden interferir el fraguado del aglomerante y la
hidratación posterior. Ej.: yeso
Sustancias que pueden reaccionar con los constituyentes alcalinos. (Na 2O,
K2O, etc.) de los cementos. Ej.: ópalo
Sustancias que puedan causar la corrosión del acero de refuerzo. Ej.: la sal
común, sulfuros (pirita).
Los áridos deben ser inertes por sí mismos, pero pueden contener incrustaciones,
o estar cubiertos con una película de materiales dañinos, compuestas de los
siguientes materiales: limos, arcillas, yesos, carbonatos impuros de calcio y
magnesio, sílice opalina, óxido de magnesio, óxido de hierro y mezclas de estos
materiales.
1.3 Propiedades físico - mecánicas de los áridos
Las propiedades físicas y mecánicas de los áridos naturales deben ser
consideradas en función de su resistencia a la compresión, resultando
conveniente que las rocas utilizadas para la fabricación de áridos presenten un
mínimo de resistencia a compresión. No obstante al emplearse la resistencia a
compresión de los áridos como un índice de su calidad, no debe plantearse como
una limitante en la aceptación del árido.
El módulo de elasticidad del hormigón depende en un considerable grado del
árido empleado en su fabricación, la resistencia a flexión depende también de
estas propiedades, por lo general a medida que es más alto el módulo de
elasticidad del árido, mayor es la resistencia a flexión manteniendo los otros
factores iguales.
El tamaño, abundancia y continuidad de los poros del árido es su más importante
propiedad física. El tamaño y naturaleza de los poros afectan la resistencia a los
esfuerzos mecánicos de los áridos, la absorción y la permeabilidad. Esta última a
10
�su vez da idea de la resistencia a los ataques químicos y la resistencia a las
heladas, que tenga un árido.
El peso específico, influye en la elección de un árido donde este sea un factor a
considerar, por ejemplo, los paneles de aislamiento sonoro, donde interesan pesos
específicos bajos o una presa de gravedad donde interesan pesos específicos
altos, por motivos de seguridad y económicos. El peso específico de los áridos
comunes varía desde 2,2 en el caso de las cuarcitas a 2,9.
Las propiedades térmicas como el calor específico de los áridos, pueden tener
importancia en ciertos trabajos tales como grandes presas y estructuras masivas
similares.
La conductividad térmica tiene importancia desde el punto de vista de su
resistencia al fuego y en la construcción de algunas estructuras tales como
chimeneas de hormigón reforzado.
La resistencia a la abrasión es importante en la elección del árido para su
aplicación en pisos industriales, pavimentos, algunos tipos de silos y canales para
el traslado de líquidos.
También podemos destacar la composición granulométrica, el termino
granulometría se refiere a la distribución de los tamaños de las partículas del
árido, este factor tiene una influencia grande sobre el comportamiento del
hormigón en cuanto a la facilidad de mezclado, transporte, colocación y
compactación sin que se produzca separación de las partículas de diferentes
tamaños que integran el árido.
1.4 El cemento en el hormigón
El cemento Portland, es un aglomerante hidráulico, material pulverulento que se
obtiene de la mezcla y molienda del clínker más aditivos. Mezclado con agua se
solidifica y endurece, uniendo cuerpos sólidos. Tiene un color gris oscuro o claro,
por lo que comúnmente se le nombra cemento gris. Las materias minerales útiles
para fabricar cemento se dividen en: componentes carbonatados (calizas, margas,
pizarras), sílico – aluminoso (arcillas, caolín, areniscas, feldespatos) y aditivos
(yeso, arenas cuarzosas, puzolanas, carbonato de calcio y óxidos e hidróxidos de
hierro). Se utilizan también residuos de otras industrias como escorias
11
�metalúrgicas o colas mineras.
La composición química promedio en % del cemento Pórtland es: CaO 60-67;
SiO2 17-25; Al2O3 3-8; Fe2O3 0.5-6; MgO 0.1-5.5; Na2O y K2O (álcalis) 0.5-5.5; SO3
1.3. La calidad del cemento depende de su composición química y la finura del
molido, se expresa en la resistencia a la compresión alcanzada por el mortero a
los 28 días. Ej.: Cemento Pórtland de 250 kgf/cm2 mínimo, se comercializa bajo la
denominación de P-250.
El cemento Romano, tiene su origen en la Grecia antigua, se obtiene mezclando
cal 70 % y puzolana 30 %. En la actualidad se pueden apreciar numerosas
construcciones de ese periodo en muy buen estado de conservación, pese a tener
más de 2000 años de construidas.
El cemento Pórtland puzolánico, se define como un cemento hidráulico
compuesto de una mezcla uniforme de cemento Pórtland y un material puzolánico
finamente dividido, su adición va desde un 3 % hasta un 40 %. Algunos autores
plantean que se puede llegar al 60-70 %. Se les denominan cementos mezclados,
cuando sobrepasa los 15 % de adición, en el mundo del cemento se conoce como
cemento PP, (Batista; et. al., 2011).
El fraguado de cementos que contienen puzolanas naturales no difiere de los
valores típicos encontrados en los cementos Pórtland, por el contrario, cementos
compuestos con ceniza volante o humo de sílice tienden a prolongar el fraguado.
La fluencia es la propiedad que se relaciona estrictamente con la resistencia,
relación agua/cemento y el curado del hormigón. Ya que esta adición retarda la
ganancia temprana de resistencia, la fluencia específica de cementos puzolánicos
es mayor que la de los Pórtland.
El desarrollo de la resistencia en hormigones con puzolanas, tiene como regla
general el incremento en las resistencias finales comparadas con los cementos
Pórtland puros.
La capacidad del hormigón de mantener el desempeño estructural con el paso del
tiempo aunque no depende exclusivamente de las propiedades del cemento, sino
de una gama de propiedades del hormigón, en la práctica se ha demostrado que
las adiciones puzolánicas inciden en una mayor durabilidad del concreto para
12
�determinados tipos de ambientes.
1.5 Las puzolanas
Según el Instituto Americano del Hormigón, en su Guía 232.1R (2000), es a la
civilización romana a quien se le debe el origen del nombre ´´puzolanas´´, como
derivado del término ―pozzuolana‖, con el que se referían a unas cenizas
volcánicas consolidadas, encontradas en las proximidades del sitio de Pozzuoli o
Puzzoli, cerca de Nápoles y con las que se constituían los célebres morteros
romanos. Vitruvius en el siglo I a.c. ya menciona el uso de estos aditivos al
mortero que se confeccionaba en la proporción de una unidad de cal por tres de
arena o dos por cinco - según la calidad de la arena - con el agregado de cenizas
volcánicas.
En Grecia, particularmente en la ciudad de Thera, alrededor del 1400 a.c. se
introdujo a la mezcla cal-arena, el polvo volcánico de la "tierra de Santorin"
explotada en la isla; de esta forma se obtuvieron morteros estables al agua.
A falta de roca volcánica en otras latitudes, se utilizaba teja o ladrillo picado. En
este sentido, se registra su uso en la época de la construcción de los aljibes de
Jerusalén (bajo el mandato de Salomón, siglo X a.c). Esta costumbre parece
haber sido introducida por los obreros fenicios que construyeron el templo de
dicho rey y que conocían empíricamente las propiedades de los materiales
llamados actualmente puzolanas artificiales (Quintana, 2005).
En la isla de Bali, al este de Java, los habitantes utilizan desde hace más de dos
mil años para la construcción de muros y terrazas, una mezcla de caliza coralina,
nueces de coco cocidas y cenizas de su volcán sagrado, Agung Deloye (1993).
En 1952 el departamento de restauración de los Estados Unidos brinda una
definición del término puzolana, incorporada en las normas ASTM (1958) y
mantenida hasta hoy como la definición que dice: "las puzolanas son materiales
silíceos o alumino-silíceos quienes por sí solos poseen poco o ningún valor
cementante, pero cuando se encuentran finamente divididos y están en presencia
de agua, reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a temperatura
ambiente para formar compuestos con propiedades cementantes" (Almenares,
2011).
13
�En un sentido más particular las puzolanas, o por lo menos algunas de ellas, son
de naturaleza zeolíticas, capaces de reaccionar con otras sales cálcicas, así como
otros óxidos alcalinotérreos, siempre en presencia de agua y a temperatura
ambiente, para dar lugar a la formación de silicatos y aluminosilicatos hidratados
similares a los resultantes de la hidratación del cemento Pórtland, principalmente
la tobermorita.
1.5.1 Clasificación de las puzolanas según su origen
Se clasifican en dos grandes grupos: naturales y artificiales, aunque existe un
grupo intermedio constituido por puzolanas naturales que necesitan tratamientos
térmicos de activación, con el objeto de aumentar su reactividad.
Las
puzolanas
composicionales
naturales,
son
productos
(sílico-aluminosos),
minerales
estructurales
con
(estructura
características
imperfecta
o
amorfa) y texturales (grano fino) que los hacen aptos para su uso como aditivos en
la industria del cemento, entre éstas están: Las acumulaciones de cenizas
generadas durante las erupciones volcánicas explosivas, que por su alto contenido
de materiales vítreos son propensas a sufrir reacciones como las requeridas para
las puzolanas. Más tarde por procesos geológicos de enterramiento estas cenizas
se convierten en tobas, las cuales son rocas volcánicas bastante porosas,
característica que les confiere una gran superficie interna, lo que favorece su
reactividad, entonces, como puzolana sirve tanto el sedimento como la roca.
Cuando se habla de rocas y materiales volcánicos, hay que considerar dos
factores controladores de la actividad puzolánica; por una parte, la composición
química del magma originario que determina la de los productos, y por otra, la
constitución y textura de los minerales de dichas rocas, las cuales dependen de la
velocidad de enfriamiento y de los procesos de meteorización que los hallan
afectado. En las rocas volcánicas son especialmente interesantes las rocas ácidas
(ricas en cuarzo y feldespato).
En las puzolanas artificiales, su condición puzolánica se debe a un tratamiento
térmico adecuado. Dentro de esta denominación se incluyen los subproductos de
determinadas operaciones industriales; tales como, residuos de bauxita, escorias y
14
�polvos de chimeneas de altos hornos, cenizas volantes, etc. Las de mayor uso en
la actualidad, en el mundo, son las cenizas volantes en función de las ventajas
económicas y técnicas que ofrecen, ya que es un material residual y con ello los
cementos aumentan la trabajabilidad y disminuyen el calor de hidratación por sus
excelentes propiedades puzolánicas.
Cenizas volantes: Son un subproducto de los hornos que emplean carbón mineral
como combustible para la generación de potencia, constituyen en sí las partículas
no combustibles removidas de la chimenea de los gases. Las características de
las cenizas volantes pueden variar significativamente en dependencia de la fuente
del carbón mineral que se quema. Las cenizas de Clase F son normalmente
producidas de la quema de la antracita o de carbones bituminosos y generalmente
poseen un contenido bajo de calcio. Las cenizas de Clase C son producidas
cuando se queman carbones sub-bituminosos y poseen típicamente propiedades
puzolánicas. Las cenizas volantes utilizadas en el hormigón deben tener
conformidad con la especificación normativa ASTM C 618 (2002a).
Escorias granuladas de alto horno: Subproductos no metálicos producidos en un
alto horno cuando el mineral de hierro es reducido a hierro dulce. La escoria
líquida es enfriada rápidamente para formar gránulos, que son molidos hasta una
finura similar a la del cemento portland. Las escorias granuladas de alto horno
tienen por sí mismas propiedades cementicias pero estas son mejoradas cuando
se utilizan con cemento portland, se recomienda utilizarlas entre el 20 y el 70% en
peso
de los materiales cementicios.
Deben
tener
conformidad
con la
especificación normativa ASTM C 989. En esta norma se definen tres grados de
escorias: 80, 100 y 120, donde el grado más alto contribuye más al potencial
resistente.
Humo de sílice: Es un material puzolánico de alta reactividad y es un subproducto
de la producción de metal silíceo o ferro-silíceo. Se recolecta de la chimenea de
gases de los hornos de arco eléctrico. El humo de sílice es un polvo
extremadamente fino, con partículas alrededor de 100 veces más pequeñas que
un grano promedio de cemento. Su utilización oscila entre el 5 y el 12% en peso
de los materiales cementicios para las estructuras de hormigón que necesitan alta
15
�resistencia o una permeabilidad significativamente reducida al agua.
El humo de sílice está disponible como un polvo densificado o en forma de slurry
acuoso. La especificación normativa para el humo de sílice es la ASTM C 1240.
Debido a su extrema finura, deberán garantizarse procedimientos especiales para
la manipulación, el vertido y el curado del hormigón con este material.
Puzolanas mixtas o intermedias: Son aquellas puzolanas que, naturales por su
origen, se someten a un tratamiento térmico con el objeto de cambiar sus
propiedades para aumentar su reactividad química. Dentro de éstos se incluyen, la
ceniza de la cáscara de arroz y las arcillas; un representante típico de éstas
últimas es el polvo de ladrillo, producto obtenido como desecho de la industria de
la cerámica roja. Dentro de las puzolanas comercialmente disponibles se incluyen
el metacaolín y las arcillas o esquistos calcinados. Estos materiales son
producidos mediante la calcinación controlada de minerales de origen natural. El
metacaolín es producido a partir de arcillas caoliníticas relativamente puras y se
emplean entre el 5 y el 15 % en peso como aditivo puzolánico. Las arcillas o
esquistos calcinados son utilizados a mayores porcentajes en peso.
1.5.2 Normativas de las puzolanas
Las evaluaciones de la actividad puzolánica en nuestro país estuvieron dirigidas
inicialmente al cumplimento de requisitos de los cementos mezclados clasificados
como Pórtland Puzolánicos PP-250 y PP-350 en correspondencia con las primeras
introducciones producidas en la fábrica José Mercerón en Santiago de Cuba y se
experimentaron diversos métodos entre ellos Fratini, para verificar la actividad de
las adiciones de tobas cubanas (Rosell, 2010).
Con carácter experimental con plazo de 2 a 3 años el Comité de Normalización de
cemento, presentó y se aprobó en el 2007, la norma de especificaciones NC 528
(2007d) Cemento Hidráulico Puzolanas-Especificaciones. Esta norma homologa
los criterios de la ASTM C 618 (2002a) y en ella se enmarcan incluso aquellos
materiales obtenidos como subproductos de la generación eléctrica a partir de
carbón mineral, cenizas volantes, no existentes en el país y cualquier otra
puzolana natural, independientemente de su génesis y mineralogía y no tiene en
16
�cuenta que nuestro país tiene formación geológica diferente a la de norte América
continental. Los métodos de ensayo en que se sustenta esta norma es la NC 527:
(2007b) Cemento hidráulico. Método de ensayo. Evaluación de puzolanas.
En la NC 120: (2007a). Hormigón hidráulico. Especificaciones, se establece
requisito para el uso de adiciones tanto activas como inertes, pero no establece un
requisito respecto a composición, granulometría u otro aspecto. Se regula en el
caso de las activas que deben ser de probada aptitud mediante el uso del
coeficiente ―k‖ de acuerdo a la relación agua/cemento y el contenido de cemento
especificado en dicha norma para la prestación a que será sometida.
1.5.3 Actividad puzolánica
La actividad puzolánica se refiere a la capacidad y velocidad de reacción entre los
aluminosilicatos de la puzolana y el hidróxido de calcio, producto de la hidratación
del cemento para formar productos cementantes. La reacción principal en estos
sistemas es la que se describe en la reacción (III), donde se obtiene como
producto el hidróxido de calcio hidratado, también comúnmente formulado en esta
rama con las siglas C-S-H:
Ca(OH)2 (s) + SiO 2 (s) + H 2 O = CaO.SiO 2 .2H 2 O(s)
(III)
La reacción puzolánica consiste en la solubilización de los compuestos de sílice y
alúmina amorfos, o débilmente cristalizados en un medio altamente alcalino como
el creado por una solución de hidróxido de calcio, con la formación de
aluminosilicatos bicálcicos y tricálcicos similares a los obtenidos en el fraguado del
cemento Pórtland (Quintana, 2005).
La actividad puzolánica no se ha podido comprender con claridad debido a la
estructura heterogénea de las puzolanas y a la compleja naturaleza de la
hidratación Erdogdu (1996), no obstante, los principales factores que intervienen
en su actividad se pueden ilustrar a continuación, (Erdogan, 2002).
Las características generales que le confieren a las puzolanas gran reactividad
son:
La suma de los componentes ácidos (SiO2+ Al2O3+Fe2O3) >70 %.
Estructuras amorfas o parcialmente desordenadas.
17
� Alta superficie específica.
Por lo tanto, para evaluar una puzolana, se debe tener en cuenta su área
superficial, composición química y mineralógica.
1.5.4 Aplicación de las puzolanas
El primer criterio que apoyó la producción de cementos puzolánicos fue, corregir el
cemento Pórtland tipos I y II al fijar la cal libre, generada durante la formación de
los silicatos bicálcicos y tricálcicos, la cual es inestable a pH menores de 12, para
formar compuestos estables que no son vulnerables a la acción lixiviante de las
aguas ácidas.
La adición de puzolanas confiere al cemento Portland y al hormigón, propiedades
de gran importancia práctica como son:
Aumento de su estabilidad química y por tanto aporta una mayor
durabilidad.
Disminuye la liberación del calor de hidratación confiriendo menor
permeabilidad en los hormigones, que los hace idóneos para la
construcción de presas y obras que necesiten grandes masas de este
material.
Minimiza la expansión volumétrica durante el fraguado; lo que elimina o
reduce las grietas y con ello aumenta la resistencia mecánica.
Mejora la maniobrabilidad de la mezcla de hormigón, con menor tendencia
a la segregación de sus componentes.
Menor costo de producción (ahorro de combustible al disminuir el consumo
de clínker).
Mayor homogeneidad del hormigón.
Reduce la presencia de cal libre, porque proporciona los elementos
necesarios para completar la reacción química de formación de las fases
cristalinas principales que acompañan al cemento. La cal libre presente en
el clínker afecta la resistencia química del cemento y del hormigón,
exponiéndolo al ―lavado químico‖ que produce la lluvia y la humedad
atmosférica.
18
�Sin embargo, los cementos puzolánicos presentan también desventajas, como:
Necesidad de una mayor cantidad de agua de mezclado para una
consistencia dada.
Menor resistencia a la compresión en edades cortas, pero mayores a partir
de los 28 días de fraguado.
En ocasiones provoca una mayor retracción al secado.
Durante el fraguado del cemento Portland, se libera calor y grandes
cantidades de hidróxidos de calcio Ca(OH) 2, el cual no posee propiedades
cementantes y puede ser lixiviado del hormigón por acción del agua o
reaccionar con determinados agentes químicos provocando la expansión y
el debilitamiento de la masa del hormigón. La presencia de la puzolana
logra por medio de su reacción con el hidróxido de calcio Ca(OH)2, que este
desaparezca o disminuya en gran parte.
Para evaluar las puzolanas se tienen en cuenta diferentes parámetros como la
composición química, siempre puntualizando la importancia de altos contenidos de
los óxidos de SiO2; Al2O3 y Fe2O3 y mínimos para los componentes alcalinos y
alcalinotérreos. (Gener, 2006); (Rabilero, 1988; Rabilero, 2005; Rabilero y Muños,
1974).
A partir del análisis de los efectos que las puzolanas provocan sobre el cemento
se pueden utilizar en:
Morteros de albañilería (colocación de ladrillos, bloques, entre otros).
Producción de prefabricados ligeros de hormigón (bloques, adoquines,
entre otros).
Fundición de hormigón masivo de baja resistencia.
El uso de las puzolanas mejora la durabilidad de los hormigones por lo que las
construcciones tienen una vida útil mayor (Howland; et. al., 2006).
1.6 Antecedentes de la investigación
Las puzolanas se conocen desde hace más de 2500 años, algunos autores
plantean que en la Grecia clásica se conocía y se utilizaban los aglomerantes del
tipo cal – puzolanas, pero no fue hasta la época en la Roma clásica donde este
19
�tipo de aglomerante alcanzo su máximo esplendor. Ya para el año de 1824 en
Leed, Inglaterra el albañil y maestro de obras Joseph Aspdin, patentó un nuevo
producto aglomerante que denominó: cemento Pórtland, lo cual contribuyó en gran
manera al desarrollo del hormigón al revolucionar las obras de ingeniería y las
construcciones. Entre las bondades que representaba se destacan, las
propiedades químicas y mecánicas superiores y la posibilidad de su producción
industrial masiva.
El patrimonio construido en el mundo es hoy un 90 % de hormigón y es el principal
destino del cemento. Tanto la producción y consumo del cemento y del hormigón
se asocian con el nivel de desarrollo de un país. Sin embargo también han
resultado ser, de forma paradójica, los principales responsables de la degradación
ambiental del planeta, debido a que su proceso productivo, en lo fundamental,
está basado en la explotación intensiva de recursos no renovables (RNR),
(materias primas y combustibles) quienes emiten significativos volúmenes de
gases de efecto invernadero (GEI), (Rosell, 2010).
La vulnerabilidad del hormigón al medio ambiente es consecuencia de las
propiedades del clínquer del cemento Pórtland y de las características del sistema
de poros de la matriz del hormigón, esto ha conllevado a realizar ajustes en la
tecnología de producción del cemento, para hacerlos más resistentes a los
ataques de los agentes agresivos, lo cual se ha logrado con la aparición de
nuevos aditivos tanto químicos como minerales para mejorar la impermeabilidad
de los hormigones (Aitcin, 2000; Babak y Mohammad, 2010; Xing.; et. al., 2004).
En el capítulo 1 del ―Supplementary cementing materials for concrete‖ sobre
minerales de Rheinisch, Alemania, demuestra la actividad puzolánica de minerales
con 10 a 15% de cuarzo, 15 a 20% de feldespato sobre una matriz de vidrio con
zeolitización Mehta (1987) refiere que las zeolitas del tipo analcima, chabasita,
clinoptilolita, philipsita y leucita presentan actividad puzolánica (Harold, 1990).
Saricimen; et. al. (1992) destaca que en los países árabes del golfo donde las
condiciones ambientales son agresivas y seriamente corrosivas, el uso de las
puzolanas naturales por ellos investigadas en las tecnologías del hormigón
contribuye a lograr una mayor resistencia y durabilidad en la vida útil de las
20
�estructuras.
La finura del cemento es un factor importante que afecta el índice de desarrollo de
la resistencia, para ello Day y Shi (1994), estudiaron la influencia de la finura de la
puzolana en la resistencia de las pastas de cemento - cal - puzolana natural. Los
resultados demostraron que la resistencia a la compresión aumenta cuando el
material es más fino, y la finura de la puzolana natural tiene su efecto más
significativo en el desarrollo temprano de la resistencia.
Day y Shi (1994) también analizaron el efecto del agua inicial de curado en la
hidratación de los cementos que contienen puzolana natural. Como resultado
obtuvieron, que las pastas de cemento Pórtland son más sensibles en el período
inicial de curado que las de cemento Pórtland Puzolánico (contenido de puzolana
30 %) porque ocurre la hidratación del cemento Pórtland más rápidamente que la
reacción puzolánica en pastas de cemento Pórtland Puzolánico. La hidratación del
cemento Pórtland y la reacción puzolánica continúan después que las probetas se
extraen a un ambiente seco (humedad relativa de 20%, aproximadamente). La
presencia de puzolanas naturales retarda la hidratación normal del cemento
Pórtland en las primeras horas, pero la acelera después de un día.
Shannag y Yeginobali (1995) recomiendan la adición de puzolana natural al
cemento Pórtland y al hormigón por separado, ya que reduce el calor de
hidratación, prolonga el tiempo de fraguado y mejora la consistencia del cemento.
En tiempos donde el desarrollo de las nuevas tecnologías constructivas van
tomando un espacio cada vez más preponderante con vistas de mejoras en las
prestaciones de los morteros y hormigones hidráulicos en las diferentes
edificaciones. Ya nuestro país a partir de la década de los años 70 viene dando los
primeros
pasos,
donde
numerosas
investigaciones
han
ido
elevado
el
conocimiento geológico del territorio nacional, y otras encaminadas a la aplicación
de materiales con propiedades puzolánicas y aditivos químicos al cemento
Pórtland en la confección de los morteros y hormigones hidráulicos a nivel de
laboratorio; semi-industriales e industriales.
Uno de los experimentos llevados a cabo fue el caso del estudio del
comportamiento cinético de la reacción de los cementos con adición de zeolitas
21
�naturales cubanas. Al respecto ha llegado a la conclusión de que la portlandita
originada por la hidratación del silicato tricálcico (C 3S) reacciona con la zeolita,
para dar lugar a una fase tobermorítica secundaria. (Rabilero, 1988).
En su tesis doctoral Rabilero (1992), aborda la introducción del mineral zeolítico
del yacimiento Palmarito de Cauto en el proceso de la fábrica de cemento José
Mercerón como extensores del clínquer en la producción de cemento.
Por otro lado Jimenéz (1999) utilizó las escorias ultrabásicas de los hornos de
fundición de arco eléctrico de la provincia Las Tunas para obtener un material
puzolánico que contenía fase belita y la utilizó en hormigones reduciendo los
contenidos de cemento por m3 de hormigón.
Son referencia obligada en nuestro país los trabajos realizados al respecto por
Martirena que introduce el empleo de cenizas de paja de caña en la producción de
un aglomerante cal-puzolana de alta finura a utilizar en sustitución de altos
volúmenes de cemento como adición mineral activa demostrando su efectividad
en la mejora de las propiedades mecánicas y de durabilidad, así como del perfil
ecológico del material, al reducir drásticamente el contenido de clínquer de
cemento Pórtland y fue posible sustituir hasta un 20% de cemento Pórtland en la
mezcla por igual masa de aglomerante cal-puzolana, mejorando significativamente
las propiedades mecánicas y la durabilidad, en comparación con el hormigón sin
adiciones (Martirena, 2004).
Calvo; et. al. (2005) determinan las propiedades puzolánicas de materiales de
origen volcánico ubicados en la zona sureste de España, a través de estudios de
las
características
composicionales,
ensayos
mecánicos
y
químicos
de
puzolanidad.
Gayoso y Rosell reportan sustituciones de zeolita por cemento en hormigones,
bajo diferentes conceptos de utilización, ya sea incorporado finamente molido
como MCS o como corrector de granulometría de áridos. De manera general han
obtenido hasta 12 % de sustitución de zeolita por cemento, logrando altas
prestaciones donde se engloba no solo la resistencia sino las propiedades físico
químicas que garantizan la durabilidad. Cabe destacar el hormigón diseñado para
el edificio Atlantic que con adición de 12% de zeolita logra 62 MPa a los 28 días,
22
�llegando al año a 96 MPa (Gayoso y Rosell, 2005).
Pérez (2006) establece la caracterización geológica y tecnológica del vidrio
volcánico del yacimiento de Guaramanao, orientada hacia su aplicación como
material de construcción alternativo. El sistema propuesto se aplica en el municipio
de Holguín y permite demostrar que el uso del vidrio volcánico de esta región
puede ser utilizado como material para la construcción. Como principal resultado
de la investigación propone entre otros, el empleo de la materia prima como
materiales de construcción alternativos, específicamente áridos y hormigones
ligeros. Sin embargo no realiza pruebas encaminadas a su utilización como
puzolana natural, lo que en nuestra investigación nos dimos la tarea de investigar,
refiriéndonos no solo a las características geológicas generales del yacimiento de
tobas vítreas sino ya más directamente a las pruebas en el laboratorio que me
indiquen con mayor certeza su posible utilidad enfocándonos bajo el concepto de
rendimiento del cemento con vistas a contribuir al ahorro del cemento.
Varios autores como López (2006); De Armas (2008) y Muxlanga (2009) han
estudiado materiales similares como es el yacimiento tobas vítreas y zeolitizadas
del municipio Sagua de Tánamo para su utilización como árido ligero y puzolana
natural. En estas investigaciones se evaluó la sustitución de 15 y 30 % de tobas
por cemento, con la obtención de resultados favorables; sin embargo, estos se
consideran preliminares, al no contar, con las técnicas y métodos empleados para
la realización de los ensayos con las debidas certificaciones de calidad, lo cual no
permite homologar sus resultados, para dar lugar a la necesidad de efectuar
nuevas investigaciones.
Costafreda y Calvo (2007) plantean que la mezcla de cemento Pórtland con agua
produce reacciones de hidratación muy activas, dando lugar a la formación de
productos estables, tales como la portlandita y tobermorita, a partir de la
hidratación de fases minerales anhidras que están en su composición primaria. La
presencia de zeolita en morteros, produce ciertas influencias en el comportamiento
de esta reacción, que favorecen la formación de productos igualmente estables y
duraderos. Los morteros preparados con adición de zeolita natural, exhiben
valores bajos de resistencias iniciales a edades tempranas (2 y 7 días); sin
23
�embargo, el cemento de referencia sin adiciones, para este intervalo de tiempo,
adquiere resistencias cuyos valores duplican los de los morteros con adición de
puzolana, lo que demuestra que la presencia de zeolita natural produce una
evidente ralentización de los mecanismos que rigen la reacción de hidratación, lo
que posterga la ganancia de resistencias mecánicas. A los 28 días, las
resistencias de los morteros con agregado de zeolita adquieren un incremento
significativo que se manifiesta en sentido ascendente incluso a los 90 días de
edad, cuando en ocasiones supera las resistencias del cemento de referencia.
Según Costafreda; et. al. (2009) plantea que las zeolitas naturales pueden
comportarse como puzolanas activas en sistemas hidróxido de calcio-puzolana, en
los cuales provocan abatimientos sensibles en los contenidos de carbonato de
calcio Ca(OH)2 y de la cal libre en disolución a medida que transcurre el tiempo.
Llegando a la conclusión de que muchas especies de zeolitas interfieren
drásticamente en la concentración de carbonato de calcio Ca(OH)2 en disolución y
en la conductividad eléctrica de la misma, lo que es un aspecto inherente al
tamaño de la partícula, la composición química y la capacidad de intercambio
iónico de estos materiales. La aplicación de estos materiales puzolánicos con alta
superficie específica trae consigo un mayor consumo de agua en relación al
cemento.
De igual modo, Dopico aborda similar temática pero utilizando en este caso la
zeolita finamente molida y logra hormigones con un 20% de sustitución de
cemento con resistencias de 45 MPa, cuyas cualidades de compacidad lo definen
como durable, (Dopico, 2009).
Rosell (2010) en su investigación confirma que la demanda de agua que provoca
el uso de la zeolita como material puzolánico, es controlada con el uso de aditivo
químico incrementando la dosis con respecto al patrón, en función de la finura de
la adición y el asentamiento que requiere la tecnología. Se manifiesta el
incremento de la resistencia mecánica con el uso de la zeolita como material
cementicio suplementario (MCS), lo cual evidencia su reactividad puzolánica y
eficacia en el objetivo de aumentar el rendimiento del cemento logrando
economías y sustentabilidad del proceso producción de hormigón de resistencias
24
�típicas del país.
Según Cabrera (2010), valora un grupo de materiales tobáceos para su utilización
como puzolana natural dentro de los cuales se encuentra las tobas de Sagua de
Tánamo, Guaramanao, Caimanes y San Andrés. En la investigación se logra
determinar la resistencia a la flexotracción y a la compresión de morteros
elaborados con la sustitución de 15 y 30 % de tobas por cemento, cuyos
resultados evaluados fueron favorables. No obstante, en la investigación no
determina el índice de puzolanidad y la caracterización granulométrica se realiza
por vía seca, lo que quiere decir que los resultados pudieron verse afectados,
debido a que lo recomendado para clases de tamaño pequeñas es el método por
vía húmeda. Además se analiza el material sólo a los 7 y 28 días, lo que impide,
conocer si las resistencias se incrementan en el tiempo, como se ha planteado por
investigadores como Rabilero y Muños (1974), Gener y Alonso (2002) y otros, que
lo establecen como característica fundamental de los materiales puzolánicos.
Los materiales puzolánicos son muy conocidos actualmente, así como sus
ventajas en la mejora de gran número de cementos; según Costafreda; et. al.
(2011a) mostraron resultados prácticos, obtenidos de recientes investigaciones de
tobas de composición dacítica, capaces de sustituir al cemento Pórtland de alta
resistencia inicial en morteros y hormigones. Los contenidos apreciables en sílice
y en alúmina, los bajos contenidos en sulfato y materias orgánicas, y una molienda
adecuada, entre otros, son las causas, al parecer, de la eficacia de este material a
la hora de aportar valores apreciables de resistencias mecánicas a edades
cercanas y superiores a los 28 días.
Costafreda; Díaz y Calvo (2011b), determinaron las propiedades físicas,
mecánicas y químicas de algunas zeolitas naturales procedentes de México, Cuba
y España y su incidencia en ciertas aplicaciones eminentemente prácticas.
Plantean que los resultados indican que cada variedad de zeolita natural aporta
respuestas diferentes frente a los ensayos, posiblemente influenciado por la sutil
variabilidad de su composición química. Es evidente que las propiedades físicas,
químicas y mecánicas de las zeolitas naturales varían sensiblemente de un tipo a
otro dentro de la propia familia mineralógica. Es un hecho que se refuerza cuando
25
�estas zeolitas se encuentran en paragénesis con otros minerales distintos, como
ocurre en el sureste de España, donde es frecuente encontrar representantes de
los filosilicatos, fundamentalmente montmorillonita, como especie mayoritaria del
grupo de las esmectitas que son singenéticas con la mordenita en los yacimientos
zeolíticos españoles.
En el caso de las zeolitas de México y de Cuba, plantean los autores Costafreda;
Díaz y Calvo (2011b) que puede deducirse su pureza a partir de la gran
estabilidad de volumen y del tiempo de fraguado; asimismo, por las resistencias
mecánicas elevadas que ofrecen sus probetas ante la compresión.
Costafreda (2011) establece la relación que existe entre el diámetro de las
partículas de muestras compuestas esencialmente por zeolitas y esmectitas y su
comportamiento puzolánico. El estudio de tres muestras, tras su trituración en tres
fracciones distintas (0,080 mm, 0,063 mm y 0,045 mm), demuestra que la
superficie específica y la puzolanidad aumentan en la medida en que disminuye el
diámetro de las partículas. Por tal razón para la utilización de los materiales
señalados anteriormente se hace necesaria la realización de pruebas que validen
su utilización en los diferentes campos de aplicación.
Almenares (2011) realiza una evaluación de los materiales tobáceos de los
yacimientos Sagua de Tánamo, Caimanes, Guaramanao y San Andrés como
puzolanas naturales al 15 y 30 %, determinando la composición química, la
caracterización granulométrica, mineralógica y la determinación del índice de
actividad puzolánica, poseen perspectivas para su utilización como aditivo
puzolánico, por lo menos al ser utilizados en sustitución de un 15 % de cemento.
Cuando sustituyo el 30 % de cemento con material tobáceo, obtuvo morteros
cuyas resistencias son suficientes para su utilización en aplicaciones de
albañilería. En su trabajo señala que los materiales puzolánicos que actúan como
aglomerantes le conceden baja resistencia mecánica a una edad temprana, y su
fraguado es algo más lento que el del cemento Pórtland ordinario. Por esta razón
lo considera como un cemento para aplicaciones de albañilería. Aunque el destaca
que en los últimos años ha adquirido una aplicación en la fabricación de
hormigones hidráulicos, confiriéndole propiedades ventajosas a los cementos,
26
�tales como mayor resistencia a mayor edad, menor calor de hidratación y
durabilidad.
Investigadores como Rosell y Gayoso (2001), dirigieron sus investigaciones al
empleo de las zeolitas naturales, como material de construcción, principalmente
en la producción de cementos y otros aglomerantes, y como aditivos o agregados
ligeros, para la producción de hormigones de altas prestaciones con excelentes
cualidades técnicas, como la impermeabilidad y durabilidad.
Rosell; et. al. (2011), plantean que las adiciones activas en los hormigones son
cada día más usuales, no solo debido a razones económicas, sino porque los
efectos que se desarrollan son beneficiosos para las prestaciones del hormigón,
dígase durabilidad y resistencias mecánicas. Destacó también el desarrollo de
estudios de algunos minerales industriales nacionales de génesis ígnea como los
vidrios volcánicos, las tobas vítreas o zeolitas, han demostrado su actividad
puzolánica.
Pérez; Carballo y Ruiz (2013) estiman la ventaja económica que supondría un
mejor uso del material zeolítico con granulometría menor de 0.8 mm donde se
incluye un material conocido como fillers según NC 120: (2007a) en la elaboración
de hormigones para la construcción, mezclándolo directamente en las plantas
hormigoneras con los demás componentes y reduciendo el empleo del cemento.
Su aplicación en la fábrica de traviesas de la provincia de Villa Clara permitió
disminuir un 12 % el cemento empleado, además de reducir el tiempo de
desmolde de 12 a 6 horas, con mejor acabado en las piezas y mayor resistencia
de las mismas en el tiempo.
Las primeras producciones de lo que comenzó a ser llamado cemento romano en
Cuba, se realizaron en nuestro país en una pequeña planta instalada a tal fin en el
lugar conocido por El Brujo a mediados de 1987 en Santiago de Cuba. Algo más
tarde sucedió en la provincia Granma donde se realizaron investigaciones
ingeniero geológicas por un grupo de especialistas encabezado por el entonces
Ing. Rolando Rizo Beria y la Ing. Milagros Bridón, pertenecientes a la Empresa
Geominera Oriente en las tobas zeolitizadas de la localidad de Bueycito, municipio
Buey Arriba, para ese entonces en dicho yacimiento se contó con una planta de
27
�procesamiento del mineral, el por qué hoy día no contamos con dicha planta sufre
de varias interrogantes al paso de los años, una de ellas pudo haber sido las
reiteradas violaciones en todo proceso tecnológico del mineral desde que es
extraído de la mina hasta su paso por la planta de procesamiento.
En su investigación Zaldivar (2011) realiza una reevaluación del mencionado
yacimiento de las tobas zeolitizadas de Bueycito donde se evidencia la posibilidad
del uso de este material puzolánico en las mezclas de hormigón y morteros
hidráulicos de fck 20 MPa con adiciones de 5 y 10 %, logrando rendimientos del
cemento superiores a la unidad.
La evaluación entonces de materiales puzolánicos consiste obviamente en
encontrar materiales que por sus características químicas, mineralógicas y
petrológicas, incluso morfológicas hagan suponer la posibilidad de actividad
puzolánica. Las tobas vitroclásticas de origen volcánico, constituyen una fuente
prácticamente inagotable de puzolanas. Por lo que se puede considerar que el
empleo actual de materiales puzolánicos es una aplicación innovadora de una
tecnología antigua para depósitos de materiales con características adecuadas
que permitan su utilización para estos fines.
1.7 Características físico-geográficas del yacimiento Jiguaní
Según Llull (1995) en su Informe de Prospección Detallada y Exploración
Orientativa de vidrio volcánico en el yacimiento Jiguaní da a conocer las siguientes
características físico-geográficas y geológicas generales del yacimiento.
Ubicación
El yacimiento se encuentra ubicado al Norte de la ciudad de Jiguaní, en la
localidad conocida como Pozo Viejo, en la provincia Granma, se localiza en la
plancheta topográfica 4977-II. Según el sistema de coordenadas Lambert el sector
de estudio se encuentra ubicado en el siguiente punto, X: 541 900; Y: 195 500.
Relieve
El área de estudio se caracteriza por tener una superficie suavemente ondulada, a
veces llana, con cotas que oscilan entre 5 - 100 m.s.n.m., resultando el límite Sur
del valle con cota de 100 m; reflejo de los intensos cambios estructurales y
morfológicos transcurridos en el tiempo.
28
�Clima
Es un área típica de un clima tropical húmedo, sometida a la acción de los vientos
alisios del NW en el invierno y de ENE en verano. De acuerdo a la distribución de
las precipitaciones atmosféricas, se determinan en el año dos períodos, el húmedo
(Mayo-Octubre) y el período seco (Noviembre-Abril) con 200-300 mm que resulta
insuficiente para el abastecimiento de agua a algunos tipos de cultivos y para el
consumo de animales, en comparación con el lluvioso (600 y hasta 1100-1200
mm), con una media anual de la provincia de 1350 mm. La distribución de las
precipitaciones es irregular y juegan un papel significativo en los escurrimientos
superficiales y en el régimen subterráneo, las cuales aumentan con las alturas
topográficas. Los valores más bajos de lluvia en la provincia se registran hacia
zonas de Cauto Cristo, Río Cauto, Jiguaní y Pilón. En el Valle del Cauto las zonas
de muy baja pluviosidad, reflejan láminas de 800 mm anuales o menos,
convirtiéndose en una de las llanuras más secas de la isla, provocando la
concentración de altos contenidos de sales. La temperatura media anual se oscila
entre los 24 y 26°C, con mínimas entre 19.6 y 22.2°C y máximas que fluctúan
entre los 30.0 y 32.5°C.
Figura 1.1. Mapa de ubicación geográfica
29
�1.8 Marco geológico regional y local
Estratigrafía de la región
La región es típica de sedimentos con edades que fluctúan entre el Holoceno y el
Eoceno Medio (Brull; et. al., 1998), según el levantamiento cubano-húngaro a
escala 1:250 000 (figura 1.2.), siendo características las formaciones geológicas
siguientes:
- Grupo El Cobre: Subdivisiones (eco): Fm. El Caney y Fm. Pilón. Se puede
localizar en los alrededores del poblado El Cobre y otras áreas de las provincias
de Granma y Santiago de Cuba. Constituida por diferentes tipos de rocas
vulcanógenas
y
vulcanógeno-sedimentarias
en
distintas
correlaciones
y
combinaciones alternantes, muy variables en sentido vertical y lateral. Las
transiciones entre ellas a veces son bruscas y otras graduales y en muchos casos
es prácticamente imposible establecer delimitaciones entre ellas. Las rocas más
abundantes son: tobas, tobas aglomeráticas, lavas y lavas aglomeráticas de
composición andesítica, andesito-dacítica y dacítica, raramente riolítica, riodacítica
y basáltica. Con estas rocas se intercalan tufitas y calizas, además se asocian a
este complejo vulcanógeno-sedimentario cuerpos hipabisales y diques de diversa
composición. En su composición también participan tobas cineríticas, tufitas, tobas
calcáreas, calizas tobáceas, areniscas polimícticas y vulcanomícticas y grauvacas.
Yace discordantemente sobre las formaciones Manacal, Palma Mocha y Tejas.
Está cubierta concordantemente por la Fm. Puerto Boniato y discordantemente por
las formaciones Cauto, Charco Redondo, Dátil, Jaimanitas (parte indiferenciada y
su Mbro. Tortuguilla), Río Maya, San Luis, los Grupos Guacanayabo (Fm.
Manzanillo), Guantánamo (Miembros Guardarraya y Yacabo de la Fm. Punta
Imías) y el Mbro. Quintero (Fm. La Cruz).
Edad: Paleoceno- Eoceno Medio parte baja.
-Formación Mícara (mc): Se desarrolla en las provincias de Granma, Holguín y
Santiago de Cuba. Por su composición esta unidad se puede dividir en tres partes:
inferior, media y superior.
Inferior: Constituida por aleurolitas masivas, mal estratificadas, brechas, areniscas,
arcillas y calizas.
30
�Media: Secuencia olistostrómicas de margas, areniscas, aleurolitas, gravelitas y
conglomerados. Los olistolitos son de brecha y ultrabasitas serpentinizadas. La
estratificación es buena.
Superior: Predominan las aleurolitas y subordinadamente brechas y areniscas
tobáceas, en su parte más alta, con intercalaciones de tobas ácidas bentonizadas
y calizas. Presentan buena estratificación. Las areniscas, aleurolitas, brechas,
gravelitas y conglomerados son polimícticos. Las calizas son biodetríticas,
arenosas y brechosas. Algunas veces en la parte alta de la formación, las
areniscas y aleurolitas tienen un contenido alto de tobas vitroclásticas y
cristaloclásticas y de tufitas psammíticas. En estos depósitos se observa
estratificación gradacional y en ocasiones cruzada.
Yace discordantemente sobre las formaciones La Picota y Santo Domingo. Es
cubierta concordantemente por la Fm. Gran Tierra y discordantemente por las
formaciones Charco Redondo, Mucaral, Puerto Boniato y Sabaneta. Su parte
inferior transiciona lateralmente a la parte alta de la Fm. La Picota.
Edad: Cretácico Superior Maestrichtiano Superior- Paleoceno Inferior Daniano
basal.
-Formación Charco Redondo (chr): Sus depósitos están ampliamente distribuidos
en todo el Norte de la Sierra Maestra incluyendo la Cordillera de la Gran Piedra.
Son calizas compactas organodetríticas, fosilíferas, de color variable. En la parte
inferior del corte, son frecuentes las brechas y en la base en ocasiones
conglomerados basales. Pueden aparecer calcarenitas, y algunas areniscas
escasas intercaladas. Yace discordantemente sobre las formaciones Caney,
Tejas, y el Grupo El Cobre (parte indiferenciada).
Está cubierta discordantemente por las formaciones Barrancas, Bayamo, Dátil,
Farallón Grande y San Luis. Aparece cortada en los pozos Granma 1,
Embarcadero, Santa Regina 1, Manzanillo 1, Oruita 1 y Vicana 2.
Edad: Eoceno Medio.
- Formación Barrancas (bs): Se extiende en forma de franja irregular por la parte
Noroccidental de la Sierra Maestra, entre los ríos Buey y Mabay, provincia
Granma. Son características las tobas riolíticas-riodacíticas, cristalo-vitroclásticas
31
�y vitroclásticas, margas, areniscas calcáreo-tobáceas, calizas biodetríticas y
calcilutitas. Cubre discordantemente a las formaciones Charco Redondo y El
Caney, no estando clara su relación con la Fm. Farallón Grande. Está cubierta
discordantemente por las formaciones Cauto y Dátil.
Esta unidad representa un vulcanismo remanente del Arco Volcánico Paleogénico,
el cual se manifiesta también en una serie de diques que cortan las unidades
Farallón Grande y San Luís. Los sedimentos siliciclásticos, del Eoceno Medio
(parte alta) - Eoceno Superior, afloran ampliamente bordeando la cuenca desde el
Sur y hasta el Noreste.
Edad: Eoceno Medio (parte alta)-Eoceno Superior.
- Formación San Luis (sl): Se desarrolla ampliamente en la vertiente Sur y Este de
la cuenca, de gran potencia, compuesta predominantemente por areniscas
polimícticas, limolitas, margas, arcillas, calizas arcillosas, biodetríticas, arenosas y
conglomerados polimícticos. Se encuentra muy bien estratificada. Está cortada por
diques y cuerpos de basaltos. Yace concordantemente sobre las formaciones
Farallón Grande y Puerto Boniato, cubierta discordantemente por las formaciones
Casanova, Cauto, Río Maya, Manzanillo, Sevilla Arriba, Cabo Cruz, Bitirí y
Camazán. Los mayores espesores de la cuenca están formados por los paquetes
de rocas carbonatado-arcillosas y fragmentario-carbonatadas desde el Oligoceno
al Reciente.
Edad: Eoceno Medio (parte alta)-Eoceno Superior.
- Formación Camazán (cz): Aflora en grandes áreas en la región central de la
cuenca, siendo una de las unidades más ampliamente distribuidas. Se
corresponde con una secuencia de calizas coralino-algáceas (biolititas), calizas
biodetríticas a veces arcillosas, calcarenitas, calciruditas, limolitas calcáreas, con
intercalaciones de margas y arcillas, ocasionalmente yesíferas; su coloración es
variable, desde el amarillo, crema, carmelita y gris. Se observa en relación
discordante con las formaciones Charco Redondo, San Luis y Tejas. Es cubierta
concordantemente
por las
formaciones Paso
Real
y Río
Jagüeyes, y
discordantemente por las formaciones Bayamo y Cauto. Transiciona lateralmente
a la Fm. Bitirí, y en parte a la Fm. Paso Real.
32
�Edad: Oligoceno Superior -Mioceno Inferior por asociación fosilífera.
- Formación Bitirí: Ocupa áreas discontinuas en la región de Contramaestre y
Jiguaní. Litológicamente está constituida por calizas algáceas de matriz fina,
duras, compactas y carsificadas, que contienen ocasionalmente fragmentos de
corales y grandes Lepidocyclinas. Colores amarillo-grisáceo a carmelitoso. Yace
discordantemente sobre las formaciones Charco Redondo y San Luis. Es cubierta
discordantemente por las formaciones Cauto, Río Jagüeyes y la cobertura aluvial
Cuaternaria. Lateralmente transiciona a las calizas algáceas de la Fm. Camazán.
Edad: Oligoceno Superior- Mioceno Inferior.
- Formación Rio Macío (rio): Está constituida por bloques, cantos rodados, gravas,
arenas, aleurolitas y arcillas. Se extiende en el cauce, orillas y desembocadura de
los ríos. Yace discordantemente sobre numerosas formaciones, que abarcan
desde las formaciones más antiguas hasta el Cuaternario.
Edad: Holoceno.
- Formación Bayamo (by): Puede observarse al Sureste y centro de la cuenca,
principalmente en los alrededores de la ciudad de Bayamo. Se compone de
arenas grises y amarillo-grisáceas de grano fino, con lentes de areniscas y
conglomerados de guijarros finos e intercalaciones de arcillas arenosas. Cubre
discordantemente las formaciones Camazán, Charco Redondo, Manzanillo y Paso
Real. La sobreyace concordantemente la Fm. Cauto.
Edad: Plioceno Superior- Pleistoceno Inferior.
- Formación Cauto (cau): Ocupa la mayor parte del área de la Cuenca Cauto. Son
depósitos mal consolidados de arcillas, limos, arenas, gravas polimícticas y
conglomerados polimícticos, con estratificación horizontal y cruzada. Coloración
gris y gris-parduzca. Yace concordantemente sobre la Fm. Bayamo y
discordantemente sobre las formaciones Barrancas, Bitirí, Camazán, Dátil,
Manzanillo, Paso Real, Río Jagüeyes, San Luis, Manzanillo, Paso Real y el Grupo
El Cobre.
En el Cuaternario también se han depositado abundantes sedimentos, los cuales
aún no son reconocidos como una formación, pero se agrupan por los ambientes
de sedimentación predominantes.
33
�Edad: Pleistoceno Superior.
- Formación Dátil (dt): Está constituida por un conglomerado
seleccionado, mal cementado y sin estratificación
polimíctico mal
visible, color rojizo con
manchas de ocre. En la mayoría de los casos, los cantos son sub-angulosos y sus
diámetros varían entre 0.5 cm y 35.0 cm. Están constituidos por distintos tipos de
rocas de la Fm. Cobre, incluyendo rocas abisales, hipabisales e hidrotermales,
entre los cuales predominan las variedades más resistentes, calcedonia y ágata
en menor medida. La matriz del conglomerado es una arenisca arcillosa, de color
rojo con manchas de ocre, poco resistente, friable y limonitizada.
Edad: Plioceno Superior- Pleistoceno basal.
- Formación Yayal (yay): Constituida por arcillas calcáreas y compactas de color
crema y blanco; calizas organodetríticas, agrietadas, cavernosas de color blanco y
crema; margas carbonatadas, nodulares, agrietadas, verde grisácea y dolomitas
arcillosas, duras cavernosas, a veces organógenas, color blanco y verde cremoso.
Las estructuras son masivas y la estratificación está enmarcada por cambios
litológicos.
Edad probable: Mioceno medio.
- Formación Caney: Solo aflora en el borde noroccidental de la Sierra Maestra, o
sea, la parte Sur y Este de la cuenca. Está representada por una alternancia de
tobas cineríticas, tufitas, tobas calcáreas, tobas lapíllitas, calizas tobáceas. Se han
reportado un conjunto de rocas volcánicas y piroclásticas bien estratificadas:
conglobrechas tobáceas, tobas de diferente granulometría de colores desde
amarillento, verdes o abigarradas, tufitas y calizas tobáceas de color verdoso,
calizas de color gris claro y margas. Se depositó concordantemente sobre la Fm.
Pilón y la secuencia indiferenciada del Grupo El Cobre, con la cual transiciona
lateralmente también. Está cubierta concordantemente por la Fm. Puerto Boniato y
discordantemente por las formaciones Barrancas, Charco Redondo y San Luis.
Edad: Eoceno Medio (parte baja).
-Formación Puerto Boniato (pb): Se desarrolla en forma de franja discontinua en la
Sierra Maestra, al S de la Sierra de Cristal y al S de Baracoa, provincias de
Santiago de Cuba, Holguín y Guantánamo. Litológicamente presenta una
34
�alternancia de calizas organodetríticas aporcelanadas, algáceas y margas, con
intercalaciones de sílice negro- parduzco. Yace concordantemente sobre las
formaciones El Caney, Sabaneta y Gr. El Cobre (parte indiferenciada) y
discordantemente sobre la Fm. La Picota. Es cubierta concordantemente por las
formaciones Mucaral, San Luis y Sierra de Capiro. Se depositó en un ambiente de
aguas medianamente profundas.
Edad: Eoceno Medio.
- Depósitos palustres (pQ4): Estos sedimentos costeros se forman en dos
ambientes esencialmente diferentes, distinguiéndose dos tipos de depósitos: los
pantanos costeros de agua dulce y los pantanos de mangles. Los primeros
prácticamente no reciben material terrígeno y sus depósitos están representados
fundamentalmente por residuos vegetales y limos carbonatados; y los segundos
se representan en facies carbonatado-arcillosas y arcillosas. La facie terrígena de
los pantanos de mangles es característica de arcillas de color gris oscuro y pardo
oscuro fuertemente salinizadas, y las arcillas arenosas con restos carbonizados de
troncos y raíces de mangles. La facie carbonatada de los depósitos de pantanos
de mangles es característica de limos finos carbonatado-organógenas con una
cantidad variable de detrito vegetal.
- Depósitos aluviales (alQ4): Característicos de arenas, arenas arcillosas y arcillas
arenosas, de color carmelita pardusco con manchas rojizas y grises de
granulometría media a fina, e intercalaciones de gravas y guijarros pequeños de
cuarzo, fragmentos de areniscas cuarzosas, concreciones ferruginosas, y
localmente, sedimentos carbonatados con fragmentos de caliza organógena. Su
espesor varía de 1-5 m. La composición de los clastos depende directamente de
las fuentes de aporte, mientras que la granulometría se vincula con la cercanía de
estas, pues a medida que avanza hacia las costas los sedimentos son más finos.
Comportamiento tectónico regional
La tectónica de la parte Suroriental de Cuba está determinada por su posición en
la zona de interacción de las placas litosféricas Norteamericana y Caribeña,
encontrándose relacionadas indisolublemente con la fosa profunda de Oriente al
Sur, la depresión graben sin forma Cauto-Nipe al NW y la depresión Central35
�Cuenca de Guantánamo al NE (Flores & Millán 1998). La Cuenca Cauto ubicada
al Oeste de Cuba Oriental tiene la forma de un triángulo alargado, representando
una zona deprimida rellena de grandes espesores de sedimentos del Terciario y el
Cuaternario. Limita tectónicamente al Norte con la Falla Axial y el Elevado de
Nipe; al Oeste con el sistema de fallas rumbo deslizantes Cauto-Nipe (Noroeste)
que limita a Las Tunas con Granma; al Sur con la falla Bartlett y al Este con el
sistema de fallas rumbo deslizantes Cauto-Nipe (Sureste) que limita a la Sierra
Maestra de la Cuenca Cauto).
Los movimientos tectónicos recientes de la corteza terrestre han sido objeto de
valoraciones según la evaluación ingeniero-geomorfológica de los datos
geodésicos de la red altimétrica nacional de alta precisión. El análisis conjunto de
los perfiles geólogo-geomorfológicos complejos y de las velocidades relativas de
los movimientos (Almirall et al. 1994), permitió la confección del esquema de las
tendencias generales de la geodinámica reciente del sector centro-meridional de la
cuenca del río Cauto, del cual se infiere que:
Para la periferia septentrional (incluyendo toda la llanura Sabanilla, paleosector
de la cuenca hidrográfica del Cauto, situada al Sur de Campechuela y Manzanillo)
es característico un incremento general de los descensos relativos del SW (-2 a -3
mm/año) al NE (-6 a -7 mm/año), en dirección a la depresión Cauto.
El carácter general del incremento de los descensos refleja que la llanura no
posee una morfoestructura plicativa sino de bloque-falla. La depresión Cauto se
caracteriza por descensos generales, los cuales crecen hacia el Este, alcanzando
en su parte central de -12 a -15 mm/año.
Investigaciones sobre la geodinámica de Cuba Oriental reflejan descensos entre
-2,5 y -7 para la región axial de la Cuenca del Cauto, las cuales se evidencian en
el perfil complejo de la línea geodésica Holguín-Bayamo y en el mapa general de
los movimientos de ese móvil territorio.
El análisis de los gradientes de las velocidades relativas de los movimientos
tectónicos recientes, refleja una fuerte actividad neotectónica en la depresión, la
cual se corresponde con la diferenciación morfoestructural, las manifestaciones
sísmicas y los jóvenes procesos de formación de grietas, que determinan en
36
�ocasiones la formación de generaciones de deslizamientos en el joven cañón del
río Cauto, como ocurrió pocos años atrás en el poblado La Yaya.
La interpretación de la estructura profunda a través del corte transversal de Cuba
Suroriental, refleja la correspondencia entre la diferenciación morfoestructural, el
campo gravimétrico y el régimen espacial de la endodinámica reciente de la
Cuenca Cauto, región cubana de marcada y sostenida subsidencia durante la
segunda parte del presente siglo.
En Cuba, durante la etapa neotectónica (Mioceno-Cuaternario) del desarrollo del
relieve se originaron numerosas cuencas superpuestas de subsidencia, entre las
que sobresale la depresión Cauto-Nipe, la cual en el Pleistoceno SuperiorHoloceno experimentó una inversión de su régimen tectónico, con ascensos
débiles que originaron la formación de varios pisos de llanuras y espectros de
terrazas marinas, fluviomarinas y fluviales. De acuerdo a las mediciones
geodésicas repetidas se detectó una tendencia actual a los descensos (nueva
inversión geodinámica), que alcanza en su zona central valores de hasta -14
mm/año y menos acentuados hacia las partes periféricas de Cabo CruzManzanillo con valores entre -1 y -6 mm/año, y aún más actualizados del orden de
-2,5 a -7 mm/año. Paralelamente a los cambios glacioeustáticos, en este caso de
sentidos opuestos, el régimen natural de interacciones hidrológicas entre el
acuatorio marino del Golfo de Guacanayabo y el potencial freático de la Cuenca
Cauto ha sufrido sensibles rupturas de su equilibrio dinámico, debido a la
transformación ingenieril del gasto fluvial de esta última por la construcción de
embalses con fines socioeconómicos y preventivos ante los riesgos por
devastadoras inundaciones. En este contexto, la intrusión salina avanza tierra
adentro, lo cual entre otros procesos adversos contribuye a la desertificación de su
paisaje geográfico.
Otras evidencias de los descensos continuos de la corteza terrestre de la
depresión superpuesta Cauto-Nipe lo constituyen:
La extensión y ampliación de los geosistemas transicionales litorales
(manglares) en la zona de Cabo Cruz, obtenidas mediante cartografía
comparativa de la década de los años 50 y la actualidad
37
� La desaparición de tramos del camino colonial de la región bajo algunos
sectores cenagosos o de su acercamiento a la costa actual
La reconstrucción del poblado de Cabo Cruz en la terraza abrasiva más
elevada, al Este del asentamiento original
La transgresión marina total sobre cayos y formas acumulativas del litoral
manzanillero, entre muchas.
Geomorfología regional
Constituye la tercera megamorfoestructura general de Cuba Suroriental, en la cual
transcurrieron los descensos neotectónicos más intensos del archipiélago cubano.
Esta es una zona marginal transitoria de tipo isostático de compensación, entre las
regiones de los arcos insulares septentrional y meridional de Cuba Oriental
(Almirall; et. al., 1994).
En esta paleodepresión se depositaron grandes espesores de sedimentos
carbonatados y terrígenos durante el Oligoceno-Mioceno. Según los datos de
perforación, se distinguen tres depresiones: Guacanayabo (1750 m), Cacocum
(1300 m) y Nipe (900 m), divididas por los ascensos de Babiney-Mir y BarajaguaMarcané.
En la etapa neotectónica tardía fue de gran importancia la activación de algunas
fallas regionales y zonas de fallas transregionales de dirección SW-NE. Las
grandes zonas de morfoalineamientos transverso-diagonales, que dividen el
macrobloque montañoso de la Sierra Maestra en mesobloques, atraviesan la
morfoestructura longitudinal-sublatitudinal original de la depresión y la fraccionan
en un mosaico de mesounidades transverso-diagonales. En la depresión-graben
del Cauto predominan amplias llanuras bloque-monoclinales escalonadas, en las
cuales, en ocasiones aflora el basamento plegado y cuerpos intrusivos. En la
región de Jiguaní, se refleja claramente la continuación de las morfoestructuras
montañosas por medio del sistema de fallas que determinan un claro
escalonamiento de las llanuras hacia el NE, y en Bayamo hacia el NW. En el
relieve de la llanura se destacan el horst lineal El Yarey y una morfoestructura
circular, relacionados con el desarrollo de intrusiones basálticas.
38
�En la parte occidental de la depresión-graben están ampliamente desarrolladas las
llanuras monoclinales planas, con alto desarrollo de meandrización. En el
Pleistoceno Tardío, la depresión experimentó, en esta región, una inversión del
régimen tectónico; los descensos fueron sustituidos por ascensos en la zona de
intersección de la morfoestructura local, lo que produjo un profundo cortamiento
del cauce del río Cauto.
Hacia
el
Este,
las
altas llanuras
bloque-monoclinales
Remanganaguas-
Buenaventura constituyen una zona de tránsito hacia la depresión Central, esas
grandes morfoestructuras son cortadas por valles tectóno-estructurales como el
del río Contramaestre, y más al Este por sectores deprimidos de graben como San
Luis-Dos Caminos. Al Norte de estas llanuras el relieve se caracteriza por el
diseño paralelo de la red fluvial de los ríos Cauto y Salado, y también en el caso
de La Rioja. Las formas fluviales pequeñas y de cárcavas en esta región, son
paralelas. Los elementos de disección erosiva en conjunto, cortaron las zonas
lineales de formación de grietas recientes, esto permitió una nueva zona
sublatitudinal-longitudinal de alineamientos morfoestructurales. La morfoestructura
de los flancos septentrional y meridional de la depresión se diferencia claramente
en las variaciones de los espectros de terrazas fluviales. En el flanco Norte de los
valles fluviales están desarrolladas unas terrazas bajas escalonadas; mientras que
en el flanco meridional de los valles predominan terrazas erosivas altas. El
extremo más oriental de la cuenca hidrográfica del Cauto, ocupa las llanuras altas
de la depresión central (H=200-220, 260-280 m), siendo en el contexto geólogogeomorfológico de Cuba Oriental una de las depresiones más antiguas.
Está ocupada por conglomerados, areniscas y arenas arcillosas de las
formaciones molásicas del Eoceno Tardío. En la etapa neotectónica, la depresión
experimentó ascensos débiles y la falla ―Oriente‖ la separó de la depresión CautoNipe. Las llanuras del fondo de la depresión representan una formación de zócalo
y
no
existen
huellas
de
acumulación
Plioceno-Cuaternaria
significativa.
Morfológicamente, esta depresión no es un hundimiento intermontañoso típico,
sino la depresión de la zona de ascensos.
39
�En el período reciente está deformada por un complejo sistema de bloques
morfoestructurales. En su porción central están desarrolladas las llanuras bloqueescalonadas subhorizontales, las cuales al Norte y al Sur transitan al sistema de
escalones premontañosos, lo que demuestra el incremento de los ascensos hacia
la periferia montañosa. La depresión está fracturada por las fallas diagonales de
dirección SW-NE, las cuales también limitan el bloque central más elevado del
macizo de la Gran Piedra.
Características geológicas del yacimiento Jiguaní
Figura 1.2. Mapa geológico de Jiguaní
La Fm. Caney (Eoceno Medio - Inferior) está representada por una alternancia de
tobas cineríticas, tufitas, tobas calcáreas, tobas lapíllitas y calizas tobáceas.
La Fm. Charco Redondo (Eoceno Medio) está compuesta por calizas compactas
organodetríticas, fosilíferas, de color variable. Pueden aparecer calcarenitas, y
algunas areniscas escasas intercaladas.
40
�La
Fm.
San
Luis
(Eoceno
Medio
-
Eoceno
Superior):
se
compone
predominantemente por areniscas polimícticas, limolitas, margas, arcillas, calizas
arcillosas, biodetríticas, arenosas y conglomerados polimícticos. Se encuentra
muy bien estratificada.
La Fm. Camazán (Oligoceno Superior - Mioceno Inferior), se corresponde con una
secuencia de calizas coralino-algáceas (biolititas), calizas biodetríticas a veces
arcillosas, calcarenitas, calciruditas, limolitas calcáreas, con intercalaciones de
margas y arcillas, ocasionalmente yesíferas.
La Fm. Bayamo (Plioceno Superior - Pleistoceno Inferior) se compone de arenas
grises y amarillo-grisáceas de grano fino, con lentes de areniscas y
conglomerados de guijarros finos e intercalaciones de arcillas arenosas.
La Fm. Cauto (Pleistoceno Superior.) presentan depósitos mal consolidados de
arcillas, limos, arenas, gravas polimícticas y conglomerados polimícticos, con
estratificación horizontal y cruzada. Coloración gris y gris-parduzca.
Tectónica: Atendiendo a las particularidades geológicas en el área del yacimiento,
a la forma de ocurrencia y disposición en el corte geológico de las tobas
vitroclásticas, se piensa en la presencia de fallas que provocaron la formación de
bloques de tipos horstmonoclinales. Movimientos neotectónicos tardíos reactivaron
estas fallas y gracias a ello fue posible que aflorara el basamento, en este caso lo
constituyen las tobas vitroclásticas.
Rocas encajantes: Tobas vitroclásticas de color gris, de granulometría fina a
media, en mayor o menor grado abrasivas al tacto. Estructura vitroclástica, roca
compuesta por vidrio volcánico en forma de vitroclastos de diferentes formas.
Características morfológicas del cuerpo mineral: Por su morfología el
yacimiento asemeja un cuerpo con forma de bolsón, se observan acuñamientos
del horizonte tobáceo, hacia el Norte y Sur, la potencia de la zona mineralizada,
alcanza 17.80 m en la parte de mayor espesor. A lo largo del rumbo, el cuerpo
mineral alcanza una extensión aproximada de 285 m. Por el buzamiento el cuerpo
mineral se entierra hacia el Este (con buzamiento aproximado de 12º) por debajo
del paquete de calizas que sobreyacen el horizonte de tobas y que afloran en la
parte más elevada del área del yacimiento.
41
�Composición
mineralógica:
Las
tobas
vitroclásticas
del
yacimiento,
mineralógicamente están constituidas esencialmente por vidrio volcánico y
montmorillonita, subordinadamente contienen, aunque en bajos por cientos,
feldespatos, calcita, cuarzo y raramente zeolita.
Calidad de la materia prima: Se aprecia que los compuestos que aparecen como
constituyentes son: en mayores cantidades óxido de silicio y óxido de aluminio,
con composición media el óxido de hierro III, óxido de calcio y en menores
cantidades los óxidos de sodio, magnesio, potasio y manganeso.
Contenido, (%) Compuesto
Tabla 1.2. Composición química (media)
SiO2
Al2O3 Fe2O3
CaO
Na2 O
K2O
MgO
MnO2
P2O5
TiO2
SO3
PPI
61.27
13.20
3.15
3.58
1.75
2.29
0.05
0.09
0.38
0.1
10.32
3.73
Contenido medio de vidrio volcánico 60.22%
Contenido medio de montmorillonita 35.06%
Contenido medio de intercambio catiónico 31.82 meq
Contenido medio de CaCO3 4.09
Peso volumétrico seco 1.008 t/m3
Peso volumétrico saturado 29.82%
42
�CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS
En el presente capítulo se hace una descripción detallada de la metodología
empleada durante la caracterización geológica general y evaluación de las tobas
vítreas del yacimiento Jiguaní como material puzolánico.
2.1 Metodología de la investigación
La investigación desarrollada contempló una metodología basada en 4 etapas de
investigación, las cuales se sintetizan en la recopilación, análisis, procesamiento e
interpretación de la información, así como su posterior representación, las cuales
son esquematizadas a continuación en la figura 2.1.
Para dar cumplimiento a los objetivos propuestos se trazaron varias tareas las
cuales fueron cumplidas satisfactoriamente. A continuación, se describen las tres
etapas de trabajo.
Figura 2.1 Flujograma de la investigación
44
�2.2 Etapa preliminar
Se desarrolló la consulta de un volumen de literaturas relacionadas con la temática
a nivel mundial, nacional y provincial basadas en búsquedas bibliográficas en el
Centro de Información Científico–Técnica (ICT) del Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa y en otros centros docentes del país de artículos científicos,
Trabajos de Diploma, Maestrías y Doctorados, etc.; en el Archivo Técnico de la
Oficina Nacional de Recursos Minerales en Santiago se procedió a la revisión de
la información geológica referente al yacimiento de tobas vítreas en Jiguaní, de
conjunto con los especialistas de la Unidad Empresarial Base Laboratorio en
Granma perteneciente a la ENIA Holguín, se consultaron las normas referidas a la
investigación en particular nacionales e internacionales.
2.3 Etapa de trabajo de campo
Toma y preparación de las tobas vítreas
Para la realización de la investigación las muestras fueron tomadas del yacimiento
de tobas vítreas en la localidad de Pozo Viejo en el municipio de Jiguaní. El
método aplicado de toma de muestras fue el método por puntos, que consistió en
la toma de trozos típicos de la materia prima. Seguidamente fueron sometidas a
un proceso de reducción de su tamaño mediante tres etapas de trituración, cada
una por separado.
Figura 2.2. Molino de disco U/B Loma de Piedra
En la primera etapa se utilizó la trituración por impacto de forma manual hasta
lograr obtener fragmentos máximos de 25 y 30 mm aproximadamente. Después
de la trituración manual en que se obtuvieron tamaños máximos de 30 mm, se
llevaron a cabo dos etapas de trituración en el molino de disco figura 2.2; el cual
45
�tiene un diámetro de alimentación de 30 mm regulando la salida del material a 3
mm respectivamente.
El material es recirculado en una segunda etapa en el mismo molino de disco
regulando la salida del material para la obtención de las clases granulométricas
menores de 1 mm. Esta última fracción granulométrica fue la escogida por el
colectivo del Departamento de Producción de la Empresa Provincial de
Construcción y Mantenimiento Constructivo, después de haberse analizado la
factibilidad económica de procesar el mineral con el equipamiento tecnológico con
que dicha entidad cuenta, en el caso de una producción a escala industrial para la
elaboración de morteros, hormigones y bloques hormigón de 40 x 20 x 15 cm.
2.4 Etapa de laboratorio
Para el análisis de las muestras seleccionadas en la presente investigación fue
necesario realizar trabajos de laboratorio de preparación de muestras donde
primeramente todo el material utilizado fue verificado por el tamiz No. 20 de 0.8
mm.
Materiales utilizados
La aplicación de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní como puzolanas
naturales se realiza bajo el concepto de contribuir al ahorro del cemento, abaratar
el costo en la producción de morteros y hormigones hidráulicos con el aporte que
este hecho realiza al medio ambiente y la economía del país.
Los materiales utilizados en las mezclas de morteros y hormigones son:
Las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní.
Cemento Portland Gris P-350, según NC 95: (2001). Cemento Portland.
Especificaciones.
Áridos Finos (5 - 0.15 mm) según NC 251: (2005b) Áridos para Hormigón
Hidráulico. Especificaciones.
Áridos Gruesos (19 - 5 mm) según NC 251: (2005b). Áridos para Hormigón
Hidráulico. Especificaciones.
Los áridos provienen del molino Ramón Viamonte (El Cacao) de la Empresa de
Materiales de la Construcción de Granma.
46
�2.4.1 Métodos y técnicas analíticas, empleados en la investigación
La investigación se desarrolló siguiendo el método tradicional de experimentación,
el cual estuvo apoyado para su valoración en técnicas de análisis de
caracterización granulométrica, el índice de actividad resistente y en la
determinación de las resistencias mecánicas de morteros y hormigones
hidráulicos.
La elección del método y las técnicas analíticas se fundamentan en los aspectos
teóricos a los cuales se hizo referencia en el capítulo 1.
2.4.2 Método utilizado en la investigación
La obtención de los resultados a partir del método tradicional de experimentación,
en las investigaciones exploratorias, hacen de este método, candidato para ser
utilizado en esta investigación. Los porcentajes escogidos para la sustitución de
cemento Portland por tobas se fundamenta, en que la adición de la puzolana para
la producción de cemento Portland Puzolánico, constituye entre un 15 y 40 %, de
acuerdo a lo establecido en la ASTM C 595, no obstante, los cementos
puzolánicos más difundidos llegan hasta un 30 % en contenido de puzolana.
Por otro lado, la cantidad de material utilizado como aditivo varía frecuentemente
según su actividad puzolánica. Algunas puzolanas naturales son utilizadas en un
rango de 15 a 30 %, con respecto al peso total del cemento Stanton (1950). La
cantidad óptima de material puzolánico depende de dónde va a ser utilizado y las
especificaciones requeridas ACI 232. 1R, (2000).
Por lo tanto, al considerar que no es objetivo de este trabajo encontrar la
dosificación óptima de material a ser empleado como aditivo sino determinar la
existencia de propiedades puzolánicas en estos materiales, se tomó un porcentaje
mínimo de 10 % y un porcentaje máximo de 20 %. Para ello se partió del análisis
previo, realizado en las investigaciones de: (De Armas, 2008); (Muxlanga, 2009);
(Cabrera, 2010) y (Almenares, 2011).
2.4.3 Determinación de la composición granulométrica
El análisis granulométrico realizado se empleó para la determinación de la
47
�composición granulométrica y la distribución sumaria por clases de los áridos y del
material tobáceo en la elaboración de los morteros y hormigones hidráulicos en las
muestras analizadas.
Para el caso de los áridos, el procedimiento se basa en la determinación de las
fracciones granulométricas por medio de un movimiento lateral y vertical del tamiz,
acompañado de una acción de sacudida de manera que la muestra se mueva
continuamente sobre la superficie de los tamices, mediante la utilización de la
tamizadora mostrada en la figura 2.3, hasta lograr cernir todo el material posible
en cada tamiz para las diferentes muestras analizadas.
Las muestras del árido fino se separaron en las clases de tamaño, -4.76 + 2.38; 2,38 + 1,19; -1,19 + 0,59; -0,59 + 0,297 y -0,297 + 0,149; las muestras del árido
grueso se separaron en las clases de tamaño, -19.1 +9.52; -9.52 + 4.76 y -4.76 +
2.38, realizándose mediante el proceso de cribado por vía seca.
Figura 2.3. Tamizadora
Para determinar los porcentajes granulométricos de las tobas vítreas se tuvo en
cuenta el tratamiento de muestras utilizando el método de tamizaje para el
mezclado de una muestra de 1000g de tobas vítreas logrando un control de la
homogenización y que esta a su vez sea representativa dando lugar a la posterior
reducción del peso de la muestra por el método de cuarteo de forma manual
utilizando una regla graduada, el peso de la muestra analizada fue de 500 g para
la obtención de los porcientos granulométricos utilizando la tamizadora que se
muestra en la figura 2.3, la cual fue programada para 10 minutos.
48
�2.4.4 Determinación del índice de actividad puzolánica
Para la determinación de este índice se tomaron los resultados de las pruebas de
resistencia a la compresión a los 28 días del ensayo, calculándose a través de la
ecuación (2):
I . A.R
A
100
B
(2)
Dónde:
IAR: Índice de actividad resistente
A: Promedio de la resistencia a la compresión de las probetas del mortero de
ensayo (puzolana y cemento), MPa.
B: Promedio de la resistencia a la compresión de las probetas del mortero patrón
(cemento), MPa.
El método de ensayo para la determinación del índice de actividad puzolánica de
las muestras de morteros con adiciones del aditivo mineral, se recoge en la norma
cubana NC TS 527 (2007c), mediante el ensayo de resistencia a la compresión de
mezclas de cemento y arena normalizada (arena sílice).
2.4.5 Determinación de resistencias mecánicas en morteros
Los ensayos de la resistencia a la flexotracción y a la compresión de las tobas
vítreas a través de pruebas de morteros se detallan a continuación.
Preparación de los materiales para la conformación de los morteros
Se elaboraron un total de 45 probetas con material tobáceo del yacimiento
analizado; en la adición del 10 y 20 % de material tobáceo se confeccionaron un
total de 30 probetas, además de 15 probetas sin adición de tobas (patrones o de
referencia). Para garantizar la calidad de la arena primeramente se tomó la arena
y se sometió a un proceso de tamizado por el tamiz 2,36 mm, se lavó para eliminar
las partículas extrañas y contaminantes, se puso en la estufa por 24 horas para
eliminar su humedad. Luego se procedió a la dosificación para la elaboración de
los morteros.
Las probetas prismáticas de dimensiones 40x40x160 mm se fabrican con una
mezcla plástica, en la figura 2.2 se observa que en todos los casos se utilizó una
49
�relación cemento/arena 1:4 determinándose una relación agua-cemento-tobas por
la necesidad de alcanzar la fluidez requerida según los ensayos de consistencia
normal para cada material, debido a que en la práctica el agua se añade en la
mezcla hasta obtener la plasticidad y consistencia de la masa requerida. Se
conservan en atmósfera húmeda durante 24 h, las probetas desmoldadas se
sumergen inmediatamente en agua hasta el momento de los ensayos de
resistencia.
Tabla 2.1. Dosificación para la conformación de los morteros
Material
Sustitución
(%)
Patrón
Tobas Vítreas
Tobas Vítreas
10
20
Cemento (g)
268.4
241.6
214.7
Dosificación
Arena (g) Tobas (g)
1632
1632
26.84
1632
53.75
Agua (mL)
245
245
245
Tabla 2.2. Relación (cemento: arena: tobas vítreas)
Muestra Patrón
1: 4
Muestra con adición de 1
1: 3: 1
Muestra con adición de 1.5 1: 2.5: 1.5
Para la elaboración de los morteros se usó la mezcladora que aparece en la
figura 2.4, en la cual se vertió el agua previamente medida con una probeta
graduada en correspondencia con la cantidad a utilizar en cada una de las
mezclas diseñadas que aparecen en la tabla 2.1. Luego se realizó la adición del
cemento en las cantidades previamente calculadas, según las sustituciones (10 y
20 % de material tobáceo) y con el 100 % para la elaboración de los morteros de
referencia o patrón, y se procedió a la mezcla de los mismos durante 30 segundos
a velocidad lenta, hasta lograr la mezcla homogénea, luego se vertió la arena y sin
detener la mezcladora, se mezcló por 30 segundos más. Después se dejó en
reposo durante 90 segundos y se mezcló nuevamente a una velocidad rápida por
60 segundos. Lo que permitió una buena homogenización de los materiales.
El material mezclado se vertió en dos capas en el molde. La primera capa permite
que a los 60 segundos se expulse el aire atrapado en el material y la humedad
suba a la superficie. La segunda capa permite emparejar y enrasar los moldes, los
50
�que seguidamente fueron compactados manualmente y situados en un local
donde se garantizaba la buena conservación de los mismos, y pasadas 24 horas
se extrajeron los morteros y se colocaron en el área de curado hasta las edades
correspondientes a los ensayos de resistencia.
Figura 2.4. Mezcladora para morteros
Ensayo de resistencia a la flexotracción
El ensayo de la resistencia a la flexotracción, se realizó con la ayuda de tres
cilindros de acero de 10 mm de diámetro figura 2.5; dos de ellos, sobre los cuales
se apoya el mortero, situados en un mismo plano y paralelos a la distancia de 100
mm el tercero equidista de los dos primeros y se apoya sobre la cara opuesta de
la probeta.
Uno de los cilindros de soporte y el cilindro de carga serán capaces de oscilar
ligeramente con relación a sus centros para mantener una distribución uniforme de
la carga a todo lo ancho del mortero sin someterlo a esfuerzos de torsión.
La máquina empleada para el ensayo a compresión posee una precisión de 2,5
kN, se encuentra calibrada por la Oficina Territorial de Normalización de Holguín
acreditada por la norma NC ISO 17025: 2005. Requisitos Generales para la
Competencia de Laboratorios de Prueba y Calibración, lo cual asegura una
adecuada trazabilidad en sus mediciones. No se observaron anomalías en el
funcionamiento del equipo de medición durante la realización del ensayo.
El mortero se colocó sobre los cilindros de soportes, de forma que su eje
longitudinal sea perpendicular a los ejes de estos y su eje transversal y el del
cilindro de carga se encuentren en el mismo plano y paralelos entre sí.
51
�La carga P será aplicada verticalmente por el cilindro de carga sobre la cara lateral
de la probeta y deberá crecer progresivamente a razón de
( 5 1 kgf / s49 10N / S ).
El módulo de rotura R, está dado por la ecuación (3).
R
6 M 1,5 P l
b3
b3
(3)
Dónde:
b: lado de la sección cuadrada de la probeta
M: momento flector que es hallado por la fórmula siguiente:
M
PI
4
Dónde:
P : Carga de rotura aplicada en el medio del mortero
l : Distancia entre los cilindros de soporte
Si l y P se expresan en cm, la fórmula se transforma en:
R 0,234 P para l 10.00 cm
R 0,250 P para l 10,67 cm
R se expresa en kgf/cm2, cuando P está en kgf o en kN/cm2 cuando P está en kN.
Figura 2.5. Plato superior e inferior
Ensayo de resistencia a la compresión
En el ensayo de resistencia a la compresión cada probeta se sometió a un
52
�esfuerzo sobre las dos caras laterales de la misma. Para ello se utilizaron dos
placas de acero de dureza no inferior a HRC 60, de 40 0,1 mm de ancho y largo,
y de espesor mínimo de 10 mm, las cuales son planas con un error menor de
0,02 mm.
El conjunto se colocó entre los platos de 10x10 cm de la prensa que aparece en la
figura 2.5, cuya rótula está centrada sobre el eje de las secciones sometidas a
compresión. Los platos se guiaron sin fricción apreciable durante el ensayo para
poder mantener siempre la misma proyección horizontal. En el aditamento la placa
inferior fue introducida en la platina inferior. La placa superior con rótula recibe la
carga trasmitida por el plato superior de la prensa a través del conjunto de
deslizamiento el cual debe ser capaz de oscilar verticalmente, sin apreciable
fricción en el aditamento que guía.
Después de triturada la probeta el conjunto retorna automáticamente a la posición
inicial. La velocidad de carga estará comprendida entre 10 y 20 kgf·s/cm2 (0,10 a
0,20 kN·s/cm2) pero se reducirá en caso necesario para que el ensayo no dure
más de 10 segundos.
La resistencia a la compresión R se calculó mediante la ecuación (4):
P
P
R
S l b
(4)
Dónde
P: carga aplicada a la probeta.
S: superficie de la sección transversal de la probeta, cm2
R: se expresará en kgf/cm2 cuando P esté en kgf o en kN/cm2, cuando P esté en
kN.
Los ensayos de resistencia a la flexotracción y compresión se realizaron a las
edades de rotura de 3, 7, 28, 60 y 90 días.
Para cada material ensayado a las diferentes edades, se consideró que la
resistencia del mortero, tanto a la flexotracción como a la compresión, viene
expresada por el valor medio de los resultados obtenidos.
53
�2.4.7 Determinación de resistencias mecánicas en hormigones
Se elaboraron tres series de probetas, la primera fue la del patrón, las otras dos
fueron para las muestras con adiciones del 10 y 20 % de tobas vítreas a las
edades de 3, 7, 28, 60 y 90 días, todos las series se elaboraron con 6 probetas por
días de ensayo para un total de 90 probetas.
Preparación de los materiales para la conformación de los hormigones
Se diseña un hormigón que requiere una resistencia característica a compresión
de 25 MPa, con fluidez de 75 -100 mm y compactación manual. Para preparar el
hormigón se utiliza una hormigonera de tiro forzado de 50 litros figura 2.6. La
cantidad de amasadas propuestas son seis, la primera amasada de cada serie se
utiliza para ajustar la cantidad de agua requerida para la mezcla de hormigón,
mediante el cono de Abrams.
Las restantes cinco se toman como repeticiones a las que se le verifica el
asentamiento, las probetas a utilizar son cilíndricas de 150 x 300 mm para realizar
ensayos de resistencia mecánica a compresión a las edades de 3, 7, 28, 60 y 90
días, aplicando una carga axial de compresión figura 2.7, hasta llegar a la rotura
en la prensa hidráulica de 125 tn. Este ensayo se realizó de acuerdo con NC ISO
6275: 2005 y NC 244: 2002.
Figura 2.6. Mezcladora para hormigones
Figura 2.7. Prensa hidráulica
Para la determinación de la resistencia de cada una de las probetas ensayada se
empleó la siguiente expresión recogida en la NC 244: (2005a).
fci
10 * F
A
(MPa)
F= Carga en rotura (kN)
54
�A = Área de la sección transversal de la probeta (cm2)
fci= Resistencia de la probeta (MPa)
Todas las probetas se compactan por vía manual utilizando una varilla
normalizada y se mantienen en cámara de curado por inmersión, hasta la edad del
ensayo, en la tabla 2.3 se muestran las dosificaciones de las adiciones mineral y
química utilizadas en la investigación.
Tabla 2.3. Dosificación de hormigones de 25.0 MPa, con Tobas vítreas al 10 y 20 %.
Serie Patrón
Materiales
U/M
Cemento Portland
P -350
Kg
Toba como MCS
Serie 10 %
Serie 20 %
1m3 0.045m3 1m3 0.045m3 1m3 0.045m3
415
18.7
373
16.8
332
14.94
Kg
-
-
42
1.89
83
3.73
Gravilla 19-5 mm
Kg
1007
45.3
1007
45.3
1007
45.3
Arena 0.15-5 mm
Kg
706
31.8
706
318
706
31.8
Litros 201
9.0
201
9.0
201
9.0
0.52
0.52
a/c+p = 0.62
a/c+p = 0.72
75-100
75-100
Agua
A/C
Asentamiento Abrams
75-100
2.4.8 Ensayo de resistencia a la compresión en bloques
En la investigación se realizaron pruebas con adición del material puzolánico al 10
% del material tobáceo en bloques hormigón de 40x20x15 cm con compactación
mecánica figura 2.8, las características granulométricas de las tobas con las que
se realizaron estas pruebas son las mismas con las que se trabajaron los morteros
y hormigones hidráulicos.
Estos ensayos se tomaron como punto de partida de la aplicación de las tobas
vítreas como material puzolánico, a continuación en la tabla 2.4 se muestran la
dosificación
que
se utilizaron en
su confección, los materiales
fueron
premezclados y compactados mecánicamente en la máquina de producción de
bloques que se presenta en la figura 2.8.
Para llegar a estas dosificaciones se procedió a sustituir pesando 50 kg del
cemento P-350 el 10 % de tobas vítreas, representando 5 kg del cemento pesado,
55
�la granulometría de las tobas vítreas es la misma utilizada en morteros y
hormigones hidráulicos. Se usó un cubo metálico con 10 litros de capacidad
representando un volumen de 0.01 m3. Se realizaron dos series de bloques que
fueron mezclados en la parte superior de la máquina de bloques, donde se
encuentra el cajón con eje rotatorio en su interior, permitiendo una mejor
homogenización de los materiales, obteniéndose un total de 12 bloques.
Tabla 2.4. Dosificación para la conformación de los bloques de 40x20x15 cm
Cemento Arena
6.5 kg 0.015m3
Polvo de piedra
0.005m3
Granito
0.015m3
Figura 2.8. Máquina compactadora de bloques
2.5 Etapa de gabinete
En la cuarta etapa de la investigación se procesaron los datos obtenidos en los
análisis realizados durante la ejecución del trabajo, lo que permitió una
representación visual de los parámetros de resistencias mecánicas, rendimiento del
cemento e índice de puzolanidad en figuras y tablas, se desarrolló una interpretación
conjunta de estos resultados lo que resultó de gran ayuda para conocer si se cumplieron
los objetivo trazados.
56
�CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se presentan los resultados experimentales que confirman la hipótesis científica
sobre las potencialidades de los materiales tobáceos del yacimiento Jiguaní como
material puzolánico; mediante el análisis granulométrico de los áridos, el material
tobáceo y los ensayos mecánicos a las probetas de morteros y hormigones
hidráulicos, para ser empleados como material puzolánico.
3.1 Resultados experimentales y su análisis
3.1.1 Caracterización granulométrica
El procedimiento utilizado para la determinación de la composición granulométrica
de los áridos y del material tobáceo empleado en la elaboración de los morteros se
realizó según las metodologías descritas en el acápite 2.4.1.
Características generales y normativas del cemento P-350.
Tabla 3.1. Resultados comparativos, obtenidos en los ensayos físicos – mecánicos.
Resultados
obtenidos
Especificaciones NC 95: 2001
Índice
Físicos
Mecánicos
Requisitos
UM
P-350
Cemento P-350 a granel
Retenido en el tamiz
4900
%
(máximo) 10
3.7
Tiempo fraguado inicial
minuto
(minuto) 45
70
Tiempo fraguado final
hora
(máximo) 10
3h 15 min
Resistencia a la
flexotracción (mínima)
3 días
7 días
28 días
MPa
3.0
4.0
6.0
5.30
8.28
9.44
Resistencia a la
compresión (mínima)
3 días
7 días
28 días
MPa
17.0
25.0
35.0
22.8
26.8
38.0
En la tabla 3.1 se puede apreciar los resultados del análisis comparativo de los
ensayos físicos – mecánicos realizados al cemento P-350 con la NC 95: (2001)
58
�donde este cumple con las especificaciones para ser utilizado en nuestra
investigación para la obtención de hormigones hidráulicos de 25 MPa.
Caracterización granulométrica de los áridos
El conocimiento de la granulometría de los áridos, ya sean finos o gruesos es una
cuestión primordial para el diseño y la elaboración de las mezclas de hormigón, ya
que nos permite determinar la distribución del tamaño que poseen los áridos,
aspecto importante en las propiedades de los hormigones que lo contienen.
En las tablas 3.2 y 3.3 se muestran los resultados comparativos de los ensayos
realizados a los áridos finos fracción 5 – 0.15 mm proveniente del molino Ramón
Viamonte (El Cacao) con las especificaciones establecidas en la NC 251: (2005b).
Tabla 3.2. Análisis granulométrico, fracción 5-0,15 mm (Árido Fino) vs NC 251: (2005b).
Especificaciones de la
Resultados
obtenidos
NC 251:2005
Rangos de calidad
Tamiz % pasado Rango mínimo Rango máximo
4.76
95
90
100
2.38
60
70
100
1.19
34
45
80
0.59
20
25
60
0.297
8
10
30
0.149
3
2
10
Tabla 3.3. Resultados comparativos, fracción 5-0,15 mm (Árido Fino) vs. NC 251: (2005b).
Ensayos
Peso específico corriente
Resultados
obtenidos
2.65g/cm
Especificaciones
de la NC 251: 2005
Superior 2.5 g/cm
Absorción
1%
No supera 3 %
Más fino que el tamiz 200
1.80 %
Hasta un 5%
Partícula arcilla
0
No superará 1%
3
Peso unitario suelto
1.560 Kg/m
Peso de
3
volumen
Peso unitario compactado 1.760 Kg/m
Módulo de finura
3.72
Será entre 2.2 y 3.58
La desviación que se aprecia en el Módulo de Finura promedio es de un 0.14 %
con relación al límite superior del rango especificado en la NC 251: (2005b), lo
59
�cual es aceptable teniendo en cuenta la Nota incorporada en la mencionada
Norma, que cita: ―Para el suministro continuo de áridos finos de una fuente dada,
el Módulo de Finura promedio admitirá una desviación (mayor o menor) en el
orden de un 0,20 (20%)‖.
Figura 3.1. Curva granulométrica del árido fino
Según los resultados obtenidos, los mayores porcentajes de material retenido
forman las tres clases significativas cuyos diámetros se encuentran ubicados en
las fracciones - 2.38 + 1.19; - 1,19 + 0,59 y – 0,59 + 0,297 mm respectivamente.
En la tablas 3.4 y 3.5 se muestran los resultados comparativos obtenidos en la
fracción 5 – 19 mm (Árido Grueso) vs la NC 251: (2005b).
Tabla 3.4. Análisis Granulométrico, fracción 5-19 mm (Árido Grueso) vs NC 251: (2005b).
Resultados obtenidos
Tamiz
19.1
9.52
4.76
2.38
% pasado
99
22
3
2
Especificaciones de la
NC 251: 2005
Rangos de calidad
Rango mínimo Rango máximo
90
100
20
55
0
10
0
5
60
�Tabla 3.5. Comparación del árido Molino Ramón Viamonte, Fracción 5-19 mm (Árido
Grueso) vs. NC 251: (2005b)
Ensayos
Peso específico corriente
Resultados
obtenidos
2.65 g/cm
Especificaciones
de la
NC 251:2005
Superior 2.5 g/cm
Absorción
1%
No supera 3 %
Más fino que el tamiz 200
0.64 %
Hasta un 1 %
Partícula arcilla
0
No superará 1 %
3
Peso unitario suelto
1.464 Kg/m
Peso de
volumen
Peso unitario compactado
1.579
Partículas Planas y Alargadas
2.38
No superará 10 %
% de vacíos
40.4
-
Figura 3.2. Curva granulométrica fracción 5 – 19 mm (Árido Grueso)
Como se observa en el gráfico anteriormente expuesto la fracción 5 – 19 mm
cumple con los requisitos especificados por la NC 251: (2005b).
Las características de los áridos responden en gran medida a la trituración de la
roca, es por ello que se recomienda que en el caso de aplicar una clase de áridos
tanto finos como gruesos que no tengan precisamente una naturaleza caliza y
61
�estos a su vez no dieran resultados satisfactorios, no desecharlo como material
para los áridos sino solicitar una revisión al proceso de trituración de estos así
como las mallas de clasificación de las distintas fracciones, las cintas
trasportadoras del material y el lavado de los mismos.
Caracterización granulométrica de las tobas vítreas
Para la obtención de las clases granulométricas deseadas a utilizar en la
investigación se utilizó el cribado de las mismas por el tamiz No. 20 de 0.8 mm.
Esta fracción granulométrica ha sido estudiada por Pérez; Carballo y Ruiz (2013)
en la confección de hormigones hidráulicos, lo cual fue analizado por el colectivo
del Departamento de Producción; teniendo en cuenta la factibilidad de su
elaboración o procesamiento en las condiciones actuales de trituración y molienda
que posee la entidad, y la potencialidad de ser aplicada a escala industrial en la
producción de bloques hormigón y prefabricados con hormigones armados.
El análisis granulométrico de las tobas vítreas obtenidas en las condiciones
actuales de procesamiento arrojo los siguientes resultados.
Figura 3.3. Características de tamaño de las tobas vítreas
Se evidencia que el tamaño medio de las partículas está en el rango de 0,074 a
0,149 mm y que es mayoritario el contenido de partículas mayores a 0.074 mm
62
�según expresa la figura 3.3.
Las condiciones actuales de trituración y molienda que existen en la entidad
permiten obtener una granulometría comparable con un filler que posibilita el uso
de este material según las pruebas realizadas en esta investigación.
Tabla 3.6. Análisis granulométrico de las tobas vítreas
PESO INICIAL
TAMICES
mm
ASTM
500 g
Peso (g) % Retenido
No. 50
44
8.8
0.149 No. 100
188
37.6
0.074 No. 200
211
42.2
Fondo
57
11.4
Ʃ
500
100
0.295
+
3.1.2 Resistencias mecánicas en morteros
Se ofrecen los resultados de los ensayos mecánicos a la flexotracción y a la
compresión por muestras con tobas y muestras patrones, a las edades de 3, 7, 28,
60 y 90 días (ver anexo 1).
Los resultados de las resistencias mecánicas son de gran importancia para las
posibles aplicaciones y control de la calidad de cementos, morteros y hormigones,
principalmente la resistencia a la compresión, la cual puede ser utilizada como
criterio principal para seleccionar el tipo de mortero de colocación (ver anexo 2),
ya que es relativamente fácil de medir y comúnmente se relaciona con otras
propiedades, como la adherencia y absorción del mortero. En el trabajo se emplea
precisamente, para verificar cómo se comportan las resistencias en el tiempo, y
para determinar el índice de puzolanidad de los materiales con adición de tobas.
Resistencia a la flexotracción
La comparación de los diferentes resultados obtenidos según la adición del 10 y el
20 % del material tobáceo es representado en la figura 3.4, lo que permite
confirmar un incremento de la resistencia a la flexotracción en el tiempo
transcurrido entre los 3 y 90 días, período en el cual los valores medios calculados
de las edades han pasado de los 3.03, 4.08, 5.29, 5.93 y 6.42 MPa para el patrón;
63
�de 2.94, 3.07, 4.29, 5.29 y 5.94 MPa para el caso del 10 % y de 1.69, 1.91, 3.58,
3.86 y 4.23 MPa para la sustitución del 20 % de tobas vítreas respectivamente, lo
que indica que el aumento de las resistencias mecánicas a la flexotracción es
directamente proporcional al incremento de la magnitud tiempo.
Los morteros de referencia, muestran un aumento de resistencia, las cuales varían
de 1.05 a 1.21 MPa, pero el incremento es menor en comparación con los
morteros con adición de tobas al 10%.
Se puede observar que tanto para las tobas con adición de 10 % como para las de
20 % de adición existe un crecimiento ascendente, desde el punto de vista
cualitativo. Se refleja una tendencia al acercamiento de la resistencia a la
flexotracción de la mezcla patrón cuando se sustituye el 10 % del cemento el
material tobáceo, aunque estas no lograsen alcanzar valores superiores a los
patrones a partir de los 28 días. Se observa que los morteros con adición del 10 %
de tobas ofrecen mejor resistencia a la flexotracción que los elaborados con 20 %.
Figura 3.4. Resistencia a la flexotracción de los morteros
64
�Resistencia a la compresión
La observación de la figura 3.5 permite distinguir un desfase ascendente
experimentado por todas las muestras en comparación con la muestra patrón. De
forma similar a los resultados de la resistencia a la flexotracción, se puede
observar que la resistencia a la compresión de los morteros con adición de tobas,
muestran un incremento de 3 a 90 días, y los morteros con 10 % de tobas poseen
mayor resistencia a la compresión que los de la sustitución al 20 % del material
tobáceo durante todos los ensayos realizados.
Las muestras de morteros al 10 % de adición de tobas con una relación de
cemento/arena de 1: 4 no logran igualar la resistencia del cemento de referencia a
los 60 días; aunque Almenares (2011) hace referencia en su investigación que al
sustituir el 15 % del cemento con una relación de cemento/arena de 1: 3 sí logra
igualar la resistencia a la compresión del mortero de referencia a los 60 días. Esto
puedo estar referido a que una de las propiedades de las puzolanas es la de
aportar resistencias mecánicas muy bajas a edades tempranas, sin embargo,
adquieren altas resistencias a edades superiores, generalmente a partir de los 28
días de fraguado; aunque este fenómeno se explica si se tiene en cuenta que las
puzolanas tienen una fuerte tendencia a reaccionar con el hidróxido de calcio y
otras sales cálcicas en presencia de agua a temperatura ambiente, y que el
fraguado del mortero de referencia, se considera prácticamente completo a los 28
días, lo cual da lugar a la reacción puzolánica y, por consiguiente, la resistencia
mecánica crece a partir de este tiempo (Rabilero, 1988).
A la edad de 90 días, las muestras de morteros con adición de 10 % de puzolana,
muestran resistencias a la compresión cercanas a la del mortero de referencia. No
así para el 20 % de adición de tobas, que aunque exhiben un comportamiento
similar, las resistencias no alcanzan las resistencias desarrolladas por los
morteros con adición del 10 % de tobas vítreas.
Esto pudiera estar dado por las características granulométricas de las tobas
vítreas utilizadas en esta investigación, resultado que está en correspondencia con
las investigaciones realizadas por Day y Shi (1994); Costafreda; Calvo y Parra
(2011a); Rosell; et. al. (2011) y Muxlanga (2009); entre otros, los cuales obtuvieron
65
�valores de resistencias más acentuados a menor tamaño de partícula del material,
lo que permite una mayor posibilidad de reacción del óxido de silicio, con el
hidróxido de calcio que se libera durante las reacciones de hidratación del
cemento Pórtland, con la formación de silicatos de calcio estables con
propiedades cementantes.
3.1.3 Resistencia mecánica en hormigones.
Se puede observar en la figura 3.6 que los valores de resistencias mecánicas en
función del tiempo con adiciones del 10 y 20 % de tobas vítreas van teniendo un
aumento discreto en los primeros días; siendo esta una característica propia de los
materiales puzolánicos, al retardar el fraguado del cemento y con esto la ganancia
de mayores resistencias a edades posteriores.
Figura 3.5. Resistencia a la compresión de los morteros
Los valores de resistencias a la compresión de los hormigones con la adición del
10 % de tobas vítreas alcanzan la resistencia diseñada en la investigación de 25
MPa a los 28 días (ver anexo 3); no siendo el caso con la adición del 20 % del
material tobáceo, lo cual puede estar dado muy significativamente por la
granulometría seleccionada en la investigación, la cual fue tomada en cuenta para
la producción en una industria local con características tecnológicas propias donde
66
�sería muy costo a la vez que imposible alcanzar tal nivel de finura del material
donde según la norma NC 528: (2007d), la cantidad máxima retenida de todo el
material a evaluar seria de un 34 %, aunque se debe hacer especial mención
sobre la presencia en el yacimiento de las arcillas del tipo montmorillonita con un
contenido medio del 35.06 % las cuales podrían estar afectando dicha resistencia
a medida que se realiza el aumento de las tobas vítreas. Estos valores de
resistencias a la compresión se deben tomar en cuenta a la hora de la toma de
decisión en cuanto a su aplicación de las estructuras que la requieran, en el caso
de una vivienda las resistencias características son de 20 MPa para los elemento
que van a recibir la mayor carga dígase, las columnas, los cimientos, la placa.
Figura 3.6 Resistencia a la compresión con adición de tobas
La composición promedio de las muestras del material tobáceo se corresponde
con la exigida para su utilización como puzolana según la norma NC 528: (2007d),
donde la suma de SiO2, Al2O3 y Fe2O3 supera el 70 %. Se muestra un carácter
ácido, con contenido de SiO2 mayor que el 60 %.
La composición promedio de las muestras de tobas analizadas se corresponde
con la exigida para su utilización como puzolana, y corrobora además, los
resultados obtenidos por investigadores como Tapia (2003); Pérez (2006) y
(Frazao, 2007), los cuales determinaron su composición para otros estudios.
67
�3.1.4 Determinación de la resistencia a la compresión en bloques
Los resultados obtenidos en los valores de resitencia a compresion de los bloques
de 40x20x15 cm nos permite determinar que las tobas vítreas del yacimiento
Jiguaní, puede ser utilizado en la sustitución de cemento Portland P-350 al menos
en un 10 %, al ser la dosificicación que mejores resultados experimento en
morteros y en hormigones. En orden ascedente se observa en la figura 3.7 el
crecimiento de las resistencias a la compresón de los bloques con adicion del 10
% de tobas vitreas, alcanzando a los 28 dias una resistencia de 5.04 MPa que es
la resistencia caracteristica de estos bloques.
Figura 3.7. Resistecistencia a la compresion con adicion de las tobas al 10 %
3.2 Análisis de las perspectivas de utilización del material estudiado como
aditivo puzolánico
3.2.1 Evaluación del índice de actividad puzolánica
En la tabla 3.7 se representa el valor del índice de actividad resistente por
muestras en morteros al sustituir el 35 % del volumen absoluto del cemento a los
28 días de ensayado según lo establece la referida norma cubana NC TS 527:
(2007); se establece una comparación en relación al 75 % del valor del índice de
actividad puzolánica establecido en la norma cubana NC TS 528: 2007 a la
compresión del mortero patrón.
68
�Se debe destacar que la reacción puzolánica prevalece en el tiempo, mucho
después de los períodos de fraguado vigentes en las normas cubanas de (28 días)
para realizar dichos ensayos, es decir, mientras se produzca hidróxido de calcio la
acción inhibidora de la puzolana persiste, por lo que se puede considerar un
proceso de larga duración. Según Campolat; et. al. (2003), en el aspecto práctico,
este proceso es beneficioso, ya que con la neutralización del hidróxido de calcio
Ca(OH)2 se obtendrán morteros y hormigones cada vez más resistentes, lo cual
representa un aporte de estabilidad para las estructuras que se proyecten con el
empleo de estas adiciones.
Tabla 3.7. Índice de actividad puzolánica
Muestras
1
2
3
4
5
6 Media
Patrón (MPa) 41.6 41.3 40.9 40.3 39.9 39.5 40.58
Prueba (MPa) 26.8 26.9 26.07 28.68 27.3 26.8 26.43
Índice de
Actividad
Puzolánica
NC TS
528: 2007
%
%
67
75
Como se puede apreciar, el valor del índice de actividad puzolánica obtenido, con
adición del 35 % del material tobáceo en sustitución del volumen absoluto del
cemento en peso a los 28 días del ensayo, no llega a superar el valor de 75 % que
establece la norma NC TS 528: (2007d).
La actividad puzolánica puede verse afectada por la composición química,
granulométrica, mineralógica y por el contenido de agua en la mezcla, entre otros
factores, sin embargo, las propiedades puzolánicas varían considerablemente
según el origen del material debido a la variabilidad de las características
mineralógicas de los materiales activos y otras fases constituyentes. Por lo tanto,
para determinar la actividad puzolánica, no es suficiente la cuantificación de la
presencia de dióxido de silicio, alúmina y óxido de hierro.
La disminución del diámetro de las partículas, favorece el proceso de
aglomeración que se desarrolla en la mezcla con el cemento según se ha
planteado por Rabilero (1988); Erdogdu (1996); Gener y Alonso (2002); entre
otros. Por otro lado se explica la influencia que tiene dicho porcentaje de adición
69
�de material puzolánico utilizado para este ensayo, lo cual se comporta de manera
similar a lo reportado por Massazza y Costa (1979); Mehta (1981) y Rabilero
(1988), los cuales variaron las proporciones de cemento Pórtland con puzolana
natural. La resistencia aumenta en el tiempo, sin embargo disminuye con el
porcentaje de adición de puzolana.
Otro factor que pudiera influir en la baja actividad resistente en la adición del 35 %,
es la composición mineralógica del mineral, con un contenido medio arcilloso de
35.06 % y por otros constituyentes asociados a este.
En su tesis doctoral Alujas (2010) obtiene un material puzolánico a partir de la
activación térmica de la fracción arcillosa multicomponente de un yacimiento
arcilloso cubano; teniendo identificadas las principales fases arcillosas, caolinita
(~40%), montmorillonita (~30%) e Illita (~10%), lo cual avalan la utilización de la
fracción arcillosa del yacimiento como fuente para la obtención de materiales
puzolánicos. En el caso del yacimiento estudiado se presenta un contenido de
35.06 % de arcilla montmorillonita. Por ello para cado caso, los materiales
tobáceos, donde el material es más rico en contenido vítreo, y menor porcentaje
de arcilla, es más activo.
La composición química, al parecer no tiene incidencia significativa en la diferencia
de la actividad puzolánica del material tobáceo analizado. Entiéndase que lo que si
pudiera determinar esta diferencia es la forma en que se encuentran los
compuestos químicos.
El análisis de estos resultados conduce a plantear que la diferencia en la actividad
puzolánica de los morteros ensayados respecto al 75 % normado en la NC TS
528: 2007, en función del aumento del contenido en peso del material tobáceo con
relación al cemento, podría estar dada por el contenido de agua de la mezcla y la
composición mineralógica. Es evidente que los procesos que se verifican aquí
parecen ser muy complejos, por lo que se debe profundizar en el conocimiento de
su naturaleza.
70
�3.2.2 Valoración socioeconómica y ambiental
El presente trabajo constituye un paso muy importante para la implementación de
este material puzolánico, es por ello que una correcta valoración socioeconómica y
ambiental contribuya a orientar su desarrollo de acuerdo con las condiciones
establecidas para su uso. Todo esto, unido al déficit de materiales de construcción
para acometer los diferentes programas de construcción de viviendas y obras
sociales, llevó a la realización de esta investigación.
Se ha podido constatar de manera particular que en la provincia de Granma en
especial en el municipio de Jiguaní existen las posibilidades de explotar recursos
minerales para la construcción, donde la valoración técnica ha resultado positiva.
En muchos casos, bajo una valoración de su consumo local, esto puede resultar
de un impacto importante para estas comunidades.
Las puzolanas como aditivos son de capital importancia dentro de la industria del
cemento, ya que intervienen en la calidad del producto final, aumentan la
eficiencia del proceso de fabricación, y reducen los costos de producción y las
emisiones al medio ambiente.
El uso de puzolanas permite el diseño de mezclas de concretos más
impermeables, cuyo período de deterioro por el lixiviado de la cal libre se reduce.
Además aportan resistencia al concreto contra el ataque del agua de mar,
sulfatada, ácida o que contengan dióxido de carbono en solución.
Con los resultados obtenidos del trabajo y con el objetivo de tener una idea acerca
de los aportes económicos de estos por concepto de sustitución de cemento por
tobas; se tiene en cuenta lo siguiente:
La industria cubana del cemento presenta altos consumos de energía, tanto
eléctricas como de portadores energéticos (combustibles), el consumo anual de
las seis fábricas con las que cuenta el país, están en alrededor de 240 000 MW·h
y 250 000 t de combustible. De acuerdo a las operaciones y procesos involucrados
en la obtención de cemento se establece el balance de consumo energético que
se muestra en la tabla 3.8.
En la actualidad el consumo de combustible y energía eléctrica se ha
incrementado debido a las transformaciones de expansión que se ha llevado a
71
�cabo en estas empresas cementeras. Se han incrementado los costos del petróleo
y la importación de insumos y materiales auxiliares, unido a la lejanía y escasez de
recursos minerales que se emplean como materia prima para la producción de
cemento.
La implantación de una pequeña industria para la producción de materiales
puzolánicos de los yacimientos analizados en este trabajo, por sólo requerir la
activación física, sería necesario únicamente, las operaciones de preparación
mecánica inicial, cuyo esquema de tratamiento, en un principio, constaría de las
siguientes etapas: extracción de la materia prima, trituración, molienda y
clasificación, y de concebirse la mezcla del cemento con la puzolana, una etapa
de homogeneización o mezclado.
Lo anterior permite comprender el ahorro considerable de energía al practicar la
producción de puzolanas a nivel local y una razonable disminución del impacto
negativo al hombre y al medio ambiente; con la disminución del número de
operaciones en comparación con el proceso productivo del cemento Pórtland,
junto a la reducción de las emisiones de gases nocivos (CO 2, SO2 y otros), de
polvos finos calcinados, que se producen durante el proceso de clinkerización, que
para la producción de puzolana a partir de los materiales tobáceos analizados no
es necesario, así como la reducción de la exposición del hombre a las altas
temperaturas.
Tabla 3.8. Balance de consumo de energía eléctrica de las empresas cubanas de
cemento. Fuente: (ENERGÉTICA, 2000)
Operaciones y procesos
Extracción, preparación de la materia prima y
transporte a la fábrica
Consumo, %
3
Prehomogeneización y molienda de crudo
18
Homogeneización y clinkerización
29
Molienda de clinker
24
Servicios generales y auxiliares
23
Iluminación
3
72
�Tabla 3.9. Precios de tobas vítreas menores de 0,8 mm
Material
U/M Precio CUP Precio CUC Precio Total
Material tobáceo a granel (Ø -- 0,8 mm) T
230.34
24.27
275.49
Tabla 3.10. Beneficios generados por la sustitución de tobas por cemento
CM
T
CA AAC
T
T
143 1716 172
Costo del cemento
CATS AEAST
Mensual Anual Ahorrado
CUP
CUP
CUP
17711
212537
21253
CUP
CUP
47384 26131
Si se tiene en cuenta que la Empresa Provincial de Construcción y Mantenimiento
Constructivo del Poder Popular de Granma consume 1716 toneladas de cemento
anualmente e invertir en la compra de cemento 212 537 CUP, en la siguiente tabla
con los beneficios generados.
Leyenda:
CM: Consumo Mensual de cemento.
CA: Consumo Anual de cemento.
AAC: Ahorro del 10 % Anual de Cemento.
CATS: Costo Anual de Tobas en Sustitución.
AEAST: Ahorro Económico Anual por Suministro de Tobas.
De forma general los resultados son alentadores, de ahí la necesidad de continuar
el estudio de este material y fundamentar la viabilidad económica de una
tecnología de explotación y procesamiento adecuado. El empleo de las tobas
vítreas estudiadas en la presente investigación contribuye al desarrollo de nuevos
materiales de construcción y con ello, ahorrar un volumen importante de recursos
minerales.
La posibilidad de efectuar una producción descentralizada, en zonas alejadas de
los grandes centros industriales como el caso del municipio Jiguaní, contribuiría al
desarrollo de nuevas producciones de la Industria Local, al obtener bajos costos
de producción en comparación con la producción de cemento Pórtland y propiciar
el comercio local del producto.
73
�Además fundamenta la creación de nuevas fuentes de empleo, con oportunidades
para la ocupación de fuerza de trabajo de poca calificación. El incremento
sustancial de la construcción de nuevas viviendas y otras obras sociales, con
indicadores económicos de racionalidad.
Otro aspecto que pudiera hacerse referencia, es la racionalidad de explotar
integralmente estos yacimientos, con la posibilidad de realizar en el mismo ciclo
productivo variadas producciones con diversos fines de aplicación, dentro de las
cuales se pueden mencionar la producción de áridos ligeros, bloques naturales,
polvo limpiador y como abrasivo para el pulido de las prótesis dentales. La
Empresa Provincial de Construcción y Mantenimiento Constructivo del Poder
Popular en Granma durante todo el 2014 ha venido incursionando en varias de
estas producciones con los riesgos que estos conllevan pero sacando de ellas las
mejores experiencias para ser a partir de este año 2015 en lo adelante la
producción local de materiales de la construcción fortaleza de nuestra producción.
74
�CONCLUSIONES
Se evaluaron las propiedades puzolánicas de las tobas vítreas del yacimiento
Jiguaní, a través de ensayos físico-mecánicos. En este sentido se especifica lo
siguiente.
El índice de actividad puzolánico obtenido del material tobáceo del
yacimiento Jiguaní en morteros fue de 67 %.
El yacimiento de tobas vítreas en Jiguaní es parte del Grupo El Cobre y
específicamente la Fm. El Caney y tiene como una composición química
media superior al 70 % de SiO2, Al2O4, Fe2O3 y mineralógica (vidrio
volcánico, montmorillonita, feldespatos, calcita cuarzo y raramente zeolita).
Al sustituir el 10 y 20 % en peso del cemento con material tobáceo, se
obtuvieron morteros cuyas resistencias son suficientes para su utilización
en aplicaciones de albañilería.
Al sustituir el 10 % de cemento con material tobáceo, se obtuvieron
hormigones hidráulicos de 25 MPa cuyas resistencias pueden ser
aprovechadas en la industria de prefabricado de la provincia Granma,
mientras que con el 20 % de sustitución se obtuvieron resistencias de 20
MPa, las que pueden ser empleadas por las empresas constructoras del
municipio Jiguaní.
Al sustituir el 10 % de cemento con material tobáceo, se obtuvieron
resistencias a la compresión en bloques de 40x20x15 cm, que permiten su
aplicación en la producción local de materiales de la construcción.
75
�RECOMENDACIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos y su valoración se recomienda:
Determinar las características y parámetros de la molienda para proponer
una tecnología de explotación de estos materiales.
Estudiar la cinética de la reacción química, lo que al ser vinculado a los
ensayos
mecánicos,
permitirá
establecer
las
dosificaciones
correspondientes a cada aplicación específica.
Investigar acerca de la posibilidad de utilizar las tobas vítreas como
aglomerante cal – puzolana.
Evaluar las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní como material puzolánico,
activadas térmicamente.
76
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80
�ANEXOS
Anexo 1. Resistencia a la flexotracción y compresión de los morteros con tobas
vítreas.
Flexión
Días
3
7
28
Compresión
60
90
3
7
28
60
90
Patrón 3.03 4.08 5.29 5.93
6.42 11.44 14.56 18.07 20.59 22.63
10 %
2.94 3.07 4.29 5.29 5.94
9.44
12.19 16.39 19.16 21.70
20 %
1.69 1.91 3.58 3.86 4.23
6.67
9.19
13.26 15.30 17.56
Anexo 2. Recomendaciones para morteros de colocación. Fuente: NC 175: 2002
Anexo 3. Resistencia a la compresión de los hormigones con tobas vítreas
Día
3
7
28
60
90
Rel.
Cemento
Toba
A/C
Kg/cm3
Kg
415
415
415
415
415
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
-
Serie Patrón
fc1
12.85
17.50
28.20
33.20
34.80
fc2
13.25
17.80
27.80
34.50
35.10
fc3
12.90
18.20
28.70
34.80
35.60
fc4
12.80
17.90
28.10
33.90
34.90
fc5
13.10
18.20
27.90
35.10
35.80
fc6
12.50
18.90
29.70
35.40
34.20
fci
12.90
18.08
28.40
34.48
35.07
�Anexo 3. Resistencia a la compresión de los hormigones con tobas vítreas
(Continuación)
Día
Cemento Rel. Toba
Kg/cm3
A/C Kg
C+T
Serie con 10 % Tobas vítreas
fc1
fc2
fc3
fc4
fc5
fc6
fci
3
373
0.62
42
415 12.40 12.45 12.80 11.00 12.55 13.20 12.40
7
373
0.62
42
415 17.53 17.20 16.57 17.80 18.20 17.50 17.47
28
373
0.62
42
415 26.50 26.60 27.10 26.30 26.91 27.50 26.82
60
373
0.62
42
415 32.40 33.10 31.30 33.80 33.60 31.80 32.67
90
373
0.62
42
415 32.00 33.30 33.90 32.40 34.60 33.60 33.30
Día
Cemento Rel. Toba
Kg/cm3
A/C
Kg
C+T
Serie con 20 % Tobas vítreas
fc1
fc2
fc3
fc4
fc5
fc6
fci
3
332
0.72
83
415 10.90 12.10 11.80 11.40 12.60 11.90 11.78
7
332
0.72
83
415 14.90 15.90 16.30 15.00 16.00 15.20 15.55
28
332
0.72
83
415 22.70 22.40 21.90 22.20 22.50 21.10 22.13
60
332
0.72
83
415 25.40 26.00 24.90 23.30 24.80 25.70 25.02
90
332
0.72
83
415 26.90 28.60 27.20 26.40 27.50 28.40 27.50
Anexo 4. Resistencia a la compresión de los bloques
Bloque Patrón
Día
7días
28días
Cant.
Cant.
cemento
Toba
Kg
Kg
12.96
-
Resultados
fc1
fc2
fc3
fc4
fc5
fc6
fci
4.70 4.43 4.73 4.48 4.71 4.69 4.62
5.42 5.34 5.48 5.28 5.42 5.31 5.38
Bloque con 10 % Tobas
Día
7días
28días
Cant.
Cant.
cemento
Toba
Kg/cm3
Kg
11.66
1.296
Resultados
fc1
fc2
fc3
fc4
fc5
fc6
fci
4.25 4.20 4.06 4.32 4.22 4.12 4.20
5.23 5.12 4.97 4.94 5.19 4.80 5.04
�
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A name given to the resource
Tesis
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Title
A name given to the resource
Evaluación de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní
como material pulzolánico
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Danicer Sánchez González
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